Język urzędowy Etiopii. Etiopia: populacja, rząd, nauka i kultura

Minerały naturalne i sztuczne. Minerały pierwotne i wtórne.

Minerał (od ok. w. łac. minerala - ruda)- jest to ciało naturalne o określonym składzie chemicznym i budowie krystalicznej, powstałe w wyniku naturalnych procesów fizykochemicznych zachodzących na powierzchni i w głębinach Ziemi, Księżyca i innych planet, posiadające określone właściwości fizyczne, mechaniczne i właściwości chemiczne; jest zwykle składnikiem skały, rudy i meteoryty. Minerał jest zwykle naturalnym związkiem chemicznym pierwiastków lub pierwiastkiem rodzimym powstałym w określonych fizycznych i chemicznych warunkach środowiskowych.

Mineralogia to nauka o minerałach. Mineralogia bada skład, właściwości chemiczne i fizyczne minerałów, ich pochodzenie, procesy przemian i przemian w inne minerały, a także relacje niektórych minerałów z innymi w złożach mineralnych lub skałach.

Termin „minerał” oznacza stałą, naturalną, nieorganiczną substancję krystaliczną. Czasami jednak rozważa się to w szerszym kontekście, klasyfikując niektóre produkty organiczne, amorficzne i inne produkty naturalne jako minerały.

Minerały są również uważane za pewne naturalne substancje, które są normalne warunki ciecze (na przykład rtęć rodzima, która w niższej temperaturze przechodzi w stan krystaliczny). Wody natomiast nie klasyfikuje się jako minerału, uważając ją za stan ciekły (stopiony) lodu mineralnego.

Niektóre substancje organiczne - ropa naftowa, asfalt, bitum - są często błędnie klasyfikowane jako minerały lub zaliczane do specjalnej klasy „minerały organiczne”, których wykonalność jest wysoce kontrowersyjna.

Niektóre minerały występują w stanie amorficznym i nie mają struktury krystalicznej. Minerały, które mają zewnętrzną postać kryształów, ale są w stanie amorficznym, przypominającym szkło, nazywane są metamiktami. Na przykład sól kuchenna jest wyraźnie krystaliczna, natomiast opal jest amorficzny. W minerałach o strukturze krystalicznej cząstki elementarne (atomy, cząsteczki) rozmieszczone są w określonym kierunku i w pewnej odległości od siebie, tworząc sieć krystaliczną. W substancji amorficznej cząstki te są rozmieszczone chaotycznie. Jego podstawowe właściwości zależą od wewnętrznej struktury minerału (krystaliczna lub amorficzna). właściwości fizyczne(twardość, łupliwość, kruchość, krystalograficzny kształt zewnętrzny itp.). A one z kolei należą do najważniejszych cech diagnostycznych minerałów.

Skład minerałów wyraża się wzorem chemicznym - empirycznym, półempirycznym, krystalicznym. Wzór empiryczny odzwierciedla jedynie zależności pomiędzy poszczególnymi pierwiastkami w minerałach. W nim elementy są ułożone od lewej do prawej w miarę wzrostu liczby ich grup w układzie okresowym, a dla elementów jednej grupy - w miarę zmniejszania się ich numerów seryjnych, tj. wraz ze wzrostem ich właściwości wytrzymałościowych.

Obecnie w przyrodzie odkryto i zbadano ponad 3 tysiące minerałów, ale nie są one równomiernie rozmieszczone. Co roku odkrywa się ich około 30 gatunków, z czego tylko kilkadziesiąt jest szeroko rozpowszechnionych, pozostałe są rzadkie. Najbardziej rozpowszechnione są minerały zawierające tlen, krzem i glin, ponieważ pierwiastki te dominują w skorupie ziemskiej - 82,58%.

Nazwy minerałów pochodzą od miejsca ich pierwszego odkrycia, na cześć głównych mineralogów, geologów i naukowców innych specjalności, znanych kolekcjonerów minerałów, podróżników, astronautów, osobistości publicznych i politycznych z przeszłości i teraźniejszości, zgodnie z pewnymi charakterystycznymi właściwościami fizycznymi lub skład chemiczny. Szczególnie polecana jest ta ostatnia zasada chemiczna, a większość minerałów odkrytych w ostatnich dziesięcioleciach zawiera informację o swoim składzie chemicznym już w nazwie.

Próby usystematyzowania minerałów na różnych podstawach podejmowano już w świat starożytny. We współczesnej mineralogii istnieje wiele różnych wariantów taksonomii mineralogicznej. Większość z nich zbudowana jest na zasadzie strukturalno-chemicznej. Najpowszechniej stosowana klasyfikacja opiera się na składzie chemicznym i strukturze kryształu. Substancje tego samego typu chemicznego często mają podobną budowę, dlatego minerały dzieli się najpierw na klasy na podstawie składu chemicznego, a następnie na podklasy na podstawie cech strukturalnych.

Minerały klasyfikuje się w zależności od ich pochodzenia. Pierwszy i drugi.

Minerały pierwotne obejmują te, które powstały po raz pierwszy w skorupie ziemskiej lub na jej powierzchni podczas krystalizacji magmy. Do najpowszechniejszych minerałów należą kwarc, skaleń i mika, które tworzą granit lub siarkę w kraterach wulkanicznych.

Minerały wtórne powstają w normalnych warunkach z produktów zniszczenia minerałów pierwotnych w wyniku wietrzenia, podczas wytrącania i krystalizacji soli z roztworów wodnych lub w wyniku życiowej aktywności organizmów żywych. Są to sól kuchenna, gips, sylwit, brunatna ruda żelaza i inne.

Bez względu na to, jak bogaty i różnorodny jest świat minerałów, nie zawsze tak jest możesz je zdobyć w wystarczającej ilości i wymaganej jakości. Ludzie często potrzebują nie byle jakich minerałów, ale tylko takich, które spełniłyby stale rosnące wymagania metalurgii, elektrotechniki i radiotechniki, optyczno-mechanicznej, produkcji instrumentów precyzyjnych i innych gałęzi przemysłu. Wymagania gospodarka narodowa do minerałów, są często bardzo duże: wysoki stopień czystości chemicznej, przezroczystość, doskonałe cięcie itp. I oczywiście natura nie zawsze jest w stanie spełnić te wymagania. Dlatego nie ograniczając się do wydobycia minerałów naturalnych, człowiek nieustannie poszukuje sposobów i środków uzyskania sztucznych minerałów, które nie tylko nie są gorsze, ale nawet lepsze pod względem właściwości od naturalnych. Rozwój nauki i technologii z roku na rok pozwala nam głębiej wnikać w tajemnice świata minerałów. Człowiek nauczył się tworzyć unikatową aparaturę, która pozwala na pozyskiwanie minerałów nie tylko nie gorszej jakości od tych, które rodzą się w głębinach Ziemi, ale także na wytworzenie nowych, nieznanych wcześniej minerałów, często o bardzo cennych i oryginalnych właściwościach.

Sztucznymi środkami (metodą syntezy) można uzyskać minerały występujące w warunkach naturalnych (diament, korund, kwarc itp.) oraz minerały, które w warunkach naturalnych nie występują samodzielnie (alit, belit itp.), ale są zawarte w różnych produktach technicznych, takich jak cementy, materiały ogniotrwałe itp. Obecnie do celów przemysłowych pozyskiwano szereg minerałów rzadko występujących w przyrodzie, a posiadających cenne właściwości (fluoryt, korund itp.).

Metody syntezy minerałów naturalnych można podzielić na dwie grupy:

1) synteza prowadzona w warunkach normalnego ciśnienia.

2) synteza prowadzona pod podwyższonym ciśnieniem.

Obecnie produkcja sztucznych minerałów sprowadza się do następujących procesów:

1) krystalizacja w stopie;

2) reakcje, w których biorą udział składniki gazowe;

3) otrzymywanie minerałów w obecności roztworów wodnych;

4) otrzymywanie minerałów w drodze reakcji w ośrodku stałym.

Praktyczne znaczenie syntezy minerałów dramatycznie wzrosło w ostatnich latach. Niemniej jednak znaczenie minerałów sztucznych jest nadal stosunkowo niewielkie. Główną rolę odgrywają minerały naturalne – główni dostawcy wielu metali dla przemysłu

Minerały występują powszechnie aplikacja V nowoczesny świat. Około 15% wszystkich znanych gatunków minerałów wykorzystuje się w technologii i przemyśle. Minerały mają wartość praktyczną jako źródła wszystkich metali i innych pierwiastki chemiczne(rudy metali żelaznych i nieżelaznych, pierwiastki rzadkie i śladowe, rudy agronomiczne, surowce do przemysł chemiczny). Zastosowania techniczne wielu minerałów opierają się na ich właściwościach fizycznych.

Minerały twarde (diament, korund, granat, agat itp.) są stosowane jako materiały ścierne i przeciwścierne; minerały o właściwościach piezoelektrycznych (kwarc itp.) - w elektronice radiowej; mika (muskowit, flogopit) – w elektrotechnice i radiotechnice (ze względu na właściwości elektroizolacyjne);

azbest - jako izolator ciepła;

talk – w medycynie i smarach;

kwarc, fluoryt, drzewce islandzkie - w optyce;

kwarc, kaolinit, skaleń potasowy, pirofilit – w ceramice;

magnezyt, forsteryt - jako materiały ogniotrwałe magnezytowe itp.

Wiele minerałów to kamienie szlachetne i ozdobne. W praktyce badań geologicznych szeroko wykorzystuje się poszukiwania mineralogiczne i ocenę złóż kopalin.

Metody wzbogacania rud i separacji minerałów oraz geofizyczne i geochemiczne metody poszukiwania i rozpoznawania złóż kopalin opierają się na różnicach we właściwościach fizykochemicznych minerałów (gęstość, właściwości magnetyczne, elektryczne, powierzchniowe, radioaktywne, luminescencyjne i inne ), a także na kontrastach kolorystycznych.

Na szeroką skalę prowadzona jest przemysłowa synteza monokryształów sztucznych analogów szeregu minerałów dla przemysłu radioelektronicznego, optycznego, ściernego i jubilerskiego.

Do chwili obecnej znanych jest ponad 4 tysiące minerałów. Co roku odkrywanych jest kilkadziesiąt nowych gatunków minerałów, a kilka zostaje „zamkniętych” – co dowodzi, że taki minerał nie istnieje.

Cztery tysiące minerałów to niewiele w porównaniu z liczbą znanych związków nieorganicznych (ponad milion).

Wszystkie procesy powstawania minerałów i skał można podzielić na trzy grupy:

A. Procesy endogeniczne (wewnętrzne) lub, jak się je często nazywa, procesy hipogeniczne (głębokie) zachodzące pod wpływem wewnętrznej energii cieplnej globu.

B. Procesy egzogeniczne (zewnętrzne) lub hipergeniczne (powierzchniowe) zachodzące na powierzchni Ziemi głównie pod wpływem energii słonecznej.

B. Procesy metamorficzne (metamorfogeniczne) związane z degeneracją wcześniej utworzonych zespołów mineralnych (zarówno egzogennych, jak i endogennych) w wyniku zmiany warunki fizyczne i chemiczne, wśród których główne miejsce zajmują zmiany ciśnienia i temperatury.

Rodzaje i grupy minerałów

Minerały: ogólna charakterystyka
„Minerał” to ciało stałe składające się z pierwiastków chemicznych i posiadające szereg indywidualnych właściwości fizykochemicznych. Ponadto powinien powstawać wyłącznie w sposób naturalny, pod wpływem pewnych naturalnych procesów. Minerały mogą powstawać albo z substancji prostych (rodzimych), albo z substancji złożonych.

Istnieją takie procesy, które przyczyniają się do ich powstawania:
Ogniowy
Hydrotermalne
Osadowy
Metamorfogeniczny
Biogenny
Duże agregaty minerałów zebrane w pojedyncze systemy nazywane są skałami. Dlatego nie należy mylić tych dwóch pojęć. Minerały skalne wydobywa się je precyzyjnie poprzez kruszenie i obróbkę całych kawałków skały. Skład chemiczny danych związków może być różny i zawierać duża liczba różne substancje zanieczyszczające. Jednak zawsze jest jedna główna rzecz, która dominuje w składzie. Dlatego to jest decydujące i zanieczyszczenia nie są brane pod uwagę.
Struktura minerałów
Struktura minerałów jest krystaliczna. Istnieje kilka opcji siatek, za pomocą których można je przedstawić:
Sześcienny
Sześciokątny
Rombowy
Tetragonalny
Jednoskośny
Trójkątny
Trójklinika

Związki te klasyfikuje się według składu chemicznego substancji determinującej.

Rodzaje minerałów
Klasyfikacja odzwierciedlająca główną część składu minerału.

Rodzimy lub proste substancje. To także minerały. Przykładowo: złoto, żelazo, węgiel w postaci diamentu, węgiel, antracyt, siarka, srebro, selen, kobalt, miedź, arsen, bizmut i wiele innych.

Halogenki, które obejmują chlorki, fluorki, bromki. Np.: sól kamienna (chlorek sodu) lub halit, sylwin, fluoryt.

Tlenki i wodorotlenki. Powstają z tlenków metali i niemetali, czyli w wyniku połączenia ich z tlenem. Do tej grupy zaliczają się minerały - chalcedon, korund (rubin, szafir), magnetyt, kwarc, hematyt, rutyl, kassematyt i inne.

Azotany. Na przykład: azotan potasu i sodu.

Borany: kalcyt optyczny, eremeyewit.

Węglany to sole kwasu węglowego. Do tej grupy zaliczają się następujące minerały: malachit, aragonit, magnezyt, wapień, kreda, marmur i inne.

Siarczany: gips, baryt, selenit.

Wolfrawiany, molibdeniany, chromiany, wanadany, arseniany, fosforany - wszystko to są sole odpowiednich kwasów, które tworzą minerały o różnej strukturze. Imiona - nefelin, apatyt i inne.

Krzemiany. Sole kwasu krzemowego zawierające grupę SiO4. Na przykład: beryl, skaleń, topaz, granaty, kaolinit, talk, turmalin, jadeit, lapis lazuli i inne.

Również związki organiczne, tworząc całe naturalne złoża. Na przykład torf, węgiel, urkit, szczawiany wapnia i żelaza i inne. Jak również kilka węglików, krzemków, fosforków i azotków.

Elementy rodzime

Są to minerały utworzone przez proste substancje.
Na przykład:
Złoto w postaci piasku i bryłek, sztabek
Diament i grafit - modyfikacje alotropowe sieci krystalicznej węgiel
Miedź
Srebro
Żelazo
Siarka
Grupa metali platynowych

Często substancje te występują w postaci dużych kruszywa z innymi minerałami, kawałkami skał i rudami. Wydobycie i ich wykorzystanie w przemyśle ważny. Są podstawą, surowcem do uzyskania materiałów, z których najwięcej różne przedmioty artykuły gospodarstwa domowego, projekty, dekoracje, sprzęt AGD i wiele więcej.

Fosforany, arseniany, wanadany
Do tej grupy zaliczają się skały i minerały pochodzenia głównie egzogennego, czyli występujące w warstwach zewnętrznych skorupa Ziemska. Wewnątrz tworzą się tylko fosforany. Soli kwasów fosforowego, arsenowego i wanadowego jest naprawdę sporo. Ale ogólnie ich procent w korze jest niewielki.

Typowe kryształy należące do tej grupy:

Apatyt
Wiwianit
Lindakeryt
Rozenit
Karnotyt
Pascoit

Jak już wspomniano, minerały te tworzą skały o imponujących rozmiarach.

Tlenki i wodorotlenki

Do tej grupy minerałów zaliczają się wszystkie tlenki, zarówno proste, jak i złożone, które tworzą metale, niemetale, związki międzymetaliczne i pierwiastki przejściowe. Całkowity procent tych substancji w skorupie ziemskiej wynosi 5%. Jedyny wyjątek, który odnosi się do krzemianów, a nie do rozpatrywanej grupy, to tlenek krzemu SiO2 ze wszystkimi jego odmianami.

Najpopularniejszy:
Granit
Magnetyt
Krwawień
Ilmenit
Kolumbita
Spinel
Limonka
Gibbsite
Romanskie gówno
Zapalenie Holferta
Korund (rubin, szafir)
Boksyt

Węglany
Ta klasa minerałów obejmuje dość szeroką gamę przedstawicieli, którzy również mają ważne znaczenie Praktyczne znaczenie dla osoby.
Podklasy lub grupy:
kalcyt
dolomit
aragonit
malachit
minerały sodowe
bastnäsite

Każda podklasa obejmuje od kilku jednostek do kilkudziesięciu przedstawicieli. W sumie istnieje około stu różnych węglanów mineralnych.

Najczęstsze z nich:

marmur
wapień
malachit
apatyt
syderyt
Smithsonit
magnezyt
karbonatyt i inne

Niektóre są cenione jako bardzo powszechny i ważny materiał budowlany, inne wykorzystywane są do tworzenia biżuterii, a jeszcze inne wykorzystywane są w technologii. Jednak wszystkie są ważne.

Krzemiany

Najbardziej zróżnicowana grupa minerałów pod względem form zewnętrznych i liczby przedstawicieli. Ta różnica wynika z faktu, że atomy krzemu, które leżą u podstaw ich struktury chemicznej, potrafią się łączyć różne rodzaje strukturę, koordynującą wokół siebie kilka atomów tlenu.

W ten sposób można utworzyć następujące typy struktur:

wyspa
łańcuch
taśma
liściasty

Obejmują one:
topaz
granat
chryzopraz
kryształ górski
opal
chalcedon i inne.
Wykorzystuje się je w jubilerstwie i cenione są jako trwałe konstrukcje do zastosowań w technologii.

Minerały ważne w przemyśle:
Datonit
Oliwin
Murmanit
Chryzokol
Eudialit
Beryl

Minerały- są to ciała naturalne, w przybliżeniu jednorodne pod względem składu chemicznego i właściwości fizycznych, powstałe w wyniku procesów fizyczno-chemicznych zachodzących na powierzchni lub w głębi Ziemi (lub innych ciał kosmicznych), głównie jako część skały, rudy, meteoryty, bez ingerencji człowieka w te procesy.

Taka jest różnica między minerałami a sztucznymi produktami uzyskiwanymi w laboratoriach, fabrykach i fabrykach.

W przyrodzie odkryto i zbadano ponad 3 tysiące minerałów. Obecnie rocznie odkrywa się ich około 30 gatunków, z czego tylko kilkadziesiąt jest szeroko rozpowszechnionych, pozostałe są rzadkie.

Minerały klasyfikuje się ze względu na ich stan skupienia ciała stałe (kwarc, skaleń, mika), ciecze (woda, olej, rtęć rodzima) i gazy (wodór, tlen, dwutlenek węgla, siarkowodór itp.). Niektóre minerały, w zależności od warunków, mogą mieć postać płynną lub stałą (na przykład woda).

Minerały dzieli się ze względu na ich strukturę wewnętrzną na krystaliczny (sól kuchenna) i amorficzny (opal). W minerałach o strukturze krystalicznej cząstki elementarne (atomy, cząsteczki) rozmieszczone są w określonym kierunku i w pewnej odległości od siebie, tworząc sieć krystaliczną. W substancji amorficznej cząstki te są rozmieszczone chaotycznie.

Jego podstawowe właściwości fizyczne (twardość, łupliwość, krystalograficzny kształt zewnętrzny itp.) zależą od wewnętrznej struktury minerału (krystaliczna lub amorficzna).

W zależności od pochodzenia wyróżnia się minerały pierwotne i wtórne.

Istnieje wiele procesów, które powodują powstawanie minerałów w przyrodzie.. Wyróżnia się procesy: magmowy, supergenowy lub klimatyczny i metamorficzny.

Główny proces jest magmowy. Związane jest to z chłodzeniem, różnicowaniem i krystalizacją stopionej magmy różne ciśnienia i temperatura. Magma składa się głównie z następujących składników chemicznych: Si02, Al2O3, FeO, CaO, MgO, K2O, zawiera także inne związki chemiczne, ale w mniejszych ilościach.

Minerały powstają głównie w temperaturze 1000-1500°C i pod ciśnieniem kilku tysięcy atmosfer. Wszystkie pierwotne skały krystaliczne powstają z minerałów pochodzenia magmowego. Minerały, których pochodzenie jest związane z magmą i ciepło wewnętrzne Ziemie nazywane są pierwotnymi. Należą do nich skalenie - ortoklaz, albit, anortyt, ortokrzemiany - oliwin i inne.

Minerały powstają również z gazów(faza gazowa magmy). Najpopularniejsze z nich to pegmatyty, czyli minerały żyłowe, ortoklaz z kwarcem, mikroklin, apatyt, muskowit, biotyt i wiele innych. Takie minerały nazywane są pneumatogennymi.

Z gorącej cieczy magmy(faza ciekła) powstają minerały hydrotermalne – piryt, złoto, srebro i wiele innych.

Procesy hipergeniczne zachodzą na powierzchni Ziemi w normalnych warunkach pod wpływem wody, temperatury i innych czynników. W wyniku tego różne związki chemiczne rozpuszczają się i przemieszczają, a pojawiają się nowe (wtórne) minerały, takie jak sylwit, kwarc, kalcyt, ruda żelaza brunatnego i kaolinit. Minerały cyklu supergenu powstają pod ciśnieniem do 1 atm i w temperaturach poniżej 100°C. Wysokiej jakości skład rozmieszczenie tych minerałów na powierzchni Ziemi zależy w pewnym stopniu od szerokości geograficznej. Należy zaznaczyć, że przemiana tego samego minerału w różnych warunkach nie może przebiegać w ten sam sposób. Na przykład hydromiki powstają nie tylko z mików, ale także sztucznie.

Głównym materiałem do powstawania minerałów pochodzenia supergenowego są zwietrzałe skały pierwotne lub takie, które przeszły już proces przemian. Organizmy żywe również biorą udział w tym procesie. Minerały cyklu supergenowego, powstałe pod wpływem procesów zewnętrznych, są częścią skał osadowych i glebotwórczych.

Egzogenne procesy powstawania minerałów występują zarówno na powierzchni Ziemi, jak i w skorupie wietrzejącej. Do powstawania minerałów pochodzenia egzogennego istotne są procesy wietrzenia fizycznego, chemicznego i biologicznego.

Podczas procesu metamorficznego minerały powstają na dużych głębokościach od powierzchni Ziemi, gdy zmieniają się warunki fizyczne i chemiczne (temperatura, ciśnienie, stężenie składników aktywnych chemicznie). W tych warunkach następuje przemiana wielu wcześniej powstałych minerałów pierwotnych i wtórnych. Wśród nich najczęściej spotykane są hematyt, grafit, kwarc, hornblenda, talk i wiele innych.

Może Cię również zainteresować:

MINERAŁY I MINERALOGIA
Minerały to stałe, naturalne formacje wchodzące w skład skał Ziemi, Księżyca i niektórych innych planet, a także meteorytów i asteroid. Minerały z reguły są dość jednorodnymi substancjami krystalicznymi o uporządkowanej strukturze wewnętrznej i określonym składzie, który można wyrazić odpowiednim wzorem chemicznym. Minerały to nie mieszanina drobnych cząstek mineralnych, jak szmergiel (składający się głównie z korundu i magnetytu) czy limonit (kruszywo getytu i innych wodorotlenków żelaza), ale także związki pierwiastków o nieuporządkowanej strukturze, jak szkła wulkaniczne (obsydian, itp.) .). Minerały są uważane za pierwiastki chemiczne lub ich związki powstałe w wyniku naturalnych procesów. Z wykazu minerałów wyłączone są najważniejsze rodzaje surowców mineralnych pochodzenia organicznego, takie jak węgiel i ropa naftowa. Mineralogia to nauka o minerałach, ich klasyfikacji, składzie chemicznym, cechach i wzorach budowy (struktury), pochodzeniu, warunkach panujących w przyrodzie i praktycznym zastosowaniu. Aby głębiej wyjaśnić wewnętrzną strukturę minerałów i ich związek z historią Ziemi, mineralogia obejmuje matematykę, fizykę i chemię. Wykorzystuje dane ilościowe w większym stopniu niż inne nauki geologiczne, ponieważ do odpowiedniego opisu minerałów niezbędna jest dokładna analiza chemiczna i precyzyjne pomiary fizyczne.
HISTORIA Mineralogii
Odłupki krzemienne o ostrych krawędziach były używane przez prymitywnego człowieka jako narzędzia już w paleolicie. Flint (drobnoziarnista odmiana kwarcu) przez długi czas pozostawał głównym surowcem mineralnym. W czasach starożytnych człowiekowi znane były także inne minerały. Niektóre z nich, jak hematyt wiśniowy, żółtobrązowy getyt i czarne tlenki manganu, wykorzystywano jako farby do malarstwa naskalnego i malowania ciała, inne zaś, jak bursztyn, jadeit i rodzime złoto, wykorzystywano do wykonywania przedmiotów rytualnych. , biżuterię i amulety. W Egipcie okresu predynastycznego (5000-3000 p.n.e.) znanych było już wiele minerałów. Do dekoracji używano rodzimej miedzi, złota i srebra. Nieco później narzędzia i broń zaczęto wytwarzać z miedzi i jej stopu – brązu. Wiele minerałów wykorzystywano jako barwniki, inne do biżuterii i sygnetów (turkus, jadeit, kryształ, chalcedon, malachit, granat, lapis lazuli i hematyt). Obecnie minerały służą jako źródło do produkcji metali, materiałów budowlanych (cement, gips, szkło itp.), surowców dla przemysłu chemicznego itp. W pierwszym znanym traktacie o mineralogii O kamieniach uczeń Arystotelesa, grecki Teofrast (ok. 372-287 p.n.e.) p.n.e.) minerały podzielono na metale, ziemie i kamienie. Około 400 lat później Pliniusz Starszy (23-79 n.e.) w pięciu najnowsze książki Historia naturalna podsumował wszystkie dostępne wówczas informacje na temat mineralogii. We wczesnym średniowieczu w krajach Arabski Wschód który przyjął wiedzę o starożytnej Grecji i starożytne Indie, nauka rozkwitła. Środkowoazjatycki naukowiec-encyklopedysta Biruni (973 - ok. 1050) opracował opisy kamieni szlachetnych (mineralogia) i wynalazł metodę ich dokładnego pomiaru środek ciężkości. Inny wybitny uczony Ibn Sina (Awicenna) (ok. 980-1037) w swoim traktacie O kamieniach podał klasyfikację wszystkich znanych minerałów, dzieląc je na cztery klasy: kamienie i ziemie, paliwa kopalne, sole, metale. W średniowieczu w Europie gromadzono praktyczne informacje o minerałach. Górnik i poszukiwacz z konieczności został praktykującym mineralogiem, przekazując swoje doświadczenie i wiedzę studentom i praktykantom. Pierwszym zbiorem merytorycznych informacji z zakresu praktycznej mineralogii, górnictwa i hutnictwa była praca G. Agricoli O metalach (De re metalica), opublikowana w 1556 roku. Dzięki temu traktatowi i wcześniejszej pracy O naturze skamieniałości (De natura Fossilium, 1546), który zawiera klasyfikację minerałów na podstawie ich właściwości fizycznych, Agricola uznawana jest za ojca mineralogii. Przez 300 lat po opublikowaniu dzieł Agricoli badania z zakresu mineralogii skupiały się na badaniu naturalnych kryształów. W 1669 r. duński przyrodnik N. Stenon podsumowując swoje obserwacje setek kryształów kwarcu, ustalił prawo stałości kątów między ścianami kryształu. Sto lat później (1772) Romé de Lisle potwierdził wnioski Stenona. W 1784 r. opat R. Gayuy położył podwaliny nowoczesne pomysły o strukturze kryształu. W 1809 roku Wollaston wynalazł goniometr refleksyjny, który umożliwił dokładniejsze pomiary kątów pomiędzy ścianami kryształów, a w 1812 roku zaproponował koncepcję sieci przestrzennej jako prawa wewnętrznej struktury kryształów. W 1815 r. P. Cordier zaproponował podjęcie studiów właściwości optyczne fragmenty pokruszonych minerałów pod mikroskopem. Dalszy rozwój badania mikroskopowe wiążą się z wynalezieniem w 1828 r. przez W. Nicola urządzenia do wytwarzania światła spolaryzowanego (pryzmat Nicol). Mikroskop polaryzacyjny udoskonalił w 1849 r. G. Sorby, który zastosował go do badania przezroczystych cienkich przekrojów skał. Pojawiła się potrzeba klasyfikacji minerałów. W 1735 r. C. Linnaeus opublikował dzieło System natury (Systema naturae), w którym sklasyfikowano minerały według cech zewnętrznych, tj. tak jak rośliny i zwierzęta. Następnie szwedzcy naukowcy - A. Kronstedt w 1757 r. i J. Berzelius w 1815 i 1824 r. - zaproponowali kilka opcji klasyfikacje chemiczne minerały. Druga klasyfikacja Berzeliusa, zmodyfikowana przez K. Rammelsberga w latach 1841-1847, ugruntowała się po tym, jak amerykański mineralog J. Dana użył jej jako podstawy do trzeciego wydania Systemu Mineralogii Dany, 1850. Wielki wkład w rozwój mineralogii w XVIII - pierwszą połowę XIX wieku wprowadzili niemieccy naukowcy A.G. Werner i I.A. Breithaupt oraz Rosjanie - M.V. Łomonosow i V.M. Severgin.W drugiej połowie XIX wieku ulepszone mikroskopy polaryzacyjne, goniometry optyczne i metody analityczne umożliwiły w celu uzyskania dokładniejszych danych o poszczególnych gatunkach minerałów. Kiedy zaczęto badać kryształy za pomocą analizy rentgenowskiej, nastąpiło głębsze zrozumienie struktury minerałów. W 1912 r. niemiecki fizyk M. Laue ustalił eksperymentalnie tę informację o wewnętrznej strukturze minerałów kryształy można otrzymać przepuszczając przez nie promienie rentgenowskie. Metoda ta zrewolucjonizowała mineralogię: nauka o charakterze głównie opisowym stała się dokładniejsza, a mineralogowie byli w stanie powiązać zjawiska fizyczne i Właściwości chemiczne minerały wraz z ich strukturą krystaliczną. Na przełomie XIX i XX w. Rozwój mineralogii znacznie ułatwiła praca wybitnych rosyjskich naukowców N.I. Koksharov, V.I. Vernadsky, E.S. Fedorov, A.E. Fersman, A.K. Boldyrev i inni.W drugiej połowie XX wieku. mineralogia przyjęła nową metody badawcze fizyka ciała stałego, w szczególności spektroskopia w podczerwieni, cały szereg metod rezonansu (elektronowy rezonans paramagnetyczny, jądrowy rezonans gamma itp.), spektroskopia luminescencji itp., a także najnowsze metody analityczne, w tym analiza mikrosondą elektronową, mikroskopia elektronowa w połączeniu z dyfrakcją elektronów itp. Zastosowanie tych metod pozwala określić skład chemiczny minerałów „w punkcie”, tj. na poszczególnych ziarnach minerałów zbadaj subtelne cechy ich struktury krystalicznej, zawartość i rozmieszczenie pierwiastków zanieczyszczeń, naturę koloru i luminescencji. Wykonanie dokładne metody fizyczne badania przyniosły prawdziwą rewolucję w mineralogii. Nazwiska takich rosyjskich naukowców, jak N.V. Belov, D.S. Korzhinsky, D.P. Grigoriev, I.I. Shafranovsky i inni są związani z tym etapem rozwoju mineralogii.
GŁÓWNE WŁAŚCIWOŚCI MINERAŁÓW
Przez długi czas głównymi cechami minerałów był zewnętrzny kształt ich kryształów i innych wydzieleń, a także właściwości fizyczne (kolor, połysk, łupliwość, twardość, gęstość itp.), które mają do dziś. bardzo ważne w ich opisie i diagnostyce wizualnej (w szczególności terenowej). Te cechy, a także właściwości optyczne, chemiczne, elektryczne, magnetyczne i inne, zależą od składu chemicznego i struktury wewnętrznej (struktury krystalicznej) minerałów. Podstawową rolę chemii w mineralogii uznano już w połowie XIX wieku, ale znaczenie struktury stało się widoczne dopiero wraz z wprowadzeniem radiografii. Pierwszego dekodowania struktur krystalicznych dokonali już w 1913 roku angielscy fizycy W. G. Bragg i W. L. Bragg. Minerały to związki chemiczne (z wyjątkiem pierwiastków rodzimych). Jednak nawet bezbarwne, optycznie przezroczyste próbki tych minerałów prawie zawsze zawierają niewielkie ilości zanieczyszczeń. Naturalne roztwory lub wytopy, z których krystalizują minerały, zwykle składają się z wielu pierwiastków. Podczas tworzenia związków kilka atomów pierwiastków mniej powszechnych może zastąpić atomy pierwiastków głównych. Takie podstawienie jest tak powszechne, że skład chemiczny wielu minerałów bardzo rzadko zbliża się do składu czystego związku. Przykładowo skład pospolitego minerału skałotwórczego oliwinu zmienia się w obrębie składów dwóch tzw. końcowe elementy serii: od forsterytu, krzemianu magnezu Mg2SiO4, po fayalit, krzemian żelaza Fe2SiO4. Stosunek Mg:Si:O w pierwszym minerale i Fe:Si:O w drugim wynosi 2:1:4. W oliwinach o składzie pośrednim proporcje są takie same, tj. (Mg + Fe):Si:O wynosi 2:1:4, a wzór zapisuje się jako (Mg,Fe)2SiO4. Jeśli ilości względne magnez i żelazo są znane, można to odzwierciedlić we wzorze (Mg0,80Fe0,20)2SiO4, z którego wynika, że 80% atomów metali reprezentuje magnez, a 20% żelazo.
Struktura. Wszystkie minerały, z wyjątkiem wody (która – w przeciwieństwie do lodu – zwykle nie jest zaliczana do minerałów) i rtęci, występują w zwykłych temperaturach ciała stałe. Jeśli jednak woda i rtęć zostaną mocno schłodzone, zestalają się: woda w temperaturze 0°C, a rtęć w temperaturze -39°C. W tych temperaturach cząsteczki wody i atomy rtęci tworzą charakterystyczną regularną trójwymiarową strukturę krystaliczną (określenie „krystaliczna " i "solidne") "V w tym przypadku prawie równoważne). Zatem minerały są substancjami krystalicznymi, których właściwości zależą od geometrycznego ułożenia ich atomów składowych i rodzaju wiązania chemicznego między nimi. Komórka elementarna (najmniejsza jednostka kryształu) składa się z regularnie ułożonych atomów, utrzymywanych razem przez komunikacja elektroniczna. Te maleńkie komórki, nieustannie się powtarzające przestrzeń trójwymiarowa, uformuj kryształ. Rozmiary komórek elementarnych w różnych minerałach są różne i zależą od wielkości, liczby i względnego rozmieszczenia atomów w komórce. Parametry ogniwa wyrażane są w angstremach () lub nanometrach (1 = 10-8 cm = 0,1 nm). Komórki elementarne kryształu, ściśle ze sobą połączone, bez szczelin, wypełniają objętość i tworzą sieć krystaliczną. Kryształy dzielą się na podstawie symetrii komórki elementarnej, która charakteryzuje się relacją pomiędzy jej krawędziami i narożnikami. Zwykle istnieje 7 układów (w kolejności rosnącej symetrii): trójskośny, jednoskośny, rombowy, tetragonalny, trygonalny, sześciokątny i sześcienny (izometryczny). Czasami układy trygonalne i sześciokątne nie są od siebie oddzielone i są opisywane razem pod nazwą układ sześciokątny. Syngonie dzielą się na 32 klasy kryształów (rodzaje symetrii), w tym 230 grup przestrzennych. Grupy te zostały po raz pierwszy zidentyfikowane w 1890 roku przez rosyjskiego naukowca E.S. Fiodorowa. Za pomocą analizy dyfrakcji promieni rentgenowskich określa się wymiary komórki elementarnej minerału, jego syngonię, klasę symetrii i grupę przestrzenną oraz rozszyfrowuje się strukturę kryształu, tj. wzajemne porozumienie w trójwymiarowej przestrzeni atomów tworzących komórkę elementarną.
KRYSTALOGRAFIA GEOMETRYCZNA (MORFOLOGICZNA).
Kryształy o płaskich, gładkich i błyszczących krawędziach od dawna przyciągają uwagę człowieka. Od czasu pojawienia się mineralogii jako nauki, krystalografia stała się podstawą badania morfologii i struktury minerałów. Stwierdzono, że ściany kryształu mają symetryczny układ, co pozwala na przypisanie kryształu do pewnego układu, a czasami do jednej z klas (symetrii) (patrz wyżej). Badania rentgenowskie wykazały, że zewnętrzna symetria kryształów odpowiada wewnętrznemu regularnemu układowi atomów. Rozmiary kryształów mineralnych różnią się w bardzo szerokim zakresie - od gigantów ważących 5 ton (masa dobrze uformowanego kryształu kwarcu z Brazylii) do tak małych, że ich twarze można rozróżnić jedynie pod mikroskopem elektronowym. Kształt kryształu nawet tego samego minerału może się nieznacznie różnić w różnych próbkach; na przykład kryształy kwarcu są prawie izometryczne, iglaste lub spłaszczone. Jednakże wszystkie kryształy kwarcu, duże i małe, spiczaste i płaskie, powstają w wyniku powtarzania identycznych komórek elementarnych. Jeśli te komórki są zorientowane w określonym kierunku, kryształ ma wydłużony kształt, jeśli w dwóch kierunkach ze szkodą dla trzeciego, wówczas kształt kryształu jest tabelaryczny. Ponieważ kąty między odpowiednimi ścianami tego samego kryształu mają stała wartość i są specyficzne dla każdego gatunku minerału, cecha ta jest koniecznie zawarta w charakterystyce minerału. Minerały reprezentowane przez pojedyncze, dobrze oszlifowane kryształy są rzadkie. Znacznie częściej występują w postaci nieregularnych ziaren lub agregatów krystalicznych. Często minerał charakteryzuje się określonym rodzajem agregatu, co może służyć jako cecha diagnostyczna. Istnieje kilka typów jednostek. Dendrytyczne rozgałęzione agregaty przypominają liście paproci lub mch i są charakterystyczne np. dla piroluzytu. Kruszywa włókniste składające się z gęsto upakowanych równoległych włókien są typowe dla azbestu chryzotylowego i amfibolowego. Agregaty kolomorficzne, które mają gładką, zaokrągloną powierzchnię, zbudowane są z włókien rozciągających się promieniowo od wspólnego środka. Duże okrągłe masy to wyrostek sutkowaty (malachit), mniejsze zaś mają kształt nerki (hematyt) lub winogrona (psilomelan).
Łuskowate agregaty składające się z małych, przypominających płytki kryształów są charakterystyczne dla miki i barytu. Stalaktyty to formacje kroplowo-kapowe wiszące w formie sopli, rurek, stożków lub „zasłon” w jaskiniach krasowych. Powstają w wyniku odparowania wody zmineralizowanej przesączającej się przez pęknięcia wapienia i często składają się z kalcytu (węglanu wapnia) lub aragonitu. Oolity, agregaty składające się z małych kulek i przypominające jaja rybie, występują w niektórych kalcytach (wapieniach oolitowych), getycie (rudzie żelaza oolitowego) i innych podobnych formacjach.
CHEMIA KRYSTALICZNA
Po zgromadzeniu danych radiograficznych i porównaniu ich z wynikami analizy chemiczne Stało się oczywiste, że cechy struktury krystalicznej minerału zależą od jego składu chemicznego. W ten sposób położono fundamenty nowa nauka- chemia kryształów. Wiele pozornie niezwiązanych ze sobą właściwości minerałów można wyjaśnić, biorąc pod uwagę ich strukturę krystaliczną i skład chemiczny. Niektóre pierwiastki chemiczne (złoto, srebro, miedź) występują w naturze, tj. czysta forma. Są zbudowane z atomów obojętnych elektrycznie (w przeciwieństwie do większości minerałów, których atomy przenoszą ładunek elektryczny i nazywane są jonami). Atom pozbawiony elektronów jest naładowany dodatnio i nazywany jest kationem; atom z nadmiarem elektronów ma ładunek ujemny i nazywa się anionem. Przyciąganie pomiędzy przeciwnie naładowanymi jonami nazywa się wiązaniem jonowym i służy jako główna siła wiązania minerałów. W przypadku innego rodzaju wiązania elektrony zewnętrzne obracają się wokół jąder po wspólnych orbitach, łącząc ze sobą atomy. Wiązanie kowalencyjne jest najsilniejszym typem wiązania. Minerały z wiązaniami kowalencyjnymi mają zwykle wysoką twardość i temperaturę topnienia (na przykład diament). Dużo mniejszą rolę w minerałach odgrywa słabe wiązanie van der Waalsa, które występuje pomiędzy elektrycznie obojętnymi jednostkami strukturalnymi. Energia wiązania takich jednostek strukturalnych (warstw lub grup atomów) rozkłada się nierównomiernie. Wiązanie van der Waalsa zapewnia przyciąganie pomiędzy przeciwnie naładowanymi obszarami w większych obszarach jednostki strukturalne. Ten rodzaj wiązania obserwuje się pomiędzy warstwami grafitu (jednej z naturalnych form węgla), powstających w wyniku silnego wiązania kowalencyjnego atomów węgla. Grafit ze względu na słabe wiązania pomiędzy warstwami charakteryzuje się niską twardością i bardzo doskonałą łupliwością, równoległą do warstw. Dlatego grafit stosuje się jako smar. Przeciwnie naładowane jony zbliżają się do siebie na taką odległość, na jaką siła odpychająca równoważy siłę przyciągającą. Dla dowolnej pary kation-anion ta odległość krytyczna jest równa sumie „promieni” dwóch jonów. Wyznaczając odległości krytyczne pomiędzy różnymi jonami, możliwe było określenie wielkości promieni większości jonów (w nanometrach, nm). Ponieważ większość minerałów charakteryzuje się wiązaniami jonowymi, ich struktury można wizualizować w postaci stykających się kulek. Struktury kryształów jonowych zależą głównie od wielkości i znaku ładunku oraz względnych rozmiarów jonów. Ponieważ kryształ jako całość jest elektrycznie obojętny, suma ładunków dodatnich jonów musi być równa sumie ładunków ujemnych. W chlorku sodu (NaCl, halicie mineralnym) każdy jon sodu ma ładunek +1, a każdy jon chlorkowy -1 (ryc. 1), tj. Każdy jon sodu odpowiada jednemu jonowi chlorkowemu. Jednakże we fluorycie (fluorek wapnia, CaF2) każdy jon wapnia ma ładunek +2, a każdy jon fluorku ma ładunek -1. Dlatego, aby zachować ogólną neutralność elektryczną jonów fluoru, musi być ich dwukrotnie więcej niż jonów wapnia (ryc. 2).

Możliwość ich włączenia w daną strukturę krystaliczną zależy także od wielkości jonów. Jeśli jony są tej samej wielkości i są upakowane w taki sposób, że każdy jon styka się z 12 innymi, to są one w odpowiedniej koordynacji. Istnieją dwa sposoby pakowania kulek tego samego rozmiaru (ryc. 3): gęste pakowanie sześcienne, w przypadek ogólny prowadząc do powstania kryształów izometrycznych i sześciokątnego ścisłego upakowania, tworząc sześciokątne kryształy. Z reguły kationy są mniejsze niż aniony, a ich rozmiary wyraża się w ułamkach promienia anionów, przyjmowanych jako jeden. Zwykle stosuje się stosunek uzyskany przez podzielenie promienia kationu przez promień anionu. Jeśli kation jest tylko nieznacznie mniejszy od anionów, z którymi się łączy, może mieć kontakt z ośmioma otaczającymi go anionami lub, jak się powszechnie mówi, w ośmiokrotnej koordynacji w stosunku do anionów, które znajdują się, jak znajdowało się w wierzchołkach otaczającego go sześcianu. Ta koordynacja (zwana także sześcienną) jest stabilna przy stosunkach promieni jonowych od 1 do 0,732 (ryc. 4a). Przy mniejszym stosunku promieni jonowych osiem anionów nie może być ułożonych tak, aby dotykały kationu. Geometria upakowania pozwala w takich przypadkach na sześciokrotną koordynację kationów z anionami zlokalizowanymi na sześciu wierzchołkach oktaedru (rys. 4b), które będą stabilne przy stosunkach ich promieni od 0,732 do 0,416. Wraz z dalszym zmniejszaniem się względnej wielkości kationu następuje przejście do koordynacji poczwórnej lub czworościennej, stabilnej przy stosunkach promieni od 0,414 do 0,225 (ryc. 4c), a następnie do potrójnej koordynacji w stosunkach promieni od 0,225 do 0,155 (ryc. 4c) d) i podwójne - ze współczynnikami promieni mniejszymi niż 0,155 (ryc. 4, e). Chociaż inne czynniki również określają typ wielościanu koordynacyjnego, w przypadku większości minerałów jedną z nich jest zasada stosunku promienia jonów Skuteczne środki przewidywanie struktury kryształu.

Minerały o zupełnie różnym składzie chemicznym mogą mieć podobne struktury, które można opisać za pomocą tych samych wielościanów koordynacyjnych. Na przykład w chlorku sodu NaCl stosunek promienia jonu sodu do promienia jonu chloru wynosi 0,535, co wskazuje na oktaedryczną lub sześciokrotną koordynację. Jeśli wokół każdego kationu skupia się sześć anionów, to aby zachować stosunek kationów do anionów wynoszący 1:1, wokół każdego anionu musi znajdować się sześć kationów. W ten sposób powstaje struktura sześcienna znana jako struktura typu chlorku sodu. Chociaż promienie jonowe ołowiu i siarki różnią się znacznie od promieni jonowych sodu i chloru, ich stosunek determinuje również sześciokrotną koordynację, dlatego galena PbS ma strukturę typu chlorku sodu, tj. Halit i galena są izostrukturalne. Zanieczyszczenia w minerałach występują zwykle w postaci jonów, które zastępują jony minerału żywicielskiego. Takie podstawienia mają ogromny wpływ na wielkość jonów. Jeśli promienie dwóch jonów są równe lub różnią się o mniej niż 15%, można je łatwo zastąpić. Jeżeli różnica ta wynosi 15-30%, taka substytucja jest ograniczona; przy różnicy większej niż 30% substytucja jest praktycznie niemożliwa. Istnieje wiele przykładów par minerałów izostrukturalnych o podobnym składzie chemicznym, pomiędzy którymi zachodzi podstawienie jonowe. Zatem syderyt węglanowy (FeCO3) i rodochrozyt (MnCO3) mają podobną budowę, a żelazo i mangan mogą się wzajemnie zastępować w dowolnych proporcjach, tworząc tzw. solidne rozwiązania. Pomiędzy tymi dwoma minerałami istnieje ciągła seria roztworów stałych. W pozostałych parach minerałów jony mają ograniczone możliwości wzajemnego zastępowania. Ponieważ minerały są elektrycznie obojętne, ładunek jonów wpływa również na ich wzajemne zastępowanie. Jeżeli podstawienie nastąpi przeciwnie naładowanym jonem, wówczas w jakiejś części tej struktury musi nastąpić drugie podstawienie, w którym ładunek zastępującego jonu kompensuje naruszenie neutralności elektrycznej spowodowane przez pierwsze. Takie podstawienie koniugatu obserwuje się w skaleniach - plagioklazach, gdy wapń (Ca2+) zastępuje sód (Na+) z utworzeniem ciągłego szeregu roztworów stałych. Nadmiar ładunku dodatniego powstały w wyniku zastąpienia jonu Na+ jonem Ca2+ jest kompensowany przez równoczesną wymianę krzemu (Si4+) na aluminium (Al3+) w sąsiadujących obszarach konstrukcji.
WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE MINERAŁÓW
Chociaż główne cechy minerałów (skład chemiczny i wewnętrzna struktura kryształów) ustalane są na podstawie analiz chemicznych i dyfrakcji promieni rentgenowskich, to pośrednio przekładają się one na właściwości, które można łatwo zaobserwować lub zmierzyć. Aby zdiagnozować większość minerałów wystarczy określić ich połysk, barwę, łupliwość, twardość i gęstość. Połysk to jakościowa cecha światła odbitego przez minerał. Niektóre nieprzezroczyste minerały silnie odbijają światło i mają metaliczny połysk. Jest to powszechne w przypadku minerałów rudnych, takich jak galena (minerał ołowiowy), chalkopiryt i Bornit (minerały miedzi), argentyt i akantyt (minerały srebra). Większość minerałów pochłania lub przepuszcza znaczną część padającego na nie światła i ma niemetaliczny połysk. Niektóre minerały mają połysk przechodzący z metalicznego w niemetaliczny, nazywany półmetalicznym. Minerały o niemetalicznym połysku są zwykle jasne, niektóre z nich są przezroczyste. Kwarc, gips i jasna mika są często przezroczyste. Inne minerały (na przykład mlecznobiały kwarc), które przepuszczają światło, ale przez które nie można wyraźnie rozróżnić obiektów, nazywane są półprzezroczystymi. Minerały zawierające metale różnią się od innych przepuszczalnością światła. Jeśli światło przechodzi przez minerał, przynajmniej w najcieńszych krawędziach ziaren, to z reguły jest on niemetaliczny; jeśli światło nie przechodzi, jest to ruda. Są jednak wyjątki: na przykład jasny sfaleryt (minerał cynkowy) lub cynober (minerał rtęciowy) są często przezroczyste lub półprzezroczyste. Minerały różnią się cechami jakościowymi niemetalicznego połysku. Glina ma matowy, ziemisty połysk. Kwarc na krawędziach kryształów lub na powierzchniach pęknięć jest szklisty, talk, który wzdłuż płaszczyzn łupania dzieli się na cienkie listki, jest macicą perłową. Jasny, błyszczący jak diament, połysk nazywany jest diamentem. Kiedy światło pada na minerał o niemetalicznym połysku, jest częściowo odbijane od powierzchni minerału i częściowo załamywane na tej granicy. Każda substancja charakteryzuje się pewnym współczynnikiem załamania światła. Ponieważ ten wskaźnik można zmierzyć za pomocą wysoka celność, jest to bardzo przydatna cecha diagnostyczna minerałów. Charakter połysku zależy od współczynnika załamania światła, a oba zależą od składu chemicznego i struktury krystalicznej minerału. Ogólnie przezroczyste minerały zawierające atomy metale ciężkie, charakteryzują się wysokim połyskiem i wysokim współczynnikiem załamania światła. Do tej grupy zaliczają się takie powszechnie spotykane minerały jak anglezyt (siarczan ołowiu), kasyteryt (tlenek cyny) oraz tytanit czy sfen (krzemian tytanowo-wapniowy). Minerały składające się ze stosunkowo lekkich pierwiastków mogą również mieć wysoki połysk i wysoki współczynnik załamania światła, jeśli ich atomy są ciasno upakowane i utrzymywane razem silnymi wiązaniami chemicznymi. Uderzającym przykładem jest diament, który składa się tylko z jednego lekkiego pierwiastka – węgla. W mniejszym stopniu dotyczy to korundu mineralnego (Al2O3), którego przezroczyste kolorowe odmiany – rubiny i szafiry – są kamieniami szlachetnymi. Chociaż korund składa się z lekkich atomów glinu i tlenu, są one tak ściśle ze sobą powiązane, że minerał ma dość silny połysk i stosunkowo wysoki współczynnik załamania światła. Niektóre połyski (oleiste, woskowe, matowe, jedwabiste itp.) zależą od stanu powierzchni minerału lub struktury kruszywa mineralnego; żywiczny połysk jest charakterystyczny dla wielu substancji amorficznych (w tym minerałów zawierających pierwiastki radioaktywne uran lub tor). Kolor - prosty i wygodny znak diagnostyczny. Przykładami są mosiężno-żółty piryt (FeS2), ołowiowo-szara galena (PbS) i srebrzystobiały arsenopiryt (FeAsS2). W przypadku innych minerałów kruszcowych o metalicznym lub półmetalicznym połysku charakterystyczny kolor może być zamaskowany grą światła w postaci cienkiej warstwy na powierzchni (nalot). Jest to typowe dla większości minerałów miedzi, zwłaszcza Bornitu, zwanego „rudą pawia” ze względu na opalizujący niebiesko-zielony nalot, który szybko rozwija się po świeżo pękniętym. Jednak inne minerały miedzi są malowane w znanych kolorach: malachit - zielony, azuryt - niebieski. Niektóre minerały niemetaliczne można łatwo rozpoznać po kolorze określonym przez główny pierwiastek chemiczny (żółty - siarka i czarny - ciemnoszary - grafit itp.). Wiele minerałów niemetalicznych składa się z pierwiastków, które nie nadają im określonego koloru, ale mają odmiany kolorowe, których kolor wynika z obecności zanieczyszczeń pierwiastkami chemicznymi w małych ilościach, nieporównywalnych z intensywnością kolor, jaki powodują. Takie pierwiastki nazywane są chromoforami; ich jony charakteryzują się selektywną absorpcją światła. Na przykład ciemnofioletowy ametyst swój kolor zawdzięcza niewielkiej domieszce żelaza w kwarcu, a gęsta zielony kolor szmaragd wiąże się z niewielką zawartością chromu w berylu. Zabarwienie normalnie bezbarwnych minerałów może wynikać z defektów w strukturze krystalicznej (spowodowanych niewypełnionymi pozycjami atomowymi w siatce lub występowaniem obce jony), co może powodować selektywną absorpcję pewnych długości fal w widmie światła białego. Następnie minerały są malowane na dodatkowe kolory. Rubiny, szafiry i aleksandryty zawdzięczają swój kolor właśnie tym efektom świetlnym. Bezbarwne minerały można barwić za pomocą wtrąceń mechanicznych. Zatem cienkie rozproszone rozproszenie hematytu nadaje kwarcowi kolor czerwony, chlorytowi - zielony. Kwarc mleczny jest zmętniały wtrąceniami gazowo-ciekłymi. Choć barwa minerału jest jedną z najłatwiejszych do określenia właściwości w diagnostyce minerałów, należy przy jej stosowaniu zachować ostrożność, gdyż zależy ona od wielu czynników. Pomimo zmienności barwy wielu minerałów, barwa proszku mineralnego jest bardzo stała, dlatego stanowi ważną cechę diagnostyczną. Zazwyczaj kolor proszku mineralnego określa się na podstawie linii (tzw. „koloru linii”), którą minerał pozostawia po przejściu przez nieszkliwiony talerz porcelanowy (ciastko). Na przykład mineralny fluoryt występuje w różnych kolorach, ale jego smuga jest zawsze biała.
Łupliwość. Charakterystyczna właściwość minerały to ich zachowanie podczas rozszczepiania. Na przykład kwarc i turmalin, których powierzchnia pęknięcia przypomina odłamek szkła, mają pęknięcie muszlowe. W przypadku innych minerałów pęknięcie można opisać jako szorstkie, postrzępione lub rozszczepione. W przypadku wielu minerałów cechą charakterystyczną nie jest pękanie, ale rozszczepienie. Oznacza to, że rozszczepiają się wzdłuż gładkich płaszczyzn bezpośrednio związanych z ich strukturą krystaliczną. Siły wiązania pomiędzy płaszczyznami sieci krystalicznej mogą zmieniać się w zależności od kierunku krystalograficznego. Jeśli w niektórych kierunkach są znacznie większe niż w innych, wówczas minerał rozdzieli się w poprzek słabe połączenie. Ponieważ rozszczepienie jest zawsze równoległe do płaszczyzn atomowych, można je wyznaczyć poprzez wskazanie kierunków krystalograficznych. Na przykład halit (NaCl) ma rozkład sześcienny, tj. trzy wzajemnie prostopadłe kierunki możliwego podziału. Rozszczepienie charakteryzuje się także łatwością manifestacji i jakością powstałej powierzchni rozszczepienia. Mika charakteryzuje się bardzo doskonałym dekoltem w jednym kierunku, tj. łatwo dzieli się na bardzo cienkie liście o gładkiej, błyszczącej powierzchni. Topaz charakteryzuje się doskonałym dekoltem w jednym kierunku. Minerały mogą mieć dwa, trzy, cztery lub sześć kierunków rozszczepienia, wzdłuż których rozszczepiają się równie łatwo, lub kilka kierunków rozszczepienia różnym stopniu. Niektóre minerały w ogóle nie mają rozkładu. Ponieważ rozszczepienie, jako przejaw wewnętrznej struktury minerałów, jest ich stałą właściwością, pełni funkcję ważnej cechy diagnostycznej. Twardość to opór, jaki minerał wykazuje podczas zarysowania. Twardość zależy od budowy kryształu: im ściślej atomy w strukturze minerału są ze sobą połączone, tym trudniej jest go zarysować. Talk i grafit to miękkie minerały przypominające płytki, zbudowane z warstw atomów połączonych ze sobą bardzo słabymi siłami. Są tłuste w dotyku: po natarciu na skórę dłoni poszczególne cienkie warstwy zsuwają się. Najtwardszym minerałem jest diament, w którym atomy węgla są tak ściśle związane, że można go zarysować jedynie innym diamentem. Na początku XIX wieku. Austriacki mineralog F. Moos ułożył 10 minerałów według rosnącej twardości. Od tego czasu zaczęto je stosować jako wzorce twardości względnej minerałów, tzw. Skala Mohsa (tabela 1). Tabela 1.
SKALA TWARDOŚCI MOH

Twardość względna minerałów
Talk ______1 Gips _______2 Kalcyt ____3 Fluoryt ____4 Apatyt _____5 Ortoklaz ___6 Kwarc ______7 Topaz ______8 Korund ______9 Diament ______10

Aby określić twardość minerału, konieczne jest określenie najtwardszego minerału, jaki może on zarysować. Twardość badanego minerału będzie większa niż twardość minerału, który zarysował, ale mniejsza niż twardość następnego minerału w skali Mohsa. Siły wiązania mogą się różnić w zależności od kierunku krystalograficznego, a ponieważ twardość jest przybliżonym oszacowaniem tych sił, może zmieniać się w różnych kierunkach. Różnica ta jest zwykle niewielka, z wyjątkiem cyjanitu, który ma twardość 5 w kierunku równoległym do długości kryształu i 7 w kierunku poprzecznym. W praktyce mineralogicznej stosuje się także pomiar wartości twardości bezwzględnej (tzw. mikrotwardości) za pomocą sklerometru, która wyrażana jest w kg/mm2.
Gęstość. Masa atomów pierwiastków chemicznych waha się od wodoru (najlżejszy) do uranu (najcięższy). Przy wszystkich pozostałych czynnikach masa substancji składającej się z ciężkich atomów jest większa niż substancji składającej się z lekkich atomów. Na przykład dwa węglany - aragonit i cerusyt - mają podobną strukturę wewnętrzną, ale aragonit zawiera lekkie atomy wapnia, a cerusyt zawiera ciężkie atomy ołowiu. W rezultacie masa cerusytu przewyższa masę aragonitu o tej samej objętości. Masa na jednostkę objętości minerału zależy również od gęstości upakowania atomowego. Kalcyt, podobnie jak aragonit, jest węglanem wapnia, ale w kalcycie atomy są mniej gęsto upakowane, więc ma mniejszą masę na jednostkę objętości niż aragonit. Masa względna lub gęstość zależy od składu chemicznego i struktury wewnętrznej. Gęstość to stosunek masy substancji do masy tej samej objętości wody w temperaturze 4 ° C. Jeśli więc masa minerału wynosi 4 g, a masa tej samej objętości wody wynosi 1 g, to gęstość minerału wynosi 4. W mineralogii zwyczajowo wyraża się gęstość w g/ cm3. Gęstość jest ważną cechą diagnostyczną minerałów i nie jest trudna do zmierzenia. Najpierw próbka jest ważona środowisko powietrzne a potem w wodzie. Ponieważ na próbkę zanurzoną w wodzie działa siła wyporu skierowana ku górze, jej ciężar jest tam mniejszy niż w powietrzu. Ubytek masy jest równy masie wypartej wody. Zatem gęstość określa się jako stosunek masy próbki w powietrzu do jej utraty masy w wodzie.
KLASYFIKACJA MINERAŁÓW
Chociaż skład chemiczny stanowił podstawę klasyfikacji minerałów od połowy XIX wieku, mineralogowie nie zawsze trzymali się tej zasady. zgoda o tym, jaka powinna być kolejność ułożenia w nim minerałów. Według jednej metody konstruowania klasyfikacji minerały pogrupowano według tego samego głównego metalu lub kationu. W tym przypadku minerały żelaza trafiły do jednej grupy, minerały ołowiu do drugiej, minerały cynku do trzeciej itd. Jednak w miarę rozwoju nauki stało się jasne, że minerały zawierające ten sam niemetal (anion lub grupę anionową) mają podobne właściwości i są do siebie znacznie bardziej podobne niż minerały ze zwykłym metalem. Ponadto minerały ze wspólnym anionem występują w tym samym środowisku geologicznym i mają podobne pochodzenie. W rezultacie we współczesnej taksonomii (patrz tabela 2) minerały są pogrupowane w klasy w oparciu o wspólny anion lub grupę anionową. Wyjątkiem są pierwiastki rodzime, które występują w przyrodzie same, nie tworząc związków z innymi pierwiastkami.

Tabela 2.
KLASYFIKACJA MINERAŁÓW

Klasy chemiczne dzielą się na podklasy (według chemii i motywu strukturalnego), które z kolei dzielą się na rodziny i grupy (według typ strukturalny). Poszczególne gatunki minerałów w grupie mogą tworzyć rzędy, a jeden gatunek minerału może mieć kilka odmian. Do tej pory ok. 4000 minerałów uznawanych jest za niezależne gatunki mineralne. Nowe minerały są dodawane do tej listy w miarę ich odkrywania i od dawna znane, ale dyskredytowane w miarę udoskonalania metod badań mineralogicznych, są wykluczane.
POCHODZENIE I WARUNKI ZNAJDOWANIA MINERAŁÓW
Mineralogia nie ogranicza się do określenia właściwości minerałów, bada także pochodzenie, warunki występowania i naturalne związki minerałów. Od powstania Ziemi, około 4,6 miliarda lat temu, wiele minerałów uległo zniszczeniu w wyniku mechanicznego kruszenia, przemiany chemicznej lub topnienia. Jednak elementy tworzące te minerały zostały zachowane, przegrupowane i utworzyły nowe minerały. Zatem minerały, które istnieją dzisiaj, są produktami procesów, które ewoluowały na przestrzeni wieków historia geologiczna Ziemia. Większość Skorupa ziemska zbudowana jest ze skał magmowych, które w niektórych miejscach są pokryte stosunkowo cienką warstwą skał osadowych i metamorficznych. Dlatego skład skorupy ziemskiej w zasadzie odpowiada średniemu składowi skał magmowych. Osiem pierwiastków (patrz tabela 3) stanowi 99% masy skorupy ziemskiej i odpowiednio 99% masy tworzących ją minerałów.

Tabela 3.
GŁÓWNE ELEMENTY WCHODZĄCE W SKÓRĘ ZIEMI

Pod względem składu pierwiastkowego skorupa ziemska jest strukturą ramową składającą się z jonów tlenu związanych z mniejszymi jonami krzemu i glinu. Zatem głównymi minerałami są krzemiany, które stanowią ok. 35% wszystkich znanych minerałów i ok. 40% - najczęściej. Najważniejszymi z nich są skalenie (rodzina glinokrzemianów zawierająca potas, sód i wapń, rzadziej bar). Inne powszechne krzemiany skałotwórcze to kwarc (częściej jednak klasyfikowany jest jako tlenki), miki, amfibole, pirokseny i oliwin.
Skały magmowe. Skały magmowe powstają, gdy stopiona magma stygnie i krystalizuje. Odsetek różne minerały i dlatego rodzaj powstałej skały zależy od proporcji pierwiastków zawartych w magmie w momencie jej krzepnięcia. Każdy rodzaj skał magmowych zwykle składa się z ograniczonego zestawu minerałów zwanych skałami głównymi. Oprócz nich w mniejszych ilościach mogą występować minerały drobne i dodatkowe. Na przykład głównymi minerałami w granicie może być skaleń potasowy (30%), skaleń sodowo-wapniowy (30%), kwarc (30%), miki i hornblenda (10%). Jako minerały dodatkowe mogą występować cyrkon, sfen, apatyt, magnetyt i ilmenit. Skały magmowe są zwykle klasyfikowane na podstawie rodzaju i ilości zawartego w nich skalenia. Jednak w niektórych skałach brakuje skalenia. Skały magmowe są dalej klasyfikowane według ich struktury, która odzwierciedla warunki, w jakich skała krzepła. Powoli krystalizująca w głębi Ziemi magma powoduje powstanie natrętnych skał plutonicznych o strukturze grubo- i średnioziarnistej. Jeśli magma wypłynie na powierzchnię w postaci lawy, szybko się ochładza i wytwarza drobnoziarniste skały wulkaniczne (wylewne lub wylewne). Czasami niektóre skały wulkaniczne (na przykład obsydian) ochładzają się tak szybko, że nie mają czasu na krystalizację; podobne skały mają szklisty wygląd (szkła wulkaniczne).
Skały osadowe. Kiedy podłoże skalne ulega zwietrzeniu lub erozji, do osadu włącza się materiał klastyczny lub rozpuszczony. W wyniku wietrzenia chemicznego minerałów, zachodzącego na granicy litosfery i atmosfery, powstają nowe minerały, np. minerały ilaste ze skalenia. Niektóre pierwiastki są uwalniane, gdy minerały (takie jak kalcyt) rozpuszczają się w wodach powierzchniowych. Jednak inne minerały, takie jak kwarc, nawet pokruszony mechanicznie, pozostają odporne na działanie wietrzenie chemiczne. Tworzą się stabilne mechanicznie i chemicznie minerały o odpowiednio dużej gęstości, uwalniane podczas wietrzenia powierzchnia ziemi osady placerowe. Z placerów wydobywa się najczęściej aluwialne (rzekowe), złoto, platynę, diamenty, inne kamienie szlachetne, kamień cynowy (kasyteryt) i minerały innych metali. W pewnych warunkach klimatycznych tworzą się grube skorupy wietrzenia, często wzbogacone minerałami kruszcowymi. Skorupy wietrzejące są związane z przemysłowymi złożami boksytu (rudy aluminium), nagromadzeniami hematytu (rudy żelaza), uwodnionymi krzemianami niklu, minerałami niobu i innymi. rzadkie metale. Większość produktów wietrzenia transportowana jest systemem cieków wodnych do jezior i mórz, na dnie których tworzy warstwową warstwę osadową. Łupki składają się głównie z minerałów ilastych, podczas gdy piaskowiec składa się głównie ze spiekanych ziaren kwarcu. Rozpuszczony materiał może zostać usunięty z wody przez organizmy żywe lub wytrącony w wyniku reakcji chemicznych i parowania. Węglan wapnia jest wchłaniany z woda morska mięczaki budujące z niego twarde muszle. Większość wapieni powstaje w wyniku nagromadzenia muszli i szkieletów organizmów morskich, chociaż wytrąca się część węglanu wapnia chemicznie. Osady ewaporatów powstają w wyniku odparowania wody morskiej. Ewaporaty to duża grupa minerałów, do której zalicza się halit (sól kuchenna), gips i anhydryt (siarczany wapnia), sylwin (chlorek potasu); wszyscy mają ważne praktyczne użycie. Minerały te osadzają się również podczas parowania z powierzchni słonych jezior, jednak w tym przypadku wzrost stężenia rzadkich pierwiastków może prowadzić do dodatkowego wytrącania się niektórych innych minerałów. To właśnie w tym środowisku powstają borany.
Skały metamorficzne. Metamorfizm regionalny. magmowe i skały osadowe zakopane na dużych głębokościach pod wpływem temperatury i ciśnienia ulegają przemianom zwanym metamorficznymi, podczas których zmieniają się pierwotne właściwości skał, a pierwotne minerały rekrystalizują lub ulegają całkowitej przemianie. W rezultacie minerały są zwykle ułożone wzdłuż płaszczyzny równoległe, nadając skałom wygląd łupkowy. Cienkie łupkowe skały metamorficzne nazywane są łupkami. Często są wzbogacane minerałami płytkowymi (mika, chloryt lub talk). Grubsze łupkowe skały metamorficzne to gnejsy; zawierają naprzemienne pasma kwarcu, skalenia i ciemnych minerałów. Kiedy łupki i gnejsy zawierają jakiś typowo metamorficzny minerał, znajduje to odzwierciedlenie w nazwie skały, na przykład łupek sylimanitowy lub staurolitowy, cyjanit lub gnejs granatowy.
Metamorfizm kontaktowy. Kiedy magma przedostaje się do górnych warstw skorupy ziemskiej, zwykle zachodzą zmiany w skałach, w które się wdarła, tzw. Metamorfizm kontaktowy. Zmiany te objawiają się rekrystalizacją oryginału lub powstawaniem nowych minerałów. Stopień metamorfizmu zależy zarówno od rodzaju magmy, jak i rodzaju skał, w których ona przenika. Skały gliniaste i skały o podobnym składzie chemicznym przekształcają się w hornfels kontaktowy (biotyt, kordieryt, granat itp.). Najbardziej intensywne zmiany zachodzą w przypadku wtargnięcia magmy granitowej do wapieni: efekty termiczne powodują ich rekrystalizację i powstawanie marmuru; w rezultacie interakcja chemiczna w przypadku wapieni tworzą się roztwory oddzielone od magmy duża grupa minerały (krzemiany wapnia i magnezu: wolastonit, granaty gruboziarniste i andradytowe, wezuwianit czyli idokraza, epidot, tremolit i diopsyd). W niektórych przypadkach metamorfizm kontaktowy wprowadza minerały rudne, czyniąc skały cennymi źródłami miedzi, ołowiu, cynku i wolframu.
Metasomatoza. W wyniku metamorfizmu regionalnego i kontaktowego nie następuje istotna zmiana składu chemicznego skał pierwotnych, a jedynie ich skład mineralny i wygląd. Kiedy roztwory wprowadzają pewne pierwiastki, a inne usuwają, następuje znacząca zmiana składu chemicznego skał. Takie nowo powstałe skały nazywane są metosomatycznymi. Przykładowo oddziaływanie wapieni z roztworami uwalnianymi przez magmę granitową podczas krystalizacji prowadzi do powstania wokół masywów granitowych stref rud kontaktowo-metasomatycznych – skarp, w których często dochodzi do mineralizacji.
ZŁOŻA RUD I PEGMATYT
Skład chemiczny gruboziarnistego granitu może znacznie różnić się od składu pierwotnej magmy. Badania skał wykazały, że minerały są uwalniane z magmy w określonej kolejności. Jako pierwsze krystalizują minerały bogate w żelazo i magnez, takie jak oliwin i pirokseny, a także minerały towarzyszące. Ze względu na większą gęstość niż otaczający wytop, w wyniku procesu segregacji magmy osiadają w dół. Uważa się, że w ten sposób powstają dunity – skały składające się niemal wyłącznie z oliwinu. Podobne pochodzenie przypisuje się pewnym dużym nagromadzeniom magnetytu, ilmenitu i chromitu, które należą odpowiednio do szeregu żelaza, tytanu i chromu. Jednakże skład wytopu pozostałego po usunięciu minerałów w drodze segregacji magmowej nie jest całkowicie identyczny ze składem powstałej z niego skały. Podczas krystalizacji wytopu wzrasta w nim stężenie wody i innych lotnych składników (na przykład związków fluoru i boru), a wraz z nimi wielu innych pierwiastków, których atomy są zbyt duże lub zbyt małe, aby przedostać się do krystalicznych struktur skały -tworzy minerały. Wodne płyny uwalniane z krystalizującej magmy mogą przedostać się przez pęknięcia na powierzchnię Ziemi, do obszaru o niższych temperaturach i ciśnieniach. Powoduje to odkładanie się minerałów w pęknięciach i powstawanie osadów żylnych. Niektóre żyły składają się głównie z minerałów niemetalicznych (kwarc, kalcyt, baryt i fluoryt). Inne żyły zawierają minerały metali, takich jak złoto, srebro, miedź, ołów, cynk, cyna i rtęć; w związku z tym mogą reprezentować cenne złoża rudy. Ponieważ takie osady powstają przy udziale podgrzanych roztworów wodnych, nazywa się je hydrotermalnymi. Należy powiedzieć, że największe złoża hydrotermalne nie są żyłami, ale metasomatycznymi; są to osady arkuszowe lub o innym kształcie powstałe w wyniku zastąpienia skał (najczęściej wapienia) roztworami rudonośnymi. Uważa się, że minerały tworzące takie złoża mają pochodzenie hydrotermalno-metasomatyczne. Pegmatyty są genetycznie spokrewnione z krystalizującą magmą granitową. Masa wysoce mobilnego płynu, wciąż bogatego w pierwiastki tworzące minerały tworzące skały, może zostać wyrzucona z komory magmowej do skały macierzystej, gdzie krystalizuje, tworząc ciała o gruboziarnistej strukturze, składające się głównie ze skał -minerały tworzące - kwarc, skaleń i mika. Takie ciała skalne, zwane pegmatytami, mają bardzo zmienną wielkość. Maksymalna długość większości ciał pegmatytowych wynosi kilkaset metrów, ale największe z nich osiągają długość 3 km, a dla małych mierzona jest w pierwszych metrach. Pegmatyty zawierają duże kryształy poszczególnych minerałów, m.in. największe na świecie skalenie o długości kilku metrów, mikę – o średnicy do 3 m, kwarc – o masie do 5 t. Rzadkie pierwiastki skoncentrowane są w niektórych płynach tworzących pegmatyty (często w postaci duże kryształy) , na przykład beryl - w berylu i chryzoberylu, lit - w spodumenie, petalitycie, amblygonicie i lepidolicie, cez - w polucycie, bor - w turmalinie, fluor - w apatytu i topazie. Większość z tych minerałów to odmiany jubilerskie. Przemysłowe znaczenie pegmatytów wynika po części z faktu, że są one źródłem kamieni szlachetnych, ale przede wszystkim – wysokiej jakości skalenia potasowego i miki, a także rud litu, cezu i tantalu, a częściowo berylu.