Надо Знать

добавить знаний



Минерал



План:


Введение

Различные минералы

Минерал ( рус. минерал , англ. mineral , нем. Minerale n pl , От поздне лат. minera - рудник, рудная жила, руда) - естественная химическое соединение кристаллической строения, образовалась во время геологических и геохимических процессов в земной коре или эквивалентных процессов на других космических телах в Вселенной, однороден по своей физическим строением и химическим составом. [1] Типичным примером минералов могут служить составные части горной породы гранита : полевой шпат микроклин K (AlSi 3 O 8), кварц SiO 2, слюда мусковит KAl 2 (AlSi 3 O 10) (OH) 2. [2] Число открытых минералов растет из года в год и сейчас превышают 4000. Наука, изучающая минералы называется минералогией.

В узком смысле, минерал - природное химическое соединение кристаллической структуры, который вследствие проявления геологического процесса. Это дефиниция является наиболее признанной [2] и охватывает прежде типовые (обязательные, прямые) природные объекты, которые являются составными частями горных пород, руд и образовались вследствие проявления геологических процессов (в) Земли или других космических телах.

В широком смысле понятие, к минералам относят также жидкости - нефть, минеральную воду и природный газ.


1. Определение и классификация минералов

К минералам относятся твердые тела кристаллической строения, которые имеют природное происхождение и характеризуются однородной структурой и определенным химическим составом. По определению Международной минералогической Ассоциации (1995), минерал - это химический элемент или соединение обычно кристаллического строения, образованная в результате геологических процессов. Согласно такому определению, вещества биологического происхождения не относятся к минералам:

"Вещества биологического происхождения - это химические соединения, образованные в результате исключительно биологических процессов, которые не содержат геологического компонента (например, уролит, кристаллы солей щавелевой кислоты, раковины морских моллюсков и т.п.) и не является минералами. Однако соединение образована при участии некоторого геологического процесса, то она может быть минералом ". [3]

Не все исследователи придерживаются этого правила исключения: в частности Ловенстем (1981) утверждает, что "живые организмы способны образовывать целый ряд минералов, многие из которых возникают в биосфере неорганическим путем ". [4]

Такое различие скорее касается вопроса классификации, чем самого состава минералов. Скиннер (2005) считает, что все твердые тела являются потенциальными минералами, и причисляет биоминералы, то есть соединения, образованные в процессе обмена веществ живых организмов, к минералам. Это включение минералов биологического происхождения требует расширения определения минерала как "Элемента или соединения аморфной или кристаллической структуры, образованной в результате биогеохимических процессов ". [5]

Понятие "минерал" возникло давно и с тех пор непрерывно изменяется соответственно изменению содержания минералогии. На начальном этапе ее развития термин "минерал" был синонимом термина "ископаемое" и охватывал собственно минералы (в современном понимании), горные породы, руды и окаменелости.

В 1765 году Никола Лемери собственным трудом "Общая химия" разделил все известные в то время вещества на минеральные, растительные и животные, а в 1820 - 1830-х годах Берцелиус противопоставил одну одной органическую и неорганическую ("минеральную") химию. Именно поэтому бытовое употребление прилагательного минеральный (например, минеральные воды, соли, красители) не соответствует научному определению "минерал". [2]


2. Общая характеристика

Почтовый блок марок "Минералы Украины", 2009 год

Сейчас минералогия достигла такого консолидированного состояния развития, четко наметился круг ее объектов исследования, которыми стали минералы-кристаллы любой формы. Итак, основная сущность минерала - кристаллическое состояние, обусловленный закономерным расположением строительных частиц ( атомов, ионов, молекул) в пространстве и подчинен законам симметрии. Следовательно, некристаллические (твердые) природные образования (вещества с аморфным, метамиктним, иногда коллоидным состоянием) не является минералами. Их рекомендуется отнести к другому множества соединений - минералоидив. Однако последние являются полнокровными объектами минералогии или смежных наук, поскольку генетически и парагенетических связанные с минералами.

Нетрадиционными объектами исследования в минералогии есть химические соединения кристаллической структуры, которые искусственно получает (синтезирует) человек, соединения, возникающие в результате преобразования, часто произвольного, техногенных продуктов - терриконов шахт, отходов предприятий, атомных электростанций и т.д., а также камни, образующегося в организме людей, животных, растений. Все эти соединения являются целом второстепенными объектами минералогии и их целесообразно соответствии называть так: искусственные минералы, техногенные минералы, биоминералы.

Минералы существуют в природе одиночно в виде минеральных индивидов (кристаллов-многогранников или кристаллов-зерен) или, что бывает значительно чаще, образуют между собой сростки агрегаты (мономинеральных или полиминеральные). Последние преобладают. Сростки бывают закономерные и случайные. Минеральные индивиды составляют все камни (горные породы, руды), т.е. составляют весь минеральный мир подобно индивидам-организмам, которые составляют мир животных и растений. У природі існує величезна кількість мінеральних індивідів, які своїм існуванням фіксують дискретність мінерального світу, є одиничними об'єктами мінералогії та являють собою конкретну форму існування мінеральних видів.


2.1. Структура мінералів

Зональна будова - внутрішня будова кристалів, зумовлена чергуванням у них шарів різного складу, або різних властивостей. Залежить від зовнішньої форми кристалів та умов росту.

3. Мінерали у Сонячній системі

Мінеральний склад земної кори у відсотках за Булахом А. Г., 1996. [6]

Через неоднорідність елементного складу Сонячної системи на момент формування планет, існує певна диференціація елементного, а отже й мінерального складу планет. Дальні планети збагачені легкими елементами, внутрішні планети - важкими. [2] Найпоширеніші мінерали на планетах земної групи :

Поверхня планет земної групи вкрита гірськими породами, що утворені з польових шпатів, піроксенів, олівінів. Відомо 85 видів мінералів зібраних на поверхні Місяця та доставлених на Землю американськими та радянськими експедиціями. На поверхні Марса відомі виходи базальтових та андезитових лав, поклади титаномагнетиту, маггеміту, нонтроніту, сульфатів заліза та магнію. В метеоритах окрім олівінів, піроксенів, плагіоклазів також дуже поширеними є мінерали заліза, теніт та ферит. Загалом описано 175 мінералів у складі метеоритів. На поверхні дальніх планет гігантів та карликових планет пояса Койпера установлено існування лише легких твердих фаз кристалічних вуглекисню CO 2, води H 2 O, сірки S та метану CH 4. [2]


4. Генезис

4.1. Біогенні мінерали

Біогенні мінерали за походженням розподіляються на 3 типи кристалічних хімічних сполук [2] :

У складі живих організмів існують органо-мінеральні агрегати побудовані у комплексі орієнтованих кристалів та білкових наповнювачів. [7] Наприклад, головним мінералом твердих тканин людини є апатит, а кожне волокно його кісткової тканини складається з ланцюжка дрібних подовжених (до 100 нм) призматичних кристалів цього мінералу, оточених білком конхіаліном. У тканинах немовляти частина фосфатів аморфна, частина кристалізована, а білкова частка кісток становить понад 30%, тому й кістки у молодому віці досить м'які та гнучкі. З віком кристалізація фосфатної частини збільшується й кістки стають крихкими. З кристалів апатиту в білковій речовині утворені емаль й дентин зубів. Апатит в організмі має певні кристалохімічні особливості - він збагачений вуглекислотою та водою, має менший відсотковий вміст фосфорного ангідриду. [2]


4.2. Антропогенні мінерали

Антропогенні мінерали утворюються під час хімічних реакцій у шлаках шахтних териконів, шламових хвостах гірничо-збагачувальних комбінатів. [2] Агентом виступає вода. Такі мінерали увійшли до мінералогічних довідників як самостійні одиниці. От 1995 року Комісія з нових мінералів та назв мінералів (англ. Commission on New Minerals and Mineral Names (CNMMN)) Міжнародної мінералогічної асоціації не приймає заявок на утвердження нових антропогенних мінералів.


5. Класифікація мінералів

Класифікація мінералів - розподіл мінералів на систематичні одиниці на основі їх спільних ознак (зовнішніх, геологічних, хімічних, кристалографічних, геохімічних і кристалохімічних). В залежності від того, яким ознакам надається перевага, класифікації мінералів поділяються на:

Найбільш сучасною є кристалохімічна класифікація, в основу якої покладено взаємозв'язок між хімічним складом і будовою мінералів, а також їх властивостями і морфологічними особливостями. За цими ознаками всі мінерали поділяють на типи, класи, підкласи, відділи і групи.


6. Физические свойства

Відбивна здатність - здатність мінералів відбивати частину світла, що падає на них. Есть оптичною константою мінералів, яка використовується в мінералогії як діагностична ознака. Числове значення цієї константи (у %) визначається формулою:

R = Ii/Iу

де Ii - інтенсивність падаючого на поверхню мінералу світла, - інтенсивність відбитого світла, R - показник відбиття.

Найбільша відбивна здатність (95%) спостерігається у самородного срібла.


7. Химические свойства

Основними хімічними властивостями мінералів є їх розчинність у воді та взаємодія з кислотами (найчастіше з хлоридною HCl).

8. Мінерал як твердий розчин

Кожен мінерал характеризується своєю кристалохімічною неповторністю, тобто унікальним поєднанням хімічного складу і кристалічної структури, тому різні мінерали можуть мати однаковий хімічний склад, але різну структуру (поліморфізм кристалів). [8] Алмаз і графіт - це дві алотропні кристалічні модифікації вуглецю, а кальцит і арагоніт - дві різні модифікації карбонату кальцію CaCO 3. Навпаки дві різних за складом, але однакових за кристалічною структурою (ізоструктурні) речовини - це різні мінерали (магнезит MgCO 3 та сидерит FeCO 3; корунд Al 2 O 3 і есколаіт Cr 2 O 3). Ізоструктурні речовини в природі часто утворюють тверді розчини, кристали мішаного складу. Усі мінерали в природі є твердими розчинами, що характеризуються змінним хімічним складом, не існує ідеально хімічно чистих мінералів. [2] Комісія з нових мінералів та їх назв трактує мінерал як суміш ідеально хімічно чистих подібних одна до одної сполук, однакової кристалічної структури і рекомендує називати мінерали за компонентом, що кількісно переважає у складі (рубін (Al 1,9 Cr 0,1)O 3 це лише корунд Al 2 O 3). [2]

Ізоморфізм - це властивість речовин, аналогічних за хімічним складом, подібних за будовою і близьких за розмірами елементарних комірок, кристалізуватися в однакових формах. В мінералогії під цим часто розуміється явище заміни часток в кристалі, що вибудовується, однієї речовини на частки іншої ізоморфної речовини. [9] Таким шляхом утворюється, наприклад, магнезит мішаного складу (Mg, Fe)CO 3. У конкретних випадках встановленого точного вмісту заліза формули зиписуються як (Mg 0,8 Fe 0,2)CO 3, (Mg 0,65 Fe 0,35)CO 3. В природі явище ізоморфізму часто супроводжується додатковим виникненням:

  • вакансій (незайнятих вузлів у кристалічній ґратці). Наприклад, природний моносульфід заліза мінерал піротин має теоретичну формулу FeS, але в реальності завжди відзначається дефіцит заліза. Це відбувається за рахунок того, що при зростанні кристалів піротина частина іонів Fe 2+ зазмінюється іонами Fe 3+ за схемою:
2Fe 3+ + вакансія → 3Fe 2+

У результаті формули різних проб можуть мати вигляд Fe 0,89 S, Fe 0,91 S. [2]

  • міжвузлових часток (атомів, електронів). Інколи в флюориті CaF 2 присутня ізоморфна домішка Y 3+. Атом ітрію займає позицію Ca 2+, одночасно інтродукується іон F - за схемою:
Ca 2+ → Y 3+ + F -

Загальна формула флюориту записується як (Ca 1-x Y x)F 2+x. [2]

Цитрин

Таким образом стехіометричний склад мінералів порушується.

Разные грани кристалла обладают разной адсорбционной способностью, что приводит к различиям химического состава и свойств кристалла в различных его частях (голубовато-желтые в разных частях топазы). Также винно-желтый цитрин и фиолетово-лиловый аметист - это лишь две разновидности кварца SiO 2, различающиеся характером химических микропримесей, а от того и цветом. Когда кристаллы минерала смешанного состава прорастают в меняющихся условиях, они часто имеют зональное строение (многоцветные турмалины с Мадагаскара). [2]


9. Отдельные разновидности




См.. также


Примечания

  1. По определению Комиссии по новых минералов и названий минералов ( англ. Commission on New Minerals and Mineral Names (CNMMN)) Международной минералогической ассоциации.
  2. а б в г д е ж и к л м н п (Рус.) Булах А. Г. Общая минералогии. 3-е издание. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2002. - 364 с.
  3. Nickel, Ernest H. (1995). "The definition of a mineral". The Canadian Mineralogist 33 (3): с.690
  4. HA, Lowenstam (1981). "Minerals formed by organisms". Science 211 (4487): с.1126
  5. Skinner, HCW (2005). "Biominerals". Mineralogical Magazine 69 (5): с.621
  6. Булах А.Г. Общий минеральный состав земной коры / / Записки Всероссийский минералогическом общества. 1996. выпуск 4. С. 23-28.
  7. (Рус.) Кораго А. Введение в биоминералогию. - Л.: Недра, 1992. 280 с.
  8. (Рус.) Поваренных А. С. Кристаллохимическая классификация минеральных видов. - К.: Наукова думка, 1966. 547 с.
  9. (Рус.) Булах А.Г., Кривовичев В. Г., Золотарев А. А. Формулы минералов: термодинамически анализ в минералогии и геохимии. С-Пб.: Издательство СПбГУ, 1995. 257 с.

Литература


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам