Минералы, их образование и свойства

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

УДМУРТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра геодезии и геоинформатики

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Общая геология»

на тему: «Минералы»

Выполнил студент группы:

ЗСБ-02130011(К)

_______________________________

Проверил:

_______________________________

_______________________________

Ижевск-2013

Содержание

1. Понятие «МИНЕРАЛ»

2. Основные процессы минералообразования

3. Свойства минералов

3.1 Структура минералов

1. Понятие «МИНЕРАЛ»

Минералы - твердые природные образования, входящие в состав горных пород Земли, а также других планет, метеоритов и астероидов. Однородные по составу кристаллические вещества с упорядоченной внутренней структурой и определенным составом, который может быть выражен соответствующей химической формулой.

Минералами считаются химические элементы или их соединения, образовавшиеся в результате естественных природных процессов. Различают два вида минералов: природного и искусственного происхождения.

В настоящее время установлено около 4900 минеральных видов, более 4660 из которых было одобрено Международной минералогической ассоциацией (IMA). Однако лишь несколько десятков минералов пользуются широким распространением. Они входят в состав горных пород и называются породообразующими.

2. Основные процессы минералообразования

Различают три основных процесса минералообразования:

Эндогенный (магматический) - связан с внутренними силами Земли и проявляется в ее недрах. Минералы, формирующиеся непосредственно из магматического расплава (кварц, оливин, слюды и др.), обладают большой твердостью, плотные, стойки к воздействию воды, кислот и щелочей.

Экзогенный (осадочный) - свойственен для поверхности земной коры. Минералы формируются на суше и в море.

В первом случае их создание связано с процессом выветривания под воздействием воды, кислорода и колебаний температуры (глинистые минералы - каолинит; железистые соединения - сульфиды, оксиды и т.д.).

Во втором - минералы формируются в процессе выпадения химических осадков из водных растворов (галит, сильвин).

Ряд минералов образуется в результате жизнедеятельности различных организмов - опал (образуется из геля кремнезема - продукта распада скелетных остатков кремниевых организмов), сера, пирит.

Свойства экзогенных минералов разнообразны, но большинство из них имеют низкую твердость, активно взаимодействуют с водой или растворяются в ней.

Метаморфический - минералы формируются в результате сложных процессов, происходящих в структуре твердых пород и минералов при различных температурах и давлениях: они изменяют свое первоначальное состояние, перекристаллизовываются, приобретают плотность и прочность (тальк, магнетит, актинолит, роговая обманка и др.).

Искусственные минералы - результат производственной деятельности человека. В настоящее время создано более 150 минералов.

Различают два вида искусственных минералов:

1) аналоги - повторение природных минералов (алмаз, корунд, изумруд);

2) техногенные - вновь созданные минералы с заранее заданными свойствами (алит 3CaO·SiO₂ - вяжущие свойства, муллит 3Al₂O₃·2SiO₂ - огнеупорность). Такие минералы входят в состав строительных материалов.

3. Свойства минералов

3.1 Структура минералов

Каждый минерал имеет определенное строение и обладает присущим ему комплексом физических свойств.

Минералы обладают кристаллической структурой или бывают аморфными. Большинство минералов имеют кристаллическое строение, в котором атомы расположены в строго определенном порядке, создавая пространственную решетку. Благодаря этому многие минералы имеют вид правильных многогранников - кристаллов.

Типичные формы кристаллов объединены в семь кристаллографических систем, называемых сингониями. Различие между ними проводится по кристаллографическим осям и углам, под которыми эти оси пересекаются.

Существуют следующие кристаллографические сингонии (системы), табл. 1:

Таблица 1 - Кристаллографические сингонии (системы)

Со строением и характером пространственной решетки связаны свойства кристаллических тел. Если свойства минерала одинаковы по всем направлениям, то минерал обладает изотропными свойствами, если свойства различны по разным направлениям - анизотропными свойствами. Аморфные минералы не имеют кристаллической решетки, имеют неправильную внешнюю форму, обладают изотропными свойствами.

3.2 Физические свойства минералов

искусственный минерал кристаллографический сингония

Каждый минерал обладает определенным физическим свойствами:

*Внешняя форма - может быть разнообразной. Наиболее часто минералы встречаются в виде кристаллических агрегатов и сростков, а также в виде друз, конкреций, секреций, натечных форм и т.д.

1. Кристаллические агрегаты - скопления минеральных зерен различной формы, зависящей от внутреннего строения минерала и формы пространства, в которой происходит кристаллизация.

По величине зерен кристаллические агрегаты делят:

- на крупнозернистые - > 5 мм в поперечнике;

- среднезернистые - 2…5 мм;

- мелкозернистые - 0,5…2 мм (апатит);

- скрытокристаллические - < 0,5 мм.

По форме зерен:

- зернистые (галит, пирит);

- столбчатые (селенит, магнезит);

- волокнистые (асбест);

- пластинчатые (гипс);

- чешуйчатые (графит) и др.

2. Друзы - незакономерные сростки отдельных кристаллов, прикрепленные одним концом к какой-либо поверхности (кварц, флюорит).

3. Конкреции - округлые или неправильной формы минеральные стяжения с радиально-лучистым или скорлупообразным сложением. Встречаются в глинах и песках, по составу могут быть карбонатными, железистыми и др.

4. Оолиты - скопления в виде горошин концентрически-скорлуповидного строения, образующиеся при оседании минерального вещества вокруг каких-либо мелких частиц (лимонит, боксит).

5. Секреции - образуются при заполнении минеральным веществом пустот в горных породах, в отличие от конкреций, отложение вещества идет от периферии к центру. Секреции размером менее 10 мм в поперечнике называются миндалинами, более крупные - жеодами (кварц, кальцит).

6. Натечные формы - возникают при медленном обволакивании минеральным веществом каких-либо поверхностей (опал, малахит, сера; в пещерах - отложения карбонатов в виде сталактитов и сталагмитов).

7. Многие минералы имеют землистый облик (марганцевая руда).

*Цвет минерала в куске - зависит от химического состава, кристаллического строения и присутствия примесей. Некоторые минералы имеют постоянную окраску (малахит - зеленую, сера - желтую), большинство же минералов может иметь различную окраску. Например, флюорит бывает бесцветным, желтым, коричневым, розовым, зеленым, синим, фиолетовым и даже почти черным.

Химические и механические примеси способны изменить собственную окраску минерала и позволяют выделять его разновидности. Кроме того, цветовые оттенки минералов могут меняться под воздействием высоких температур, ультрафиолетового и радиоактивного облучения, некоторые минералы обладают способностью менять окраску в зависимости от условий освещения (александрит), а также просто выцветать на солнечном свету.

*Блеск - способность поверхности минерала отражать в различной степени свет, различают:

1) металлический блеск (самородные металлы) - халькопирит (медный колчедан), галенит;

2) полуметаллический (металловидный) блеск - графит;

3) неметаллический блеск бывает:

- алмазным - алмаз, сфалерит;

- стеклянным - топаз, кальцит, галит;

- жирным - тальк, сера;

- восковым - халцедон;

- перламутровым - ангидрит;

- шелковистым - асбест.

Многие минералы вообще лишены блеска, они имеют тусклую, матовую поверхность - кремень.

*Прозрачность - способность минералов пропускать свет без изменения направления его пропускания, выделяют:

прозрачные - пропускают свет по всему объему (кварц, мусковит);

полупрозрачные (просвечивающие) - через них видны лишь очертания предметов, свет проходит, как через матовое стекло (гипс, халцедон);

непрозрачные - не пропускают свет даже в тонких пластинках (пирит, графит).

*Спайность - способность некоторых минералов при ударе раскалываться с образованием плоских поверхностей. Различают следующие виды спайности:

1) весьма совершенную - минерал расщепляется пальцами на тонкие пластины и листочки (слюда);

2) совершенную - минерал раскалывается молотком на куски, ограниченные ровными плоскостями, которые на отдельных участках могут быть неровными (галит, кальцит, флюорит);

3) среднюю - минерал распадается на куски, образуя ступенчатые поверхности, все ступеньки между собой параллельны (полевые шпаты);

4) несовершенную - на общем фоне неровного излома образуются небольшие, параллельные между собой площадки (апатит);

5) весьма несовершенную - минералы почти не дают ровных поверхностей (кварц).

*Излом - характерен для минералов, не обладающих спайностью, т.е. не дающих ровных поверхностей при раскалывании.

Различают следующие виды излома:

- раковистый (кварц, обсидиан),

- зернистый (апатит),

- землистый (каолинит, бурый железняк),

- занозистый (антимонит, хлорит, роговая обманка),

- волокнистый (гипс-селенит),

- ступенчатый (пьемонит),

- неровный и др.

*Плотность - масса вещества, отнесенная к массе равного объема воды, следовательно, минерал с плотностью 2,6 в 2,6 раза тяжелее такого же объема воды. Плотность - постоянная величина для каждого минерала. Плотность минералов и горных пород колеблется от 0,6 до 20 г/см³. Минералы с плотностью ниже 2 г/см³ считаются легкими (янтарь - 1,0-1,1 г/см³, сильвин - 1,5 г/см³), от 2 до 4 г/см³ - нормальными (галит - 2,2 г/см³, ортоклаз - 2,5 г/см³, кварц - 2,6 г/см³, корунд - 4,0-4,1 г/см³), выше 4 г/см³ - тяжелыми (галенит, или свинцовый блеск - 7,5 г/см³, серебро - 9,6-12 г/см³, платина - 14-19 г/см³, золото -19,3 г/см³, максимальной плотностью обладает иридий - 23 г/см³).

*Твердость - способность минералов противостоять внешним механическим воздействиям. Немецкий минералог Фридрих Моос (1773-1839) предложил шкалу, согласно которой минералы группируются в соответствии с их относительной твердостью по десятибалльной шкале. Эта шкала получила название минералогической шкалы твердости или шкалы Мооса (табл. 2).

Таблица 2

Минералы могут обладать рядом других физических свойств: хрупкостью (галит), плавкостью, магнитностью (магнетит, прирротит), вкусом (галит, сильин), запахом (сера), ощущением на ощупь (тальк - жирный), радиоактивностью (бетафит), иридизацией (лабрадор), двойным лучепреломлением (исландский шпат - разновидность кальцита) и т.д.

3.3 Химический состав

Каждый минерал характеризуется определенным химическим составом. Химический состав кристаллических минералов выражается кристалло-химической формулой, показывающей количественное соотношение элементов и характер их взаимной связи в пространственной решетке:

Каолинит - Al₂[Si₄O₁₀](OH)₈

Агвит - Ca(Mg, Ge, Al)x[(Si, Al)₂O₆]

Химическая формула аморфных минералов отражает только количественное соотношение элементов.

В состав многих минералов экзогенного происхождения входит вода. Молекулярная вода не участвует в строении пространственной решетки и ее удаление лишь обезвоживает минерал: при нагреве гипса CaSO₄ • 2H₂O остается ангидрит CaSO₄. Химически связанная вода (ОН) входит в пространственную решетку и ее удаление приводит к разрушению минералов.

3.3.1 Классификация минералов по химическому составу

Самородные элементы - минералы, находящиеся в природе в свободном состоянии, составляют менее 0,1 % массы земной коры (золото Аu, серебро Ag, платина Pt и др.).

Силикаты - самые распространенные в природе минералы, включают более 800 минералов, являющихся основной составной частью магматических и метаморфических горных пород. На их долю приходится 80 % массы земной коры (мусковит KAl₂[AlSi₃O₁₀], ортоклаз К[А1Si₃О₈] и др.).

Карбонаты - соли угольной кислоты. К ним относятся более 80 минералов, составляют 1,7 % массы земной коры, в воде теряют механическую прочность, слабо растворяются, в кислотах разрушаются (кальцит СаСО₃, магнезит MgCO₃ и др.).

Оксиды и гидроксиды - объединяют примерно 200 минералов, на долю которых приходится 17 % массы земной коры - являются породообразующими минералами. Выделяют две группы:

1) оксиды и гидроксиды кремния - самый распространенный кварц - SiO₂ составляет 12 % от массы земной коры. (SiO₂ - горный хрусталь, аметист, дымчатый кварц, халцедон, агат, кремень и др.);

2) оксиды металлов (Fe, Mn, Al и др.).

Сульфиды - соли сероводородной кислоты, составляют 0,15 % массы земной коры (> 200 минералов), разрушаются под действием выветривания, имеют большое практическое значение как важнейшие руды: свинец - PbS (галенит), цинк - ZnS (сфалерит), ртуть - HgS (киноварь) и др.

Сульфаты - соли серной кислоты, объединяют около 260 минералов, однако составляют лишь 0,1 % массы земной коры. Происхождение связано с водными растворами. Характеризуются светлой окраской и небольшой твердостью, хорошо растворяются в воде (гипс CaSO₄•2H₂O и др.).

Галогениды - соли галоидоводородных кислот (НСl, HF) - 100 минералов, образуются при осаждении из растворов (галит NaCl, флюорит CaF и др.).

Фосфаты и вольфраматы - встречаются очень редко, составляют < 0,1 % массы земной коры, имеют важное значение как сырье при производстве удобрений (апатит Ca₅(PO₄)₃F, вольфрамит (Fe,Mn)WO₄ и др.).

Размещено на Allbest.ru