Густина хімічних елементів і мінералів

Густина хімічно чистих простих твердих речовин характеризується постійним, чітко визначеним значенням, і змінюється в межах 500 кг/м³ (літій) – 22500 кг/м³ (осмій та іридій). Більша частина маси атомів (99,95-99,97 %) зосереджена в ядрах (маси протонів і нейтронів рівні 1,672×10^{-27 кг і 1,675}×10^{-27 кг при масі електронів 9,109}×10^{-31 кг. Радіуси атомів елементів складають 10-10 м; радіуси ядер значно менші – 10-15}¼10^{-14 м. Тому густина ядра атома є дуже значною, і приблизно дорівнює 1,16*1017} кг/м³, при вкрай малій густині електронної хмари, яка оточує ядро), що визначає дуже велику залежність густини від об’єму атомів та іонів.

Густина мінералів визначається масою складових їхніх елементів і будовою електронних оболонок атомів, що обумовлюють кристаллохімічні особливості структур. При цьому густина мінералів тим вища, чим більше вони містять атомів значної відносної атомної маси і чим щільніше атоми упаковані в одиниці об’єму. Упаковка визначається атомними (іонними) радіусами, валентністю і типом зв’язку часток. Оскільки великі іони (наприклад, O^2-, S^2-, Cl^-) багатьох мінералів утворюють надщільні упаковки, катіони меншого радіусу розташовуються між ними, причому катіонів між аніонами може бути тим більше (а отже і вища густина мінералу), чим менша їхня валентність і вища валентність аніонів. В загальному випадку густина мінералів з іонною або ковалентною формами кристалічного зв’язку нижча ніж мінералів з ковалентно-металевою і іонно-металевою формами зв’язку.

Середня атомна маса більшості породоутворюючих мінералів (польового шпату, кварцу і плагіоклазу) залишаються постійною або дещо підвищується в піроксені і форстериті. У зв’язку з цим зміни густини мінералів обумовлюється, головним чином, варіаціями щільності упаковки атомів у кристалічній решітці. Так в силікатах щільність упаковки зростає в ряду: каркасні (польові шпати, кварц) – ланцюжкові (піроксени) – острівні (олівіни).

У рудних мінералах збільшення густини відбувається головним чином за рахунок зміни маси при другорядному впливі структури, що відповідає електронній будові атомів в яких заповнюються субрівні d електронних оболонок (хром, залізо, свинець та інші важкі елементи).

У природних мінералах, які складають гірські породи, спостерігаються досить значні коливання густини мінералів, які складають, у загальному випадку, сотні кілограмів на кубічний метр (див табл. 8.2). Вони обумовлені явищами ізоморфізму (зміна маси та радіусу іонів) та поліморфізму (зміна щільності упаковки атомів), дефектами структур, наявністю хімічних і механічних домішок. Проте для кожної петрографічної групи порід, що утворюється у визначених умовах (комплекс, формація), характерний визначений склад мінералів, що обумовлює більш сталі значення густини останніх і породи в цілому.

Таблиця 8.2 – Об’ємна густина (кг/м³), кристалохімічна щільність (в 10²⁸ атомів О/м³) та структурна рихлість (у/о) деяких породоутворюючих та рудних мінералів (за [3 і 7], з доповненнями).

Мінерал	s	h	w	Мінерал	s	h	w
Алмаз				Магнетит		5,379	6,398
Амфіболи:				Мікроклін		4,414	8,396
- актиноліт	3100-3200	5,109	7,254	Монацит		5,409	7,423
- тремоліт	2990-3000	5,329	6,781	Нефелін		4,443	7,746
- рогова обманка	3150-3250	5,265	6,934	Фаяліт		5,107	6,739
- гастингсит		5,170	6,989	Форстерит		5,513	6,243
- рибекіт		5,596	6,623	Ортоклаз		4,449	8,331
Ангідрит				Опал	1900-2100
Андалузит	3100-3200			Пірит	4910-5020
Апатит	3180-3210	4,661	7,588	Піроксени:
Барит		3,644	11,02	- авгіт		5,014	7,221
Беміт				- бронзит		5,588	6,466
Галіт				- гіперстен		5,340	6,767
Галеніт	7100-7500			- діопсид		5,457	6,622
Гібсит				- егірин	3500-3560	5,521	6,544
Гіпс				- енстатит		5,723	6,314
Гранати:				Піротин
- альмандин		6,171	5,856	Плагіоклази:
- андрадит	3750-3780	5,354	6,749	- альбіт		4,805	7,713
- гросуляр		5,664	6,380	- олігоклаз		4,792	7,734
- піроп		6,293	5,742	- андезин		4,789	7,739
- спесартин	4180-4270	6,168	5,858	- лабрадор		4,786	7,744
Графіт				- бітовніт		4,783	7,749
Дістен	3500-3700	6,690	5,626	- анортит		4,780	7,754
Діаспор	3300-3500			Рутил		6,377	6,296
Епідоти:				Серпентин	-	5,108	7,629
- цоїзит	3250-2360	5,049	7,384	Силіманіт	3230-3250	6,021	6,252
-клиноцоїзит	3350-3380	5,643	6,606	Сильвін
- ортит		5,728	6,509	Слюди:
Ільменіт		5,703	6,336	- біотит	3000-3120	4,823	7,493
Каолініт	2580-2600			- лепідоліт	2800-2900	4,764	7,062
Карбонати:				- мусковіт	2760-3100	5,359	7,780
- арагоніт	2900-3000	5,325	6,786	- флогопіт	2750-2830	4,336	8,334
- доломіт		5,624	6,425	Сфалерит	3900-4000
- кальцит		4,901	7,373	Сфен	3400-3560	4,773	7,571
- магнезит		5,344	6,762	Топаз	3400-3550	5,748	5,821
- сидерит		6,091	5,933	Турмалін:		5,959	6,342
Каситерит		5,619	7,145	Флюорит
Кварц		5,313	7,558	Халькопірит	4100-4300
Кордієрит	2570-2660	4,598	8,129	Хлорит	2600-2840	4,646	8,333
Корунд		7,124	5,073	Хроміт	4100-4500	5,166	6,662
Ксенотим	4450-4510	5,869	6,841	Циркон	4680-4700	6,164	6,514
Лейцит		4,170	8,665	Шпінель		6,096	5,645
Лімоніт	3500-3800

Примітка – дані наведено для хімічно чистих або найпоширеніших відмін

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.003 сек.