• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Фізичні властивості мінералів

Фізичні властивості мінералів визначаються їх хімічним складом та будовою. Завдяки своїм фізичним властивостям багато мінералів використовується в промисловості. Наприклад, тверді мінерали (алмаз, корунд, гранати, кварц) використовуються як абразивні матеріали, п’єзооптичні (кварц) – в електронній промисловості, тугоплавкі (азбест) – як вогнетривкі матеріали тощо.

Крім того, фізичні властивості мінералів використовуються для їхньої діагностики.

Основні фізичні властивості мінералів для зручності вивчення доцільно поділити на наступні групи: густина, оптичні властивості, механічні властивості, електромагнітні властивості, термічні властивості та інші властивості.

Густина.

Густина мінералу – це відношення ваги мінералу до його об’єму. Густина мінералів коливається в широких межах: від значень, менших, ніж 1 г/см³ (озокерит тощо), до 22,5 г/см³ (мінерали групи осмієвого іридію). Але переважають в природі мінерали з густиною від 2,0 до 4,0 г/см³.

При макроскопічному визначенні мінералів їх густина приблизно оцінюється зважуванням у руці. Відповідно до такого зважування мінерали поділяються на дуже легкі, легкі, середні, важкі, дуже важкі. Розподіл мінералів за густиною і деякі приклади відповідних мінералів наведені в таблиці 4.1.

Таблиця 4.1 - Розподіл мінералів за густиною

Продовження таблиці 4.1

Густина мінералів залежить від їхнього хімічного складу і структури (будови). Особливо важливу роль відіграє при цьому атомна вага елементів, які входять до складу мінералів, а також їх валентність і розмір іонних радіусів.

Відповідно до коливань хімічного складу один і той же мінерал може мати різну густину. Наприклад густина сфалериту залежно від домішок коливається від 3,5 до 4,2. Характерним прикладом, залежності густини від кристалічної будови, є мінерали графіт і алмаз. Дані мінерали складаються з одного і того ж хімічного елемента – вуглецю, але внаслідок різної будови вони мають різну густину: графіт – 2,2; алмаз – 3,5.

Густина є важливою діагностичною ознакою мінералів. Крім того, густина має велике практичне значення у процесі природного або штучного збагачення мінералів, коли завдяки різниці в густині одні мінерали відділяються від інших.

Для точного визначення густини мінералів існує багато лабораторних методів, найбільш поширеними з яких є: метод визначення густини з допомогою гідростатичної ваги, пікнометричний метод і метод важких рідин.

Оптичні властивості.

Оптичні властивості мінералів належать до найбільш важливих. На них ґрунтується методика вивчення мінералів під мікроскопом, візуальне визначення мінералів, а також деякі оптичні властивості (блиск, колір) для багатьох мінералів визначають їх практичну цінність.

Суть оптичних властивостей мінералів полягає в тому, що промінь світла падаючи на поверхню мінералу, частково відбивається, а частково заломлюється або поглинається.

До оптичних властивостей мінералів відносяться: світлозаломлення, світловідбиття (блиск), світловбирання (прозорість), забарвлення, колір риси.

Світлозаломлення – це зміна напрямку світлового променя при проходженні його через мінерал, що зумовлена різною швидкістю поширення світла в повітрі та інших середовищах. Світлозаломлення в мінералах залежить від їхнього хімічного складу і кристалічної будови. Світлозаломлення вивчається з допомогою мікроскопа в тонких шліфах або у порошках. Таке вивчення будь якого мінералу дає можливість встановити його хімічний склад і визначити, що це власне за мінерал.

Світловідбиття (блиск) – це відбиття частини світлового променя, якій упав на поверхню мінералу. Властивість мінералів відбивати світло називається відбивною здатністю. Вона може бути точно виміряна і виражається відношенням інтенсивності світла, відбитого дзеркальною площиною мінералу, до інтенсивності світла, яке падає на цю площину. Числове значення відбивної здатності називають показником відбиття мінералу, який виражається в процентах. При цьому, інтенсивність світла, яке падає на мінерал приймається за 100 %.

Показник відбиття мінералів коливається від 1 до 95 %. Найвищий показник відбиття має самородне срібло (95 %). Однак для більшості мінералів показник відбиття становить 10-15 %.

Однією з форм світловідбиття мінералів є їх блиск, який визначається показником відбиття та показником заломлення. Слід розрізняти блиски, що належать індивідам мінералів, і блиски, які характерні агрегатам мінералів. Блиски індивідів зумовлені їхніми дзеркально гладкими поверхнями (гранями кристалів і площинами спайності). Блиски агрегатів спричинені нерівними поверхнями тонкозернистих агрегатів.

Основні блиски мінеральних індивідів наведені в таблиці 4.2.

Таблиця 4.2 Блиск мінеральних індивідів

Продовження таблиці 4.2

Найбільш розповсюдженим серед мінеральних індивідів є скляний блиск (майже 60 % усіх мінералів).

Для мінеральних агрегатів характерними є: жирний, смолистий, восковий, матовий блиски.

Особливим різновидом блиску є полиск. Характерними є: шовковистий полиск (азбест), перламутровий полиск (слюди, пластинчастий гіпс).

Світловбирання або прозорість – це здатність мінералу пропускати через себе світлові промені. За цією здатністю мінерали поділяються на прозорі, напівпрозорі і непрозорі. Як правило, мінерали з металевим і напівметалевим блиском є непрозорими, а із скляним і алмазним блиском – прозорими.

Вказаний розподіл відноситься лише до уламків або взірців мінералів. У тонких зрізах або шліфах майже всі мінерали, за винятком деяких самородних елементів, прозорі або просвічують (це як раз і використовується при мікроскопічних дослідженнях).

Забарвлення – це здатність мінералу поглинати світлові промені з подальшою взаємодією атомів і іонів мінералу з цими променями.

Забарвлення мінералів є важливою діагностичною ознакою, а для деяких мінералів (декоративних і дорогоцінних) визначає їх практичну цінність. Крім того, забарвлення має генетичне значення, оскільки у ряді випадків воно змінюється залежно від умов утворення мінералу.

Наприклад, забарвлення мінералів глибинного походження, які виникають при високих тисках і температурах, переважно темне, сіре одноманітна. З іншого боку, на поверхні Землі у водоймищах виникає багато мінералів світлих, білих і прозорих.

Особливості забарвлення мінералів і гірських порід (відтінки кольору, густота тону та ін.) інколи дають можливість шукати ті чи інші корисні копалини. Наприклад, деякі родовища залізних руд (бурі залізняки) на поверхні Землі мають буре забарвлення, а деякі жили радіоактивних руд характеризуються темно-червоним забарвленням.

Відповідно до сучасного рівня знань забарвлення мінералів поділяється на ідіохроматичне, алохроматичне і псевдохроматичне.

Ідіохроматичне (власне) забарвлення, це власне, специфічне для даного конкретного мінералу забарвлення і є його невід’ємною частиною. Воно обумовлене основним хімічним складом мінералу.

Алохроматичне(чуже) забарвлення обумовлене наявністю в мінералі механічних домішок. Це забарвлення не пов’язане безпосередньо з хімічним складом мінералу. Воно змінне і непостійне. Прикладом такого забарвлення є деякі різновиди кварцу, який у чистому вигляді безбарвний. До таких різновидів відносяться, наприклад, зелений празем, авантюрин, котяче око, соколине око та ін.

Псевдохроматичне (фальшиве, неправдиве) забарвлення зумовлене різноманітними світловими ефектами (розсіяння світла, інтерференція та ін.) у зовнішніх шарах мінералу. Прикладом такого забарвлення може бути гра кольорів на поверхні мінералу. Гра кольорів буває строкатою (борніт, халькопірит), золотистою та ін.

До псевдохроматичного забарвлення також відноситься таке явище, як іризація – це яскравий світловий полиск на гранях і площинах спайності мінералу. Іризація особливо характерна для польових шпатів (лабрадор, місячний камінь, сонячний камінь).

Найголовнішими хромофорами або забарвниками мінералів є такі хімічні елементи, як: титан, ванадій, хром, марганець, залізо, кобальт, нікель, мідь; другорядними – ніобій, молібден, уран.

При визначенні кольору мінералу, використовують еталонні мінерали, кольори яких наперед визначені і загальновизнані. Такі еталонні мінерали наведені в таблиці 4.3.

Таблиця 4.3 Мінерали-еталони для визначення кольору

За характером розподілу кольорів забарвлення мінералів буває однорідним, зональним, нерівномірним.

Забарвлення мінералів буває також первинним – виникло при утворенні самого мінералу, і вторинним – виникло після утворення мінералу внаслідок процесів вивітрювання.

Колір риси – це колір мінералу в порошку. Колір риси визначається слідом, який залишає мінерал на фарфоровій пластинці (така пластинка ще має назву: “човник” або “бісквіт”). Порівняно з забарвленням мінералів колір риси є більш постійним і надійним показником, внаслідок чого він має важливе діагностичне значення. Тобто, колір конкретного мінералу може бути різним, а колір його риси майже завжди однаковий, за винятком мінералів хімічний склад яких може поступово змінюватись.

Мінерали з псевдохроматичним забарвленням дають білу рису, а з алохроматичним – рису, яка залежить від присутності в мінералі домішок. Мінерали з металевим блиском характеризуються переважно рисою різних відтінків чорного кольору.

У деяких мінералів колір риси може бути використаний навіть для визначення їх хімічного складу. Зокрема, риса сфалериту, який не містить заліза (клейофан) світло жовта, а сфалериту із вмістом заліза (марматит) – темно-коричнева. Інший приклад – мінерал вольфраміт. Якщо в ньому є марганець (гюбнерит), то риса – жовтувато-коричнева, а якщо він містить залізо (ферберит), риса буде майже чорною.

Механічні властивості.

До механічних властивостей мінералів відносяться: твердість, спайність, злам, крихкість, пластичність, пружність, окремість.

Твердість – це ступінь опору мінерального індивіду зовнішній механічній дії. Твердість визначається різноманітними лабораторними методами, так і в польових умовах з допомогою шкали Мооса. Дана шкала розроблена австрійським мінералогом і ювеліром Фредеріком Моосом у 1820 році. Шкала складається з десяти мінералів еталонів. Для визначення твердості з допомогою шкали Мооса гострим кінцем мінералу-еталона натискають на рівну поверхню досліджуваного мінералу. Якщо мінерал-еталон залишає на ньому подряпину, значить твердість еталона вища, а якщо ні – то нижча, або дорівнює твердості досліджуваного мінералу. Шкала Мооса наведена в таблиці 4.4.

Таблиця 4.4 Шкала Мооса і її основні показники

Продовження табл. 4.4

Спайність – це властивість мінеральних індивідів розколюватися під дією механічних сил по паралельним площинам. Залежно від ступеня і характеру розколювання мінералу виділяють чотири різновиди спайності:

1) досить досконала – мінерал легко колеться на тонкі листи з утворенням дзеркальних площин;

2) досконала – мінерал колеться на пластини з утворенням одиничних сходинок на площинах спайності;

3) середня – мінерал слабо колеться на окремі блоки з утворенням багатосходинкової поверхні;

4) малопомітна – мінерал подрібнюється з утворенням зерен з нерівною, поверхнею та з малопомітними площинами.

Злам – це характер поверхні, яка утворюється при зламі або розриві мінералу. Природа зламу і характер спайності тісно пов’язані між собою і доповнюють один одного. Різновиди зламів мінералів наведені в таблиці 4.5.

Таблиця 4.5 Основні типи зламів мінералів і їх характеристика

Крихкість і пластичність. Крихкість – це властивість мінералів подрібнюватися при механічній дії з утворенням тріщин або уламків різної форми і величини. Пластичність – це властивість мінералу деформуватися під зовнішнім механічним впливом без утворення тріщин або уламків.

Обидві властивості тісно пов’язані між собою. За даними властивостями мінерали поділяються на шість різновидів, які наведені в таблиці 4.6.

Таблиця 4.6 Шкала крихкості і пластичності мінералів

Електромагнітні властивості.

До електромагнітних властивостей мінералів відносяться: електрична провідність, піроелектричні властивості, п’єзоелектричні властивості, магнітні властивості.

Електрична провідність – це здатність мінералів проводити електричний струм. Вона залежить від хімічного складу мінералів, будови атомів, наявності в мінералах домішків, а також від температури навколишнього середовища. Електропровідність мінералів змінюється в широких межах. Для мінералів, які найкраще проводять електричний струм, вона у мільярди разів вища, ніж для мінералів, які є кращими електроізоляторами. За величиною питомого електричного опору всі мінерали поділяються на провідники, напівпровідники і діелектрики.

Мінерали провідники дуже добре проводять електричний струм. До таких мінералів відносяться переважно мінерали, які містять у своєму складі метали. Наприклад, одним з найкращих природних провідників є самородна мідь.

Мінерали діелектрики проводять електричний струм дуже погано (кварц, янтар та ін.). Більшість мінералів є діелектриками. Найкращим діелектриком є мінерал мусковіт.

Мінерали-напівпровідники займають проміжне положення між провідниками і діелектриками.

Електрична провідність мінералів широко використовується в промисловості, а також при пошуках певних корисних копалин. Для деяких мінералів (пірит, галеніт та ін.) встановлена залежність між електропровідністю і температурою їх утворення, що є додатковим інструментом при вивченні генезису скупчень корисних копалин.

Піроелектричні властивості – це властивості, які виражаються в появі електричних зарядів в кристалах мінералів, внаслідок збільшення їхнього об’єму при нагріванні. Тобто, при нагріванні один кінець кристала заряджається позитивно, а другий – негативно. Якщо ці заряди зняти і тримати температуру постійною, то нової електризації не відбудеться. При охолоджені кристал знову електризується, причому знаки зарядів будуть протилежними. Найбільш типовим мінералом з даними властивостями є турмалін.

П’єзоелектричні властивості – це властивості, які виражаються в тому, що кристали деяких мінералів при стисканні або розтяганні електризуються і, навпаки, розтягуються і стискаються при електризації. Отже, у таких кристалах механічна енергія перетворюється в електричну і навпаки. Найбільш яскравими представниками п’єзоелектриків є кварц і турмалін. П’єзоелектричні властивості проявляються в кристалах мінералів, які не мають центра симетрії.

Найбільш масово у промисловості використовуються кристали одного з різновидів мінералу кварцу – гірського кришталю. Для того, щоб в цих кристалах проявились п’єзоелектричні властивості з них певним чином (відповідно до кристалічної будови) вирізають спеціальні пластинки, які отримали назву п’єзокварцових пластинок. Вони широко застосовуються, як стабілізатори частоти коливань або хвиль в радіотехніці, комп’ютерних технологіях, годинниках та інше.

Магнітні властивості – це властивості мінералів обумовлені їхньою взаємодією із магнітним полем Землі. Магнітні властивості конкретних мінералів залежать від внутрішньої будови атомів хімічних елементів є яких складаються ці мінерали. Рівень взаємодії більшості мінералів із магнітним полем Землі дуже слабкий і може бути встановлений лише з допомогою високоточних приладів в лабораторних умовах. В той же час, є окремі мінерали які в результаті взаємодії з магнітним полем Землі створюють навколо себе власне магнітне поле, яке можна зафіксувати в польових умовах з допомогою компаса або спеціальної магнітної стрілки. Найбільш типовий приклад такого мінералу – магнетит.

Магнітні властивості мінералів використовуються для визначення мінералів, а також при пошуках родовищ певних корисних копалин (залізних руд).

Термічні властивості.

До термічних властивостей мінералів відносяться: теплопровідність, дегідратація, термічна дисоціація і плавлення.

Теплопровідність – це швидкість поширення теплоти в мінеральному індивіді чи агрегаті. Є мінерали в яких теплота поширюється дуже швидко. Це, як правило, мінерали, які містять у своєму складі метали (магнетит, гематит, хроміт). З іншого боку, є мінерали в яких теплота поширюється дуже погано і вони можуть використовуватись як теплоізолятори (азбест).

Дегідратація – це втрата мінералами молекул води внаслідок нагрівання. До мінералів, що зазнають дегідратації, належать мінерали, у складі яких є гідроксил, водень, колоїдні речовини. В природних умовах дегідратація мінералів відбувається в земній корі, де температура з глибиною збільшується. При цьому, процес дегідратації прискорюється у результаті сукупної дії температури і тиску. Яскравим прикладом процесу дегідратації є перетворення мінералу гіпсу у результаті втрати молекул води на мінерал ангідрит.

Термічна дисоціація – це процес розкладання мінералів при нагріванні на більш прості складові частини. Як правило, термічна дисоціація супроводжується виділенням з мінералів летких компонентів. Для мінералів, які містять воду термічна дисоціація проходить разом із дегідратацією. Характерною є термічна дисоціація мінералів класу карбонатів, з яких при нагріванні у декілька сотень градусів виділяється вуглекислий газ.

Плавлення – це процес переходу мінералу при нагрівання з твердого стану в рідкий. Температура, при який відбувається цей процес, називається температурою плавлення. Різні мінерали мають різну температуру плавлення, яка коливається від 0^о С (лід) до 3600^о С (графіт). Наприклад, самородна сірка має температуру плавлення 115^о С, а мінерал кварц – 1710^о С.

Термічні властивості мінералів визначаються термічним аналізом. Під час цього аналізу досліджуються процеси, які відбуваються в мінералах при їх безперервному нагріванні або охолодженні.

Інші властивості.

До інших властивостей мінералів відносяться: радіоактивність, гігроскопічність, люмінесценція, смак, відчуття на дотик, скульптура граней, запах.

Читайте також:

1. А/. Фізичні особи як суб’єкти цивільного права.
2. Аеродинамічні властивості колісної машини
3. Аналізатори людини та їхні властивості.
4. Аналізатори людини та їхні властивості.
5. Атрибутивні ознаки і властивості культури
6. Білки, властивості, роль в життєдіяльності організмів.
7. Біосфера Землі, її характерні властивості
8. Будова атомів та хімічний зв’язок між атомами визначають будову сполук, а отже і їх фізичні та хімічні властивості.
9. Будова і властивості аналізаторів
10. Будова оптоволокна та основні фізичні явища в оптоволокні.
11. Векторний добуток і його властивості.
12. Види і властивості радіоактивних випромінювань

Переглядів: 6602