Минералы что это

Минералы – это природные тела естественного происхождения. Они образуются в результате разнообразных физико-химических процессов на поверхности или в недрах Земли. Все минералы находятся в данный момент или некогда находились в кристаллическом состоянии. Они могут пребывать как в твердом, так и в жидком (вода, ртуть) или газообразном (метан, углекислый газ) состоянии.

Слово «минерал» имеет латинское происхождение и образовано от «minerale», что значит «руда». Минералы однородны по физическому и химическому составу и являются составными частями горных пород, метеоритов, руд.

Понятие «минерал» иногда используют вместо научного термина «минеральный вид» или «разновидность минералов». Минеральный вид – это общность всех образцов минерала, имеющая общий химический состав и кристаллическую структуру, т.е. общность конкретных образцов. А разновидность – это образцы, объединенные по химическому составу и кристаллической структуре, но имеющие большие различия по морфологическим особенностям (окраске, зерну и пр.). Так, халцедон, аметист, хрусталь, цитрин – это разновидности минерала кварца.

Образование минералов

Минералы образуются либо в земной коре, либо на поверхности. Процессыобразования бывают одного из трех видов:

Эндогенные (глубинные). При этом образование минералов происходит глубоко под землей. Расплавленные силикатные породы (магма), протекая в толщу земной коры из нижележащих слоев, застывают. Выделяющиеся при этом газы и водные растворы собираются в пустотах и трещинах. Так появляются новые минералы.
Экзогенные (поверхностные). Этот вид процессов характерен тем, что образование новых минералов происходит на земной поверхности: в местах соприкосновения литосферы с гидросферой, биосферой и атмосферой. Здесь происходят такие процессы, как выветривание, образование горных пород вследствие жизнедеятельности организмов (например, образование ракушечника из минерализованных останков морских животных).
Метаморфические. В земной коре постоянно протекают геологические процессы, которые вызывают образование новых минералов. Например, осадочные горные пород биогенного происхождения могут оказаться в толще литосферы. Там они подвергаются действию высокой температуры и давления. Так из известняка получается мрамор. Или наоборот, при извержении вулкана магма достигает поверхности, изливается, застывает и подвергается выветриванию и прочим экзогенным изменениям.

§ 1. Основные понятия. Минерал и горная порода

Земная кора, состоит из горных пород, которые в свою очередь сложены из минералов.

Минералы отличаются от других веществ по двум признакам: 1) к минералам относятся только однородные (гомогенные) тела; 2) к минералам относятся только продукты природных физико химических процессов.

Важнейшие свойства минералов.

Для распознавания минералов наибольшее значение имеют следующие свойства: химический состав, кристаллографические очертания, цвет, блеск, излом, плотность, твердость и спайность. Последние два свойства, а также выветриваемость, коэффициент температурного расширения и некоторые другие характеризуют техническое качество отдельных минералов.

Цвет минералов — весьма изменчив, тем не менее минералы делятся на светлые (кварц, полевые шпаты) и темноокрашенные (оливин, пироксены и амфиболы).

Блеск минералов бывает различный: металлический (пирит), стеклянный (кварц), перламутровый (мусковит), шелковистый (волокнистый гипс), жирный (тальк) и др.

Излом это вид поверхности у осколков минерала. Различают излом: раковистый (кварц,), землистый (мел), зернистый (мрамор), крючковатый и занозистый и т. п.

Спайность это способность некоторых минералов раскалываться при ударе по определенным направлениям и давать на поверхности раскола гладкие плоскости, называемые плоскостями спайности. Различают спайность: 1) весьма совершенную (у слюды), когда минерал расщепляется на тонкие пленки, 2) совершенную (у полевых шпатов, кальцита), когда осколки ограничены правильными плоскостями, и 3) несовершенную (у кварца), когда при раскалывании получаются неровные поверхности. Спайность может проявляться по одному направлению (слюда), по двум (полевые шпаты) и по трем направлением (кальцит, каменная соль).

Твердость это способность минерала оказывать сопротивление царапанию. Для диагностики минералов используется относительная шкала твердости Мооса, где 10 минералов (тальк, гипс, кальцит, флюорит, апатит, ортоклаз, кварц, топаз, корунд и алмаз), расположены в порядке возрастания твердости, так, что каждый последующий минерал оставляет царапину на предыдущем.

Выветриваемость это подверженность минералов (а также и горных пород) изменениям под действием разнообразных атмосферных факторов.

Горными породами называются природные образования, состоящие либо из одного и того же минерала (мономинеральные породы), либо из нескольких минералов (полиминеральные породы). В отличие от минерала порода характеризуется значительным объемом, строением и формой залегания.

Согласно генетической классификации все горные породы делятся на три группы:

магматические или изверженные (первичные) горные породы;
осадочные (вторичные) горные породы;
метаморфические горные породы.

Классы минералов

Мировая общепринятая классификация минералов разработана IMA (Международным Минералогическим обществом). Основная единица классификации – класс. В классы входят семейства, подклассы, группы и надгруппы. В основном, классификация составлена по химическим свойствам и включает классы:

Сульфиды (арсениды, антимониды, селениды, висмутиды, телуриды, а также семейство пирита-марказита). Это группа сернистых соединений из 250 минералов. Примеры: киноварь, медный и железный колчедан.
Сульфаты, производные серной кислоты с низкой твердостью и неметаллическим блеском: глауберова соль, гипс, ангидрит.
Сульфосоли,
Галогениды. Больше 100 минералов, фтористых, хлористых и прочих галогеновых соединений: флюорит, хлорид натрия, сильвин.
Окислы (включает надгруппы шпинели и хегмобитов) и гидроокислы. Эти два класса составляют до 17 % всей земной коры. Из них 12% приходится на долю кварца. Кроме него окислы и гидроокислы кремния и металлов объединяют множество минералов малой и большой плотности: боксит, корунд, магнетит, гематит и пр.
Карбонаты. Соли угольной кислоты в литосфере представлены более чем 80 минералами. Это магнезит, сидерит, доломит, кальцит и пр.
Арсенитов (антимониты, селениты, висмутиты, телуриты и собственно арсениты),
Нитраты,
Бораты,
Хроматы,
Молибдаты,
Фосфаты, т.е. соли фосфорной кислоты. В классе около 200 минералов малой твердости и плотности: фосфат кальция, апатиты.
Вольфраматы,
Силикаты, алюмосиликаты. Это более 800 минералов с большим породообразующим потенциалом: 80% от всей земной коры. Если отнести к силикатам и кварц, то их доля составт больше 90%. Силикаты характерны кристаллической решеткой, в основе которой находится кремний-кислородный тетраэдр: авгит, оливин, слюды, берилл и пр.
Арсенаты,
Ванадаты.

Также классификация включает несколько особых надгрупп (апатиты, лауэиты, алуниты, гранаты, майэниты).

В отдельный класс согласно международной классификации выделены самородные элементы. Он включает самородки золота, платины, мышьяка, ртути, железа, никеля, серы и углерода (такие как графит или алмаз).

Класс органических минералов также существует и включает в себя некоторые минералы естественного происхождения (ацетаты, меллитаты, оксалаты и пр.). Следует различать биогенные минеральные образования и органические минералы. К первым относятся натуральные битумы, смолы (янтарь), жемчуг, копал, озокерит, шунгит. Все эти вещества не относятся к минералам, поскольку не имеют и никогда не имели кристаллической структуры. Несмотря на это, их часто по ошибке называют органическими минералами.

Кварц

Кварц – самый распространенный минерал в природе. Он входит в состав многих горных пород. Доля кварца в общей массе земной коры составляет около 60 %. Химическая формула минерала: SiO2.

Название «кварц» произошло от немецкого слова и переводится как «твердый». В чистом виде это достаточно твердый, бесцветный (или белесый) минерал. Примеси других веществ могут придавать ему самую разнообразную окраску. Существует несколько десятков разновидностей кварца (кремень, аметист, халцедон, оникс и другие).

Интересные факты о минералах

В месте удара молнии образуется полая трубка, покрытая изнутри вновь образованным минералом фульгуритом. Такая трубка может быть длиной до нескольких метров. Но извлекать фульгурит очень трудно из-за его хрупкости.
Самый большой в мире кристалл хрусталя был найден в Казахстане. Он размером с двухэтажный дом и весом 70 тонн.
Широко известный нефрит вдвое прочнее стали.
Минералы находят не только на Земле. Например, недавно найденный транквиллитиит найден в Море Спокойствия, что находится на Луне.

Физические свойства минералов

Свойств, по которым различают минералы, довольно много. Основными можно назвать цвет, твёрдость, плотность, хрупкость, магнитность. Разумеется, это даже не половина их, но смысла перечислять все нет. Как говорится, на вкус и цвет все минералы разные. При нахождении подобных природных тел, их свойства тщательно изучаются, после чего делается заключение, к какой разновидности он относится. Определить лишь по одному внешнему виду это бывает очень сложно.

Иногда в природе встречаются экземпляры, представляющие собой сплавленные в один минералы. Их нельзя отнести к конкретному виду, а также они не обладают симметрией. Такие образования называют минеральными агрегатами

. Каждая отдельная часть агрегатов (ну если её отпилить) называется
минеральным индивидом
. А скопления множества минеральных агрегатов, каждый из которых имеет свою границу, именуют
минеральными телами
.

Прочие свойства

Данные характеристики минералов можно назвать особыми. Речь идет о радиоактивности, свечении, электрическим свойствам и магнитности.

Радиоактивность – данное определение дают веществам, при проверке которых радиометры указывают на повышенный радиационный фон. Чаще всего речь идет о радиоактивных химических элементах, вроде урана, тория и так далее.

Прочность и твердость далеко не всегда идут рука об руку. К примеру, алмаз, являющийся эталоном твердости, очень непрочен. Потому советуем не ронять бриллиантовые украшения. От таких нагрузок камни легко могут повредиться.

Свечение – также весьма интересное свойство. Оно заставляет светиться минералы при определенном воздействии, будь то раскалывание (триболюминесценция), действие ультрафиолета (фосфоресценция), или при нагревании (термолюминесценция).

Применение свойств

Описание и изучение свойств минералов максимально необходимо для их применения человечеством. Так, сверхтвердые минералы, вроде алмазных резцов, используются людьми в металлургии, ювелирной промышленности, токарном деле. Прочность понадобится веществам, используемым в архитектуре, производстве деталей и механизмов, и так далее. Зная плотность материала, можно рассчитать его необходимое количество для тех или иных операций. Электрические свойства пригодятся для создания проводников. Показатели излома и спайности позволят предугадать пути возможных деформаций материалов.

Таким образом, можно сказать, что знание физических свойств добываемых полезных ископаемых жизненно необходимо для максимально эффективного их использования на нужды человечества.

Полевые шпаты

Полевой шпат – это минерал или горная порода? Многие уверены, что второе. На самом деле, это минерал, причем один из самых распространенных. Принадлежит он к классу силикатов.

Полевые шпаты – главные градообразующие минералы многих пород магматического происхождения (например, гранитов). Сегодня они достаточно широко применяются человеком: в стекольной, керамической, химической промышленности. Их также используют в качестве флюсов в металлургии и как наполнители в зубных пастах.

Сферы применения горных пород и минералов

Сегодня почти все минералы и горные породы Земли используются человеком в большей или меньшей степени. Более того, тысячи геологов ежедневно работают над тем, чтобы открывать все новые и новые месторождения различных полезных ископаемых по всему миру. Итак, как человек использует минералы и горные породы, добытые из недр планеты?

Начнем, пожалуй, с топливных минеральных ресурсов. Природный газ, торф и каменный уголь широко применяется для отопления жилых домов, работы тепловых электростанций, котельных и прочих промышленных предприятий. Однако самой востребованной осадочной породой в современном мире является нефть. Из так называемого «черного золота» получают не только бензин, но и пластмассы, полиэтилен и прочие полезные материалы.

Нельзя не упомянуть и о железистых кварцитах, которые после обогащения рудной массы используются в производстве чугуна и стали. Золото, серебро, платина – ценнейшие металлы, применяемые в ювелирном деле, точном машиностроении и электронике.

Целый ряд минералов и горных пород используется в строительной индустрии. Это известняк, песок, глина, мел, гипс, мрамор и прочие. Многие из них также применяются в медицине и косметологии. Из некоторых минералов получают красители. Помимо всего прочего, различные минералы нашли свое применение в радиоэлектронике, оптике, химической промышленности и даже в космической отрасли.

Спайность

Она, в свою очередь, зависит от атомического строения вещества, его кристаллической решетки. Кристаллы вещества, под воздействием внешних сил, могут раскалываться в какие-то определенных направлениях (плоскости спайности). В частности, гипс и всякие слюды обладают весьма совершенной спайностью, так как раскалываются на тонкие пластиночки. Им, кстати, соответствует ровный излом. Также есть спайность просто совершенная (каменная соль) средняя (лабрадор, полевые шпаты), несовершенная (апатит, оливин) и весьма несовершенная (корунд, кварц, магнетит).