1. Взаимодействие света с веществом. Физические свойства обусловленные этим. Взаимодействие света
 Скачать 6.84 Mb.
|
|
Во многих случаях характерной особенностью кристаллов и кристаллических зерен является наличие в них мельчайших включений посторонних веществ (твердых, жидких, газообразных). Большей частью ими обусловливается мутность или непрозрачность кристаллов. Они механически захватывались кристаллом в процессе его быстрого роста. Таковы, например, включения вулканического стекла (затвердевших капелек магмы) в кристаллически-зональных плагиоклазах. Любопытно, что газовожидкие включения при нагревании при определенной температуре становятся обычно однородной жидкостью (газ растворяется в жидкости), а по охлаждении газовый пузырек вновь обособляется. Этим путем в ряде случаев можно приблизительно установить температуру, при которой шла кристаллизация минерала, захватывавшего мельчайшие капельки раствора. Кроме первичных газовожидких включений в кристаллах обнаруживаются также более поздние, вторичные включения, приуроченные к «залеченным» трещинкам в кристаллах. При дальнейшем нагревании в тех и других случаях происходит растрескивание кристаллической массы (столь сильное давление создается в жидких включениях). Если какой-либо раствор, пропитывающий данную породу, взаимодействует с ней по реакции обменного разложения, то при этом, как правило, возникают новообразования за счет всей породы или некоторых составляющих ее минералов. Такой процесс носит название процесса замещения, или метасоматоза. Примерами могут служить замещение кальцита гипсом при реакции с водой, содержащей серную кислоту  В случае избирательного метасоматоза (т. е. при замещении каких-либо определенных минералов породы) вновь образованный минерал, воспринявший внешнюю форму, а иногда и особенности внутреннего строения старого минерала, носит название метасомы, когда замещению подвергается какой-либо кристалл, мы будем иметь дело с псевдоморфозой, т. е. с чуждой для данного минерала кристаллической формой. Если хорошо образованные кристаллы, развивающиеся путем метасоматоза в твердых средах (породах). Такие образования называются метакристаллами. Примером являются прекрасно образованные кубические кристаллы пирита в сланцах, мраморах и других породах. Процессы перекристаллизации и преобразования минералов, совершающиеся в твердых средах, происходят под влиянием существенного изменения физико-химических факторов равновесия систем, в частности, в условиях так называемого регионального метаморфизма. Растворение и разложение минералов Начальные стадии растворения легко удается наблюдать на отдельных кристаллах, причем они характеризуются следующими явлениями: 1) если при росте кристалла вершины и ребра его имеют тенденцию к ускоренному развитию, то при растворении они обнаруживают наибольшую скорость перехода в раствор, благодаря чему кристалл приобретает как бы оплавленную форму; 2) если при росте кристалла наиболее устойчивыми являются медленно растущие грани, то при растворении появляются те грани, которые обладают наибольшими скоростями растворения; 3) медленно растущие грани обычно имеют блестящие гладкие поверхности; при растворении медленно растворяющиеся грани часто выглядят матовыми; 4) в начальные моменты растворения на гранях нередко образуются мельчайшие многогранные углубления, носящие название фигур травления Частичное или полное разложение минералов в природных условиях главным образом связано с процессами окисления и восстановления Если в минерале первоначально содержались катионы низшей валентности, то, попадая в окислительные условия (скажем, в зону выветривания горных пород и руд), они, естественно, будут стремиться перейти в ионы высшей валентности. При этом размеры катионов уменьшаются, что обычно приводит к разрушению кристаллической структуры. Если эти гидроокислы железа и марганца при геологических процессах попадают в глубинные условия в земной коре, где господствует восстановительная среда, высшие валентности катионов элементов нередко переходят в низшие, и этот переход сопровождается обезвоживанием соединений. В создавшихся условиях возникают новые минералы: гематит Fe2 O3 или магнетит (Fe··Fe2 ···O4 ), браунит (Мn··Мn····О3 ), гаусманит (Мn··Мn2 ···О4 ] и др. 12.Светопоглощеие, окраска минералов. Психофизические особенности связанные с восприятием. Психофизические особенности связанные с восприятием.(ЧИТАЙ ПЕРВЫЙ БИЛЕТ). + Окраска минералов это один из важнейших признаков минералов, часть минералов названа именно по своей окраске: лазурит, азурит (от франц. azur — лазурь), хлорит (от греч. хлорос — зеленый), родонит (от греч. родон — розовый), рубин (от лат. ruber — красный), крокоит (от греч. крокос — шафран, т. е. здесь имеется в виду его краснооранжевый цвет), аурипигмент (от лат. aurum — золото), хризолит, хризоберилл (от греч. хризос — золото). Проблема приобретения окрасок минералов огромна, несмотря на развитие физико-химических способов определения цвета, существует еще множество нерешенных вопросов. В природных химических соединениях различают три рода окрасок по происхождению: 1) идиохроматическую; 2) аллохроматическую; 3) псевдохроматическую. 1) Идиохроматизм. Идиос (греч.) — свой, собственный Такая окраска обусловлена внутренними свойствами самого минерала( то есть его конституцией).  Существует три известные причины ее появления: 1. У многих она существует, благодаря вхождению в состав соединений минерала –хромофора ( элемент приносящий окраску) Примеры: : Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, т. е. элементы семейства железа, располагающиеся в центре менделеевской таблицы элементов, разбитой по длинным периодам, и в меньшей степени — W, Mo, U, Сu и TR. Самый яркий представитель это хром. Содержание хрома в минералах обусловливает весьма интенсивные окраски — красную (пироп, рубин и др.), яркозеленую (уваровит, изумруд, фуксит), фиолетовую (родохром, кеммерерит). Он достаточно сильно влияет на окраску минерала. изоморфная примесь окиси хрома в количестве всего лишь 0,1 % окрашивает бесцветное соединение — окись алюминия — в густой яркокрасный цвет. При этом содержании расстояние между двумя ближайшими частицами хромофоров в массе корунда составит около 20 A° , т. е. во много раз больше, чем радиусы самих ионов (0,57 A° у Аl и 0,64 A° у Сr). Зеленые и фиолетовые окраски, обязаны присутствию Cr2 O3. Сама чистая окись хрома также окрашена в зеленый цвет Однако, существуют и другие элементы, отвечающие за зеленую окраску: р, что зеленые бериллы — изумруды — обязаны своей чудесной яркой окраской совершенно ничтожной изоморфной примеси Сr2 О3 к Аl2 О3, а нередко зеленая окраска изумрудов связана отчасти и с присутствием V2 O3. Ион [CrO4 ]2–, содержащий Сr6+, в искусственных соединениях обычно дает желтые соединения, но в соединении его с сильно поляризующими катионами наблюдается окрашивание в густой оранжевокрасный цвет. Таков, например, минерал крокоит (РЬ[CrO4 ]). 2.Окрсака некоторых прозрачных минералов, связана с изменение кристаллической структуры вещества. Пример появление синей окраски у каменной соли NaCl. Окраска обязана тому, что часть ионов этого соединения, в частности натрия, превратилась в нейтральные атомы, присоединив к себе необходимые для этого электроны. Это один из случаев так называемой дефектной окраски (активными центрами, вызывающими специфическое поглощение света в некоторых участках спектра, являются дефекты структуры). Такую окраску в прозрачной каменной соли легко вызвать искусственно. Для этого достаточно пропитать ее парами металлического натрия. 3.Причина. Присутствием ионов или целых их групп внутри пустых промежутков структуры. Пример. Силикаты, у которых имеет место «внедрение» таких дополнительных анионов, как Cl1–, [SO4 ]2– и др. Примером здесь может служить ярко-синий минерал лазурит. Истинная природа такого явления получившего название стереохромизм, пока не до конца известна, ясно то, что окраска таких минералов, несомненно, связана с группами присоединения или внедрения, которые сами по себе не являются хромофорами. 2)Аллохроматизм. Аллос (греч.) — посторонний. Существует множество минералов, имеющих различные цвета и оттенки. Пример: кварц, обычно встречающийся в виде бесцветных, часто совершенно прозрачных кристаллов (горный хрусталь), бывает окрашен в красивый фиолетовый цвет (аметист), розовый, желтобурый (от окислов железа), золотистый (цитрин), серый или дымчатый (раухтопаз), густой черный (морион), наконец, в молочно-белый цвет Причина появления подобной окраски связана с посторонними тонкорассеянными механическими примесями, окрашенными в тот или иной цвет хромофорами (носителями окраски). Это могут быть органические и неорганические соединения. Они не зависят от химической природы минерала, поэтому носят название аллохроматических (т. е. чуждых самим минера лам). Окрашенные таким способом минералы представляют собой не что иное, как кристаллозоли. Существуют достаточно грубые дисперсии, когда наличие чужих примесей наблюдается невооруженным глазом. Например черный кальцит, переполненный мельчайшими включениями сульфидов или углеродистого вещества, и др. Наконец, следует указать на многие аллохроматически окрашенные полупрозрачные и непрозрачные коллоиды (гели) и метаколлоиды. В большинстве случаев к числу загрязняющих красящих примесей принадлежат бурые гидроокислы железа, красная окись железа, черные окислы марганца, органические вещества и др. Очень часто красящий пигмент в них рас пределен неравномерно, иногда концентрическими слоями. Таковы, например, агаты с их замечательно тонкими и разноцветными рисунками. 3) Псевдохроматизм. Псевдо (греч.) — ложный. Окраска связана с тем, что в момент отражения лучей света, от поверхности трещин спаиности кристалла, появляется радужная оболочка. объясняется тем, что здесь интерферируют лучи света, отраженные от передней поверхности прозрачной пленки (ее границы с воздухом) и задней (поверхности раздела с водой). Пример. лабрадор, в котором, особенно на полированных плоскостях, при некоторых углах поворота вспыхивают местами красивые синие и зеленые переливы, обусловленные интерференцией света на параллельно расположенных тончайших пластинах (ламелях) различного по основности плагиоклаза. …+ Психофизические особенности восприятия окраски. Классификация цветов. Достаточно трудно классифицировать цвета по восприятия и это связано не только, что цветов в природе существует огромное множество, а с тем, что мы люди видим различие цвета лишь при достаточно большой разнице их оттенков. Нпримиер: сравнить между собой два таких зеленых минера ла, как малахит и гарниерит (никелевый гидросиликат). При рассматрива нии порознь они для неопытного глаза кажутся одинаково окрашенными, но когда мы положим их рядом, то легко заметим существенное различие в оттенках окраски. Более чувствительное восприятие цветов, вырабатывается после многочисленных тренировок по определению цвета, человек начинает вырабатывать «зрительную память». На практике, при определение цвета минерала, его сравнивают с цветом известного вещества или предмета, по этой причине часть минералов имеют двойные названия: молочно-белый, медово-желтый, латунно-желтый, карминно-красный, изумрудно-зеленый, яблочно-зеленый. Основные названия цветов минералов:   Цвет черты Под этим термином подразумевается цвет тонкого порошка минерала. Этот порошок легко получить, если мы будем проводить испытуемым минералом черту на матовой (неглазурованной) поверхности фарфоровой пластинки, называемой бисквитом. Цвет черты часто совпадает с настоящим цветом минерала: Например, у киновари окраска и цвет порошка красные, у магнетита — черные, у лазурита — синие. Существуют минеры, у которых цвет черты значительно отличается от окраски минерал. Например у гематита (цвет минерала стально-серый или черный, черта — красная), у пирита (цвет минерала латунно-желтый, черта — черная). У большинства прозрачных и полупрозрачных минералов, цвет порошка бесцветный (белый) или слабо окрашен. Один и тот же минерал существующий в плотных массах или в рыхлом состояние, будет иметь разный цвет черты. Пример лимонит (гидроокись железа) — в плотных массах черный, а порошковатых (в виде охры) — желто-бурый. Аллохроматическая окраска многих полупрозрачных минералов, вызванная примесями в виде дисперсной фазы тех или иных соединений. Соответствует цвету в порошке. Например: желто-бурые и бурые опалы 13. Собственная и чуждая окраска минералов.( читай билет 12 – изохроматизм, псевдохроматизм, аллохроматизм) 14.Среды минералообразования. Читай билет 2, 5,6, 9, 11, +…  Обе эти группы в дальнейшем при изменение условий претерпевают изменения – метаморфизм. Особенно сильно они изменяются при региональном метаморфизме. Эндогенные процессы минералообразования Основываются на знаниях о деятельности магматических очагов, процессы проходят на больших глубинах, наблюдать их лично мы не можем, поэтому часть информации мы берем, рассматривая деятельности магм вулканов. Согласно этим представлениям, магмы являются сложными по составу силикатными огненно-жидкими расплавами, в которых принимают участие и летучие составные части. Если по какой либо причине магмы не достигают поверхности земли, они начинают медленно остывать. В результате кристаллизации дают начало различным изверженным силикатным породам. При этом тяжелые металлы (такие как Sn, W, Mo, Au, Ag, Pb, Zn, Сu и др.), присутствующие в магмах в ничтожных количествах, образуют с летучими компонентами (Н2 О, S, F, Cl, В и др.) легко растворимые соединения и по мере кристаллизации магмы концентрируются в верхних частях магматических очагов. В дальнейшем образуются: остаточные силикатные растворы, при кристаллизации которых возникают так называемые пегматиты, содержащие минералы с F, В, Be, Li, Zr, а иногда с редкоземельными элементами и др В других случаях они в виде газообразных продуктов удаляются из магматических очагов, оказывая сильные контактные воздействия на вмещающие породы, с которыми вступают в химические реакции. Наконец, в виде водных растворов — гидротерм — они уносятся вдоль трещин в кровлю над магматическими массивами, образуя нередко богатые месторождения главным образом металлических полезных ископаемых. Лишь немногие тяжелые металлы остаются в магме и в процессе ее дифференциации концентрируются в некоторых горных породах внутри магматических массивов. В тех случаях, когда магма достигает земной поверхности и изливается в виде лав, летучие компоненты, освобождающиеся при этом, уходят в атмосферу В соответствии с указанной последовательностью развития магматического цикла явлений различают следующие этапы эндогенных процессов минералообразования: 1) магматический (в собственном смысле слова); 2) пегматитовый; 3) пневматолитогидротермальный. Билеты 5,9,2. Экзогенные процессы минералообразования Процессы образования минералов, совершающиеся на поверхности Земли за счет солнечной энергии, гораздо более доступны нашему наблюдению, чем эндогенные процессы. Процессы выветривания Они выражаются механическим разрушением горных пород и руд вследствие колебаний температуры, что ведет к дезинтеграции составляющих породы минералов, обладающих различными коэффициентами расширения, а также под действием замерзающей в трещинках и порах воды и других факторов. Но гораздо важнее химическое разложение выветривающихся минералов под влиянием дождевой и поверхностной воды, содержащей в растворенном состоянии кислород, углекислоту и другие газы. Вода обладает сильной окисляющей и растворяющей способностью. Эта вода, просачиваясь и спускаясь до уровня грунтовых вод (рис. 57), постепенно теряет свой кислород в процессе происходящих реакций окисления, гидратации и карбонатизации.  Выщелачивание породы приводит к образованию пор, в дальнейшем до карстов. Стенки таких пустот покрыты щетками друз минералов. Развивающийся на самой поверхности растительный покров, а вместе с ним и различные органические соединения, переходящие в растворы, значительно усиливают процессы химического разложения пород и руд. Химически устойчивые минералы (кварц, золото, платина и др.) и трудно-растворимые образования, накапливаются в остаточных продуктах земли. В виде глиноподобных масс различных светлых и темных оттенков, чаще бурых, окрашенных гидроокислами железа. Такие скопления образуют остаточные месторождения (скопления преимущественно гидроокислов и гидросиликатов.) Если химическому выветриванию подвергаются месторождения полезных ископаемых, то такие образования называют шляп (железных, марганцевых, гипсовых и др.), содержание остающихся полезных ископаемых в этих шляпах обычно значительно выше, чем в не разложенных первичных рудах, т. е. залегающих ниже уровня грунтовых вод. Важно отметить, что некоторые выщелачиваемые металлы, особенно медь, а также серебро, цинк и другие, переносимые просачивающимися водами в виде растворов к низам зоны окисления, т. е. к уровню грунтовых вод, вступают в реакции с первичными рудами или с химически активными боковыми породами (известняками). В медно-сульфидных месторождениях в этих случаях образуется зона вторичного сульфидного обогащения со значительно повышенным содержанием меди в рудах. Химическое выветривание зависите прежде всего от климата (средняя годовая температура и количество осадков). При малой влажности и высоких средних годовых температурах процессы окисления и концентрации химических соединений происходят энергичнее. Большое значение имеет также рельеф местности. В гористых районах вследствие большой эрозионной деятельности не успевает происходить накопление продуктов химического разрушения. Иную картину мы наблюдаем в районах с пониженным рельефом. Формы образований: представлены не совсем правильными гнездообразными или пластообразными залежами, более или менее параллельными дневной поверхности. Вдоль крупных трещин, зон дробления и контактов разнородных по физическим и химическим свойствам пород, т. е. там, где глубже проникают поверхностные агенты выветривания, могут образоваться крутопадающие, выклинивающиеся с глубиной залежи рудных образований поверхностного происхождения. |