ГЕОЛОГИЯ. 1 БЛОК. Общая геология. Происхождение, строение Земли и земной коры, химический состав литосферы, исторические этапы развития Земли
 Скачать 1.09 Mb.
|
|
31. Понятие о минерале. Минералами называются природные химические соединения или самородные элементы, образовавшиеся в результате различных физико-химических процессов в недрах Земли или на ее поверхности. Изучением химического состава минералов, их физических свойств и условий происхождения занимается минералогия. Кристаллические формы минералов рассматриваются в кристаллографии. В природе известно свыше 2000 минералов. По физическому состоянию они подразделены на жидкие, газообразные и твердые. К жидким относят воду, нефть, ртуть; к газообразным — природные газы, например метан и сероводород. Однако подавляющая часть минералов — твердые. Образование минералов в условиях земной коры может происходить несколькими способами, отличающимися друг от друга главным образом характером среды минералообразований. 1. Путем кристаллизации природных силикатных расплавов – магм – при понижении их температуры ниже точки затвердевания, именно таким способом образуются породообразующие минералы глубинных магматических горных пород. 2. Посредством отложения минерального вещества из водных растворов, истинных или коллоидных. Такие растворы могут быть горячими, так называемые гидротермальные растворы, из которых образуются многие рудные минералы, или холодноводными, как, например, растворы соляных озер. 3. Путем различных превращений, протекающих в твердом состоянии благодаря диффузионным процессам, 4. Наконец, известны случаи кристаллизации минералов из газообразного состояния, т.е. путем возгонки, как образуются, например, из вулканических газов, кристаллы самородной серы на стенках кратеров вулканов. 32. Химический состав минералов. Химические элементы периодической системы входят в состав минералов, т.е. являются минералообразующими. Во своей количественной и качественной роли в составе минералов все минералообразующие элементы можно разделить на: 1. Видообразующие-дающие самостоятельные минеральные виды (Si, O, H, Al, Ca, Na, Mg, Cu, Pb, S, и др.) 2. Рассеянные-не дающие самостоятельных минералов и входящих в их состав в виде примесей (Hf, Re, Ra, Ro и т.д) Минералы представлены тремя типами химических соединений: 1.Простые вещества или самородные элементы. Это самородная сера и медь, графит, золото, платина и другие. 2.Оксиды и гидроксиды, например, корунд Al2O3 , рутил TiO2 ,куприт Cu2O и т.д. 3.Соли кислородсодержащих и безкислородных кислот, например, галит NaCl, пирит FeS2 , кальцит CaCO3 , барит BaSO4 , фостерит Mg2SiO4 , ангидрит CaSO4 и др. Это наиболее распространенный тип химических соединений минералов. Соли имеют группы атомов, которые участвуют в реакциях как единое целое, и такие группы называют комплексными анионами или радикалами. Главными радикалами в минералах являются [SiO4] в силикатах, [CO3 ] в карбонатах, [SO4 ] в сульфатах, [РО4 ] в фосфатах. Минералы могут состоять из соединений постоянного состава или определенных соединений и переменного состава или неопределенных соединений. Определенные соединения в любых условиях сохраняют в своей структуре одно и то же соотношение минералообразующих элементов. К таким минералам относятся, например, галит NaCl, кальцит CaCO3 , гематит Fe2O3 , кварц SiO2 , куприт Cu2O и т.д. 33. Изоморфизм. Изоморфизм – это явление взаимного замещения атомов или ионов в кристаллической решетке минерала без нарушения ее строения. Образующиеся при этом вещества называют изоморфными смесями или твердыми растворами. В зависимости от соотношений замещающих друг друга единиц изомофизм бывает полный или совершенный и неполный или несовершенный. Примером полного изоморфизма является группа плагиоклазов – непрерывный изоморфный ряд, крайними членами которого являются альбит Na[AlSi3O8] и анорит Ca[Al2 Si2O8] со схемой замещения NaSi = CaAl. Несовершенный изоморфизм более распростанен. Примером может служить кальцит CaCO3 , где до 22% Са может замещаться Мg. 34. Полиморфизм. Политипия. Политипия (политипизм) – явление, характерное для некоторых плотноупакованных и слоистых структур. Политипы – это структуры, построенные из одних и тех же слоев с разной последователь. Параметры решетки у политипов в плоскости слоя неизменны, а в направлении, перпендикулярном слоям, различны, но всегда кратны расстоянию между ближайшими слоями. Наибольшее богатство политипов обнаружено у карбида кремния SiC. Политипия встречается в графите, молибдените MoS2, PbJ2 и других веществах со слоистой структурой. Полиморфизм – способность одного и того же химического соединения существовать в нескольких кристаллических формах. Впервые это явление было объяснено в конце XIX века, когда, в результате развития термодинамики, полиморфные модификации стали рассматриваться как различные фазы одинакового состава. Модификация, имеющая наименьшую свободную энергию Гиббса, наиболее устойчива в данных условиях температуры и давления. Существенный недостаток фазовой теории полиморфизма – невозможность объяснения с ее позиций широкого распространения метастабильных твердых тел, а также различий в скорости полиморфных превращений. Чтобы объяснить эти явления необходимо знать величину энергетического барьера, препятствующего превращению. Эта величина должна определяться степенью изменения связей между атомами в процессе перехода их одной структуры в другую. Как следствие возникает необходимость структурного подхода к явлению полиморфизма, который стал возможен лишь после разработки рентгеновских методов исследования структур. Полиморфизм – это одно из основных свойств кристаллического вещества, заключающееся в приспособлении его структуры к изменяющимся условиям окружающей среды. 35. Формулы минералов. Химический состав минералов принято выражать с помощью эмпирических или структурных формул. Эмпирические формулы выражают количественный химический состав минералов, не давая представления о сочетаниях и связях химических элементов друг с другом. В структурных формулах, которые гораздо шире распространены в минералогии, учитывается не только химический состав минералов, но и тип химического соединения, взаимосвязи отдельных элементов. Обычно в структурных формулах радикалы выделяются квадратными скобками, близко связанные друг с другом элементы — круглыми. Например, эмпирическая формула дистена имеет вид Al2SiO5 или А12О3 × Si02,структурная — А12 [Si04]О, Особенно важны структурные формулы для минералов сложного состава, гак формула авгита имеет. вид Ca(Mg, Fe, Al) [(Si, A1)2О6 ], топаза Al2(F, ОН)2 [Si02 ] и т.д. Изоморфные группы элементов в порядке уменьшения их количества заключаются в круглые скобки и отделяются друг от друга запятыми, например, формула сфалерита имеет вид (Zn, Fe, Mn, Cd, Ge, In, Te)S, формула вольфрамита— (Mn, Fe)WО4, оливина (Mg, Fe)2 [Si04 ] и т.д. Если в минерале присутствуют элементы в различной степени окисления, то они пишутся раздельно с указанием их заряда. 36. Классификация минералов В соответствии с этим классификация может быть представлена в следующем виде: 1. Самородные- К ним относятся вещества с однородной структурой. В этом классе находятся благородные металлы - золото, платина, серебро, инертные газы, медь и т.д. К самородным элементам относят и кристаллы алмазов. Кстати, самый большой серебряный самородок имел вес около 20 тонн, хотя общий вес всех самородков составляет всего 0,1% массы Земли. 2. Сульфиды- К этому классу относятся более 200 минералов. По химическому составу это соединение металла с сероводородом. В руде, богатой сульфидами, часто можно встретить вкрапления золота. Класс сульфидов представлен пиритами, цирконием и другими соединениями. 3. Галоиды- Получаются при соединении галогенов с другими веществами. В природе открыто около 100 подобных веществ, обладающих стеклянным блеском при небольшой твердости. В ювелирном деле применяется плавиковый шпат, а вот другие минералы данной группы не совсем пригодны для обработки из-за своих физических свойств. 4. Оксиды и гидрооксиды – это соединения металлов с кислородом. Они являются наиболее разнообразной по физическим характеристикам группой. Здесь и тусклые земли (боксит) и ювелирные камни (сапфиры, рубины). Твердые первичные оксиды обычно образуются глубоко в земных недрах, более мягкие – ближе к поверхности вследствии контакта с воздухом. 5. Карбонаты- Это соединения минералов с угольной кислотой. Наиболее распространены в природе карбонаты кальция и магния, а наиболее яркий представитель этого класса, используемый в декоративном искусстве - мрамор. Жемчуг и бирюза также состоят из карбонатов. 6. Сульфаты-минералы, образующиеся в результате соединения металлов с сульфатной группой (сера и кислород). Они мягкие, прозрачные или просвечивающие, ненасыщенного цвета. Широко распространены гипс, ангидрит, барит. 7. Фосфаты- металлы соединённые с силикатной группой (кремний и кислород), это самые рапространённые минералы в природе (поти треть всех минералов – силикаты). Все они делятся на подгруппы в зависимости от своей внутренней структуры (незосиликаты, соросиликаты, иносиликаты, циклосиликаты, филосиликаты и тектосиликаты). Представители этого класса – кварц, полевые шпаты. Всего в природе известно более 350 подобных минералов. В ювелирном деле используется амблигонит, апатит, бирюза и другие минералы. 8. Силикаты- металлы соединённые с силикатной группой (кремний и кислород), это самые рапространённые минералы в природе (поти треть всех минералов – силикаты). Все они делятся на подгруппы в зависимости от своей внутренней структуры (незосиликаты, соросиликаты, иносиликаты, циклосиликаты, филосиликаты и тектосиликаты). Представители этого класса – кварц, полевые шпаты. 37. Основные минералы класса оксиды и гидроксид
38. Минералы классов: карбонаты, сульфаты, галоиды, фосфаты. Карбонаты
Сульфаты
Галоиды.
Фосфаты.
|