Основные диагностические свойства минералов

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА СЭиТД

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине:

«Геммологическая экспертиза»

 

На тему: «Основные диагностические свойства минералов»

 

 

 

 

Выполнил студент: гр 760481 Бурцева Н.В.

Проверил :                            Ивайкина А.Л.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тула 2013 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение………………………………………………………………………. 3  

1. ЗЕМНАЯ КОРА И ОСОБЕННОСТИ ЕЕ СОСТАВА…………………5

1.1  Строение земного шара…………………………………………………...5

2. КОНСТИТУЦИЯ И СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ…………………….7

2.1  Общие сведения…………………………………………………………...7

3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ……………..……9

3.1  Цвет минералов……………………………………………………………10

3.2  Черта минерала и твердость………………………………………………12

3.3  Удельный вес…….………………………………………………………...14

4. ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ…………………16

4.1 Оптические свойства……………………………………………………….16

4.2 Механические свойства  ……………………………………………………19

4.3 Прочие свойства…………………………………………………………….22

Список использованной литературы……………………………………….24 
Введение

Минералогия принадлежит  к числу геологических наук. Название этой науки в буквальном смысле означает учение о минералах, которое объемлет все вопросы о минералах, включая  и их происхождение. Термин "минерал" происходит от старинного слова "минера" (лат. minera — руда, ископаемое). Это указывает, что его появление связано с развитием горного промысла.

Интуитивно  минералы можно определить как составные  части горных пород и руд, отличающиеся друг от друга по химическому составу и физическим свойствам (цвету, блеску, твердости и т. д.). Например, биотитовый гранит как горная порода состоит из трех главных минералов различного состава: светлоокрашенного полевого шпата, серого кварца и черной слюды (биотита).

В настоящее  время большинство объектов минералогии  отвечает следующему определению:

Минерал — однородное природное  тело, находящееся или  бывшее в кристаллическом состоянии.

Таким образом, определенное понятие минерала отвечает минеральному индивиду — естественно ограниченному телу — и охватывает все разнообразие реальных единичных объектов минералогии, встречающихся в природе. В число минералов обычно не включаются высокомолекулярные органические образования типа битумов, не отвечающие в большинстве случаев требованиям кристалличности и однородности.

С генетической точки зрения минералы представляют собой природные химические соединения и простые вещества, являющиеся естественными  продуктами различных физикохимических процессов, совершающихся в земной коре и прилегающих к ней оболочках (включая и продукты жизнедеятельности организмов). К минералам относят и космогенные объекты, отвечающие вышеприведенным требованиям однородности и кристалличности.

Минералогия как наука о природных химических соединениях (минералах) изучает во взаимной связи их состав, кристаллическое строение, свойства, условия образования и практическое значение.

В соответствии с этим и задачи данной науки должны быть тесно связаны, с одной стороны, с достижениями смежных с нею  наук (физики, химии, кристаллохимии и др.), а с другой — с запросами практики поисково-разведочного дела.

      Главнейшими задачами минералогии в настоящее время являются:

1. всестороннее изучение и более глубокое познание физических и химических свойств минералов во взаимной связи с их химическим составом и кристаллическим строением с целью практического использования их в различных отраслях промышленности и выявления новых видов минерального сырья;
2. изучение закономерностей сочетания минералов и последовательности образования минеральных комплексов в рудах и горных породах с целью выяснения условий возникновения минералов и истории процессов минералообразования (генезиса), а также использования этих закономерностей при поисках и разведках различных месторождений полезных ископаемых.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ЗЕМНАЯ КОРА  И ОСОБЕННОСТИ ЕЕ СОСТАВА

 

1.1 Строение земного шара

 

Главным объектом геологических, в том числе и  минералогических исследований является земная кора, под которой подразумевается  самая верхняя оболочка земного  шара, доступная непосредственному наблюдению.

Наши фактические  знания о строении и химическом составе  земной коры основываются почти исключительно  на наблюдениях над самыми поверхностными частями нашей планеты.

Горообразующие  процессы, совершавшиеся в различные геологические эпохи и приводившие к образованию высоких горных хребтов, подняли из глубины самые различные породы, не образующиеся вблизи поверхности Земли. Наиболее глубинные по происхождению горные породы из доступных прямому изучению — мантийные ксенолиты, обнаруживаемые в трубках взрыва, — являются объектом пристального внимания исследователей. Их изучение дает возможность, как показывают геологические наблюдения и подсчеты, получить более или менее реальное представление о составе и строении земного шара только до глубины 100–150 км (радиус же его превышает 6300 км).

О строении и  составе глубоких недр земного шара можно судить лишь на основании косвенных  данных. Как показывает сопоставление  плотностей всего земного шара (5,527) и земной коры (2,7–2,8), внутренние части нашей планеты должны обладать значительно большей плотностью, чем поверхностные. Различные данные (геофизические наблюдения, данные сравнения Земли с другими космическими телами, состав метеоритов и пр.) дают основания предполагать, что это обстоятельство обусловлено не только увеличением с глубиной давления, но и изменением состава внутренних частей нашей планеты.

Согласно современным  моделям, построенным на основании  геофизических данных, в строении Земли выделяется несколько концентрических оболочек (геосфер), различающихся по физическим свойствам и составу (табл. 1).

 

Таблица 1 Характеристики геосфер Земли

Оболочка	Индекс	Нижняя граница, км	Плотность	Компонентный  состав
Кора	A	10-30	2,80–2,85	SiO2, Al2O3,FeO, CaO, MgO, Na2O, K2О
Верхняя мантия	B	350–400	2,9–3,5	SiO2, MgO, FeO, CaO, Al2O3
Переходная  зона	C	770	3,8–4,2	SiO2, MgO, FeO, CaO, Al2O3
Нижняя мантия	D	2875	4,5–5,6	SiO2, MgO, FeO, Fe, MgS, FeS
Внешнее ядро	E	4711	9,8–12,2	FeO, Fe, FeS, Si, Ni, H, C
Переходная  зона	F	5160	12,2–12,5	Fe, FeS, Ni, H, C
Внутреннее  ядро	G	6371	12,7–14,0	Fe, Ni, H, C

 

 

 

2. КОНСТИТУЦИЯ И СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ

 

2.1 Общие сведения

 

Замечательной особенностью многих природных соединений является их окраска. Для ряда минералов  она постоянна и весьма характерна. Например, киноварь (Hg₂S) всегда обладает карминно-крассным цветом, для малахита характерна ярко-зеленая окраска, кубические кристаллики пирита(FeS₂ – медный колчедан) легко узнаются по металлически-золотистому цвету и т. д. Наряду с этим окраска большого количества минералов изменчива. Таковы, например, разновидности кварца: бесцветные (прозрачные), молочнообелые, желтоватообурые, почти черные, фиолетовые, розовые.

Блеск — также  весьма характерный признак многих минералов. В одних случаях он очень похож на блеск металлов (галенит (PbS), пирит (FeS₂), арсенопирит (FeAsS)), в других — на блеск стекла (кварц), перламутра (мусковит). Немало и таких минералов, которые даже в свежем изломе выглядят матовыми, т. е. не имеют блеска.

Все свойства минералов (физические и др.), находятся в причинной зависимости от особенностей химического состава и кристаллической структуры вещества — от конституции минерала, что, в свою очередь, обусловлено размерами атомов или ионов (участвующих в составе минерала), строением их электронных оболочек (особенно наружных) и свойствами, которые определяются положением химических элементов в системе Д. И. Менделеева. Поэтому многое из того, что раньше казалось загадочным, теперь, в свете современных достижений точных наук, становится все более и более понятным. Эти достижения способствуют не только правильному пониманию природных явлений, но и помогают нам в практическом использовании свойств минералов.

Конституция минерала представляет собой единство его  химического состава и кристаллической структуры. Понятие "конституция" описывает, можно сказать, сущность минерала; она является его собственным, внутреннейшим свойством, в отличие от прочих свойств и признаков, являющихся откликами на внешние воздействия, проявляющихся и формирующихся во взаимодействии со средой. Именно конституция минерала определяет его видовую принадлежность, диагностические же свойства (признаки) минералов, являющиеся функцией его состава и структуры, служат для установления видовой принадлежности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Физические свойства минералов

Уже указывалось, что  минералы как физические тела обладают широким разнообразием таких  свойств, как цвет, твердость, блеск, удельный вес и др. В зависимости  от химического состава и кристаллической  структуры эти свойства у различных минералов проявляются по-разному. Каждый минерал характеризуется какими-либо особыми признаками, по которым его можно всегда отличить от других.

Очень многие минералы можно  совершенно точно определить по комплексу  характерных физических свойств, не прибегая к более трудоемким исследованиям, как, например, к химическому анализу, рентгеноанализу и др. Нужно заметить, что для многих минералов существуют специфические, только каждому из них в отдельности свойственные, тонкие особенности, которые при первом знакомстве нелегко схватить и передать словами. Особенно это относится к оттенкам цвета, к густоте окраски, к характеру излома, блеска и пр. Тем не менее уже при некотором опыте глаз настолько привыкает улавливать эти характерные свойства минералов, что в дальнейшем они служат решающими диагностическими признаками. Во времена далекого прошлого, когда люди еще не имели никакого представления ни о химии вообще, ни о химических элементах в частности, эти особые признаки минералов были хорошо известны и "рудознатцы" по ним безошибочно находили те полезные ископаемые, которые для них в то время представляли ценность.

Нельзя, конечно, думать, что таким путем могут быть определены все встречающиеся в  природе минералы. Многие из них  для окончательного установления требуют более детальных исследований, в частности - применения паяльной трубки, качественных химических реакций, более точного определения удельного веса, механических и прочих свойств. Тонкозернистые минеральные массы изучаются в специальных препаратах (шлифах) под микроскопом. Очень часто, в случаях установления с помощью спектрального анализа примесей таких ценных металлов, как кобальт, индий, кадмий, литий, цезий и др., имеющих промышленное значение даже в случае незначительного их содержания в минералах, приходится обращаться к химическому анализу. При изучении скрытокристаллических минеральных образований необходимо прибегать также к рентгенометрическим исследованиям. Особые методы применяются при изучении радиоактивности минералов, пьезоэлектрических эффектов, магнитных свойств и других физических явлений в минералах.

Ниже мы остановимся  на разборе главнейших свойств минералов, которые имеют наибольшее диагностическое  значение. К этим свойствам относятся  следующие: морфологические особенности - облик кристаллов, двойники, штриховатость граней; оптические* - прозрачность, цвет минералов, цвет черты, блеск; механические - спайность, излом, твердость, хрупкость, ковкость, упругость; также и такие свойства, как удельный вес, магнитность, радиоактивность и др.

3.1 Цвет минералов

Окраска минералов невольно обращает на себя внимание при первом же знакомстве с ними и потому является одним из важнейших признаков, свойственных минералам.

Вполне естественно  поэтому, что многие названия даны минералам именно по этому признаку. Примеры: лазурит, азурит ("азур" по-французски - лазуРb), хлорит ("хлорос" по-гречески - зеленый), родонит ("родон" по-гречески - розовый), рубин ("рубер" по-латыни - красный), крокоит ("крокос" по-гречески - шафран, т. е. здесь имеется в виду его красно-оранжевый цвет), аурипигмент ("аурум" по-латыни - золото), хризолит, хризоберилл ("хризос" по-гречески - золото), эритрин ("эритрос" по-гречески - красный), гематит ("гематикос" по-гречески - кровавый), альбит ("альбус" по-латыни - белый), меланит ("мелас" по-гречески - черный) и т. д. Наоборот, такие названия, как киноварь, малахитовая зелень и другие, вошли в наш язык как стандартные цвета красок, что говорит о том, что эти цвета постоянно присущи данным минералам.

В целом проблема окраски минералов очень сложна. Хотя наши познания в области причин появления окрасок кристаллических веществ, благодаря большим успехам физики и кристаллохимии, в последнее время значительно подвинулись вперед, все же остается еще много неясных вопросов. Первую более обстоятельную попытку обобщить имеющийся материал по этому вопросу и увязать окраску природных соединений с их кристалло-химическими особенностями сделал А. Е. Ферсман в своей книге "Цвета минералов" (1937).