Sadržaj članka

MINERALI I MINERALOGIJA.Minerali – čvrste prirodne tvorevine koje čine stijene Zemlje, Mjeseca i nekih drugih planeta te meteoriti i asteroidi. Minerali su u pravilu prilično homogene kristalne tvari s uređenom unutarnjom strukturom i određenim sastavom, koji se može izraziti odgovarajućom kemijskom formulom. Minerali nisu mješavina sitnih čestica minerala, poput šmirgla (sastoji se uglavnom od korunda i magnetita) ili limonita (agregat getita i drugih željeznih hidroksida), oni također uključuju spojeve elemenata s neuređenom strukturom, poput vulkanskog stakla (opsidijan , itd.) .). Mineralima se smatraju kemijski elementi ili njihovi spojevi nastali kao rezultat prirodnih procesa. Najvažnije vrste mineralnih sirovina organskog podrijetla, kao što su ugljen i nafta, isključene su iz popisa minerala.

Mineralogija– znanost o mineralima, njihovoj klasifikaciji, kemijskom sastavu, značajkama i uzorcima strukture (građe), podrijetlu, uvjetima u prirodi i praktičnoj primjeni. Za dublje objašnjenje unutarnje strukture minerala i njihove povezanosti s poviješću Zemlje, mineralogija uključuje matematiku, fiziku i kemiju. Koristi kvantitativne podatke u većoj mjeri nego druge geološke znanosti, budući da su fina kemijska analiza i precizna fizikalna mjerenja nužna za primjereno opisivanje minerala.

POVIJEST MINERALOGIJE

Kremene ljuske s oštrim rubovima koristio je primitivni čovjek kao oruđe već u paleolitiku. Kremen (fino zrnata vrsta kvarca) dugo je bio glavni mineral. U davna vremena čovjeku su bili poznati i drugi minerali. Neki od njih, poput trešnjevog hematita, žuto-smeđeg getita i crnih oksida mangana, korišteni su kao boje za oslikavanje stijena i tijela, dok su drugi, poput jantara, žada, samorodnog zlata, korišteni za izradu ritualnih predmeta, nakita i amajlije. U Egiptu preddinastičkog razdoblja (5000–3000 pr. Kr.) mnogi su minerali već bili poznati. Za ukrašavanje su korišteni samorodni bakar, zlato i srebro. Nešto kasnije počinje se izrađivati ​​oruđe i oružje od bakra i njegove legure bronce. Mnogi minerali korišteni su kao boje, drugi za nakit i pečate (tirkiz, žad, kristal, kalcedon, malahit, granat, lapis lazuli i hematit). Trenutno minerali služe kao izvor metala, građevinskih materijala (cement, gips, staklo itd.), Sirovina za kemijsku industriju itd.

U prvoj poznatoj raspravi o mineralogiji O kamenju Aristotelov učenik Grk Teofrast (oko 372–287. pr. Kr.) minerale je dijelio na metale, zemlju i kamenje. Otprilike 400 godina kasnije, Plinije Stariji (23. – 79. g.) u svojih posljednjih pet knjiga Prirodoslovlje sažeo sve informacije o mineralogiji dostupne u to vrijeme.

U ranom srednjem vijeku, u zemljama arapskog istoka, koje su apsorbirale znanje stare Grčke i stare Indije, znanost je cvjetala. Srednjoazijski znanstvenik-enciklopedist Biruni (973. - oko 1050.) sastavio je opise dragog kamenja ( Mineralogija) i izumio metodu za precizno mjerenje njihove specifične težine. Još jedan istaknuti znanstvenik Ibn Sina (Avicena) (oko 980.–1037.) u raspravi O kamenju dao je klasifikaciju svih poznatih minerala, podijelivši ih u četiri klase: kamenje i zemlja, fosilna goriva, soli, metali.

U srednjem vijeku u Europi su se skupljale praktične informacije o mineralima. Rudar i tragač iz nužde su postali mineralozi praktičari i svoje iskustvo i znanje prenosili učenicima i pripravnicima. Prvi skup činjeničnih informacija o praktičnoj mineralogiji, rudarstvu i metalurgiji bio je rad G. Agricole O metalima (De re metallica), objavljen 1556. Zahvaljujući ovoj raspravi i ranijem djelu O prirodi fosila (De natura fosilium, 1546), koji sadrži klasifikaciju minerala na temelju njihovih fizičkih svojstava, Agricola je poznat kao otac mineralogije.

300 godina nakon objavljivanja Agricolinih radova, istraživanja u području mineralogije bila su posvećena proučavanju prirodnih kristala. Godine 1669. danski prirodoslovac N. Stenon, sažimajući svoja promatranja stotina kvarcnih kristala, uspostavio je zakon konstantnosti kutova između kristalnih lica. Stoljeće kasnije (1772.) Romé de Lisle potvrdio je Stenonove zaključke. Godine 1784. opat R. Gayuy postavio je temelje modernim idejama o strukturi kristala. Godine 1809. Wollaston je izumio reflektivni goniometar, koji je omogućio točnije mjerenje kutova između ploha kristala, a 1812. iznio je koncept prostorne rešetke kao zakona unutarnje strukture kristala. Godine 1815. P. Cordier predložio je proučavanje optičkih svojstava fragmenata zdrobljenih minerala pod mikroskopom. Daljnji razvoj mikroskopskih istraživanja povezan je s izumom W. Nicola 1828. godine uređaja za proizvodnju polarizirane svjetlosti (Nicolova prizma). Polarizacijski mikroskop poboljšao je 1849. G. Sorby, koji ga je primijenio za proučavanje prozirnih tankih presjeka stijena.

Pojavila se potreba za klasifikacijom minerala. Godine 1735. C. Linnaeus objavio je djelo Sustav prirode (Systema naturae), u kojem su minerali klasificirani prema vanjskim karakteristikama, tj. baš kao biljke i životinje. Zatim su švedski znanstvenici - A. Kronstedt 1757. i J. Berzelius 1815. i 1824. godine - predložili nekoliko mogućnosti kemijske klasifikacije minerala. Druga Berzeliusova klasifikacija, koju je modificirao K. Rammelsberg 1841. – 1847., čvrsto je utemeljena nakon što ju je američki mineralog J. Dana upotrijebio kao osnovu za treće izdanje Mineraloški sustavi (Danin sustav mineralogije, 1850). Veliki doprinos razvoju mineralogije u 18. – prvoj polovici 19. stoljeća. pridonijeli su njemački znanstvenici A.G.Werner i I.A.Breithaupt te ruski - M.V.Lomonosov i V.M.

U drugoj polovici 19.st. Poboljšani polarizacijski mikroskopi, optički goniometri i analitičke tehnike omogućili su dobivanje preciznijih podataka o pojedinim vrstama minerala. Kada su se kristali počeli proučavati analizom X-zrakama, došlo je do dubljeg razumijevanja strukture minerala. Godine 1912. njemački fizičar M. Laue eksperimentalno je ustanovio da se informacije o unutarnjoj strukturi kristala mogu dobiti propuštanjem X-zraka kroz njih. Ova je metoda revolucionirala mineralogiju: pretežno deskriptivna znanost postala je preciznija i mineralozi su mogli povezati fizikalna i kemijska svojstva minerala s njihovim kristalnim strukturama.

Krajem 19. - početkom 20. stoljeća. Razvoju mineralogije uvelike su doprinijeli radovi izvrsnih ruskih znanstvenika N.I.Vernadskog, A.E.Fersmana i drugih. mineralogija je usvojila nove istraživačke metode fizike čvrstog stanja, posebice infracrvenu spektroskopiju, cijeli niz rezonancijskih metoda (elektronska paramagnetska rezonancija, nuklearna gama rezonancija itd.), luminiscentnu spektroskopiju itd., kao i najnovije analitičke metode, uključujući analizu elektronskom mikrosondom, elektronsku mikroskopiju u kombinaciji s elektronskom difrakcijom itd. Korištenje ovih metoda omogućuje određivanje kemijskog sastava minerala "u točki", tj. na pojedinim zrncima minerala proučiti suptilne značajke njihove kristalne strukture, sadržaj i raspodjelu nečistoća, prirodu boje i luminiscencije. Uvođenje preciznih fizikalnih metoda istraživanja proizvelo je pravu revoluciju u mineralogiji. Imena takvih ruskih znanstvenika kao što su N. V. Belov, D. S. Korzhinsky, D. P. Grigoriev, I. I. Shafranovsky i drugi povezani su s ovom fazom razvoja mineralogije.

GLAVNA SVOJSTVA MINERALA

Dugo vremena glavne karakteristike minerala bile su vanjski oblik njihovih kristala i drugih izlučevina, kao i fizikalna svojstva (boja, sjaj, cijepnost, tvrdoća, gustoća itd.), koja i danas imaju veliku važnost u njihovom opisu. i vizualna (osobito terenska) dijagnostika. Ove karakteristike, kao i optička, kemijska, električna, magnetska i druga svojstva, ovise o kemijskom sastavu i unutarnjoj strukturi (kristalnoj strukturi) minerala. Primarna uloga kemije u mineralogiji prepoznata je sredinom 19. stoljeća, no važnost strukture postala je očita tek uvođenjem radiografije. Prvo dekodiranje kristalnih struktura izveli su još 1913. engleski fizičari W. G. Bragg i W. L. Bragg.

Minerali su kemijski spojevi (osim samorodnih elemenata). Međutim, čak i bezbojni, optički prozirni uzorci ovih minerala gotovo uvijek sadrže male količine nečistoća. Prirodne otopine ili taline iz kojih kristaliziraju minerali obično se sastoje od mnogo elemenata. Tijekom stvaranja spojeva, nekoliko atoma manje uobičajenih elemenata može zamijeniti atome glavnih elemenata. Takva je zamjena toliko uobičajena da se kemijski sastav mnogih minerala vrlo rijetko približava sastavu čistog spoja. Na primjer, sastav uobičajenog kamenotvornog minerala olivina varira unutar sastava dvaju tzv. završni članovi niza: od forsterita, magnezijevog silikata Mg 2 SiO 4, do fajalita, željeznog silikata Fe 2 SiO 4. Odnos Mg:Si:O u prvom mineralu i Fe:Si:O u drugom je 2:1:4. U olivinima srednjeg sastava omjeri su isti, t.j. (Mg + Fe):Si:O jednako je 2:1:4, a formula je zapisana kao (Mg,Fe) 2 SiO 4. Ako su poznate relativne količine magnezija i željeza, to se može odraziti na formulu (Mg 0,80 Fe 0,20) 2 SiO 4, iz koje se vidi da je 80% atoma metala predstavljeno magnezijem, a 20% željezom.

Struktura.

Svi minerali, s izuzetkom vode (koja - za razliku od leda - obično nije klasificirana kao minerali) i, prikazani su kao krutine na uobičajenim temperaturama. Međutim, ako se voda i živa jako ohlade, skrućuju se: voda na 0° C, a živa na -39° C. Na tim temperaturama molekule vode i atomi žive tvore karakterističnu pravilnu trodimenzionalnu kristalnu strukturu (izrazi „kristalni ” i „čvrsto”) " u ovom slučaju gotovo su ekvivalentni). Dakle, minerali su kristalne tvari čija su svojstva određena geometrijskim rasporedom njihovih sastavnih atoma i vrstom kemijske veze među njima.

Jedinična ćelija (najmanja podjela kristala) sastoji se od pravilno raspoređenih atoma koji se drže zajedno elektronskim vezama. Ove sićušne stanice, koje se beskonačno ponavljaju u trodimenzionalnom prostoru, tvore kristal. Veličine jediničnih ćelija u različitim mineralima su različite i ovise o veličini, broju i relativnom rasporedu atoma unutar ćelije. Parametri stanice izražavaju se u angstremima (Å) ili nanometrima (1 Å = 10 –8 cm = 0,1 nm). Elementarne ćelije kristala spojene čvrsto, bez razmaka, ispunjavaju volumen i tvore kristalnu rešetku. Kristali se dijele na temelju simetrije jedinične ćelije, koju karakterizira odnos između njezinih rubova i kutova. Obično postoji 7 sustava (redom rastuće simetrije): triklinski, monoklinski, rombski, tetragonalni, trigonalni, heksagonalni i kubni (izometrijski). Ponekad se trigonalni i heksagonalni sustavi ne odvajaju i opisuju zajedno pod nazivom heksagonalni sustav. Singonije su podijeljene u 32 kristalne klase (vrste simetrije), uključujući 230 prostornih skupina. Ove je skupine prvi put identificirao 1890. godine ruski znanstvenik E.S. Fedorov. Rentgenskom difrakcijskom analizom određuju se dimenzije jedinične ćelije minerala, njegova singonija, klasa simetrije i prostorna skupina te se dešifrira kristalna struktura, tj. relativni položaj u trodimenzionalnom prostoru atoma koji čine jediničnu ćeliju.

GEOMETRIJSKA (MORFOLOŠKA) KRISTALOGRAFIJA

Kristali sa svojim ravnim, glatkim, sjajnim rubovima dugo su privlačili ljudsku pozornost. Od pojave mineralogije kao znanosti, kristalografija je postala osnova za proučavanje morfologije i strukture minerala. Utvrđeno je da površine kristala imaju simetričan raspored, što omogućuje da se kristal pripiše određenom sustavu, a ponekad i jednoj od klasa (simetrija) ( vidi gore). Istraživanja rendgenskih zraka pokazala su da vanjska simetrija kristala odgovara unutarnjem pravilnom rasporedu atoma.

Veličine mineralnih kristala variraju u vrlo širokom rasponu - od divova teških 5 tona (masa dobro oblikovanog kristala kvarca iz Brazila) do toliko malih da im se lica mogu razaznati samo pod elektronskim mikroskopom. Oblik kristala čak i istog minerala može se malo razlikovati u različitim uzorcima; na primjer, kristali kvarca su gotovo izometrični, igličasti ili spljošteni. Međutim, svi kristali kvarca, veliki i mali, šiljasti i plosnati, nastaju ponavljanjem identičnih jediničnih ćelija. Ako su te stanice usmjerene u određenom smjeru, kristal ima izdužen oblik; ako su u dva smjera nauštrb trećeg, tada je oblik kristala tabularan. Budući da kutovi između odgovarajućih ploha istog kristala imaju stalnu vrijednost i specifični su za svaku vrstu minerala, to je obilježje nužno uključeno u karakteristike minerala.

Rijetki su minerali predstavljeni pojedinačnim dobro brušenim kristalima. Mnogo češće se javljaju u obliku nepravilnih zrna ili kristalnih nakupina. Često je mineral karakteriziran određenom vrstom agregata, što može poslužiti kao dijagnostička značajka. Postoji nekoliko vrsta jedinica.

Dendritski razgranati agregati nalikuju lišću paprati ili mahovini i karakteristični su, na primjer, za piroluzit.

Vlaknasti agregati koji se sastoje od gusto zbijenih paralelnih vlakana tipični su za krizotil i amfibol azbest.

Kolomorfni agregati, koji imaju glatku, zaobljenu površinu, izgrađeni su od vlakana koja se pružaju radijalno iz zajedničkog središta. Velike okrugle mase su mastoidne (malahit), a manje su bubrežaste (hematit) ili grozdolike (psilomelan).

Ljuskasti agregati koji se sastoje od malih pločastih kristala karakteristični su za tinjac i barit.

Stalaktiti su kapasto-kapne tvorevine koje vise u obliku ledenica, cjevčica, stožaca ili “zavjesa” u krškim špiljama. Nastaju kao rezultat isparavanja mineraliziranih voda koje cure kroz vapnenačke pukotine, a često se sastoje od kalcita (kalcijev karbonat) ili aragonita.

Ooliti, agregati koji se sastoje od malih kuglica i nalikuju ribljim jajima, nalaze se u nekim kalcitima (oolitni vapnenac), goethite (oolitna željezna ruda) i drugim sličnim formacijama.

KRISTALNA KEMIJA

Nakon prikupljanja rendgenskih podataka i njihove usporedbe s rezultatima kemijskih analiza, postalo je očito da značajke kristalne strukture minerala ovise o njegovom kemijskom sastavu. Tako su postavljeni temelji nove znanosti - kristalokemije. Mnoga naizgled nepovezana svojstva minerala mogu se objasniti uzimajući u obzir njihovu kristalnu strukturu i kemijski sastav.

Neki kemijski elementi (zlato, srebro, bakar) nalaze se u samorodnim, tj. čist, oblik. Građeni su od električki neutralnih atoma (za razliku od većine minerala, čiji atomi nose električni naboj i nazivaju se ionima). Atom s nedostatkom elektrona je pozitivno nabijen i naziva se kation; atom s viškom elektrona ima negativan naboj i naziva se anion. Privlačenje između suprotno nabijenih iona naziva se ionska veza i služi kao glavna vezna sila u mineralima.

S drugom vrstom veze, vanjski elektroni rotiraju oko jezgri u zajedničkim orbitama, povezujući atome jedan s drugim. Kovalentna veza je najjača vrsta veze. Minerali s kovalentnim vezama obično imaju visoku tvrdoću i talište (na primjer, dijamant).

Mnogo manju ulogu u mineralima ima slaba van der Waalsova veza koja se javlja između električki neutralnih strukturnih jedinica. Energija vezanja takvih strukturnih jedinica (slojeva ili skupina atoma) raspoređena je neravnomjerno. Van der Waalsove veze osiguravaju privlačnost između suprotno nabijenih regija u većim strukturnim jedinicama. Ova vrsta veze uočena je između slojeva grafita (jednog od prirodnih oblika ugljika), nastalih zbog jake kovalentne veze atoma ugljika. Zbog slabe veze između slojeva, grafit ima malu tvrdoću i vrlo savršenu cijepljivost, paralelnu sa slojevima. Stoga se grafit koristi kao mazivo.

Suprotno nabijeni ioni približavaju se jedan drugome na udaljenost na kojoj odbojna sila uravnotežuje privlačnu silu. Za svaki određeni par kation-anion, ova kritična udaljenost jednaka je zbroju "radijusa" dvaju iona. Određivanjem kritičnih udaljenosti između različitih iona, bilo je moguće odrediti veličinu polumjera većine iona (u nanometrima, nm).

Budući da većinu minerala karakteriziraju ionske veze, njihove se strukture mogu vizualizirati u obliku sfera koje se dodiruju. Strukture ionskih kristala ovise uglavnom o veličini i predznaku naboja i relativnim veličinama iona. Budući da je kristal kao cjelina električki neutralan, zbroj pozitivnih naboja iona mora biti jednak zbroju negativnih. U natrijevom kloridu (NaCl, mineral halit) svaki natrijev ion ima naboj +1, a svaki kloridni ion -1 (slika 1), t.j. Svaki ion natrija odgovara jednom ionu klora. Međutim, kod fluorita (kalcijev fluorid, CaF 2) svaki kalcijev ion ima naboj +2, a fluoridni ion –1. Stoga, da bi se održala ukupna električna neutralnost iona fluora, ona mora biti dvostruko veća od iona kalcija (slika 2).

O veličini iona ovisi i mogućnost njihovog uključivanja u određenu kristalnu strukturu. Ako su ioni iste veličine i pakirani na takav način da svaki ion dodiruje 12 drugih, tada su u odgovarajućoj koordinaciji. Postoje dva načina pakiranja kuglica iste veličine (slika 3): kubično tijesno pakiranje, koje općenito dovodi do stvaranja izometričnih kristala, i heksagonalno tijesno pakiranje, koje tvori heksagonalne kristale.

Kationi su u pravilu manji od aniona, a njihove su veličine izražene u udjelima polumjera aniona, koji se uzima kao jedan. Obično se koristi omjer dobiven dijeljenjem polumjera kationa s polumjerom aniona. Ako je kation samo malo manji od aniona s kojima se spaja, može biti u kontaktu s osam aniona koji ga okružuju, ili, kako se obično kaže, u osmerostrukoj koordinaciji s obzirom na anione, koji se nalaze, kao bilo je, na vrhovima kocke oko njega. Ova koordinacija (također nazvana kubična) stabilna je pri omjerima ionskih radijusa od 1 do 0,732 (Sl. 4, A). Pri manjem omjeru ionskog radijusa, osam aniona se ne može slagati u dodir s kationom. U takvim slučajevima, geometrija pakiranja omogućuje šesterostruku koordinaciju kationa s anionima koji se nalaze u šest vrhova oktaedra (Sl. 4, b), koji će biti stabilan pri omjerima njihovih polumjera od 0,732 do 0,416. Daljnjim smanjenjem relativne veličine kationa dolazi do prijelaza na kvaternarnu ili tetraedarsku koordinaciju, koja je stabilna pri omjerima radijusa od 0,414 do 0,225 (Sl. 4, V), zatim utrostručiti – unutar omjera polumjera od 0,225 do 0,155 (Sl. 4, G) i dvostruko – s omjerima polumjera manjim od 0,155 (Sl. 4, d). Iako drugi čimbenici također određuju vrstu koordinacijskog poliedra, za većinu minerala načelo omjera ionskog radijusa jedan je od učinkovitih načina predviđanja kristalne strukture.

Minerali potpuno različitog kemijskog sastava mogu imati slične strukture koje se mogu opisati istim koordinacijskim poliedrima. Na primjer, u natrijevom kloridu NaCl, omjer polumjera natrijevog iona prema polumjeru kloridnog iona je 0,535, što ukazuje na oktaedarsku ili šesterostruku koordinaciju. Ako se šest aniona grupira oko svakog kationa, onda da bi se održao omjer kationa i aniona 1:1, oko svakog aniona mora biti šest kationa. Ovo proizvodi kubičnu strukturu poznatu kao struktura tipa natrijevog klorida. Iako se ionski radijusi olova i sumpora oštro razlikuju od ionskih radijusa natrija i klora, njihov omjer također određuje šesterostruku koordinaciju, stoga PbS galenit ima strukturu poput natrijevog klorida, tj. halit i galenit su izostrukturni.

Nečistoće u mineralima obično su prisutne u obliku iona koji zamjenjuju ione minerala domaćina. Takve supstitucije uvelike utječu na veličinu iona. Ako su radijusi dvaju iona jednaki ili se razlikuju za manje od 15%, oni se lako supstituiraju. Ako je ta razlika 15-30%, takva je zamjena ograničena; kod razlike veće od 30% zamjena je praktički nemoguća.

Postoje mnogi primjeri parova izostrukturnih minerala sličnog kemijskog sastava između kojih dolazi do ionske supstitucije. Tako su karbonati siderit (FeCO 3) i rodokrozit (MnCO 3) slične strukture, a željezo i mangan mogu se međusobno zamjenjivati ​​u bilo kojem omjeru tvoreći tzv. čvrste otopine. Između ova dva minerala postoji kontinuirani niz čvrstih otopina. U ostalim parovima minerala ioni imaju ograničene mogućnosti međusobne supstitucije.

Budući da su minerali električki neutralni, naboj iona također utječe na njihovu međusobnu supstituciju. Ako se supstitucija dogodi sa suprotno nabijenim ionom, tada se mora dogoditi druga supstitucija u nekom dijelu ove strukture, u kojoj naboj supstituirajućeg iona kompenzira povredu električne neutralnosti uzrokovanu prvom. Takva konjugirana supstitucija opažena je u feldspatima - plagioklasima, kada kalcij (Ca 2+) zamjenjuje natrij (Na +) uz stvaranje kontinuiranog niza čvrstih otopina. Višak pozitivnog naboja koji nastaje zamjenom iona Na + ionom Ca 2+ kompenzira se istovremenom zamjenom silicija (Si 4+) aluminijem (Al 3+) u susjednim područjima strukture.

FIZIČKA SVOJSTVA MINERALA

Iako su glavne karakteristike minerala (kemijski sastav i unutarnja kristalna struktura) utvrđene na temelju kemijskih analiza i rendgenske difrakcije, one se posredno odražavaju na svojstva koja se lako uočavaju ili mjere. Za dijagnosticiranje većine minerala dovoljno je odrediti njihov sjaj, boju, cijepnost, tvrdoću i gustoću.

Sjaj

– kvalitativna karakteristika svjetlosti koju reflektira mineral. Neki neprozirni minerali snažno odbijaju svjetlost i imaju metalni sjaj. To je uobičajeno u rudnim mineralima kao što su galenit (mineral olova), kalkopirit i bornit (minerali bakra), argentit i akantit (minerali srebra). Većina minerala apsorbira ili propušta značajan dio svjetlosti koja pada na njih i ima nemetalni sjaj. Neki minerali imaju sjaj koji prelazi iz metalnog u nemetalni, što se naziva polumetalnim.

Minerali s nemetalnim sjajem obično su svijetle boje, neki od njih su prozirni. Kvarc, gips i svijetli liskun često su prozirni. Ostali minerali (na primjer, mliječno bijeli kvarc) koji propuštaju svjetlost, ali kroz koje se predmeti ne mogu jasno razlikovati, nazivaju se prozirni. Minerali koji sadrže metale razlikuju se od drugih po propuštanju svjetlosti. Ako svjetlost prolazi kroz mineral, barem u najtanjim rubovima zrna, onda je on, u pravilu, nemetal; ako svjetlost ne prolazi, onda je ruda. Međutim, postoje iznimke: na primjer, svijetli sfalerit (mineral cinka) ili cinober (mineral žive) često su prozirni ili prozirni.

Minerali se razlikuju po kvalitativnim karakteristikama nemetalnog sjaja. Glina ima mutni, zemljani sjaj. Kvarc na rubovima kristala ili na prijelomnim površinama je staklast, talk, koji je podijeljen na tanke listiće duž ploha cijepanja, je sedef. Svijetli, pjenušavi, poput dijamanta, sjaj se naziva dijamant.

Kada svjetlost padne na mineral nemetalnog sjaja, ona se djelomično odbija od površine minerala, a djelomično se lomi na ovoj granici. Svaku tvar karakterizira određeni indeks loma. Budući da se može mjeriti s velikom preciznošću, to je vrlo korisna značajka za dijagnostiku minerala.

Priroda sjaja ovisi o indeksu loma, a oba ovise o kemijskom sastavu i kristalnoj strukturi minerala. Općenito, prozirni minerali koji sadrže atome teških metala karakterizirani su visokim sjajem i visokim indeksom loma. Ova skupina uključuje uobičajene minerale kao što su anglezit (olovni sulfat), kasiterit (kositreni oksid) i titanit ili sfen (kalcijev titanijev silikat). Minerali koji se sastoje od relativno lakih elemenata također mogu imati jak sjaj i visok indeks loma ako su njihovi atomi čvrsto zbijeni i zajedno ih drže jake kemijske veze. Značajan primjer je dijamant, koji se sastoji od samo jednog lakog elementa, ugljika. U manjoj mjeri to vrijedi za mineral korund (Al 2 O 3), čije su prozirne varijante - rubin i safir - drago kamenje. Iako se korund sastoji od lakih atoma aluminija i kisika, oni su tako čvrsto povezani da mineral ima prilično jak sjaj i relativno visok indeks loma.

Neki sjajevi (uljni, voštani, mat, svilenkasti itd.) ovise o stanju površine minerala ili o strukturi mineralnog agregata; smolasti sjaj karakterističan je za mnoge amorfne tvari (uključujući minerale koji sadrže radioaktivne elemente uran ili torij).

Boja

– jednostavan i praktičan dijagnostički znak. Primjeri uključuju mjedenožuti pirit (FeS 2), olovno sivi galenit (PbS) i srebrnobijeli arsenopirit (FeAsS 2). U drugim rudnim mineralima s metalnim ili polumetalnim sjajem, karakteristična boja može biti maskirana igrom svjetlosti u tankom površinskom filmu (potamnjenje). To je uobičajeno za većinu bakrenih minerala, posebno za bornit, koji se naziva "paunova ruda" zbog svoje preljevne plavo-zelene boje koja se brzo razvija nakon svježeg lomljenja. Međutim, drugi minerali bakra obojeni su u poznatim bojama: malahit je zelen, azurit je plav.

Neki nemetalni minerali nepogrešivo se raspoznaju po boji koju određuje glavni kemijski element (žuta – sumpor i crna – tamnosiva – grafit itd.). Mnogi nemetalni minerali sastoje se od elemenata koji im ne daju određenu boju, ali imaju obojene varijante, čija je boja posljedica prisutnosti nečistoća kemijskih elemenata u malim količinama, koje se ne mogu usporediti s intenzitetom boje. uzrokuju. Takvi se elementi nazivaju kromofori; njihove ione karakterizira selektivna apsorpcija svjetlosti. Na primjer, tamnoljubičasti ametist svoju boju duguje tragovima željeza u kvarcu, dok je tamnozelena boja smaragda posljedica male količine kroma u berilu. Boje u normalno bezbojnim mineralima mogu biti posljedica nedostataka u kristalnoj strukturi (uzrokovanih nepopunjenim položajima atoma u rešetki ili ugradnjom stranih iona), što može uzrokovati selektivnu apsorpciju određenih valnih duljina u spektru bijele svjetlosti. Zatim se minerali obojaju dodatnim bojama. Rubini, safiri i aleksandriti svoju boju duguju upravo tim svjetlosnim efektima.

Bezbojni minerali mogu se obojiti mehaničkim uključcima. Tako tanka raspršena diseminacija hematita daje kvarcu crvenu boju, a kloritu zelenu. Mliječni kvarc zamućen je plinsko-tekućim inkluzijama. Iako je mineralna boja jedno od najlakše odredivih svojstava u mineralnoj dijagnostici, mora se koristiti s oprezom jer ovisi o mnogim čimbenicima.

Unatoč varijabilnosti u boji mnogih minerala, boja mineralnog praha je vrlo konstantna, te je stoga važna dijagnostička značajka. Obično je boja mineralnog praha određena linijom (tzv. „boja linije”) koju mineral ostavlja kada se prelazi preko neglaziranog porculanskog tanjura (biskvita). Na primjer, mineral fluorit dolazi u različitim bojama, ali mu je pruga uvijek bijela.

dekoltea.

Karakteristično svojstvo minerala je njihovo ponašanje pri cijepanju. Na primjer, kvarc i turmalin, čija površina prijeloma podsjeća na staklenu krhotinu, imaju konhoidalni prijelom. Kod drugih minerala, prijelom se može opisati kao grub, nazubljen ili rascjepkan. Za mnoge minerale karakteristika nije lom, već cijepanje. To znači da se cijepaju duž glatkih ravnina koje su izravno povezane s njihovom kristalnom strukturom. Vezne sile između ravnina kristalne rešetke mogu varirati ovisno o kristalografskom smjeru. Ako su u nekim smjerovima puno veći nego u drugim, tada će se mineral razdvojiti preko najslabije veze. Budući da je cijepanje uvijek paralelno s atomskim ravninama, može se označiti pomoću kristalografskih smjerova. Na primjer, halit (NaCl) ima kockastu cijepanost, tj. tri međusobno okomita pravca mogućeg rascjepa. Cijepanje također karakterizira lakoća manifestacije i kvaliteta dobivene površine cijepanja. Tinjac ima vrlo savršeno cijepanje u jednom smjeru, t.j. lako se cijepa na vrlo tanke listove s glatkom sjajnom površinom. Topaz ima savršen dekolte u jednom smjeru. Minerali mogu imati dva, tri, četiri ili šest smjerova cijepanja, duž kojih se jednako lako lome, ili više smjerova cijepanja različitog stupnja. Neki minerali uopće nemaju cijepanje. Budući da je cijepanje, kao manifestacija unutarnje strukture minerala, njihovo stalno svojstvo, služi kao važna dijagnostička značajka.

Tvrdoća

- otpor koji mineral pruža pri grebanju. Tvrdoća ovisi o kristalnoj strukturi: što su atomi u strukturi minerala čvršće povezani jedan s drugim, teže ga je ogrebati. Talk i grafit mekani su pločasti minerali, izgrađeni od slojeva atoma međusobno povezanih vrlo slabim silama. Na dodir su masne: trljanjem po koži ruku skliznu pojedini tanki slojevi. Najtvrđi mineral je dijamant, u kojem su atomi ugljika tako čvrsto povezani da se može ogrebati samo drugim dijamantom. Početkom 19.st. Austrijski mineralog F. Moos poredao je 10 minerala prema rastućoj tvrdoći. Od tada se koriste kao standardi za relativnu tvrdoću minerala, tzv. Mohsova ljestvica (tablica 1).

Da bi se odredila tvrdoća minerala, potrebno je identificirati najtvrđi mineral koji se može ogrebati. Tvrdoća minerala koji se ispituje bit će veća od tvrdoće minerala koji je zagrebao, ali manja od tvrdoće sljedećeg minerala na Mohsovoj ljestvici. Sile vezivanja mogu varirati ovisno o kristalografskom smjeru, a budući da je tvrdoća gruba procjena tih sila, može varirati u različitim smjerovima. Ta je razlika obično mala, s izuzetkom kijanita, koji ima tvrdoću 5 u smjeru paralelnom s duljinom kristala i 7 u poprečnom smjeru.

U mineraloškoj praksi također se koristi mjerenje apsolutnih vrijednosti tvrdoće (tzv. mikrotvrdoća) sklerometrom, koja se izražava u kg/mm2.

Gustoća.

Masa atoma kemijskih elemenata varira od vodika (najlakši) do urana (najteži). Uz sve ostale uvjete, masa tvari koja se sastoji od teških atoma veća je od mase tvari koja se sastoji od lakih atoma. Na primjer, dva karbonata - aragonit i cerusit - imaju sličnu unutarnju strukturu, ali aragonit sadrži lake atome kalcija, a cerusit sadrži teške atome olova. Kao rezultat toga, masa cerusita premašuje masu aragonita istog volumena. Masa po jedinici volumena minerala također ovisi o atomskoj gustoći pakiranja. Kalcit je, kao i aragonit, kalcijev karbonat, ali u kalcitu su atomi manje gusto upakirani, pa ima manju masu po jedinici volumena od aragonita. Relativna masa, odnosno gustoća, ovisi o kemijskom sastavu i unutarnjoj strukturi. Gustoća je omjer mase tvari prema masi istog volumena vode pri 4° C. Dakle, ako je masa minerala 4 g, a masa istog volumena vode 1 g, tada gustoća minerala je 4. U mineralogiji je uobičajeno izražavati gustoću u g/ cm 3.

Gustoća je važna dijagnostička značajka minerala i nije ju teško izmjeriti. Prvo se uzorak važe u zraku, a zatim u vodi. Budući da je uzorak uronjen u vodu podložan sili uzgona prema gore, njegova je težina tamo manja nego u zraku. Gubitak težine jednak je težini istisnute vode. Dakle, gustoća se određuje omjerom mase uzorka u zraku i njegovog gubitka težine u vodi.

KLASIFIKACIJA MINERALA

Iako je kemijski sastav služio kao osnova za klasifikaciju minerala od sredine 19. stoljeća, mineralozi nisu uvijek dijelili zajedničko mišljenje o tome kakav bi trebao biti redoslijed minerala u njemu. Prema jednoj metodi konstrukcije klasifikacije, minerali su grupirani prema istom glavnom metalu ili kationu. U ovom slučaju minerali željeza spadaju u jednu skupinu, minerali olova u drugu, minerali cinka u treću itd. Međutim, kako se znanost razvijala, pokazalo se da minerali koji sadrže isti nemetal (anion ili anionsku skupinu) imaju slična svojstva i mnogo su sličniji jedni drugima od minerala sa zajedničkim metalom. Osim toga, minerali sa zajedničkim anionom pojavljuju se u istom geološkom okruženju i sličnog su podrijetla. Kao rezultat toga, u modernoj taksonomiji ( cm. stol 2) minerali su grupirani u klase na temelju zajedničkog aniona ili anionske skupine. Jedina iznimka su izvorni elementi, koji se u prirodi pojavljuju sami, bez tvorbe spojeva s drugim elementima.

Kemijske klase podijeljene su u podrazrede (na temelju kemije i strukturnog motiva), koji su pak podijeljeni u obitelji i grupe (na temelju strukturnog tipa). Pojedine mineralne vrste unutar skupine mogu tvoriti nizove, a jedna mineralna vrsta može imati više varijanti.

Do sada cca. 4000 minerala priznato je kao samostalna vrsta minerala. Novi minerali dodaju se ovom popisu kako su otkriveni i odavno poznati, ali diskreditirani, kako se poboljšavaju metode mineraloških istraživanja, isključuju se.

PORIJEKLO I UVJETI NALAZA MINERALA

Mineralogija nije ograničena na određivanje svojstava minerala, ona također proučava podrijetlo, uvjete nastanka i prirodne asocijacije minerala. Od nastanka Zemlje prije otprilike 4,6 milijardi godina, mnogi su minerali uništeni mehaničkim drobljenjem, kemijskim transformacijama ili taljenjem. Ali elementi koji su činili te minerale su sačuvani, pregrupirani i formirani novi minerali. Dakle, minerali koji danas postoje su proizvodi procesa koji su se razvijali kroz geološku povijest Zemlje.

Najveći dio Zemljine kore sastoji se od magmatskih stijena, koje su na nekim mjestima prekrivene relativno tankim slojem sedimentnih i metamorfnih stijena. Dakle, sastav zemljine kore, u načelu, odgovara prosječnom sastavu magmatskih stijena. Osam elemenata ( vidi tablicu 3) čine 99% mase zemljine kore i, prema tome, 99% mase minerala koji je čine.

Element Maseni postotak Volumni postotak Kisik 46,40 94,04 Silicij 28,15 0,88 Aluminij 8,23 ​​0,48 Željezo 5,63 0,49 Kalcij 4,15 1,18 Natrij 2,36 1,11 Magnezij 2, 33 0,33 Kalij 2,09 1,49

Što se tiče elementarnog sastava, zemljina je kora okvirna struktura koja se sastoji od iona kisika povezanih s manjim ionima silicija i aluminija. Dakle, glavni minerali su silikati, koji čine cca. 35% svih poznatih minerala i cca. 40% – najčešći. Najvažniji od njih su feldspati (porodica aluminosilikata koji sadrže kalij, natrij i kalcij, a rjeđe barij). Ostali uobičajeni silikati koji tvore stijene su kvarc (međutim, češće se klasificiraju kao oksidi), tinjci, amfiboli, pirokseni i olivin.

Magmatske stijene.

Magmatske ili magmatske stijene nastaju kada se rastaljena magma ohladi i kristalizira. Postoci različitih minerala, a time i vrsta nastale stijene, ovise o omjeru elemenata sadržanih u magmi u trenutku njenog skrućivanja. Svaka vrsta magmatskih stijena obično se sastoji od ograničenog skupa minerala koji se nazivaju glavnim stijenama. Osim njih, u manjim količinama mogu biti prisutni sporedni i akcesorni minerali. Na primjer, glavni minerali u granitu mogu biti kalijev feldspat (30%), natrijev kalcijev feldspat (30%), kvarc (30%), liskun i hornblenda (10%). Kao pomoćni minerali mogu biti prisutni cirkon, sfen, apatit, magnetit i ilmenit.

Magmatske stijene obično se klasificiraju na temelju vrste i količine svakog feldspata koji sadrže. Međutim, nekim stijenama nedostaje feldspat. Magmatske stijene dalje se klasificiraju prema svojoj strukturi, koja odražava uvjete pod kojima je stijena očvrsnula. Polako kristalizirajući duboko unutar Zemlje, magma stvara intruzivne plutonske stijene s grubom do srednje zrnastom strukturom. Ako magma izbije na površinu kao lava, brzo se ohladi i proizvodi fino zrnate vulkanske (efuzivne ili ekstruzivne) stijene. Ponekad se neke vulkanske stijene (na primjer, opsidijan) ohlade tako brzo da njihova kristalizacija nema vremena za pojavu; slične stijene imaju staklast izgled (vulkanska stakla).

Sedimentne stijene.

Kada je podloga istrošena ili erodirana, klastični ili otopljeni materijal postaje ugrađen u sediment. Kao rezultat kemijskog trošenja minerala, koje se događa na granici litosfere i atmosfere, nastaju novi minerali, na primjer, minerali gline iz glinenca. Neki elementi se oslobađaju kada se minerali (kao što je kalcit) tope u površinskim vodama. Međutim, drugi minerali, poput kvarca, čak i mehanički zdrobljeni, ostaju otporni na kemijsko trošenje.

Mehanički i kemijski stabilni minerali s dovoljno velikom gustoćom oslobođeni tijekom trošenja stvaraju naslage na zemljinoj površini. Iz ležišta, najčešće aluvijalnih (riječnih), vadi se zlato, platina, dijamanti, drugo drago kamenje, kositar (kasiterit) i minerali drugih metala. U određenim klimatskim uvjetima nastaju debele kore trošenja, često obogaćene rudnim mineralima. Kore trošenja povezane su s industrijskim nalazištima boksita (aluminijeve rude), nakupinama hematita (željezne rude), vodenih silikata nikla, minerala niobija i drugih rijetkih metala.

Glavnina produkata trošenja se sustavom vodotoka prenosi u jezera i mora, na čijem dnu stvara slojeviti sedimentni sloj. Škriljavci se sastoje prvenstveno od minerala gline, dok se pješčenjak sastoji prvenstveno od cementiranih zrnaca kvarca. Otopljeni materijal mogu ukloniti iz vode živi organizmi ili istaložiti kemijskim reakcijama i isparavanjem. Kalcijev karbonat iz morske vode apsorbiraju mekušci, koji ga koriste za izgradnju svojih tvrdih ljuštura. Većina vapnenaca nastaje nakupljanjem školjaka i kostura morskih organizama, iako se nešto kalcijevog karbonata taloži kemijski.

Naslage evaporita nastaju kao rezultat isparavanja morske vode. Evaporiti su velika skupina minerala, koja uključuje halit (kuhinjska sol), gips i anhidrit (kalcijevi sulfati), silvit (kalijev klorid); svi imaju važne praktične primjene. Ti se minerali talože i tijekom isparavanja s površine slanih jezera, ali u tom slučaju povećanje koncentracije rijetkih elemenata može dovesti do dodatnog taloženja nekih drugih minerala. U tom okruženju nastaju borati.

Metamorfne stijene.

Regionalni metamorfizam.

Magmatske i sedimentne stijene zakopane na velikim dubinama pod utjecajem temperature i tlaka prolaze kroz transformacije koje se nazivaju metamorfne, tijekom kojih se mijenjaju izvorna svojstva stijena, a izvorni minerali rekristaliziraju ili potpuno transformiraju. Kao rezultat toga, minerali su obično raspoređeni duž paralelnih ravnina, dajući stijenama škriljast izgled. Tanke škriljaste metamorfne stijene nazivaju se škriljevci. Često su obogaćeni pločastim silikatnim mineralima (tinjac, klorit ili talk). Grublje škriljaste metamorfne stijene su gnajsovi; sadrže izmjenične trake kvarca, glinenca i tamno obojenih minerala. Kada škriljevci i gnajsovi sadrže neki tipično metamorfni mineral, to se odražava u nazivu stijene, na primjer, silimanit ili stavrolitni škriljavac, kijanit ili granatni gnajs.

Kontaktni metamorfizam.

Kada se magma izdigne u gornje slojeve zemljine kore, obično dolazi do promjena u stijenama u koje je upala, tzv. kontaktni metamorfizam. Te se promjene očituju rekristalizacijom izvornih ili stvaranjem novih minerala. Opseg metamorfizma ovisi o vrsti magme i vrsti stijene koju prožima. Glinene stijene i stijene slične po kemijskom sastavu prelaze u kontaktne rožnate (biotit, kordierit, granat i dr.). Najintenzivnije promjene nastaju pri prodoru granitne magme u vapnence: toplinski učinci uzrokuju njihovu rekristalizaciju i nastanak mramora; Kao rezultat kemijske interakcije s vapnencima, otopine izdvojene iz magme tvore veliku skupinu minerala (kalcijevi i magnezijevi silikati: volastonit, grosularni i andraditski granati, vesuvijanit, odnosno idokras, epidot, tremolit i diopsid). U nekim slučajevima kontaktni metamorfizam uvodi rudne minerale, čineći stijene vrijednim izvorima bakra, olova, cinka i volframa.

Metasomatoza.

Kao rezultat regionalnog i kontaktnog metamorfizma ne dolazi do bitnih promjena u kemijskom sastavu izvornih stijena, već se samo mijenja njihov mineralni sastav i izgled. Kada otopine unose neke elemente, a uklanjaju druge, dolazi do značajne promjene u kemijskom sastavu stijena. Takve novonastale stijene nazivamo metosomatskim. Na primjer, interakcija vapnenaca s otopinama koje oslobađa granitna magma tijekom kristalizacije dovodi do stvaranja oko granitnih masiva zona kontaktno-metasomatskih ruda - škarpi, u kojima se često odvija mineralizacija.

LEŽIŠTA RUDA I PEGMATITA

Kemijski sastav krupnozrnatog granita može se značajno razlikovati od sastava izvorne magme. Proučavanje stijena pokazalo je da se minerali oslobađaju iz magme određenim slijedom. Najprije kristaliziraju minerali bogati željezom i magnezijem poput olivina i piroksena, kao i pomoćni minerali. Zbog veće gustoće od okolne taline talože se prema dolje kao rezultat procesa magmatske segregacije. Vjeruje se da tako nastaju duniti – stijene koje se gotovo u potpunosti sastoje od olivina. Slično podrijetlo pripisuje se nekim velikim nakupinama magnetita, ilmenita i kromita, koji su redom željezo, titan i krom.

Međutim, sastav taline koja ostaje nakon što su minerali uklonjeni magmatskom segregacijom nije potpuno identičan sastavu stijene nastale iz nje. Tijekom kristalizacije taline u njoj se povećava koncentracija vode i drugih hlapljivih komponenti (primjerice spojeva fluora i bora), a uz njih i mnogih drugih elemenata čiji su atomi preveliki ili premali da bi ušli u kristalne strukture stijene - stvaranje minerala. Vodene tekućine oslobođene iz kristalizirajuće magme mogu se uzdići kroz pukotine do površine Zemlje, u područje nižih temperatura i tlakova. To uzrokuje taloženje minerala u pukotinama i stvaranje žilnih naslaga. Neke su žile sastavljene uglavnom od nemetalnih minerala (kvarc, kalcit, barit i fluorit). Druge vene sadrže minerale metala kao što su zlato, srebro, bakar, olovo, cink, kositar i živa; prema tome, mogu predstavljati vrijedna nalazišta rude. Budući da takve naslage nastaju uz sudjelovanje zagrijanih vodenih otopina, nazivaju se hidrotermalne. Treba reći da najveće hidrotermalne naslage nisu žilne, već metasomatske; to su pločaste ili drugačije oblikovane naslage nastale zamjenom stijena (najčešće vapnenca) rudonosnim otopinama. Za minerale koji čine takve naslage kaže se da su hidrotermalno-metasomatskog podrijetla.

Pegmatiti su genetski povezani s kristalizirajućom granitnom magmom. Masa visoko pokretne tekućine, još uvijek bogata elementima koji čine minerale koji tvore stijene, može biti izbačena iz magmatske komore u matičnu stijenu, gdje kristalizira u obliku tijela grubo zrnate strukture, sastavljena uglavnom od stijene -tvorni minerali - kvarc, feldspat i tinjac. Takva stijenska tijela, koja se nazivaju pegmatiti, vrlo su varijabilna u veličini. Najveća duljina većine pegmatitnih tijela je nekoliko stotina metara, ali najveća od njih dosežu duljinu od 3 km, a za mala se mjeri u prvim metrima. Pegmatiti sadrže velike kristale pojedinačnih minerala, uključujući najveće svjetske kristale feldspata duge nekoliko metara, tinjac - do 3 m u promjeru, kvarc - težine do 5 tona.

Neke tekućine koje stvaraju pegmatit koncentriraju rijetke elemente (često u obliku velikih kristala), na primjer, berilij u berilu i krizoberilu, litij u spodumenu, petalititu, ambligonitu i lepidolitu, cezij u hecitu, bor u turmalinu, fluor u apatitu i topazu . Većina ovih minerala pripada nakitnim vrstama. Industrijska važnost pegmatita djelomično je posljedica činjenice da su izvor dragog kamenja, ali uglavnom - visokokvalitetnog kalijevog glinenca i tinjca, kao i ruda litija, cezija i tantala, a djelomično berilija.

Književnost:

Minerali: imenik, sv. 1–4. M., 1960–1992
Fleisher M. Rječnik mineralnih vrsta. M., 1980
Mineraloška enciklopedija. L., 1985. (monografija).
Berry L., Mason B., Dietrich R. Mineralogija. M., 1987

Minerali su prirodni kemijski spojevi koji imaju određena fizikalna svojstva, oblik i karakterizirani određenim uvjetima nastanka, odnosno nastanka.

Primjer: sumpor - samorodni element, široko se koristi u poljoprivredi, halit-NaCl - kamena sol - koristi se u prehrambenoj industriji, kvarc - SiO 2, gorski kristal - vrsta kvarca, tinjac (muskovit - svijetli, biotit - crni) - vrsta kvarca itd.

Minerali nastaju u različitim fizikalno-kemijskim i termodinamičkim okruženjima. Ali svaki određeni mineral nastaje samo pri određenoj temperaturi, tlaku, koncentraciji mineralne tvari, pa je stoga stabilan samo u određenim uvjetima, bliskim onima u kojima je nastao. U drugom okruženju minerali se postupno uništavaju, degeneriraju, tvoreći varijante ili čak potpuno nove mineralne formacije koje su postojane u novim uvjetima.

Postoji 2000 poznatih minerala, s više od 4000 varijanti, ali od tog ogromnog broja malo je minerala rasprostranjeno u prirodi. Ovi minerali, a ima ih samo oko 50, dio su najvažnijih stijena poznatih znanosti; mnogi od njih nalaze se u tlu i utječu na njegova fizikalno-kemijska svojstva i plodnost. Ti se minerali nazivaju minerali skeleta tla. Od 64 minerala koji tvore stijene, trebali bismo poznavati najmanje 20-22, i to one koji su dio rahlih sedimentnih stijena, t.j. u sastavu gline, pijeska itd. Ali moramo poznavati i druge minerale, budući da na njima (planine) raste drveće (šume).

Većina minerala je u krutom stanju (kvarc, feldspat i dr.), ali postoje tekući (živa, voda, nafta) i plinoviti (ugljični dioksid, sumporovodik i dr.). Prema uvjetima nastanka svi minerali se dijele na tri skupine: magmatski, sedimentni i metamorfni.

Stvaranje magmatskih minerala događa se pri visokim temperaturama i obično visokom tlaku. Kao rezultat taljenja stijena u malim izoliranim džepovima na različitim dubinama nastaje magma - pastozna talina složenog silikatnog sastava, koja sadrži različite plinove, vodenu paru i vruće vodene otopine.

Sedimentno podrijetlo minerala u najopćenitijoj shemi izgleda otprilike ovako; trošenje > transport > taloženje (stvaranje sedimenta) > dijageneza (stvaranje stijene). Tako nastali minerali, stijene i minerali nazivaju se sedimentima. Taloženje (taloženje) događa se u površinskim dijelovima zemljine kore (i u morima i na kopnu) i na samoj površini pri niskim temperaturama i tlaku bliskom atmosferskom, pod utjecajem fizikalno-kemijskih agenasa atmosfere, hidrosfere, zemljine kore. i životnu aktivnost organizama. Oborine mogu biti klastičnog, kemijskog i biološkog podrijetla.

Složen fizikalno-kemijski proces promjene, degeneracije i rekristalizacije gotovih minerala i stijena uz zadržavanje čvrstog stanja bez primjetnog taljenja naziva metamorfizam. Procesi metamorfizma odvijaju se na dubinama gdje su visoke (od 100-200 do 800 °C) temperature i visoki tlak (do 152,103 kPa) - kalcit, vapnenac - u mramor.

Oblici pojavljivanja minerala u prirodi su različiti. Postoje naslage, eflorescencije, dodaci kristala, ljuskasti (talk), gusti (kalcedon), zemljasti (kaolin, oker), lisnati (liskun), igličasti, prizmatični (gips, rožnaca) itd.

Klasifikacija minerala. Najobjektivnija klasifikacija minerala je kristalokemijska, koja uzima u obzir kemijski sastav i strukturu (kristalni, amorfni) minerala.

Ističu se sljedeće: sedam (7) razreda minerali: - samorodni; - sulfidi (sumporni spojevi); - halogenidi (halogenidi); - oksidi i hidroksidi; - soli kisikovih kiselina; - silikati; - spojevi ugljikovodika.

I klasa – izvorni elementi. Ova klasa uključuje kemijske elemente koji se u prirodi nalaze u slobodnom stanju. To su minerali koji se sastoje od jednog elementa (zlato, srebro, dijamant, bakar, platina itd.). Poznato je 90 minerala ove klase; oni čine oko 0,1% mase zemljine kore. Nemaju kamenotvorni značaj, ali imaju ogroman nacionalni i gospodarski značaj.

II razred – sulfidi– derivati ​​sumporovodika H 2 S ili, rjeđe, sumporovodika. Poznato je oko 200 minerala koji čine 0,15-0,25% mase zemljine kore, odnosno oko 10% svih minerala. Sulfidi su minerali koji ne tvore stijene, ali su rude mnogih važnih metala: bakra, srebra, cinka, olova itd., zbog čega je njihov značaj u gospodarstvu zemlje vrlo velik.

Minerali u zoni trošenja su nestabilni: uništavaju se i pretvaraju u različite spojeve kisika. Najčešći minerali u ovoj skupini su:

Pirit – FeS 2(sumporni pirit, željezni pirit) - glavna je vrsta sirovine za proizvodnju H 2 SO 4, halkopirit CuFeS 2(bakreni pirit) je glavna ruda za bakar; u zoni trošenja lako se oksidira, stvarajući Cu i Fe sulfide, koji se široko koriste u poljoprivredi, cinober – HgS- jedina ruda za dobivanje žive.

Š razred – halogenidni spojevi (halogenidi). Minerali ove klase (~ 120 vrsta) su soli klorovodične (kloridi) i fluorovodične (fluoridi) kiseline. Kloridi su široko rasprostranjeni u prirodi. Kloridi su sedimentnog podrijetla, nastali kao rezultat taloženja iz vodenih bazena (natrijeve i kalijeve soli).

Halidi mogu biti bezvodni ili vodeni. To uključuje tako važne minerale u životu ljudi i biljaka kao što su halit(kamena sol) - NaCI, silvin– KCI (žuta i plava), karnalit– MgCl 2 KCl 6H 2 O (crveno). Halogenidi se pojavljuju zajedno s kalijevim solima u naslagama soli i koriste se za proizvodnju kalijevih gnojiva. Osim toga, naširoko se koriste u konzerviranju, kemijskoj industriji i ribarstvu.

IV razred – oksidi, spojevi raznih elemenata s kisikom. Vrlo su česti u prirodi i igraju veliku ulogu u formiranju zemljine kore. Najčešći kvarcni– SiO 2 , opal– (SiO 2 nH 2 O), korund(Al 2 O 3), hematit (crvena željezna ruda) – Fe 2 O 3, magnetit– Fe 3 O 4, itd.

V razred – Soli kisikovih kiselina– H 2 SO 4, HNO 3, H 3 PO 4, H 2 CO 3, kremen itd. Od velike su važnosti u formiranju tla i proizvodnji gnojiva.

na primjer - soli HNO 3 oduvijek su smatrana najvažnijom vrstom gnojiva (NH 4 NO 3, Ca(NO 3) 2 itd.), soli ugljične i sumporne kiseline– CaCO 3, CaSO 4 2H 2 O koriste se za poboljšanje fizikalnih i kemijskih svojstava tla i pospješuje rast biljaka. Istovremeno, soda (Na 2 CO 3) je jedna od najotrovnijih (štetnih) soli kisika za biljke na jugu zemlje.

Glavni minerali ove klase su sljedeći:

A) sulfati– soli sumporne kiseline. Gips -CaSO 4 2H 2 O, mirabilit - (Na 2 SO 4 10H 2 O) - za proizvodnju sode, u medicini - kao laksativ.

b) karbonati– soli ugljične kiseline. Kalcit - CaCO 3, magnezit - MgCO 3, dolomit - CaCO 3 MgCO 3, siderit - željezni spar (FeCO 3) - žućkasto-bijeli, za proizvodnju Fe, soda - Na 2 CO 3 10H 2 O.

V) fosfati– soli fosforne kiseline.

– apatit-Ca 5 (PO 4) 3 F, klor-apatit Ca 5 (PO 4) 3 C1 – za proizvodnju H 3 PO 4, superfosfat, fosforiti - Ca 3 (PO 4) 2, vivijanit - Fe 3 ( PO 4 ) 2 8H 2 O – bijelo - fosforno gnojivo plavi na zraku, siderit - FeCO 3.

VI razred – silikatna klasa- minerali silicijeve i aluminosilicijeve kiseline. Ova skupina uključuje ogroman broj minerala koji se nalaze u prirodi. Silikati čine 75% zemljine kore, a ako dodate 12% slobodnog silicija bit će jasna vodeća uloga ovih minerala u geokemiji. U procesima formiranja tla, silikati su jedan od najvažnijih dijelova PPC-a, tj. najaktivniji dio tla, o kojem ovise njegova fizikalna, kemijska, biološka i agronomska svojstva.

Jednostavni silikati uključuju sljedeće minerale:

- olivin[(MgFe) 2 SiO 4 ] - tamna ili zelenkasto-žuta boja, dragi kamen, vatrostalna opeka.

- rožnaca– u zoni magme je kamenotvorni mineral granita, diorita, sijenita i drugih poznatih stijena. Složenog je i promjenjivog kemijskog sastava, smeđe boje s raznim nijansama. Kada se raspada, proizvodi metalne hidrokside - karbonate i minerale gline.

– feldspati– čine oko 50% mase zemljine kore. Nalaze se u magmatskim stijenama, kao iu škriljevcima i pješčenjacima. Kada se troše, feldspati stvaraju soli ugljičnog dioksida, minerale gline i silicijevu kiselinu. Najvažniji predstavnici feldspata su ortoklas - različite boje, albit)