Самородні елементи.
До класу самородних елементів відносять: платину, золото, срібло, алмази, графіти, сірку, мідь та ін. Мінерали цієї групи складаються з одного хімічного елемента чи суміші двох елементів, не користуються широким поширенням, але надзвичайно важливі в практичному відношенні. Досить широко поширених з них є тільки графіт і сірка.
Сульфіди.
Сульфіди, або сірчані з'єднання елементів головним чином важких металів, не є породотворними мінералами, але становлять великий інтерес як руди кольорових та чорних металів. З сірчистих мінералів в земній корі найбільш поширений пірит FeS2, (сірчаний або залізний колчедан). Аналогічний за складом марказит, що відрізняється від піриту кристалографічною сингонією. З інших мінералів, що відносяться до класу сульфідів, часто трапляються халькопірит CuFeS2, галеніт РbS, що є найважливішою свинцевою рудою, і сфалерит ZnS (цинкова руда); всі ці мінерали не мають породотворного значення.
Оксиди та гідрооксиди.
Мінерали класу оксиди і гідрооксиди являють собою з'єднання елементів з киснем і гідроксидною групою ОН. Вони широко поширені, складають близько 17 % всієї маси земної кори.
Кварц SiO2 один з найпоширеніших мінералів, на частку якого припадає 12 % всієї маси земної кори. Формально за своїм хімічним складом кварц віднесений до оксидів, проте в структурному відношенні він може бути віднесений і до підкласу силікатів з каркасною структурою.
Розрізняють такі найважливіші різновиди кварцу: гірський кришталь прозорий, без домішок, трапляється у вигляді добре розвинених кристалів; димчастий кварц називається морфіном, фіолетовий – аметистом.
Прихованокристалічний різновид кварцу називається халцедоном. Смугастий халцедон називається агатом. Широко відомий забруднений халцедон, буває в вигляді желваків, так званий кремінь.
Мінерал, який являє собою водний оксид кремнію SiO2∙nH2O, називається опалом.
Серед оксидів велике значення мають прості і водні оксиди заліза. Вони є головними мінералами залізних руд.
Гематит Fe2O3 у вигляді добре розвинених кристалів називається залізним блиском, а в приховано кристалічній формі – червоним залізняком.
Магнітний залізняк (магнетит) Fe3O4 або FeO ∙ Fe2O3 – являють собою оксид, більш багатий по вмісту заліза.
Дуже поширений бурий залізняк, або лімоніт (Fe2O3∙nH2O) – водний оксид заліза. Бурий залізняк лише умовно можна відносити до класу водних оксидів, тобто він представляє собою складний мінеральний агрегат близьких за складом мінералів. До цього ж класу відносять численні, більш рідкісні мінерали, з яких слід зазначити корунд Al2O3. Різновид корунду називають рубіном (червона), сапфіром (синя). Водний глинозем входить також до складу алюмінієвих руд, бокситів і зустрічається у глинах.
Галоїдні сполуки.
Солі галоїдно-водневих кислот утворюють близько 100 мінералів. Їх роль як породотворних мінералів невелика, але вони важливі в загально геологічному і практичному відношенні. Найбільш розповсюджені з мінералів цього класу хлористі сполуки.
Галіт (кам’яна сіль) NaCl часто зустрічається серед осадових утворень озер і морів. До галоїдних мінералів відноситься також сильвін KCl і флюорит CaF2. Сильвін використовують як добриво, а флюорит у металургії при плавленні металів, у скляній і хімічній промисловості.
Надклас солей кисневмісних кислот.
У цей надклас входять солі різних кисневих кислот: вугільної (карбонати), сірчаної (сульфати), фосфорної (фосфати) і кремнієвих (силікати), що виділяються у вигляді окремих пластів.
Карбонати.
Карбонати дуже широко поширені у верхніх частинах земної кори. Сюди відносять кальцит, магнезит, доломіт, сидерит та інші мінерали.
Кальцит СаСО3, або вапняний шпат, і його прозорий вид – ісландський шпат – один з найпоширеніших мінералів. Ісландський шпат більш рідкісний, його використовують в оптиці.
Магнезит MgCO3 і доломіт CaMg(СO3)2 вживають в хімічній і будівельній промисловості для виготовлення для виготовлення цементу.
Сидерит FeCO3 (залізний шпат) вживають як руда для отримання якісної сталі.
Всі карбонати вступають в реакцію зі слабкою (5-10 %) соляною кислотою, що супроводжується виділенням вуглекислого газу. Ступінь інтенсивності цієї реакції дозволяє відрізняти схожі зовні один з одним карбонати.
До числа водних карбонатів відноситься малахіт CuCO3Cu(ОН)2 – суцільні маси натічних ниркоподібних форм зеленого кольору твердістю 3,5-4. Землисті різновиди (мідна зелень) малахіту зустрічаються в пісковиках Уралу, України та інших районів.
Сульфати.
З мінералів цього класу широке поширення має гіпс СаSO4∙2H2O, рідше зустрічається ангідрит СаSO4 – безводний сульфат кальцію. Штучно обпалений гіпс, а також тонкозернисті суцільні маси звичайного гіпсу називають алебастром. Іноді трапляється довгостовпчаста волокниста різновидність гіпсу, названа селенітом («місячний камінь»).
Для сульфатів, як і для карбонатів, характерні низька твердість, світле забарвлення і невелика питома вага. Сульфати широко використовують в медицині, хімічної та будівельної промисловості.
Фосфати.
Фосфати являють собою солі фосфорних кислот. У цей клас входить велика кількість мінералів, але особливо важливе значення як породотворні мінерали і як сировина для виробництва добрив мають апатит і фосфорит.
Апатит Ca5(F,Cl)(PO4)3 є найбільш поширеним мінералом цього класу. Фосфорити – осадові морські утворення, близькі за складом до апатиту, але містять домішки карбонатів, піску і глинистих частинок. Вони зазвичай утворюють радіально-променисті і прихованокристалічні конкреції.
Силікати.
До класу силікатів відносять найбільш численну групу мінералів, складова за вагою більше 85 % всієї земної кори. Мінерали цієї групи входять до складу більшості гірських порід.
Силікати раніше розглядалися як солі різних гіпотетичних і крем'яних і алюмокремнієвих кислот. Серед них виділялися польові шпати, фельдшпатиди, метасилікати, ортосилікати і водяні силікати. Кристалохімічне вивчення і рентгеноструктурний аналіз дозволили більш правильно розділити силікати на підкласи та групи.
Всі мінерали силікатів поділяють залежно від способів зчленування кремнекислородних тетраедрів на наступні групи: 1) острівні, 2) кільцеві, 3) ланцюгові, 4) стрічкові, 5) листові, 6)каркасні.
- Острівні силікати.
До острівних силікатів із широко розповсюджених породоутворюючих мінералів відносяться олівін і гарнат.
Олівін (Fe,Mg)[SiO4]. Цей залізо-магнієвий бідний кремнекислотою силікат характерний для ультраосновних чи основних вивержених порід.
Гранати характерні для метаморфічних та метаморфізованих порід, рідше бувають в вивержених породах. Відомо декілька видів гранатів, із яких найбільш розповсюдженим є альмандин Fe3Al2[SiO4]3 темно-червоного чи буруватого кольору.
- Кільцеві силікати.
До цієї ж групи силікатів відносять і турмалін – бороалюмосилікат, трапляються головним чином у гранітних породах і пегматитових тілах, а також у сланцях в області контактів. Турмалін буває у вигляді видовжених призматичних кристалів, які мають у розрізі трикутник. Колір турмаліну різноманітний: буває різновид зеленого, рожевого, бурого і чорного кольорів.
Красиво забарвлені прозорі різновидності турмаліну використовують як дорогоцінне каміння, а однорідні по будові камені використовують у радіотехніці.
- Ланцюгові силікати.
В групу цих силікатів входять залізо-магнетичні силікати сімейства піроксенів, які поділяють на моноклінні і ромбічні. Представниками моноклінного піроксенів являється авгіт – мінерал складного і непостійного хімічного складу Ca(Mg, Fe, Al)∙[(SiAl)2O6]. Якщо в складі мінералу присутні Na2O і Fe2O3, то мінерал називають егирін-авгітом.
У структурі авгіта алюміній знаходиться в центрі кисневих тетраедрів, займає місце кремнію. Для нього характерні коротко стовпчасті кристали зеленувато-чорного кольору з восьмикутним січенням і блискучими гранями.
- Стрічкові силікати.
Найбільш розповсюдженими представниками цих силікатів являються амфіболи, які входять у склад магматичних і метаморфічних гірських порід.
Будова амфіболів значно складніша, ніж піроксенів, але між обома цими групами є багато спільного: колір і вигляд кристалів, твердість, питома вага і так далі. Макроскопічно відрізнити амфіболи від піроксенів буває досить важко, особливо коли мінерал зустрічається у вигляді дрібних кристалів. Але все ж існуть різновидності в характері блиску, формі кристалів і спайності. На відміну від піроксенів у більшості амфіболів шовковистий блиск, витягнуті стовпчасті, часто голкові кристали шестикутного січення, плоскості спайності піроксенів перетинаються під кутом, близьким до прямого (87 ºC), а амфіболи – під кутом 124 ºC (56 ºC) один до одного. Стайність в амфіболів більш досконала. Амфіболи – це типові метасилікати. Загальна формула амфіболів R7(OH)2[Si4O11]2, де R = Ca, Mg і Fe+2.
Амфіболи так як і піроксени, кристалізуються в ромбічній і моноклінній сингоніях. Найбільш розповсюджені моноклінні амфіболи, головним чином рогова обманка. Склад рогової обманки дуже різноманітний і непостійний; він може бути виражений формулою (Ca,Na)2(Fe+2,Fe+3,Mg,Al,Mn, Ti)5[(Si,Al)4∙O11]2(OH,F)2. Рогова обманка має світло-зелений, темно-зелений і бурувато-чорний колір. Від авгіту вона відрізняється волокнистістю і шовковистим блиском витягнутих стовпчастих кристалів.
Крім звичайної рогової обманки, для деяких гірських порід метаморфічного походження характерна промениста рогова обманка світло-зеленого кольору – актиноліт, який має голкову форму кристалів.
- Листкові силікати.
Якщо стрічки з'єднуються в один безперервний шар, то така структура утворює листові (шарові) силікати. Внутрішня структура мінералів цього підкласу визначає їх вельми досконалу спайність в одному напрямку і невелику твердість.
У складі цих силікатів, крім Si і О, присутні Мg, А1, К, Na і Са - елементи, сполучні шари, а також гідроксил (ОН). За хімічними ознаками їх відносять до водних силікатів.
Серед листових силікатів можна виділити силікати і алюмосилікати, в яких частина кремнію заміщається алюмінієм. До листових силікатам відносять тальк, серпентин і каолініт, а до листових алюмосилікатів – слюди, хлорити та гідрослюди, з яких найбільш важливим є глауконіт, що утворюється в морських умовах.
Листові силікати і алюмосилікати є досить розповсюдженими мінералами вивержених і метаморфічних гірських порід (за винятком глауконіту).
Тальк Мg3(ОН)2[Si4O10] магнезіальний листовий силікат. Гірська порода, що складається з тальку, називається жировиком. Утворюється у верхніх частинах земної кори в результаті дії води і вуглекислоти на ультраосновні і основні породи, багаті магнієм (перидотити, піроксеніти, амфіболіти та ін.) З олівінової породи, наприклад, він утворюється за схемою:
4(Мg, Fe)2 ∙ [SiO4]+H2O+3CO2 -> Мg3(ОН)2[Si4O10]+3MgCO3+Fe2O3
Тальк широко застосовується в паперовій, гумовій, парфумерній, фармацевтичній, шкіряній і фарфоровій промисловості, а також для виготовлення вогнетривкого посуду і цегли.
Серпентин Мg6(ОН)8[Si4O10] відрізняється від тальку тільки більшим вмістом магнію і меншим вмістом кремнезему. Гірська порода, що складається з серпентину, часто називається серпентинітом (змійовиком) по зеленому плямистому забарвленню (латин. «серпенс» - змія).
Волокниста різновидність серпентину називають азбестом. Серпентиніт утворюється в результаті метаморфічної зміни магнезіальних магматичних порід. Азбест застосовують для виготовлення вогнетривких тканин, прокладок і т.д.
Утворення серпентинітів пов'язано з метаморфізмом магматичних олівінових і рідше піроксенових порід, що вміщують магній.
Каолініт Al4(ОН)8[Si4O10] утворюється в результаті хімічного вивітрювання алюмосилікатів магматичних порід на поверхню землі. Входить до складу багатьох глин. Схема утворення каолініту в результаті вивітрювання польових шпатів наступна:
4K[AlSi3O8]+4H2O+2CO2->K3CО3 +8SiO2+4Al4(ОН)8[Si4O10]
Землисті пухкі маси каолініту називають каоліном (фарфорова глина). Використовують в будівельній справі, в керамічному виробництві, в паперовій промисловості і як вогнетривкий матеріал.
Серед листових алюмосилікатів важливе породотворне значення мають слюди, що входять до складу багатьох магматичних і метаморфічних гірських порід. Кількість слюд у породах земної кори близько 4 %. Слюди кристалізуються у моноклінні сингонії, володіють досить досконалою спайністю в одному напрямку, завдяки якій вони розщеплюються на найтонші пружні листочки.
За хімічним складом їх поділяють на магнієво-залізисті, алюмінієві і літієві слюди.
Породотворне значення мають мусковіт і біотит.
Мусковіт KAl4(ОН)2[Si3AlO10] – безбарвна або злегка забарвлена жовтувата прозора калієва слюда. Дрібнолускуватий різновид мусковіту називається серицитом.
Мусковіт застосовується як прекрасний ізоляційний матеріал, а його порошок – для виготовлення вогнестійких будівельних матеріалів, паперу, фарб, автомобільних шин і т. д.
Біотит К(Мg,Fе+2,Fе+3,А1)3(ОН,F)2∙[Si3AlO10] – магнезіально-залізиста слюда зеленувато- чи коричнево-чорного кольору. Біотит – породотворний мінерал магматичних і метаморфічних гірських порід. Бура магнезіальна слюда, схожа на біотит, але не ламка, називається флогопітом. ЇЇ широко використовуєть в електротехніці.
Хлорити – водні алюмосилікати магнію і заліза. Вони володіють зеленим забарвленням. Є цілий ряд хімічних різновидностей хлоритів, мало відмінних один від одного за зовнішнім виглядом. Хлорити представляють ізоморфний ряд з'єднань складу Мg6(ОН)8[Si4O10] і Мg4Al2(ОН)8[Al2Si2O10], в яких Мg+2 і А1+3 можуть заміщуватись відповідно Fе+2 та Fе+3. Це мінерали в основному метаморфічних порід, у яких вони утворилися за рахунок магнезіально-залізистих силікатів. Деякі з хлоритів вміщують до 38 % заліза і використовуються як залізні руди (шамозит).
Глауконіт – К(Fе, Аl, Мg)3(ОН)2∙(Si,Al)O10∙nH2О відноситься до групи гідрослюд. За даними рентгеноструктурних досліджень глауконіт є сумішшю декількох мінералів. Він утворюється неглибоких морських басейнах і широко поширений в пісках, глинах, опоках, вапняках та інших осадових породах, де він трапляється у вигляді прихованокристалічних округлої форми зернят. Застосовується як калійне добриво в сільському господарстві і як пом’якшувач жорсткості води.
- Каркасні силікати.
Від всіх інших силікатів мінерали цієї групи відрізняються безперервним зчепленням кремнієалюмокислотних тетраедрів через всі чотири вершини, в результаті чого утворюється каркас. У каркасних силікатах іони алюмінію займають місце іонів кремнію, і в відповідності з цим тетраедри діляться на алюмокислотні і кремнієкислотні.
В хімічному відношенні каркасні силікати являють собою алюмосилікати K, Na, Ca. Для них характерна постійна досить висока твердість (5-6), світле забарвлення і питома вага 2,5-2,75.
Каркасні силікати ділять на дві групи мінералів: польові шпати і фельдшпатити.
1.Польові шпати.
За хімічним складом серед польових шпатів виділяють 1) калієво- натрієві польові шпати і 2) вапняно-натрові польові шпати, або плагіоклази.
а)Калієво-натрієві польові шпати.
З калієвих польових шпатів найбільш важливе значення має ортоклаз, який кристалізується в моноклінній сингонії і утворює прямокутні кути по спайності у двох напрямках (по-грецьки «ортоклаз» - прямо відколюється). До цієї ж групи належить мікроклін, який кристалізується у триклинній сингонії, за хімічним складом аналогічний ортоклазу. Різновидність мікрокліна зеленого кольору називається амазонітом.
Ортоклаз і мікроклін складають кислі і середні вивержені гірські породи.
б)Плагіоклази.
За хімічним складом плагіоклази являють собою безперервний ряд ізоморфних сумішей двох складових частин альбітової (Аb) - Na[AlSi3O8] і анортитової (Аn) - Ca[Al2Si2O8].
У природі існують всі члени цього ізоморфного ряду, від чистого альбіта до анортита.
Плагіоклази різного складу носять різні назви: олігоклаз, андезин, лабрадор і бітовніт.
Всі плагіоклази кристалізуються в триклінній сингонії. Анортит вміщує значно менше кремнієкислоти ніж альбіт. Тому всі плагіоклази діляться на кислі (альбіт, олігоклаз), средні (андезин), основні (лабрадор, бітовніт, анортит).
Макроскопічні різновиди плагіоклазів майже, але не відрізняються один від одного, за винятком лабрадора, для якого характерна іризація (сині та зелені переливи на поверхнях спайності).
Від калієвих польових шпатів плагіоклази відрізняють по зеленувато-сірому забарвленні, двійниковій штриховці на поверхнях спайності, які утворюють кут 87 °C (звідси назва «плагіоклаз» – косо відколюється). Ці багаторазово утворені двійники бувають помітні у вигляді тонкого паралельного штрихування на площинах спайності або смугасті (двійникового штрихування).
2.Фельдшпатиди.
За хімічним складом фельдшпатиди подібні з польовими шпатами, але вміщують менше кремнієкислоти. Вони ніби замінюють польові шпати в деяких магматичних породах, в яких мало кремнієкислоти, але багато лугів, і тому відіграють істотну роль у складі лужних порід.
Альбіту (натрієвому польовому шпату) відповідає з фельдшпатидів нефелін Na[AlSiO3], за характерним жирним блиском, який називають також елеолітом (масляним каменем). Він входить до складу безкварцових лужних магматичних порід (нефелінових сієнітів) і його застосовують в скляній, керамічній та хімічній промисловості. Калієвим польовим шпатом (ортоклазу і мікрокліну) відповідає лейцит К[AlSi2O6] - породотворний мінерал порід, що злились, який можна використовувати для виробництва калію та алюмінію.
Вуглецеві з'єднанні.
Вуглецеві з'єднання істотно відрізняються від багатьох мінералів за походженням, хімічними властивостям і кристалічною будовою.
До цього класу відносяться торф, кам'яне вугілля, нафта. Вони фактично є гірськими породами і будуть розглянуті в розділі осадових порід. До мінералів, що складаються із вуглеводню з деякою кількістю кисню, можна віднести асфальт, озокерит і бурштин.
Асфальт – продукт окислення вуглеводнів нафти. Він складається в основному з вуглеводню (80 %) і водню (10 %). Це коричнево-чорна м'яка маса, яка легко горить і плавиться. Застосовується асфальт для дорожніх покриттів, а також у хімічній промисловості.
Озокерит (гірський віск) складається з 84 % вуглецю і 16 % водню. За зовнішнім виглядом та фізичними властивостями озокерит дуже схожий з воском. Він утворюється з парафінової нафти шляхом кристалізації високомолекулярних вуглеводнів при охолодженні нафти. Озокерит йде на вироблення штучного воску.
Бурштин являє собою викопну дерев’яну смолу С10Н16О. Це легкий аморфний мінерал буро-жовтого кольору, прозорий і напівпрозорий, з раковистим зламом і малою твердістю (2-2,5). Його застосовують в електротехніці як ізолятор, в ювелірній справі і хімічній промисловості.
Контрольні запитання
1. Що таке мінерали і які фізичні властивості характерні для них?
2. Які форми мінералів існують в природі?
3. Що таке кристали?
4. Які форми мінералів існують в природі?
5. На які підрозділи поділяються мінерали за хімічним складом і кристалічноюбудовою?
6. Що відноситься до класу солей кисневмісних кислот?
7. Що відноситься до класу вуглецевих з’єднань?
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2
