Методичні рекомендації з виконання

Дано:

- загальні відомості про мінерали та їх умови утворення;

- характеристика фізичних властивостей мінералів, що вивчаються та їх класифікація;

- колекції зразків мінералів, що вивчаються, без вказівки їх назв;

- експонати мінералів у геологічному музеї Державного ВНЗ "НГУ".

Визначити:

- основні фізичні параметри (колір, риска, блиск, спайність, особливі ознаки) зразків мінералів;

- назви та класи, до яких належать зразки мінералів з колекцій;

Обладнання: приладдя для визначення відносної твердості та деяких особливих властивостей мінералів (скло, фарфор, еталонні мінерали, магніти, 10%-ї розчин соляної кислоти).

Таблиця 3

Характеристика найважливіших породоутворюючих та рудних мінералів

№	Назва і склад	Блиск	Колір	Риска	Спайність; злам	Твер-дість	Форми знаходження	Діагностичні ознаки	Де і як використовується
	Графіт С	Металоподібний; прихованокристалічні агрегати матові	Залізо- чорний до сталево- сірого	Чорна блискуча	Не помітна; нерівний		Дрібнолускуваті агрегати та вкраплення	Жирний на дотик, твердість, риска	Електро-технічна промисловість
	Сірка S	На гранях алмазний, у зламі жирний	Різні відтінки жовтого	Слабо-жовтувата	Недосконала;нерівний до раковистого	1,5	Землисті агрегати та вкраплення	Жовтий колір, риска, крихкість	Хімічна промисловість, сільське господарство
	Галеніт PbS	Металевий	Свинцево-сірий	Сірувато-чорна	Досконала по кубу	2-3	Зернисті маси або вкраплені виділення неправильної форми	Колір, спайність по кубу, що виявляться у ступінчастому зламі, важкий	Руда на свинець
	Пірит FeS2	Металевий	Світлий латун-но-жовтий або солом’яно-жовтий	Чорна	Відсутня; нерівний	6-6,5	Кристалічні агрегати і вкраплення	Колір, блиск, риска, висока твердість	Не використовується
	Сфалерит ZnS	Алмазний	Бурий, коричневий	Ясно-коричнева	Досконала у 6-ти напрямках	3-4	Кристалічні агрегати і вкраплення	Алмазний блиск, риска, спайність	Цинкова руда
	Халько- пірит CuFeS2	Металевий	Латунно-жовтий з мінливістю	Чорна із зеленим відтінком	Недосконала; нерівний	3-3,5	Кристалічні агрегати і вкраплення	На відміну від піриту не дряпає скло, мінливість	Мідна руда

Продовження табл. 3

 

№	Назва і склад	Блиск	Колір	Риска	Спайність, злам	Твер-дість	Форми знаходження	Діагностичні ознаки	Де і як використовується
	Кіновар HgS	Алмазний	Червоний	Червона	Не помітна; нерівний	2-2,5	Вкраплення, кристалічні агрегати, порошкоподібні примазки та нальоти	Червоний колір, низька твердість, крихкий	Руда на ртуть
	Галіт NaCl	Скляний	Білий, безбарвний	Біла	Досконала у трьох напрямках	2,5	Кристалічні агрегати	Солоний смак, низька твердість, спайність по кубу	Харчова та хімічна промисловість
	Флюорит CaF2	Скляний	Фіолетовий, жовтий, зелений, рожевий, рідше прозорий, безбарвний	Біла	Досконала у чотирьох напрямках		Кристалічні агрегати і вкраплення	Різнозабарвлені кристали, октаедрічна спайність, крихкий	Металургія, хімічна промисловість
	Гіпс CaSO4·2H2O	Скляний	Білий, безбарвний	Біла	Досконала		Кристалічні агрегати, кристали	Дряпається нігтем, спайність в одному напрямку достатньо досконала	Будівельна галузь, цементна промисловість
	Кальцит CaCO3	Скляний	Безбарвний, молочно-білий	Біла	Досконала		Кристалічні агрегати, кристали	Скипає з НСl, спайність по ромбоедру	Хімічна, будівельна галузі, металургія, ювелірна справа
	Магнетит Fe2+Fe3+2O4	Напівметалевий	Залізо-чорний	Чорна	Відсутня, нерівний	5,5-6	Кристалічні агрегати, кристали	Магнітність, чорна риска	Залізна руда

Продовження табл. 3

 

№	Назва і склад	Блиск	Колір	Риска	Спайність, злам	Твер-дість	Форми знаходження	Діагностичні ознаки	Де і як використовується
	Гематит Fe2O3	Металевий до напівметалевого	Залізо-чорний до сталево-сірого, буро-червоний	Вишнево-червона	Відсутня; нерівний, землистий	5,5-6	Кристалічні агрегати і вкраплення	Вишнево-червона риска, важкий, немагнітний	Залізна руда
	Лимоніт Fe2O3·nH2O	Матовий	Від іржаво-бурого до темно-бурого	Бура і ржаво-бура	Відсутня; нерівний, землистий	Від 1 до 4	Землисті агрегати, ооліти, плівки	Колір, іржаво-бура риска	Залізна руда
	Піролюзит MnO2	Матовий	чорний	Оксамитово-чорна	Відсутня; нерівний, землистий	Від 2 до 6	Прихованокристалічні агрегати	Колір, риска, низька твердість	Марганцева руда
	Кварц SiO2	Скляний	Білий, безбарвний	Відсутня	Відсутня; нерівний, раковистий		Кристалічні агрегати, кристали, зерна	Висока твердість, відсутність спайності, колір	Виробництво скла
	Халцедон SiO2	Жирний, матовий, восковий	Світло-сірий, синюватий, червоний та ін.	Відсутня	Відсутня; нерівний, раковистий		Жовна, прожилки, натічні форми	Приховано- кристалічні агрегати, висока твердість	Ювелірна справа
	Апатит Ca5(F,Cl)∙(PO4)3	На гранях скляний, на зламі – жирний	Безбарвний, зелений, жовтуватий, білий, синювато- зелений	Біла	Недосконала; нерівний		Кристалічні агрегати, кристали	Суцільні зернисті цукро- подібні маси	Сільське господарство
	Гранат	Скляний	Буро-червоний	Відсутня	Відсутня; нерівний, зернистий	7-7,5	Кристалічні агрегати, кристали	Червоний і буро-червоний колір, висока твердість	Абразивні матеріали

Закінчення табл. 3

№	Назва і склад	Блиск	Колір	Риска	Спайність	Твер-дість	Форми знаходження	Діагностичні ознаки	Де і як використовується
	Рогова обманка	Скляний	Темно-зелений	Зелену-вато-сіра	Середня; голчастий	5,5-6	Кристалічні агрегати, кристали	Колір, риска, призматична форма кристалів	Не використовується
	Біотит (чорна слюда)	Перламутровий	Чорний	Біла, сіра	Достатньо досконала	2,5	Лускуваті агрегати	Колір, спайність, листувата форма кристалів	Термостійкий ізоляційний матеріал
	Мусковіт (біла слюда)	Перламутровий	Безбарвний	Біла	Достатньо досконала	2,5	Лускуваті агрегати і включення	Колір, спайність, листувата форма кристалів	Ізоляційний матеріал
	Серпентин	Жирний восковий	Зеленкуватий	Біла	Не помітна; нерівний	3-4	Прихованокристалічні, іноді волокнисті агрегати азбесту	Плямисте за-барвлення, жирний блиск, присутність азбесту	Вогнетривкі матеріали, виробне каміння
	Каолініт (біла глина)	Матовий	Білий	Біла	Не помітна; нерівний, землистий		Землисті маси	Розмокає у воді	Фарфоро- фаянсова промисловість
	Тальк	Жирний	Білий, сірий	Біла	Не помітна; нерівний		Прихованокристалічні агрегати	Колір, твердість, жирний на дотик	Вогнетривкі та мастильні матеріали
	Лабрадор	Скляний	Темно-сірий з іризацією	Біла	Досконала		Кристалічні агрегати, кристали	Колір, іризація, твердість, спайність у двох напрямках	Облицювальний камінь
	Ортоклаз	Скляний	Від білого до світло-червоного	Біла	Досконала		Кристалічні агрегати, кристали	Колір, твердість, спайність у двох напрямках	Керамічна сировина

Методика визначення фізичних властивостей мінералів є макроскопічною, вона використовується як у лабораторних умовах, так і під час польових досліджень. Проведення досліджень з визначення фізичних параметрів мінералів слід проводити у наступній послідовності.

Візуально визначають блиск та колір. Розрізняють три основні види блиску – металеві, металоподібні і неметалеві. При цьому неметалевий блиск може бути скляним, алмазним, жирним, перламутровим, шовковистим, матовим. Металевий блиск мають рудні мінерали. Металоподібний блиск мають графіт, гематит.

Для характеристики забарвлення мінералів (кольору) використовують назви семи кольорів веселки, а також визначення – безбарвний (прозорий), білий, чорний, сірий, бурий. Використовуються також назви забарвлення загальновідомих об'єктів – вишневий, салатовий та ін. Забарвлення мінералу може бути плямистим, мінливим.

Риску мінерал залишає на поверхні твердіших тіл, як крейда на дошці. Для цього використовуються неглазуровані порцелянові дощечки. Колір риски є більш постійною ознакою, ніж забарвлення мінералу. Так за чорною рискою легко впізнати латунно-жовтий пірит, а за вишнево-бурою – буро-червоний гематит.

Прозорість. Мінерали можуть мати різний ступінь прозорості. Так, кварц може бути прозорим (гірський кришталь), напівпрозорим і непрозорим – молочно-білим. Деякі мінерали просвічують в краях або тонких сколах.

Спайність у мінералів може бути в одному, двох, трьох, чотирьох і навіть в шести напрямках. Так, у слюди і гіпсу один напрямок спайності, в ортоклазу – три, а у сфалериту – шість. Для оцінки спайності існує наступна шкала:

– спайність достатньо досконала (слюда, гіпс);

– спайність досконала (кальцит, галіт, галеніт, польові шпати);

– спайність середня (рогова обманка);

– спайність недосконала – спайні поверхні в місцях розколу рідкісні, переважають ділянки з нерівною поверхнею (берил, апатит);

– спайність достатньо недосконала – кристали мають нерівні поверхні при розколюванні (кварц, каситерит).

Окрім спайності треба визначити злам. Так раковистий злам з гостроріжучими краями у скла, кременя, фарфору, кварцу; волокнистий у азбесту, скалкуватий у рогової обманки, землистий злам у дрібноагрегатних мінеральних мас, складених каолінітом, піролюзитом, лимонітом.

Визначення відносної твердості здійснюється за десятибальною шкалою Мооса (табл. 2). Визначити відносну твердість мінералу означає порівняти його з еталонами. При виконанні лабораторної роботи для цього використовують замінники еталонних мінералів з різною твердістю – метали, скло, фарфор і ін. Визначення твердості слід починати зі скла. Мінерал, що залишає на склі подряпину, має твердість більше 5-ти, а якщо ковзає по ньому, то менше 5-ти.
Багато мінералів мають твердість проміжну між двома еталонами шкали Мооса. У такому разі твердість необхідно позначати дробовим числом, наприклад,
між 3 і 4 – 3,5. У табл. 4 для порівняння наведені значення абсолютної твердості мінералів зі шкали Мооса.

Таблиця 4

Шкала твердості мінералів та їх замінників

 

Твердість мінералу за Моосом	Мінерали шкали Мооса	Твердість замінника за Моосом	Замінник мінеральної шкали Мооса	Абсолютна твердість за приладом Хрущова-Берковича
	Тальк		Грифель олівця	2,4
	Гіпс	1,5-2	Шкіра пальців рук, голка алюмінієва
	Кальцит	2,5-3	Ніготь, мідний дріт
	Флюорит		М'яке залізо (цвях)
	Апатит		Віконне скло
	Ортоклаз	6-6,5	Лезо бритви, фарфор
	Кварц		Напилок
	Топаз		Спеціальні сплави
	Корунд		Наждачний камінь
	Алмаз			10 060

 

Особливі властивості мінералів. Це властивості, які мають окремі мінерали або їх групи. Такими властивостями є:

- магнітність – здатність мінералу впливати на магнітну стрілку компаса. Таку властивість має магнетит і деякі інші мінерали;

- смак, який мають розчинні мінерали. Так, галіт (кухонна сіль) – солоний;

- реакція з соляною кислотою (HCl), з якою реагують карбонати (кальцит та ін.). При цьому виділяються пузирі вуглекислого газу. Використовується 10%-ий розчин HCl.

- горючість, електропровідність, радіоактивність та ін.

Особливу увагу слід приділяти техніці безпеки під час проведення експериментів із застосуванням скла, порцелянових дощечок та розчину соляної кислоти, а саме:

- скло або порцелянову дощечку потрібно притискати однією рукою до парти, мінерал тримати в іншій руці і проводити ним по склу або дощечці;

- 10%-й розчин соляної кислоти використовувати тільки під наглядом викладача.

 

Протокол досліджень з визначення фізичних властивостей основних породоутворюючих та рудних мінералів слід подавати у вигляді таблиці, зразок якої наведений нижче (табл. 5).

Таблиця 5

Характеристики зразків мінералів з робочих колекцій

№ п.п.	Блиск	Колір	Риска	Твердість	Спайність, злам	Діагностичні ознаки	Назва, формула, клас
	Матовий	Білий	Біла		Не помітна, землистий	Розмокає у воді	Каолініт, силікати

Обробка результатів лабораторних досліджень подається у формулюванні діагностичних ознак, які притаманні кожному мінералу і відрізняють його від будь-якого іншого, а також визначенні назви, хімічного складу (формули) та класу, до якого належить мінерал. Для цього застосовують визначені фізичні під час досліджень параметри та порівнюють їх з даними, що наведені у табл. 3.

Висновки повинні складатися з:

- визначення основних параметрів, за якими можна більш-менш точно визначити мінерал до його остаточного встановлення під час подальших мінералогічних досліджень;

- аналізу розповсюдженості вивчених мінералів за їх хімічним складом, враховуючи кларки хімічних елементів у земній корі.

 

Студенти на заняттях можуть отримувати консультації у викладача, а також його висновки щодо правильності виконаних визначень мінералів.

 

Питання для підготовки до захисту лабораторної роботи

1. Дати визначення поняттю "мінерали".

2. Чим відрізняються поняття твердість абсолютна і твердість відносна?

3. Назвіть мінерали з класу самородні елементи, сульфіди, галоїди, карбонати, сульфати, фосфати, оксиди та гідроксиди, силікати.

4. Дайте визначення поняттям ізотропія, анізотропія, ізоморфізм.

5. Які мінерали є ізотропними та анізотропними?

6. Що означає поняття "Спайність", "Твердість", "Риска", "Блиск"?

7. Охарактеризувати умови утворення мінералів.

8. На чому заснований макроскопічний метод визначення мінералів, використовуваний при виконанні лабораторної роботи?

9. Принцип побудови шкали відносної твердості мінералів. Яка твердість мінералу апатиту?

10. Принцип класифікації мінералів. Які мінерали, вивчені в процесі виконання лабораторної роботи, відносяться до класу самородних?

11. Назвіть основні класи мінералів, наведіть найбільш розповсюджені мінерали з кожного класу.

12. З якими геологічними процесами пов'язано мінералоутворення?

13. Перерахувати фізичні властивості мінералів. Які категорії блиску Ви знаєте?

14. Шкала Мооса – шкала абсолютної або відносної твердості мінералів?

15. Назвіть основні класи мінералів. Які мінерали, вивчені в процесі виконання лабораторної роботи, відносяться до класу сульфідів?

16. Завдяки яким процесам утворюються ендогенні мінерали?

17. Дайте визначення поняттю «спайність». Чим вона обумовлена?

18. Яка шкала використовується для визначення твердості в мінералогії?

19. Назвіть основні класи мінералів. Які мінерали, вивчені в процесі виконання лабораторної роботи, відносяться до класу силікатів?

20. Завдяки яким процесам утворюються екзогенні мінерали?

21. Фізичні властивості мінералів – колір і твердість, їх застосування?

22. Яким чином можна в лабораторних умовах визначити відносну твердість мінералу?