Химическая классификация минералов - ABCD42.RU

Химическая классификация минералов

Что такое минерал?

Минералы – это природные тела естественного происхождения. Они образуются в результате разнообразных физико-химических процессов на поверхности или в недрах Земли. Все минералы находятся в данный момент или некогда находились в кристаллическом состоянии. Они могут пребывать как в твердом, так и в жидком (вода, ртуть) или газообразном (метан, углекислый газ) состоянии.

Слово «минерал» имеет латинское происхождение и образовано от «minerale», что значит «руда». Минералы однородны по физическому и химическому составу и являются составными частями горных пород, метеоритов, руд.

Понятие «минерал» иногда используют вместо научного термина «минеральный вид» или «разновидность минералов». Минеральный вид – это общность всех образцов минерала, имеющая общий химический состав и кристаллическую структуру, т.е. общность конкретных образцов. А разновидность – это образцы, объединенные по химическому составу и кристаллической структуре, но имеющие большие различия по морфологическим особенностям (окраске, зерну и пр.). Так, халцедон, аметист, хрусталь, цитрин – это разновидности минерала кварца.

Образование минералов

Минералы образуются либо в земной коре, либо на поверхности. Процессыобразования бывают одного из трех видов:

  • Эндогенные (глубинные). При этом образование минералов происходит глубоко под землей. Расплавленные силикатные породы (магма), протекая в толщу земной коры из нижележащих слоев, застывают. Выделяющиеся при этом газы и водные растворы собираются в пустотах и трещинах. Так появляются новые минералы.
  • Экзогенные (поверхностные). Этот вид процессов характерен тем, что образование новых минералов происходит на земной поверхности: в местах соприкосновения литосферы с гидросферой, биосферой и атмосферой. Здесь происходят такие процессы, как выветривание, образование горных пород вследствие жизнедеятельности организмов (например, образование ракушечника из минерализованных останков морских животных).
  • Метаморфические. В земной коре постоянно протекают геологические процессы, которые вызывают образование новых минералов. Например, осадочные горные пород биогенного происхождения могут оказаться в толще литосферы. Там они подвергаются действию высокой температуры и давления. Так из известняка получается мрамор. Или наоборот, при извержении вулкана магма достигает поверхности, изливается, застывает и подвергается выветриванию и прочим экзогенным изменениям.

Классы минералов

Мировая общепринятая классификация минералов разработана IMA (Международным Минералогическим обществом). Основная единица классификации – класс. В классы входят семейства, подклассы, группы и надгруппы. В основном, классификация составлена по химическим свойствам и включает классы:

  • Сульфиды (арсениды, антимониды, селениды, висмутиды, телуриды, а также семейство пирита-марказита). Это группа сернистых соединений из 250 минералов. Примеры: киноварь, медный и железный колчедан.
  • Сульфаты, производные серной кислоты с низкой твердостью и неметаллическим блеском: глауберова соль, гипс, ангидрит.
  • Сульфосоли,
  • Галогениды. Больше 100 минералов, фтористых, хлористых и прочих галогеновых соединений: флюорит, хлорид натрия, сильвин.
  • Окислы (включает надгруппы шпинели и хегмобитов) и гидроокислы. Эти два класса составляют до 17 % всей земной коры. Из них 12% приходится на долю кварца. Кроме него окислы и гидроокислы кремния и металлов объединяют множество минералов малой и большой плотности: боксит, корунд, магнетит, гематит и пр.
  • Карбонаты. Соли угольной кислоты в литосфере представлены более чем 80 минералами. Это магнезит, сидерит, доломит, кальцит и пр.
  • Арсенитов (антимониты, селениты, висмутиты, телуриты и собственно арсениты),
  • Нитраты,
  • Бораты,
  • Хроматы,
  • Молибдаты,
  • Фосфаты, т.е. соли фосфорной кислоты. В классе около 200 минералов малой твердости и плотности: фосфат кальция, апатиты.
  • Вольфраматы,
  • Силикаты, алюмосиликаты. Это более 800 минералов с большим породообразующим потенциалом: 80% от всей земной коры. Если отнести к силикатам и кварц, то их доля составт больше 90%. Силикаты характерны кристаллической решеткой, в основе которой находится кремний-кислородный тетраэдр: авгит, оливин, слюды, берилл и пр.
  • Арсенаты,
  • Ванадаты.

Также классификация включает несколько особых надгрупп (апатиты, лауэиты, алуниты, гранаты, майэниты).

В отдельный класс согласно международной классификации выделены самородные элементы. Он включает самородки золота, платины, мышьяка, ртути, железа, никеля, серы и углерода (такие как графит или алмаз).

Класс органических минералов также существует и включает в себя некоторые минералы естественного происхождения (ацетаты, меллитаты, оксалаты и пр.). Следует различать биогенные минеральные образования и органические минералы. К первым относятся натуральные битумы, смолы (янтарь), жемчуг, копал, озокерит, шунгит. Все эти вещества не относятся к минералам, поскольку не имеют и никогда не имели кристаллической структуры. Несмотря на это, их часто по ошибке называют органическими минералами.

Таблица минералов

СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ (отмеченные звездочкой только у кристаллических разностей)

Классификация минералов.

В настоящее время известно более 3000 минералов. В основу современной классификации минералов положены принципы, учитывающие наиболее существенные признаки минеральных видов – химический состав и кристаллическую структуру.

За основную единицу при такой классификации принят минеральный вид , обладающий определенной кристаллической структурой и определенным стабильным химическим составом. Минеральный вид может иметь разновидности. Под разновидностью понимают минералы одного вида, отличающиеся друг от друга по какому-то физическому признаку, например по цвету минерал кварц многочисленными разновидностями (черный – морион, прозрачный – горный хрусталь, фиолетовый – аметист).

В соответствии с этим классификация может быть представлена в следующем виде:

4. Оксиды и гидрооксиды

1. Самородные элементы (минералы).

К этому классу относятся минералы, состоящие их одного химического элемента и называемых по этому элементу. Например: самородное золото сера и т.д. Все они подразделяются на две группы: металлы и неметаллы. В первую группу входят самородные Au , Ag , Cu , Pt , Fe и некоторые др., во вторую – As , Bi , S и С (алмаз и графит).

Генезис (происхождение) – в основном, образуются при эндогенных процессах в интрузивных породах и кварцевых жилах, S (сера) – при вулканизме. При экзогенных процессах происходит разрушение пород, высвобождение самородных минералов (в силу их устойчивости к физическому и химическому воздействию) и их концентрация в благоприятных для этого местах. Таким образом, могут формироваться россыпи золота, платины и алмаза.

Применение в народном хозяйстве :

1- ювелирное производство и валютные запасы ( Au , Pt , Ag , алмазы);

2- культовые предметы и утварь ( Au , Ag ),

3- радиоэлектроника ( Au , Ag , Cu ), атомная, химическая промышленность, медицина, режущие инструменты — алмаз;

4- сельское хозяйство- сера.

2. Сульфиды – соли сероводородной кислоты.

Подразделяются на простые с общей формулой А m X p и сульфосоли – А m B n X p , где – А- атом металлов, В- атомы металлов и металлоидов, Х- атомы серы.

Сульфиды кристаллизуются в разных сингониях – кубической, гексагональной, ромбической и т.д. По сравнению с самородными, у них более широкий состав элементо-катионов. Отсюда большее разнообразие минеральных видов и более широкий диапазон одного и того же свойства.

Общими свойствами для сульфидов являются металлический блеск, невысокая твердость (до 4), серые и темные цвета, средняя плотность.

В то же время, среди сульфидов отмечаются различия по таким свойствам как спайность, твердость, плотность.

Сульфиды являются основным источником руд цветных металлов, а за счет примесей редких и благородных металлов ценность их использования повышается.

Генезис — различные эндогенные и экзогенные процессы.

3.Галоиды. Наиболее широко распространены фториды и хлориды- соединения катионов металлов с одновалентным фтором и хлором.

Фториды — минералы светлые, средней плотности и твердости. Представитель- флюорит CaF2 . Хлоридами являются минералы галит и сельвин ( NaCl и KCl ).

Для галоидов общими являются низкая твердость, кристаллизация в кубической сингонии, совершенная спайность, широкая цветовая гамма, прозрачность. Особыми свойствами обладают галит и сильвин- соленый и горько-соленый вкус.

По генезису фториды и хлориды отличаются. Флюорит- продукт эндогенных процессов (гидротермальный), а галит и сильвин образуются в экзогенных условиях за счет осаждения при испарении в водоемах.

В народном хозяйстве флюорит используется в оптике, металлургии, для получения плавиковой кислоты. Галит и сильвин находят применение в химической и пищевой промышленности, в медицине и сельском хозяйстве, фотоделе.

4. Оксиды и гидроксиды – представляют один из наиболее распространенных классов с более 150 минеральными видами, в которых атомы или катионы металлов образуют соединения с кислородом или гидроксильной группой (ОН). Это выражается общей формулой АХ или АВХ – где Х-атомы кислорода или гидроксильная группа. Наиболее широко представлены оксиды Si , Fe , Al , Ti , Sn . Некоторые из них образуют и гидрооксидную форму. Особенность большинства гидрооксидов – снижение значений свойств по сравнению с оксидной формой того же атома металла. Яркий пример — оксидная и гидрооксидная форма Al.

Оксиды по химическому составу и блеску можно разделить на: металлические и неметаллические. Для первой группы характерны средняя твердость, темные цвета (черный, серый, бурый), средняя плотность. Пример — минералы гематит и касситерит. Вторая группа характеризуется низкой плотностью, высокой твердостью 7-9, прозрачностью, широкой гаммой цветов, отсутствием спайности. Приме р- минералы кварц, корунд.

В народном хозяйстве наиболее широко используются оксиды и гидрооксиды для получения Fe , Mn , Al , Sn . Прозрачные, кристаллические разновидности корунда (сапфир и рубин) и кварца (аметист, горный хрусталь и др.) используются как драгоценные и полудрагоценные камни.

Читайте также  Химическая организация клетки. Органические вещества

Генезис – при эндогенных и экзогенных процессах.

5. Карбонаты – соли угольной кислоты, общая формула АСО3 – где А- Са, Мg , Fe и др.

Общие свойства — кристаллизуются в ромбической и тригональной сингониях (хорошие кристаллические формы и спайность по ромбу); низкая твердость 3-4, преимущественно светлая окраска, реакция с кислотами ( HCl и HNO3 ) с выделением углекислого газа.

Наиболее распространенными являются: кальцит СаСО3 , магнезит Mg СО3 , доломит СаМg (СО3 )2 , сидерит Fe СО3 .

Карбонаты с гидроксильной группой (ОН): Малахит Cu2 CO3 ( OH )2 – зеленый цвет и реакция с НСl , Лазурит Cu3 ( CO3 )2 ( OH )2 – синий цвет, прозрачен в кристаллах.

Генезис карбонатов разнообразен — осадочный (химический и биогенный), гидротермальный, метаморфический.

Карбонаты одни из основных породообразующих минералы осадочных пород (известняки, доломиты и др.) и метаморфических – мрамор, скарны. Используются в строительстве, оптике, металлургии, как удобрения. Малахит используется как поделочный камень. Большие скопления магнезита и сидерита – источник получения железа и магния.

6. Сульфаты – соли серной кислоты, т.е. имеют радикал SO4 . Наиболее распространенные и известные сульфаты Ca , Ba , Sr , Pb . Общими свойствами для них являютс я- кристаллизация в моноклинной и ромбической сингониях , светлая окраска, низкая твердость, стеклянный блеск, совершенная спайность.

Минералы: гипс CaSO4 •2H2O , ангидрит CaSO4 , барит BaSO4 (высокая плотность), целестин SrSO4 .

Образуются в экзогенных условиях, часто совместно с галоидами. Некоторые сульфаты (барит, целестин) имеют гидротермальный генезис.

Применение – строительство, сельское хозяйство, медицина, химическая промышленность.

7. Фосфаты – соли фосфорной кислоты, т.е. содержащие PO4 .

Количество минеральных видов мало, мы рассмотрим минерал апатит Ca(PO4)3(F,Cl,OH ). Он образует кристаллические и зернистые агрегаты, твердость 5, сингония гексагональная, спайность несовершенная, цвет зелено-голубой. Содержит примеси стронция, иттрия, редкоземельные элементы.

Генезис — магматический и осадочный, где он в смеси с глинистыми частицами образует фосфорит.

Применение — агросырье, химическое производство и в керамических изделиях.

8. Силикаты — наиболее распространенный и разнообразный класс минералов (до 800 видов). В основе систематики силикатов- кремнекислородный тетраэдр [SiO4] -4 . В зависимости от структуры, которую они образуют, соединяясь друг с другом, все силикаты делятся на: островные, слоевые, ленточные, цепочечные и каркасные.

Островные силикаты — в них связь между обособленными тетраэдрами осуществляется через катионы. В эту группу входят минералы: оливин, топаз, гранаты, берилл, турмалин.

Слоевые силикаты- представляют непрерывные слои, где тетраэдры связаны ионами кислорода, а между слоями связь осуществляется через катионы. Поэтому у них общий радикал в формуле [Si4O10]4- . Эта группа объединяет минералы-слюды: биотит, тальк, мусковит, серпентин.

Цепочечные и ленточные – тетраэдры образуют цепочки одинарные или сдвоенные (ленты). Цепочечные — имеют общий радикал [Si2O6]4- и включают группу пироксенов.

Ленточные силикаты с радикалом [Si4O11]6- объединяют минералы группы амфиболов.

Каркасные силикаты — в них тетраэдры соединяются между собой всеми атомами кислорода, образуя каркас с радикалом [Si4O8]. В эту группу входят – полевые шпаты и плагиоклазы. Полевые шпаты объединяют минералы с катионами Na и K . Это минералы микроклин и ортоклаз. В плагиоклазах в качестве катионов – Са и Na , при этом соотношение между этими элементами не постоянно. Поэтому плагиоклазы представляют собой изоморфный ряд минералов: альбит —олигоклаз —андезин —лабрадор —битовнит— анортит. От альбита к анортиту увеличивается содержание Са.

В составе катионов в силикатах наиболее часто присутствуют: Mg , Fe , Mn , Al , Ti , Ca , K , Na , Be , реже Zr , Cr , B , Zn редкие и радиоактивные элементы. Необходимо отметить, что часть кремния в тетраэдрах может замещаться Al и тогда мы относим минералы к алюмосиликатам.

Сложный химический состав и разнообразие кристаллической структуры в сочетании дают большой разброс показателей физических свойств. Даже на примере шкалы Мооса видно, что твердость у силикатов от 1 до 9.

Спайность от весьма совершенной до несовершенной.

Часто силикаты группируются по окраске — темноокрашенные, светлоокрашенные. Особенно широко это применяется к силикатам — породообразующим минералам.

Силикаты образуются в основном при формировании магматических и метаморфических пород в эндогенных процессах. Большая группа глинистых минералов (каолин и др.) образуется в экзогенных условиях при выветривании силикатных горных пород.

Многие силикаты являются полезными ископаемыми и применяются в народном хозяйстве. Это строительные материалы, облицовочные, поделочные и драгоценные камни (топаз, гранаты, изумруд, турмалин и др.), руды металлов ( Ве , Zr , Al ) и неметаллов (В), редких элементов. Они находят применение в резиновой, бумажной промышленности, как огнеупоры и керамическое сырье.

Наряду с кристаллохимической существуют и другие классификации минералов, основанные на иных принципах. Например, генетическая классификация основана на типе генезиса минералов, в технологии переработке руд используют классификации на основе их физических (разделительных) свойств, например по магнитности, плотности, растворимости, плавкости и др. признакам.

73. Химический состав минералов. Классификация минералов.

Галоидные соединения. Соли галоидно-водородных кислот (галит — NaCl, сильвин—КС1, карналлит—КС1 • MgCl2• 6Н20, флюорит — CaF2 и др.).

Сульфаты. Соли серной кислоты (гипс—CaS04•2H2O, ангидрит —CaSО4, барит —BaSО4 и др.)

Карбонаты. Соли угольной кислоты (кальцит — СаСОз, доломит — CaMg(CО3)2, сидерит — FeC03, малахит —Cu2[C03]- [ОН] 2).

Фосфаты. Соли. фосфорной кислоты (апатит —Са5[РО4]3 • (F, С1), фосфорит близок по химическому составу апатиту).

Силикаты. Соли кремниевых и алюмокремниевых кислот (мусковит, биотит, ортоклаз, Лабрадор, роговая обманка, оливин, авгит, каолин и др.) — Химический состав силикатов сложен.

Органические соединения (янтарь — С10Н16О и др.).

Класс самородные элементы. В класс входят минералы, представляющие собой отдельные химические элементы. Число их невелико, около 50 минералов. По массе они составляют около 0,1% всей массы земной коры, но имеют весьма важное практическое значение. Класс объединяет химические элементы, находящиеся в природе в свободном состоянии (сера — S, золото— Аu, платина — Pt, ртуть — Hg, медь — Сu, алмаз — С, графит — С, гелий — Не, азот — N и др.)

Класс окислы и гидроокислы. К этому классу относятся минералы, являющиеся соединениями металлов и металлоидов с кислородом и гидроксильной группой. Известно около 200 минералов этого класса, составляющих 17% от всей массы земной коры. Твердость минералов класса окислов и гидроокислов больше 5,5. Блеск чаще неметаллический. Соединения кислорода с металлами и металлоидами (окислы), а также соединения кислорода и воды с металлами и металлоидами (гидроокислы) (кварц — SiО2, магнетит — Fe3О4, гематит — Fe2О3, лимонит — Fe2О3 • nH2O, корунд — Al2O3, боксит — Al2O3 • nH2O и др.).

Класс сульфиды. Минералы класса сульфиды представляют собой соли сероводородной кислоты. Известно около 200 минералов, принадлежащих классу сульфидов. По массе они составляют около 0,25% от массы земной коры. Значительная часть сульфидов имеет металлический блеск, небольшую твердость, гидротермальное происхождение. Соли сероводородной (H2S) кислоты (галенит — PbS, сфалерит — ZnS, киноварь — HgS, халькопирит — CuFeS2, пирит — FeS2 и др.)

Класс галоидные соединения. Минералы этого класса являются солями галоидно- водородных кислот. В природе известно около 100 галоидных соединений. Наибольшим распространением пользуются хлориды. Минералы обладают небольшой твердостью, стеклянным блеском и светлой окраской. Галит (каменная соль), сильвин и карналлит осадочного происхождения.

Класс сульфаты. К сульфатам относится около 260 минералов, являющихся солями серной кислоты, они составляют лишь 0,1% от массы земной коры. Как правило, минералы этого класса обладают небольшой твердостью и светлой окраской. Большинство из них осадочного происхождения.

Класс карбонаты. В класс карбонатов объединены около 80 минералов, являющихся солями угольной кислоты. Они составляют примерно 1,7% от массы земной коры. Наиболее распространены карбонаты кальция и магния, из которых состоят известняки, мрамор, мел, мергели, доломиты. Твердость карбонатов невелика, окраска светлая. Многие из них бурно реагируют с соляной кислотой, выделяя углекислый газ:

Класс фосфаты. К фосфатам принадлежат соли фосфорных кислот. Класс насчитывает около 350 минералов, но они составляют лишь 1 % от массы земной коры.

Класс силикаты. В этот класс входят наиболее распространенные в земной коре породообразующие минералы. На долю силикатов приходится около 800 минералов. Они составляют более 75% от массы земной коры. Имеют высокую твердость. Значительная их часть магматического и метаморфического происхождения.

Химический состав большинства силикатов очень сложен. Основу кристаллической решетки составляет ионная группировка SiO4, в центре которой расположен ион кремния, а по вершинам— ионы кислорода. Кремнекислородный тетраэдр обладает четырьмя свободными валентными связями, благодаря чему может присоединять ионы металлов и соединяться с другими крем-некислородными тетраэдрами. У некоторых силикатов часть ионов кремния замещена ионом алюминия. Такие соединения называют алюмосиликатами.

В основе классификации силикатов — кристаллическая структура.

74. Методы определения минералов.

Определение минерала удобнее всего начинать с твердости, как наиболее постоянной характеристики большинства минералов, не зависящей от размеров образца или крупности его зерен или кристаллов в породе. По твердости все минералы разбиты на семь групп (см. выше). В каждой из первых шести групп минералы дополнительно объединены по блеску в небольшие подгруппы, где каждый минерал имеет определенный номер, против которого указаны наиболее характерные признаки, отличающие данный минерал от других.

Читайте также  Химия в быту

Ход определения минерала примерно следующий:

1. Определяем твердость минерала по шкале Мооса.

2.Определяем блеск минерала на свежей поверхности скола.

3. Определение цвета и черты.

4. Выбор подходящих минералов по вертикальным графам определенных свойств пунктов 1,2,3.

5. Идентификация посредством определения прочих свойств по горизонтальным строкам определителя.

Химическая классификация минералов

Тульский государственный педагогический университет им Л.Н. Толстого
Кафедра экологии
Голынская Ф.А.

Современные представления о минералах

Вопросы 4,5 рассматриваются на лабораторных занятиях.

1.Образование и распространение минералов.

Минералами называют физически и химически однородные кристаллические тела, образовавшиеся в результате природных физико-химических процессов.

Минералы образуются в земной коре, входят в состав мантии и более глубоких слоев планеты, рассеяны в гидросфере и атмосфере. Минералы слагают также Луну, многие планеты и их спутники, астероиды, входят в состав метеоритов и мельчайших частиц космической пыли, падающих на поверхность Земли. Они также образуются при столкновении с Землей крупных космических тел.

К минералам относят и кристаллические продукты жизнедеятельности различных организмов, например сульфит редуцирующих бактерий, благодаря которым самородная сера и карбонат кальция образуются за счет гипса. Минералы входят в состав тканей животных и растений. Минералы, образуя органоминеральные агрегаты, например, в виде апатита в костях, флюорита в зубах, тридимита в скелете радиолярий и т.д. После отмирания организмов, некоторые из этих минералов образуют скопления ценного минерального сырья, например, фосфоритов, трепека и т.д.

Земная кора сложена в основном полевыми шпатами и кварцем, на их долю приходится 55 и 10 % соответственно (данные А.Е.Феремана), широко распространены также пироксены, амфиболы, хлориты, слюды, глинистые минералы, карбонаты и др.

Сравнительно часто встречаются еще несколько десятков минералов. Остальные очень редки.

2. Химический состав минералов.

В состав минералов входит большинство химических элементов периодической системы. Различают видообразующие элементы – Si, O, H, Al, Ca, Na, Mg, Cu, Pb, S, и др. Минералы представлены следующими основными типами химических соединений:

  1. простыми веществами или самородными элементами – самородная сера, графит, самородная медь, золото, платина и др.;
  2. оксидами и гидрооксидами: корунд Al2O3, рутил TiO2, куприт Cu2O и др.;
  3. солями различных кислородсодержащих и бескислородных кислот: галит NaCl, пирит FeS2, кальцит CaCO3, барит BaSO4 и др.

Для многих солей характерны комплексные анионы (радикалы): в силикатах [SiO4] 4+ , в карбонатах [СО3] 2- , в фосфатах [РО4] 3- и др.

Способность минералов к образованию соединений переменного состава называется изоморфизмом (греч. «изоа» – одинаковый; «морфо» – форма), который состоит во взаимном замещении атомов и ионов в кристаллических решетках минералов без нарушения их строения. Изоморфизм обусловлен близостью свойств атомов и ионов, а также воздействием температуры, давления, концентрацией компонентов. Пример. Изоморфный ряд группы плагиоклазов (кл. силикаты и п / кл. полевые шпаты), крайние члены которых альбит Na [AlSi3O8] и анортит Ca [Al2Si2O8].

3. Структуры минералов и полиморфизм.

Все многообразие кристаллических структур минералов можно свести к 5 типам, отличающимся характером расположения атомов.

  1. Координационные структуры характеризуются одинаковыми расстояниями между атомами. Некоторые минералы представлены огромными массами почти мономинеральных пород или промышленных скоплений – месторождений полезных ископаемых, такие как магнетит, магнезит, кальцит, гипс, галит 3+ и пр. В тоже время известны минералы, которые находятся в количестве, едва достаточном для их диагностики. В природе 3000 видов. Распространенность и число минеральных видов в земной коре определяются в основном распространенностью и химическими свойствами атомов минералообразующих элементов, способность которых концентрироваться с образованием минералов или рассеиваться, т.е. их химическая активность зависит от физико-химических условий среды. Для них характерна плотнейшая упаковка. Примеры: (золото самородное), анионы кислорода в гематите, или катионов кальция во флюорите.
  2. Островные структуры характеризуются различными межатомными расстояниями. Анионные радикалы или замкнутые молекулы представляют собой как бы отдельные «острова». Межатомные расстояния в пределах этих «островов» меньше, а прочность химических связей существенно больше, чем в остальной части структуры. Примеры: силикаты с изолированным тетраэдрическим анионным радикалом [SiO4] 4 — ; оливин (Mg,Fe)2[SiO4], топаз
    Al2[SiO4](OH,F)2 и др; карбонаты с изолированным треугольным радикалом [CO3] 2- ; кальцит Ca[CO3], доломит CaMg[CO3]2 и др. Есть минералы с более сложным строением «островов».
  3. Цепочечные структуры образованы бесконечными одномерными радикалами, которые состоят из линейно-связанных координационных полиэдров. Расстояние между атомами в пределах цепочек меньше, а прочность химических связей больше, чем между ними. В структурах одних минералов цепочки одинарные (силлиманит Al[SiAlCO5]), других минералов сдвоенные – ленточные структуры (антофиллит
    Mg7[Si4O11]2(OH)2.
  4. Структуры слоистые (листовые) отличаются тем, что межплоскостные расстояния в пределах плоскости (слоя) меньше, чем между плоскостями (слоями), и соответственно атомы прочнее связаны с соседними атомами плоскости (слоя), чем с атомами другой плоскости (другого слоя). Графит С, тальк Mg3[Si4O10](OH)2, брусит
    Mg(OH)2.
  5. Каркасные структуры характеризуются ажурным объемным соединением координационных полиэдров всеми общими вершинами или ребрами. В крупных пустотах каркаса могут располагаться большие по размерам атомы. Структуры с каркасным мотивом имеют кварц SiO2 и полевые шпаты (альбит Na[Si3AlO8]).

Явление кристаллизации вещества одного и того же состава в виде кристаллов разных сингоний было установлено в прошлом веке и называется полиморфизмом, а переходы из одной кристаллической формы в другую – полиморфными превращениями или переходами. Минералы одного и того же состава, но с разной кристаллической структурой называются полиморфными модификациями. Они могут отличаться координационным числом. Например, у полиморфных модификаций состава Al2SiO5 для ионов Al 3+ К.4. = 6 (у дистена), 6 и 5 (у андалузита), 6 и 4 (у силлиманита).

Распространены также полиморфные модификации у которых одинаковые координационные группировки атомов при одном и том же располагаются относительно друг друга под разными углами. Примеры: полиморфные модификации состава SiO2 : a — и b — кварц, b — кристобалит, тридимит и др.

Полиморфные превращения бывают обратимыми (энантотропными) и необратимыми (монотропными). Например, при нагревании до 340 0 арагонит монотропно превращается в кальцит. Обратного превращения при охлаждении не происходит.

Нередко полиморфные превращения происходят с сохранением внешней формы: параморфозы, например, b — кварца по a — кварцу, кальцита по арагониту, пирита по маркозину.

6. Классификация минералов.

В основу современной классификации минералов положены принципы, учитывающие наиболее существенные признаки минеральных видов – химический состав и кристаллическую структуру. В соответствии с этим классификация может быть представлена в следующем виде:

1 класс – самородные элементы или простые вещества. Кроме самородных металлов (Au, Ag, Pt, Hg, Cu), полуметаллов (As, Sb, Bi) и неметаллов (C, S), сюда условно относятся малораспространенные нитриды, карбиды, фосфиды, силициды.

2 класс— сульфиды и их аналоги – арсениды, антимониты, висмутиды, теллуриды, селениды. (S — )

3 класс – галоиды (галогениды), кроме хлоридов, фторидов, бромидов и иодидов относятся также окси- и гидрогалоиды (Cl — , Br — , I — , F — ).

4 класс – окислы и гидроокислы (О 2- , ОН — ).

5 класс— силикаты, алюмосиликаты и их аналоги – боросиликаты, титаносиликаты, цирконосиликаты, бериллосиликаты (SiO4 4 — ).

6 класс – бораты (ВО2) — , борацит, примеры бура (водный борат).

7 класс – карбонаты [CO3] 2- .

8 класс – нитраты [NO3] — .

9 класс – фосфаты и их аналоги – арсенаты и ванадаты [РО4] 3- .

10 класс – сульфиты и их аналоги – техлураты и селенаты.

11 класс – молибдаты и вольфраматы [МоО4] 2- повелит, [WO4] 2- вольфрамит.

Классы подразделяются на подклассы, классификационным признаком которых служит структурный тип минералов. В большинстве классов выделяются подклассы минералов с координационной, островной, цепочечной, слоистой и каркасной структурами.

Наряду с кристаллохимической существуют и другие классификации минералов, основанные на иных принципах. Например, генетическая классификация основана на типе генезиса минералов, в технологии переработке руд используют классификации на основе их физических (разделительных) свойств, например по магнитности, плотности, растворимости, плавкости и др. признакам.

7. Понятие о горных породах.

Земная кора сложена различными минеральными агрегатами, называемыми горными породами. Горные породы могут быть мономинеральными (мрамор) или полиминеральными (гранит) . Минеральный состав каждой горной породы более или менее одинаков. Химический состав ее, естественно, зависит от того из каких минералов она состоит. Горная порода образуется в определенных геологических условиях, которые влияют на форму ее залегания, характер и взаимоотношения составляющих ее минералов- структуру и текстуру (смотри рисунок).

Каждая порода отличается от других пород также и по физическим свойствам: окраске, плотности, механической прочности, плавкости и т.д.

Читайте также  Психологические особенности нехимических зависимостей

Таким образом, горная порода – это агрегат более или менее количественно и качественно постоянных минеральных зерен, отличающихся определенным строением, физическими свойствами и геологическими условиями образования.

По происхождению горные породы разделяются на 3 группы.

  1. Магматические– связанные с процессами магматической деятельности.
  2. Осадочные– связанные с экзогенными процессами.
  3. Метаморфические– образующиеся в результате преобразования магматических и осадочных пород.

Литосфера на 95% сложена магматическими и металлическими породами и только 5% состоит из осадочных пород. В тоже время, осадочные покрывают 75% земной поверхности и только 25% ее занято магматическими и металлическими породами.

Всесторонним изучением горных пород (минерального и химического состава, их строения, происхождения, условий залегания, взаимоотношений между различными породами, изменение горных пород с течением времени) занимается петрография. Наука, занимающаяся главным образом происхождением магматических и металлических пород называется петрологией, а наука об осадочных породах – литологией.

Классификация минералов

Классификация минералов является систематическим распределением минеральных видов по классам и категории, в соответствии с общими характеристиками , подходящими для облегчения их изучений, и , в частности , идентификация минералов , происходящей из горных пород , взятых в полевых условиях .

Резюме

  • 1 Общая классификация
  • 2 Система Даны
  • 3 Классификация Струнца
  • 4 класса минералов
    • 4.1 Самородные элементы (и карбиды, нитриды, фосфиды, силициды)
    • 4.2 Сульфиды и производные
    • 4.3 Оксиды и гидроксиды
    • 4.4 Галогениды
    • 4.5 Карбонаты и нитраты
    • 4.6 Бораты
    • 4.7 Сульфаты и производные
    • 4.8 Фосфаты и производные
    • 4.9 Силикаты
    • 4.10 Органические минералы
  • 5 Примечания и ссылки
  • 6 См. Также
    • 6.1 Связанные статьи
    • 6.2 Внешние ссылки

Основная классификация

В начале XIX века химик Берцелиус в своей Новой минералогической системе предлагает классификацию, учитывающую химический состав минералов. Он был улучшен, в частности, Даной в 19 веке, а затем Струнцем в 20 веке , благодаря прогрессу в аналитической химии и кристаллографии .

Недавние пересмотры классификации Дана (1997) и классификации Струнца (2001) основаны на кристаллохимии . Они рассматривают группы атомов, составляющих минерал: группы с положительным зарядом, катионы и группы с отрицательным зарядом, анионы . В химической формуле минерала катионы расположены слева, а анионы — справа. Благодаря формуле мы можем узнать, к какому классу принадлежит минерал. Таким образом, кальцит обозначается как CaCO 3 : [Ca] 2+ [CO 3 ] 2- и относится к классу минералов «карбонаты и нитраты» . Минералы подразделяются на 10 классов минералов ( см. Ниже ), не считая ложных минералов .

Система Даны

Система Даны основана как на химических свойствах, так и на кристаллической структуре минералов. Каждый минеральный вид идентифицируется уникальной группой из четырех чисел, разделенных точками, представляющих:

  • класс минерала;
  • тип минерала на основе различных критериев, включая атомные характеристики минерала;
  • группа в зависимости от кристаллической структуры и пространственной группы минерала;
  • номер, уникально присваиваемый каждому минеральному виду в группе.

Например, магнезит MgCO 3 обозначается номером 14.1.1.2. Это минерал класса 14 ( безводные нормальные карбонаты ), типа 1 (простая формула ACO 3 ), группы 1 (кальцит: тригональная структура, пространственная группа R 3 c ). Это 2- й элемент этой группы.

Классификация Штрунца

Минеральные классы

Минералы делятся на 10 минеральных классов. Эти классы являются общими для классификации Дана и для классификации Штрунца, но нумерация в этих двух системах различается.

Самородные элементы (и карбиды, нитриды, фосфиды, силициды)

В нативных элементах представляют собой химические вещества , которые не могут быть разбиты на более простое тело. Они составляют от 3 до 4% минеральных видов. Металлы существуют в форме самородных элементов (чистых компонентов) или, в более общем смысле, сплавов .

Эти минералы делятся на семь подклассов:

  • самородные металлы: золото (Au), серебро (Ag), медь (Cu), платина (Pt),…;
  • полуметаллы: висмут (Bi), сурьма (Sb), мышьяк (As),…;
  • металлоиды: углерод (C), сера (S), .
  • карбиды
  • нитриды
  • фосфиды
  • силициды

Сульфиды и производные

Они составляют от 15 до 20% минералов, или 350 видов. Многие руды — сульфиды.

Они делятся на две группы:

  • анионная группа содержит только один металлоид : сера для сульфидов , селен для селенидов , теллур для теллуридов , мышьяк для арсенидов , сурьма для антимонидов , наиболее распространенными из которых являются пирит (FeS 2 ) и галенит (PbS);
  • sulfosalt : анионный фрагмент состоит из серы и другого металлоида . Примеры: цинкенит Pb 6 Sb 14 S 27 , теннантит (Cu, Fe) 12 As 4 S 13 .

Оксиды и гидроксиды

Четвертый класс включает минералы, анионная группа которых состоит из кислорода или гидроксила ([OH] — ). 14% минералов составляют оксиды .

Они делятся на три подкласса:

  • простые оксиды: гематит (Fe 2 O 3 ), железная руда ;
  • множественные оксиды: шпинель (MgAl 2 O 4 ) используется в украшениях как заменитель рубина ;
  • гидроксиды.

Галогениды

Анионная группа галогенидов образована галогенами . Этот класс составляет от 5 до 6% минеральных видов. Самыми известными минералами, несомненно, являются галит NaCl, или каменная соль, и флюорит CaF 2 . Галогениды хрупкие, легкие и часто растворимы в воде.

Карбонаты и нитраты

Эти минералы отличаются своей хрупкостью и низкой твердостью.

Есть два подкласса:

  • Карбонаты : анионная группа представляет собой карбонатную группу [CO 3 ] 2- . Они представляют 9% известных видов или около 200 видов. Среди них важные виды, такие как кальцит (CaCO 3 ), который является основным компонентом известняка ;
  • Нитраты : анионная группа — ион нитрата [NO 3 ] — . Пример: нитронатрит (NaNO 3 ).

Бораты

  • Бораты : анионная группа представляет собой борат-ион [BO 3 ] 3- или [BO 4 ] 5- . Эта небольшая семья представляет 2% полезных ископаемых.

Сульфаты и производные

Этот класс включает около 230 видов, т. Е. 10% от общего количества, и определяется анионной группой формы [XO 4 ] 2- .

  • Сульфаты : [SO 4 ] 2- . Самым известным сульфатом, несомненно, является гипс , гипсовый камень (CaSO 4 · 2H 2 O ).
  • Хроматы : [CrO 4 ] 2- .
  • Вольфраматы : [WO 4 ] 2- .
  • Молибдаты : [MoO 4 ] 2- .

Фосфаты и производные

Этот класс включает около 250 видов, или 16% от общего числа, но многие из них можно наблюдать только в небольших кристаллах. Анионная группа имеет вид [XO 4 ] 3- .

Силикаты

Основная единица минерала — силикат-ион [SiO 4 ] 4- . Атом кремния находится в центре треугольной пирамиды. Этот геометрический объем, образованный 4 равносторонними треугольниками, представляет собой тетраэдр .

Эти силикаты составляют более четверти минералов на поверхности земного шара. Это изобилие привело к особой классификации. Это включает в себя структурные понятия, то есть функцию последовательности тетраэдров [SiO 4 ]. Расположение связей между тетраэдрами изменяется присутствием других ионов.

Силикаты делятся на 6 подклассов:

  • Несосиликаты . Приставка néo происходит от греческого языка, означающего «остров». Между тетраэдрами нет связи. По крайней мере, один атом изолирует их, и формула переводит это: там появляется группа [SiO 4 ]. В nesosilicates составляет около 5% минеральных видов. Он содержит оливин (Mg, Fe) 2 SiO 4 , гранаты и топазы .
  • Соросиликаты . Приставка soro- по-гречески означает «кластер». Тетраэдры SiO 4 соединяются попарно в вершине, образуя группу Si 2 O 7. . Каждая единица двух тетраэдров отделена от других промежуточными анионами. В sorosilicates составляет около 3% минеральных видов. Среди них мы находим эпидот .
  • Циклосиликаты . Цикло- по-гречески означает «кольца». Тетраэдры объединяются в циклические группы, содержащие 3, 4 или 6 тетраэдров или даже больше. Химические формулы, указывающие [Si 3 O 9 ], [Si 4 O 12 ] или [Si 6 O 18 ] относятся к циклосиликатам . Если они составляют только 2% минеральных видов, они очень хорошо известны как драгоценные камни. Во-первых, это все бериллы : ( аквамарин , изумруд ) и все турмалины .
  • Иносиликаты . Приставка ино- по-гречески означает «волокна». Тетраэдры образуют цепочки SiO 3 . Ленты также могут быть конденсацией нескольких цепочек, наиболее распространенной из которых является Si 4 O 11. . В inosilicates представляют 4,5% минеральных видов. Два основных семейства — это пироксены (одиночные цепи) и амфиболы (двойные цепи). Волокнисто закристаллизованные амфиболы представляют собой асбест .
  • Филлосиликаты . Греческая приставка филло- означает «лист». Анионная группа этого семейства — [Si 4 O 10 ]. Тетраэдры образуют толстые листы тетраэдров одной-двух толщин. Таким образом, существует несколько семейств: слюды , глины и змеевики . В филосиликатах составляют около 6,5% видов.
  • Тектосиликаты . Приставка tecto происходит от греческого «каркас». Все тетраэдры связаны общим кислородом и образуют силикатный каркас. Таким образом, основная химическая формула — SiO 2, как и для кварца . В некоторых тетраэдрах кремний может быть заменен атомом алюминия. Таким образом, кремнезем SiO 2 становится (Si, Al) O 2 . Число и характер замен определяют семейства полевых шпатов , фельдшпатоиды и цеолитов . Эти каркасные силикаты представляют собой 4% минеральных веществ. Есть лазурит (или лазурит для минералогов) и амазонит .

Органические минералы

Этот класс насчитывает около 30 видов с четко выраженной кристаллографической структурой. Так обстоит дело с уэвеллитом , минералом , входящим в состав камней в почках.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: