Механічні властивості мінералів, генетична мінералогія, навчальна база
Твердість мінералу є його характерною властивістю і допомагає його ідентифікації. Традиційно твердість, якою оперують мінералоги, визначається шляхом дряпання, коли оцінюється здатність гострого краю одного мінералу залишити слід на рівній поверхні іншого. Така перевірка грунтується на ряді мінералів, підібраних в 1824 р австрійським мінералогом Ф. Моосом (1773-1839) і пронумерованих їм від 1 до 10 в порядку збільшення твердості. Кожен мінерал залишає подряпину на тих мінералах, які мають менший номер в цій шкалі, але не виробляє такого впливу на мінерали з великим номером. Еталонами послужили такі мінерали:
Шкала твердості Мооса
1. Тальк 6. Ортоклаз
3. Кальцит 8. Топаз
4. Флюорит 9. Корунд
5. Апатит 10. Алмаз
Моос прекрасно усвідомлював, що інтервали твердості в його шкалою нерівноцінні, але він відзначав, що це не повинно применшити її корисність, і практика підтвердила його точку зору.
До переліку еталонних мінералів можна додати для зручності такі корисні при практичних визначеннях кошти: ніготь великого пальця, який у більшості людей дряпає гіпс, але не кальцит, хорошої якості вістря складаного ножа, яке злегка дряпає ортоклаз, і звичайне віконне скло, яке може дряпатися ортоклазом і легко дряпається кварцем.
Для визначення твердості необхідно мати в своєму розпорядженні уламки мінералів зазначеної шкали. Кожен уламок можна вмонтувати за допомогою епоксидної смоли в кінець короткої металевої трубки, т. Е. Виготовити набір «олівців» для визначення твердості, якими зручно користуватися. Для визначення твердості потрібно вибрати рівну поверхню, що буває важко, так як багато мінералів є крихкими і краю їх нерівних ділянок
можуть кришитися, що ускладнює точне визначення твердості. Коли подряпина або інший відбиток залишені на рівній поверхні, то видно, що, незважаючи на крихкість, випробуваний мінерал піддається пластичної деформації під впливом гострого краю еталонного мінералу. Подряпину слід проводити короткими обережними рухами, щоб не зіпсувати зразок. Коли перевіряється мінерал близький по твердості до стандарту, залишений слід необхідно злегка протерти і розглянути під лупою, щоб переконатися, що подряпина дійсно була зроблена.
Співвідношення твердості за шкалою Мооса з твердістю, отриманої методом мікровдавліванія
Існує стандартний метод визначення твердості металів за допомогою вдавлення в їх поверхню під відомою навантаженням пірамідального алмазного наконечника і подальшого вимірювання діаметра утворилася вм'ятини (див. Розд. 7.9.2). Цей метод можна з успіхом застосувати до крихким мінералів, які відчувають пластичну деформацію під локальної навантаженням, і використовувати для порівняння зі шкалою твердості Мооса.
Результати дослідів з проведення подряпини на металах показують, що твердість залишає на їх поверхні слід наконечника повинна бути приблизно в 1,2 рази більше твердості поверхні. Якщо це так, то в міру зростання твердості інтервали між стандартами на шкалі Мооса будуть систематично зростати, оскільки в ідеалі кожен стандарт повинен мати твердість по крайней мере в 1,2 рази більшу, ніж попередній. Якщо результати визначення твердості входять в шкалу Мо-оса мінералів, отримані методом мікровдавліванія (MB), зіставити з числами, які їм присвоїв Моос, то буде видно, що інтервали дійсно збільшуються закономірно, за винятком надзвичайно великого інтервалу між корундом і алмазом (рис. 6.3). Хоча в значеннях твердості, знайдених методом MB різними дослідниками, спостерігається деякий розкид, можна говорити про те, що кожен стандартний мінерал шкали Мооса аж до корунду (№ 9) в 1,6 рази твердіше предидуще-
Мал. 6.3 Залежність між шкалою твердості Мооса і результатами, отриманими методом мікровдавліванія (за даними D. Tabor, PIOC. Phys. Soc. 67: 254, 1954).
го. Це свідчить про те, що Моос відбирав свої мінерали з великою ретельністю і мистецтвом, щоб отримати нерівні, а обгрунтовані інтервали своєї шкали. Виняток становить алмаз, який за твердістю значно перевищує всі інші стандартні мінерали.
Твердість, подібно іншим фізичним властивостям, залежить від анізотропії структури мінералів та варіює за різними напрямками. Це справедливо навіть для кубічних мінералів. За винятком декількох випадків (наприклад, у кіаніту Тв. = 4. 5 на площині (100), паралель ний осі ж, 6-г 7 на площині, паралельної осі у, і 7 на площині), різниця не Яка ж до велика, щоб її варто було враховувати. У алмазу, проте, різниця в твердості на різних гранях значна, що і дозволяє здійснювати його огранювання за допомогою шліфування алмазним порошком.
Твердість різних груп мінералів
Корисним є привести деякі узагальнені дані про твердість мінералів. Додаткові відомості наведені в Додатку II.
Самородні елементи, не рахуючи ярчайшего виключення, представленого алмазом, зазвичай є м'якими. Разом з тим платина (Тв. = 4. 4,5) і залізо (Тв. = 4,5) достатній але тверді; ще більшою твердістю володіє ірідосмін (Тв. = 6. 7). Сполуки важких металів (срібла, міді, свинцю, вісмуту і ртуті) є м'якими (Тв. <4).
Більшість сульфідів і сульфосолей щодо м'які, хоча у звичайного дисульфіду заліза - піриту - Тв. = 6. 6,5. Галогеніди м'які.
Карбонати і сульфати зазвичай м'які. Фосфати мають проміжними значеннями твердості (Тв.
Безводні силікати найчастіше тверді (Тв. = 5,5. 8), а водні силікати (слюди, цеоліти) м'якше.
Оксиди, як правило, тверді, а гідроксиди, навпаки, відносно м'які.
Спостерігається у багатьох мінералів здатність розколюватися по окремим площинах атомів в структурі свідчить про те, що вздовж цих площин сили зв'язку виявляються слабшими, ніж уздовж інших напрямків.
Площині спайності завжди мають високу щільністю атомів і у всіх випадках паралельні можливим гранях кристала. Одночасно вони є кристалографічними площинами і визначаються відповідними індексами Міллера. Спайність виявляють, простежуючи регулярні системи тріщин в прозорих мінералах, таких, як флюорит або кальцит, або рівні відображають площині, що утворюються при розколюванні кристалів, що спостерігається у польових шпатів, піроксенів і слюд. Це сталий розвиток і надійне властивість, яке часом виявляється хорошим засобом, що дозволяє встановити симетрію мінералів. Сліди площин спайності грають важливу роль реперних напрямків при оптичному вивченні ксеноморфні зерен (т. Е. Не мають добре виражених граней) під мікроскопом.
Залежно від легкості, з якою мінерали розколюються по певним площинам, спайність позначається такими термінами:
дуже досконала: крайній випадок розколювання, коли його навіть важко запобігти - розщеплення у слюди, паралельна площині, або у молібденіту уздовж плоско сти;
досконала: розколювання відбувається легко, наприклад у флюориту по, кальциту по, бариту по; середня: як у ортопироксена уздовж; недосконала: зазначається у фторапатита і інших мінералів групи апатиту паралель але.
Інші види спайности відносяться до важко розрізняються.
Окремістю називають властивість мінералів розколюватися по певним дискретним площинах на противагу спайности, яка проявляється уздовж будь-якої з площин, що знаходяться на міжатомних відстанях. Окремість нерідко пов'язана з наявністю пластинчастих вростков в кристалах, що виникають в результаті екссолюціі по певних кристалографічних площинах в мінералі-господарі. Вона спостерігається, наприклад, в деяких авгита, які містять пластинчасті виділення піжоніта або ортопироксена, паралельні (рис. 2.12).
Знання атомної структури мінералу часто дозволяє пояснити напрямок спайности. Це добре видно у слюд, де просторове розташування атомів характеризується наявністю площин, паралельних. Площині групуються в складні шари (див. Рис. 11.53), що складаються із сполучених кутовими вузлами тетраедрів SiO4. які в свою чергу пов'язані вершинами з шаром октаедрів AlO6 (або MgO6. або Fe 2+ O6), що мають спільні ребра. Послідовно розташовані складні шари з'єднуються один з одним за допомогою слабких зв'язків з K +, який знаходиться в 12-кратної координації. Таким чином, єдиний заряд у K + ділиться між 12 оточуючими його іонами, і тому кожна зв'язок є електростатично ослабленою. Звідси легко зрозуміти наявність у слюд спайности уздовж площин з іонами K +.
Рис 6. 4 раковістим злам у обсидіану
Спайність пироксенов і амфиболов також безпосередньо пов'язана з їх структурою, яка містить ланцюжка тетраедрів SiO4, розташовані паралельно кристалографічної осі Z Спайність виникає, як це випливає з рис 11.31 і 11.41, по площинах між ланцюжками
Якщо мінерал розколюється не вздовж площині спайності, а по інших напрямках, то поверхня зламу може мати характерні осо бенностями.
Найбільш поширену різновид являє собою раковистий злам. Досліджуваний мінерал при ударі розколюється по увігнутим поверхнях з характерними гребенями, що розташовуються приблизно концентрично навколо місця удару, причому вся поверхня нагадує стулку раковини молюска. Такий злам спостерігається у стекол і найбільш яскраво проявляється у вулканічного скла - обсидіану (рис. 6. 4), який є породою, а не мінералом. Раковистий злам легко дає скритокристаллич-ський кварц у вигляді кременю 1. і первісні люди використовували це його властивість для виготовлення знарядь праці з гострими ріжучими краями, які утворюються пересічними поверхнями зламу. Серед відомих мінералів раковистий злам спостерігається у кварцу і олівіну
З інших, менш відомих видів зламу сле дме згадати рівний, нерівний і заїдливий Останній термін застосовується до поверхонь з невеликими, але гострими і зазубреними нерівностями.
Під міцністю розуміється здатність мінералу реагувати на удар, розчавлювання, розрізування і вигин
Самородні метали - мідь, срібло і золото - можуть бути сплющені легкими ударами MO-
Практичний посібник містить весь комплекс робіт, починаючи з рекогносцировки та складання проекту і до отримання координат і висот точок постійного планово-висотної знімальної основи, що створюється при інженерних вишукуваннях і для великомасштабних ...
Моделювання процесів в земній корі в зв'язку з землетрусами завжди було пов'язане зі значними труднощами. Однак подібність руйнування в земній корі і монолітному лабораторному зразку визнавалося практично без обговорень, що ...
Хоча в наведеному вище описі хімічні зв'язки розглядалися так, як якщо б у природі вони існували окремо, в дійсності ж більшість зв'язків має властивості, проміжними між чисто ковалентного, чисто ...
Слід звернути увагу, що при проектуванні підземного контуру споруди і зміні противодавления (РШ) можуть істотно змінюватися градієнти напору на ділянках вертикальних граней споруди (див. Рис. 3.24) і, як наслідок, активне ...
Характеристики щільності, вологості і пористості грунту. Фізичні характеристики грунтів дозволяють кількісно оцінити їх властивості і не залежать від застосовуваних методів розрахунку грунтових середовищ. Ряд фізичних характеристик грунтів може бути отриманий ...
За останні 15. 20 років в результаті численних експериментальних досліджень із застосуванням розглянутих вище схем випробувань отримані великі дані про поведінку грунтів при складному напруженому стані. Оскільки в даний час в ...
Методика визначення об`єму ремонтних робiт за мiжремонтнім перiод згiдно з цiєю методикою на основi трівалостi мiжремонтного перiоду роботи свердловин планируют Кількість зупинок свердловин з урахуванням можлівостi сумiщення одних видiв ремонту з ...
Блок циліндрів і картер у більшості сучасних автомобільних і тракторних двигунів виконують у спільній литві? З чавуну або алюмінієвого сплаву. Спільна виливок блоку циліндрів і верхньої половини картера дає можливість при ...
Способ кутової засічкі застосовують для розбівка недоступних точок, что перебувають на значній відстані від вихідних пунктів. Розрізняють Прямі й зворотнього кутові засічкі. У способі прямої кутової засічкі положення на місцевості проектної точки ...