Механічні властивості мінералів - студопедія
Розщеплення - здатність мінералу розщеплюватися або розколюватися при ударі по певних напрямках з утворенням рівних, дзеркально-блискучих поверхонь - площин спайності. Спайність властива виключно кристалічним мінералів, обумовлена їх внутрішньої кристалічної структурою і її площині завжди спрямовані паралельно одній з граней кристала. Розрізняють п'ять видів спайності:
1). Вельми досконала розщеплення - мінерал легко розщеплюється на тонкі листочки або пластинки, утворюючи дзеркально-блискучі площини спайності (біотит, мусковіт, гіпс).
2). Досконала спайність - при ударі мінерал розколюється на уламки, що нагадують кристал, обмежені тільки площинами спайності (кальцит, галіт). Нерівні поверхні (не по площинах спайності) виходять дуже рідко.
3). Середня розщеплення - при розколюванні мінералу виходять уламки, обмежені як площинами спайності, так і нерівними поверхнями по випадковим напрямками (поверхні зламу) (ортоклаз, рогова обманка).
4). Недосконала розщеплення - площині спайності виявляються з працею, переважають поверхні зламу (олівін, апатит).
5). Досить недосконала спайність - мінерал розколюється з утворенням тільки поверхонь зламу (кварц).
Злам - вид поверхні, одержуваної при розколюванні мінералу не по площинах спайності. Розрізняють такі види зламу: раковистий - нагадує поверхню морських раковин (кварц, халцедон, опал); заїдливий - поверхня зламу покрита орієнтованими в одному напрямку скалками, голками (гіпс, рогова обманка, азбест); землистий - з шорсткою матовою поверхнею, як би покритим пилом (каолініт, монтморилоніт, лимонит); зернистий - спостерігається у мінералів з зернисто-кристалічною будовою і характерний для мінеральних агрегатів (магнетит, ангідрит, кам'яна сіль); ступінчастий (ортоклаз); нерівний (авгит, альбіт).
Твердість - характеризує ступінь опору мінералу зовнішнього механічного впливу. Твердість мінералів обумовлена внутрішньою будовою їх кристалічних решіток. Розрізняють твердість відносну, яка визначається при дряпанні випробуваного мінералу еталонними мінералами, а також предметами з відомою твердістю, і абсолютну, яка встановлюється за часом стирання шару мінералу певної товщини, або визначається на спеціальному приладі - склерометри шляхом вдавлення в поверхню мінералу дуже твердого металевого кульки. Для визначення відносної твердості мінералів прийнята шкала твердості Мооса (таблиця 1), в якій в якості еталонів використовуються мінерали з відомою твердістю. Еталонні мінерали в шкалі Мооса розташовуються в порядку зростання твердості так, що кожний наступний мінерал дряпає всі попередні. Випробування на твердість виробляють на свіжих гранях, зламах і поверхнях спайности, так як вивітрювання, мікротріщинуватості, сторонні нальоти спотворюють результати. Для визначення твердості на випробуваному мінералі вибирається рівний майданчик, по якій, злегка натискаючи, проводять гострими кутами еталонних мінералів, починаючи від більш м'яких. Отримавши слід від еталону, необхідно переконається, що це дійсно подряпина, а не залишена еталоном риса. Для цього пробують стерти слід пальцем і розглядають його в лупу. Твердість випробуваного мінералу буде вищою за твердість останнього мінералу, дав рису, і нижче твердості першого мінералу, який залишив подряпину. Так, наприклад, мінерали тальк, гіпс і кальцит залишають рису (пишуть) на поверхні випробуваного мінералу, а мінерал флюорит (і всі наступні) залишають подряпину. Отже, твердість випробуваного мінералу більше 3, але менше 4 і дорівнює приблизно 3,5. У польових умовах для визначення відносної твердості застосовують різні підручні засоби з відомою твердістю, наприклад твердість м'якого олівця - 1, нігтя - 2, мідної монети - 3, залізного цвяха - 4. 4,5, скла - 5, голки і сталевого ножа - 6 , напилка - 7.
Шкала твердості мінералів
Відносна твердість по Моосу
Справжня щільність по відношенню до корунду
дуже тверді - ріжуть скло
При визначенні твердості мінералів слід знати, що дрібнозернисті і волокнисті агрегати при випробуваннях показують занижену твердість, так як залишився від дряпання слід викликається деформацією і викрошіванія дрібних кристалів.
Оптичні властивості мінералів
Колір - забарвлення мінералу в зразку. Мінерали мають різноманітний колір, для багатьох з них він строго постійний, наприклад альбіт завжди білий, малахіт - смарагдово-зелений. Колір мінералів залежить від внутрішньої крісталлохимічеськой структури, змісту фарбувальних елементів (хромофор), наявності механічних домішок. Завдяки Хромофорную домішкам (до них відносяться елементи Fe, Ni, Co, Ti, Cr, Mn, Cu, і ін.) Колір одного і того ж мінералу може бути різним. Наприклад, безбарвний кварц може стати фіолетовим (аметист) або чорним (морион). Для точної оцінки колір мінералу слід визначати на свіжому зламі, так як на поверхні мінералу колір може змінюватися в результаті вивітрювання.
Деякі мінерали змінюють колір залежно від кута падіння світла, наприклад, лабрадор при зміні кута набуває красиву райдужну - синю, сіру або зелене забарвлення. Це явище називається иризацией і виникає у лабрадора за рахунок інтерференції світла, відбитого від обох площин мікротріщин спайности, заповнених найтоншими плівочка мінералу ільменіту.
Колір риси - колір мінералу в порошку, визначається по межах, залишеної на білій шорсткою порцелянової платівці. Колір риси може збігатися з кольором мінералу в шматку, наприклад кіновар і в шматку і в порошку має червоний колір, магнетит - чорний, малахіт - зелений. У ряду мінералів, що маскується сильним блиском, колір кристалів може не збігатися з кольором риси. Так, солом'яно-жовтий пірит дає чорну риску, а залізно-чорні кристали гематиту залишають вишнево червону межу. Колір риси є більш постійним, а отже, і більш надійним діагностичним ознакою, ніж колір мінералу в шматку. Так, наприклад, мінерал гіпс в шматку, в залежності від домішок, може бути медово-жовтого, рожевого, сірого кольору, але риса у гіпсу завжди біла. Те ж спостерігається у мінералів Галіт, кальцит і ін. Червоний, бурий і магнітний залізняк (гематит, лимон і магнетит) в шматках часто мають однаковий колір і розрізнити їх можна тільки по різному кольором риси - відповідно червоному, жовтому і чорному.
Блиск - здатність мінералу відбивати світло, що падає на його поверхню. Інтенсивність блиску, тобто кількість відбитого світла, залежить, перш за все, від показника заломлення світла мінералу - чим більше показник заломлення, тим інтенсивніше блиск. Другим важливим фактором, що впливає на блиск мінералів, є характер поверхні, від якої відбувається відображення. Тому один і той же мінерал набуває різний блиск в залежності від того, в яких агрегатах він зустрічається. По блиску все мінерали поділяються на три групи: з металевим, напівметалевим і неметалічних блиском.
Мінерали з металевим блиском непрозорі, дають Темна рису і блиск їх схожий з блиском свежеізломанних або полірованих поверхонь металів. Металевий блиск характерний для самородних металів (Au, Ag, Cu, Pt) і мінералів, які є рудами різних металів.
Напівметалевий блиск характерний для мінералів, поверхня яких має вигляд потьмянів згодом металу. Мінерали з напівметалевим блиском (графіт, гематит) дають межу світлішу, але інтенсивно забарвлену.
Неметаллический блиск спостерігається у мінералів прозорих і просвічують в тонких пластинах. Ці мінерали дають светлоокрашенную рису або не дають риси зовсім. Залежно від показника заломлення і характеру поверхні розрізняють різновиди неметаллического блиску:
а). Скляний - поверхня мінералу блищить як поліроване скло, характерний для багатьох прозорих мінералів (кварц, гіпс, кальцит);
б). Алмазний - сильний, іскристий скляний блиск (алмаз);
в). Жирний - поверхня мінералу здається як би намазала жиром (опал, сірка);
г). Перламутровий - мінерал блищить як поверхня перламутровою раковини (мусковіт, тальк);
д). Шовковистий - нагадує блиск шовкових ниток спостерігається у мінералів з тонковолокнистого будовою (азбест, рогова обманка);
е). Матовий - мають мінерали з пористої, нерівній землистої поверхнею (каолініт, монтморилоніт).
Прозорість - здатність мінералів пропускати світло.
За ступенем прозорості мінерали ділять на прозорі (гірський кришталь, галит), напівпрозорі (опал, мусковіт) і непрозорі (графіт). Деякі непрозорі мінерали просвічують в дуже тонких пластинках характерним кольором, наприклад, гематит - криваво-червоним.
Фізичні та хімічні властивості мінералів
Магнітні властивості притаманні дуже небагатьом мінералів і є їх важливою діагностичною ознакою (магнетит, гематит, платина). Магнітні властивості мінералів виявляються в притягненні їх магнітами і вплив на магнітну стрілку, а в великих масах магнітні мінерали можуть відхиляти стрілку компаса.
Реакція з соляною кислотою. Мінерали класу карбонатів (кальцит, доломіт) легко впізнаються по взаємодії з HCl. Кальцит бурхливо скипає при дії на нього 10% HCl, а доломіт реагує з соляною кислотою, будучи розтертим в порошок.
Розчинність в воді. Мінерал вважається розчинним, якщо його уламок повністю зникає у воді. За ступенем розчинності в воді розрізняють легкорозчинні (розчинність більше 10г / л - кам'яна сіль, сильвин), середньорозчинні (1 - 10 г / л - ангідрит, гіпс), важкорозчинні (менше 1 г / л - кальцит, доломіт) і нерозчинні (менше 0.01 г / л - лабрадор, олівін, біотит) мінерали.
Смак. Добре розчинні у воді мінерали викликають смакові відчуття. Наприклад: Галіт - солоний, сильвин - гірко-солоний.
Запах. При горінні, ударі, розтиранні деякі мінерали видають характерні запахи. Запах задушливого сірчистого газу відчувається при горінні сірки, ароматичний - при горінні бурштину. Специфічний запах супроводжує різкий удар по кремнію (з появою іскри) і тертя фосфорита.
Дегідратація. Характерна для гіпсу (CaSO4 2H2 O) і полягає у втраті води (зневоднення) при нагріванні або впливі на нього високих тисків. Процес протікає зі зменшенням обсягу до 30%. Зворотний процес - гідратація (приєднання води) характерна для ангідриту (CaSO4), при перетворенні його в гіпс, і супроводжується збільшенням обсягу мінералу.
Стійкість до вивітрювання. Під вивітрюванням розуміють зміна складу і руйнування мінералів і гірських порід під впливом комплексу природних факторів (чинників вивітрювання), постійно діючих на поверхні Землі (коливання температур, замерзання води в тріщинах, вплив вітру, води, кислот, рослин, живих організмів). Розрізняють фізичне, хімічне та біологічне вивітрювання.
Фізичне вивітрювання полягає в механічному дробленні мінералів і гірських порід в результаті коливань температур, замерзання води в тріщинах, при змінному намоканні і висушуванні і т.д. Найбільш інтенсивно руйнування мінералів і порід відбувається при замерзанні води в мікротріщинах, так як вода, збільшуючись в обсязі при замерзанні на 9. 11%, створює тиск на стінки породи до 200 МПа. Відбувається розширення і поглиблення тріщин з розчленуванням мінералів і порід на окремі уламки. У новоутворені тріщини знову потрапляє вода і процес повторюється. Тиск кореневої системи рослин підсилює роздробленість тріщинуватих ділянок порід, розщеплюючи навіть дуже міцні породи (біологічне вивітрювання). Значне руйнівну дію надає вітер своєї механічної силою і обточувати дією переносяться піщинок.
Хімічне вивітрювання виражається в руйнуванні мінералів і порід шляхом зміни їх складу і розчинення під дією води, кисню, вуглекислоти, органічних кислот як продуктів життєдіяльності і розпаду організмів і рослин. Крім розчинення в мінералах і гірських породах під впливом перерахованих факторів протікають реакції обміну, заміщення, окислення, гідролізу, гідратації і дегідратації. Одночасно з руйнуванням первинних мінералів формуються нові вторинні освіти (мінерали). Таким шляхом утворюються багато мінералів класу галоідов, сульфатів, карбонатів, а також глинисті мінерали (каолініт, монтморилоніт). Наприклад, процес гідролізу ортоклаза в присутності СО2 протікає за наступною схемою:
ортоклаз каолинит опал поташ
За ступенем стійкості до вивітрювання мінерали бувають стійкі (кварц, кремінь, каолініт, тальк), Середньостійка (ортоклаз, авгит, рогова обманка), і нестійкі (кальцит, доломіт, ангідрид, гіпс, кам'яна сіль).