Контрольная работа по " Минералогия"

Введение:

Минералогия — наука о минералах — природных химических соединениях.

Минералогия изучает состав, свойства, структуры, и условия образования  минералов. Минералогия — одна из древнейших геологических наук. Первые описания минералов появились у древнегреческих философов. В дальнейшем развитию минералогии способствовало горное дело. В настоящее время интенсивно развиваются генетическая и экспериментальная минералогия.

В минералогии активно используются достижения физики, химии и других естественных наук. Так, минералогическое изучение метеоритов и образцов с других планет позволило узнать много нового об истории Солнечной системы и процессах формирования планет. Изучением минерального состава и минералов комет, метеоров, и других небесных тел, а также астрономической спектроскопией астероидов, комет и пыли околозвёздной среды в целом, занимается молодая наука на стыке минералогии, физики и астрономии — астроминералогия.

В рамках минералогии сформировались, а затем выделились в самостоятельные  науки кристаллография, петрография, учение о полезных ископаемых, геохимия и кристаллохимия. В последние десятилетия усилиями в основном российских минералогов развивается новое направление генетической минералогии — онтогения минералов.

Главной международной организацией минералогов является Международная минералогическая ассоциация (The International Mineralogical Association, IMA). Она объединяет минералогические ассоциации различных стран. Минералогов России объединяет Российское минералогическое общество, входящее в состав Европейского минералогического союза.

Вопрос № 5. Кристаллическое состояние минералов, элементы симметрии кристаллов (центр, оси, плоскости), сингонии.

Все минералы, за исключением воды (которую – в отличие от льда – обычно не относят к минералам) и ртути, при обычных температурах представлены твердыми телами. Однако, если воду и ртуть сильно охладить, они затвердевают: вода – при 0° С, а ртуть – при -39° С. При этих температурах молекулы воды и атомы ртути образуют характерную правильную трехмерную кристаллическую структуру (термины «кристаллический» и «твердый» в данном случае почти равноценны). Таким образом, минералы представляют собой кристаллические вещества, свойства которых определяются геометрическим расположением составляющих их атомов и типом химической связи между ними.

Элементарная ячейка (наименьшее подразделение  кристалла) построена из регулярно  расположенных атомов, удерживаемых вместе благодаря электронным связям. Эти мельчайшие ячейки, бесконечно повторяющиеся в трехмерном пространстве, образуют кристалл. Размеры элементарных ячеек в разных минералах различны и зависят от размеров, числа и  взаимного расположения атомов в  пределах ячейки. Параметры ячейки выражаются в ангстремах (Å) или нанометрах (1 Å = 10^–8 см = 0,1 нм). Составленные вместе элементарные ячейки кристалла плотно, без зазоров заполняют объем и образуют кристаллическую решетку. Кристаллы подразделяются по признаку симметрии элементарной ячейки, которая характеризуется соотношением между ее ребрами и углами. Обычно выделяют 7 сингонией (в порядке повышения симметрии): триклинную, моноклинную, ромбическую, тетрагональную, тригональную, гексагональную и кубическую (изометрическую). Иногда тригональную и гексагональную сингонии не разделяют и описывают вместе под названием гексагональной сингонии. Сингонии подразделяются на 32 кристаллических класса (вида симметрии), включающих 230 пространственных групп. При помощи рентгеноструктурного анализа определяют размеры элементарной ячейки минерала, его сингонию, класс симметрии и пространственную группу, а также расшифровывают кристаллическую структуру, т.е. взаимное расположение в трехмерном пространстве атомов, составляющих элементарную ячейку.

Вопрос  № 10. Физические свойства минералов. Значение их для диагностики.

Хотя главные характеристики минералов (химический состав и внутренняя кристаллическая  структура) устанавливаются на основе химических анализов и рентгеноструктурного метода, косвенно они отражаются в  свойствах, которые легко наблюдаются  или измеряются. Для диагностики  большинства минералов достаточно определить их блеск, цвет, спайность, твердость, плотность.

Блеск – качественная характеристика отраженного минералом света. Некоторые непрозрачные минералы сильно отражают свет и имеют металлический блеск. Это характерно для рудных минералов, например, галенита (минерал свинца), халькопирита и борнита (минералы меди), аргентита и акантита (минералы серебра). Большинство минералов поглощают или пропускают значительную часть падающего на них света и обладают неметаллическим блеском. Некоторые минералы имеют блеск, переходный от металлического к неметаллическому, который называется полуметаллическим.

Цвет – простой и удобный диагностический признак. В качестве примеров можно привести латунно-желтый пирит (FeS₂), свинцово-серый галенит (PbS) и серебристо-белый арсенопирит (FeAsS₂). У других рудных минералов с металлическим или полуметаллическим блеском характерный цвет может быть замаскирован игрой света в тонкой поверхностной пленке (побежалостью). Это свойственно большинству минералов меди, особенно борниту, который называют «павлиньей рудой» из-за его радужной сине-зеленой побежалости, быстро возникающей на свежем изломе. Однако другие медные минералы окрашены в хорошо всем знакомые цвета: малахит – в зеленый, азурит – в синий.

Хотя цвет минералов – одно из самых легко определяемых свойств при диагностике минералов, его надо использовать с осторожностью, так как он зависит от многих факторов.

Несмотря на изменчивость окраски  многих минералов, цвет порошка минерала весьма постоянен, а потому является важным диагностическим признаком. Обычно цвет порошка минерала устанавливают  по черте (т.н. «цвету черты»), которую  оставляет минерал, если им провести по неглазурованной фарфоровой пластинке (бисквиту). Например, минерал флюорит бывает окрашен в разные цвета, но черта у него всегда белая.

Спайность. Характерным свойством минералов является их поведение при раскалывании. Например, кварц и турмалин, поверхность излома которых напоминает скол стекла, имеют раковистый излом. У других минералов излом может быть описан как шероховатый, неровный или занозистый. Для многих минералов характеристикой служит не излом, а спайность. Это означает, что они раскалываются по гладким плоскостям, непосредственно связанным с их кристаллической структурой. Силы связи между плоскостями кристаллической решетки могут быть различными в зависимости от кристаллографического направления. Если в каких-то направлениях они гораздо больше, чем в других, то минерал будет раскалываться поперек самой слабой связи. Так как спайность всегда параллельна атомным плоскостям, она может быть обозначена с указанием кристаллографических направлений. Например, галит (NaCl) имеет спайность по кубу, т.е. три взаимоперпендикулярных направления возможного раскола. Спайность характеризуется также легкостью проявления и качеством возникающей спайной поверхности. Слюда обладает весьма совершенной спайностью в одном направлении, т.е. легко расщепляется на очень тонкие листочки с гладкой блестящей поверхностью. У топаза спайность, совершенная в одном направлении. Минералы могут иметь два, три, четыре или шесть направлений спайности, по которым они одинаково легко раскалываются, либо несколько направлений спайности разной степени. У некоторых минералов спайность вообще отсутствует. Поскольку спайность как проявление внутренней структуры минералов является их неизменным свойством, она служит важным диагностическим признаком. 

Твердость – сопротивление, которое минерал оказывает при царапании. Твердость зависит от кристаллической структуры: чем прочнее связаны между собой атомы в структуре минерала, тем труднее его поцарапать. Тальк и графит – мягкие пластинчатые минералы, построенные из слоев атомов, связанных между собой очень слабыми силами. Они жирные на ощупь: при трении о кожу руки происходит соскальзывание отдельных тончайших слоев. Самый твердый минерал – алмаз, в котором атомы углерода так прочно связаны, что его можно поцарапать только другим алмазом. В начале 19 в. австрийский минералог Ф.Моос расположил 10 минералов в порядке возрастания их твердости. С тех пор они используются как эталоны относительной твердости минералов, т.н. шкала Мооса. Чтобы определить твердость минерала, необходимо выявить самый твердый минерал, который он может поцарапать. Твердость исследуемого минерала будет больше твердости поцарапанного им минерала, но меньше твердости следующего по шкале Мооса минерала. Силы связи могут меняться в зависимости от кристаллографического направления, а поскольку твердость является грубой оценкой этих сил, она может различаться в разных направлениях. Эта разница обычно невелика, исключение составляет кианит, у которого твердость 5 в направлении, параллельном длине кристалла, и 7 – в поперечном направлении.

В минералогической практике используется также измерение абсолютных значений твердости (т.н. микротвердости) при помощи прибора склерометра, которая выражается в кг/мм².

Плотность. Масса атомов химических элементов меняется от водорода (самый легкий) до урана (самый тяжелый). При прочих равных условиях масса вещества, состоящего из тяжелых атомов, больше, чем у вещества, состоящего из легких атомов. Например, два карбоната – арагонит и церуссит – имеют сходную внутреннюю структуру, но в состав арагонита входят легкие атомы кальция, а в состав церуссита – тяжелые атомы свинца. В результате масса церуссита превышает массу арагонита того же объема. Масса единицы объема минерала зависит также от плотности упаковки атомов. Кальцит, как и арагонит, представляет собой карбонат кальция, но в кальците атомы упакованы менее плотно, потому он имеет меньшую массу единицы объема, чем арагонит. Относительная масса, или плотность, зависит от химического состава и внутренней структуры. Плотность – это отношение массы вещества к массе того же объема воды при 4° С. Так, если масса минерала составляет 4 г, а масса того же объема воды – 1 г, то плотность минерала равна 4. В минералогии принято выражать плотность в г/см³.

Плотность – важный диагностический  признак минералов, и ее нетрудно измерить. Сначала образец взвешивается в воздушной среде, а затем  – в воде. Поскольку на образец, погруженный в воду, действует  выталкивающая сила, направленная вверх, его вес там меньше, чем в  воздухе. Потеря веса равна весу вытесненной  воды. Таким образом, плотность определяется отношением массы образца на воздухе  к потере его веса в воде.

Вопрос №24. Охарактеризуйте свойства и диагностические признаки породо- и почвообразующих минералов и минералов-агроруд из класса карбонатов.

Вопрос № 31. Описать свойства и диагностические признаки породо- и почвообразующих минералов класса алюмосиликатов и силикатов.

Вопрос № 34. Понятие о горной породе. Классификация горных пород по происхождению.

Камень относится к числу  горных пород. Горными породами называют природные образования, состоящие из отдельных минералов и их ассоциаций. Изучением состава, происхождения и физических свойств горных пород занимается наука петрография. Согласно ее данным, по своему происхождению все породы делятся на три основные группы:

1. Изверженные (первичные) 

2. Осадочные (вторичные) 

3. Метаморфические (видоизмененные).

Изверженные породы образовались непосредственно из магмы (расплавленной массы преимущественно силикатного состава), в результате ее охлаждения и застывания. В зависимости от условий застывания различают глубинные и излившиеся горные породы.

Глубинные возникли в результате постепенного остывания магмы при высоком давлении внутри земной коры. В этих условиях составляющие магмы кристаллизовались, благодаря чему образовались массивные плотные породы с полнокристаллической структурой: граниты, сиениты, лабрадориты и габбро.

Излившиеся породы образовались в  результате вулканического извержения магмы, которая быстро остывала на поверхности  при низкой температуре и давлении. Времени для образования кристаллов было недостаточно, поэтому породы этой группы имеют скрыто или мелкокристаллическую структуру и большую пористость: порфиры, базальты, вулканические туфы, пеплы и пемзы.

Осадочные горные породы называют вторичными, поскольку они образовались в  результате разрушения изверженных  пород или из продуктов жизнедеятельности  растений и животных организмов. Один из способов формирования этих горных пород – химические осадки, образующиеся в процессе высыхания озер и заливов. В результате в осадок выпадают различные  соединения, которые со временем превращаются в травертин, доломит. Общая особенность  этих пород – пористость, трещиноватость, растворяемость в воде.

К обломочным осадочным  породам относятся сцементированные отложения (песчаники, брекчии, конгломераты) и рыхлые (пески, глины, гравий и щебень). Сцементированные отложения образовались из рыхлых. Например, песчаник – из кварцевого песка с известковым цементом, брекчия – из сцементированного щебня, а конгломерат – из гальки. Еще известны породы органического происхождения – известняки и мел. Они образуются в результата жизнедеятельности животных организмов и растений.

Метаморфические породы образовались путем превращения изверженных и осадочных горных пород в новый вид камня под воздействием высокой температуры, давления и химических процессов. Среди метаморфических пород различают массивные (зернистые), к которым относятся мрамор и кварциты, а также сланцеватые – гнейсы и сланцы.

Горные породы — природные минеральные агрегаты, слагающие литосферу Земли в виде самостоятельного геологического тела. Традиционно под горной породой подразумевают только твёрдые тела, в широком понимании к горным породам относят также воду, нефть и природные газы. Согласно современным представлениям, горные породы сложены верхней оболочкой планет земной группы, а также Луной и астероидами.

Состав, строение, структура, текстура и условия залегания горных пород  находятся в причинной зависимости  от формирующих их геологических  процессов, происходящих в определенных физико-химических условиях. Горные породы могут слагаться как одним  минералом, так и их комплексом. В  природе известно свыше 3000 минералов, однако число породообразующих минералов  невелико (40-50). Реальные сочетания этих минералов определяются физико-химическими  процессами породообразования и  геохимическими законами распространения  породообразующих элементов.

Все горные породы обладают комплексом морфологических особенностей, которые  объединены в понятия структуры  горных пород и текстуры горных пород. Наряду с химическим и минеральным  составом структура и текстура являются важнейшими диагностическими признаками горных пород.

По происхождению горные породы делят на три класса: осадочные  горные породы, магматические горные породы и метаморфические горные породы. Магматические и метаморфические  горные породы слагают около 90% объёма земной коры, остальные 10% приходятся на долю осадочных, которые, однако, занимают около 75% площади земной поверхности. Практически все горные породы могут быть использованы как полезные ископаемые. К рудам относят горные породы с кондиционным содержанием ценных компонентов. С развитием технологии (и изменением кондиций) всё большее число горных пород вовлекается в промышленное производство (например, при получении глинозёма из плагиоклаза рудой является такая распространённая на Земле горная порода как анортозит). Большинство горных пород применяется в народном хозяйстве в качестве строительного и горно-химического сырья.

Как физические тела горные породы характеризуются  плотностными, упругими, прочностными, тепловыми, электрическими, магнитными, радиационными и другими свойствами.