Формы нахождения минералов в природе.

Химический состав и классификация минералов

Химический состав минералов выражается кристаллохимической формулой, которая отражает как количественное соотношение элементов, так и характер их взаимной связи в пространственной решетке. Химическая формула минерала каолинит имеет вид: Al₄(OH)₈[Si₄O₁₀]. минерала авгит Ca(Mg, Fe, Al)[(SiAl)₂O₆)]. Химическая формула аморфных минералов отражает только количественное соотношение элементов (вода - H₂O, кремень - SiO₂). В составе многих минералов осадочного генезиса содержится молекулярная вода, которая не участвует в строении пространственной решетки и ее удаление лишь обезвоживает минерал. Например, при нагревании минерал гипс CaSO₄x2H₂O превращается в минерал ангидрит CaSO₄. Химически связанная вода (OH) входит в состав пространственной решетки (каолинит) и ее удаление приводит к разрушению минерала.

Современная классификация минералов основывается на их химическом составе и строении кристаллической решетки, в соответствии, с чем все минералы можно разделить на 10 классов:

 

I - силикаты VI - сульфаты

II - карбонаты VII - галоиды

III - оксиды VIII - фосфаты

IV - гидроксиды IX - вольфраматы

V - сульфиды X - самородные элементы

 

Из общего числа минералов в земной коре около 34 % приходится на силикаты, около 25 % - на оксиды и гидроксиды, около 20 % - на сульфиды, на долю всех остальных минералов приходится около 21 %.

Сокращенная химическая классификация минералов представлена в таблице 1.

Силикаты - наиболее многочисленный класс минералов (около 800), слагающих большинство горных пород. Их образование (за исключением вторичных) идет преимущественно из магматических расплавов, и таким образом они генетически предшествуют почти всем минералам.

Карбонаты - соли угольной кислоты объединяют более 80 минералов. Самыми распространенными являются кальцит, доломит, магнезит. Происхождение карбонатов в основном экзогенное и связано с биохимическими процессами в морях и озерах.

Оксиды и гидроксиды представляют собой соединения химических элементов с кислородом и группой ОН и объединяют около 200 минералов. Широко развиты в земной коре кварц, опал, лимонит. Происхождение как магматическое, так и экзогенное.

Сульфиды насчитывают до 200 минералов и являются соединениями цветных металлов (меди, цинка, свинца, ртути и др.) с серой. Происхождение сульфидов в основном гидротермальное. В зоне выветривания сульфиды легко разрушаются, и поэтому примеси сульфидов в строительных материалах резко снижают их качество. Наиболее распространены галенит, сфалерит, являющиеся рудами цветных металлов.

Сульфаты. К ним относится до 260 минералов солей серной кислоты. Происхождение экзогенное и связано с водными растворами. Наиболее распространены гипс и ангидрит, которые широко используются в строительстве. Сульфаты хорошо растворяются в воде.

Галоиды. Соли галогеноводородных кислот образуют около 100 минералов, происхождение которых связано в основном с водными растворами. Наибольшим распространением пользуется минерал галит (каменная соль).

Фосфаты представляют собой соли фосфорных кислот В этот класс входит большое число минералов (около 350) эндогенного и экзогенного генезиса. Породообразующим из них является апатит.

Самородные элементы. К классу самородных элементов относятся платина, золото, серебро, медь, алмаз, графит, сера и др. Они не пользуются широким распространением (кроме графита и серы). Происхождение их эндогенное и экзогенное.

Минералы класса вольфраматов встречаются достаточно редко, в строительной практике не применяются и поэтому не рассматриваются.

В природе кристаллические минералы встречаются как в виде одиночных кристаллов или их сростков, так и в виде скоплений, называемых минеральными агрегатами.

Одиночные кристаллы представляют собой четко выраженные геометрические многогранники, которые формируются в условиях медленной кристаллизации и свободного роста в пространстве. Наиболее распространены одиночные кристаллы горного хрусталя, гипса, кальцита. Среди минералов выделяются три группы, обладающие характерным обликом, или габитусом, кристаллов:

1) изометрические, одинаково развитые по всем трем направлениям - магнетит, пирит, гранат;

2) удлиненные в одном направлении - призматические, столбчатые, игольчатые и лучистые - кварц, роговая обманка, асбест;

3) вытянутые в двух направлениях - таблитчатые, пластинчатые, листоватые и чешуйчатые - биотит, мусковит, тальк.

Некоторые минералы образуют сросшиеся кристаллы, которые называют двойниками (гипс, кальцит).

В зависимости от условий образования, химического состава минералы образуют естественные скопления - минеральные агрегаты. Отметим наиболее типичные:

1). Дендриты образуются при быстрой кристаллизации минералов, когда отдельные кристаллы нарастают друг на друга и формируют фигуры, напоминающие ветви дерева. В виде дендритов встречается самородное серебро, самородная медь, лед.

2). Друзы - сростки кристаллов, прикрепленных одним концом к общему основанию, образуются при кристаллизации минерального вещества из растворов, циркулирующих в трещинах и пустотах горных пород. Семейство мелких, тесно сросшихся кристалликов называется щеткой. Образуют друзы щетки минералы кварц, кальцит.

3). Жеоды - скопления кристаллов или коллоидных минеральных веществ на стенках пустот в горных породах. Накопление минерального вещества происходит концентрически - послойно по направлению от стенок пустоты к ее центру. Чаще встречаются жеоды заполненные халцедоном, кристаллами горного хрусталя, кальцитом. Размеры жеод достигают десятков сантиметров в поперечнике.

4). Конкреции - округлые или неправильной формы минеральные скопления, возникающие в рыхлых песчано-глинистых породах за счет стяжения минерального вещества к отдельным точкам - центрам кристаллизации. Формирование конкреции идет путем нарастания кристаллов в виде радиально расположенных лучей, концы которых образуют очертания конкреций. В отличие от жеод отложение минерального вещества в конкреции происходит от центра к периферии. Наиболее часто в виде конкреций встречаются кремень, фосфорит. Размеры конкреций колеблются от миллиметров до десятков сантиметров в поперечнике.

5). Оолиты - сферические образования (размеры от долей мм до 10 мм в поперечнике), имеющие концентрически-скорлуповатое строение. Образование оолитов происходит в подвижной водной среде (водные потоки, прибрежная полоса морей и озер) за счет осаждения и кристаллизации минерального вещества вокруг какого-либо центра кристаллизации (песчинок, тел бактерий), находящегося во взвешенном состоянии. По мере достижения определенных размеров оолиты падают на дно, соединяются между собой минеральным цементом, образуя агрегаты. Оолитовое строение имеют оолитовые известняки, железные и марганцевые руды морского происхождения,

6). Натечные формы возникают путем выпадения минерального вещества из растворов, циркулирующих через горные породы. Поэтому они, так же как и друзы, наблюдаются в порах, трещинах, пустотах. К натечным образованиям относятся сталактиты и сталагмиты, почковидные и гроздевидные образования, корочки сложного строения и др. В натечных формах встречаются минералы: лимонит, халцедон, опал, малахит и др.

7). Псевдоморфозы ("ложные формы" - греч.) - необычные для данного минерала формы кристаллов, возникающие при замещении одних минералов другими в результате реакций обменного характера. К числу распространенных псевдоморфоз могут быть отнесены псевдоморфозы лимонита Fe₂O₃xnH₂O по пириту FeS₂, когда сера пирита замещается кислородом с присоединением воды, в присутствии которой идет весь процесс. При этом, лимонит, не образующий кристаллы, принимает форму кристаллов пирита.

8) Землистые агрегаты представляют собой мягкие образования, напоминающие своим видом куски рыхлой почвы. В таком виде встречаются глинистые минералы, в частности, каолинит.