Вченими вже досить давно вивчено основні фізичні властивості мінералів. Їх проходять і в шкільній програмі (зазвичай в курсі географії чи хімії), і в університеті. Особливо добре в цій сфері орієнтуються навчаються в геологічному напрямку, а також особи, які обрали цю сферу для роботи або як об’єкта наукових досліджень. Розглянемо основні і цікаві якості.
Оптиці присвячується: покажи мені все!
Найчастіше характеристика фізичних властивостей мінералів починається з віднесення речовини до категорії прозорих або такими не є. Терміном прийнято позначати здатність попускати крізь структуру мінералу променевий потік. Прозорість – характеристика, що описується рівнями. Найбільш типовий представник прозорих мінералів – кришталь. Відмінними показниками відрізняються топаз, шпат родом з Ісландії. З напівпрозорих варто згадати кіновар, а ось непрозорих найбільше – це графіт, пірит і безліч інших різновидів. Нерідко зразки, представлені великими екземплярами, на перший погляд здаються непрозорими, але при дослідженні зернових країв, осколків малої товщини виявляється, що їм властива досить сильна здатність пропускати світлове випромінювання.
Красиво!
Аналізуючи класифікацію мінералів, їх фізичні властивості, необхідно відзначити, що до числа найбільш значимих параметрів традиційно відноситься колір. Саме ця ознака досліджують в першу чергу при діагностиці зразка. Забарвлення пов’язана і з внутрішніми особливостями (идиохроматический аспект), і з наявністю хромофоров в загальній масі речовини. Хороший приклад, який зустрічається досить часто, – зелений відтінок смарагду, обумовлений включеннями хрому. А ось турмалін буде переливатися красивими відтінками рожевого завдяки наявності в його структурі марганцю.
У ряду мінералів забарвлення обумовлена неоднорідним будовою. Це характерно для моріона, деяких видів кварцу. Кристалічні решітки таких мінералів відрізняються численними дефектами, за рахунок чого заломлення світла створює цікаві забарвлення. Також відомі мінерали, колір яких обумовлене механічними домішками, розсіяними виключно тонким шаром. Офіційне наукове найменування такого явища – аллохроматический забарвлення. Саме таким ефектом обумовлена забарвлення яшми, авантюрину і деяких інших мінералів.
Колір риси
Визначення фізичної властивості мінералу такого типу передбачає виявлення відтінку мінералу, розтовченого в дуже тонкий порошок. Мінеральну межу простіше всього отримати, якщо зразком, призначеним для дослідження, провести по пластинці з порцеляни. Об’єкт повинен бути матовим, неприпустимо покриття глазур’ю. Крім бісквіта можна використовувати хімічну посуд, вироблену з порцеляни і має поверхню з такими ж якостями.
Якщо порівнювати забарвлення і це фізична властивість мінералу, можна помітити – воно набагато більш постійне. Буває й так, що межа має такий самий відтінок, як і випробуваний зразок, але відомі і випадки відчутного відмінності. Наприклад, гематит, при первинному дослідженні оцінюється як сірий зі сталевим відтінком, малює лінію червоного відтінку (стигла вишня). Подібна ситуація і з пиритом, пофарбованим у близький до кольору латуні відтінок жовтого, – його риса чорна.
Радість сороки
Якщо запитати школяра, студента «Які фізичні властивості мінералів ви знаєте, одним з перших на пам’ять приходить блиск. Характеристика визначається ступенем заломлення. Це такий параметр, обчислення якого базується на різниці швидкісних показників світлового потоку при проходженні з повітря у середу кристала. Якщо параметр варіюється в межах 1,3-1,9, матеріал буде блищати, наче скло. Хороший приклад – гарант, кварц.
Алмазний блиск характеризується кількісним показником 1,3-1,9. Такою особливістю володіють сам алмаз, а також рутил, кальцит і деякі інші породи. При характеристиці заломлення 2,6-3,0 говорять про поліметалевого блиску. Найбільш яскраві представники такої групи природних речовин – гематит, куприт. Нарешті від трьох і більше – параметр, що говорить про металевому блиску. Він властивий пірит, молибдениту і багатьох інших мінералів.
Спайність
Це фізична властивість мінералів одне з базових. Воно відображає, наскільки кристалічній структурі характерні розколи в різних напрямках. Таке пояснюється будовою решітки. Наприклад, якщо розглядати кальцит, то його кристали по спайності при розкладанні завжди дають ромбоэдры, не грає ролі, з чим довелося працювати спочатку. Куб флюориту дасть розсип октаэдров. Рівень досконалості прийнято класифікувати за спеціальною шкалою.
Найбільший показник (досить досконалий) – це така фізична властивість мінералу, яке відображає легкість розщеплення вихідного зразка на аркуші малої товщини. В природі такі слюда, хлорит. Досконала – така спайність, яка при сильному ударі показує выколки по спайності, але зламати вихідний матеріал по іншим напрямкам проблематично. Такі флюорит, кальцит.
Які ще бувають?
Опис фізичної властивості мінералів спайності може містити характеристику «середній рівень». Таке властиво, наприклад, піроксенам. При роботі з зразком за всіма напрямками можна домогтися зламу. При дослідженні уламків деякі площині будуть гладкими, їм властивий блиск. Це площині спайності. Всі інші краї нерівні, зламані.
Аналізуючи фізичні і хімічні властивості мінералів, можна помітити, що деякі матеріали мають зернисту структуру, причому окремі елементи досить різноманітні за розмірами, формою, завдяки чому поверхня виходить неправильною. Виняток – кристалічні межі. Для таких речовин характерна спайність недосконала або показник в принципі відсутня.
Про тріщинках
Якщо говорити коротко, фізична властивість мінералів, що описується терміном «тріщини», по своїй суті протилежно спайності. При дослідженні зразка можна помітити грубі, частіше розташовані впоперек мінерального подовження тріщинки. Зазвичай вони близькі до плоских, але недостатньо досконалі, щоб можна було їх так охарактеризувати.
Злам
Описуючи коротко фізичні властивості мінералів, обов’язково згадують і цю особливість. Якщо мінерал характеризує спайність недосконалого рівня, саме завдяки зламу можна детально вивчити зразок. У деяких порід він раковистый. Це характерно для кварцу, пирохлора. Інші показують немов би занози. Таке більше властиво самородків. Борнит, пірит описуються мелкораковистыми зламами. Є і такі мінерали, у яких ця особливість дозволяє віднести їх до групи нерівних порід.
Твердість
Альтернативне найменування цієї якості – здатність матеріалу чинити опір агресивним зовнішнім факторам, механічно впливає на структуру. Щоб зрозуміти, наскільки твердий мінерал, потрібно подряпати його відмінним зразком. Характеристика особливості в кількісній формі підпорядкована шкалою Мооса. Її суть – десять рівнів, кожен наступний з яких здатний подряпати попередній зразок. Еталонними обрані (по зростаючій, з першого по десятий рівні): тальк, гіпс, кальцит, флюорит, апатит, ортоклаз, кварц, топаз, корунд, алмаз.
В якості інструментарію при визначенні характеристик матеріалу нерідко користуються мідними, сталевими голками. Перша дряпає поверхні аж до 3,5 рівня, друга – до шостого. Подібний параметр (до шести) дає ножа, трохи менше (до п’яти) – скло. При дослідженні м’якого зразка можна спробувати його на твердість власним нігтем. Людська нігтьова пластина оцінюється в 2,5 за шкалою Мооса. Аналізуючи фізичні властивості мінералу аметисту, твердість доведеться оцінити в сім одиниць.
Який ти?
Вивчення особливостей конкретного зразка передбачає оцінку його крихкості. Цей параметр для згаданого вище аметисту, приміром, досить високий – мінерал крихкий. Це означає, що при впливі голкою, ножиком порода легко кришиться. Іноді при проведенні вістрям ножа на зразок мінералу гладкий залишається слід, який відрізняється від іншої поверхні блиском. Це вказувати на пластичні деформації структури.
Ще одна цікава особливість – ковкість. Якщо зразок вдарити важким молотком, він перетвориться на платівку малої товщини. Протилежна риса – пружність, тобто можливість відновлення вихідної форми, коли зовнішнє навантаження пропадає. Класичні представники мінералів з високими показниками пружності – азбест, слюда.
На що ще звернути увагу?
Є досить багато важливих особливостей, причому спостерігається залежність від походження: фізичні властивості нерудних мінералів, рудних нерідко відрізняються досить сильно за своїми показниками. Саме з цієї причини дослідження конкретного зразка багато воліють починати з визначення природи матеріалу.
У цифрах
Не варто нехтувати оцінку питомої ваги. Найбільш точні показники можна отримати, маючи високоефективним лабораторним обладнанням з мінімальною похибкою. Використовуються різні методики. Якщо досить приблизної оцінки, можна зіставити конкретний мінерал з схожим поширеним природним компонентом, чий питома вага оцінений фізиками як еталонний.
Питома вага – характеристика, що дозволяє зарахувати конкретний зразок до однієї з трьох категорій. Є показник менше трьох, це легкий мінерал, якщо значення варіюється в межах від трьох до п’яти, питома вага характеризують як середній. Параметри більше – це важкі зразки. До легких належить кварц, представник середніх – корунд, з важких варто згадати золото.
Коли так і тягне
Аналіз зразка мінералу передбачає вивчення його магнітних властивостей. Відомо, що деякі від природи є сильними ферромагнетикам, здатними притягувати невеликі елементи, виготовлені із заліза. При експериментах частіше використовують шпильки, тирсу. Оптимальний матеріал для виготовлення цих предметів – залізо з високим відсотком нікелю, магнетит.
Виділяють парамагнітні мінерали, які можна притягти, якщо мати в своєму розпорядженні електричний магніт або піротин. Остання категорія – діамагнітні, тобто речовини, які магнітом будуть відштовхуватися. У природі найбільш характерний представник – вісмут у вигляді самородка.
Як виявити?
Щоб оцінити магнітні якості випробуваного зразка, слід організувати відповідне лабораторне обладнання. Воно досить просте. Беруть магнітну стрілку, до її закінчення наближають мінерал і відслідковують реакцію здатного обертатися предмета.
Як вдалося виявити в ході численних експериментів, мінерали, які мають сильні магнітні якості, – це досить вузький перелік найменувань. Нерідко саме на магнитность орієнтуються при визначенні природи конкретного зразка, нехтуючи іншими ознаками. Це справедливо, наприклад, для магнетиту.
Радіація настає!
Одна з особливостей мінералів – радіоактивність. Дізнавшись про такий факт, інший обиватель може не на жарт злякатися, але вчені давно з’ясували – це якість притаманна тим мінералам, присутніх на нашій планеті, до складу яких входять торій, уран. Правда, потужність випромінювання частинок всіх категорій зазвичай відносно мала. Якщо звернути увагу на досвід виїмки радіоактивних порід, можна дізнатися, що в більшості випадків родовища характеризувалися каймою червоного або бурого відтінку. Нерідко радіоактивні мінеральні зерна знаходять в товщі шпату, кварцу. Пізнати їх нескладно – від вкраплень в різні боки радіально йдуть невеликі тріщини. Досліджуючи зразки, можна використовувати спеціальний фотопапір. Природне випромінювання достатньо сильне, щоб залишити на ній слід.
Дізнатися при першій зустрічі
Опинившись в польових умовах, геологи нерідко стикаються з непростим завданням необхідності швидкої ідентифікації конкретного мінералу. Один з досить простих способів виявлення характерних фізичних якостей – перевірка на взаємодію з водою. Хлориди, приміром, досить швидко розчиняються. Якщо вода не справляє відчутного впливу на зразок, можна вплинути на нього лугом, кислотою.
Виявлення наявності у складі породи окремого елемента можливо за допомогою приватної химреакции. Приміром, хлороводород дозволяє швидко ідентифікувати карбонати, амоній – фосфати. Ряд мінералів змінюють забарвлення полум’я.
На що ще звернути увагу?
Відомі такі мінерали, які при розломі стають джерелом характерного запаху. Пізнати таким чином найпростіше миш’як, пахне часником. Не складніше ідентифікувати і арсенопирит. Є такі різновиди мінералів, чиє відмітна фізична властивість – поверхня, що визначається на дотик. Так можна впізнати тальк – він жирний. Ряд сполук ідентифікується за смаком. Хороший приклад – кухонна сіль. Аналогічним чином можна визначити і деякі інші сольові мінеральні зразки.
