Геология / 1 курс / Минералогия / Минералогические таблицы сульфиды

Методические указания по курсу минералогия

Луиза Алексеевна Зырянова

МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ТАБЛИЦЫ

(Самородные металлы и неметаллы, оксиды, гидроксиды, кислородные соли, галогениды)

Томск 2015

Минералогические таблицы (Самородные металлы и неметаллы, сульфиды и их аналоги, оксиды, гидроксиды, кислородные соли, галоиды): Методическое указание / Л.А. Зырянова. - Томск: Томский гос. ун-т, 2015. - 48 с.

В «Минералогических таблицах» в табличном варианте приводятся краткие ха­ рактеристики минералов классов самородных металлов и неметаллов, оксидов, гид­ роксидов, кислородных солей и галоидов. Для минералов указаны основные разно­ видности, приведен химический состав, структура, физические свойства и главные диагностические признаки, перечислены типичные условия образования, характерные парагенезисы и поведение в поверхностных условиях. Список минералов, вошедших в пособие, ограничивается программой учебных курсов.

Предназначено для студентов, изучающих минералогию.

Рекомендовано к печати учебно-методической комиссией геологических специаль­ ностей ГГФ Томского государственного университета.

© Зырянова Л. А

Введение

В Минералогических таблицах приводятся сведения, касающиеся химического соста­ ва, структуры и физических свойств минералов.

Последовательность описания минералов дается в соответствии с принятым в совре­ менной минералогии кристаллохимическим принципом классификации минералов. Согласно ему минералы с учетом химического состава разделены на классы и подклассы соединений. В пределах класса с учетом структуры минералы объединены в минеральные группы.

Изучение минерала необходимо начинать с четкого представления положения его в классификационной схеме, необходимо знать, к какому классу соединений и к какой мине­ ральной группе он относится. То, что любое физическое свойство минерала определяется его химическим составом и структурой, позволяет предвидеть сходство физических свойств ми­ нералов как в пределах класса, так и в пределах минеральной группы. Минералы, относящие­ ся к одной группе, будут характеризоваться близкими свойствами, приоритетно обусловлен­ ными структурой, а это морфология кристаллов, характер агрегатов, спайность, твердость. Различие же минералов по цвету, плотности, и некоторое отличие по твердости в пределах минеральной группы объясняются различием их химического (катионного) состава. Поэтому изучение минералов всегда надо начинать с выделения свойств, характерных в целом для класса соединения, затем для минеральной группы, конкретизируя затем отдельные из них для каждого минерального вида. Знание обусловленности физических свойств и такой подход намного облегчат процесс запоминания характеристик отдельных минералов.

Описание минералов выполнено в табличном варианте. Коротко прокомментируем со­ держание отдельных граф. После названия минерала в круглых скобках приведены наиболее известные и, как правило, наиболее информативные синонимы. Поэтому к синонимам надо отнестись внимательно, поскольку они могут содержать важную дополнительную диагности­ ческую информацию. Из разновидностей указаны лишь самые распространенные. Часть из них имеет собственные названия, которые следует помнить, поскольку обычно они и исполь­ зуются в специальной литературе. Для минералов класса сульфидов весьма характерно явле­ ние полиморфизма, поэтому при характеристике некоторых сульфидов в графе, где указыва­ ется их сингония, приведены названия и сингонии, а иногда и температуры полиморфного перехода, других наиболее известных полиморфных модификаций. Для каждого минерала указаны наиболее типичная форма кристаллов и характерные агрегаты, которые отражают симметрию его кристаллической решетки. Для некоторых минералов форма кристаллов ока­ зывается хорошим диагностическим признаком и это надо использовать при их диагностике.

3

Весьма важное диагностическое значение имеет спайность минералов, которая четко подчиняется особенностям структуры и проходит вдоль тех направлений кристаллической решетки, перпендикулярно которым силы химической связи минимальны. Можно сказать, что спайность фиксирует слабые места кристаллической решетки минерала. Поскольку спай­ ность обусловлена симметрией кристаллической решетки и строго кристаллографически ори­ ентирована, то всегда обозначается кристаллографическим символом. Символ указывается лишь для весьма совершенной, совершенной и средней спайности. Для несовершенной и весьма несовершенной спайности лишь фиксируется степень совершенства без указания сим­ вола. В диагностических целях полезно представлять, параллельно граням какой простой формы проходит спайность, сколько направлений спайности и каков угол между плоскостями спайности. Для некоторых минералов численная величина этого угла имеет существенное ди­ агностическое значения. Для других же минералов достаточно отметить, является или не яв­ ляется этот угол прямым. Для минералов класса сульфидов полезно знать интересную зако­ номерность, подмеченную автором. Для большинства сульфидов проявление спайности мож­ но связать с их химическим составом. Как правило, сульфиды, в составе которых участвуют железо и/или медь имеют несовершенную спайность, для всех других спайность будет со­ вершенной. Из этого правила имеются исключения, но они весьма немногочисленны. Запо­ миная спайность сульфидов как диагностический признак, это полезно учитывать.

С проявлением спайности связано появление в синониме ряда минералов слова «шпат». Шпатами называют светлоокрашенные минералы со стеклянным блеском и проявле­ нием 2-х и более направлений спайности. Обычно слово «шпат» в синониме сочетается с ка­ ким-либо другим часто важным диагностическим признаком. Тогда синоним отражает сразу четыре признака минерала. Например, тяжелый шпат (барит). Из синонима следует, что этот минерал имеет большую плотность, светлую окраску, стеклянный блеск и не одно направле­ ние совершенной спайности. Таким синонимом вряд ли следует пренебрегать.

Важнейшим диагностическим признаком является цвет минералов. Как известно, для минералов классов оксидов и кислородных солей, относящихся к прозрачным и полупрозрач­ ным, цвет чаще определяется присутствующими в них элементами-хромофорами, которые могут быть как видообразующими, так и примесными. Если учесть, что с конкретным хромо­ фором связано появление вполне определенной окраски, то собственный цвет или всё воз­ можное цветовое разнообразие отдельного минерала с учетом потенциальных примесных хромофоров становятся предсказуемы. Для тёмноокрашенных непрозрачных и полупрозрач­ ных минералов, часто довольно схожих по внешнему виду и некоторым другим признакам,

4

важным диагностическим признаком может стать цвет черты, который убедительно, а иногда практически однозначно позволяет отличить такие минералы. Цвет черты - это цвет минерала в тонком сколе или в порошке. Цвет черты - то дополнительное свойство минерала, которое позволяет уточнить его истинный цвет и степень прозрачности. Следует помнить, что цвет черты совпадает с цветом минерала, только будет несколько светлее. Минералы непрозрач­ ные имеют черный цвет черты независимо от их видимого цвета. Для светлоокрашенных ми­ нералов цвет черты очевиден и не имеет диагностического значения.

Твердость минералов, будучи отражением прочности их кристаллической решетки, заметно отличается для минералов с разными кристаллохимическими типами структур и для разных классов соединений. И конечно же, твердость является важным и доступным диагно­ стическим признаком, который следует обязательно учитывать. Значение твердости в сочета­ нии с характером спайности весьма показательно для таких классов соединений как сульфаты и карбонаты, у которых при проявлении нескольких направлений спайности твердость менее 5 по шкале Мооса, в отличие от внешне похожих полевых шпатов также со спайностью, но с твердостью уже 6-6,5. Иногда в диагностических целях полезно использовать повышенную хрупкость минералов. В образцах это проявляется в виде повышенной трещиноватости выде­ лений минерала или в его способности легко раскрашиваться даже при приложении незначи­ тельного усилия.

Плотность, как известно, прежде всего, зависит от атомного веса химических элемен­ тов, входящих в состав минерала. Если основными видообразующими элементами являются элементы низа периодической системы элементов Д.И. Менделеева, то не стоит ожидать, что минерал будет иметь маленькую плотность. Так что ориентировочное представление о плот­ ности того или иного минерала можно получить, используя химическую формулу минерала. На практике плотностью, как диагностическим признаком, можно пользоваться в том случае, если определяемый минерал слагает большую часть образца. Если он образует лишь отдель­ ные вкрапленные зерна, то даже при очень высокой плотности минерала этим диагностиче­ ским признаком уже не воспользуешься. Ярким примером тому является золото, присутству­ ющее в образцах в виде мелких вкрапленных зерен. Плотность золота в составе минерального агрегата не ощущается.

В графе «диагностические признаки» акцентируется внимание на наиболее вырази­ тельных физических свойствах минералов, которые должны использоваться при их диагно­ стике. Безусловно, минерал не может определяться лишь по одному или двум признакам. До­ стоверная диагностика гарантируется всем комплексом признаков. Тем не менее, диагностику

5

всегда надо начинать с указанных наиболее ярких и наиболее важных диагностических при­ знаков. Для ряда минералов в этой графе приведены дополнительные свойства, которые в таблицах не выделены в отдельные графы, поскольку характерны лишь для ограниченного перечня минералов, но весьма важны при их диагностике. Это такие свойства, как магнитность, люминесценция, радиоактивность, характерные химические реакции и др. Для сульфи­ дов, минералов химически неустойчивых в поверхностных условиях, ярким дополнительным диагностическим признаком может служить цвет вторичных (гипергенных) продуктов, кото­ рый практически однозначно указывает на основной видообразующий катион сульфида.

При изучении минералов описываемых классов соединений следует обращать внима­ ние на валентность таких элементов как Fe, Mn, U - элементов с переменной валентностью. Это важно, прежде всего, для понимания условий образования соответствующего минерала. Минералы Fe3+, Mn4+, U6 - минералы, в которых элементы находятся в высшей степени окисленности. Образуются такие минералы лишь в условиях с высоким потенциалом кислорода, а это прежде всего экзогенные условия. Для некоторых из них не исключено, а иногда и типич­ но, как для гематита (Fe3+2O3), эндогенное происхождение. Естественно, что образование та­ ких минералов в эндогенных процессах также предполагает высокий потенциал кислорода в минералообразующей среде. Для минералов Fe2+, Mn2+, U4+ основным является эндогенное происхождение, а их экзогенное образование становится возможным лишь локально, в усло­ виях восстановительной обстановки или при недостатке кислорода. Минералы с Fe2+, M n ^ 3+, U4+, возникающие при недостатке кислорода, в поверхностных условиях при его избытке ста­ новятся неустойчивыми. Окисляясь, они переходят в минералы Fe3+, Mn4+ ,U6. Особенно лег­ костью такого перехода отличаются минералы классов кислородных солей (силикатов, кар­ бонатов) с Fe2+, Mn2+. Замещение минералов Fe2+ минералами Fe3+ возможно не только в экзо­ генных, но и в эндогенных процессах, когда в минералообразующей среде происходит про­ грессирующее увеличение потенциала кислорода.

Оксиды Fe3+, Mn4+ в поверхностных условиях устойчивы. Однако при избытке воды они могут гидратироваться и переходить в соответствующие гидроксиды. Достаточно устой­ чивыми в поверхностных условиях оказываются оксиды Fe2+ (магнетит, ильменит). Это объ­ ясняется прочностью возникающей в них химической связи F e^ -О. Однако и они в течение геологического времени окисляются, переходя в оксид Fe3+ (гематит), а при обилии воды сра­ зу в гидроксиды Fe3+ (гетит, гидрогетит).

6

Происхождение минералов в «Минералогических таблицах» рассматривается в соот­ ветствии с общепринятой схемой классификации процессов минералообразования (Смирнов, 1989; Синяков, 1986, Старостин, 2004).

В «Минералогических таблицах» для большинства минералов приводятся сведения об их устойчивости в поверхностных условиях, предполагая их химическую и физическую стой­ кость, что определяет их возможность накапливаться в россыпях. Следует помнить, что фор­ мирование россыпей не относится к минералообразующим процессам. Это процесс вторич­ ной концентрации устойчивых в поверхностных условиях минералов с образованием соответ­ ствующих россыпных месторождений. Источниками таких устойчивых минералов обычно выступают продукты эндогенных процессов (породы, руды), разрушение которых и приводит к высвобождению и переходу в подвижное состояние устойчивых минералов.

Количество описанных минеральных видов в «Минералогических таблицах» ограни­ чивается учебной программой практических занятий по общей минералогии и минералогии руд.

Автор выражает благодарность за критические замечания и содействие при подготовке методички С. И. Коноваленко и А. И. Летувнинкасу.

7