Термические свойства.

При нагревании минералов в зависимости от температуры в них могут наблюдаться различные явления: дегидратация, диссоциация, разложение, превращение и плавление.

Поведение минералов при нагревании имеет важное диагностическое значение. На плавкости минералов построены многие определители. Пове­дение минералов при нагревании имеет важное практическое значение, в частности, для минералов, используемых в керамической и огнеупорной

промышленности.

Дегидратация (от лат. dehydratatio —'обезвоживание) представляет собой процесс потери минералом молекул воды в результате нагревания или под влиянием водопоглощающих веществ. К минералам, испытывающим дегидратацию, относятся кристаллогидраты, минералы, содержащие в своем составе гидроксил, водород, а также тонкодисперсные (коллоидные) агре­гаты. Кристаллогидраты содержат кристаллизационную, а тонкодисперс­ные агрегаты — адсорбционную воду.

Термическая диссоциация (от лат. dissociatio — разъединение) мине­ралов выражается в разложении их при нагревании на более простые состав­ные части (например, окислы). Обычно она совершается под влиянием выделения минералов определенных летучих составных частей (Н₂0, (ОН), СО₂, S и др.). Для минералов, содержащих воду, она связана с дегид­ратацией.

В минералогии важное значение принадлежит термической диссоциа­ции карбонатов, которая является результатом выделения из них при нагревании углекислоты. Реакция диссоциации карбонатов протекает с поглощением тепла (эндотермично) и может быть представлена такой схемой:

Me[CO₃] = MeO + CO₂ Температура диссоциации карбонатов колеблется в значительных пре­делах. Так, диссоциация смитсонита — Zn[CO₃] происходит при 450°C,а арагонита — Са[СО₃] при 950° С.

Плавление представляет собой процесс, при котором за счет притока внешнего тепла происходит разрушение минерала и резкий переход его из твердого состояния в жидкое. Температура, при которой происходит этот процесс, называется температурой плавления. Для минералов постоян­ного состава температура плавления является постоянной ^и называется точкой плавления, а для минералов переменного состава плавление проис­ходит в некотором интервале температур, называемом интервалом плавления.

Однако в процессе нагревания некоторые минералы разрушаются еще до того, как ими достигнута температура плавления: с ними происходит дегидратация, термическая диссоциация, либо распад на несколько твердых фаз. Многие минералы в процессе нагревания переходят в другие полиморф­ные модификации, а некоторые плавятся инконгруэнтно (от лат. incong-ruens — не совпадающий, не соответствующий): вместе с жидкой фазой выделяется также твердая фаза иного состава. ruens — не совпадающий, не соответствующий): вместе с жидкой фазой выделяется также твердая фаза иного состава.

Температура плавления минералов колеблется в широких пределах: от 0° С (лед) до 3600° С (графит). Она зависит от типа химической связи, межатомных расстояний, валентности и координационного числа.

Минералы с молекулярным типом связи имеют очень низкие темпера­туры плавления (например, сера — 115° С, реальгар — 320° С).

Для минералов с ионно-ковалентной связью температура плавления увеличивается с уменьшением межатомных расстояний и степени ковалент-ности связи, а также с увеличением валентности и координационного числа.

Ступени	Т емпература плавления, ступени, °с	М инералы лед (Н2О) сера (S) олово (Sn) пираргирит (Ag3[SbS3]) антимонит (Sb2S3) джемсонит (Pb4Fe[Sb3S7]2)	Температура плавления минерала, °С 0 115 232
Весьма легкоплав­кие	0 -400
Легкоплавкие	400-700
			485 546 610
Плавкие	700-1000	тенардит (Na2[SO4]) аргентит (Ag2S) никелин (NiAs)	835 840 970
Трудноплавкие	1 000-1600	альмандин (Fe3Al2[Si04]3) ильменит (FeTiO3) магнетит (FeFe2O4) кварц (SiO2) периклаз (MgO) графит (С)	1140 1450 1538
			1710 2800 3600
Весьма трудноплав­кие	>1600

В табл. 32 приведено разделение минералов по температуре плавления.

В основу взято разделение минералов по плавкости с помощью паяльной трубки, но семибальная шкала заменена пятибалльной.

Термические свойства минералов изучаются при помощи термического анализа. Его используют для исследования процессов, происходящих при непрерывном нагревании или охлаждении минералов. Результаты фиксируются так называемыми термоэлементами (термопарами). На термических кривых, получен­ных при нагревании (кривые нагре­вания) и охлаждении (кривые ох­лаждения), наблюдаются аномаль­ные участки в виде изломов, горбов и т. п., обусловленные определен­ными превращениями (плавление, разложение, кипение и т. д.) в ми­нерале. Они называются термиче­скими эффектами. Превращения могут протекать с поглощением (эндотермические эффекты) и с выделением (экзотермические эффекты) тепла.

Кривые нагревания и охлаждения могут быть использованы для диаг­ностики минералов путем сравнения их с эталонными кривыми и для реше­ния вопросов, связанных с конституцией минералов, в частности, для опре­деления характера воды, содержащейся в минерале, для суждения о тем­пературе и характере диссоциации, температуре плавления, для определе­ния других термофизических свойств минерала и т. д.

В последнее время термический анализ применяется для качественного

и количественного анализа.

Очень важное значение термический анализ имеет при изучении дегидратации и декарбонатизации минералов, а также при изучении потери других составных частей минералов, которые могут улетучиваться при нагревании.

Кривые дегидратации находятся в полной зависимости от роли воды, гидроксила и гидрооксония в структуре минерала.

Одновременно с изучением дегидратации минерала в ходе термического анализа проводится его оптическое изучение, получившее название термооптического исследования, а также выясняются изменения других свойств и прежде всего плотности.

Как при получении кривых нагревания, так и при дегидратации важно не только установить наличие того или иного эффекта, но и установить превращения, которые при этом совершаются в минерале. Поэтому при полном термическом исследовании минералов наряду с термическим и оптическим изучением их проводятся рентгенометрическое и химическое исследования, помогающие установить все превращения, происходящие в минерале, и причины тех или иных термических эффектов.

Термический анализ также имеет важное значение для диагностики метамиктных минералов, на кривых нагревания которых отмечается резко выраженный экзотермический эффект в интервале 500 – 900 °С.

34