Какой элемент содержится в минералах

Планета обеспечила человека всеми необходимыми ресурсами для комфортного проживания. Людям лишь стоит научиться правильно пользоваться благами и стараться беречь природу.

Название «минерал» пошло от позднелатиского слова «minera», что означает «руда». Отсюда следует, что минерал – это, прежде всего, часть горных пород и руд, причем не только не Земле, но и на других объектах Солнечной Системы.

Что такое минерал?

Возникает минерал в процессе изменения химико-физический свойств. В большинстве своем, материалы имеют закристаллизованное тело, но случается, что к ним также относят и аморфные образования, то есть те, которые не имеют кристаллической решетки.

Они носят название – минералоиды. Также к минералам относят твердые углеводородные образования и некоторые ископаемые смолы, которые входят в янтарь. Минерал изучает наука – минералогия.

Также стоит написать о том, какие минералы относятся к породообразующим. Среди всего разнообразия минералов, в образовании горных пород участвуют лишь единицы.

К важнейшим образующим породы минералам относятся:

1. Группа кварца или кремнезем. Самая большая группа по количеству ее в составе Земной коры. Кристаллы кварца имеют форму шестигранника. Сам по себе он чаще всего молочного цвета. Также кремнезем не отличается прозрачностью. Зато может похвастаться своими твердостью и прочностью.
2. Алюмосиликаты или глинозем. Второй по численности минерал в составе Земной коры. Отличаются высокой огнеупорностью, а также не очень высокой твердостью.
3. Железисто-магнезиальные силикаты. Такие минералы имеют очень темную окраску. Также они очень вязкие и имеют высокий удельный вес.
4. Карбонаты. Наиболее ценные из карбонатов – магнезит и доломит. Имеют низкую твердость и небольшой удельный вес. Наиболее часто встречаются они в осадочных горных породах.
5. Сульфаты. К ним относится, например, гипс. Также очень часто их можно встретить в осадочных породах. Удельный вес и твердость также очень низкие.

Все минералы в зависимости от их происхождения можно классифицировать на первичные и вторичные:

• К первичным минералам относятся те, которые образовывались в горных породах в самую первую очередь. Как было уже сказано выше, первыми кристаллами были силикаты, они получались из-за застывания магмы.
• Вторичные же минералы образовались вследствие разрушения и рассыпания предыдущих. О происхождении гранита, можно узнать здесь.

Как образуются минералы?

Все известные ученым процессы образования минералов можно разбить на три большие группы:

• Гипогенные процессы. Группа минералов, которые относятся к силикатам, образуется за счет застывания вулканической магмы

Такая кристаллизация происходит в три этапа:

• В самом начале магма, которой не удается вырваться на поверхность земли, начинает застывать под толщей уже образовавшихся когда-то пород. Таким образом, образуются минералы, которые содержат кремнезем, то есть силикаты. В таких породах, как правило, находятся граниты, слюды, шпаты и другие.
• На следующем этапе кристаллизации в трещины уже образовавшихся минералов вновь внедряются остатки магмы, но уже с более низкой температурой. Таким образом, появляются пегматиты. Они отличаются очень большим размером кристаллов. Так, образуются кварц, берилл, турмалин и другие породы.

А также пегматиты могут образовываться вследствие проникновения в трещины закристаллизовавшихся минералов летучих соединений и ценных металлов. Таким образом, изменяя состав уже получившихся минералов, они создают грейзены. Они состоят из топаза, кварца, вольфрама, молибдена и других редких руд.

• Заключительным этапом гипогенных процессов является образование гидротермальных растворов за счет выделения воды. Так, образуются месторождения серебра, золота, мышьяка , ртути и других. Представляем вашему вниманию статью о гидротермальном изумруде, здесь.
• Экзогенные процессы. Здесь образование минералов происходит вследствие воздействия различных экзогенных факторов. Руды, которые располагаются на поверхности земной коры, либо на небольшой глубине, подвергаются механическому разрушению из-за перепада температур, воздействия наземных и подземных вод, растений и организма, а также человека.

Под воздействием вышеописанных факторов, уже образовавшиеся породы начинают растрескиваться и разрушаться на составляющие их минералы. Легкие составляющие растворяются, насыщая водоемы солями и образуя новые места образования железорудных, марганцевых, урановых и других пород , уносятся водами и ветром, а тяжелые и прочные образуют месторождения алмазов, золота, платины, граната и так далее.

• Метаморфические процессы. Они заключаются в изменении пород в глубинах земного шара под воздействием высоких температур.

Метаморфические процессы делятся еще на две группы:

• Региональные. Они возникают на больших глубинах и затрагивают очень крупные поверхности. При региональном метаморфизме образуются гнейсы и слайсы.
• Контактовый метаморфизм породы происходит вследствие воздействия внедрившейся магмы на известняки. Так, получаются скарны и мраморы.

Чем минералы отличаются от других веществ?

Главной отличительной особенностью минералов от других веществ является наличие однородной внутренней структуры. Так, минералом нельзя считать жидкие и газообразные вещества. А также смеси, имеющие неоднородную структуру. Также не являются минералами и искусственно созданные породы.

Простейшим минералов можно считать обычную поваренную соль. Ее кристаллы образованы очень мелкими решетками, в которых присутствуют такие химические элементы, как натрий и хлор, которые связаны между собой прочной ионной связью.

Физические свойства минералов

Для того чтобы определить минерал, ответственные за это люди изучают его вещественный состав и строение кристаллической решетки, то есть его физические свойства.

Итак, физические свойства минералов:

1. Цвет минерала. В отдельных случаях цвет минерала можно определить спектральным методом путем исследования его светового излучения. Некоторые минералы имеют особенность менять окраску в зависимости от падающего на них света. Также отдельные экземпляры имеют различную окраску по всей своей длине. Цвет черты является наиболее точным признаком диагностики. Для определения цвета минерала определяют, как правило, цвет его порошка. Для этого проводят царапину испытуемым по матовой фарфоровой поверхности.
2. Прозрачность. По этому признаку минералы делят на несколько небольших групп: прозрачные (хорошо видно предметы), полупрозрачные (предметы видно довольно плохо), просвечивающие (пропускает только в том случае, когда минерал в виде тонкой пластины), непрозрачные (минерал не пропускает свет вообще).
3. Блеск. Блеском называется способность предмета отражать свет. При диагностике минералов по блеску их делят на две группы: минералы с металлическим блеском и с полуметаллическим (алмаз, стекло, глянец и другие).
4. Спайность. Так, называют способность минерала расщепляться на отдельные частицы. Здесь также различают разные виды спайности: весьма совершенная (минерал без усилия расщепляется на отдельные частицы), совершенная (при легком ударе рассыпается на кусочки, образуя ровные поверхности), средняя (при рассыпании образуются изломы), несовершенная (трудно обнаруживаются спайности в минерале) и весьма несовершенная (спайность отсутствует).
5. Излом. Диагностируют характер излома, разделяя минералы на несколько групп с: ровным изломом, ступенчатым, неровным, зернистым изломом, землистым, раковистым, игольчатым и крючковатым.
6. Твердость. Это способность поверхности сопротивляться проникновению другого вещества. Определяется путем царапанья минерала ногтем, ножом, стеклом или другим минералом. Измеряется по шкале Мооса.
7. Удельный вес. Выделяют следующие классы: легкие (удельный вес составляет до 2,5 грамм на кубический сантиметр), средние (от 2,6 до 4 грамм на кубический сантиметр) и минералы с большим удельным весом (больше 4 грамм на кубический сантиметр).
8. Магнитность. Свойство минералов отклонять магнитную стрелку компаса и притягиваться магнитом.
9. Хрупкость и ковкость. Ковкими минералами считаются те, что способны менять форму при ударе молотком. Хрупкие же при ударе рассыпаются.
10. Электропроводность. Это способность вещества, в данном случае минерала, под действием электрического поля проводить электроток.
11. Запах. При горении, трении, смачивании различные минералы приобретают самые разнообразные запахи. Например, угарный газ или сероводород.
12. Вкус. Вкусовые эффекты присутствуют только у растворяемых в воде минералов.
13. Жирность и шероховатость.
14. Гигроскопичность. Свойство минерала притягивать к себе молекулы воды.

В каком виде находятся минералы в природе?

В природе минералы можно встретить в различном виде. Так, некоторые экземпляры могут находиться в виде одиночных кристаллов. Другие же представляют собой скопления – агрегаты.

Выделяют три вида минеральных агрегатов:

1. Изометрические агрегаты. Их форма одинаково развита по всем направлениям.
2. Удлиненные в одном направлении – игольчатые, столбчатые, лучистые и призматические.
3. Вытянутые в двух направлениях формы. К таким относят пластинчатые, таблитчатые, чешуйчатые и листоватые кристаллы.

Систематика минералов

Для более точной классификации минералов Международная Минералогическая ассоциация утвердила следующую систематику:

• Класс. В самую первую очередь минералы классифицируют по анионам. Существуют три группы: основной анион, анионный комплекс и отсутствие аниона. Таким образом, все минералы делятся на: самородки, органические соединения, сульфиды, окиси и гидроокиси, карбонаты, нитраты, сульфаты и другие.
• Подкласс. Подклассы различают минералы с разными структурами. Так, ММА разделила все минералы на несо-, цикло-, соро-, ино-, фило- и тектосиликаты.
• Семейство. На семейства минералы делятся в зависимости от похожести химического либо структурного состава.
• Надгруппа. Она содержит в себе те минералы, которые не входят в отдельные группы.
• Группа. Объединяет минералы с одинаковыми структурами и химическим составом.
• Подгруппа.

Как используются минералы?

Все минералы планеты нашли себе широкое применение в самых различных отраслях:

1. Первое место, несомненно, занимает промышленность. Например, при переработке глинозема можно получить большое количество цемента. А слюда является хорошим термо- и электроизолятором, кианит широко используется в качестве огнеупорного материала, а кварц для изготовления стекла.
2. Также минералы широко используются в качестве драгоценных и полудрагоценных камней для украшения ювелирных изделий. Те минералы, которые не несут высокой ценности повсеместно используют для ремонта, строительства и даже декора.
3. Не менее часто используются и гипс, апатит и селитра, но уже в качестве удобрений.
   Для изготовления фарфоровых статуэток и посуды применяют криолит, флюорит, кианит и другие минералы.
4. Отдельно стоит сказать про вольфрам. Его применяют для изготовления стали тугоплавких сортов. А также для изготовления лампы накаливания.
5. Наверняка, всем известны свинцовые пули, которые также изготовлены из минерала. А еще свинец широко применялся для защиты от радиоактивного излучения.
6. Не обошли стороной минерал и художники. Они применяют его в качестве красителя для своих красок. Например, аквамарин дает синий цвет, а изумрудная зелень – зеленый. Киноварь окрашивает в ярко-красные цвета и так далее.
7. Наверняка, нет ни одного человека, который бы ни разу в жизни не сделал хотя бы глоток минеральной воды. Получила она свое название не просто так. Свои полезные компоненты: соли, щелочи и другие, она получает именно от минералов. Вода на глубине взаимодействует с ними и обогащается щелочами.

Какие камни относятся к минералам?

Некоторые люди ошибочно полагают, что все камни можно отнести к минералам. Так, например, называют гидротермальные камни, что в корне неверно. Минералами можно считать только природные камни. Например, янтарь, азурит, танзанит.

Можно насчитать не одну тысячу красивых минеральных камней, но далеко не все будут считаться полудрагоценными, а уж тем более драгоценными. Последними считаются камни необычайной красоты, но встречаются они крайне редко, что вполне оправдывает их высокую стоимость.

Драгоценными камнями, которые относятся к минералам можно считать, например, лабунцовит – силикат со сложным составом. Или осумилит – очень редкий минерал. Черчит – редчайший гипсовый минерал. Хризоберилл – оксид бериллия и алюминия. И конечно же, алмаз, рубин, изумруд и другие.

Полудрагоценные камни встречаются, конечно, не так редко, поэтому цена на них ниже. Но все же встретить их можно не очень часто. Аметист, относящийся к числу полудрагоценных камней, также считается минералом. К ним же относятся и, например, бирюза, аквамарин, топаз и янтарь.

Источник: https://pro-kamni.com/kamni/minerali.html

К этому типу минералов относятся, во-первых, элементарные вещества (как говорят, самородные элементы), например, графит С, алмаз С, медь Cu, висмут Bi, их твердые растворы друг в друге, например, минералы состава (Au–Ag), (Au–Cu), (Pt–Fe), (Os–Ir).

Во-вторых, к тому же типу относятся особые химические соединения – интерметаллиды Pt3Sn, Pt3Fe, Pt2FeNi, Cu7Hg6 и др. (в них каждый металл занимает свои строго определенные позиции в кристаллической решетке минерала). Интересно в этом плане сравнить интерметаллид Pt3Fe и минерал (Pt,Fe)  (твердый раствор). В первом расселение атомов платины и железа строго закономерно, минерал имеет свою особую структуру; у второго структура такая же, как у платины, лишь часть ее атомов неупорядоченно замещена железом.

Все простые вещества – очень редкие минералы, суммарно они слагают не более 0,02 % массы земной коры. Однако именно в виде таких минералов образуют промышленные концентрации некоторые особо ценные металлы – золото, платина, осмий, иридий, серебро. Значительная доля промышленных запасов серы как химического сырья сосредоточена в виде химически чистого элемента – самородной серы. Некоторые самородные элементы сами по себе являются ценным техническим материалом, например, алмаз и графит из-за своих особых свойств – твердости (алмаз), электропроводности и тугоплавкости (графит).

Ранее считалось, что самородное состояние возможно только для некоторых химических элементов в силу их инертности. Современные исследования привели к открытию самородного цинка, алюминия, кадмия, кремния и многих других ранее уникальных минералов, но, как оказалось, они, во-первых, образуются действительно в уникальных условиях, и, во-вторых, в ничтожно-, исчезающе-малых количествах и мельчайших зернах.

Кристаллохимические особенности

Кристаллические структуры минералов простых веществ относительно просты, причем эта простота особо характерна для самородных металлов.

Большинство самородных металлов и их твердые растворы имеют структуру, отвечающую плотнейшим упаковкам – кубической или гексагональной. Например, золото, медь, серебро, алюминий (кубические), цинк, рутений, осмий (гексагональные). Чем сильнее характер связей в веществе отличается от металлической, тем более структура минерала отличается от идеальной плотнейшей упаковки и тем она сложнее, например, алмаз, сера, графит.

Структура серы является молекулярной. В каждой молекуле объединено в виде кольца по восемь атомов, соединенных ковалентными связями (полностью взаимно компенсирующимися, а суммарный заряд такого кольца равен нулю). Кольца накладываются друг на друга в виде колонок, по-разному ориентированных в пространстве. Кольца и колонки связаны между собой остаточными вандерваальсовыми связями. Все это влияет на внешнюю симметрию и огранку кристаллов, а также их физические свойства.

Отдельно характеризуем структуры природных полиморфов углерода – алмаза и графита. В первом атомы углерода располагаются равномерно во всех трех измерения. Кристалла по всему его объему, каждый атом окружен четырьмя соседними, между ними осуществляются ковалентные связи.

Структура второго полиморфа – слоистая, внутри слоя атомы связаны смешанными ионно-ковалентными, между слоями – вандерваальсовы или металлические связи.

Морфология кристаллов и физические свойства

Облик кристаллов – внешняя симметрия и огранка – тесно связаны с их структурой и условиями роста. Например, самородные металлы, обладающие плотнейшей кубической упаковкой имеют внешнюю симметрию с огранкой кристаллов в виде куба, октаэдра, ромбододекаэдра и их комбинаций (золото, медь, серебро). Гексагональная (тригональная) упаковка проявляется в виде призм и дипирамид, усеченных сверху и снизу гранями пинакоида (таковы кристаллы иридия).

У самородных элементов – неметаллов разнообразие кристаллов и сложность их огранки гораздо более выражены, и они относятся к разным сингониям. Сера кристаллизуется в ромбической сингонии в форме многогранников дипирамидального облика с гранями призмы и пинакоида. Кристаллы графита – это, как правило, тонкие пластинки, алмаз образует октаэдры, ромбододекаэдры, реже кубы.

Так же ярко проявляется структура и тип связей в физических свойствах минералов – простых веществ.

Самородное золото, серебро, медь, железо и другие металлы имеют типичный для металлов блеск, высокие значения электропроводности и теплопроводности, ковки в разной степени и не имеют спайности. Имеют очень высокую плотность: от 8,4 (Cu) до 19 (Au и Pt).

Сера с ее молекулярной структурой хрупка, имеет малую плотность (2,05 – 2,08 г/см3) и невысокую твердость (около 3), легко воспламеняется и при этом плавится.

Графит в результате резкой анизотропии строения кристаллической решетки имеет весьма совершенную спайность по уплощению кристаллов (по пинакоиду) и высоко электропроводен из-за существенно металлических связей между слоями углерода в его структуре.

Алмаз обладает сравнительно высокой плотностью (3,5–3,6 г/см3) и твердостью 10 из-за необычной компактности своей структуры и ковалентных связей между атомами углерода.

Особенности условий образования

Первое условие образования минералов – простых веществ – это, прежде всего инертность, малая активность химических элементов, таких как платина, осмий, иридий, золото.

Второе важное и часто независимое условие – малая химическая активность кислорода в среде минералообразования. Иногда это условие выполняется в процессе образования некоторых горных пород мантийного происхождения. Полагают, что так образуются в ультраосновных горных породах самородные металлы группы платины и алмазы. Бывают экзотические условия, при которых понижается активность кислорода, например, при прорыве базальтовых расплавов через угленосные толщи осадочных горных пород. В этом случае возможно появление самородного железа. К числу таких же экзотических условий относится и образование самородной меди, как промежуточного продукта окисления сульфидов меди халькопирита CuFeS2 и др. Отличный интернет магазин женской одежды в Одессе на сайте yomoyo.com.юа. Здесь вы найдете стильную одежду для мужчин и женщин от известных брендов во все мире. 

Особый тип процессов образования самородных элементов – биохимические реакции. Так, за счет жизнедеятельности некоторых бактерий могут формироваться крупные месторождения самородной серы в осадочных горных породах.

Краткие сведения о минералах

J Медь Cu. Химические примеси редки. Обычно это Ag, Au, Fe. Сингония кубическая. Встречается в виде желваков, одиночных неправильных зерен, проволочных, пластинчатых выделений в трещинах, в виде дендритов. Из всех металлов только медь способна образовывать самородки такого колоссального размера. Геологи встречали залежи сплошной самородной меди, масса которых составляла сотни тонн. Цвет медно-красный, часто медь покрыта черными, зелеными, синими налетами оксидов и гидрокарбонатов меди.

Блеск в свежем сколе металлический. Твердость 2,5–3, плотность 8,4–8,9 г/см3. Встречается вместе с купритом, теноритом, малахитом, хризоколлой в зоне окисления сульфидных руд и вместе с цеолитами в пустотах лав.

Является рудой на медь. Месторождения: Джезказган (Казахстан), Турьинские рудники, Меднорудянск, Гумешевсие копи (Урал). Самое большое в мире месторождение самородной меди возникло гидротермальным путем в пустотах базальтовых лав. Месторождение находится в Северной Америке, в штате Мичиган, на южном берегу озера Верхнего. И по сей день эти залежи самородной меди – один из крупнейших по запасам металла меднорудных районов мира.

Узнается по частой ассоциации с купритом, теноритом, малахитом, хризоколлой, по цвету и блеску, по большой плотности и ковкости, по крючковатому излому.

J Золото Au. Химические примеси Ag, Pd, Rh, Cu, Fe, Bi. Сингония кубическая. Встречается в виде мельчайших пластинок (золотин), неправильных выделений и вкраплений в кварце и сульфидах (пирите, арсенопирите, блеклых рудах); правильные кристаллы очень редки, относительно чаще наблюдаются скелетные кристаллы, дендриты золота. В осадочных породах (россыпях) золото имеет облик самородков разных форм и размеров (массой от долей грамма до нескольких десятков килограммов). Цвет золотистый, блеск металлический, твердость 2–3, плотность около 16–18 г/см3, у чистого золота 19,3 г/см3. Более 99 % золота, имеющегося в земной коре, присутствует в самородном виде. А оставшийся процент складывается из очень редких в природе соединений золота с  другими металлам.

Главнейшие промышленные месторождения – это, во-первых, среднетемпературные (реже низкотемпературные) гидротермальные жилы, во-вторых, речные россыпи и конгломераты (современные и древние).

Узнается по цвету, блеску, мягкости, большой плотности, ковкости и частой ассоциации с кварцем.

Добыча золота известна с глубокой древности. В более близкие к нам Крупнейшие месторождения. Новый Южный Уэльс и штат Виктория в Австралии – россыпи; Березовское, Урал; Майкаин и Степняк, Казахстан; Алдан и другие места в Сибири; Витватерсранд, Ю. Африка; Аляска, Калифорния, Невада, Северная Америка.

J Серебро Ag. Примеси Au (10 % Au – кюстелит, а при большем содержании – электрум). Редкий минерал. Наблюдается в виде тонких пластин, листочков в трещинах руд и пород, а также в виде проволочных кристаллов и их агрегатов в пустотах руд. Очень редко встречаются кристаллы серебра. Это кубы или октаэдры или сочетание этих форм. Гигантские самородки  – это колоссальная редкость. Как уникальные явления описаны самородки массой 0,5; 1,5; 5; 40 т. Цвет серебряно-белый, блеск металлический. Излом крючковатый. Ковок (1 кг металла можно вытянуть в проволоку длиной 2 км). Плотность 10–11,1 г/см3.

Из-за малой плотности и способности к истиранию почти не скапливается в россыпях. Образуется в среднетемпературных гидротермальных (полиметаллических) и других месторождениях и в зоне окисления рудных месторождений.

В отличие от золота, бóльшая часть серебра сосредоточена не в самородном виде, а рассеяна в виде примеси в сульфидах свинца, сурьмы, кобальта. Особенно много его извлекают из главного сульфида свинца – галенита.

J Железо Fe. (от латинского «феррум» – твердый, славянское слово «зализо» имеет один корень с лезвием оружия и орудий труда). В природе встречается в двух полиморфных модификациях кубической сингонии – феррит (α-Fe) и тэнит (γ-Fe). В первой содержится никеля от 0,2 до 5–8 %, во второй – до 70 %. Обе модификации – крайне редкие минералы. Феррит встречается в виде вкраплений и крупных масс металла в некоторых земных и лунных базальтах. В последние годы обнаружили мельчайшие вкрапления феррита в различных горных породах (от ультраосновных до кислых), в алмазе и оливине кимберлитов. Обе модификации железа являются главными составляющими частями железных и железокаменных метеоритов. Их агрегаты в метеоритах имеют на полированной и протравленной азотной кислотой поверхности штриховой узор, известный под названием фигур Видманштеттена (ученый Алоис Видманштетт в 1808 г. исследовал упавший вблизи местечка Штаннерн железный метеорит). В таких агрегатах феррит максимально обогащен никелем (в литературе по планетологии и астрономии его называют камаситом), имеет форму пластинок, а пространство между ферритовыми пластинками заполнено тэнитом. Эти агрегаты являются, видимо, результатом распада на две фазы первичного однородного твердого раствора никель – железо. Плотность железа 7–7,8 г/см3. твердость 4–5. Черта стально-серая. Самородки железа в отличие от самородков других металлов быстро окисляются с поверхности и всегда одеты в буро-черную рубашку. В отличие от других самородных металлов действует на магнитную стрелку, отклоняя ее.