Читать онлайн «Большая Советская Энциклопедия (МИ)». Страница 72

  Единичные кристаллы, зёрна и другие минеральные тела, отделённые друг от друга физическими поверхностями раздела, относятся к минеральным индивидам . Сростки минеральных индивидов образуют минеральный агрегат.

  В природе найдено и изучено около 2,5 тыс. минеральных видов и примерно столько же разновидностей. Ежегодно открывается около 30 новых минеральных видов.

  Большинство М. представлено ионными структурами (см. Кристаллохимия ). Менее распространены ковалентные и интерметаллические структуры. Молекулярные решётки в природе весьма редки (например, реальгар AsS, сера самородная, битумы и смолы). Реальные структуры М. характеризуются наличием дефектов в кристаллах (вакансий, примесных и межузельных атомов или ионов) и дислокаций . Нередко в М. возникают т. н. неупорядоченные структуры, характеризующиеся нарушением правильного порядка расположения ионов в решётке и тенденцией к их последующему перераспределению, направленному к повышению степени упорядоченности (например, в полевых шпатах ). Отдельные структурные элементы кристаллической решётки М. (слои, пакеты, цепочки и т. п.) могут быть несколько смещены относительно друг друга при полном сохранении структуры внутри этих элементов. В результате возникают политипные модификации (политипы), характеризующиеся одинаковыми параметрами элементарной ячейки в двух направлениях и третьим — переменным. Политипы особенно часто появляются у слоистых минералов (например: слюд, графита, молибденита, глинистых минералов).

  В отличие от образования полиморфных модификаций (см. Полиморфизм ), переход одного политипа в другой происходит не скачкообразно, а постепенно и не сопровождается резким тепловым эффектом, что объясняет существование в природе при одинаковых термодинамических условиях нескольких политипных модификаций М. Если явление полиморфизма связано с изменениями температуры и давления, то политипия М., по-видимому, зависит в первую очередь от условий роста кристаллов. Изучение явлений упорядочения, структурных дефектов, политипии и других отклонений в строении реальных М. от идеальных структур помогает расшифровать термодинамические условия образования М.

  Химический состав, формулы и классификация. Роль химических элементов в структуре М. различна: одни являются главными и определяют основной состав М.; другие, будучи по свойствам и строению атомов (ионов) близки к главным, присутствуют в М. преимущественно в виде изоморфных (см. Изоморфизм ) примесей (например, Pd, Ge, In, Cd, Ga, Tl, Se, I, Br, Re, Rb, многие редкоземельные). Для химии М. характерно резкое преобладание соединений переменного состава, представляющих однородные смешанные кристаллы (твёрдые растворы) — изоморфные ряды М. Этим, а также различной степенью упорядоченности структуры, определяются колебания физыических и химических свойств внутри одного минерального вида: например, плотности, твёрдости, цвета, показателя преломления, магнитной восприимчивости, температуры плавления и др. Сложность и недостаточное постоянство состава М. определяются явлениями изоморфизма, наличием субмикроскопических включений, а также явлениями сорбции, которые имеют место при образовании М. из коллоидных систем (например, урансодержащие опалы, лимониты, монтмориллониты и др.). Субмикроскопические включения в М. могут возникать: а) вследствие захвата дисперсных примесей в процессе кристаллизации из расплава, раствора и других сред (например, газово-жидкие включения в кварце, включения гематита в полевом шпате); б) при распаде твёрдых растворов вследствие изменения температурных условий (образование пертитов у полевых шпатов, распад сложных сульфидов и сложных окислов); в) при метамиктных превращениях; г) явлениях замещения одного М. другим или вторичных изменениях. Многие М. (например, магнетит) постоянно содержат различные микровключения.

  В природе наиболее распространены М. класса силикатов — около 25 % от общего числа М.; окислы и гидроокислы — около 12%; сульфиды и их аналоги составляют около 13 %; фосфаты, арсенаты (ванадаты) — около 18 %; прочие природные химические соединения — 32 %. Земная кора на 92 % сложена силикатами, окислами и гидроокислами. По типу химических соединений М. подразделяются на простые тела (самородные элементы) и составные (бинарные и прочие). Помимо простых анионов S2- , O2- , OH- , Cl- и др., в структурах часты комплексные солеобразующие анионные радикалы [СО3 ]2- , [SiO4 ]4- , [РO4 ]3- и др. В зависимости от состава простого или комплексного аниона среди М. выделяют сульфиды и их аналоги, окислы, галогениды, соли кислородных кислот.

  В основу современной классификации М. положены различия в типах химических соединений и кристаллических решёток (см. таблицу). Состав М. определённого структурного типа, а также закономерные его изменения при изоморфизме определяются строением и кристаллохимическими характеристиками слагающих атомов (ионов), их радиусами, координационными числами и типом химической связи.

  Конституция (состав и структура) М. выражается кристаллохимическими формулами, в которых указываются: а) валентность иона (если присутствуют элементы в различной степени валентности); б) комплексные анионы (в квадратных скобках), например [SiO4 ]4- , [АlO4 ]5- ; в) изоморфные группы элементов, заключающиеся в круглые скобки и отделяющиеся друг от друга запятыми; при этом элементы, находящиеся в большем количестве, пишутся на первом месте; г) дополнительные анионы OH- F- , Cl- , O2- и др., помещающиеся после анионного радикала; д) молекулы воды в кристаллогидратах (в конце формулы, соединяются с ней через точку); е) цеолитная или адсорбцыионная вода показывается также в конце формулы, пишется через точку и обозначается n H2 O; ж) недостаток атомов в дефектных структурах отмечается буквой х; з) если катионы в структуре М. занимают различное положение, то в формуле они показываются раздельно, при этом координацыионное число их обозначается римскими цифрами в показателе и справа от символа элемента. Примеры развёрнутого кристаллохимического написания формул М.: магнетит Fe2+ Fe2 3+ O4 ; андалузит AlVI AIV [SiO4 ]O; гипс Ca[SO4 ]×2H2 O; пирротин Fe1-x S, флогопит K[Mg, Fe]3 [AISi3 O10 ] (OH,F)2 ; опал SiO2 ×nH2 O.

  Морфология М. определяется их внутренней структурой и условиями образования. Размер отдельных минеральных индивидов широко варьирует: от 1—100 нм (коллоидные М.) до 10 м (например, кристаллы сподумена в пегматитах). В зависимости от кристаллической структуры и условий роста возникают кристаллы М. различного облика (габитуса) — изометрического (например, галит, галенит, сфалерит, оливин и др.), листоватого и чешуйчатого (например, молибденит, слюды, тальк), дощатого (например, барит), столбчатого и игольчатого (рутил, актинолит, турмалин). На некоторых кристаллах М. наблюдается характерная штриховка, а также формы роста и растворения. Детально изучая морфологию М. и скульптуру граней, т. е. проводя кристалломорфологические исследования, можно воссоздать историю образования минеральных индивидов. Наряду с отдельными кристаллами М. в природе образуются также сростки М., как закономерно ориентированные по отношению друг к другу (двойники, параллельные и эпитаксические сростки), так и без взаимной ориентации (минеральные агрегаты). По морфологии агрегатов выделяются друзы (щётки), дендриты, зернистые, плотные и землистые массы, оолиты и сферолиты, секреции и конкреции, различные натёчные агрегаты минералов , особенно характерные для минералов экзогенного происхождения. Изучение морфологии минеральных агрегатов составляет содержание особого раздела минералогии — онтогенического анализа М. Знание морфологических особенностей М. помогает быстро их определять.

  Физические свойства М. обусловлены кристаллической структурой и химическим составом. Вследствие изоморфизма, микронеоднородности, разупорядоченности, наличия дефектов и других особенностей в природных кристаллах М., свойства их обычно не являются строго постоянными. Физические свойства М. подразделяют на скалярные (например, плотность) и векторные, имеющие различную величину в зависимости от кристаллографических направления (например, твёрдость, кристаллооптические свойства и др.). К физическим свойствам М., которые наряду с формами выделений служат основой их диагностики, относятся плотность, механические, оптические, люминесцентные, магнитные, электрические, термические свойства, радиоактивность.