Шкала твердости минералов (Мооса)

Твердость	Минерал	Химический состав
	Тальк	Mg3(OH)2[Si4O19]
	Гипс	CaSO4 × H2O
	Кальцит	CaCO3
	Флюорит	CaF2
	Апатит	Ca5(F, Cl) [PO4]3
	Ортоклаз	K[AlSi3O8]
	Кварц	SiO2
	Топаз	Al2 (F, OH)2 [SiO4]
	Корунд	Al2O3
	Алмаз	C

Твердость минералов шкалы относительна. Так, твердость талька, определенная на специальном приборе путем вдавливания, равна 2,4 кг/мм², а алмаза – 10060 кг/мм², т. е. алмаз тверже талька не в 10 раз, а примерно в 500 раз.

В поле геологи часто пользуются бытовой шкалой твердости, порядковый номер предмета в которой соответствует его условной твердости:

1. Грифель мягкого карандаша.

2. Ноготь.

3. Медная монета.

4. Железный гвоздь.

5. Стекло.

6. Острие стального ножа, игла.

7. Напильник, кусочек кварца.

Для определения твердости любого исследуемого минерала на его поверхности выбирают гладкую площадку и, нажимая, проводят по ней острым углом минерала из шкалы твердости (или предметом). Если на исследуемом минерале остается царапина, то его твердость меньше, чем у минерала-эталона, если царапина отсутствует, то твердость первого больше. При равной твердости испытываемого минерала и минерала-эталона они взаимно слабо царапают друг друга. Если исследуемый минерал оказался по твердости в интервале между двумя эталонами, его твердость определится как промежуточная между ними.

Твердость является определяющим свойством минералов. Однако следует иметь в виду, что посторонние примеси и выветривание минералов могут изменять их стандартную твердость.

Удельный вес – это характеристика плотности минерала (г/см³). Точное определение удельного веса возможно лишь в лабораторных условиях. При определении минерала пользуются взвешиванием минерала на ладони с приблизительной оценкой «тяжелый», «средний», «легкий». Удельный вес минералов в табл. 2.

Таблица 2

Удельный вес минералов

Уд. вес, г/см3	Группа	Минералы
До 2,5   2,5-4,0   Более 4,0	легкие   средние   тяжелые	графит, сера, галит, сильвин, гипс, нефти, угли кварц, корунд, лимонит, флюорит, кальцит, доломит, ангидрит, апатит, фосфорит, оливин, роговая обманка, тальк, серпентин, слюды, полевые шпаты гранаты, рудные минералы

Специфические свойства минералов – это свойства, которые присущи одному или небольшой группе минералов. К ним относятся:

Магнитность – способность минерала действовать на стрелку компаса, отклоняя или притягивая ее. Кусочек определяемого минерала подносится к установившейся стрелке компаса и несколькими движениями в разные стороны проверяется его действие на нее. Этим свойством обладают магнетит, платина, пирротин, иногда ильменит.

Реакция со слабой (5-10 %) соляной кислотой. Минералы класса карбонатов «вскипают» с соляной кислотой, выделяя углекислый газ в виде пузырей. Кальцит вскипает в куске, доломит – только в порошке, магнезит и сидерит – в подогретой кислоте.

Некоторые сульфиды также вскипают с соляной кислотой с выделением сероводорода, распознаваемого по характерному запаху.

Вкус. По вкусу распознаются галит (каменная соль) и сильвин (калийная соль). Галит – соленый, сильвин – горько-соленый, щиплет язык.

Двойное лучепреломление. Это свойство хорошо выражено у прозрачных разностей кальцита - исландского шпата. Если через исландский шпат рассматривать предмет, то возникает его двойное изображение.

Некоторые минералы определяют на ощупь, например, каолинит – жирный, мажущий; тальк – жирный, мыльный; боксит, мел, трепел – сухие или «тощие». В природе встречаются минералы, для которых неплохим диагностическим свойством является запах. Так, если потереть или резко ударить друг о друга два кусочка арсенопирита или других арсенидов, то почувствуем чесночный запах – запах мышьяка.

11.3. ПОРЯДОК ОПИСАНИЯ МИНЕРАЛОВ

Название, химический состав в виде формулы, класс химической классификации. Цвет минерала в куске, порошке; блеск и прозрачность; излом и спайность; твердость с точностью до единицы; удельный вес в виде группы. Отличительные (диагностические) свойства минерала от других и от себе подобных. Формы нахождения в природе. Генезис и условия образования минерала.

Описание минерала должно быть последовательным, логичным, без нумерации свойств и относиться к конкретному образцу.

Например:

Галит, NаС1, хлориды. Цвет в куске пестрый, синевато-серых тонов, черта белая; блеск стеклянный, прозрачный; излом ровный, спайность весьма совершенная; твердость 2, удельный вес легкий. Соленый на вкус. Происхождение – осадочное.

11.4. ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ

Минерал (понятие). Породообразующие минералы. Макроскопическое (визуальное) определение. Кристаллические минералы. Кристаллическая решетка минерала. Элементы симметрии кристаллов. Кристаллографические сингонии. Аморфные минералы. Скрытокристаллические минералы. Генезис. Формы кристаллов: изометрические, призматические, таблитчатые, листоватые, чешуйчатые. Закономерные сростки кристаллов (двойники, тройники и т.д.). Друзы. Дендриты. Секреции, жеоды, миндалины. Конкреции. Натечные формы. Оолиты. Изоморфизм, полиморфизм, псевдоморфизм. Побежалость. Иризация. Бисквит. Шкала Мооса. Магнитность. Двойное лучепреломление.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое минерал? Породообразующие минералы.

2. Формы нахождения минералов в природе.

3. Взаимоотношения формы и химического состава минералов.

4. Макроскопическое определение минералов; свойства, определяемые визуально.

5. Определение цвета минералов,

6. Блеск и прозрачность минералов.

7. Излом и спайность минералов.

8. Твердость минералов.

9. Удельный вес и специфические свойства минералов.

10. Порядок описания минералов.

Вопросы объединяются по два в варианты и даются в виде контрольной работы, рассчитанной на 15-20 минут.

11.6. ХИМИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ МИНЕРАЛОВ

Современная химическая классификация минералов основывается на химическом составе и рентгенометрически изученном кристаллическом строении вещества, тесно связанных с их генезисом. По химическому признаку выделяют классы и подклассы минералов, отвечающие все большей детализации их состава. По структурным признакам выделяются отделы, подотделы, группы и подгруппы минералов. Из общего числа минералов около 34% приходится на силикаты, около 25% – на оксиды и гидроксиды, около 20% – на сульфиды; на долю всех остальных минералов приходится около 21%.

В курсе общей геологии для определения предлагаются породообразующие минералы следующих таксономических единиц:

I класс – самородные элементы.

II класс – сульфиды.

III класс – оксиды и гидроксиды.

IV класс – хлориды (подкласс безводных хлоридов).

V класс – фториды (группа флюорита).

VI класс – карбонаты.

VII класс – сульфаты.

VIII класс – фосфаты.

IX класс – силикаты.

Силикаты по химическому составу и структурному строению делятся на подклассы и группы.

Самородные элементы – сера, графит, алмаз в химическом отношении являются простейшими веществами, состоящими из одного, реже – из смеси двух элементов. Они не являются породообразующими, но имеют широкое практическое применение. В породах часты в виде включений. Происхождение – метаморфическое, вулканогенное, при разложении сульфидов, при распаде сернокислых соединений в присутствии органических веществ.

Сульфиды – пирит, халькопирит, галенит – это соединения элементов, главным образом металлов с серой. Сульфиды не являются породообразующими, но представляют практический интерес, как руды цветных и черных металлов. Характерными чертами для минералов этого класса являются металлический блеск (кроме сфалерита) и темная черта. Сульфиды не прозрачны, отличаются ярко-золотисто-желтым цветом, твердостью и формой кристаллов. Происхождение – контактово-метаморфическое, гидротермальное, реже – при разложении остатков животных и растений в осадочных породах.

Оксиды и гидроксиды. Это соединения элементов с кислородом и гидроксильной группой ОН. Минералы этого класса широко распространены в земной коре и составляют около 17% ее массы. Некоторые из них являются породообразующими, оксиды железа – рудами: лимонит, гематит, магнетит. Сюда относится кварц и корунд с их разновидностями.

Кварц: Горный хрусталь – прозрачная разновидность кварца.

Морион – черный кварц.

Раухтопаз – дымчатый, прозрачный.

Аметист – фиолетовый.

Халцедон – скрытокристаллическая разновидность кварца.

Агат – полосчатый халцедон.

Кремень – загрязненный халцедон.

Опал – водный оксид кремния.

Корунд и его разновидности: рубин – красная, сапфир – синяя.

Происхождение различное. Кварц является минералом-индикатором кислых магматических пород, широко представлен и в метаморфических, осадочных породах.

Хлориды – галит, сильвин – это соли галоидно-водородных кислот. Они являются породообразующими минералами и имеют практическое значение. Отличительной их чертой является пестрая окраска, небольшая твердость, стеклянный блеск, совершенная и весьма совершенная спайность. Легко растворяются в воде и поэтому имеют вкус. Галит и сильвин лагунно-морского осадочного происхождения.

Фториды – флюорит (плавиковый шпат) – фторид кальция. Образует зернистые скопления, отдельные кристаллы и их сростки. Цвет разнообразный – бесцветный, желтый, зеленый, голубой, фиолетовый, часто пестроцветный. Спайность совершенная в четырех направлениях параллельно граням октаэдра; твердость 4. Флюорит в основном гидротермального происхождения.

Карбонаты – кальцит, доломит. Это соли угольной кислоты. Отличаются светлой чертой, невысокой твердостью (3-4), спайностью и реакцией с соляной кислотой (10-5%), степень интенсивности которой у разных минералов различна и позволяет отличать их друг от друга. Эти минералы широко распространены и имеют породообразующее значение. Происхождение различно: гидротермальные процессы, процессы выветривания и осадконакопления в водных бассейнах, полостях пород.

Сульфаты – гипс и его разновидности (селенит, марьино стекло), ангидрит. Это соли серной кислоты. Известны как широко распространенные породообразующие минералы. Отличаются белой чертой, малой твердостью. По физическим свойствам мало отличаются от карбонатов, но не реагируют с соляной кислотой. Образуются в поверхностных условиях как химический осадок в озерах, морских лагунах, реже при выпадении из растворов подземных вод, а также в результате окисления сульфидов и серы.

Фосфаты – апатит. Соли фосфорной кислоты имеют породообразующее значение и практическое применение. Образуются при магматических процессах, а также осадочным путем из фосфорсодержащих остатков древних организмов или из вулканогенных растворов в бассейнах.

Силикаты. Это наиболее многочисленный, а по структурному и химическому строению – сложный класс. Минералы его слагают по весу 85% земной коры и являются породообразующими.

Основная структурная единица силикатов – кремнекислородный тетраэдр [SiO₄]^4–, обладающий 4 свободными валентными связями, за счет которых происходит присоединение ионов других элементов. Способ соединения тетраэдров определяет форму кристаллов минералов и положен в основу разделения силикатов на подклассы: островные, кольцевые, цепочечные (цепные), ленточные, листовые (слоевые) и каркасовые (каркасные) (рис. 5, 6).

В пределах подклассов выделяются группы и подгруппы минералов, отличающихся не только строением, но и химическим составом.

Островные силикаты благодаря плотной упаковке ионов обладают высокой твердостью и довольно большим удельным весом. К островным силикатам из широко распространенных породообразующих минералов относятся оливин и гранат.

Оливин отличается зеленым цветом, высокой твердостью. Происхождение магматическое. Основной минерал ультраосновных и основных пород.

Гранаты встречаются преимущественно в метаморфических и метаморфизованных породах, реже в изверженных. Известно несколько разновидностей гранатов – альмандин темно-красного или бурого цвета, розовато-красный пироп, зеленый гроссуляр.

Кольцевые силикаты. Их структура образована кольцами из трех, четырех или шести кремнекислородных тетраэдров.

К этому подклассу относится берилл – полупрозрачный и прозрачный зеленый минерал, образующий шестигранные призматические кристаллы. Из него добывается металл бериллий.

Турмалин – это минерал, который встречается в гранитных породах, в пегматитовых телах, а также в сланцах на границе с магматическими породами. Может быть зеленого, розового, бурого и черного цвета. Используется в радиотехнике и как драгоценный камень.

Цепные силикаты имеют вид относительно коротких призматических кристаллов, представляющих в поперечном сечении восьмиугольник. В этот подкласс входит группа пироксенов (авгит), которые делятся на моноклинные и ромбические.

Отличаются темным цветом, призматической короткостолбчатой формой кристаллов, стеклянным блеском (от роговой обманки). Происхождение магматическое, реже метаморфическое. Главный минерал основных пород и реже – средних.

Ленточные силикаты широко представлены в породах группой амфиболов, представителем которых является роговая обманка. Ее лучистая разновидность называется актинолитом. Амфиболы по внешнему виду трудно отличить от пироксенов, однако первые имеют шелковистый блеск, вытянутые столбчатые, часто игольчатые кристаллы с шестиугольным сечением. Лучше заметна спайность. Химический состав их непостоянен. Происхождение магматическое и метаморфическое.

Листовые (слоевые) силикаты характеризуются невысокой твердостью и весьма совершенной спайностью, определяющейся внутренней структурой минералов этого подкласса. По химическому составу эти минералы разделяются на силикаты (тальк, серпентин) и алюмосиликаты (группа слюд), в которых часть кремния замещается алюминием. Происхождение, в основном, метаморфическое.

Каркасовые (каркасные) силикаты отличаются постоянной высокой твердостью, стеклянным блеском и хорошо заметной спайностью. В этом подклассе выделяются две группы: полевые шпаты и фельдшпатиды.

Полевые шпаты по химическому составу делятся на две подгруппы:

Калиевые полевые шпаты отличаются светлой чертой и прямоугольными сколами в двух направлениях по спайности. Наиболее распространен в этой группе ортоклаз, очень похож на него по физическим свойствам и химическому составу микроклин, зеленая разновидность которого называется амазонитом. Микроклин отличается от ортоклаза по углу спайности на 20¢, так что внешне при визуальном определении это различие неуловимо.

Натриево-кальциевые полевые шпаты (или плагиоклазы), представляющие непрерывный ряд изоморфных смесей двух минералов: альбита и анортита. По содержанию кремнекислоты плагиоклазы делятся на кислые (альбит, олигоклаз), средние (андезит), основные (лабрадор, битовнит, анортит). Макроскопически различить разновидности плагиоклазов очень трудно. От калиевых полевых шпатов они отличаются более темной зеленовато-серой окраской (за исключением альбита), штриховкой на гранях кристаллов и косоугольными (87°) сколами по спайности.

Фельдшпатиды по химическому составу сходны с полевыми шпатами, но беднее их кремнекислотой. Иначе их называют заместителями по полевым шпатам. Альбиту из фельдшпатидов соответствует нефелин, ортоклазу и микроклину – лейцит. Генезис магматический и метаморфический.

В общем виде схема классификации силикатов представлена в табл. 3.

Таблица 3

Классификация силикатов

Подкласс	Группа	Минералы
Островные	ортосиликаты	оливин, гранаты
Кольцевые		берилл, турмалин
Цепочечные (цепные)	пироксены	авгит, эгирин-авгит
Ленточные	амфиболы	роговая обманка, актинолит
Листовые (слоевые)		тальк, серпентин
	алюмосиликаты	биотит, мусковит, хлориты, каолинит, глауконит
Каркасовые (каркасные)	калиевые полевые шпаты	ортоклаз, амазонит
	Nа-Са полевые шпаты (плагиоклазы)	альбит, лабрадор, анортит
	фельдшпатиды	нефелин (элеолит)

11.7. ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ

Магматизм. Глауконит. Метаморфизм. Группа гранатов. Вулканогенный. Амазонит. Гидротермальный. Диагенез. Процессы экзогенные. Метасоматоз. Дегидратация. Сталактиты, сталагмиты. Химическое выветривание. Кремнекислородный тетраэдр. Серицит. Асбест. Пироксены. Каолинит. Амфиболы. Гидрослюды. Актинолит

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО КЛАССИФИКАЦИИ МИНЕРАЛОВ

1.Принципы, положенные в основу современной классификации минералов. Типы и классы минералов.

2. Типы, классы, подклассы и группы минералов.

3. Характеристика самородных элементов.

4. Характеристика класса сульфидов.

5. Характеристика оксидов и гидроксидов.

6. Характеристика хлоридов, фторидов, карбонатов;

7. Характеристика сульфатов, фосфатов.

8. Классификация силикатов.

9. Отличительные свойства минералов: доломита и ангидрита, апатита и флюорита, галита и кальцита, гематита и лимонита, апатита и кварца, гипса и ангидрита, флюорита и кварца.

10. Определение минерала.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО СИЛИКАТАМ

1. На каком принципе основано подразделение силикатов на подклассы и группы? Перечислить их.

2. Характеристика цепных и ленточных силикатов.

3. Листовые силикаты.

4. Каркасовые силикаты.

5. Отличительные свойства минералов:

а) оливина и кварца, оливина и апатита;

б) авгита и роговой обманки, ортоклаза и альбита;

в) талька и хлорита, ортоклаза и кварца;

г) биотита и мусковита, биотита и хлорита;

д) калиевых полевых шпатов и плагиоклазов;

е) нефелина и ортоклаза, нефелина и кварца.

6. Друзы, генезис, экзогенные процессы, сталагмиты, глауконит.

7. Дендриты, магматизм, дегидратация, кремнекислородный тетраэдр.

8. Секреции, метаморфизм, химическое выветривание, диагенез.

9. Оолиты, вулканогенный, псевдоморфизм, пироксены, серицит.

10. Побежалость, амфиболы, иризация, эндогенные процессы.

11.10. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИНЕРАЛОВ

Определение минерала нужно начинать с твердости, так как она является постоянной для большинства из них. По твердости все минералы разбиты на семь групп. В первых шести они объединяются в подгруппы по блеску, где каждый имеет номер, против которого указаны наиболее характерные признаки, отличающие этот минерал от других.

Ход определения минерала следующий: предположим, мы определили твердость минерала 3. Следовательно, минерал относится ко второй группе твердости, т. е. с твердостью от 2 до 3 включительно. Затем определяем блеск минерала. Допустим, что блеск стеклянный. Обращаемся к подгруппе 2 (минералы со стеклянным или перламутровым блеском). В этой подгруппе пять номеров: 26, 27, 12, 11, 14, каждому из которых присуще то или иное свойство. Так, для 27 характерны черный цвет и способность расщепляться на тонкие листочки, а для 26 – светлый цвет и расщепляемость на листочки, для 12 – соленость и т. д.

Оказывается, что определяемый минерал не соленый и не расщепляется на листочки, но от капли слабой соляной кислоты бурно «вскипает». Минерал с подобными свойствами имеет № 14. Далее следует перейти к табл. 4, где главные породообразующие минералы распределены по классам, и под этим номером находим, что это кальцит. Определив все остальные свойства, окончательно убеждаемся в правильности нашего определения. Теперь минерал следует описать в соответствии с порядком описания (см. с. 31).

Перечень групп минералов по твердости: