Автор Зайцева Ірина 
Визначення мінералу
Мінерали — це природні, твердокристалічні неорганічні матеріали, які утворюються в земній корі внаслідок різноманітних геологічних процесів. Кожен мінерал характеризується чіткою хімічною формулою і упорядкованою атомною структурою, що відрізняє його від інших мінеральних видів. Мінерали складаються з хімічних елементів, які розташовуються в просторі у вигляді правильних кристалів. Наприклад, кварц є діоксидом кремнію (SiO₂) з характерною тригональною кристалічною системою.
Основні критерії визначення мінералу:
- Природне походження — утворення без безпосередньої участі людини
- Твердий стан — мінерали мають фізичну твердість і об’єм
- Неорганічний склад — вони не містять органічних вуглеводнів живих організмів
- Кристалічна структура — атоми розташовані в упорядкованому повторюваному порядку
- Постійна хімічна формула — визначений склад хімічних елементів з мінімальними варіаціями
- Однорідність — однакові фізичні та хімічні властивості у всіх точках кристала
Фізичні властивості мінералів
Фізичні властивості мінералів є важливими характеристиками для їх визначення та розпізнавання у природних умовах. Ці властивості залежать від хімічного складу, кристалічної структури та умов утворення мінералів. Геологи та мінералоги використовують фізичні властивості як інструмент для ідентифікації невідомих мінеральних зразків. Розуміння цих характеристик допомагає у видобутку корисних копалин та геологічному дослідженню територій.
| Властивість | Опис | Приклади |
|---|---|---|
| Твердість | Опір мінералу до подряпин та стирання | Алмаз (10), топаз (8), польовий шпат (6) |
| Колір | Видимий спектр світла, відбитого від поверхні | Малахіт (зелений), гематит (червоний), азурит (синій) |
| Блиск | Здатність мінералу відбивати світло | Металічний, скляний, перламутровий, жирний |
| Прозорість | Здатність пропускати світло | Прозорі, напівпрозорі, непрозорі |
| Щільність | Маса мінералу на одиницю об’єму | Графіт (2,2 г/см³), золото (19,3 г/см³) |
| Злам | Характер розламування при ударі | Раковистий, нерівний, щебеневий |
| Спайність | Здатність розколюватися по площинах | Досконала, добра, недосконала |
Ключові фізичні ознаки мінералів:
- Твердість за шкалою Мооса — від 1 (тальк) до 10 (алмаз)
- Питома вага — відношення ваги мінералу до ваги води однакового об’єму
- Магнітність — притягування магнітним полем (магнетит, магемит)
- Люмінесценція — світіння під впливом ультрафіолетового світла
- Радіоактивність — випромінювання енергії деякими мінералами (уран, торій)
Хімічні властивості мінералів
Хімічні властивості мінералів визначаються їх складом та будовою атомної решітки. Ці властивості характеризують поведінку мінералів під час взаємодії з хімічними речовинами, киснем, водою та іншими елементами. Хімічна активність мінералів впливає на їх розчинність, ступінь окиснення та спорідненість до інших речовин. Вивчення хімічних властивостей забезпечує розуміння геохімічних процесів у земній корі та процесів вивітрювання.
Найважливіші аспекти хімічних властивостей:
- Розчинність — здатність розчинятися в воді та інших розчинниках (галіт, селітра)
- Окиснення — реакція з киснем при нагріванні (піриту, сульфідів)
- Гідратація — приєднання молекул води до структури мінералу
- Взаємодія з кислотами — виділення газів та розпаду при дії кислот (вапняк)
- Ізоморфізм — заміщення одного елемента іншим із подібними властивостями
- Полімофізм — існування однієї речовини у кількох кристалічних формах (кальцит і арагоніт)
Класифікація мінералів за хімічним складом
Мінерали класифікуються за хімічним складом на основні класи залежно від переважаючих хімічних елементів та аніонних групувань. Ця класифікаційна система розроблена мінералогами для систематизації тисяч видів мінералів. Кожен клас містить мінерали зі подібними хімічними властивостями та часто схожою кристалічною структурою. Розуміння цієї класифікації необхідне для професіональної геологічної роботи та мінеральних досліджень.
Основні класи мінералів за хімічним складом:
1. Самородні елементи — мінерали, що складаються з одного хімічного елемента:
- Золото (Au)
- Срібло (Ag)
- Мідь (Cu)
- Графіт (C)
- Алмаз (C)
2. Оксиди та гідроксиди — сполуки елементів з киснем та гідроксильною групою:
- Магнетит (Fe₃O₄)
- Гематит (Fe₂O₃)
- Лимоніт (FeO(OH)·nH₂O)
- Корунд (Al₂O₃)
- Крейде (CaCO₃)
3. Сульфіди — сполуки елементів із сіркою:
- Піриту (FeS₂)
- Халькопіриту (CuFeS₂)
- Сфалериту (ZnS)
- Галеніту (PbS)
- Реальгару (AsS)
4. Галоїди — сполуки елементів із галогенами (Cl, F, Br, J):
- Галіт (NaCl) — кам’яна сіль
- Флюорит (CaF₂)
- Сильвіну (KCl)
5. Карбонати — сполуки із карбонатною групою (CO₃)²⁻:
- Кальцит (CaCO₃)
- Доломіт (CaMg(CO₃)₂)
- Малахіт (Cu₂(CO₃)(OH)₂)
- Азурит (Cu₃(CO₃)₂(OH)₂)
6. Силікати — найбільш розповсюджений клас мінералів зі групою (SiO₄)⁴⁻:
- Кварц (SiO₂)
- Польовий шпат (KAlSi₃O₈)
- Слюда (KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂)
- Оливін ((Mg,Fe)₂SiO₄)
- Амфіболи та піроксени
7. Сульфати — сполуки із сульфатною групою (SO₄)²⁻:
- Гіпс (CaSO₄·2H₂O)
- Барит (BaSO₄)
- Англезит (PbSO₄)
8. Фосфати — сполуки із фосфатною групою (PO₄)³⁻:
- Апатит (Ca₅(PO₄)₃(F,Cl,OH))
- Турквіс (CuAl₆(PO₄)₄(OH)₈·4H₂O)
Класифікація мінералів за походженням
Мінерали формуються у різних геологічних середовищах через різноманітні природні процеси. Походження мінералу тісно пов’язане з умовами його утворення, що включають температуру, тиск, хімічний склад розтопу або розчину. Розуміння походження мінералів допомагає передбачити їх розташування у земній корі та розробити стратегії видобутку. Класифікація за походженням є фундаментальною для практичної геології та геохімічних досліджень.
Види мінералів за походженням:
| Тип походження | Умови утворення | Приклади мінералів |
|---|---|---|
| Магматичні | Кристалізація з магми при охолоджуванні | Кварц, польовий шпат, оливін, магнетит |
| Метаморфічні | Трансформація під впливом тиску та температури | Гранат, силіманіт, графіт, мармур |
| Осадові | Осадження з розчинів та накопичення матеріалу | Галіт, гіпс, кальцит, крейда |
| Гідротермальні | Взаємодія гарячих розчинів з породами | Золото, срібло, мідь, касситерит |
| Вивітрювання | Хімічне та механічне руйнування на земній поверхні | Боксит, ліманіт, малахіт, азурит |
Детальний розгляд типів походження:
Магматичні мінерали утворюються при охолоджуванні магми у мантії та земній корі:
- Швидкі охолодження призводять до утворення дрібних кристалів
- Повільні охолодження створюють великі видовжені кристали
- Глибинні породи мають крупнокристалічну структуру (гранит)
- Поверхневі породи мають дрібнозернисту або скляну структуру (базальт)
Метаморфічні мінерали виникають при перекристалізації під впливом геотермічних умов:
- Високі температури та тиски видозмінюють структуру кристалів
- Приклад: глина трансформується у слюду та філіти
- Вапняк перетворюється на мармур через метаморфізм
- Формування гнейсів та сланців із осадових порід
Осадові мінерали накопичуються на дні водойм та в приповерхневих шарах:
- Випаровування морської води формує сіль та селітру
- Органічні залишки створюють вугільні родовища
- Боротьба мікроорганізмів з хімічними елементами сприяє мінеральним осадженням
Розповсюджение мінералів в земній корі
Кремній, алюміній, залізо та магній є найпоширенішими хімічними елементами у складі мінералів земної кори. Силікати становлять більше 90% мінерального складу земної кори та мантії. Розповсюджена закономірність показує, що найчастіші мінерали є найменш цінними для людини. Розуміння розповсюджения мінералів необхідне для геологічного картування та прогнозування родовищ корисних копалин.
Найпоширеніші мінерали у земній корі:
- Польовий шпат — 60% від складу земної кори
- Кварц — 12% від складу земної кори
- Слюда — до 4% від складу
- Амфіболи та піроксени — значна частка глибинних порід
- Оливін — поширений в ультраосновних породах
Використання мінералів в господарстві
Мінерали мають виключне значення для сучасної цивілізації та всіх галузей промислового виробництва. Видобуток та переробка мінеральної сировини становлять основу матеріального виробництва. Різні мінерали застосовуються як паливні ресурси, будівельні матеріали, металургійна сировина та декоративні матеріали. Економічна значущість мінеральних ресурсів визначає геополітичне та геоекономічне становище держав.
Основні галузі використання мінералів:
- Металургія — видобуток металів (залізної руди, мідних, цинкових руд)
- Хімічна промисловість — сировина для виробництва кислот та лугів
- Будівництво — цегла, вапняк, пісок, щебінь, гіпс
- Енергетика — вугіль, газ, нафта, уран
- Ювелірна промисловість — дорогоцінні камені (алмази, рубіни, сапфіри)
- Фармакологія та медицина — сировина для ліків та медичних препаратів
- Скляна промисловість — кремній, кварц, польовий шпат
Бондар Анастасія