Характеристика и диагностические признаки минералов подтипа оксидов и гидроксидов (тип кислородных соединений)

Задача работы. Приобретение и закрепление навыков практического определения наиболее распространенных минералов подтипа оксидов и гидроксидов

Учебный материал. Учебная коллекция минералов, шкала твердости Мооса, соляная кислота 10% в капельницах, компас, фарфоровая пластинка, определители минералов.

Методические указания. Данный подтип включает 2 класса: соединения металлов и некоторых других химических элементов с кислородом (класс оксиды) и ли с гидроксильной группой (ОН)^-1 (класс гидроксиды). Наиболее распространенными минералами этого подтипа являются окислы кремния, алюминия, железа, марганца и титана.

Оксиды, в отличие от сульфидов, как правило, обладают высокой твердостью. Самыми твердыми являются оксиды алюминия (твердость 9), бериллия и магния (твердость больше 7), кремния (твердость 7). Высокой твердостью (5-6) отличаются также оксиды олова, железа, титана, ниобия, марганца, ванадия. Остальные оксиды имеют среднюю твердость (3-5). Гидрооксиды обладают средней и низкой твердостью.

Оксиды кремния, магния, алюминия чаще всего бесцветны или окрашены в результате присутствия примесей или дефектов кристаллической решетки в различные цвета. Они обычно прозрачны или полупрозрачны и имеют стеклянный блеск. Оксиды олова, тантала, ниобия, тория, циркония и титана полупрозрачны, окрашены в бурый цвет и обладают алмазным блеском. Оксиды железа, марганца, хрома, урана чаще всего окрашены в черный с буроватым оттенком цвет. В большинстве случаев они непрозрачны, обладают металлическим или полуметаллическим блеском, некоторые из них магнитны. Многие минералы подтипа оксидов и гидроксидов имеют большое практическое значение.

Кварц (SiO₂) Кварц является одним из наиболее широко распространенных в земной коре минералов (около 12%). Кроме явно кристаллических модификаций кварца, известна скрытокристаллическая его разновидность, обладающая волокнистым строением - халцедон. В зависимости от температуры образования известно несколько структурных модификаций кварца. Сингония тригональная. Кристаллы – шестигранные (в результате двойникования) призмы, с одного (реже с обоих) конца увенчанные шестигранной пирамидальной головкой, сочетающей грани двух ромбоэдров (рис. 27). Характерна поперечная штриховка на гранях призмы.

Рисунок 27. Кристаллы кварца

Встречаются индивиды, в которых грани главных ромбоэдров одинаково развиты, и кристаллы в таких случаях принимают облик «гексагональной дипирамиды». Часто наблюдаются двойники и друзы кристаллов кварца, иногда в срастании с кристаллами других минералов. Встречается также в виде сливных и зернистых агрегатов. Цвет может быть самым различным, но наиболее распространены бесцветные, молочно-белые и серые окраски. Прозрачные и полупрозрачные красиво окрашенные разновидности кварца имеют особые названия:

· Горный хрусталь – бесцветные водяно-прозрачные кристаллы.

· Аметист («горная фиалка»)– фиолетовая разновидность. При нагревании обесцвечиваются или желтеют.

· Дымчатый кварц (раухтопаз) – дымчатые прозрачные или полупрозрачные разновидности, окрашенные в буроватые или сероватые цвета, напоминающие цвет дыма).

· Морион – непрозрачные кристаллы кварца, окрашенные в черный цвет.

· Цитрин – золотисто-желтые или лимонно-желтые кристаллы.

Сплошные и зернистые агрегаты кварца полупрозрачны или непрозрачны и окрашены обычно в серый, буроватый или молочно-белый цвета, реже розовый («розовый кварц») или неоднородный фиолетовый (аметистовидный кварц).

У кварца имеются также разновидности, окраска которых присутствием включений других минералов:

Празем – зеленый кварц, содержащий включения иголочек актинолита.

Авантюрин – желтоватый, буровато-красный кварц с мерцающим отливом, обусловленным мельчайшими включениями слюды, гематита и др.

«Кошачий», «тигровый»и«соколиный глаз» зеленого, буровато-коричневого и голубовато-серого цвета с шелковистым отливом, похожим на отлив в глазах животных и обусловленным присутствием параллельно-волокнистых минералов (пироксены, амфиболы, иногда частично разложенные).

Иногда прозрачные кристаллы кварца, содержат в себе целые пучки тончайших игольчатых кристаллов турмалина, рутила, актинолита и других минералов, захваченных ими во время роста. Такие кристаллы носят название «кварц-волосатик».

Халцедон (SiO₂) (скрытокристаллическая или тонковолокнистая разновидность кварца) также часто бывает окрашен в самые различные цвета и оттенки: молочно-серый, синевато-серый или серовато-голубой (сапфирин), желтый, красный, оранжевый (сердолик), коричневый, бурый (сардер), зеленый (плазма), яблочно-зеленый (хризопраз), зеленый с красными пятнышками (гелиотроп) и др.

Агаты или ониксы, сложены различно окрашенными, иногда тончайшими, соответственно концентрически-зональными или плоско-параллельными слоями халцедона (рис. 28), могут иметь самые различные сочетания оттенков: черного с белым (арабский оникс), бурого с белым (сардоникс), красного с белым (карнеолоникс) и др.

Рисунок 28. Агат (а) и оникс (б)

Кроме того, встречаются агаты с причудливыми узорами (так называемые, пейзажные) - моховой, облачный, звездчатый, ландшафтный, руинный и прочие.

Блеск кварца стеклянный, халцедона – стеклянный, но иногда - восковой до матового. Твердость 7. Спайность отсутствует. Излом раковистый. Уд. вес 2,6. Обладает пьезоэлектрическими свойствами. Диагностические признаки и отличия от сходных минералов: форма кристаллов, блеск, высокая твердость (7 – легко царапает стекло). Применение. Горный хрусталь (пьезокварц) применяется в радиотехнике и оптике. Аметист, цитрин и другие ювелирные разновидности кварца, также как и красиво окрашенные халцедоны используются как полудрагоценные и поделочные камни. Агат используется в точной механике (устойчив к истиранию) и для изготовления ступок и пестиков. Чистый кварц используется в стекольной промышленности (в том числе, для изготовления лабораторной посуды) и в строительстве (кварцевые пески и кварциты).

Опал (SiO₂хnH₂O) - типичный твердый гидрогель (в строгом смысле его нельзя считать минералом, т.к. он аморфен - см. определение понятия «минерал». В последнее время аморфные природные соединения предлагается называть «минералоидами»). Цвет. Сам по себе опал бесцветен. Благодаря различным примесям он нередко окрашен в различные оттенки желтого, бурого, красного, зеленого и черного цвета. Блеск стеклянный, иногда - восковой. Твердость 5-5,5. Хрупок. Уд. вес 1,9-2,5. Разновидности опала: благородный опал – полупрозрачные разности, обладающие опалесценцией, создающей иногда очень красивую игру цветов; гидрофан – разновидность, которая в воде становится прозрачной. Диагностические признаки и отличия от сходных минералов: от кварца и халцедона отличается более низкой твердостью (близкой к твердости стекла), опалесценцией. Применение. Благородный опал применяется для изготовления ювелирных украшений как драгоценный камень.

Корунд (Al₂O₃). Сингония тригональная. Наблюдаются боченковидные, столбчатые, пирамидальные и пластинчатые кристаллы, иногда больших размеров. Встречается также в сплошных зернистых агрегатах. Цвет корунда обычно синевато-серый, серовато-синий, серый. Прозрачные кристаллы различной окраски являются драгоценными камнями. Такие прозрачные разновидности имеют собственные названия: лейкосапфир - бесцветный, сапфир – синий, оранжевый и других цветов, рубин – красный, малиновый. Наждак – сплошная зернистая корундовая порода серого, голубовато-серого или серовато-черного (от тонкой примеси других минералов) цвета. Блеск стеклянный. Твердость 9. Спайность отсутствует, излом неровный. Иногда наблюдается отдельность поперек удлинения кристаллов. Уд. вес около 4. Применение. Корунд и наждак, обладающие высокой твердостью, применяются в качестве абразивного материала. Прозрачные разновидности – рубин и сапфир – драгоценные камни, применяются в ювелирном деле. Входит в шкалу Мооса под №9.

Гематит (Fe₂O₃). Название происходит от греческого слова «гема» – «кровь». Синонимы: железный блеск, железная слюдка, красный железняк. Сингония тригональная. Часто встречается в пластинчатых, ромбоэдрических и таблитчатых кристаллах, а также в сплошных плотных скрытокристаллических и тонких порошковатых массах, листоватых или чешуйчатых агрегатах. Цвет кристаллических разностей гематита от железно-черного до стально-серого. Землистые тонкокристаллические разности имеют красный и темно-красный цвет. Черта вишнево-красная (характерный диагностический признак). Блеск полуметаллический. Твердость 5-6. Спайность отсутствует. Уд. вес 5,2. Не магнитен. Применение. Являетсяважнейшей железной рудой. Используется в тонкораздробленном состоянии как минеральная краска. В последнее время применяется для изготовления ожерелий и в качестве вставок в ювелирные украшения.

Магнетит (Fe₃O₄). Синоним: магнитный железняк. Сингония кубическая. Часто кристаллы имеют октаэдрический облик, встречается в сплошных сливных и зернистых массах или в виде вкраплений. Цвет железно-черный, иногда с побежалостью. Черта черная. Блеск полуметаллический. Твердость 5,5-6. Хрупок. Спайность отсутствует. Уд. вес 5-5.2. Сильно магнитен (см. рис. 22). Диагностические признаки и отличия от сходных минералов: от похожего гематита и гетита отличается по форме кристаллов, черному цвету черты и сильной магнитности. Применение. Магнетитовые руды, также как и гематитовые, являются важнейшим сырьем для выплавки чугуна и стали.

Шпинель (MgAl₂O₄). Сингония кубическая. Встречается в виде октаэдрических кристаллов и зерен, вкрапленных в породу. Цвет голубой, красный, розовый, синий, зеленый, коричневый до черного, редко бесцветный. Прозрачные разности носят название благородной шпинели. Блеск стеклянный. Твердость 8. Спайность несовершенная. Уд. вес 3,6. Диагностические признаки и отличия от сходных минералов: от похожего корунда отличается по форме кристаллов и меньшей твердости. Применение. Прозрачные красиво окрашенные кристаллы применяются для изготовления ювелирных украшений как драгоценные камни.

Хромит (FeCr₂O₄). Сингония кубическая. Встречается в виде вкрапленности октаэдрических кристаллов или неправильных и округлых (нодули) зерен и в массивных зернистых агрегатах. Цвет черный. Черта бурая (важный диагностический признак). Блеск полуметаллический. Твердость 5,5. Уд. вес. 4,5-4,8. Диагностические признаки и отличия от сходных минералов: от магнетита отличается по цвету черты и отсутствию магнитности, от гематита и гетита – по цвету черты и форме кристаллов. Применение. Является единственной рудой на хром.

Касситерит (SnO₂). Синоним: оловянный камень. Сингония тетрагональная. Кристаллы (обычно мелкие, редко до 5 см) имеют дипирамидальный, дипирамидально-призматический, столбчатый, игольчатый облик. Также встречается в виде вкрапленных зерен неправильной формы. Цвет буровато-желтый, медово-желтый, темно-бурый и темно-коричневый до смолисто-черного. Разновидности: натечные формы касситерита бурого и медово-желтого цвета, похожие на поперечном срезе на древесину, называются деревянистым оловом. Черта светло-коричневая. Блеск алмазный, на изломе – смоляной. Твердость 6-7. Уд. вес около 7. Хрупок. Спайность несовершенная. Излом раковистый. Труден для диагностики, особенно в мелких зернах. Применение. Является важнейшей рудой на олово.

Пиролюзит (MnO₂). «Пирос» – по-гречески «огонь»; «люзиос» – «смывающий, уничтожающий», т.к. этот минерал употребляется для обесцвечивания стекла. Сингония тетрагональная. Обычно наблюдается в сплошных зернистых или скрытокристаллических зернистых массах, иногда в виде радиально-лучистых игольчатых агрегатов, а также оолитов. Образует дендриты (совместно с гидроксидами марганца и железа). Цвет черный. Черта черная. Блеск полуметаллический, в землистых агрегатах – тусклый полуматовый. Твердость у кристаллов 5-6, в рыхлых и землистых агрегатах снижается до 2. Очень хрупок. Спайность совершенная. Уд. вес 4,7-5. Диагностические признаки и отличия от сходных минералов: от магнетита отличается по отсутствию магнитности, от гематита и гетита – по цвету черты. Применение. Является важнейшей рудой на марганец.

Класс гидроксиды

Рассмотрим свойства лишь наиболее распространенных гидроокислов, в том числе, входящих в состав некоторых осадочных горных пород, например, лимонита и бокситов.

Гетит (FeOхОН). Сингония ромбическая. Редко встречающиеся кристаллы имеют игольчатый или столбчатый облик. Чаще наблюдается в виде плотных натечных и землистых агрегатов. Цвет темно-бурый до черного. Черта бурая или желто-бурая. Блеск алмазный до полуметаллического. Твердость 5,5. Уд. вес 3,3-4,3. Спайность совершенная.

Лимонит – представляет собой не минерал определенного химического состава, а горную породу, состоящую из смеси скрытокристаллических или землистых оксидов и гидроксидов железа (гематит, гетит, гидрогетит, лепидокрокит и др.), глинистых минералов, кремнезема и др. Название происходит от греческого слова «лемон» - «луг», чем подчеркивается его образование в болотах. Синоним: бурый железняк. Образует корочки, примазки, разнообразные натечные формы, землистые массы; встречается в виде конкреций и оолитов. Обычны псевдоморфрозы лимонита по пириту. Цвет бурый, ржаво-бурый, коричнево-бурый и буро-желтый, похожий на ржавчину. Черта ржаво-бурая и желто-бурая различных оттенков (в зависимости от преобладания в составе того или иного минерала железа). Твердость сильно колеблется в зависимости от состава - от 1 у рыхлых и землистых агрегатов до 5 у плотных стеклоподобных разностей. Уд. вес. 2,7-4,3. При нагревании в открытой пробирке выделяет воду. Применение. Используется как руда на железо и минеральная краска.

С бокситами, содержащими значительное количество различных оксидов и гидроксидов алюминия, Вы познакомитесь позднее, при изучении осадочных горных пород.

Задания.

1. Воспользовавшись фарфоровой пластинкой, шкалой Мооса, компасом и образцами из учебной коллекции, сравнить цвет черты хромита, магнетита, гематита, гетита и лимонита.

2. Сравнить твердость опала и кварца; найти в учебной коллекции и назовите разновидности кварца и/или халцедона.

3. Определить какие образцы являются магнитными, а какие – нет.

4. Выбрать из учебной коллекции минералы, являющиеся важными рудами на железо, марганец, олово и т.д.

После выполнения этих заданий, познакомившись с образцами эталонной коллекции минералов, вспомнив основные понятия, приемы определения физических свойств минералов и методику работы с таблицами определителей, студенты практикуются в самостоятельном определении минералов типа оксидов и гидроксидов. При этом следует обратить особое внимание на диагностические признаки внешне похожих друг на друга минералов (например, гематит, магнетит и гетит, отличаются цветом черты и магнитностью). Каждому студенту преподаватель выдает для самостоятельного определения по 3-4 образца. С целью закрепления полученных знаний в конце занятия студентам предлагается устно или письменно (в форме теста) ответить на вопросы преподавателя (контрольные вопросы).

Оформление работы.Работа выполняется в учебной тетради, где приводятся результаты определения физических свойств каждого образца минерала с указанием его названия.

Контрольные вопросы:

1. Перечислите основные разновидности кварца.

2. Чем кварц отличается от халцедона и опала?

3. В чем отличие агата и оникса?

4. Какова твердость корунда?

5. Перечислите разновидности корунда.

6. Перечислите окислы и гидроокислы железа.

7. Как отличить гематит от магнетита и гетита?

8. Что такое лимонит?

9. Как отличить кварц от флюорита?

10. Какие физические свойства характерны для оксидов и гидроксидов?

11. Какие минералы типа оксидов входят в шкалу Мооса? Назовите их твердость.

Поиск по сайту: