Лабораторная работа № 6. Характеристика и диагностические признаки минералов типа кислородных соединений

Характеристика и диагностические признаки минералов типа кислородных соединений, подтипа солей кислородных кислот (классы сульфатов, карбонатов, фосфатов и нитратов).

Задача работы. Приобретение и закрепление навыков практического определения наиболее распространенных минералов классов сульфатов, карбонатов, фосфатов и нитратов.

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

Методические указания.К подтипу солей кислородных кислот относится почти две трети всех известных минералов. Это сложные соединения, представляющие собой с химической точки зрения соли различных кислородных кислот. Господствующее положение среди них занимают силикаты, классификацию и свойства которых будут рассмотрены в лабораторных работах 7-9. Данная лабораторная работа посвящена изучению наиболее распространенных минералов классов сульфатов, карбонатов, фосфатов и нитратов.

Класс: Сульфаты

Сульфаты – это соли серной кислоты (Н₂SO₄). Минералы этого класса, не содержащие посторонних примесей, как правило, бесцветны, либо имеют белую или светлую окраску. Для них характерен стеклянный блеск и белая черта. Среди сульфатов отсутствуют минералы с высокой твердостью. Твердость меняется от 1,5 до 4, плотность – от 1,5 до 7 г/см³. Многие сульфаты растворимы в воде.

Барит (BaSO₄). «Барос» по-гречески «тяжелый, увесистый». Синоним: тяжелый шпат. Сингония ромбическая. Кристаллы таблитчатые, реже призматические, столбчатые и изометрические. Агрегаты – пластинчатые, зернистые, реже, скрытокристаллические, землистые.Иногда образует друзы. Цвет бесцветный или белый, но нередко барит бывает окрашен посторонними примесями в различные цвета: серый, желтый, бурый, красный, голубоватый, зеленый, темно-серый и даже черный. Черта белая. Блеск стеклянный. Твердость 3-3,5. Спайность совершенная. Уд. вес 4,3-4,7. Диагностические признаки: в отличие от кальцита не реагирует с соляной кислотой, имеет более высокую плотность. От гипса отличается более высокой твердостью и удельным весом, характером спайности. От кварца отличается значительно более низкой твердостью, наличием спайности, высоким удельным весом и формой кристаллов. От белого и бесцветного флюрита – более низкой твердостью и высоким удельным весом. От галита и сильвина – формой кристаллов, характером спайности, большей твердостью и значительно большим удельным весом, не растворяется в воде. Применение. Барит широко применяется в различных отраслях промышленности: химической, лакокрасочной, резиновой и бумажной, при бурении скважин, в медицине, пиротехнике и др. соли бария употребляются для борьбы с вредителями сельского хозяйства.

Ангидрит (CaSO₄). Сингония ромбическая. Кристаллы толстотаблитчатые. Встречается в сплошных и мелкозернистых агрегатах. Цвет белый, серый, голубоватый. Черта белая. Блеск стеклянный, иногда слабо перламутровый на плоскостях спайности. Твердость 3,5. Уд. вес 3. Спайность совершенная. Диагностические признаки: сравнительно низкая твердость (но выше, чем у гипса), форма кристаллов, характер спайности, не растворяется в воде, не реагирует с соляной кислотой. При атмосферном давлении в присутствии воды легко превращается в гипс со значительным увеличением объема (до 30%), что используется в медицине и строительстве. Применение. Используется в медицине (гипсовые повязки) и при производстве цемента, для изготовления статуэток и сувениров.

Гипс (CaSO₄х2H₂O). Синоним: легкий шпат. Сингония моноклинная. Кристаллы имеют толсто- и тонкотаблитчатые, иногда очень крупные, характерны двойники срастания («ласточкин хвост» (см. рис. 9). Встречаются друзы - гипсовые «розы» и «ежики». Агрегаты плотные, зернистые, листоватые и волокнистые (селенит). Цвет бесцветный, водяно-прозрачный, белый, серый, медово-желтый, красный, зеленоватый, бурый и черный (из-за механических примесей). Черта белая. Блеск стеклянный, на плоскостях спайности перламутровый, у волокнистых разностей – шелковый. Твердость 2 (чертится ногтем). Уд. вес 2,3. Спайность весьма совершенная. По спайности можно отщеплять тонкие листочки (почти как у слюд). Диагностические признаки и отличия от сходных минералов: низкая твердость, весьма совершенная спайность, характерная форма кристаллов и агрегатов, отсутствие реакции с соляной кислотой, низкий удельный вес. При нагревании сначала (при 120-140^о) превращается в алебастр (CaSO₄х0,5H₂O), а при более высоких температурах – в ангидрит. Применение. В сыром и обожженном (алебастр, строительный гипс) виде употребляется для изготовления статуй, для лепных работ, в архитектуре. Для штукатурки, в медицине, цементной и бумажной промышленности и в качестве удобрения. Волокнистый гипс (селенит) широко используется для изготовления сувениров.

Класс карбонаты

Карбонаты – это соли угольной кислоты (Н₂СО₃), слабый раствор которой всем хорошо известен, как обыкновенная газированная вода. Многие минералы данного класса широко распространены в природе. В первую очередь, это карбонаты кальция и магния. Большинство карбонатов бесцветны или имеют белый цвет. Лишь карбонаты марганца и железа имеют розовую или бурую окраску, а водные карбонаты меди окрашены в синие или зеленые цвета. Все карбонаты обладают стеклянным блеском. Твердость средняя (3-5). Плотность меняется от 1,5 до 6,8 г/см³. От других минералов многие карбонаты отличаются по реакции с соляной кислотой.

Среди минералов этого класса наиболее распространенными являются: кальцит и доломит, а важными в практическом отношении - магнезит, сидерит, малахит и азурит.

Кальцит (СаСО₃). Синоним: известковый шпат. Сингония тригональная. Кристаллы разнообразны по форме. Чаще всего встречаются ромбоэдры и скаленоэдры, реже таблитчатые и пластинчатые кристаллы. Агрегаты зернистые (мрамор) и землистые (мел). Нередко встречаются крупнозернистые агрегаты и друзы прозрачного или полупрозрачного кальцита. Цвет чаще всегобелый или бесцветный, иногда бывает окрашен примесями в серый, желтый, розовый, голубой, красный, бурый и черный цвета. Бесцветная прозрачная разновидность кальцита называется исландским шпатом (см. рис. 23). Похожие на агаты и ониксы полосчатые и имеющие причудливый рисунок агрегаты кальцита и арагонита называются, по аналогии с ониксом, «мраморный оникс». Кальцит - важный породообразующий минерал в осадочных (известняк, мел) и метаморфических (мрамор), а также в несиликатных магматических (карбонатиты) горных породах. Твердость 3. Спайность совершенная по ромбоэдру. Уд. вес 2,7-2,8. Диагностические признаки и отличия от сходных минералов: легко определяется по совершенной спайности по ромбоэдру, сравнительно низкой твердости и бурной реакции даже с разбавленной соляной или уксусной кислотой (шипит с выделением пузырьков СО₂). Применение кальцита, особенно в виде горных пород (известняки, мраморы, мел) весьма разнообразно. Исландский шпат применяется в оптике, мраморный оникс используется для изготовления ювелирных изделий и предметов искусства. Входит в шкалу Мооса под №3.

Арагонит (СаСО₃) встречается значительно реже, чем кальцит. Сингония ромбическая. Облик кристаллов призматический, иногда игольчатый. Часто наблюдаются агрегаты – шестоватые, радиально-лучистые, натечные: сталактиты, сталагмиты, оолиты («пещерный жемчуг», «гороховый камень») (см. рис. 14, 17), ветвистые, похожие на кораллы). Цвет белый, светло-бурый, иногда светло-зеленый, красновато-бурый фиолетовый, серый. Блеск стеклянный, у параллельно-шестоватых агрегатов – шелковистый. Твердость 3,5-5. Хрупок. Спайность отсутствует. Диагностические признаки: от кальцита отличается формой кристаллов, отсутствием спайности, несколько большей твердостью; от гипса – большей твердостью, отсутствием спайности, бурной реакции с разбавленной соляной кислотой. Применение. Натечные агрегаты (сталактиты и сталагмиты), имеющие красивый рисунок на поперечном срезе, а также мраморный оникс используются для изготовления сувениров.

Доломит СаMg[СО₃]₂ Сингония тригональная. Сравнительно крупные кристаллы ромбоэдрической формы наблюдаются очень редко. Обычно слагает кристаллически-зернистые и скрытокристаллические, землистые агрегаты. Цвет белый, розоватый, светло-бурый. Твердость 3,5-4. Уд. вес 2,9. Диагностические признаки: с соляной кислотой реагирует очень слабо, только в порошке или при нагревании, чем отличается от похожего на него кальцита. Применение. Используется как строительный материал и в качестве флюса и огнеупора в металлургии. Доломитовая мука широко используется в сельском хозяйстве для снижения кислотности почв.

Магнезит (MgСО₃) встречается в виде кристаллически-зернистых и фарфоровидных плотных скрытокристаллических масс. Цвет белый. Черта белая. Блеск стеклянный. Твердость 4-4,5. Уд. вес 3. Как и доломит с соляной кислотой реагирует только в виде порошка при нагревании. Применение. Используется для получения магния и в производстве огнеупорных кирпичей.

Сидерит (FeСО₃). Название происходит от греческого «сидерос» - «железо». Чаще всего наблюдается в виде зернистых, плотных скрытокристаллических или землистых агрегатов. Цвет буровато-желтый, бурый. Черта светлая, слегка буроватая. Твердость 3,5-4,5. Уд. вес 4. Реагирует с соляной кислотой, немного слабее, чем кальцит, причем капля кислоты заметно желтеет в результате образования при этом FeCl₂. От других карбонатов отличается по цвету и характеру реакции с соляной кислотой. Применение. Важная руда на железо.

Малахит Cu₂CO₃(OH)₂ Название – от греческого «мальва», т.к. цвет минерала очень похож на цвет листьев этого растения. Сингония моноклинная. Кристаллы крайне редки, имеют призматический облик. Обычно наблюдается в натечных агрегатах различной формы, иногда со сложным концентрически-зональным или радиально-волокнистым строением (см. рис. 16б), землистых массах и в виде корочек и налетов. Иногда образует радиально-лучистые агрегаты с характерным шелковистым блеском. Цвет ярко-зеленый, зеленый различных оттенков, иногда черно-зеленый. Черта зеленая илибледно-зеленая. Блеск стеклянный, у волокнистых разностей шелковистый. Твердость 3,5. Уд. вес 4. Хрупкий. Спайность средняя. Легко разлагается в соляной кислоте. Диагностические признаки: как правило, легко диагностируется по характерному зеленому цвету и форме минеральных агрегатов.Чтобы отличить малахит от похожей на него иногда хризоколлы и других минералов меди, необходимо провести реакцию с разбавленной соляной кислотой: малахит разлагается с шипением, выделяя углекислоту. Практическое значение. Плотные натечные разности малахита используются для изготовления ювелирных украшений, различных поделок и мозаичных работ. Отходы малахита и землистые агрегаты употребляются для получения стойкой зеленой минеральной краски.

Азурит Cu₃(CO₃)₂(OH)₂. Синонимы: медная лазурь, медная синь. Название - от французского слова «азурэ» – «лазурный», «голубой». Сингония моноклинная. Кристаллы мелкие столбчатые или таблитчатые. Обычно образует мелкокристаллические корочки, налеты и друзы. Встречается в сплошных зернистых, радиально-лучистых и землистых агрегатах. Цвет темно-синий, в землистых агрегатах и налетах - голубой. Черта голубая. Блеск стеклянный. Твердость 3,5-4. Уд. вес 3,8. Хрупок. Спайность средняя. В соляной кислоте, как и малахит, растворяется с шипением. Постоянно встречается совместно с малахитом. Практическое значение. Подобно малахиту не образует крупных скоплений, поэтому самостоятельного значения, как медная руда, не имеет. Чистый азурит применяется для изготовления синей краски. Используется как поделочный камень. Является поисковым признаком на медные руды.

Класс фосфаты

Фосфаты представляют собой природные соли фосфорной кислоты (Н₃РО₄). Наибольшее распространение и важное практическое значение среди них имеет апатит.

Апатит - Ca₅(PO₄)₃(F,Cl,OH). Название происходит от греческого «апатио» – «обманываю», так этот минерал может иметь самую разнообразную окраску и его легко принять за другие минералы. В зависимости от состава Различают фторапатит, хлорапатит, гидроксилапатит и т.д. Сингония гексагональная. Апатит часто встречается в виде хорошо образованных кристаллов в форме шестигранных призм и игл, реже - короткостолбчатых или таблитчатых. Широко распространен также в виде зернистых сахаровидных агрегатов или землистых масс. Цвет бесцветный, белый, бледно-зеленый до изумрудно-зеленого, голубой, желтый, бурый, фиолетовый. Черта всегда белая. Блеск стеклянный, в изломе жирный. Твердость 5. Уд. вес 3,2. Хрупкий. Спайность несовершенная. Иногда обладает радиоактивностью. Нередко при нагревании фосфоресцируют (светятся зеленым цветом). Диагностические признаки: от кварца отличается более низкой твердостью, от кальцита и флюорита – отсутствием спайности, более высокой твердостью. В отличие от кальцита не реагирует с разбавленной соляной кислотой. Применение. Апатит заслуженно называют «камнем плодородия», так как он применяется для производства фосфорных удобрений. В химической промышленности из апатита получают фосфорную кислоту и фосфор, употребляемый в спичечной отрасли. Именно из апатита состоит эмаль наших зубов. Входит в шкалу Мооса под №5.

Класс нитраты

Нитраты – соли азотной кислоты. Большинство минералов этого класса редко встречаются в природе, так как они легко растворимы в воде. Наиболее распространены селитры – натриевая и калиевая.

Натриевая селитра (NaNO₃). Синоним: чилийская селитра. Сингония тригональная. Встречается в виде корочек, а также в сплошных зернистых массах. Цвет белый, серый, красновато-бурый, лимонно-желтый. Блеск стеклянный. Твердость 1,5-2. Спайность совершенная по ромбоэдру (как у кальцита). Уд. вес 2,25. Применение. Является лучшим природным азотным удобрением и используется для производства азотной кислоты.

Задания:Вспомнив основные понятия и методику работы с таблицами определителей, студенты практикуются в самостоятельном определении минералов из учебной коллекции (сульфатов, карбонатов и фосфатов).

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

Контрольные вопросы

1. Как отличить кальцит от доломита?

2. Как отличить кальцит от кварца и флюорита?

3. Какая спайность у кальцита?

4. Что такое исландский шпат?

5. Как реагируют с соляной кислотой кальцит, доломит, малахит, гипс, барит?

6. Какие минералы класса карбонатов имеют яркую зеленую и синюю окраску?

7. Какие вы знаете нитраты?

8. Что такое апатит? Его применение.

9. Из каких минералов получают фосфорные и азотные удобрения?

10. Как отличить барит от гипса и кальцита?

11. Чем отличаются гипс и ангидрит?

12. Какие минералы классов сульфатов, карбонатов и фосфатов входят в шкалу Мооса? Назовите их твердость.

Поиск по сайту: