Prirodni minerali uključeni u sastav. Minerali i mineralogija. Minerali
Mineral - prirodna tvar koja se sastoji od jednog elementa ili pravilne kombinacije elemenata, nastala kao rezultat prirodnih procesa koji se odvijaju u dubinama zemljine kore ili na površini. Svaki mineral ima specifičnu strukturu i svoje fizičke i hemijske karakteristike. Trenutno je poznato više od 2.500 minerala (ne računajući sorte). Nauka koja proučava minerale se zove mineralogija.
Utvrđivanje načina na koji nastaju minerali je složen i težak problem koji se tek nedavno počinje rješavati, iako ograničen i nepotpun, za razne eksperimentalne i prirodne uvjete s razvojem kemijske fizike na heterogenim ravnotežama u dvije ili više komponenti i istraživanjem sinteze minerala. . Čak i mikroskopsko ispitivanje stijena u tankim presjecima i proučavanje njihove strukture, provedeno primjenom savremenih metoda i kriterija, dalo je značajan doprinos razvoju znanja o mineralogenezi.
U zavisnosti od agregat stanje, minerali se dijele na teško(kvarc), tečnost(živa), gasoviti(metan). Najšire korišteni teško minerali, među kojima, zauzvrat, prevladavaju kristalno(atomi u njima su raspoređeni na uredan način) i mnogo su rjeđi amorfna(sa haotičnim rasporedom atoma). Nauka o strukturi kristalnih minerala se zove kristalografija.
Odličan proces. - Minerali koji čine stijene slijede u svom nastajanju tri glavna genetska procesa: eruptivni, sedimentni, metamorfni. Proces erupcije praćen intruzivnom i efuzivnom podjelom je da minerali nastaju zbijanjem magme, mase fluida koja se diže iz dubokih zona da bi se učvrstila u plitkim područjima ili čak na površini.
Sastav nastalih stijena je poznat, ali se ne odnosi na izvornu magmu, posebno zbog isparljivih produkata koji se oslobađaju tokom skrućivanja. Mogu se posmatrati kao vrlo složena rješenja u kojima očvršćavanje pokušava prepoznati redoslijed segregacije minerala, što rezultira različitim tipovima paragenetskih asocijacija koje nisu slučajne, već zavise od hemijskog sastava magme i uslova temperature i pritiska na učvršćivanje.
U zavisnosti od prostorni lokacija osnovne čestice,, komponente kristalne rešetke, čitav niz kristalnih oblika može se svesti na nekoliko grupa simetrija, ili singonija. Postoji sedam sistema: monoklinski, triklinski, rombični, trigonalni, tetragonalni, heksagonalni, kubni. Fizički i hemijski uslovi formiranja minerala imaju ogroman uticaj na strukturu kristalne rešetke: kristali istog minerala koji nastaju pod različitim uslovima će se razlikovati u singoniji. Štoviše, iz jednog elementa mogu se formirati potpuno različiti minerali: na primjer, oni koji se sastoje od grafita i dijamantskog ugljika. Sposobnost identičnog sastava čvrste materije kristalizirati u različitim modifikacijama se zove polimorfizam.
Gibbs i Rooseb, i unutra poslednjih godina ostvarili su značajan napredak i postali aktivniji. Pored binarnih i ternarnih kondenzatnih sistema, proučavani su četvorokomponentni ili petokomponentni sistemi u vezi sa formiranjem prirodnih minerala. Provedena su mnoga druga istraživanja fizike i fizike savremenim metodama, doprinose rešavanju problema, na primer, precizno određivanje tačaka topljenja minerala, kao i veoma bitni u uticaju pritiska na tačke topljenja, pojave pregrevanja, hipotermije, zbijanja stakla itd. pa čak i sa unutrašnjim trenjem, brzina taloženja kristala iz silikata se odliva od površinske napetosti odlivaka itd.
Od unutrašnja struktura Fizička svojstva minerala direktno zavise. Dakle, oktaedarski dijamantski kristali, modifikacije ugljika, sa kubičnom singonijom karakterišu najveća tvrdoća. Druga modifikacija ugljika - grafit - kristalizira se u heksagonalnom sistemu i odlikuje se minimalnom tvrdoćom. Karakteristika kristalnih minerala anizotropija- njihova fizička svojstva se razlikuju prema različitim pravcima u kristalu. Naprotiv, karakteriziraju se amorfni minerali izotropija– očuvanje fizičkih karakteristika, bez obzira na smjer. Među najvažnijim fizička svojstva, omogućavajući makroskopsko određivanje minerala, uključuju sljedeće: tvrdoću, sjaj, boju u komadu, boju u prahu (linija boje), cijepanje, lom, prozirnost, specifičnu težinu.
Svi problemi diferencijacije sočiva su ponovo razmotreni, ali, koliko se pokušalo sagledati što je šire moguće, eksperimentalni uslovi testirani u svakoj vrsti eksperimenta su daleko od prirodnih. Ovo je posebno zbog složenosti same magme zbog veliki uticaj jaki pritisci i vremenski faktor, koji zanemarujemo u laboratorijskim studijama i koji može imati veliki značaj suočeni sa mnogim geohemijskim fenomenima. veoma ograničen vremenski period daje minimalne efekte, može dati impresivne efekte ako ima veoma dug životni vek.
By zapremina zauzeta stenama minerali se dijele na formiranje stijena I pribor. Formiranje stijena(ima ih oko 50) su minerali koji imaju primarnu ulogu u sastavu stijena. Sastav minerala koji formiraju stijene jedan je od kriterija po kojem se određuje naziv stijene. Dodatna oprema minerali se javljaju u obliku manjih nečistoća (ne više od 5% zapremine stijene) i njihovo prisustvo ne utiče na naziv stijene. Osim toga, postoji široka grupa formiranje rude minerali koju ljudi koriste za proizvodnju metala.
Tako se, na primjer, koncepti nepropusnosti, inercije, nerastvorljivosti, koji se primjenjuju na mnoge tvari koje se obično smatraju takvima, gube ako su geološki fenomeni apsolutne veličine koje obično posjeduju. Minerali mogu nastati u skrućivanju magme pneumatolitičkim, pirokemijskim, hidrotermalnim procesima pod dejstvom mineralizujućih supstanci, oslobađanjem materija iz magije u vazdušni oblik i za šta je voda posebno važna. Ovi minerali kao što su kasiter, turmalin, fluorit, fluor, apatit, cinvaldit i mnogi drugi nazivaju se pneumatolitičkim.
By porijeklo Minerali se dijele na vrste, koje se kombiniraju u dvije grupe: endogeni - nastaju duboko u zemljinoj kori usled procesa magmatizma i metamorfizma, kao i egzogeni– nastala u gornjem dijelu zemljine kore kao rezultat vremenskih uvjeta i padavina iz vodenih otopina. Redoslijed stvaranja minerala od endogenog do egzogenog može se predstaviti na sljedeći način.
Nigglija i mnogih drugih oko utjecaja temperature destilacije na diferencijaciju magme, teorije mineralizirajućih agenasa, njihovog utjecaja na ravnotežne ionske komplekse i kristalizacije livenih paukova. Potopljeni minerali se također nalaze u fumarolima, koji se ne mogu smatrati pneumatolitičkim jer se javljaju bez ikakvih kemijskih reakcija ili reakcija između fumarolnih parova u sulfatnoj fazi, kao što su silvit, salgem, kotunit itd.
Druga važna vrsta minerala je termofizički kontakt magmatske mase sa naslagama sedimentnih stijena. Prisustvo magmatske mase može poslužiti za utvrđivanje relativne starosti dvije stijene. Brojni dobro kristalizirani minerali ovog porijekla nazivaju se kontakti i rasprostranjeni su u metamorfizmu.
1. Magmatski tip formiranje minerala odvija se u komori magme koja nastaje duboko u zemljinoj kori. Kako se magma hladi i prolazi kroz gravitaciono odvajanje, iz nje kristaliziraju prvo vatrostalni, a zatim sve topljiviji minerali. Shodno tome, prvi se pojavljuju teški zeleno-crni minerali: olivin, augite, Labrador; onda lakši: napaljen blende, mica, ortoklas, i na kraju – najlakši niskotemperaturni kvarc. Ova sekvenca se zove Serija Bowenovih reakcija(nazvan po kanadskom naučniku).
Alkalni karbonati, bikarbonati alkalnih metala, oksidi, hidroksidi željeza i aluminija i druge soli koje nastaju transportuju se u razrijeđenu otopinu ili koloidnu suspenziju zajedno sa čvrstim ostacima, potocima i rijekama koje se ulijevaju u mora, gdje se skladište ili odlažu u tlo ili fiksiran od strane životinja ili biljnih organizama. Nakon ovih procesa formiraju se sedimentni mineralni geni, kako normalni elementi u sedimentnim stijenama tako i u obliku posebnih formacija unutar njih.
Tokom procesa hemijske precipitacije, taloženje rastvaračem sa ili bez isparavanja isparljivih komponenti ima značajan efekat koji menja rastvorljivost date soli. Naučno istraživanje odvajanje minerala iz rastvora soli vrši se hemijskim i fizičkim metodama, čime se određuju krivulje rastvorljivosti pojedinih komponenti na datoj temperaturi, slično krivuljama topljivosti kondenzata.
2. Tip pegmatita manifestuje se u poslednjim fazama hlađenja magme, na temperaturama od 500 – 700°C, kada u rastopljenom obliku ostaju samo najlakše frakcije, obogaćene kiselinama i alkalijama i zasićene gasovima. U ovim uslovima formiraju se neobične stene - pegmatiti, sastavljen od velikih i džinovskih kristala kvarc, ortoklas, mica. U ovoj fazi nastaje mnogo dragog kamenja, ruda i radioaktivnih minerala.
Kako u ovim slučajevima postoje jednostavni slučajevi, odnosno sistemi sa isparljivim elementom i jednom otopljenom tvarom, ili sa dva ili više, a postaju sve složeniji sa dvostrukim solima, hidratiziranim solima, odvajanjem kristala u smjesi Wangova studija Goffa o taloženju mnogih minerala kalcijuma, kalija, magnezijuma, natrijuma, kao što su polihalogenit, kizerit, karnalit, bišofit itd. Sa salgemičkog polja u Stassfurtu.
Dugo vremena je fundamentalna za proučavanje kristalizacije iz vodenog rastvora bila Nernstova teorija da se ulazak materije dešava u obliku difuzione struje iz okolnog rastvora, zasićene rastućim kristalom, koji odmah apsorbuje sloj zasićene tečnosti. Osim toga, broj hemijskih i fizičkih nuspojava doprinio je rješavanju problema. Proučavan je učinak dodavanja tvari u otopine na proces kristalizacije i kristalno pero. kristali i njihov utjecaj na fenomene rasta i formiranje vicinalnih lica.
3. Pneumatolitni tip sastoji se u kristalizaciji tvari magme prezasićene plinovima, koja se uzdiže kroz pukotine u zemljinoj kori. Od isparljivih jedinjenja nastaju rude bizmuta, volframa, molibdena, itd. Kada temperatura padne na 500°C, pneumatolitni tip počinje da bude praćen hidrotermalnim procesima koji dovode do akumulacije minerala koji tvore rudu: galena, sphalerit, cinobar, halkopirit, pirit, zlato, i kalcit i sl.
Diskutovano je pitanje vektorske anizotropije stope rasta, koja je usko povezana sa kristalnom obradom. Proučavana je veza između anizotropije rasta i anizotropije rastvora, kao i između kristalne ljuske i parageneze. Razmatrana su i mnoga druga pitanja, ali precizno kvantitativno istraživanje je u svakom slučaju bilo još teže za mnoge alarmantne faktore. Štoviše, teže, minerali mogu nastati zbog kemijske precipitacije zbog reakcije između dvije otopine: na primjer, otopina barij sulfata i željeznog sulfata precipitiraju barij sulfat.
4. Hidrotermalni tip počinje kada se plinovi i otopine ohlade na 375°C, što uzrokuje stvaranje i prirodnih minerala i klorida, sulfata i drugih spojeva: sumpor, halit, Sylvina i sl.
5. Hipergeni tip mineralna formacija se manifestuje na površini zemlje u vazduhu ili vodi, ili na malim dubinama u zemljinoj kori. Ovdje se minerali koji su nestabilni na vanjske utjecaje uništavaju i pretvaraju u stabilna jedinjenja. Osnovni značaj imaju procesi trošenja, taloženje supstanci iz vodenih rastvora, aktivnost podzemne vode. Karakteristični minerali su kaolin, montmorilonit, halit, silvit, malahit, limonit, boksit i sl.
Druga važna akcija je da zbog kalcijevih karbonata i silicijum dioksida u rastvoru. Snaga rastvarača vode značajno raste sa povećanjem temperature i pritiska, pa se te vode spuštaju, obogaćuju mineralima, koji se potom talože sa smanjenjem temperature i pritiska.
I za hemijsko djelovanje cirkulirajućih otopina ili magmatsko odvajanje para i plinova, njihove mineraloške komponente će se obnavljati u sporom i općenitom metamorfnom procesu. Konkretno, kada se formira planinski lanac, intenzivni fenomeni valovitosti dostižu gotovo potpunu rekristalizaciju ili transformaciju minerala. Ovo je geneza ovih, kao normalnih elemenata metamorfnih stijena.
6. Metamorfni tip zbog uticaja na stijene visoke temperature, pritisak, kao i magmatski gasovi i rastvori. Ovo stvara opsežnu listu minerala, kao što su hlorit, talk, grafit, magnetit i sl.
Procesi stvaranja minerala mogu biti praćeni metasomatizam– zamena nekih minerala drugim kada se promene fizički i hemijski uslovi. Na primjer, prijelaz pirita (FeS 2) u limonit (Fe 2 O 3 x nH 2 O) kao rezultat oksidacije. Osim toga, moguće je stvaranje istog minerala pod različitim uvjetima. Konačno, svaki tip mineralne formacije karakteriziraju vlastite striktno pravilne kombinacije minerala, što dovodi do stvaranja satelitskih minerala. Ovaj fenomen se zove parageneza. Praktični značaj parageneza je da se na osnovu otkrića jednog minerala može pretpostaviti prisustvo drugog. Dakle, prisustvo pegmatitnog kvarca ukazuje na mogućnost otkrivanja zlata.
Epidoti i granati, hloridi, serpentin i talk, liskun i kaolin, salmaniti i cijaniti i mnogi drugi minerali su karakteristični za novu metamorfnu genezu. Njihovo formiranje iz primitivnih minerala doprinosi pneumatskoj hidrotermalnoj hemiji. Mineraloški sastav metamorfna stijena je također povezana sa dubinom u kojoj se odvijao proces transformacije, ili sa manje ili više intenzivnim tektonskim događajima tokom orogenetskog ciklusa.
Na primjer, djelovanje pri blago povišenoj temperaturi i pritisku vode i ugljičnog dioksida na ortofoto stvara muskovit, kaolin i kvarc. Slične reakcije dovode do nastanka olivin serpentina ili pirofornog piruvata, klorita ili talka kod vodozemaca.
MINERALI I MINERALOGIJA.Minerali - čvrste prirodne formacije koje čine stene Zemlje, Meseca i nekih drugih planeta, kao i meteorita i asteroida. Minerali su, po pravilu, prilično homogene kristalne supstance uređene unutrašnje strukture i određenog sastava, koji se može izraziti odgovarajućom hemijskom formulom. Minerali nisu mješavina sitnih mineralnih čestica, kao što je šmirgla (sastoji se uglavnom od korunda i magnetita) ili limonita (agregat getita i drugih željeznih hidroksida), već i spojevi elemenata s neuređenom strukturom, poput vulkanskog stakla (opsidijana, itd.) .). Minerali se smatraju hemijskim elementima ili njihovim spojevima nastalim kao rezultat prirodnih procesa. Najvažnije vrste mineralnih sirovina organskog porekla, kao što su ugalj i nafta, isključene su sa liste minerala.
Karakteristična za prasinit zelene stijene je metamorfna geneza intimne asocijacije: “albit epidote”, sortiranjem originalnih izomorfnih natrijevih i kalcijevih mješavina plagioklasa. To se uočava u područjima koja nisu jako duboka, gdje nisu previsoka ili u kojima preovlađuju dinamički utjecaji, pa utjecaj faktora pritiska tjera sistem na gornju asocijaciju, koja u sklopu ima manji molekularni volumen odgovarajućeg plagioklasa. mješavina.
Kao posljednja pneumatolitsko-hidrotermalna manifestacija metamorfnih pojava, na mnogim alpskim poljima: Gottardo, Ossola, Alto Adige, Tirol, može se vidjeti formiranje minerala litoklasa, odnosno kristala koji se nose sa lomovima metamorfnih stijena. sljedeća lista može dati ideju o najčešćim mineralnim serijama za jednu od ovih gnajs stijena, poredanih prema uočljivom genetskom nizu: anfibol, epidot, titanit, hlorit, albit, adularija, kvarc, kalcit i zeolit.
Mineralogija- nauka o mineralima, njihove klasifikacije, hemijski sastav, osobine i obrasci strukture (strukture), porijeklo, uslovi postojanja u prirodi i praktična primjena. Za dublje objašnjenje unutrašnje strukture minerala i njihove veze sa istorijom Zemlje, mineralogija uključuje matematiku, fiziku i hemiju. Koristi kvantitativne podatke u većoj mjeri nego druge geološke nauke, jer su za adekvatan opis minerala neophodna fina hemijska analiza i precizna fizička mjerenja.
Konačno, treba imati na umu da se novi minerali mogu proizvesti procesima promjene minerala na površini zemljine kore. Uglavnom nastaju djelovanjem vanjskih ili atmosferskih agenasa, odnosno djelovanjem kisika, vode i ugljičnog dioksida. Stoga su najčešće transformacije hidratacija, oksidacija i karbonizacija.
Postoje minerali koji su otporni na atmosferske uticaje, kao i drugi koji se lako napadaju i razlažu. Na primjer, silikati pokazuju površinske fenomene slične onima uzrokovanim pneumatolitičkim ili hidrotermalnim promjenama koje dovode do raspadanja stijena, fenomena koji počinje sedimentacijom. Na primjer, transformacija feldspat u bijeli liskun i češće u kaolin. Obično ne dolazi do stvaranja čistog kaolina vanjskim agensima, kao što su endogeni, ali koloidno hidratizirani koloidni silikati nesigurnog sastava, koji su glinena materija.
ISTORIJA MINERALOGIJE
Korištene su kremene ljuspice oštrih rubova primitivni čovek kao oruđe rada već u paleolitu. Kremen (finozrna vrsta kvarca) je dugo bio glavni mineral. Čovjeku su u antičko doba bili poznati i drugi minerali. Neki od njih, kao što su hematit trešnje, žuto-smeđi getit i crni oksidi mangana, korišteni su kao boje za oslikavanje stijena i tijela, dok su drugi, poput ćilibara, žada, samorodnog zlata, korišteni za izradu ritualnih predmeta, nakita. i amajlije. U Egiptu iz preddinastičkog perioda (5000-3000 pne) mnogi minerali su već bili poznati. Za dekoraciju su korišteni samorodni bakar, zlato i srebro. Nešto kasnije, oruđe i oružje počelo se izrađivati od bakra i njegove legure, bronze. Mnogi minerali su korišteni kao boje, drugi za nakit i pečate (tirkiz, žad, kristal, kalcedon, malahit, granat, lapis lazuli i hematit). Trenutno minerali služe kao izvor metala, građevinskih materijala (cement, gips, staklo itd.), sirovina za hemijsku industriju itd.
U prvoj poznatoj raspravi o mineralogiji O kamenju Aristotelov učenik, grčki Teofrast (oko 372-287 pne) minerali su bili podijeljeni na metale, zemlju i kamenje. Otprilike 400 godina kasnije, Plinije Stariji (23-79. ne) u svojih posljednjih pet knjiga Prirodna istorija sažeo sve informacije o mineralogiji koje su bile dostupne u to vrijeme.
IN ranog srednjeg vijeka u zemljama arapskog istoka koje su prihvatile znanje antičke Grčke I drevna Indija, nauka je procvjetala. Centralnoazijski naučnik-enciklopedista Biruni (973 - oko 1050) sastavio je opise drago kamenje (Mineralogija) i izumio metodu za precizno mjerenje njihove specifične težine. Još jedan istaknuti naučnik Ibn Sina (Avicena) (oko 980-1037) u raspravi O kamenju dao klasifikaciju svih poznatih minerala, dijeleći ih u četiri klase: kamenje i zemlja, fosilna goriva, soli, metali.
U srednjem vijeku u Evropi su se prikupljale praktične informacije o mineralima. Rudar i kopač iz nužde su postali mineralozi praktičari i svoje iskustvo i znanje prenosili studentima i šegrtima. Prvi skup činjeničnih informacija o praktičnoj mineralogiji, rudarstvu i metalurgiji bio je rad G. Agricole O metalima (De re metallica), objavljen 1556. Zahvaljujući ovoj raspravi i ranijem djelu O prirodi fosila (De natura fosilium, 1546), koji sadrži klasifikaciju minerala na osnovu njihovih fizičkih svojstava, Agricola je poznat kao otac mineralogije.
300 godina nakon objavljivanja Agricolinih radova, istraživanja u oblasti mineralogije bila su posvećena proučavanju prirodnih kristala. 1669. danski prirodnjak N. Stenon, sumirajući svoja zapažanja stotina kristala kvarca, uspostavio je zakon konstantnosti uglova između kristalnih strana. Stoljeće kasnije (1772.) Romé de Lisle je potvrdio Stenonove zaključke. Godine 1784. opat R. Gayuy je postavio temelje modernim idejama o kristalnoj strukturi. Godine 1809. Wollaston je izumio reflektivni goniometar, koji je omogućio preciznija mjerenja uglova između strana kristala, a 1812. iznio je koncept prostorne rešetke kao zakona unutrašnje strukture kristala. 1815. P. Cordier je predložio studiranje optička svojstva fragmenti usitnjenih minerala pod mikroskopom. Dalji razvoj mikroskopskih istraživanja povezan je sa pronalaskom W. Nicola 1828. uređaja za proizvodnju polarizirane svjetlosti (Nicol prizma). Polarizacioni mikroskop je 1849. poboljšao G. Sorby, koji ga je primenio na proučavanje providnih tankih preseka stena.
Postojala je potreba za klasifikacijom minerala. C. Linnaeus je 1735. objavio djelo Sistem prirode (Systema naturae), u kojoj su minerali klasifikovani prema spoljašnjim karakteristikama, tj. baš kao i biljke i životinje. Zatim su švedski naučnici - A. Kronstedt 1757. i J. Berzelius 1815. i 1824. - predložili nekoliko opcija hemijske klasifikacije minerali. Druga Berzeliusova klasifikacija, koju je modificirao K. Rammelsberg 1841-1847, čvrsto je uspostavljena nakon što ju je američki mineralog J. Dana upotrijebio kao osnovu za treće izdanje. Mineraloški sistemi (Danin sistem mineralogije, 1850). Veliki doprinos razvoju mineralogije u 18. - prvoj polovini 19. vijeka. doprinijeli su njemački naučnici A.G.Werner i I.A.Breithaupt i Rusi - M.V.
U drugoj polovini 19. veka. Poboljšani polarizacijski mikroskopi, optički goniometri i analitičke tehnike omogućili su dobivanje preciznijih podataka o pojedinačnim vrstama minerala. Kada su kristali počeli da se proučavaju pomoću rendgenske analize, došlo je do dubljeg razumevanja strukture minerala. Godine 1912. njemački fizičar M. Laue eksperimentalno je ustanovio da se informacije o unutrašnjoj strukturi kristala mogu dobiti propuštanjem rendgenskih zraka kroz njih. Ova metoda je revolucionirala mineralogiju: pretežno deskriptivna znanost postala je preciznija i mineralozi su bili u mogućnosti da povežu fizička i hemijska svojstva minerala sa njihovim kristalnim strukturama.