Физические свойства минералов: описание, характеристика

Учеными уже достаточно давно изучены основные физические свойства минералов. Их проходят и в школьной программе (обычно в курсе географии или химии), и в университете. Особенно хорошо в этой сфере ориентируются обучающиеся в геологическом направлении, а также лица, выбравшие эту сферу для работы или в качестве объекта научных исследований. Рассмотрим самые основные и любопытные качества.

Оптике посвящается: покажи мне все!

Зачастую характеристика физических свойств минералов начинается с отнесения вещества к категории прозрачных либо таковыми не являющихся. Термином принято обозначать способность попускать сквозь структуру минерала лучевой поток. Прозрачность – характеристика, описываемая уровнями. Наиболее типичный представитель прозрачных минералов – хрусталь. Отличными показателями отличаются топаз, шпат родом из Исландии. Из полупрозрачных стоит упомянуть киноварь, а вот непрозрачных больше всего – это графит, пирит и множество других разновидностей. Нередко образцы, представленные крупными экземплярами, на первый взгляд кажутся непрозрачными, но при исследовании зерновых краев, осколков малой толщины оказывается, что им свойственна довольно сильная способность пропускать световое излучение.

Красиво!

Анализируя классификацию минералов, их физические свойства, необходимо отметить, что к числу наиболее значимых параметров традиционно относится цвет. Именно этот признак исследуют в первую очередь при диагностике образца. Расцветка связана и с внутренними особенностями (идиохроматический аспект), и с наличием хромофоров в общей массе вещества. Хороший пример, встречающийся довольно часто, – зеленый оттенок изумруда, обусловленный включениями хрома. А вот турмалин будет переливаться красивыми оттенками розового благодаря наличию в его структуре марганца.

У ряда минералов окраска обусловлена неоднородным строением. Это характерно для мориона, некоторых видов кварца. Кристаллические решетки таких минералов отличаются многочисленными дефектами, за счет чего преломление света создает интересные окраски. Также известны минералы, цвет которых обусловлен механическими примесями, рассеянными исключительно тонким слоем. Официальное научное наименование такого явления – аллохроматический окрас. Именно таким эффектом обусловлена окраска яшмы, авантюрина и некоторых других минералов.

Цвет черты

Определение физического свойства минерала такого типа предполагает выявление оттенка минерала, растолченного в очень тонкий порошок. Минеральную черту проще всего получить, если образцом, предназначенным для исследования, провести по пластинке из фарфора. Объект должен быть матовым, недопустимо покрытие глазурью. Кроме бисквита можно использовать химическую посуду, произведенную из фарфора и имеющую поверхность с такими же качествами.

Если сравнивать окраску и это физическое свойство минерала, можно заметить – оно гораздо более постоянное. Бывает и так, что черта имеет такой же оттенок, как и испытуемый образец, но известны и случаи ощутимого отличия. Например, гематит, при первичном исследовании оцениваемый как серый со стальным оттенком, рисует черту красного оттенка (спелая вишня). Сходная ситуация и с пиритом, окрашенным в близкий к цвету латуни оттенок желтого, – его черта черная.

Радость сороки

Если спросить школьника, студента «Какие физические свойства минералов вы знаете», одним из первых на память приходит блеск. Характеристика определяется степенью преломления. Это такой параметр, вычисление которого основано на разнице скоростных показателей светового потока при прохождении из воздуха в среду кристалла. Если параметр варьируется в границах 1,3-1,9, материал будет блестеть, словно стекло. Хороший пример – гарант, кварц.

Алмазный блеск характеризуется количественным показателем 1,3-1,9. Такой особенностью обладают сам алмаз, а также рутил, кальцит и некоторые другие породы. При характеристике преломления 2,6-3,0 говорят о полиметаллическом блеске. Наиболее яркие представители такой группы природных веществ – гематит, куприт. Наконец от трех и больше – параметр, говорящий о металлическом блеске. Он свойственен пириту, молибдениту и многим другим минералам.

Спайность

Это физическое свойство минералов одно из базовых. Оно отражает, насколько кристаллической структуре характерны расколы в различных направлениях. Таковое объясняется строением решетки. К примеру, если рассматривать кальцит, то его кристаллы по спайности при раскладывании всегда дают ромбоэдры, не играет роли, с чем пришлось работать изначально. Куб флюорита даст россыпь октаэдров. Уровень совершенства принято классифицировать по специальной шкале.

Наибольший показатель (весьма совершенный) – это такое физическое свойство минерала, которое отражает легкость расщепления исходного образца на листы малой толщины. В природе таковы слюда, хлорит. Совершенная – такая спайность, которая при сильном ударе показывает выколки по спайности, но сломать исходный материал по иным направлениям проблематично. Таковы флюорит, кальцит.

Какие еще бывают?

Описание физического свойства минералов спайности может содержать характеристику «средний уровень». Такое свойственно, к примеру, пироксенам. При работе с образцом по всем направлениям можно добиться излома. При исследовании обломков некоторые плоскости будут гладкими, им свойственен блеск. Это плоскости спайности. Все прочие края – неровные, изломанные.

Анализируя физические и химические свойства минералов, можно заметить, что некоторые материалы имеют зернистую структуру, причем отдельные элементы довольно разнообразны по размерам, форме, благодаря чему поверхность получается неправильной. Исключение – кристаллические грани. Для таких веществ характерна несовершенная спайность либо показатель в принципе отсутствует.

О трещинках

Если говорить кратко, физическое свойство минералов, описываемое термином «трещины отдельности», по своей сути противоположно спайности. При исследовании образца можно заметить грубые, чаще расположенные поперек минерального удлинения трещинки. Обычно они близки к плоским, но недостаточно совершенны, чтобы можно было их так охарактеризовать.

Излом

Описывая кратко физические свойства минералов, обязательно упоминают и эту особенность. Если минерал характеризует спайность несовершенного уровня, именно благодаря излому можно детально изучить образец. У некоторых пород он раковистый. Это характерно для кварца, пирохлора. Другие показывают словно бы занозы. Такое больше свойственно самородкам. Борнит, пирит описываются мелкораковистыми изломами. Есть и такие минералы, у которых эта особенность позволяет отнести их к группе неровных пород.

Твердость

Альтернативное наименование этого качества – способность материала сопротивляться агрессивным внешним факторам, механически влияющим на структуру. Чтобы понять, насколько тверд минерал, нужно поцарапать его отличающимся образцом. Характеристика особенности в количественной форме подчинена шкале Мооса. Ее суть – десять уровней, каждый следующий из которых способен оцарапать предыдущий образец. Эталонными выбраны (по возрастающей, с первого по десятый уровни): тальк, гипс, кальцит, флюорит, апатит, ортоклаз, кварц, топаз, корунд, алмаз.

В качестве инструментария при определении характеристик материала нередко пользуются медными, стальными иглами. Первая царапает поверхности вплоть до 3,5 уровня, вторая – до шестого. Сходный параметр (до шести) дает нож, чуть меньше (до пяти) – стекло. При исследовании мягкого образца можно попробовать его на твердость собственным ногтем. Человеческая ногтевая пластина оценивается в 2,5 по шкале Мооса. Анализируя физические свойства минерала аметиста, твердость придется оценить в семь единиц.

Какой ты?

Изучение особенностей конкретного образца предполагает оценку его хрупкости. Этот параметр для упомянутого выше аметиста, к примеру, довольно высокий – минерал хрупкий. Это означает, что при воздействии иголкой, ножиком порода легко крошится. Иногда при проведении острием ножа на образце минерала остается гладкий след, отличающийся от прочей поверхности блеском. Это указывать на пластические деформации структуры.

Еще одна любопытная особенность – ковкость. Если образец ударить тяжелым молотком, он превратится в пластинку малой толщины. Противоположная особенность – упругость, то есть возможность восстановления исходной формы, когда внешняя нагрузка пропадает. Классические представители минералов с высокими показателями упругости – асбест, слюда.

На что еще обратить внимание?

Есть довольно много важных особенностей, причем наблюдается зависимость от происхождения: физические свойства нерудных минералов, рудных нередко отличаются достаточно сильно по своим показателям. Именно по этой причине исследование конкретного образца многие предпочитают начинать с определения природы материала.

В цифрах

Не стоит пренебрегать оценкой удельного веса. Наиболее точные показатели можно получить, располагая высокоэффективным лабораторным оборудованием с минимальной погрешностью. Используются различные методики. Если достаточно приблизительной оценки, можно сопоставить конкретный минерал с похожим распространенным природным компонентом, чей удельный вес оценен физиками как эталонный.

Удельный вес – характеристика, позволяющая причислить конкретный образец к одной из трех категорий. Есть показатель менее трех, это легкий минерал, если значение варьируется в границах от трех до пяти, удельный вес характеризуют как средний. Параметры больше – это тяжелые образцы. К легким принадлежит кварц, представитель средних – корунд, из тяжелых стоит упомянуть золото.

Когда так и тянет

Анализ образца минерала предполагает изучение его магнитных свойств. Известно, что некоторые от природы являются сильными ферромагнетикам, способными притягивать небольшие элементы, изготовленные из железа. При экспериментах чаще используют булавки, опилки. Оптимальный материал для изготовления этих предметов – железо с высоким процентом никеля, магнетит.

Выделяют парамагнитные минералы, которые можно притянуть, если иметь в своем распоряжении электрический магнит либо пирротин. Последняя категория – диамагнитные, то есть вещества, которые магнитом будут отталкиваться. В природе наиболее характерный представитель – висмут в виде самородка.

Как выявить?

Чтобы оценить магнитные качества испытуемого образца, следует организовать подходящее лабораторное оборудование. Оно довольно простое. Берут магнитную стрелку, к ее окончанию приближают минерал и отслеживают реакцию способного вращаться предмета.

Как удалось выявить в ходе многочисленных экспериментов, минералы, имеющие сильные магнитные качества, – это довольно узкий список наименований. Нередко именно на магнитность ориентируются при определении природы конкретного образца, пренебрегая прочими признаками. Это справедливо, к примеру, для магнетита.

Радиация наступает!

Одна из особенностей минералов – радиоактивность. Узнав о таком факте, иной обыватель может не на шутку испугаться, но ученые давно выяснили – это качество присуще тем минералам, присутствующим на нашей планете, в состав которых входят торий, уран. Правда, мощность излучения частиц всех категорий обычно относительно мала. Если обратить внимание на опыт выемки радиоактивных пород, можно узнать, что в большинстве случаев месторождения характеризовались каймой красного либо бурого оттенка. Нередко минеральные радиоактивные зерна находят в толще шпата, кварца. Опознать их несложно – от вкраплений в разные стороны радиально идут небольшие трещинки. Исследуя образцы, можно использовать специальную фотобумагу. Природное излучение достаточно сильное, чтобы оставить на ней след.

Узнать при первой встрече

Оказавшись в полевых условиях, геологи нередко сталкиваются с непростой задачей необходимости быстрой идентификации конкретного минерала. Один из довольно простых способов выявления характерных физических качеств – проверка на взаимодействие с водой. Хлориды, к примеру, довольно быстро растворяются. Если вода не оказывает ощутимого воздействия на образец, можно повлиять на него щелочью, кислотой.

Выявление наличия в составе породы отдельного элемента возможно посредством частной химреакции. К примеру, хлороводород позволяет быстро идентифицировать карбонаты, аммоний – фосфаты. Ряд минералов меняют окраску пламени.

На что еще обратить внимание?

Известны такие минералы, которые при разломе становятся источником характерного запаха. Опознать таким образом проще всего мышьяк, пахнущий чесноком. Не сложнее идентифицировать и арсенопирит. Есть такие разновидности минералов, чье отличительное физическое свойство – поверхность, определяемая на ощупь. Так можно опознать тальк – он жирный. Ряд соединений идентифицируется по вкусу. Хороший пример – поваренная соль. Аналогичным образом можно определить и некоторые иные солевые минеральные образцы.