Классификация минералов

Ученые издавна классифицируют известные минералы. Первоначально их подразделяли только по внешним признакам. Затем стали использовать химический состав и структуру минералов. Выделяются несколько классов минералов.

Класс самородных элементов включает простые вещества. Они существуют в природе в свободном виде и представлены минералами, состоящими из одного химического элемента. Это, например, золото, серебро, медь, платина, графит, алмаз, сера и др. Самородные элементы играют незначительную роль в строении верхней оболочки Земли.

Класс сульфидов (лат. сульфур – сера) объединяет соединения различных элементов с серой. На сульфиды и их аналоги в земной коре приходится около 13 всех минералов. Среди них имеются важные минералы. Так, галенит (свинцовый блеск) PbS-свинцовая руда, сфалерит (цинковая обманка), ZnS₂-руда цинка; пирит (серный колчедан) FeS₂ применяется для производства серной кислоты; халькопирит (медный колчедан) CuFeS₂ является одним из главных источников получения меди.

Чем выше природный кларк химического, тем больше минералов, в состав которых входит этот элемент. Так, кислород встречается почти в половине всех известных минералов.

Около 12 минералов включает класс оксидов и гидроксидов. Это - соединения различных элементов с кислородом. К их числу относится, например, кварц, являющийся окислом кремния (SiO₂) и входящий в состав очень многих горных пород. В виде окислов в недрах находится ряд важнейших рудных минералов. Например, касситерит (оловянный камень) SnO₂ –руда олова, гематит (железный блеск) Fe₂O₃-важнейшая руда железа и др.

К классу галогенидов (греч. галс- соль, генезис- происхождение) принадлежат соли хлористо-, фтористо-, бромисто-, йодистоводородных кислот. Минералы этого класса имеют большое практическое значение. Галит (каменная соль) NaCl применяется для получения соляной кислоты, хлора, едкого натра и др.; сильвин KCl –для производства удобрений; флюорит (плавиковый шпат) CaF используется для получения плавиковый кислоты, эмали и глазури, а также в металлургии, оптике и ювелирном деле.

После кислорода второй по распределённости в земной коре химический элемент кремений. Он содержится более чем в 430 минаралах.

Один из важнейших минеральных классов - силикаты (лат. силициум-кремний)- кремний – кислородные соединения. Их главным структурным элементом является ионный четырёхвалентный кремнекислородный радикал тетраэдр [SiO₄]^4-(рис. 17).

Рис. 17. Строение кремнекислородного тетраэдра:

а- изолированный тетраэдр,; б – кольцо из трех тетраэдров

В центре его расположен ион кремния Si⁴⁺, а в вершинах – четыре иона кислорода О². Тетраэдры соединяются друг с другом по определённым законам: 1) каждый ион кислорода является общим для двух тетраэдров; 2) через ионы кислорода тетраэдры связываются с катионами металлов, образуя «островные» силикаты. Могут быть и комбинации этих двух способов соединения кремнекислородных тетраэдров. Иногда в силикатном тетраэдре четырёхвалентные ионы кремния замещаются трёхвалентными ионами алюминия Al³⁺. Так образуются алюмосиликаты.

По некоторым подсчётам, силикаты и алюмосиликаты составляют 25 общего числа минеральных видов в земной коре.

Большое значение имеют такие группы силикатных минералов, как оливины, гранаты, пироксены, амфиболы, слюды, полевые шпаты и др.

Оливин-это магниево-железистый силикат (MgFe)₂SiO₄, один из главных минералов мантии Земли. Он используется для изготовления огнеупорных кирпичей, в ювелирном деле и других областях.

Гранаты получили своё название по сходству с цветом мякоти плодов граната. Среди них выделяются: магнезиально-железистый глиноземистый пироп-альмандин, железисто-марганцевый глиноземистый алтмандин-спессаратин, известковый гроссуляр-андрадит, а также титанистый и хромовый гранаты. Они применяются в абразивной и строительной промышленности, в приборостроении, электронике, как полудрагоценные камни и т.д.

Пироксены – важные породообразующие минералы - подразделяются на две подгруппы. Ромбические пироксены - это силикаты магния и железа. А к моноклинным пироксенам относится большая группа силикатов кальция, магния, железа и алюминия.

Амфиболы представлены зелёными, бурыми, чёрными игольчатыми и волокнистыми кристаллами, входящими в состав магматических и метаморфических горных пород.

Слюды - слоистые алюмосиликаты, расщепляются на чрезвычайно тонкие листочки. Обладают высокими диэлектрическими свойствами и термостойкостью. Различают калиевые (мусковит - бесцветная слюда), литиевые (лепидолит) и магнезиально-железистые (флогопит, биотит) слюды. Они применяются для производства изоляторов и огнестойких строительных материалов.

Наиболее распространённым среди силикатов полевые шпаты. Они представляют собой алюмокремниевые соли калия, натрия и кальция. И по химическому составу подразделяются на две подгруппы. К первой подгруппе относятся калиево-натровые (щелочные) полевые шпаты. Ко второй - известково (кальциево)- натровые полевые шпаты или плагиоклазы.

К первым относятся ортоклаз и микроклин.

Среди калиево-натровых (калинатровых) полевых шпатов наиболее распространены минералы ортоклаз и микроклин. Они имеют одну химическую формулу K[AlSi₃O₈], но отличаются различным строением кристаллов. Ортоклаз (греч. ортос - прямой, клязис- разлом) при ударе раскалывается по параллельным плоскостям под углом 90. У микроклина (греч. микрос- малый, клино- наклоняю) угол между плоскостями раскола (спайности) меньше прямого.

Плагиоклазы (греч. плягиос-косой, клясис-разлом) представляют собой двойной ряд химических изоморфных смесей (100)Na[AlSi₂O₃]+Ca[AlSi₂O₈]. Крайними членами этого ряда являются минералы альбит Na[AlSi₃O₈] и анортит Ca[Al₂Si₃O₈]. Угол между плоскостями спайности у плагиоклазов составляет 86-87.

Полевые шпаты имеют большое практическое значение. Так, ортоклаз и микроклин - ценное керамическое сырьё. Плагиоклазы используются в качестве облицовочного камня (лабрадориты) и в ювелирном деле (лунный и солнечный камни), в стекольной и электротехнической промышленности.

Важную роль играют такие классы минералов, как фосфаты, карбонаты, сульфаты и др.

Фосфаты - это соли фосфорной кислоты. Наиболее распространен среди них минерал апатит Ca₅[PO₄]₃(F,Cl). Он применяется для производства искусственных удобрений, фосфора, фосфорной кислоты.

Карбонаты являются солями угольной кислоты. Главные их минералы кальцит CaCO₃, доломит CaMg[CO₃]₂, сидерит FeCO₃, магнезит MgCO₃ и др. Кальцит (известковый шпат) применяется в оптической и химической промышленности, строительстве и других областях. Доломит используется в качестве строительного камня, огнеупорного материала, в химической промышленности. Сидерит (железный шпат) является рудой железа. Магнезит (магнезиальный шпат) применяется для изготовления огнеупорных кирпичей, в абразивной промышленности, строительстве, электротехнике.

К сульфатам - солям серной кислоты - относятся гипс CaSO₄·2H₂O, ангидрит CaSO₄, мирабилит (глауберова соль) Na₂SO₄·10H₂0, барит BaSO₄.

Гипс используется в медицине, строительстве, цементной и бумажной промышленности. Ангидрид (безводный сульфат кальция) является сырьем цементной промышленности. мирабилит применяется для изготовления соды, в медицине , стекольной и красочной промышленности. Барит (тяжелый шпат) используется в качестве утяжелителя глинистого раствора при бурении глубоких скважин, в медицине, химической, резиновой и бумажной промышленности.