Минерал, минеральный вид и разновидность минерального вида

Минералы являются составной частью горных пород. Их изучает наука минералогия, относящаяся к циклу наук о Земле. Основная сущность минералогии – всестороннее изучение состава, строения и свойств минералов, а также области практического их использования.

В настоящее время минерал – это твердый кристаллический продукт природных (земных или космических) процессов, физически и химически индивидуальный в виде простого вещества (самородный химический элемент) или соединения.

Кристаллический продукт природных процессов подчеркивает, что они являются телами кристаллическими. Основное свойство кристаллических тел – трехмерная периодичность в расположении частиц, из которых они состоят, т.е. атомов, ионов, молекул. Эта особенность внутреннего строения кристаллических тел описывается понятием пространственная решетка, которая является представлением трехмерной периодичности. Она строится распространением начальной точки путем параллельных переносов. Основной единицей трехмерной решетки является параллелепипед, построенный на трех векторах, совпадающих с направлениями кристаллических осей. Полученный т.о. параллелепипед называется элементарной ячейкой, или ячейкой Браве. Всего существует 14 ячеек Браве, которые отражают особенности решеток всех сингоний.

Огранка кристаллов является внешним оформлением структуры. Внешняя форма кристаллов представляет собой различного вида многогранники: – кубы, октаэдры, тетраэдры, призмы, бипирамиды и более сложные формы.

Рис. 3. Кристаллическая структура галенита

PbS; • - Pb; o - S

Она описывается 32 законами – видами симметрии, представляющими собой совокупности элементов симметрии. Виды в свою очередь объединяются в 7 систем (сингоний), а последние в 3 категории.

В определении минерала как химического продукта природных процессов подразумевается его химический состав. Последний может быть представлен атомами одного химического элемента или несколькими. В первом случае минерал представляет собой простое вещество (например, самородное золото, сера, графит, алмаз). Во втором – минерал состоит из двух, трех и большего числа атомов различных химических элементов. Это уже химическое соединение (например, галит NaCl, кальцит Ca[CO₃] и т.д.).

Таблица 1

Кристаллографические категории и сингонии

В химическом составе минералов принимают участие практически все известные химические элементы, за исключением инертных газов и трансурановых. Однако роль химических элементов в образовании минералов неодинакова. Элементы можно разделить на видообразующие и рассеянные. Видообразующие химические элементы представляют собой основные строящие единицы минералов. Рассеянные же элементы входят в состав минералов как примеси.

Кроме того, минералы подразделяются на постоянного и переменного состава.

Минералы постоянного состава, независимо от условий их образования, характеризуются стабильным составом элементов. Таких минералов немного. Это алмаз С, киноварь HgS, галит NaCl, кварц SiO₂, пирит FeS₂ и др. Они содержат в себе и примеси.

Минералы переменного состава характеризуются широкой вариацией количественного содержания видообразующих элементов. Примерами минералов переменного состава являются оливин (Fe, Mg)₂[SiO₄], доломит (Ca, Mg)[CO₃] и др. Запятая в круглых скобках означает, что содержание Fe и Mg, Са и Mg может изменяться в широких пределах.

В природе минералы встречаются в виде отдельных индивидов или, что чаще, их ассоциаций в моно- или полиминеральных агрегатах, например, в составе различных горных пород. Индивиды отграничены друг от друга поверхностями раздела и могут быть представлены ограненными кристаллами и неограненными зернами, разнообразными по форме (изометричными, шестоватыми, пластинчатыми) и размерами (доли мм, см, реже – метры).

В определении минерала важным является его принадлежность к кристаллическим твердым телам. Однако часть природных веществ является не кристаллическими, а аморфными (т.е. не имеющими кристаллической решетки). Для таких природных аморфных твердых тел (опал, аллофан, шунгит и др.) в минералогии введен термин «минералоид». Природные воды не являются минералами, но лед – минерал. Ртуть на земле встречается только в жидком состоянии и ее как исключение приписывают к минералам. Нефть и ее производные (битумы) не являются минералами. Вещества, синтезированные человеком, не минералы, хотя подчеркивается, что они (алмазы, рубины, аметисты и др.) являются синтетическими аналогами минералов. Биогенные вещества, возникающие только за счет биологических процессов, например, мочевые и почечные камни, раковины моллюсков и др. – не минералы. Но если биологические процессы участвовали в образовании различных химических неорганических соединений (известняки, фосфориты и др.), то они относятся, к минералам.

Одним из главных понятий минералогии, лежащем в основе классификации минералов является минеральный вид – объединение индивидов минерального вещества, отвечающее двум признакам:

а) близости, качественного состава главных (породообразующих) химических элементов;

б) тождества кристаллической структуры.

Строгим критерием, объединяющем индивиды в один минеральный вид, является структура, менее строгим – их химический состав.

Так, если индивиды минералов имеют одинаковый химический состав, но обладают разной кристаллической структурой, то они принадлежат к разным минеральным видам. Пример: пирит и маркизит, имеют одинаковый химический состав – FeS₂, но пирит кубический, а марказит – ромбический.

Существует еще понятие разновидность минерального вида. Разновидности выделяются в зависимости от особенностей их химического состава, структуры, форм выделения минералов. Например, практически свободный от примесей Al₂O₃ – корунд – бесцветен, корунд же с незначительной примесью Cr⁺³ – рубин, с Fe⁺³ и Ti⁺³-сапфир. Различно окрашенные кристаллы кварца представлены разновидностями: аметист-фиолетовый, цитрин-золотистый, морион-черный и т.д. Разные формы выделения, например, гипса, позволяют различать разновидности: алебастр – плотный мелкозернистый гипс; селенит – волокнистый, марьино стекло – прозрачный пластинчатый.