минералогия (1006435), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Данные для первых восьми элементов, а также для серы исправлены согласно последним указаниям А. П. Виноградова.Sn, Сr, W, Nb, Та, Th, U) преимущественно распространена в виде кислородных соединений, но зато многие другие элементы (Fe, Ni, Co, Zn, Cu,Pb, Hg, Mo, Bi, As, Sb, Ag и др.) встречаются главным образом в виде скоплений сернистых, мышьяковистых и сурьмянистых соединений. Железосовмещает в себе свойства сидерофильных, литофильных и халькофильных элементов, обладая заметным сродством как к кислороду, так и к сере.37Глава 1.
Земная кора и особенности ее составаТаблица 4Распространенность главных металлов в земной кореДекадыIIIIIIVМеталлыAl, FeMg, CaTiMn,Cr, V,CuVVIVIIVIIIIX–XINi, Zn, Th, Cs, Cd, Sb,Hg,Au, Pt,Sn, Co, Be, As, Bi, Ag, Os, Pd Ru, Ir,Y, La, Mo, UInRh,Pb, Cе, Tl, Та,Re, RaNbWНа диаграмме (рис. 4) по оси абсцисс расположены порядковые номера химических элементов, а по оси ординат — логарифмы их атомныхкларков. Можно видеть, что с увеличением порядкового номера кривыекларков как четных, так и нечетных элементов в общем обнаруживаюттенденцию к понижению. Это означает, что для большинства химическихэлементов имеет место обратно пропорциональная зависимость их среднего содержания в земной коре от порядкового номера, хотя встречаютсяи исключения (например, для Li, Be, В и др.).Если сравнить распространенность химических элементов в земной корев атомных кларках с числами минералов, в которые они входят, то, как указал П.
П. Пилипенко, между ними, за небольшим исключением, устанавливается некоторая прямая (симбатная) зависимость. Это имеет место преимущественно для элементов, обладающих малыми атомными весами1.Рис. 4. Распространенность элементов в верхней части литосферы. На диаграмме данылогарифмы атомных кларков (H) как функция порядкового номера (Z), причем кислород принят за единицу1В число минералов не включены лишь разновидности, в которые данный элементвходит в виде изоморфной примеси.38Общая частьТаблица 5Взаимосвязь числа минералов легких элементов и их атомных кларковЭлементАтомныйкларкЧисло минераловЭлементАтомныйкларкЧисло минераловО53,393550Fe1,311170Н17,252581К1,05439Si16,111327С0,51361Al4,80978Ti0,22281Na1,82782Cl0,10288Mg1,72695S0,05923Ca1,411174F0,07335Некоторые из легких элементов играют особую роль в минералах,являясь типичными анионами или анионообразователями.
Среди таких элементов прежде всего можно отметить кислород, а также водород (как компонент гидроксильного иона), серу, углерод и некоторыедругие. Так как подавляющее большинство минералов является полярными соединениями, в составе каждого из них должны присутствоватьэлементы, играющие роль катионов и анионов. Типичных анионов ианионообразователей среди элементов Периодической системы гораздо меньше, чем катионообразующих элементов, поскольку металлысоставляют около 3/4 всех элементов. По этой причине каждый из немногих элементованионообразователей будет представлен в относительно большем числе минералов по сравнению с элементами, атомыкоторых играют роль катионов.
Этим объясняется столь значительноеколичество минералов — кислородных соединений, а также водосодержащих минералов и сульфидов. Для большинства распространенныхэлементовметаллов (главным образом легких и средних атомных весов) число минеральных видов проявляет устойчивую пропорциональность их атомным кларкам.Для многих тяжелых металлов подобная зависимость не устанавливается. Так, теллур, атомный кларк которого в земной коре примерно в 40 разменьше, чем кларк селена, в природных условиях образует около 150 самостоятельных минералов, в то время как для селена их известно всегооколо 100, и то главным образом в ассоциации с серой.
Для цинка с атомным кларком в 17 раз большим по сравнению с кларком свинца мы имеемоколо 250 минералов, тогда как для свинца — около 450, и т. д.Указанные различия, несомненно, вызываются химическими свойствами самих элементов, обусловленными строением их ионов и определяемыми положением этих элементов в Периодической системе МендеГлава 1. Земная кора и особенности ее состава39леева. Для элементов с одинаковыми свойствами, аналогичными строениеми размерами ионов, но с различными концентрациями в данном раствореили расплаве естественно ожидать, что при кристаллизации элементы с меньшей концентрацией будут входить в кристаллические структуры, образуемые господствующими элементами, как бы растворяясь в них. Если жеданный элемент в окружающей среде не находит аналогичных себе поразмерам и строению ионов других элементов, то в каком бы количествеон ни присутствовал в растворе при кристаллизации, он должен образовать самостоятельное соединение.
Весьма показательно, что двухвалентный марганец в главной своей массе входит в состав минералов в видеизоморфной примеси к двухвалентным железу и кальцию, но зато четырехвалентный марганец всегда образует явно индивидуализированныесоединения. Этим же объясняется то, что такие элементы, как рубидий,скандий, гафний, индий, рений и др., обладающие низкими атомнымикларками, в природе образуют лишь несколько самостоятельных минералов, преимущественно же находятся в рассеянном состоянии, присутствуя в виде изоморфной примеси к другим элементам. В значительноймере это относится и к таким более распространенным элементам, какселен, ванадий, цезий, кадмий и др.
Наоборот, элементы с очень низкимиатомными кларками — теллур, золото, группа платиновых металлов, висмут и др. — сравнительно часто устанавливаются в виде самостоятельных минералов.Глава 2КОНСТИТУЦИЯ И СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯКогда мы осматриваем минералы в музейных витринах или лотках соспециально подобранными образцами, нас невольно поражает то разнообразие внешних признаков, по которым они отличаются друг от друга.Одни минералы кажутся прозрачными (горный хрусталь, каменнаясоль), другие — мутными, полупрозрачными или совершенно не пропускающими свет (магнетит, графит).Замечательной особенностью многих природных соединений являетсяих окраска.
Для ряда минералов она постоянна и весьма характерна.Например, киноварь (сернистая ртуть) всегда обладает карминнокрасным цветом, для малахита характерна яркозеленая окраска, кубическиекристаллики пирита легко узнаются по металлическизолотистому цвету и т. д. Наряду с этим окраска большого количества минералов изменчива.
Таковы, например, разновидности кварца: бесцветные (прозрачные),молочнобелые, желтоватобурые, почти черные, фиолетовые, розовые.Блеск — также весьма характерный признак многих минералов. В одних случаях он очень похож на блеск металлов (галенит, пирит, арсенопирит), в других — на блеск стекла (кварц), перламутра (мусковит). Немало и таких минералов, которые даже в свежем изломе выглядятматовыми, т. е.
не имеют блеска.Часто минералы встречаются в кристаллах, иногда очень крупных, иногда чрезвычайно мелких, устанавливаемых лишь с помощью лупы или микроскопа. Для ряда минералов кристаллические формы весьма типичны, например, для пирита — кубические кристаллы, для гранатов — ромбическиедодекаэдры, для берилла — шестигранные призмы. Однако в большинствеслучаев минеральные массы наблюдаются в виде сплошных зернистых агрегатов, в которых отдельные зерна не обладают кристаллографическимиочертаниями.
Многие минеральные вещества распространены также в виде«натечных» масс, иногда причудливой формы, ничего общего не имеющей скристаллами. Таковы, например, почковидные массы малахита, сталактитоподобные образования лимонита (гидроокислов железа).Минералы различаются и по другим физическим свойствам.
Одни изних настолько тверды, что легко оставляют царапины на стекле (кварц,Глава 2. Конституция и свойства минералов41гранат, пирит); другие сами царапаются обломками стекла или остриемножа (кальцит, малахит); третьи обладают настолько низкой твердостью,что легко чертятся ногтем (гипс, графит). Одни минералы при раскалывании легко расщепляются по определенным плоскостям, образуя обломкиправильной формы, похожие на кристаллы (каменная соль, галенит, кальцит); другие дают в изломе кривые, «раковистые» поверхности (кварц).Широко варьируют и такие свойства, как удельный вес, плавкость и др.Столь же различны и химические свойства минералов. Одни легкорастворяются в воде (каменная соль), другие растворимы лишь в кислотах (кальцит), третьи устойчивы даже по отношению к крепким кислотам (кварц).
Большинство минералов хорошо сохраняется в воздушнойсреде. Однако известен ряд природных соединений, легко подвергающихся окислению или разложению при действии кислорода, углекислоты ивлаги, содержащихся в воздухе. Давно установлено также, что некоторыеминералы под воздействием света постепенно меняют свою окраску.Все эти свойства минералов, как мы теперь все больше и больше убеждаемся, находятся в причинной зависимости от особенностей химическогосостава и кристаллической структуры вещества — от конституции мине'рала, что, в свою очередь, обусловлено размерами атомов или ионов (участвующих в составе минерала), строением их электронных оболочек (особенно наружных) и свойствами, которые определяются положениемхимических элементов в системе Д.
И. Менделеева. Поэтому многое из того,что раньше казалось загадочным, теперь, в свете современных достиженийточных наук, становится все более и более понятным. Эти достижения способствуют не только правильному пониманию природных явлений, нои помогают нам в практическом использовании свойств минералов.Конституция минерала представляет собой единство его химическогосостава и кристаллической структуры. Понятие «конституция» описывает,можно сказать, сущность минерала; она является его собственным, внутреннейшим свойством, в отличие от прочих свойств и признаков, являющихсяоткликами на внешние воздействия, проявляющихся и формирующихся вовзаимодействии со средой. Именно конституция минерала определяет еговидовую принадлежность, диагностические же свойства (признаки) минералов, являющиеся функцией его состава и структуры, служат для установления видовой принадлежности.
Поэтому все современные определенияпонятия минерального вида и классификации минералов основаны не напризнаках минералов, а на их конституции. Ниже мы рассмотрим основыконституции минералов более подробно.В связи с этим вспомним некоторые важнейшие для нас положенияфизики, химии и кристаллохимии.Агрегатное состояние минералов. Любое вещество неорганическойприроды в зависимости от температуры и давления может находиться влюбом агрегатном состоянии, а при изменении этих факторов переходит42Общая частьиз одного состояния в другое.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
