Минерал

Определение "Минерал" в Большой Советской Энциклопедии

Барит

Минерал (франц. minéral, от позднелат. minera — руда), природное тело, приблизительно однородное по химическому составу и физическим свойствам, образующееся в результате физико-химических процессов на поверхности или в глубинах Земли (и других космических тел), главным образом как составная часть горных пород, руд, метеоритов.

Каменная соль

Минерал в подавляющем большинстве — твёрдые тела, подчиняющиеся всем законам физики твёрдого тела; реже встречаются жидкие Минерал (например, ртуть самородная). Отнесение воды к Минерал — вопрос дискуссионный, но лёд общепринято считать Минерал Различают Минерал кристаллические, аморфные — метаколлоиды (например, опалы, лешательерит, лимонит и др.) и метамиктные минералы, имеющие внешнюю форму кристаллов, но находящиеся в аморфном, стеклоподобном состоянии.

Кварц

Каждый Минерал (минеральный вид) представляет собой природное соединение определённого состава с присущей ему кристаллической структурой. Модификации Минерал одинакового состава (например, алмаз — графит, кальцит — арагонит), но имеющие различную кристаллическую структуру, относятся к различным минеральным видам; наоборот, изоморфные ряды Минерал (например, оливины, вольфрамиты, колумбиты) с изменяющимся в определённых пределах составом, но с постоянной структурой, относят к одному минеральному виду. Минерал, у которых небольшие изменения в химыическом составе, некоторых свойствах (например, окраске) или морфологических особенностях не приводят к резким различиям в структуре (например, в разновидностях кварца — горном хрустале, аметисте, цитрине, халцедоне), называются минеральными разновидностями.

Киноварь

  Единичные кристаллы, зёрна и другие минеральные тела, отделённые друг от друга физическими поверхностями раздела, относятся к минеральным индивидам. Сростки минеральных индивидов образуют минеральный агрегат.
В природе найдено и изучено около 2,5 тыс. минеральных видов и примерно столько же разновидностей. Ежегодно открывается около 30 новых минеральных видов.

Малахит

Большинство Минерал представлено ионными структурами (см. Кристаллохимия). Менее распространены ковалентные и интерметаллические структуры. Молекулярные решётки в природе весьма редки (например, реальгар AsS, сера самородная, битумы и смолы). Реальные структуры Минерал характеризуются наличием дефектов в кристаллах (вакансий, примесных и межузельных атомов или ионов) и дислокаций. Нередко в Минерал возникают т. н. неупорядоченные структуры, характеризующиеся нарушением правильного порядка расположения ионов в решётке и тенденцией к их последующему перераспределению, направленному к повышению степени упорядоченности (например, в полевых шпатах). Отдельные структурные элементы кристаллической решётки Минерал (слои, пакеты, цепочки и т. п.) могут быть несколько смещены относительно друг друга при полном сохранении структуры внутри этих элементов. В результате возникают политипные модификации (политипы), характеризующиеся одинаковыми параметрами элементарной ячейки в двух направлениях и третьим — переменным. Политипы особенно часто появляются у слоистых минералов (например: слюд, графита, молибденита, глинистых минералов).

Марказит на кальците

В отличие от образования полиморфных модификаций (см. Полиморфизм), переход одного политипа в другой происходит не скачкообразно, а постепенно и не сопровождается резким тепловым эффектом, что объясняет существование в природе при одинаковых термодинамических условиях нескольких политипных модификаций Минерал Если явление полиморфизма связано с изменениями температуры и давления, то политипия Минерал, по-видимому, зависит в первую очередь от условий роста кристаллов. Изучение явлений упорядочения, структурных дефектов, политипии и других отклонений в строении реальных Минерал от идеальных структур помогает расшифровать термодинамические условия образования Минерал

Пирит

Химический состав, формулы и классификация. Роль химических элементов в структуре Минерал различна: одни являются главными и определяют основной состав Минерал; другие, будучи по свойствам и строению атомов (ионов) близки к главным, присутствуют в Минерал преимущественно в виде изоморфных (см. Изоморфизм) примесей (например, Pd, Ge, In, Cd, Ga, Tl, Se, I, Br, Re, Rb, многие редкоземельные). Для химии Минерал характерно резкое преобладание соединений переменного состава, представляющих однородные смешанные кристаллы (твёрдые растворы) — изоморфные ряды Минерал Этим, а также различной степенью упорядоченности структуры, определяются колебания физыических и химических свойств внутри одного минерального вида: например, плотности, твёрдости, цвета, показателя преломления, магнитной восприимчивости, температуры плавления и др. Сложность и недостаточное постоянство состава Минерал определяются явлениями изоморфизма, наличием субмикроскопических включений, а также явлениями сорбции, которые имеют место при образовании Минерал из коллоидных систем (например, урансодержащие опалы, лимониты, монтмориллониты и др.). Субмикроскопические включения в Минерал могут возникать: а) вследствие захвата дисперсных примесей в процессе кристаллизации из расплава, раствора и других сред (например, газово-жидкие включения в кварце, включения гематита в полевом шпате); б) при распаде твёрдых растворов вследствие изменения температурных условий (образование пертитов у полевых шпатов, распад сложных сульфидов и сложных окислов); в) при метамиктных превращениях; г) явлениях замещения одного Минерал другим или вторичных изменениях. Многие Минерал (например, магнетит) постоянно содержат различные микровключения.

Полихромный турмалин

В природе наиболее распространены Минерал класса силикатов — около 25 % от общего числа Минерал; окислы и гидроокислы — около 12%; сульфиды и их аналоги составляют около 13 %; фосфаты, арсенаты (ванадаты) — около 18 %; прочие природные химические соединения — 32 %. Земная кора на 92 % сложена силикатами, окислами и гидроокислами. По типу химических соединений Минерал подразделяются на простые тела (самородные элементы) и составные (бинарные и прочие). Помимо простых анионов S^2-, O^2-, OH^-, Cl^- и др., в структурах часты комплексные солеобразующие анионные радикалы [СО₃]^2-, [SiO₄]^4-, [РO₄]^3- и др. В зависимости от состава простого или комплексного аниона среди Минерал выделяют сульфиды и их аналоги, окислы, галогениды, соли кислородных кислот.

В основу современной классификации Минерал положены различия в типах химических соединений и кристаллических решёток (см. таблицу). Состав Минерал определённого структурного типа, а также закономерные его изменения при изоморфизме определяются строением и кристаллохимическими характеристиками слагающих атомов (ионов), их радиусами, координационными числами и типом химической связи.

Конституция (состав и структура) Минерал выражается кристаллохимическими формулами, в которых указываются: а) валентность иона (если присутствуют элементы в различной степени валентности); б) комплексные анионы (в квадратных скобках), например [SiO₄]^4-, [АlO₄]^5-; в) изоморфные группы элементов, заключающиеся в круглые скобки и отделяющиеся друг от друга запятыми; при этом элементы, находящиеся в большем количестве, пишутся на первом месте; г) дополнительные анионы OH^- F^-, Cl^-, O^2- и др., помещающиеся после анионного радикала; д) молекулы воды в кристаллогидратах (в конце формулы, соединяются с ней через точку); е) цеолитная или адсорбцыионная вода показывается также в конце формулы, пишется через точку и обозначается nH₂O; ж) недостаток атомов в дефектных структурах отмечается буквой х; з) если катионы в структуре Минерал занимают различное положение, то в формуле они показываются раздельно, при этом координацыионное число их обозначается римскими цифрами в показателе и справа от символа элемента. Примеры развёрнутого кристаллохимического написания формул Минерал: магнетит Fe²⁺ Fe₂³⁺ O₄; андалузит Al^VI AI^V[SiO₄]O; гипс Ca[SO₄]×2H₂O; пирротин Fe_1-x S, флогопит K[Mg, Fe]₃ [AISi₃O₁₀] (OH,F)₂; опал SiO₂×nH₂O.

Морфология Минерал определяется их внутренней структурой и условиями образования. Размер отдельных минеральных индивидов широко варьирует: от 1—100 нм (коллоидные Минерал) до 10 м (например, кристаллы сподумена в пегматитах). В зависимости от кристаллической структуры и условий роста возникают кристаллы Минерал различного облика (габитуса) — изометрического (например, галит, галенит, сфалерит, оливин и др.), листоватого и чешуйчатого (например, молибденит, слюды, тальк), дощатого (например, барит), столбчатого и игольчатого (рутил, актинолит, турмалин). На некоторых кристаллах Минерал наблюдается характерная штриховка, а также формы роста и растворения. Детально изучая морфологию Минерал и скульптуру граней, т. е. проводя кристалломорфологические исследования, можно воссоздать историю образования минеральных индивидов. Наряду с отдельными кристаллами Минерал в природе образуются также сростки Минерал, как закономерно ориентированные по отношению друг к другу (двойники, параллельные и эпитаксические сростки), так и без взаимной ориентации (минеральные агрегаты). По морфологии агрегатов выделяются друзы (щётки), дендриты, зернистые, плотные и землистые массы, оолиты и сферолиты, секреции и конкреции, различные натёчные агрегаты минералов, особенно характерные для минералов экзогенного происхождения. Изучение морфологии минеральных агрегатов составляет содержание особого раздела минералогии — онтогенического анализа Минерал Знание морфологических особенностей Минерал помогает быстро их определять.

Физические свойства Минерал обусловлены кристаллической структурой и химическим составом. Вследствие изоморфизма, микронеоднородности, разупорядоченности, наличия дефектов и других особенностей в природных кристаллах Минерал, свойства их обычно не являются строго постоянными. Физические свойства Минерал подразделяют на скалярные (например, плотность) и векторные, имеющие различную величину в зависимости от кристаллографических направления (например, твёрдость, кристаллооптические свойства и др.). К физическим свойствам Минерал, которые наряду с формами выделений служат основой их диагностики, относятся плотность, механические, оптические, люминесцентные, магнитные, электрические, термические свойства, радиоактивность.

По плотности Минерал подразделяются на: лёгкие (до 2500 кг/м³), средние (от 2500 до 4000 кг/м³) — преобладающая масса Минерал, тяжёлые (от 4000 до 8000 кг/м³) и весьма тяжёлые (более 8000 кг/м³). Плотность Минерал зависит от массы атомов или ионов, входящих в кристаллическую структуру, и характера их упаковки, а также от присутствия в Минерал добавочных анионов (OH^-, F^- и др.) и воды.

Механические свойства включают твёрдость (см. Твёрдость минералов), хрупкость, ковкость, спайность (см. Спайность минералов), отдельность (см. Отдельность минералов), излом, гибкость, упругость. При диагностике обычно определяется относительная твёрдость Минерал в соответствии с Мооса шкалой.

  Спайность — весьма совершенная, совершенная, средняя (ясная), несовершенная (неясная) и весьма несовершенная — выражается в способности Минерал раскалываться по определённым направлениям (параллельным сеткам кристаллической решётки с наибольшей ретикулярной плотностью атомов и наименьшей силой сцепления между ними). Излом (ровный ступенчатый, неровный, занозистый, раковистый и др.) характеризуют поверхности раскола Минерал, произошедшего не по спайности.

Оптические свойства (см. Кристаллооптика) — цвет минералов, блеск, степень прозрачности, светопреломление, светоотражение, плеохроизм — могут быть изучены на отдельных участках зёрен Минерал с помощью оптической микроскопии в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра.

Блеск Минерал (металлический, полуметаллический и неметаллический — алмазный, стеклянный, жирный, восковой, шелковистый, перламутровый и др.) обусловлен количеством отражаемого от поверхности Минерал света и зависит от его показателя преломления. По прозрачности Минерал разделяются на прозрачные, полупрозрачные, просвечивающие в тонких осколках и непрозрачные. Количественное определение светопреломления и светоотражения Минерал возможно только под микроскопом, равно как и определение плеохроизма. Большинство других физических свойств Минерал (люминесцентные, магнитные, электрические, радиоактивные и др.) рассматривается в специальных статьях (см. Люминесценция, Магнетизм, Пьезоэлектричество, Радиоактивные минералы). В современной минералогии возникло и успешно развивается особое направление — физика минералов.

Диагностика Минерал производится предварительно в полевых условиях главным образом по внешним физическим признакам — форме выделения и их окраске, облику и характеру симметрии кристаллов, цвету черты, блеску, спайности, излому и относительной твёрдости. С помощью магнитной стрелки компаса определяются ферромагнитные минералы (магнетит, пирротин). Карбонаты легко диагностируются по «вскипанию» с HCl. Иногда используются качественные химические реакции. Существуют специальные определители, позволяющие по этим данным относить обнаруженный Минерал к определённому минеральному виду. Многие Минерал (например, глинистые) в полевых условиях диагностировать нельзя. В лабораторных условиях элементный состав Минерал определяют методами классического химического анализа, а также эмиссионного или атомно-адсорбционного спектрохимического анализа. Прозрачные и просвечивающие Минерал исследуют в проходящем свете с помощью поляризационного микроскопа, непрозрачные Минерал изучают в отражённом свете на специальных микроскопах. Точная диагностика ряда Минерал производится с помощью рентгенограмм. Тонкодисперсные Минерал, которые показывают нечёткие линии на рентгеновских порошкограммах (дебаеграммах или дифрактограммах), исследуют электронографическим методом под электронным микроскопом. Для быстрой диагностики некоторых люминесцирующих Минерал (например, шеелита) применяют специальные приборы — люминоскопы. Для решения вопроса о форме вхождения воды в состав Минерал используют термический анализ (дифференциальные кривые нагревания, кривые потери веса), инфракрасную спектроскопию, ядерный магнитный резонанс, а для определения формы вхождения элемента-примеси в состав минерала — рентгеновский микроанализатор с электронным зондом, электронный парамагнитный резонанс; в некоторых случаях применяются люминесцентные и радиографический (для U и Th) методы.
Явления структурного упорядочения Минерал и политипии изучаются методами рентгеновской дифрактометрии и электронографии.

Условия нахождения и образования. По распространённости в природе все Минерал разделяют на породообразующие и рудообразующие (принимающие существенное участие в составе горных пород или руд), второстепенные, или акцессорные (при содержании не более 1 %), редко встречающиеся и весьма редкие, обнаруженные только в единичных случаях. Такое разделение условно, поскольку Минерал, чрезвычайно редко образующиеся в одних природных процессах, оказываются широко распространёнными в других геологических условиях.

Каждый Минерал имеет свою историю развития, возникая в конкретных геолоигческих и физико-химических условиях вследствие определённых природных геохимических процессов. В своём развитии Минерал проходит стадию зарождения, роста и изменения. Эволюция минеральных индивидов и агрегатов во времени, охватывающая все указанные стадии, объединена советским учёным Д. П. Григорьевым (1961) под названием онтогении Минерал Зарождение Минерал может происходить из различных по фазовому состоянию сред (расплава, раствора, газа) во взвешенном состоянии или на каком-нибудь субстрате. В процессе роста Минерал изоморфно или механически захватывает примеси, находящиеся в минералообразующей среде (вследствие чего возникает зональное строение Минерал), и жидкие, газово-жидкие и газовые включения самой среды. При изменении физико-химической обстановки (например, падение температуры, увеличение давления, приток новых растворов и т. д.) могут происходить следующие явления: а) деформации, приводящие к механическому двойникованию, появлению дислокаций, мозаичного и блочного строения; б) растворение Минерал, о котором свидетельствуют специфические фигуры на гранях; в) полиморфные превращения; г) распад твёрдых растворов; д) перекристаллизация; е) процессы химического изменения, приводящие к замещению одних Минерал другими. Если при этих замещениях сохраняется внешняя форма ранее существовавшего Минерал, возникают псевдоморфозы (например, лимонита по пириту). Псевдоморфозы, у которых первичный и образующийся по нему вторичный Минерал представлены полиморфными модификациями одного состава, называют параморфозами (например, сфалерита по вюртциту, графита по алмазу). Возникая вследствие различных реакций, любой Минерал не встречается изолированно, а всегда сопровождается другими Минерал Эти минеральные ассоциации, закономерно образующиеся в ходе единого процесса, ограниченного в пространстве и во времени и протекающего в определенных физико-химических условиях, называются парагенезисом минералов или парагенетическими ассоциациями. Количество возможных устойчивых Минерал в парагенетической ассоциации определяется минералогическим правилом фаз. Поскольку природные процессы протекают в условиях меняющихся температуры, давления и концентрации компонентов, то в ходе их развития одни парагенетические ассоциации Минерал закономерно сменяются другими. Исследование возникающих ассоциаций Минерал с помощью физзико-химических диаграмм (состав — парагенезис) является основой парагенетического анализа, разработанного сов. учёным Д. С. Коржинским. Этот метод позволяет предсказывать нахождение Минерал в той или иной ассоциации, а также выделять различные стадии процесса минералообразования. Минерал может встречаться на одном месторождении в разных парагенетических ассоциациях, т. е. выделяться на разных стадиях. Такие разновременные выделения одного и того же Минерал называются генерациями. Являясь продуктом природных реакций, Минерал причинно связан с образующей его средой, её фазовым состоянием и физико-химичскими параметрами. Всё это отражается на составе и свойствах Минерал, который приобретает на каждой стадии развития процесса минералообразования свои специфические типоморфные черты. Под типоморфизмом понимают сумму химических, структурных и физических признаков Минерал, связанных причинно-следственными отношениями со средой, в которой Минерал образовался. Типоморфными могут быть как сами минералы или их парагенезисы, так и отдельные их признаки. Типоморфные особенности Минерал можно использовать для установления генезиса Минерал, а также как поисковые признаки при геологоразведочных работах.

Минерал возникают при эндогенных, экзогенных и метаморфогенных процессах. Современное понятие «генезис минералов» включает характеристику ряда явлений, обусловливающих возникновение Минерал, в том числе: а) химизм процесса минералообразования; б) фазовое состояние среды минералообразования; в) физико-химичские параметры системы, при которых происходило возникновение Минерал (температура, давление, активность компонентов, кислородный потенциал, режим основности — кислотности); г) механизм зарождения, роста и развития Минерал, в частности способ его образования (свободная кристаллизация, метасоматическое развитие, перекристаллизация, раскристаллизация гелей и др.); д) процессы последующего изменения Минерал и явления метаморфизма; е) источник вещества.

Главнейшими путями определения генезиса Минерал являются: а) наблюдения геологических условий нахождения Минерал; б) выявление типоморфных особенностей Минерал; в) парагенетический анализ; г) онтогенические исследования; д) изучение газово-жидких включений в Минерал; с) расчёты термодинамических характеристик природных реакций; ж) определение термодинамических параметров по различным геотермометрам и геобарометрам; з) изучение физико-химических систем; и) экспериментальное моделирование возможных природных процессов образования Минерал; к) изучение изотопного состава Минерал Получение объективных количественных данных, характеризующих генезис Минерал, позволяет восстанавливать геологические процессы и историю формирования месторождений полезных ископаемых и тем самым создать научную основу для их поисков, разведки и промышленной оценки.

Применение. Свойства Минерал определяют области их применения в технике. Так, например, весьма твёрдые Минерал (алмаз, корунд, гранаты и др.) применяются как абразивы; Минерал с пьезоэлектрическими свойствами используются в радиоэлектронике и т. д. На различиях физических свойств Минерал (главным образом плотности, упругих, магнитных, электрических, поверхностных, радиоактивных и др.) основаны методы обогащения руд, а также геофизические методы разведки месторождений полезных ископаемых. В этой связи особо важное значение приобретает всестороннее изучение свойств и особенностей Минерал Большие перспективы открывает возможность направленного изменения свойств Минерал путём «генерирования» или «залечивания» дефектов кристаллической решётки, что может быть осуществлено разными путями — механическим, акустическим (ультразвуковая обработка), термическим (нагреванием и последующим быстрым или медленным охлаждением), химическим (протравливанием, обработкой реагентами, способными «легировать» поверхность Минерал примесными ионами), радиационным (облучением рентгеновскими и гамма-лучами, потоками быстрых частиц и т. п.). На современном этапе развития промышленность использует не более 15 % всех известных Минерал Детальное изучение распространённости, состава и свойств Минерал позволяет вовлекать в сферу практического применения всё новые минеральные виды, используя при этом почти все элементы таблицы Менделеева, заключённые в различных Минерал в форме основных компонентов (руды чёрных, цветных, частично редких металлов) или элементов-примесей (рассеянные элементы). Широкое применение в оптике, радиоэлектронной технике, в электроэнергетике приобрели монокристаллы Минерал и их синтетические аналоги. Некоторые Минерал являются драгоценными и поделочными камнями. В число объектов изучения минералогов все шире вовлекаются Минерал Луны, космических тел и Минерал мантии Земли.

Лит.: Вернадский В. И., История минералов земной коры, т. 1, в. 1—2, Л., 1923—27; Дир У. А., Хаун Р. Д., Зусман Дж., Породообразующие минералы, пер. с англ., т. 1—5, Минерал, 1965—66; Современные методы минералогического исследования. Сборник, ч. 1—2, Минерал, 1969; Основные проблемы в учении о магматогенных рудных месторождениях, 2 изд., Минерал, 1955; Ферсман А. Е., Пегматиты, т. 1, Избр. труды, т. 6, Минерал, 1960; Бетехтин А, Г., Курс минералогии, 3 изд., Минерал, 1961; Костов И., Минералогия, [пер. с англ.], Минерал, 1971; Лазаренко Е. К., Курс минералогии, Минерал, 1971; Смольянинов Н. А., Практическое руководство по минералогии, 2 изд., Минерал, 1972; Вопросы однородности и неоднородности минералов. Сборник, Минерал, 1971; Минералы. Справочник, т. 1—3, Минерал, 1960—72; Григорьев Д. П., Онтогения минералов, Львов, 1961; Шафрановский И. И., Кристаллы минералов, Минерал, 1961; Типоморфизм минералов и его практическое значение, Сб. ст., Минерал, 1972; Коржинский Д. С., Теоретические основы анализа парагенезисов минералов, Минерал, 1973.
  Г. П. Барсанов, А. И. Гинзбург.

Схематическая классификация минералов

Основные типы химических соединений	Классы (по ведущему аниону)	Подклассы, разделы (по степени сложности состава или по структуре, пространственной ассоциации комплексных анионов)
1. Простые вещества	Самородные элементы	а) металлы, б) полуметаллы, в) неметаллы
11. Бинарные соединения с анионом: S2-; S22-; Se2-; As3- и др.	1. Сульфиды и их аналоги (арсениды, селениды и др.)	а) простые, б) дисульфиды, диарсениды и т. п., в) сложные (в т. ч. сульфосоли)
О2-; (ОН)-	2. Окислы, гидроокислы и оксигидраты	а) простые; б) сложные; в) гидроокислы и оксигидраты (простые и сложные)
F-: Cl-; Br-; I-	3. Фториды: 4. Хлориды, бромиды, иодиды	а) простые: б) сложные (с водой, добавочным анионом О2- и др.)
III. Солеобразные с комплексными анионами типа [Mez+mO2-n](2n-mz)-	1. Силикаты (алюмосиликаты и др.): 2. Бораты	а) островные: орто-, диорто-, триорто-; 6) кольцевые; в) цепочечные и ленточные; г) слоистые; д) каркасные
	3. Фосфаты; 4. Арсенаты: 5. Ванадаты; 6. Хроматы; 7. Молибдаты; 8. Вольфраматы; 9. Титанаты; 10. Сульфаты; 11. Карбонаты; 12. Нитраты	а) простые (безводные или содержащие воду); б) сложные (с водой, добавочными анионами, сложным катионным составом и т. п.)
IV. Органические соединения	1. Соли органических кислот; 2. Смолы, битумы	Не выделяются

  Примечания. 1. Группы минералов выделяются по составу и структуре (например, группа арагонита, группа ромбических пироксенов). 2. Внутри подклассов, разделов подразделение основано на группировке Минерал с одинаковым типом усложнения состава (добавочные анионы, наличие воды и т. д.) или объединении по главнейшим типам структурных мотивов (координационные, цепочечные, слоистые, кольцевые и др.), образуемых пространственным расположением катионов и анионов в структуре.