Фізичні властивості мінералів
Фізи́чні власти́вості мінера́лів — характерні властивості мінералів, обумовлені їх складом і будовою. Вони визначаються так званою «конституцією мінералів», головним чином особливостями їх симетрії та анізотропії. Математичний аналіз фізики мінералів базується на тензорному численні і теорії груп.
Конституція мінералів — хімічний склад і внутрішня будова мінералів. Властивості мінералів залежать від особливостей хімічного складу й кристалічної структурі речовини, тобто від конституції мінералу, що обумовлена розмірами атомів та іонів з яких побудований мінерал, будовою їх електронних оболонок та властивостями, що їх визначає положення хімічних елементів у Періодичній системі хімічних елементів.
Конституція мінералу являє собою єдність його хімічного складу й кристалічної структури. Поняття «конституція» описує суть мінералу, вона є його внутрішньою властивістю, на відміну від решти властивостей та ознак, що є відгуком на зовнішні впливи, що проявляються й формуються у взаємодії із середовищем. Саме конституція мінералу визначає його видову приналежність [1].
Загальна характеристика ред.
До загальних властивостей належать:
- щільнісні — об'ємна маса (густина), пористість;
- оптичні, а також забарвлення і люмінесценція мінералів;
- механічні — межа міцності на стиск та розтягнення, модуль поздовжньої пружності (модуль Юнга), коеф. відносних поперечних деформацій (коеф. Пуассона), а також пружність, пластичність, твер¬дість, міцність, крихкість, дробимість;
- магнітні та електричні — питомий електричний опір, відносна діелектрична проникність, магнітна сприйнятливість, електризація тощо;
- теплові — теплопровідність, температуропровідність, питома теплоємність, термічне розширення.
До факторів, які в основному визначають фізичні властивості мінералів, належить тип хімічного зв'язку елементів, які складають мінерал. Напр., гомодесмічні мінерали з металічним зв'язком характеризуються високою електро- і теплопровідністю, високою густиною і твердістю, високою відбивною здатністю тощо, а мінерали з молекулярним хімічним зв'язком, навпаки, є ізоляторами, мають низьку густину та твердість, низьку відбивну здатність.
Часто мінерали, завдяки саме фізичним властивостям, широко використовуються у різних галузях. Напр., гарне забарвлення і прозорість у поєднанні з високою твердістю надають мінералам значення коштовного каміння, а висока твердість відкриває можливість використання їх як абразивного матеріалу тощо.
Фізичні властивості — найголовніші діагностичні ознаки мінералів. Їх інструментальне вивчення дозволяє кількісно оцінювати властивості, глибше зрозуміти їхню фізичну та генетичну природу, завдяки чому відкривається можливість використовувати мінерали як типоморфні ознаки і критерії пошуку та оцінки родовищ корисних копалин. Найчастіше мінерал характеризують за такими фізичними властивостями: форма кристалів, колір, блиск, колір порошку (риска), злам, твердість, питома вага, магнітність, смак, мінливість (у мінералогії), зональність мінералів тощо.
Густина мінералів (г/см3) ред.
Належить до найголовніших констант, і визначення її має важливе діагностичне значення. Густина мінералів коливається в широких межах: від значень, менших одиниці (лід, озокерит тощо), до 23.0 (мінерали групи осміїстого іридію).
При макроскопічному визначенні мінералів у польових умовах їх густина приблизно оцінюється зважуванням у руці, на підставі чого мінерали можна віднести до легких, середніх та важких. Існують ще мінерали дуже важкі і дуже легкі, які зустрічаються в явно підпорядкованих кількостях. Переважають мінерали з невисокою (від 2.0 до 4.0 густиною).
Густина залежить від хімічного складу і структури мінералу, причому в цьому відношенні особливо важливу роль відіграє атомна вага елементів, які входять до складу мінералів, а також їх валентність і розмір йонних радіусів.
Поліморфні різновиди речовини з різною кристалічною будовою мають різну густину. Так, графіт і алмаз складаються з вуглецю, але внаслідок різної кристалічної структури густина графіту 2,2, алмазу 3,5. Відповідно до коливань хімічного складу один і той же мінерал може мати різну густину. Так, густина сфалериту залежно від домішок коливається від 3,50 до 4,20, а густина вольфраміту — від 7,1 до 7,5. Коливання густини можуть також спричинюватися неоднорідністю досліджуваного матеріалу, недостатньою його чистотою, пористістю і тріщинуватістю, а також, що звичайно спостерігається у мінералогічній практиці, малою кількістю досліджуваної речовини.
Густина мінералів служить не тільки діагностичною ознакою, але має велике практичне значення при збагаченні корисних копалин, коли різниця в густині використовується для розділення мінералів.
Оптичні властивості мінералів ред.
Суть оптичних властивостей мінералів полягає в тому, що промінь, падаючи на поверхню мінералу, частково відбивається, заломлюється, розсіюється або поглинається. Оптичні властивості виявляються через світлозаломлення, світловідбиття, світлорозсіювання і світлопоглинання. З ними пов'язані забарвлення мінералів і явище люмінесценції. На оптичних властивостях ґрунтується методика вивчення мінералів під мікроскопом.
Механічні властивості мінералів ред.
Механічні властивості мінералів є зовнішнім виявом міцності хімічних зв'язків між структурними одиницями кристалічної ґратки мінералу. Вони виявляються в твердості, крихкості, ковкості, спайності, окремості, зламі, гнучкості і пружності.
Твердість мінералів ред.
Твердість гірських порід і мінералів — властивість чинити опір зовнішньому механічному впливу іншого твердішого тіла, тобто деформуванню при місцевій силовій дії твердих тіл на їхню поверхню. Зумовлена головним чином міцністю кристалічної ґратки (тобто типом структури, природою і силою хімічного зв'язку, розміром і зарядом частинок, міжатомними відстанями і інш.) і її механічними параметрами (пружністю, пластичністю, крихкістю, наявністю і кількістю дислокацій).
Магнітні властивості мінералів ред.
Взаємодія мінералів з магнітним полем, тобто їх магнітні властивості, визначаються магнітними властивос-тями їх атомів і магнітною структурою мінералів (розміщенням і взаємодією атомів). По суті всі мінерали є магнетиками — вони здатні намагнічува-тися в магнітному полі. Найбільш чітко ця властивість виявляється у мінералів, які містять атоми, що мають власний магнітний момент, зумовлений наявністю неспарених електронів.
Електричні властивості мінералів ред.
Електричні властивості мінералів, тобто здатність проводити електричний струм, визначаються електричними властивостями атомів, які утворюють мінерал, і електричною структурою мінералу (електронною будовою атомів, їх розташуванням, взаємодією).
Таблиця густин та твердості мінералів ред.
| Назва
мінералу |
Густина,
г/см³ |
Твердість за
шкалою Мооса |
Назва
мінералу |
Густина,
г/см³ |
Твердість за
шкалою Мооса |
|---|---|---|---|---|---|
| Акантит | 7,3 | 2 - 2,5 | Діоптаз | 3,3 | 5 |
| Абернатіїт | 3,3 | 2,5 - 3 | Доломіт | 2,9 - 3,2 | 3,5 - 4 |
| Авантюрин | 2,6 | 7 | Дюмортьєрит | 3,26 - 3,36 | 7 |
| Агат | 2,56 - 2,64 | 6,5 - 7 | Евдіаліт | 2,74 - 3,07 | 5,5 - 6 |
| Азбест | 2,5 | 2 - 2,5 | Електрум | 12,5 - 15,6 | 2 - 3 |
| Акрохордит | 3,2 | 4,5 | Енстатит | 3,2 - 3,5 | 5,5 |
| Алебастр | 2,3 - 2,88 | 1,5 - 2 | Ешиніт | 4,9 - 5,3 | 5 - 6 |
| Алмаз | 3,5 - 3,6 | 10 | Жадеїт | 3,2 - 3,5 | 7 |
| Алюмініт | 1,66 - 1,82 | 1 - 2 | Заратит | 2,6 | 3 - 3,75 |
| Аметист | 2,63 - 2,65 | 7 | Зуніїт | 2,88 | 7 |
| Анкерит | 2,91 - 3,1 | 3,5 | Івоніт | 3,2 | 3,5 - 4 |
| Апатит | 3,18 - 3,21 | 5 | Ільваїт | 3,8 - 4,1 | 6 - 6,5 |
| Артроїт | 5,36 | 2,5 | Індиголіт | 3,0 - 3,26 | 7 - 7,5 |
| Артиніт | 2,0 | 2,5 - 3 | Ітабірит | 3,24 - 4,29 | |
| Ацетамід | 1,17 | 1 - 1,5 | Йогансеніт | 3,44 - 3,55 | 6 |
| Бабефіт | 4,31 | 3,5 | Казоліт | 6,0 - 6,46 | 4 - 5,5 |
| Бакерит | 2,88 | 4,5 | Каліборит | 2,128 | 4 - 5,5 |
| Барит | 4,88 | 3 - 3,5 | Кальцит | 2,6 - 2,8 | 2,75 - 3,5 |
| Беєрит | 6,5 - 6,95 | 3 | Карналіт | 1,6 | 3 |
| Берил | 2,63 - 2,91 | 7 - 8 | Каситерит | 6,8 - 7,03 | 6,5 - 7,25 |
| Біверит | 4,36 | 3,5 - 4,5 | Кварц | 2,65 | 7 - 7,25 |
| Бірюза | 2,6 - 2,84 | 5 - 6,5 | Керніт | 1,904 - 1,918 | 2,5 - 3 |
| Бобковіт | 2,24 | Кіаніт | 3,6 | 4,5 - 6 | |
| Бромеліт | 3,02 | 9 | Кіновар | 8,0 - 8,2 | 2 - 3 |
| Бруньятеліт | 2,14 | 2 | Кліноптилоліт | 2,1 - 2,2 | 3,5 - 4 |
| Бурштин | 1,05 - 1,10 | 2 - 2,5 | Кобальтит | 6,3 | 5,5 |
| Бура | 1,71 | 2 - 2,5 | Колеманіт | 2,4 | 4 - 5 |
| Бистрит | 2,43 | 5 | Коркіт | 4,2 - 4,3 | 3,5 - 4,5 |
| Вавеліт | 2,3 | 3,5 - 4 | Коффініт | 5,1 | 5 - 6 |
| Вапно | 3,3 | 3 - 5 | Кремінь | 2,6 | 6 - 7 |
| Велініт | 4,74 | 4 | Кристобаліт | 2,27 | 7,25 |
| Воджиніт | 7,5 | 5,5 - 6 | Ксенотим | 4,3 | 4 - 5 |
| Вольфраміт | 6,7 - 7,5 | 5,5 - 6,5 | Куприт | 6,14 | 3,5 - 4 |
| Вулканіт | 7,1 | 1 - 2 | Корунд | 4,0 | 9 |
| Галаксит | 4,04 - 4,2 | 7,5 - 8 | Кюрит | 7,2 | 4 - 5 |
| Гармотом | 2,4 - 2,5 | 4,5 | Лабрадор | 2,69 | 6,6 - 6,75 |
| Гауліт | 2,58 | 3,5 | Лазурит | 2,38 - 2,45 | 5,5 |
| Гексагідрит | 1,757 | 2 | Ландсбергіт | 13,48 | 3,75 |
| Гематит | 4,3 - 5,2 | 5,5 - 6 | Лафоретит | 4,39 - 4,92 | 3 |
| Гетерозит | 3,52 | 5,5 - 6 | Леконтит | 1,7 | 2 - 2,5 |
| Гідробіотит | 2,6 - 2,8 | 1 - 2 | Летовіцит | 1,83 | 1 - 2 |
| Гільгардит | 2,71 | 5 | Лізардит | 2,5 - 2,7 | 2,5 - 3 |
| Гіпс | 2,3 | 1,5 - 2 | Ліннеїт | 4,8 - 5,0 | 5,5 |
| Гмелініт | 2,1 | 4,5 | Ловчорит | 3,2 - 3,36 | 5 |
| Гранат | 3,51 - 4,25 | 6,5 - 7,5 | Лопарит | 4,6 - 4,9 | 5,5 - 6 |
| Графіт | 2,09 - 2,23 | 1 | Людвігіт | 3,7 - 4,75 | 5 |
| Гюбнерит | 7,1 | 4 | Льюістоніт | 3,12 | 5 |
| Ґаніт | 4,0 - 4,62 | 7,5 - 8 | Магнезит | 2,96 | 3,5 - 4,5 |
| Даналіт | 3,3 - 3,4 | 5,5 - 6 | Маггеміт | 4,7 - 4,9 | 5 - 5,5 |
| Делафосит | 5,41 | 5,5 | Макосланіт | 2,22 | 3,5 |
| Дигеніт | 5,5 - 5,7 | 2,5 - 3 | Малахіт | 3,9 - 4,15 | 3,5 - 4 |
Примітки ред.
Див. також ред.
Література ред.
- Павлишин В. І. «Вступ до мінералогії» (1988)
- Павлишин В. І. «Основи морфології та анатомії мінералів» (2000)
- Minerals: Their Constitution and Origin. By Hans-Rudolf Wenk and Andrei Bulakh. 2nd Edition. — Cambridge University Press, 2016.— 640 p.— ISBN 978-0-521-52958-7
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2013. — Т. 3 : С — Я. — 644 с.