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].
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.
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.
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 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 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).
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, тобто здатність проводити електричний струм, визначаються електричними властивостями атомів, які утворюють мінерал, і електричною структурою мінералу (електронною будовою атомів, їх розташуванням, взаємодією).
| 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 |
- 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.