Types et groupes de minéraux. En quoi les minéraux sont-ils différents des roches ? Exemples de roches et de minéraux
Types et groupes de minéraux
Minéraux : caractéristiques générales
Un « minéral » est un corps solide constitué d’éléments chimiques et possédant un certain nombre de propriétés physico-chimiques individuelles. De plus, il ne doit se former que naturellement, sous l'influence de certains processus naturels. Les minéraux peuvent être formés à la fois de substances simples (natives) et de substances complexes.
Il existe de tels processus qui contribuent à leur formation :
Igné
Hydrothermale
Sédimentaire
Métamorphogène
Biogénique
Les grands agrégats de minéraux rassemblés dans des systèmes uniques sont appelés roches. Il ne faut donc pas confondre ces deux notions. Les minéraux rocheux sont extraits par concassage et traitement de morceaux entiers de roche. La composition chimique des composés en question peut être différente et contenir un grand nombre d'impuretés différentes. Cependant, il y a toujours une chose principale qui domine la programmation. C'est donc cela qui est décisif, et les impuretés ne sont pas prises en compte.
La structure des minéraux
La structure des minéraux est cristalline. Il existe plusieurs options de grilles avec lesquelles il peut être représenté :
Cubique
Hexagonal
Rhombique
Tétragonal
Monoclinique
Trigone
Triclinique
Ces composés sont classés selon la composition chimique de la substance déterminante.
Types de minéraux
Une classification qui reflète l'essentiel de la composition du minéral.
Substances natives ou simples. Ce sont aussi des minéraux. Par exemple : l'or, le fer, le carbone sous forme de diamant, le charbon, l'anthracite, le soufre, l'argent, le sélénium, le cobalt, le cuivre, l'arsenic, le bismuth et bien d'autres.
Halogénures, qui comprennent les chlorures, les fluorures et les bromures. Par exemple : sel gemme (chlorure de sodium) ou halite, sylvite, fluorite.
Oxydes et hydroxydes. Ils sont formés d'oxydes de métaux et de non-métaux, c'est-à-dire en les combinant avec de l'oxygène. Ce groupe comprend des minéraux - calcédoine, corindon (rubis, saphir), magnétite, quartz, hématite, rutile, cassematite et autres.
Nitrates. Par exemple : nitrate de potassium et de sodium.
Borates : calcite optique, éréméyévite.
Les carbonates sont des sels d'acide carbonique. Ce groupe comprend les minéraux suivants : malachite, aragonite, magnésite, calcaire, craie, marbre et autres.
Sulfates : gypse, barytine, sélénite.
Tungstates, molybdates, chromates, vanadates, arséniates, phosphates - ce sont tous des sels des acides correspondants qui forment des minéraux de structures diverses. Noms - néphéline, apatite et autres.
Silicates. Sels d'acide silicique contenant le groupe SiO4. Par exemple : béryl, feldspath, topaze, grenats, kaolinite, talc, tourmaline, jadéite, lapis-lazuli et autres.
Il existe également des composés organiques qui forment des dépôts naturels entiers. Par exemple, la tourbe, le charbon, l'urkite, les oxolates de calcium et de fer et autres. Ainsi que plusieurs carbures, siliciures, phosphures et nitrures.
Éléments natifs
Ce sont des minéraux formés de substances simples.
Par exemple:
Or sous forme de sable et de pépites, de barres
Le diamant et le graphite sont des modifications allotropiques du réseau cristallin du carbone
Cuivre
Argent
Fer
Soufre
Groupe de métaux platine
Ces substances se présentent souvent sous la forme de gros agrégats avec d’autres minéraux, morceaux de roche et minerais. L'extraction et leur utilisation dans l'industrie sont importantes. Ils constituent la base, la matière première pour obtenir des matériaux à partir desquels sont ensuite fabriqués une variété d'articles ménagers, de structures, de décorations, d'appareils et bien plus encore.
Phosphates, arséniates, vanadates
Ce groupe comprend des roches et des minéraux d’origine majoritairement exogène, c’est-à-dire trouvés dans les couches externes de la croûte terrestre. Seuls des phosphates se forment à l'intérieur. Il existe en fait de nombreux sels d'acides phosphorique, arsenic et vanadique. Mais en général, leur pourcentage dans l’écorce est faible.
Cristaux communs appartenant à ce groupe :
Apatite
Vivianite
Lindakérite
Rosénite
Carnotite
Pascoïte
Comme déjà noté, ces minéraux forment des roches de taille assez impressionnante.
Oxydes et hydroxydes
Ce groupe de minéraux comprend tous les oxydes, simples et complexes, formés par des métaux, des non-métaux, des composés intermétalliques et des éléments de transition. Le pourcentage total de ces substances dans la croûte terrestre est de 5 %. La seule exception, qui concerne les silicates et non le groupe considéré, est l'oxyde de silicium SiO2 avec toutes ses variétés.
Le plus courant:
Granit
Magnétite
Hématite
Ilménite
Colombite
Spinelle
Citron vert
Gibbsite
Romaneshit
Holfertite
Corindon (rubis, saphir)
Bauxite
Carbonates
Cette classe de minéraux comprend une assez grande variété de représentants qui ont également une importance pratique importante pour l'homme.
Sous-classes ou groupes :
calcite
dolomie
aragonite
malachite
minéraux de soude
bastnäsite
Chaque sous-classe comprend de plusieurs unités à des dizaines de représentants. Au total, il existe une centaine de carbonates minéraux différents.
Les plus courants d'entre eux :
marbre
calcaire
malachite
apatite
sidérite
smithsonite
magnésite
carbonatite et autres
Certains sont considérés comme un matériau de construction très courant et important, d’autres sont utilisés pour créer des bijoux et d’autres encore sont utilisés dans la technologie. Cependant, tous sont importants.
Silicates
Le groupe de minéraux le plus diversifié en termes de formes externes et de nombre de représentants. Cette variation est due au fait que les atomes de silicium, qui constituent la base de leur structure chimique, sont capables de se combiner en différents types de structures, coordonnant plusieurs atomes d'oxygène autour d'eux.
Ainsi, les types de structures suivants peuvent être formés :
île
chaîne
ruban adhésif
feuillu
Ceux-ci incluent :
topaze
grenade
chrysoprase
strass
opale
calcédoine et autres.
Ils sont utilisés en bijouterie et sont considérés comme des structures durables destinées à être utilisées dans la technologie.
Minéraux importants dans l'industrie:
Datonite
Olivier
Murmanite
Chrysocole
Eudialyte
Béryl
Dans de nombreux endroits de notre pays, il y a des rochers dans les champs. Fendez le rocher et examinez attentivement la fracture. Vous verrez que la pierre est constituée de nombreux cristaux de différentes minéraux .
Maintenant, prenez deux cuillères de terre et ajoutez-y un verre d'eau. Égouttez la boue et regardez les sédiments dans la lune. Vous verrez un amas de cristaux brillants. C'est le quartz minéral.
Les minéraux sont étudiés par une science spéciale : la minéralogie. Elle existe depuis de nombreux siècles et apporte de grands avantages à l'humanité, car elle est étroitement liée à l'exploitation minière, à la recherche et à l'utilisation des minéraux. La minéralogie traite d'une étude approfondie des minéraux : les conditions de formation, les processus de changement, les études de la composition chimique, les propriétés physiques, ainsi que les possibilités d'application pratique et d'utilisation des minéraux dans l'économie.
Bien entendu, dans les zones où les roches et les pentes rocheuses sont exposées, les minéraux ne sont pas difficiles à remarquer. Mais le banc de sable et la falaise sablonneuse sont également formés de minéraux, mais uniquement de très petits cristaux, des grains de sable.
Toutes les roches et tous les minéraux sont constitués de minéraux. Et si l’on se souvient que la croûte terrestre est entièrement composée de roches, l’énorme importance des minéraux dans la nature deviendra encore plus évidente.
La plupart des minéraux sont solides. Cependant, les minéraux se trouvent dans la nature à la fois sous forme liquide (par exemple, l'eau, le mercure natif) et sous forme gazeuse (par exemple, les gaz de dioxyde de carbone et de dioxyde de soufre libérés lors des éruptions volcaniques ; le méthane, les gaz formés lors de processus radioactifs, tels que hélium, etc.).
Un minéral est un composé chimique naturel, homogène sur le plan chimique et physique, qui fait partie intégrante de la croûte terrestre.
Les matériaux des minéraux sont des éléments chimiques et chaque minéral représente un composé chimique spécifique.
Chaque minéral a sa propre formule chimique, qui indique la constance de sa composition chimique. Cependant, dans la nature, les réactions chimiques se produisent bien différemment que dans les laboratoires, où les chimistes traitent des produits purs. réactifs et lavé la vaisselle. Les « réactifs » naturels contiennent toujours des substances étrangères et, par conséquent, les minéraux contiennent toujours diverses impuretés, y compris des inclusions d'autres minéraux. Ces impuretés sont souvent tout à fait naturelles. Ceci est particulièrement important car certains d’entre eux sont très précieux. Par exemple, la galène minérale (le minerai de plomb le plus important) contient généralement un mélange d'argent qui en est extrait. La formule chimique de la galène (PbS) montre la composition caractéristique et constante de ce minéral ; l'argent n'est pas inclus dans cette formule, car il n'est pas toujours présent.
La composition de certains minéraux est très variable. Il s'agit notamment de minéraux d'un type très particulier, ressemblant soit à de la colle séchée, soit à du mastic noir. Il s'agit par exemple de certains minerais de fer (limonite), de manganèse et de cuivre. Ces substances ne cristallisaient pas, mais séchaient, capturant une grande variété d'impuretés. Notre silex ordinaire fait partie de ces minéraux.
Les minéraux sont des structures complexes. Si nous faisons briller un minéral, tel qu'un cristal d'halite (sel gemme), avec des rayons X d'une manière spéciale et que nous photographions le faisceau traversant le cristal, nous obtiendrons une image magnifique. Il s'avère qu'un minéral est un réseau dans lequel les atomes de certains éléments occupent une position strictement définie par rapport aux autres. Chaque minéral, chaque cristal possède son propre réseau cristallin caractéristique.
Chaque minéral possède également certaines propriétés physiques : densité, dureté, couleur, brillance, etc.
La nature de la structure en treillis détermine toutes les propriétés les plus importantes du minéral. En regardant le réseau, vous pouvez immédiatement comprendre quel minéral est clivé et lequel ne l'est pas. Dureté, brillance, clivage, flexibilité, malléabilité, etc. : toutes ces propriétés dépendent de la structure interne du minéral, c'est-à-dire de son réseau. Par exemple, découpons un cristal de tourmaline transparent et regardons à travers lui la lampe (le long du cristal), en pliant les moitiés. A travers le cristal, nous verrons la lumière. Si vous commencez à faire tourner l’une des moitiés du cristal, la lumière semblera s’estomper et finalement la lampe disparaîtra. Cette propriété remarquable de la tourmaline dépend de la structure de son réseau cristallin.
Combien de types différents de minéraux existe-t-il sur Terre ? Regardez les vitrines de minéraux dans le musée. Comme ils sont divers en forme, en couleur et en éclat ! Et combien de minéraux intéressants nos jeunes lecteurs peuvent voir au Musée minéralogique de l’Académie des sciences de l’URSS à Moscou ! Les minéraux sont collectés ici depuis l'époque de Pierre Ier. En regardant ces vitrines, vous êtes convaincu que les minéraux sont appelés à juste titre « les fleurs de la terre », ils sont si brillants, intéressants, beaux et, surtout, diversifiés ! Cependant, il n’y a pas encore autant de minéraux qu’on pourrait s’y attendre.
À partir d'éléments chimiques, les chimistes des laboratoires ont obtenu plus de 2 millions de composés de compositions diverses (peintures, médicaments, réactifs chimiques, etc.), dont chacun possède une propriété particulière et caractéristique qui lui est propre. De nombreux composés organiques ont été obtenus, ce qu'on appelle des composés contenant du carbone.
Il n’existe qu’environ 1 700 espèces connues de composés chimiques naturels, c’est-à-dire de minéraux. Pourquoi? Premièrement, parce que seuls quelques composés chimiques dans la nature sont durables et stables, et deuxièmement, de nombreux éléments chimiques sont extrêmement rares et se trouvent toujours en quantités négligeables, de sorte qu'ils ne forment pas de minéraux. De tels éléments se présentent sous forme d'impuretés dans autres minéraux.
Les minéraux jouent un rôle très important dans nos vies et sont donc soigneusement étudiés. Chaque année, une douzaine de minéraux sont exclus des listes minéralogiques. Certains d'entre eux se révèlent être un mélange de minéraux, et non des corps homogènes ; d'autres étaient déjà connus dans d'autres pays, mais des impuretés étrangères leur donnaient une couleur différente, un aspect différent. Dans le même temps, environ le même nombre de nouveaux minéraux sont découverts chaque année dans les mines, dans les montagnes, dans les sédiments des mers, des lacs, etc. C’est pourquoi il est aujourd’hui impossible d’établir avec précision la quantité réelle de minéraux.
Comment tous les minéraux sont-ils distribués dans la nature ?
Les minéraux extrêmement répandus sont appelés minéraux formant des roches. Depuis le début de ce siècle, des travaux ont été systématiquement menés dans tous les pays pour déterminer de quelles roches la croûte terrestre est principalement constituée, quels minéraux la composent et quels éléments chimiques jouent le rôle le plus important.
De nombreux calculs de minéraux et de roches ont donné les résultats suivants caractérisant la composition de la croûte terrestre :
Les roches ignées (ignées) représentent 95 % de toutes les roches.
Schistes (métham orphique) - 4 %.
Grès (sédimentaires) -0,75%.
Calcaires (biogènes - créés par des organismes) -0,25%.
Neuf éléments chimiques constituent 97 % du poids de la croûte terrestre. Il s'agit des éléments suivants : oxygène - 44,6%, silicium - 27,7%, aluminium - 8,1%, fer - 5,0%, calcium - 3,6%, sodium - 2,8%, potassium - 2, 6%, magnésium - 2,1% et titane - 0,4%. Les mêmes neuf éléments chimiques constituent 12 à 15 des minéraux rocheux les plus répandus : les feldspaths (plusieurs types), le mica (3 à 4 types), la hornblende (4 à 5 types), le quartz et une douzaine d'autres minéraux. Environ 100 à 110 autres minéraux sont présents plus ou moins fréquemment, formant les minéraux les plus importants et les roches qui les accompagnent ; rare .
Dans les anciennes sépultures celtes en France, des outils en pierre fabriqués à partir d'un minéral similaire au jade et des bijoux fabriqués à partir de minéraux similaires à la turquoise ont été trouvés. Les gisements de ces minéraux n'ont pas encore été découverts.
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MINÉRAUX ET MINÉRALOGIE
Les minéraux sont des formations naturelles solides qui font partie des roches de la Terre, de la Lune et de certaines autres planètes, ainsi que des météorites et des astéroïdes. Les minéraux, en règle générale, sont des substances cristallines assez homogènes avec une structure interne ordonnée et une certaine composition, qui peut être exprimée par une formule chimique appropriée. Les minéraux ne sont pas un mélange de minuscules particules minérales, comme l'émeri (constitué principalement de corindon et de magnétite) ou la limonite (un agrégat de goethite et d'autres hydroxydes de fer), ils comprennent également des composés d'éléments à structure désordonnée, comme les verres volcaniques (obsidienne). , etc.) .). Les minéraux sont considérés comme des éléments chimiques ou leurs composés formés à la suite de processus naturels. Les principaux types de matières premières minérales d'origine organique, telles que le charbon et le pétrole, sont exclus de la liste des minéraux. La minéralogie est la science des minéraux, leur classification, leur composition chimique, leurs caractéristiques et modèles de structure (structure), leur origine, leurs conditions naturelles et leur application pratique. Pour une explication plus approfondie de la structure interne des minéraux et de leur lien avec l’histoire de la Terre, la minéralogie fait appel aux mathématiques, à la physique et à la chimie. Elle utilise des données quantitatives dans une plus grande mesure que les autres sciences géologiques, car une analyse chimique fine et des mesures physiques précises sont nécessaires pour décrire adéquatement les minéraux.
HISTOIRE DE LA MINÉRALOGIE
Les éclats de silex aux arêtes vives étaient déjà utilisés par l’homme primitif comme outils au Paléolithique. Le silex (une variété de quartz à grain fin) est depuis longtemps un minéral majeur. Dans les temps anciens, d’autres minéraux étaient également connus de l’homme. Certains d'entre eux, comme l'hématite cerise, la goethite jaune-brun et les oxydes noirs de manganèse, étaient utilisés comme peintures pour la peinture rupestre et la peinture corporelle, tandis que d'autres, comme l'ambre, le jade et l'or natif, étaient utilisés pour fabriquer des objets rituels. , bijoux et amulettes. En Egypte de la période prédynastique (5000-3000 avant JC), de nombreux minéraux étaient déjà connus. Le cuivre natif, l'or et l'argent étaient utilisés pour la décoration. Un peu plus tard, les outils et les armes commencèrent à être fabriqués à partir de cuivre et de son alliage, le bronze. De nombreux minéraux étaient utilisés comme colorants, d'autres pour les bijoux et les chevalières (turquoise, jade, cristal, calcédoine, malachite, grenat, lapis-lazuli et hématite). Actuellement, les minéraux servent de source pour la production de métaux, de matériaux de construction (ciment, plâtre, verre, etc.), de matières premières pour l'industrie chimique, etc. Dans le premier traité connu de minéralogie Sur les pierres, l'élève d'Aristote, le grec Théophraste (vers 372-287 avant JC) les minéraux étaient divisés en métaux, terres et pierres. Environ 400 ans plus tard, Pline l'Ancien (23-79 après JC), dans les cinq derniers livres d'Histoire naturelle, résumait toutes les informations sur la minéralogie disponibles à cette époque. Au début du Moyen Âge, dans les pays de l’Orient arabe, qui ont adopté les connaissances de la Grèce antique et de l’Inde ancienne, la science a prospéré. L'encyclopédiste d'Asie centrale Biruni (973 - environ 1050) a compilé des descriptions de pierres précieuses (minéralogie) et a inventé une méthode pour mesurer avec précision leur densité. Un autre scientifique exceptionnel, Ibn Sina (Avicenne) (vers 980-1037), dans son traité Sur les pierres, a donné une classification de tous les minéraux connus, les divisant en quatre classes : pierres et terres, combustibles fossiles, sels, métaux. Au Moyen Âge en Europe, des informations pratiques sur les minéraux étaient accumulées. Le mineur et le prospecteur, par nécessité, devenaient minéralogistes en exercice et transmettaient leur expérience et leurs connaissances aux étudiants et aux apprentis. Le premier ensemble d'informations factuelles sur la minéralogie pratique, l'exploitation minière et la métallurgie fut l'ouvrage de G. Agricola Sur les métaux (De re metallica), publié en 1556. Grâce à ce traité et à un ouvrage antérieur Sur la nature des fossiles (De natura fossilium, 1546), qui contient une classification des minéraux basée sur leurs propriétés physiques, Agricola était connu comme le père de la minéralogie. Pendant 300 ans après la publication des travaux d'Agricola, les recherches dans le domaine de la minéralogie ont été consacrées à l'étude des cristaux naturels. En 1669, le naturaliste danois N. Stenon, résumant ses observations de centaines de cristaux de quartz, établit la loi de constance des angles entre les faces des cristaux. Un siècle plus tard (1772), Romé de Lisle confirme les conclusions de Stenon. En 1784, l'abbé R. Gayuy posa les bases des idées modernes sur la structure cristalline. En 1809, Wollaston invente un goniomètre à réflexion, qui permet d'effectuer des mesures plus précises des angles entre les faces des cristaux, et en 1812 il avance le concept de réseau spatial comme loi de la structure interne des cristaux. En 1815, P. Cordier propose d'étudier au microscope les propriétés optiques de fragments de minéraux broyés. Le développement ultérieur de la recherche microscopique est associé à l'invention en 1828 par W. Nicol d'un dispositif de production de lumière polarisée (prisme Nicol). Le microscope polarisant a été amélioré en 1849 par G. Sorby, qui l'a appliqué à l'étude de coupes minces transparentes de roches. Il était nécessaire de classer les minéraux. En 1735, C. Linnaeus publia l'ouvrage System of Nature (Systema naturae), dans lequel les minéraux étaient classés selon des caractéristiques externes, c'est-à-dire tout comme les plantes et les animaux. Ensuite, des scientifiques suédois - A. Kronstedt en 1757 et J. Berzelius en 1815 et 1824 - ont proposé plusieurs options pour la classification chimique des minéraux. La deuxième classification de Berzelius, modifiée par K. Rammelsberg en 1841-1847, fut fermement établie après que le minéralogiste américain J. Dana l'utilisa comme base pour la troisième édition du Dana's System of Mineralogy, 1850. Grande contribution au développement de la minéralogie dans le 18 - dans la première moitié du XIXe siècle, les scientifiques allemands A.G. Werner et I.A. Breithaupt et les Russes - M.V. Lomonosov et V.M. Severgin ont introduit des microscopes à polarisation améliorés, des goniomètres optiques et des méthodes d'analyse ont permis d'obtenir des données plus précises sur certaines espèces minérales. Lorsque les cristaux ont commencé à être étudiés par analyse aux rayons X, une compréhension plus approfondie de la structure des minéraux est apparue. En 1912, le physicien allemand M. Laue a établi expérimentalement que des informations sur la structure interne des cristaux pouvaient être obtenues par passage de rayons X. à travers eux. rayons Cette méthode a révolutionné la minéralogie : la science, à prédominance descriptive, est devenue plus précise et les minéralogistes ont pu relier les propriétés physiques et chimiques des minéraux à leurs structures cristallines. Fin 19ème - début 20ème siècle. Le développement de la minéralogie a été grandement facilité par les travaux d'éminents scientifiques russes N.I. Koksharov, V.I. Vernadsky, E.S. Fersman, A.K. Boldyrev et d'autres. la minéralogie a adopté de nouvelles méthodes de recherche en physique du solide, notamment la spectroscopie infrarouge, toute une série de méthodes de résonance (résonance paramagnétique électronique, résonance nucléaire gamma, etc.), la spectroscopie de luminescence, etc., ainsi que les dernières méthodes analytiques, y compris l'analyse par microsonde électronique, la microscopie électronique combinée à la diffraction électronique, etc. L'utilisation de ces méthodes permet de déterminer la composition chimique des minéraux « en un point », c'est-à-dire sur des grains individuels de minéraux, étudiez les caractéristiques subtiles de leur structure cristalline, la teneur et la répartition des éléments d'impuretés, la nature de la couleur et de la luminescence. L'introduction de méthodes de recherche physiques précises a produit une véritable révolution en minéralogie. Les noms de scientifiques russes tels que N.V. Belov, D.S. Korzhinsky, D.P. Grigoriev, I.I. Shafranovsky et d'autres sont associés à cette étape du développement de la minéralogie.
PRINCIPALES PROPRIÉTÉS DES MINÉRAUX
Pendant longtemps, les principales caractéristiques des minéraux ont été la forme extérieure de leurs cristaux et autres sécrétions, ainsi que leurs propriétés physiques (couleur, brillance, clivage, dureté, densité, etc.), qui revêtent encore une grande importance dans leur description. et le diagnostic visuel (en particulier sur le terrain). Ces caractéristiques, ainsi que les propriétés optiques, chimiques, électriques, magnétiques et autres, dépendent de la composition chimique et de la structure interne (structure cristalline) des minéraux. Le rôle primordial de la chimie en minéralogie a été reconnu au milieu du XIXe siècle, mais l'importance de la structure n'est devenue apparente qu'avec l'introduction de la radiographie. Le premier décodage des structures cristallines a déjà été réalisé en 1913 par les physiciens anglais W. G. Bragg et W. L. Bragg. Les minéraux sont des composés chimiques (à l'exception des éléments natifs). Cependant, même les échantillons incolores et optiquement transparents de ces minéraux contiennent presque toujours de petites quantités d’impuretés. Les solutions naturelles ou les fontes à partir desquelles les minéraux cristallisent sont généralement constituées de nombreux éléments. Lors de la formation des composés, quelques atomes d’éléments moins courants peuvent remplacer les atomes des éléments principaux. Une telle substitution est si courante que la composition chimique de nombreux minéraux ne se rapproche que très rarement de celle du composé pur. Par exemple, la composition de l'olivine, un minéral commun formant des roches, varie au sein des compositions de deux soi-disant. membres terminaux de la série : de la forstérite, silicate de magnésium Mg2SiO4, à la fayalite, silicate de fer Fe2SiO4. Le rapport Mg:Si:O dans le premier minéral et Fe:Si:O dans le second est de 2:1:4. Dans les olivines de composition intermédiaire, les ratios sont les mêmes, c'est-à-dire (Mg + Fe) :Si:O est égal à 2:1:4 et la formule s'écrit (Mg,Fe)2SiO4. Si les quantités relatives de magnésium et de fer sont connues, cela peut se refléter dans la formule (Mg0,80Fe0,20)2SiO4, à partir de laquelle on peut voir que 80 % des atomes métalliques sont représentés par du magnésium et 20 % par fer.
Structure. Tous les minéraux, à l’exception de l’eau (qui, contrairement à la glace, ne sont généralement pas classés parmi les minéraux) et du mercure, sont solides aux températures ordinaires. Cependant, si l'eau et le mercure sont fortement refroidis, ils se solidifient : eau à 0°C, et mercure à -39°C. A ces températures, les molécules d'eau et les atomes de mercure forment une structure cristalline tridimensionnelle régulière caractéristique (les termes « cristallin " et "solide") " dans ce cas sont presque équivalents). Ainsi, les minéraux sont des substances cristallines dont les propriétés sont déterminées par la disposition géométrique de leurs atomes constitutifs et le type de liaison chimique entre eux. La cellule unitaire (la plus petite subdivision d'un cristal) est constituée d'atomes régulièrement disposés et maintenus ensemble par des liaisons électroniques. Ces minuscules cellules, se répétant sans cesse dans l’espace tridimensionnel, forment un cristal. Les tailles des cellules unitaires dans différents minéraux sont différentes et dépendent de la taille, du nombre et de la disposition relative des atomes dans la cellule. Les paramètres cellulaires sont exprimés en angströms () ou en nanomètres (1 = 10-8 cm = 0,1 nm). Les cellules élémentaires d'un cristal assemblées étroitement, sans lacunes, remplissent le volume et forment un réseau cristallin. Les cristaux sont divisés en fonction de la symétrie de la cellule unitaire, caractérisée par la relation entre ses bords et ses coins. Il existe généralement 7 systèmes (par ordre de symétrie croissante) : triclinique, monoclinique, rhombique, tétragonal, trigonal, hexagonal et cubique (isométrique). Parfois, les systèmes trigonaux et hexagonaux ne sont pas séparés et sont décrits ensemble sous le nom de système hexagonal. Les syngonies sont divisées en 32 classes cristallines (types de symétrie), dont 230 groupes spatiaux. Ces groupes ont été identifiés pour la première fois en 1890 par le scientifique russe E.S. Fedorov. À l'aide de l'analyse par diffraction des rayons X, les dimensions de la cellule unitaire d'un minéral, sa syngonie, sa classe de symétrie et son groupe spatial sont déterminées et la structure cristalline est déchiffrée, c'est-à-dire la position relative dans l'espace tridimensionnel des atomes qui composent la maille unitaire.
CRISTALLOGRAPHIE GÉOMÉTRIQUE (MORPHOLOGIQUE)
Les cristaux avec leurs bords plats, lisses et brillants attirent depuis longtemps l’attention humaine. Depuis l’avènement de la minéralogie en tant que science, la cristallographie est devenue la base de l’étude de la morphologie et de la structure des minéraux. Il a été constaté que les faces des cristaux ont une disposition symétrique, ce qui permet d'attribuer le cristal à un certain système, et parfois à l'une des classes (symétrie) (voir ci-dessus). Des études aux rayons X ont montré que la symétrie externe des cristaux correspond à la disposition interne régulière des atomes. La taille des cristaux minéraux varie dans une très large gamme - depuis des géants pesant 5 tonnes (la masse d'un cristal de quartz bien formé du Brésil) jusqu'à des géants si petits que leurs faces ne peuvent être distinguées qu'au microscope électronique. La forme cristalline d’un même minéral peut différer légèrement selon les échantillons ; par exemple, les cristaux de quartz sont presque isométriques, aciculaires ou aplatis. Cependant, tous les cristaux de quartz, grands et petits, pointus et plats, sont formés par la répétition de cellules unitaires identiques. Si ces cellules sont orientées dans une certaine direction, le cristal a une forme allongée ; si dans deux directions au détriment de la troisième, alors la forme du cristal est tabulaire. Puisque les angles entre les faces correspondantes d’un même cristal ont une valeur constante et sont spécifiques à chaque type de minéral, cette caractéristique est nécessairement incluse dans les caractéristiques du minéral. Les minéraux représentés par des cristaux individuels bien taillés sont rares. Bien plus souvent, ils se présentent sous forme de grains irréguliers ou d’agrégats cristallins. Souvent, un minéral est caractérisé par un certain type d’agrégat, qui peut servir d’élément de diagnostic. Il existe plusieurs types d'unités. Les agrégats dendritiques ramifiés ressemblent à des feuilles de fougère ou à de la mousse et sont caractéristiques, par exemple, de la pyrolusite. Les agrégats fibreux constitués de fibres parallèles densément compactées sont typiques de l'amiante chrysotile et amphibole. Les agrégats collomorphes, qui ont une surface arrondie et lisse, sont constitués de fibres qui s'étendent radialement à partir d'un centre commun. Les grandes masses rondes sont mastoïdes (malachite), tandis que les plus petites sont en forme de rein (hématite) ou de raisin (psilomélane).
Des agrégats squameux constitués de petits cristaux en forme de plaques sont caractéristiques du mica et de la barytine. Les stalactites sont des formations goutte à goutte suspendues sous forme de glaçons, de tubes, de cônes ou de « rideaux » dans des grottes karstiques. Ils résultent de l'évaporation de l'eau minéralisée s'infiltrant à travers les fissures du calcaire et sont souvent composés de calcite (carbonate de calcium) ou d'aragonite. Les oolithes, agrégats constitués de petites boules et ressemblant à des œufs de poisson, se trouvent dans certaines calcite (calcaire oolithique), goethite (minerai de fer oolithique) et d'autres formations similaires.
CHIMIE DES CRISTALS
Après avoir accumulé des données radiologiques et les avoir comparées avec les résultats d'analyses chimiques, il est devenu évident que les caractéristiques de la structure cristalline d'un minéral dépendent de sa composition chimique. Ainsi, les bases d'une nouvelle science - la chimie cristalline - ont été posées. De nombreuses propriétés apparemment sans rapport des minéraux peuvent s’expliquer en prenant en compte leur structure cristalline et leur composition chimique. Certains éléments chimiques (or, argent, cuivre) se retrouvent en natif, c'est à dire pur, forme. Ils sont constitués d’atomes électriquement neutres (contrairement à la plupart des minéraux, dont les atomes portent une charge électrique et sont appelés ions). Un atome dépourvu d’électrons est chargé positivement et est appelé cation ; un atome avec un excès d’électrons a une charge négative et s’appelle un anion. L’attraction entre des ions de charges opposées est appelée liaison ionique et constitue la principale force de liaison dans les minéraux. Avec un autre type de liaison, les électrons externes tournent autour des noyaux sur des orbites communes, reliant les atomes les uns aux autres. La liaison covalente est le type de liaison le plus fort. Les minéraux ayant des liaisons covalentes ont généralement une dureté et des points de fusion élevés (par exemple le diamant). Un rôle beaucoup moins important dans les minéraux est joué par la faible liaison de Van der Waals qui se produit entre les unités structurelles électriquement neutres. L'énergie de liaison de ces unités structurelles (couches ou groupes d'atomes) est inégalement répartie. Les obligations de Van der Waals assurent l’attraction entre des régions de charges opposées au sein d’unités structurelles plus grandes. Ce type de liaison est observé entre les couches de graphite (l'une des formes naturelles du carbone), formées en raison de la forte liaison covalente des atomes de carbone. En raison de la faiblesse des liaisons entre les couches, le graphite présente une faible dureté et un clivage très parfait, parallèlement aux couches. Le graphite est donc utilisé comme lubrifiant. Les ions de charges opposées se rapprochent à une distance à laquelle la force répulsive équilibre la force attractive. Pour toute paire cation-anion particulière, cette distance critique est égale à la somme des « rayons » des deux ions. En déterminant les distances critiques entre différents ions, il a été possible de déterminer la taille des rayons de la plupart des ions (en nanomètres, nm). Puisque la plupart des minéraux sont caractérisés par des liaisons ioniques, leurs structures peuvent être visualisées sous la forme de boules qui se touchent. Les structures des cristaux ioniques dépendent principalement de l’ampleur et du signe de la charge ainsi que des tailles relatives des ions. Puisque le cristal dans son ensemble est électriquement neutre, la somme des charges positives des ions doit être égale à la somme des charges négatives. Dans le chlorure de sodium (NaCl, l'halite minérale), chaque ion sodium a une charge de +1, et chaque ion chlorure -1 (Fig. 1), c'est-à-dire Chaque ion sodium correspond à un ion chlorure. Cependant, dans la fluorine (fluorure de calcium, CaF2), chaque ion calcium a une charge de +2 et chaque ion fluorure a une charge de -1. Par conséquent, pour maintenir la neutralité électrique globale des ions fluor, ils doivent être deux fois plus élevés que les ions calcium (Fig. 2).
La possibilité de leur inclusion dans une structure cristalline donnée dépend également de la taille des ions. Si les ions ont la même taille et sont regroupés de telle manière que chaque ion en touche 12 autres, alors ils sont dans une coordination appropriée. Il existe deux manières de compacter des sphères de même taille (Fig. 3) : le compactage cubique, qui conduit généralement à la formation de cristaux isométriques, et le compactage hexagonal, qui forme des cristaux hexagonaux. En règle générale, les cations sont plus petits que les anions et leurs tailles sont exprimées en fractions du rayon de l'anion, prises comme une seule. Généralement, le rapport obtenu en divisant le rayon du cation par le rayon de l'anion est utilisé. Si un cation n'est que légèrement plus petit que les anions avec lesquels il se combine, il peut être en contact avec les huit anions qui l'entourent ou, comme on le dit communément, en coordination octuple par rapport aux anions, qui se trouvent, comme c'était aux sommets d'un cube qui l'entourait. Cette coordination (également appelée cubique) est stable à des rapports de rayon ionique compris entre 1 et 0, 732 (Fig. 4a). À un rapport de rayon ionique plus petit, huit anions ne peuvent pas être empilés pour toucher le cation. Dans de tels cas, la géométrie de compactage permet une coordination sextuple des cations avec des anions situés à six sommets de l'octaèdre (Fig. 4b), qui seront stables à des rapports de leurs rayons compris entre 0,732 et 0,416. Avec une diminution supplémentaire de la taille relative du cation, une transition se produit vers une coordination quadruple, ou tétraédrique, stable à des rapports de rayon de 0,414 à 0,225 (Fig. 4c), puis vers une coordination triple dans des rapports de rayon de 0,225 à 0,155 (Fig. .4c).d) et double - avec des rapports de rayon inférieurs à 0,155 (Fig. 4e). Bien que d’autres facteurs déterminent également le type de polyèdre de coordination, pour la plupart des minéraux, le principe du rapport du rayon ionique constitue un moyen efficace de prédire la structure cristalline.
Des minéraux de compositions chimiques complètement différentes peuvent avoir des structures similaires qui peuvent être décrites à l'aide des mêmes polyèdres de coordination. Par exemple, dans le chlorure de sodium NaCl, le rapport entre le rayon de l'ion sodium et le rayon de l'ion chlorure est de 0,535, ce qui indique une coordination octaédrique, ou sextuple. Si six anions se regroupent autour de chaque cation, alors pour maintenir un rapport cation/anion de 1:1, il doit y avoir six cations autour de chaque anion. Cela produit une structure cubique connue sous le nom de structure de type chlorure de sodium. Bien que les rayons ioniques du plomb et du soufre diffèrent fortement des rayons ioniques du sodium et du chlore, leur rapport détermine également la coordination sextuple. Par conséquent, la galène PbS a une structure de type chlorure de sodium, c'est-à-dire que la halite et la galène sont isostructurales. Les impuretés contenues dans les minéraux sont généralement présentes sous forme d’ions qui remplacent ceux du minéral hôte. De telles substitutions affectent grandement la taille des ions. Si les rayons de deux ions sont égaux ou diffèrent de moins de 15 %, ils sont facilement substitués. Si cette différence est de 15 à 30 %, cette substitution est limitée ; avec une différence de plus de 30 %, la substitution est pratiquement impossible. Il existe de nombreux exemples de paires de minéraux isostructuraux ayant des compositions chimiques similaires entre lesquelles une substitution ionique se produit. Ainsi, les carbonates sidérite (FeCO3) et rhodochrosite (MnCO3) ont des structures similaires, et le fer et le manganèse peuvent se remplacer dans n'importe quel rapport, formant ce qu'on appelle. des solutions solides. Il existe une série continue de solutions solides entre ces deux minéraux. Dans d'autres paires de minéraux, les ions ont des possibilités limitées de substitution mutuelle. Puisque les minéraux sont électriquement neutres, la charge des ions affecte également leur substitution mutuelle. Si la substitution se produit avec un ion de charge opposée, alors une deuxième substitution doit avoir lieu dans une partie de cette structure, dans laquelle la charge de l'ion de substitution compense la violation de la neutralité électrique provoquée par la première. Une telle substitution conjuguée est observée dans les feldspaths - plagioclases, lorsque le calcium (Ca2+) remplace le sodium (Na+) avec formation d'une série continue de solutions solides. L'excès de charge positive résultant du remplacement de l'ion Na+ par l'ion Ca2+ est compensé par le remplacement simultané du silicium (Si4+) par de l'aluminium (Al3+) dans les zones adjacentes de la structure.
PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES MINÉRAUX
Bien que les principales caractéristiques des minéraux (composition chimique et structure cristalline interne) soient établies sur la base d’analyses chimiques et de diffraction des rayons X, elles se reflètent indirectement dans des propriétés facilement observables ou mesurées. Pour diagnostiquer la plupart des minéraux, il suffit de déterminer leur éclat, leur couleur, leur clivage, leur dureté et leur densité. L'éclat est une caractéristique qualitative de la lumière réfléchie par un minéral. Certains minéraux opaques réfléchissent fortement la lumière et ont un éclat métallique. Ceci est courant dans les minerais tels que la galène (minéraux de plomb), la chalcopyrite et la bornite (minéraux de cuivre), l'argentite et l'acanthite (minéraux d'argent). La plupart des minéraux absorbent ou transmettent une partie importante de la lumière qui les frappe et ont un éclat non métallique. Certains minéraux ont un éclat qui passe du métallique au non métallique, appelé semi-métallique. Les minéraux à éclat non métallique sont généralement de couleur claire, certains d'entre eux sont transparents. Le quartz, le gypse et le mica clair sont souvent transparents. D'autres minéraux (par exemple, le quartz blanc laiteux) qui transmettent la lumière, mais à travers lesquels les objets ne peuvent pas être clairement distingués, sont appelés translucides. Les minéraux contenant des métaux diffèrent des autres par la transmission de la lumière. Si la lumière traverse un minéral, au moins dans les bords les plus fins des grains, alors il est, en règle générale, non métallique ; si la lumière ne passe pas à travers, alors c'est du minerai. Il existe cependant des exceptions : par exemple, la sphalérite (minéral de zinc) ou le cinabre (minéral de mercure) de couleur claire sont souvent transparents ou translucides. Les minéraux diffèrent par les caractéristiques qualitatives de leur éclat non métallique. L'argile a un éclat terne et terreux. Le quartz sur les bords des cristaux ou sur les surfaces de fracture est vitreux, le talc, divisé en fines feuilles le long des plans de clivage, est de la nacre. Brillant, scintillant, comme un diamant, l'éclat s'appelle diamant. Lorsque la lumière tombe sur un minéral avec un éclat non métallique, elle est partiellement réfléchie par la surface du minéral et partiellement réfractée au niveau de cette limite. Chaque substance est caractérisée par un certain indice de réfraction. Parce qu’il peut être mesuré avec une grande précision, il s’agit d’une fonction de diagnostic minéral très utile. La nature de l’éclat dépend de l’indice de réfraction, et tous deux dépendent de la composition chimique et de la structure cristalline du minéral. En général, les minéraux transparents contenant des atomes de métaux lourds se caractérisent par un éclat élevé et un indice de réfraction élevé. Ce groupe comprend des minéraux courants tels que l'anglésite (sulfate de plomb), la cassitérite (oxyde d'étain) et la titanite ou le sphène (silicate de calcium et de titane). Les minéraux composés d’éléments relativement légers peuvent également avoir un éclat élevé et un indice de réfraction élevé si leurs atomes sont étroitement emballés et maintenus ensemble par de fortes liaisons chimiques. Un exemple frappant est celui du diamant, constitué d’un seul élément léger, le carbone. Dans une moindre mesure, cela est vrai pour le corindon minéral (Al2O3), dont les variétés de couleur transparente - rubis et saphirs - sont des pierres précieuses. Bien que le corindon soit composé d’atomes légers d’aluminium et d’oxygène, ils sont si étroitement liés les uns aux autres que le minéral a un éclat assez fort et un indice de réfraction relativement élevé. Certains brillants (huileux, cireux, mat, soyeux, etc.) dépendent de l'état de surface du minéral ou de la structure de l'agrégat minéral ; un éclat résineux est caractéristique de nombreuses substances amorphes (y compris les minéraux contenant les éléments radioactifs uranium ou thorium). La couleur est un signe diagnostique simple et pratique. Les exemples incluent la pyrite jaune laiton (FeS2), la galène gris plomb (PbS) et l'arsénopyrite blanc argenté (FeAsS2). Dans d'autres minerais présentant un éclat métallique ou semi-métallique, la couleur caractéristique peut être masquée par le jeu de lumière dans une fine pellicule superficielle (ternissement). Ceci est commun à la plupart des minéraux de cuivre, en particulier la bornite, appelée « minerai de paon » en raison de sa ternissure bleu-vert irisée qui se développe rapidement lorsqu'elle est fraîchement fracturée. Cependant, d'autres minéraux de cuivre sont peints dans des couleurs familières : malachite - vert, azurite - bleu. Certains minéraux non métalliques sont indéniablement reconnaissables à la couleur déterminée par l'élément chimique principal (jaune - soufre et noir - gris foncé - graphite, etc.). De nombreux minéraux non métalliques sont constitués d'éléments qui ne leur confèrent pas de couleur spécifique, mais ils ont des variétés colorées dont la couleur est due à la présence d'impuretés d'éléments chimiques en petites quantités, non comparables à l'intensité de la couleur. ils provoquent. Ces éléments sont appelés chromophores ; leurs ions sont caractérisés par une absorption sélective de la lumière. Par exemple, l’améthyste violet foncé doit sa couleur à une trace de fer dans le quartz, tandis que la couleur vert foncé de l’émeraude est due à la petite quantité de chrome dans le béryl. Les couleurs des minéraux normalement incolores peuvent résulter de défauts dans la structure cristalline (causés par des positions atomiques non remplies dans le réseau ou par l'incorporation d'ions étrangers), qui peuvent provoquer une absorption sélective de certaines longueurs d'onde dans le spectre de la lumière blanche. Ensuite, les minéraux sont peints dans des couleurs supplémentaires. Rubis, saphirs et alexandrites doivent précisément leur couleur à ces effets de lumière. Les minéraux incolores peuvent être colorés par des inclusions mécaniques. Ainsi, une fine dissémination dispersée d'hématite donne au quartz une couleur rouge, la chlorite - verte. Le quartz laiteux est trouble avec des inclusions gaz-liquides. Bien que la couleur minérale soit l’une des propriétés les plus faciles à déterminer en diagnostic minéral, elle doit être utilisée avec prudence car elle dépend de nombreux facteurs. Malgré la variabilité de la couleur de nombreux minéraux, la couleur de la poudre minérale est très constante et constitue donc un élément de diagnostic important. En règle générale, la couleur d'une poudre minérale est déterminée par la ligne (appelée « couleur de ligne ») que le minéral laisse lorsqu'il est passé sur une assiette en porcelaine non émaillée (biscuit). Par exemple, le minéral fluorine se décline en différentes couleurs, mais sa strie est toujours blanche.
Clivage. Une propriété caractéristique des minéraux est leur comportement lors de la division. Par exemple, le quartz et la tourmaline, dont la surface de fracture ressemble à un éclat de verre, présentent une fracture conchoïdale. Dans d'autres minéraux, la fracture peut être décrite comme rugueuse, irrégulière ou éclatée. Pour de nombreux minéraux, la caractéristique n’est pas la fracture, mais le clivage. Cela signifie qu’ils se clivent selon des plans lisses directement liés à leur structure cristalline. Les forces de liaison entre les plans du réseau cristallin peuvent varier en fonction de la direction cristallographique. S'ils sont beaucoup plus gros dans certaines directions que dans d'autres, le minéral se divisera à travers la liaison la plus faible. Puisque le clivage est toujours parallèle aux plans atomiques, il peut être désigné en indiquant des directions cristallographiques. Par exemple, la halite (NaCl) a un clivage cubique, c'est-à-dire trois directions mutuellement perpendiculaires de division possible. Le clivage se caractérise également par la facilité de manifestation et la qualité de la surface de clivage qui en résulte. Le mica a un clivage très parfait dans une direction, c'est-à-dire se divise facilement en feuilles très fines avec une surface lisse et brillante. Topaz a un clivage parfait dans une direction. Les minéraux peuvent avoir deux, trois, quatre ou six directions de clivage le long desquelles ils sont également faciles à diviser, ou plusieurs directions de clivage à des degrés divers. Certains minéraux n’ont aucun clivage. Étant donné que le clivage, en tant que manifestation de la structure interne des minéraux, est leur propriété constante, il constitue un élément de diagnostic important. La dureté est la résistance qu'un minéral présente lorsqu'il est rayé. La dureté dépend de la structure cristalline : plus les atomes de la structure d'un minéral sont étroitement liés les uns aux autres, plus il est difficile de le rayer. Le talc et le graphite sont des minéraux mous en forme de plaques, constitués de couches d'atomes liés entre eux par des forces très faibles. Ils sont gras au toucher : lorsqu'on les frotte contre la peau de la main, de fines couches individuelles glissent. Le minéral le plus dur est le diamant, dans lequel les atomes de carbone sont si étroitement liés qu'il ne peut être rayé que par un autre diamant. Au début du 19ème siècle. Le minéralogiste autrichien F. Moos a classé 10 minéraux par ordre croissant de dureté. Depuis lors, ils sont utilisés comme normes pour la dureté relative des minéraux, ce qu'on appelle. Échelle de Mohs (tableau 1). Tableau 1.
ÉCHELLE DE DURETÉ MOH
Dureté relative minérale
Talc ______1 Gypse _______2 Calcite ____3 Fluorine ____4 Apatite _____5 Orthose ___6 Quartz ______7 Topaze ______8 Corindon _____9 Diamant _____10
Pour déterminer la dureté d’un minéral, il est nécessaire d’identifier le minéral le plus dur qu’il puisse rayer. La dureté du minéral examiné sera supérieure à la dureté du minéral qu'il a gratté, mais inférieure à la dureté du minéral suivant sur l'échelle de Mohs. Les forces de liaison peuvent varier en fonction de la direction cristallographique et, comme la dureté est une estimation approximative de ces forces, elle peut varier dans différentes directions. Cette différence est généralement faible, à l'exception de la cyanite, qui a une dureté de 5 dans le sens parallèle à la longueur du cristal et de 7 dans le sens transversal. Dans la pratique minéralogique, la mesure des valeurs absolues de dureté (appelées microdureté) à l'aide d'un scléromètre, exprimée en kg/mm2, est également utilisée.
Densité. La masse des atomes des éléments chimiques varie de l'hydrogène (le plus léger) à l'uranium (le plus lourd). Toutes choses étant égales par ailleurs, la masse d’une substance constituée d’atomes lourds est supérieure à celle d’une substance constituée d’atomes légers. Par exemple, deux carbonates - l'aragonite et la cérusite - ont une structure interne similaire, mais l'aragonite contient des atomes de calcium légers et la cérusite contient des atomes de plomb lourds. De ce fait, la masse de cérusite dépasse la masse d’aragonite de même volume. La masse par unité de volume d’un minéral dépend également de la densité atomique. La calcite, comme l'aragonite, est du carbonate de calcium, mais dans la calcite, les atomes sont moins densément emballés, elle a donc moins de masse par unité de volume que l'aragonite. La masse relative, ou densité, dépend de la composition chimique et de la structure interne. La densité est le rapport de la masse d'une substance à la masse du même volume d'eau à 4°C. Ainsi, si la masse d'un minéral est de 4 g et la masse du même volume d'eau est de 1 g, alors la densité du minéral est de 4. En minéralogie, il est d'usage d'exprimer la densité en g/ cm3. La densité est une caractéristique diagnostique importante des minéraux et n’est pas difficile à mesurer. L’échantillon est d’abord pesé dans l’air, puis dans l’eau. Puisqu’un échantillon immergé dans l’eau est soumis à une force de poussée ascendante, son poids y est moindre que dans l’air. La perte de poids est égale au poids de l’eau déplacée. Ainsi, la densité est déterminée par le rapport entre la masse d’un échantillon dans l’air et sa perte de poids dans l’eau.
CLASSIFICATION DES MINÉRAUX
Bien que la composition chimique serve de base à la classification des minéraux depuis le milieu du XIXe siècle, les minéralogistes n'ont pas toujours partagé une opinion commune sur l'ordre des minéraux qu'ils contiennent. Selon une méthode de construction d’une classification, les minéraux étaient regroupés selon le même métal ou cation principal. Dans ce cas, les minéraux de fer tombaient dans un groupe, les minéraux de plomb dans un autre, les minéraux de zinc dans un troisième, etc. Cependant, à mesure que la science se développait, il s'est avéré que les minéraux contenant le même non-métal (anion ou groupe anionique) ont des propriétés similaires et sont beaucoup plus similaires les uns aux autres que les minéraux contenant un métal commun. De plus, les minéraux ayant un anion commun se trouvent dans le même contexte géologique et sont d’origine similaire. En conséquence, dans la taxonomie moderne (voir tableau 2), les minéraux sont regroupés en classes basées sur un anion commun ou un groupe anionique. La seule exception concerne les éléments natifs, qui apparaissent seuls dans la nature, sans former de composés avec d’autres éléments.
Tableau 2.
CLASSIFICATION DES MINÉRAUX
Les classes chimiques sont divisées en sous-classes (basées sur la chimie et le motif structurel), qui, à leur tour, sont divisées en familles et groupes (basés sur le type structurel). Les espèces minérales individuelles au sein d'un groupe peuvent former des rangées et une espèce minérale peut avoir plusieurs variétés. À présent env. 4000 minéraux sont reconnus comme espèces minérales indépendantes. De nouveaux minéraux s'ajoutent à cette liste au fur et à mesure qu'ils sont découverts et connus depuis longtemps, mais discrédités à mesure que les méthodes de recherche minéralogique s'améliorent, ils sont exclus.
ORIGINE ET CONDITIONS DE TROUVER DES MINÉRAUX
La minéralogie ne se limite pas à déterminer les propriétés des minéraux ; elle étudie également l'origine, les conditions d'apparition et les associations naturelles des minéraux. Depuis l’origine de la Terre, il y a environ 4,6 milliards d’années, de nombreux minéraux ont été détruits par concassage mécanique, transformation chimique ou fusion. Mais les éléments qui composaient ces minéraux ont été préservés, regroupés et ont formé de nouveaux minéraux. Ainsi, les minéraux qui existent aujourd’hui sont le produit de processus qui se sont développés tout au long de l’histoire géologique de la Terre. La majeure partie de la croûte terrestre est composée de roches ignées qui, à certains endroits, sont recouvertes d'une couche relativement mince de roches sédimentaires et métamorphiques. Par conséquent, la composition de la croûte terrestre correspond en principe à la composition moyenne de la roche ignée. Huit éléments (voir tableau 3) constituent 99 % de la masse de la croûte terrestre et, par conséquent, 99 % de la masse des minéraux qui la composent.
Tableau 3.
PRINCIPAUX ÉLÉMENTS INCLUS DANS LA CROÛTE TERRE
En termes de composition élémentaire, la croûte terrestre est une structure constituée d'ions oxygène associés à des ions plus petits de silicium et d'aluminium. Ainsi, les principaux minéraux sont les silicates, qui représentent env. 35 % de tous les minéraux connus et env. 40% - le plus courant. Les plus importants d'entre eux sont les feldspaths (famille d'aluminosilicates contenant du potassium, du sodium et du calcium, et plus rarement du baryum). D'autres silicates formant des roches courants sont le quartz (cependant, il est plus souvent classé comme oxydes), les micas, les amphiboles, les pyroxènes et l'olivine.
Roches ignées. Les roches ignées ou ignées se forment lorsque le magma en fusion refroidit et cristallise. Les pourcentages des différents minéraux, et donc le type de roche formée, dépendent du ratio d'éléments contenus dans le magma au moment de sa solidification. Chaque type de roche ignée est généralement constitué d'un ensemble limité de minéraux appelés roches majeures. En plus d’eux, des minéraux mineurs et accessoires peuvent être présents en plus petites quantités. Par exemple, les principaux minéraux du granit peuvent être le feldspath potassique (30 %), le feldspath sodium-calcium (30 %), le quartz (30 %), les micas et la hornblende (10 %). Le zircon, le sphène, l'apatite, la magnétite et l'ilménite peuvent être présents comme minéraux accessoires. Les roches ignées sont généralement classées en fonction du type et de la quantité de chaque feldspath qu'elles contiennent. Cependant, certaines roches manquent de feldspath. Les roches ignées sont en outre classées selon leur structure, qui reflète les conditions dans lesquelles la roche s'est solidifiée. Le magma qui cristallise lentement dans les profondeurs de la Terre donne naissance à des roches plutoniques intrusives avec une structure à grain grossier à moyen. Si le magma éclate à la surface sous forme de lave, il se refroidit rapidement et produit des roches volcaniques (effusives ou extrusives) à grains fins. Parfois, certaines roches volcaniques (par exemple l'obsidienne) refroidissent si rapidement qu'elles n'ont pas le temps de cristalliser ; des roches similaires ont un aspect vitreux (verres volcaniques).
Roches sédimentaires. Lorsque le substrat rocheux est altéré ou érodé, des matières clastiques ou dissoutes s’incorporent aux sédiments. À la suite de l'altération chimique des minéraux, qui se produit à la limite de la lithosphère et de l'atmosphère, de nouveaux minéraux se forment, par exemple des minéraux argileux issus du feldspath. Certains éléments sont libérés lorsque des minéraux (comme la calcite) se dissolvent dans les eaux de surface. Cependant, d’autres minéraux, comme le quartz, même broyés mécaniquement, restent résistants aux altérations chimiques. Les minéraux mécaniquement et chimiquement stables avec une densité suffisamment élevée libérés lors de l'altération forment des dépôts de placers à la surface de la Terre. À partir de placers, le plus souvent alluviaux (rivière), sont extraits de l'or, du platine, des diamants, d'autres pierres précieuses, de la pierre d'étain (cassitérite) et des minéraux d'autres métaux. Sous certaines conditions climatiques, d'épaisses croûtes d'altération se forment, souvent enrichies en minerais. Les croûtes d'altération sont associées à des gisements industriels de bauxite (minerais d'aluminium), des accumulations d'hématite (minerais de fer), des silicates de nickel hydratés, des minéraux de niobium et d'autres métaux rares. La majeure partie des produits d'altération est transportée à travers un système de cours d'eau jusqu'aux lacs et aux mers, au fond desquels ils forment une couche sédimentaire en couches. Les schistes sont composés principalement de minéraux argileux, tandis que le grès est composé principalement de grains de quartz cimentés. Les matières dissoutes peuvent être éliminées de l’eau par des organismes vivants ou précipitées par des réactions chimiques et par évaporation. Le carbonate de calcium est absorbé par l'eau de mer par les mollusques, qui l'utilisent pour construire leur coquille dure. La plupart des calcaires sont formés par l'accumulation de coquilles et de squelettes d'organismes marins, bien qu'une partie du carbonate de calcium soit précipité chimiquement. Les dépôts d'évaporite se forment à la suite de l'évaporation de l'eau de mer. Les évaporites sont un grand groupe de minéraux, qui comprennent la halite (sel de table), le gypse et l'anhydrite (sulfates de calcium), la sylvite (chlorure de potassium) ; ils ont tous des applications pratiques importantes. Ces minéraux se déposent également lors de l'évaporation de la surface des lacs salés, mais dans ce cas, une augmentation de la concentration d'éléments rares peut entraîner une précipitation supplémentaire de certains autres minéraux. C'est dans cet environnement que se forment les borates.
Roches métamorphiques. Métamorphisme régional. Les roches ignées et sédimentaires enfouies à de grandes profondeurs, sous l'influence de la température et de la pression, subissent des transformations dites métamorphiques, au cours desquelles les propriétés originelles des roches changent, et les minéraux originels recristallisent ou se transforment complètement. En conséquence, les minéraux sont généralement disposés le long de plans parallèles, donnant aux roches un aspect schisteux. Les roches métamorphiques schisteuses minces sont appelées schistes. Ils sont souvent enrichis en minéraux de silicates plats (mica, chlorite ou talc). Les roches métamorphiques schisteuses plus grossières sont les gneiss ; ils contiennent des bandes alternées de quartz, de feldspath et de minéraux de couleur foncée. Lorsque les schistes et les gneiss contiennent des minéraux typiquement métamorphiques, cela se reflète dans le nom de la roche, par exemple schiste sillimanite ou staurolite, cyanite ou gneiss grenat.
Contactez le métamorphisme. Lorsque le magma monte dans les couches supérieures de la croûte terrestre, des changements se produisent généralement dans les roches dans lesquelles il a pénétré, ce qu'on appelle. métamorphisme de contact. Ces changements se manifestent par la recristallisation de l’original ou la formation de nouveaux minéraux. L'ampleur du métamorphisme dépend à la fois du type de magma et du type de roche dans lequel il imprègne. Les roches argileuses et les roches de composition chimique similaire se transforment en cornéennes de contact (biotite, cordiérite, grenat, etc.). Les changements les plus intenses se produisent lorsque le magma granitique s'introduit dans les calcaires : les effets thermiques provoquent leur recristallisation et la formation de marbre ; Suite à l'interaction chimique avec les calcaires, les solutions séparées du magma forment un large groupe de minéraux (silicates de calcium et de magnésium : wollastonite, grenats grossulaires et andradites, vésuvianite ou idocrase, épidote, trémolite et diopside). Dans certains cas, le métamorphisme de contact introduit des minerais, faisant des roches de précieuses sources de cuivre, de plomb, de zinc et de tungstène.
Métasomatose. En raison du métamorphisme régional et de contact, il n'y a pas de changement significatif dans la composition chimique des roches d'origine, mais seulement leur composition minérale et leur apparence changent. Lorsque les solutions introduisent certains éléments et en suppriment d’autres, un changement significatif dans la composition chimique des roches se produit. Ces roches nouvellement formées sont appelées métosomatiques. Par exemple, l'interaction des calcaires avec les solutions libérées par le magma granitique lors de la cristallisation conduit à la formation autour des massifs granitiques de zones de minerais métasomatiques de contact - escarpements, qui abritent souvent des minéralisations.
GISEMENTS DE MINERAI ET PEGMATITE
La composition chimique du granite à gros grains peut différer considérablement de la composition du magma d'origine. L'étude des roches a montré que les minéraux sont libérés du magma dans un certain ordre. Les minéraux riches en fer et en magnésium comme l'olivine et les pyroxènes, ainsi que les minéraux accessoires, cristallisent en premier. En raison de leur densité plus élevée que la fonte environnante, ils se déposent vers le bas en raison du processus de ségrégation magmatique. On pense que les dunites se forment de cette manière - des roches constituées presque entièrement d'olivine. Des origines similaires sont attribuées à certaines grandes accumulations de magnétite, d'ilménite et de chromite, qui sont respectivement les séries du fer, du titane et du chrome. Cependant, la composition de la masse fondue restant après l'élimination des minéraux par ségrégation magmatique n'est pas complètement identique à la composition de la roche formée à partir de celle-ci. Au cours de la cristallisation de la masse fondue, la concentration d'eau et d'autres composants volatils (par exemple, les composés du fluor et du bore) augmente, ainsi que de nombreux autres éléments dont les atomes sont trop gros ou trop petits pour pénétrer dans les structures cristallines de la roche. -former des minéraux. Les fluides aqueux libérés par le magma cristallisé peuvent remonter à travers les fissures jusqu'à la surface de la Terre, dans une zone de températures et de pressions plus basses. Cela provoque le dépôt de minéraux dans les fissures et la formation de dépôts filoniens. Certaines veines sont composées principalement de minéraux non métalliques (quartz, calcite, barytine et fluorine). D'autres veines contiennent des minéraux de métaux tels que l'or, l'argent, le cuivre, le plomb, le zinc, l'étain et le mercure ; par conséquent, ils peuvent représenter des gisements de minerai précieux. Étant donné que de tels dépôts se forment avec la participation de solutions aqueuses chauffées, ils sont appelés hydrothermaux. Il faut dire que les plus grands gisements hydrothermaux ne sont pas veineux, mais métasomatiques ; ce sont des dépôts en forme de feuille ou d'autres formes formés en remplaçant des roches (le plus souvent du calcaire) par des solutions minéralisées. Les minéraux qui composent ces gisements seraient d’origine hydrothermale-métasomatique. Les pegmatites sont génétiquement liées au magma granitique cristallisé. Une masse de fluide très mobile, encore riche en éléments qui composent les minéraux formant la roche, peut être éjectée de la chambre magmatique dans la roche hôte, où elle cristallise pour former des corps d'une structure à gros grains, composés principalement de roche. -minéraux formateurs - quartz, feldspath et mica. Ces corps rocheux, appelés pegmatites, sont de taille très variable. La longueur maximale de la plupart des corps de pegmatite est de plusieurs centaines de mètres, mais les plus grands d'entre eux atteignent une longueur de 3 km, et pour les plus petits, elle se mesure dans les premiers mètres. Les pegmatites contiennent de gros cristaux de minéraux individuels, dont les plus gros feldspaths du monde de plusieurs mètres de long, du mica - jusqu'à 3 m de diamètre, du quartz - pesant jusqu'à 5 tonnes. Des éléments rares sont concentrés dans certains fluides formant des pegmatites (souvent sous forme de). gros cristaux) , par exemple, le béryllium - dans le béryl et le chrysobéryl, le lithium - dans le spodumène, la pétalitite, l'amblygonite et la lépidolite, le césium - dans la polucite, le bore - dans la tourmaline, le fluor - dans l'apatite et la topaze. La plupart de ces minéraux appartiennent à des variétés de bijoux. L'importance industrielle des pegmatites est due en partie au fait qu'elles sont une source de pierres précieuses, mais principalement de feldspath potassique et de mica à haute teneur, ainsi que de minerais de lithium, de césium et de tantale, et en partie de béryllium.
). , contrairement à , n’est généralement pas considéré comme un minéral. Cependant, selon V.I. Vernadsky, les minéraux ne sont pas seulement de nature solide. l'éducation, mais aussi.
Le concept minéral est utilisé pour désigner un individu minéral, un type et une variété. Mineur. individus - séparés ou cristallins. grains Leurs tailles varient de 1 à 100 nm (minéraux colloïdaux) à plusieurs. m. Mineur. complexité des espèces de minéraux. individus du même type de structure, chimique. dont la composition peut varier dans certaines limites sans en modifier la structure.
Les minéraux de même composition, mais de structures différentes - modifications polymorphes (par exemple, et , et aragonite) - sont classés comme minéraux différents. espèces Les rangées continues de solutions solides (mélanges isomorphes) sont classiquement divisées en plusieurs. mineur espèces. Ainsi, dans les solutions solides à deux composants, trois minéraux sont généralement isolés. type (avec le contenu de l'un des composants 100-75, 75-25 et 25-0 mol. ou at.%), moins souvent deux (0-50 et 50-100 mol. ou at.%), et en à trois composants - sept ou trois. Mineur. la variété est isolée à l'intérieur du mineur. espèces selon les caractéristiques de structure, de composition, de morphologie et de propriétés. Connu env. 3000 minutes. espèces et presque autant de variétés.
Structure. Unités structurelles dans les nœuds cristallins. grilles m.b. (comme par exemple dans), (par exemple, Na +, UO 2 2+, NH + 4, H 3 O +, Cl -, CO 3 2-, PO 4 3-), ainsi que (S 8 dans , Comme 4 S 4 .
Ils sont retenus dans la structure grâce à leurs propriétés ioniques, covalentes et métalliques. et, ainsi que . Dans ce qu'on appelle homo(iso)desmique.
les structures n'ont qu'un seul type de liaison (covalente, ionique dans l'halite, métallique) ; mais les hétéro(aniso)desmich sont beaucoup plus courants. structures avec plusieurs types de communication. Espace disposition des unités structurelles les plus connectées. des connexions fortes, détermine la géom. « motif » de la structure : îlot (y compris l'anneau), chaîne, ruban, couches, cadre, coordination.
Dans la structure de chaque minéral, on distingue une cellule élémentaire avec les paramètres correspondants (voir). La structure réelle des minéraux diffère de la structure idéale par la présence (lacunes dans les nœuds individuels du réseau cristallin, impuretés soit dans les nœuds, soit entre les nœuds, modifications dans une partie) et. L'ordre des postes vacants peut entraîner une augmentation de l'un des paramètres de la cellule unitaire. Il est caractéristique des minéraux en couches (molybdénite, etc.) qu'un léger décalage des couches (paquets) se produise les unes par rapport aux autres avec un changement dans la périodicité de leur alternance. En conséquence, la décomposition les polytypes d'un minéral diffèrent les uns des autres par leurs paramètres le long de l'un des axes (et ces paramètres sont des multiples de la même valeur). Dans ce cas, un changement de type de maille peut intervenir, jusqu'à un changement de système. Cependant, les créatures. la restructuration de la structure, comme dans le cas de , ne se produit pas.et des unités-fractions d'un pour cent en poids. Ces derniers comprennent généralement les rares et : Rb, Cs, Ra, Sc, Ga, In, Tl, Ge, Hf, Th, REE, Re, I, Br, etc., qui, en règle générale, ne forment pas de minéraux indépendants. Impuretés m.b. structural (isomorphe) ou mécanique (éléments et composés adsorbants, microinclusions gaz-liquides, inclusions microscopiques et submicroscopiques d'autres minéraux), qui est associé aux conditions de formation du minéral et aux caractéristiques de son cristallin. structures.
Selon le nombre (un, deux ou plus) d'éléments formant des espèces, les minéraux se distinguent en conséquence. composés simples, composés binaires et plus complexes. Connexions binaires prédominent parmi (ex. Au 2 Bi, Pd 3 Sn, Pt 3 Fe), (Fe 3 C, FeSi, CrN), caractéristiques de certains chalcogénures (PbS, NiSe, Bi 2 Te 3, NiAs, FeSb 2), simples (MgO , Fe 2 O 3, Al 2 O 3, SiO 2), halogénures (NaCl, KCl, MgF 2, CaF 2). Vers des connexions plus complexes.
comprennent certains (Au 8 PbTe, CuPt 2 Fe) et (Fe 2 NiP, Fe 20 Ni 3 C), la plupart des chalcogénures (Cu 5 FeS 4, CoAsS, Ag 3 SbS 3) et des complexes (AlOOH, FeCr 2 O 4 ), tous les composés contenant de l'oxygène (Ca s 3 (F, Cl, OH)), certains halogénures (NH 4 Cl, KMgCl 3. 6H 2 O) et tous les soi-disant. sels halogènes (Na, Na 3 ).
Un trait caractéristique de , et est la présence de polymères Dans la structure du radical anionique, Al, B et Be participent (en plus de Si et O). 
, talc-Mg 3 (OH) 2, albita-. indiquer en haut à droite le symbole de l'élément, ainsi que les coordonnées.
numéro en haut à gauche entre parenthèses, par exemple : magnétite Fe 2+ Fe 2 3+ O 4, andalousite (6) Al (5) Al O. Les formes de minéraux, caractérisées par diverses substitutions isomorphes, sont écrites sous forme généralisée , Par exemple fané M + 10 M 2 2+, où M + -Cu, Ag; M 2+ -Fe, Zn, Cu, Hg, Cd, Mn; Y-As, Sb, Bi, Te ; XS, Se.
La composition des minéraux peut contenir : un ioniseur lié ou constitutionnel. forme (OH -, H 3 O +);
cristallisation sous forme de H 2 O dont le nombre est constant dans la maille unitaire, et libre (adsorbée, capillaire, intercalaire, etc.), le nombre n'est pas constant, ce qui est noté n. H 2 O ou aq. Un minéral peut en contenir plusieurs à la fois. types, ce qui se reflète dans la chimie cristalline.
Les éléments électriques sont détectés dans les minéraux lorsqu'ils sont exposés à l'énergie électrique. champs, dans certains cas, lorsqu’ils sont chauffés. ou de la fourrure. . Sur la base de la conductivité électrique, les minéraux sont divisés en conducteurs (,), (pl.
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Les minéraux contiennent la plupart des éléments chimiques du tableau périodique. Il existe des éléments formant des espèces - Si, O, H, Al, Ca, Na, Mg, Cu, Pb, S, etc. Les minéraux sont représentés par les principaux types de composés chimiques suivants : substances simples ou éléments natifs - soufre natif, graphite, cuivre natif, or, platine, etc. ; oxydes et hydroxydes : corindon Al2O3, rutile TiO2, cuprite Cu2O, etc. ; sels de divers acides oxygénés et sans oxygène : halite NaCl, pyrite FeS2, calcite CaCO3, barytine BaSO4, etc. De nombreux sels sont caractérisés par des anions complexes (radicaux) : dans les silicates 4+, dans les carbonates [CO3]2-, dans les phosphates [PO4]3-, etc. La capacité des minéraux à former des composés de composition variable est appelée isomorphisme (du grec « isoa » - identique ; « morpho » - forme), qui consiste en la substitution mutuelle d'atomes et d'ions dans les réseaux cristallins des minéraux sans perturber leur structure. L'isomorphisme est dû à la similitude des propriétés des atomes et des ions, ainsi qu'à l'influence de la température, de la pression et de la concentration des composants. |
Exemple. Une série isomorphe d'un groupe de plagioclases (cl. silicates et p/cl. feldspaths), dont les membres extrêmes sont l'albite de Na et l'anorthite de Ca.
11. Propriétés physiques des minéraux. 1. Couleur
- – couleur des minéraux m.b. plusieurs types : idiochromatique
- – caractéristique du minéral (malachite, turquoise) ; allochromatique
-– introduits par des impuretés d’autres minéraux ou inclusions gazeuses (cornaline, quartz rose) ; pseudochromatique
– fausse coloration provoquée par des rayons lumineux parasites (iridisation, ternissement) ; Irisation
– la pseudocoloration, qui apparaît à l’intérieur du cristal. L'irisation (du grec íris - arc-en-ciel), phénomène optique consistant en l'apparition d'un jeu de couleurs arc-en-ciel sur les faces et les plans de clivage de certains minéraux (par exemple la calcite, la labradorite, l'opale, etc.) au passage de la lumière. Ternir
2. La couleur de la ligne est la couleur de la fine poudre du minéral laissée lorsqu'elle est grattée sur une assiette en porcelaine non émaillée (biscuit). TV sur l'échelle de Maos (5-6) 6-7. La ligne ne correspond pas : la pyrite est de couleur jaune laiton, la couleur de la ligne est noire ; l'hématite est de couleur noire, la couleur des stries est rouge-brun.
3. Transparence . La capacité d’un minéral à transmettre la lumière à travers lui-même. Elle est évaluée à un niveau qualitatif en observant le minéral à contre-jour. Sur cette base :
Transparent (quartz, spath d'Islande, cristal) ;
Translucide (gypse);
Translucide sur les bords (opale) ;
Non transparent (pyrite, hématite).
4.Briller – la capacité des minéraux à réfléchir la lumière incidente dépend de l’indice de réfraction du minéral. L'éclat d'un minéral est dû à la réflexion de la surface des faces cristallines ou des fractures. Distinguer Moi et NeMe
1. Minéraux à éclat métallique et métallique(plus de 3,0). moi-ressemble à l'éclat du métal frais (pyrite, galène) et semblable au métal (2,6 - 3,0), - à une surface métallique ternie (graphite, sphalérite). Ces éclats sont caractéristiques des métaux natifs opaques (or, argent, cuivre...), de nombreux composés soufrés (galène, chalcopyrite...) et des oxydes métalliques (magnétite, pyrolusite...).
2.pas de brillance. caractéristique des minéraux de couleur claire, souvent transparents. Le lustre non métallique varie :
Diamant.
(1,9 – 2,6) La brillance la plus forte est caractéristique des minéraux à indice de réfraction élevé (diamant, cinabre). Verre
.(1,3 – 1,9) Rappelle l’éclat de la surface du verre. L'éclat non métallique est caractéristique des minéraux transparents. Caractéristique des minéraux à faible indice de réfraction (calcite, quartz).
Gras.
Brillez, comme s'il s'agissait d'une surface recouverte d'un film de graisse. Cet éclat est dû à la suppression mutuelle des rayons lumineux réfléchis par la surface inégale du minéral (néphéline, soufre natif). Perle
. Rappelant les reflets irisés de la surface nacrée d'un coquillage. Caractéristique des minéraux au clivage très parfait et parfait (mica, gypse).
Soyeux.
Inhérent aux minéraux à structure fibreuse.
(amiante).
Certains minéraux ont un éclat différent sur les faces cristallines et sur la fracture. Ainsi, par exemple, le quartz a un éclat vitreux sur les bords, mais un éclat gras sur les fractures. Des films minces sur une surface rassis et des dépôts de substances étrangères modifient également radicalement la brillance du minéral.
5. Télévision – la capacité d’un minéral à résister aux influences mécaniques externes, aux rayures et au meulage. est un signe diagnostique important.
Il existe plusieurs méthodes pour déterminer la dureté. En minéralogie, l'échelle de Mohs est utilisée. Construit à partir d'échantillons de référence, classés par ordre de dureté croissante :
1 TalcMg3(OH)2
2 Gypse Ca*2H2O
3 CalciteCa
4 Fluorine CaF2
5 Apatite Ca53(F, Cl)
6 Orthose K
7QuartzSiO2
8 Topaze Al2(F, OH)2
9 Corindon Al2O3
Les valeurs de l'échelle de Mohs sont relatives et déterminées classiquement selon la méthode du scratch. Ceux. le quartz rayera les feldspaths (orthose) mais ne rayera pas la topaze. Le processus de détermination de la dureté d'un minéral sur l'échelle de Mohs est le suivant : si, par exemple, l'apatite (dureté = 5) raye le minéral étudié et que l'échantillon lui-même peut rayer la fluorite (dureté = 4), alors la dureté de l'échantillon est déterminé = 4,5.
Les éléments suivants peuvent remplacer les normes de l'échelle de Mohs : lame de couteau en acier - dureté d'environ 5,5, lime - environ 7, verre ordinaire - 5.
6. Décolleté – la capacité des minéraux à se diviser ou à se diviser le long de certains plans avec formation d'une surface lisse comme un miroir.
Le clivage est lié à la structure du cristal et à la nature des liaisons atomiques. Le long des plans de clivage, les forces de liaison sont plus faibles que dans les autres directions. Les plans de clivage ont toujours une densité atomique élevée et sont dans tous les cas parallèles aux éventuelles faces cristallines. Ainsi, le clivage des pyroxènes et des amphiboles est également directement lié à leur structure, qui contient des chaînes de tétraèdres silicium-oxygène.
Le clivage est identifié en observant des systèmes réguliers de fissures dans des minéraux transparents tels que la fluorite ou la calcite, ou les plans réfléchissants lisses produits par le clivage des cristaux, comme on le voit dans les feldspaths, les pyroxènes et les micas. Les traces de plans de clivage jouent un rôle important en déterminant les directions dans l'étude optique des grains xénomorphes au microscope qui n'ont pas de bords bien définis.
Le degré de perfection de la manifestation du clivage du minéral étudié est déterminé en le comparant avec les données de l'échelle suivante en 5 étapes :
très parfait– le minéral se décompose facilement en paillettes, plaques, feuilles (mica, molybdénite).
parfait- lorsqu'il est frappé avec un marteau - des perforations, qui ressemblent moins à un cristal brisé. Ainsi, lors du broyage de la halite, on obtient de petits cubes réguliers, lors du broyage de la calcite, on obtient des rhomboèdres réguliers (topaze, chrome diopside, fluorine, barytine). Des fragments aux bords même lisses se forment
moyenne caractérisé par le fait que sur les fragments de cristaux, on observe clairement à la fois des plans de clivage et des fractures inégales dans des directions aléatoires (feldspaths, pyroxènes)
imparfait surfaces lisses Il est difficile à détecter lors d'un examen attentif de la surface inégale d'un éclat minéral (apatite, cassitérite).
Très imparfait- pas de surfaces lisses.
Lorsque des minéraux dépourvus de clivage ou présentant un clivage médiocre sont fendus, des surfaces de fracture irrégulières apparaissent, qui en apparence sont caractérisées comme : conchoïdales (opale), inégales (pyrite), lisses (wurtzite), éclatées (actinolite), crochues (argent natif), rugueux (diopside), terreux (limonite).
Lors du traitement de la pierre, la présence de clivages facilite l'obtention de surfaces planes le long de ses plans, mais rend difficile le meulage et le polissage d'autres plans, car des fissures de clivage peuvent survenir lors du traitement. De plus, le clivage peut provoquer l’écaillage des minéraux lors de l’utilisation.
12. Morphologie des monocristaux et des agrégats .
L’apparition de cristaux (habitus) ;
Double;
Ombrage des bords.
Selon les conditions de formation, les mêmes minéraux peuvent cristalliser sous des formes différentes, mais la structure interne (réseau cristallin) est toujours la même. Dans la nature, les minéraux cristallisent sous la forme de : monocristaux individuels, intercroissances de jumeaux et agrégats.
Habitude – aspect des cristaux, m/b :
Isométrique– des formes également développées dans trois directions spatiales : octaèdre, rhomboèdre, cube (octaèdre - diamant, rhomboèdres - diamant, cubes - barytine, pyrite).
allongé- formes allongées dans une direction spatiale : prismatiques, colonnaires, colonnaires, en forme d'aiguille, fibreuses (tourmaline - cristaux prismatiques, wollastanite - cristaux en forme d'aiguille, amiante - fibreux).
Plat- formes allongées dans deux directions spatiales - tabulaires, lamellaires, écailleuses (mica - cristaux squameux).
La forme des cristaux est squelettique et dendritique (ramifiée en forme d'arbre).
Double – des intercroissances régulières de 2 cristaux ou plus, qui sont souvent un signe diagnostique de minéraux.
Gémeaux : accrétion (en forme de lance - par exemple, queue d'aronde) et germination (staurolite - 2 prismes hexagonaux se croisent)
Jumelage polysynthétique - fusion de nombreux cristaux (par exemple, plagioclases -K-Na - feldspaths, carbonates)
Agrégats :
Druzes – des intercroissances de cristaux bien formés, de hauteurs différentes, d’orientations différentes, unis par une base commune ;
brosses, croûtes – agrégats de différentes hauteurs ;
sécrétion – des formations minérales qui comblent les vides des roches. Le remplissage s'effectue de la périphérie vers le centre. Si des pinceaux apparaissent à la surface des vides, ces formations sont alors appelées géodes (améthyste, quartz) ;
nodules – les formations minérales sphériques dans lesquelles le remplissage de la substance va du centre vers la périphérie (carbonates) ;
les oolites sont des formations sphériques avec une structure en forme de coquille ;
sphérulites – les formations minérales sphériques à structure radiale-radiante (tourmaline) ;
dendrites – des cristaux ayant une structure complexe et arborescente ramifiée (argent natif) ;
unités de frittage – lorsque les minéraux cristallisent à partir de solutions (stalactites, stalagmites).
Les granulats peuvent être frittés, terreux, arborescents.
Les agrégats terreux sont principalement caractéristiques des minéraux meubles et pulvérulents. Il s'agit notamment de certaines roches sédimentaires - argiles (kaolin), bauxite.
Hachures sur les bords - est une propriété caractéristique d'un minéral particulier. Il y a des nuances :
Parallèle transversale (pour Quartz).
Parallèle longitudinal (tourmaline, épidote).
Intersection (magnétite).
13.Genèse des roches et minéraux - généralité, classification des processus .
Processus de formation minérale :
1) Endogène
Igné
Postmagmatique
Pegmatite
Pneumatite
Hydrothermale
2) exogène
3) métamorphique
Endogène des processus se produisent à l’intérieur de la Terre et sont associés à l’activité magmatique. Ils se caractérisent par des températures et une pression artérielle élevées.
Exogène des processus se produisent à la surface de la Terre et sont associés au transfert, à la redéposition, à l'altération et à la destruction mécanique des roches et des minéraux.
Processus métamorphiques– processus de transformation profonde de roches et de minéraux précédemment formés sous l’influence de températures et de pressions élevées.
Processus magmatiques– le stade t le plus élevé des processus endogènes associés à la cristallisation des minéraux du magma sous forme d'agrégats de roches ignées (t ≈700˚С).
Magma– un système de silicates multicomposants contenant 5 à 10 % de phase gazeuse.
Processus pegmatite– le processus de cristallisation d'un fondu magmatique résiduel enrichi en composants volatils, conduisant à la formation de roches spécifiques de structure cristalline grossière, appelées pegmatites. Caractéristiques pour la formation de : quartz feldspathique, des veines de pegmatite se forment.
Processus pneumatites formation de minéraux à partir de la phase gazeuse. A certains stades de cristallisation du magma (des dégagements de P, Cl, F, S sont possibles). En remontant vers les couches supérieures → cristallisation (lors d'un refroidissement brutal), des minéraux (soufre, ammoniac) se forment.
Processus hydrothermaux– les solutions de roches chaudes libérées par le magma, pénétrant à travers les fissures dans les zones plus froides de la croûte terrestre, la vapeur d’eau se condense avec les roches latérales et forme des veines hydrothermales. Caractéristique pour la formation de quartz, calcite, barytine.
