Поняття мінералу як природної хімічної сполуки кристалічної будови, що утворюється внаслідок прояву геологічного процесу. Класифікація мінералів, їх структура та хімічні властивості. Мінеральний склад земної кори. Біогенні та антропогенні мінерали.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Зміст

• Введение
• Визначення та класифікація мінералів
• Загальна характеристика
• Структура мінералів
• Мінерали у Сонячній системі
• Генезис. Біогенні мінерали
• Антропогенні мінерали
• Класифікація мінералів за хімічним складом
• Хімічні властивості
• Література

Введение

Мінерамл (від пізньолат. minera - руда, рудна жила, рудник) - природна речовина, що утворилась під час геологічних процесів в земній корі або за еквівалентних процесів на інших космічних тілах у Всесвіті [1]. Достатньою умовою для називання речовини мінералом є офіційне визнання IMA. Типовим прикладом мінералів можуть слугувати складові частини гірської породи граніту: польовий шпат мікроклін K (AlSi3O8), кварц SiO2, слюда мусковіт KAl2 (AlSi3O10) (OH) 2. Число відкритих мінералів зростає з року в рік і нині перевищують 4000. Наука, що вивчає мінерали зветься мінералогією.

У вузькому значенні, мінерал - природна хімічна сполука кристалічної будови, що утворюється внаслідок прояву геологічного процесу. Ця дефініція є найбільш визнаною й охоплює передусім типові (обов'язкові, прямі) природні об'єкти, які є складовими частинами гірських порід, руд і утворились внаслідок прояву геологічних процесів на (в) Землі або інших космічних тілах.

У широкому розумінні поняття, до мінералів зараховують також рідини - нафту, мінеральну воду та природний газ.

Визначення та класифікація мінералів

До мінералів належать тверді тіла кристалічної будови, що мають природне походження та характеризуються однорідною структурою і певним хімічним складом. За визначенням Міжнародної Мінералогічної Асоціації (1995), мінерал - це хімічний елемент або сполука зазвичай кристалічної будови, утворена в результаті геологічних процесів. Згідно з таким визначенням, речовини біологічного походження не належать до мінералів:

"Речовини біологічного походження - це хімічні сполуки, утворені внаслідок винятково біологічних процесів, що не містять геологічного компоненту (наприклад, уроліти, кристали солей щавелевої кислоти, мушлі морських молюсків тощо) та не є мінералами. Проте якщо сполука утворена за участі деякого геологічного процесу, то вона може бути мінералом".

Не всі дослідники дотримуються цього правила винятку; зокрема Ловенстем (1981) стверджує, що "живі організми здатні утворювати цілий ряд мінералів, чимало з яких не виникають у біосфері неорганічним шляхом".

Таке розходження швидше стосується питання класифікації, ніж самого складу мінералів. Скіннер (2005) вважає, що усі тверді тіла є потенціальними мінералами, й зараховує біомінерали, тобто сполуки, утворені у процесі обміну речовин живих організмів, до мінералів. Це включення мінералів біологічного походження вимагає розширення визначення мінералу як "елементу чи сполуки аморфної або кристалічної будови, утвореної внаслідок біогеохімічних процесів".

Поняття "мінерал" виникло давно й з того часу безперервно змінюється відповідно до зміни змісту мінералогії. На початковому етапі її розвитку термін "мінерал" був синонімом терміна "копалина" й охоплював власне мінерали (в сучасному розумінні), гірські породи, руди та скам'янілості.

У 1765 році Нікола Лемері власною працею "Загальна хімія" розділив усі відомі на той час речовини на мінеральні, рослинні та тваринні, а у 1820-1830-х роках Берцеліус протиставив одну одній органічну та неорганічну ("мінеральну") хімію. Саме через це побутове вживання прикметника мінеральний (наприклад, мінеральні води, солі, барвники) не відповідає сучасному науковому визначенню "мінерал".

Загальна характеристика

Поштовий блок марок "Мінерали України", 2009 рік

Нині мінералогія досягла такого консолідованого стану розвитку, що чітко окреслилося коло її об'єктів дослідження, якими стали мінерали-кристали будь-якої форми. Отже, основна сутність мінералу - кристалічний стан, обумовлений закономірним розташуванням будівельних частинок (атомів, йонів, молекул) у просторі й підпорядкований законам симетрії. Відтак, некристалічні (тверді) природні утворення (речовини з аморфним, метаміктним, інколи колоїдним станом) не є мінералами. Їх рекомендовано віднести до іншої множини сполук - мінералоїдів. Однак останні є повнокровними об'єктами мінералогії або суміжних наук, оскільки генетично й парагенетично пов'язані з мінералами.

Нетрадиційними об'єктами дослідження в мінералогії є хімічні сполуки кристалічної структури, які штучно отримує (синтезує) людина; сполуки, що виникають внаслідок перетворення, часто довільного, техногенних продуктів - териконів шахт, відходів підприємств, атомних електростанцій тощо, а також каміння, що утворюється в організмі людей, тварин, рослин. Всі ці сполуки є назагал другорядними об'єктами мінералогії й їх доцільно відповідно називати так: штучні мінерали, техногенні мінерали, біомінерали.

Мінерали існують в природі поодиноко у вигляді мінеральних індивидів (кристалів-багатогранників або кристалів-зерен) або, що буває значно частіше, утворюють між собою зростки агрегати (мономінеральні або полімінеральні). Останні переважають. Зростки бувають закономірні та випадкові. Мінеральні індивіди складають всі камені (гірські породи, руди), тобто складають весь мінеральний світ подібно індивідам-організмам, які складають світ тварин і рослин. У природі існує величезна кількість мінеральних індивідів, які своїм існуванням фіксують дискретність мінерального світу, є одиничними об'єктами мінералогії та являють собою конкретну форму існування мінеральних видів.

Структура мінералів

Зональна будова - внутрішня будова кристалів, зумовлена чергуванням у них шарів різного складу, або різних властивостей. Залежить від зовнішньої форми кристалів та умов росту.

Мінерали у Сонячній системі

Мінеральний склад земної кори у відсотках за Булахом А.Г., 1996. [6]

Через неоднорідність елементного складу Сонячної системи на момент формування планет, існує певна диференціація елементного, а отже й мінерального складу планет. Дальні планети збагачені легкими елементами, внутрішні планети - важкими. Найпоширеніші мінерали на планетах земної групи:

силікати та алюмосилікати магнію, заліза, кальцію, натрію, калію;

карбонати кальцію та магнію.

мінерал біогенний антропогенний кристалічний

Поверхня планет земної групи вкрита гірськими породами, що утворені з польових шпатів, піроксенів, олівінів. Відомо 85 видів мінералів зібраних на поверхні Місяця та доставлених на Землю американськими та радянськими експедиціями. На поверхні Марса відомі виходи базальтових та андезитових лав, поклади титаномагнетиту, маггеміту, нонтроніту, сульфатів заліза та магнію. У метеоритах окрім олівінів, піроксенів, плагіоклазів також дуже поширеними є мінерали заліза, теніт та ферит. Загалом описано 175 мінералів у складі метеоритів. На поверхні дальніх планет гігантів та карликових планет пояса Койпера установлено існування лише легких твердих фаз кристалічних вуглекисню CO2, води H2O, сірки S та метану CH4.

Генезис. Біогенні мінерали

Кальцит

Біогенні мінерали за походженням розподіляються на 3 типи кристалічних хімічних сполук, утворені в результаті участі живих організмів в геохімічних процесах (придонні накопичення продуктів метаболізму мікроорганізмів в мулах, утворення хімічно чистої сірки в глинах та вапняках над родовищами нафти під час бактеріальної переробки дифундуючих сірководня та оксидів сірки).

утворені в результаті геохімічних процесів за участю виведених продуктів метаболізму живих організмів (накопичення фосфоритів (головний мінерал апатит Ca5 (PO4) 3 (OH)) у карстових печерах на екскрементах летючих мишей або на океанічних островах на екскрементах морських птахів за участі кальцію з вапняків).

кристалічні речовини твердих тканин живих організмів (кальцит у покладах крейдового періоду походить з мушель амонітів, кістяків коралів тощо).

Апатит

У складі живих організмів існують органо-мінеральні агрегати побудовані у комплексі орієнтованих кристалів та білкових наповнювачів. [7] Наприклад, головним мінералом твердих тканин людини є апатит, а кожне волокно його кісткової тканини складається з ланцюжка дрібних подовжених (до 100 нм) призматичних кристалів цього мінералу, оточених білком конхіаліном. У тканинах немовляти частина фосфатів аморфна, частина кристалізована, а білкова частка кісток становить понад 30%, тому й кістки у молодому віці досить м'які та гнучкі. З віком кристалізація фосфатної частини збільшується й кістки стають крихкими. З кристалів апатиту в білковій речовині утворені емаль й дентин зубів. Апатит в організмі має певні кристалохімічні особливості - він збагачений вуглекислотою та водою, має менший відсотковий вміст фосфорного ангідриду.

Антропогенні мінерали

Антропогенні мінерали утворюються під час хімічних реакцій у шлаках шахтних териконів, шламових хвостах гірничо-збагачувальних комбінатів. [2] Агентом виступає вода. Такі мінерали увійшли до мінералогічних довідників як самостійні...