Klasyfikacja i oznaczanie minerałów na podstawie ich właściwośći

Klasyfikacja minerałów

Wiedza o budowie minerałów doprowadziła do stworzenia systemu klasyfikacyjnego opartego na składzie chemicznym i budowie wewnętrznej

Klasyfikacja minerałów według H. Strunza

1. Pierwiastki rodzime

2. Siarczki, Selenki, Tellurki, Arsenki, Antymonki i Bizmutki

3. Halogenki

4. Tlenki i Wodorotlenki

5. Azotany, Węglany i Borany

6. Siarczany, Chromiany, Molibdeniany i Wolframiany

7. Fosforany, Arseniany i Wanadany

8. Krzemiany

9. Substancje organiczne

Minerały oznaczamy na podstawie ich właściwości:

Þ Twardości

Þ Barwy

Þ Rysy

Þ Przezroczystości

Þ Połysku

Þ Łupliwości

Þ Innych właściwości optycznych

Twardość- jest to opór, jaki stawia minerał rysującemu go ostrzu

Zależy od:

- wielkości tworzących minerały atomów i jonów (minerały o mniejszych atomach i jonach są twardsze od minerałów, których atomy i jony są większe)

- wiązań między atomami

- łupliwości (twardość jest najmniejsza w kierunkach równoległych a największa w kierunku prostopadłym)

Metody oznaczania twardości

Skala Mohsa

Obejmuje 10 minerałów wzorcowych o białej rysie ułożonych według wzrastającej twardości.

Metoda Rosivala

Oparta na pomiarach odporności na szlifowanie. Stosowana głównie przy badaniach metali i w przemyśle ceramicznym.

Metoda polegająca na wciskaniu diamentowego ostrza

Stosowana głównie przy badaniach metali i w przemyśle ceramicznym.

Bezwzględna i względna twardość minerałów i ilościowy udział minerałów o różnej twardości

Oznaczanie twardości metodą Mosha

1. zarysować ostrym narożem minerałem wzorcowym ze skali minerał badany

2. zarysować minerał wzorcowy narożem minerału badanego

Þ minerały zarysowujemy narożami próbek, gdyż są one stosunkowo najtwardsze

Þ przy zarysowaniu minerałów nie należy używać dużo siły, trzeba pamiętać, aby naroże, którym rysujemy, było ostre

3. powstałą na minerale rysę należy przetrzeć i obejrzeć pod lupą

Twardość badanego minerału jest taka sama, jak minerału ze skali, gdy minerały te zarysowują się wzajemnie.

Jeżeli badany minerał zarysowuje wzorcowy, którym nie można go zarysować, oznacza to, że badany minerał jest twardszy i należy określić jego twardość za pomocą minerału wzorcowego następnego, wyższego stopniem.

Badanie twardości

♦ Twardość należy badać na świeżych i dostatecznie dużych próbkach minerałów

Skupienia minerałów lub minerały zwietrzałe mają zwykle mniejsza twardość niż pojedyncze kryształy tego samego minerału.

♦ Zarysowane powierzchnie powinny być gładkie

Łatwo popełnić błąd przy wyznaczaniu twardości minerałów spękanych i wskutek tego kruchych oraz minerałów występujących w skupieniach igiełkowych, w których pozorna zmiana twardości minerału może być spowodowana przez zmiany spoistości w jego skupieniach. Niektóre zwięzłe skupienia minerałów mają większą twardość niż ich pojedyncze kryształy. Na przykład, drobnoziarniste skupienia gipsu z trudnością można zarysować paznokciem, w przeciwieństwie do jego kryształów.

♦ Twardość określamy na różnych powierzchniach i w różnych kierunkach

Twardość jest własnością kierunkową i zależy od wewnętrznej struktury krystalicznej, niektóre kryształy mają różną twardość w różnych kierunkach np. twardość słupkowego kryształu cyanitu.

Przykład kryształu o różnej twardości w różnych kierunkach krystalograficznych

(kryształ cyjanitu)

Barwa

Duża część minerałów ma stałą, charakterystyczną dla nich barwę, a niektóre z nich zawdzięczają jej swoją nazwę, np. chloryt - zielony, azuryt - lazurowo niebieski, albit - biały.

Ze względu na przyczyny, które decydują o barwach podzielono minerały na 4 grupy:

1. Minerały Achromaryczne

2. Minerały Idiochromatyczne

3. Minerały Allochromatyczne

4. Minerały Pseudochromatyczne

Minerały achromatyczne

(bezbarwne)

doskonale przepuszczające światło, nie absorbujące w widzialnej części jego widma

np. kryształ górski, achronit, diament, goshenit

Minerały idiochromatyczne

o stałej i charakterystycznej dla nich barwie, związanej z obecnością w ich składzie określonych pierwiastków

np. z Cu związana jest niebieska barwa azurytu

z Mn - różowa barwa rodonitu

z U - żółta barwa autonitu

z Cr - pomarańczowa barwa krokoitu

z Fe - żółta barwa goethytu

z Co - różowa barwa erytrynu

Minerały allochromatyczne

(zabarwione)

Swe różne barwy zawdzięczają obecnośći domieszek innych, barwiących substancji, którymi mogą być śladowe nawet ilości innych pierwiastków czy wzrostki innych minerałów.

Przykładami mogą być różnobarwne odmiany kwarcu, halitu, berylu i in.

Zabarwienie minerałow może również wynikać z istnienia w nich tzw. centórw barwnych, będących konsekwencją wakansów niektórych atomów w sieciach krystalicznych minerałów, powodujących defekty tych sieci.

Np.: w przypadku kwarcu dymnego, ametystu, fluorytu, diamentu

Szczególnym rodzajem allochromatyzmu jest obecność w minerale zabarwiających go bardzo drobnych wrostków innych minerałów

Np.: wrostki chlorytu i hematytu w jaspisie

minerały allochromatyczne mają jeszcze inne własności, związane z cechami ich kryształów lub z budową wewnętrzną, polegającą na układaniu się ich barw w rżne desenie, pasma lub strefy. Niektóre minerały zmieniają swoje barwy przy zmianie oświetlenia

np. aleksandryt jest zielony w świetle dzinnym, a różowofioletowy w sztucznym

Są również minerały wielobarwne (pleochroiczne), których barwy zmieniają się w zależności od kierunku; widoczne to jest gdy patrzymy na taki minerały pod światło i obracamy je

Np.: kordieryt i tanzanit

Minerały pseudochromatyczne

(zabarwione pozornie)

Ich barwy są związane z załamaniem, odbiciem, dyfrakcją, dyspersją lub interferencją światła.

Płaszczyzny lub szczelinki łupliwości w minerałach zwłaszcza przezroczystych o szklistym połysku, mogą być źródłem szczególnej, barwnej migotliwości, zwanej iryzacją, spowodowanej przez dyfrakcję światła. Nalot iryzujący może również wystąpić na minerałach nieprzezroczystych o połysku metalicznym, jak chlkopiryt lub bronit, jeśli ich powierzchni ulegnie utlenieniu. W niektórych odpowiednio oszlifowanych minerałach może być widoczny tzw. asteryzm, czyli zjawisko świetle w postaci gwiazdy, przesuwającej się przy poruszeniu kamieniem. Spowodowane jest ono odbiciem światła od maleńkich wrostków, kierunkowo ułożonych wewnątrz kryształu. Od wrostków tych odbija się światło w postaci sześcioramiennej gwiazdy, widocznej na powierzchni kamienia o odpowiednim szlifie kaboszonowym. Niebieskawy połysk adularu jest wynikiem dyspersji światła na istniejących w nim warstewkach. Na opalach szlachetnych występuje wspaniała gra barw zwana opalescencją lub opalizacją. Spowodowana jest ona ugięciem, rozszczepieniem, interferencją światła na drobniutkich, ułożonych w uporządkowany sposób kuleczkach tworzącej opal krzemionki SiO2 zawierającej także niewielkie, zmienne ilości wody.

Określanie barw

Barwa minerału zależy od światła w którym jest oglądany

Ważne jest czy oglądamy minerał przy świetle naturalnym czy sztucznym.

Badana powierzchnia minerału musi być świeża

Wskutek wietrzenia powierzchnie niektórych minerałów mogą mieć barwy naleciałe, nawet całkowicie maskujące ich barwy prawdziwe.

Zmiany barwy również są spowodowane przez człowieka

Niektóre minerały zyskują w ten sposób nowe barwy lub bardziej efektowne, soczyste odcienie. Popularne jest sztuczne barwienie agatów farbami anilinowymi albo prażenie ametystów w celu uzyskania z nich żółto zabarwionych cytrynów, zwanych też topazami Madeira. Pod wpływem ogrzewania żółty karneol i tygrysie oko stają się czerwone, a zielony akwamaryn - niebieski. Ostatnio stwierdzono, że diament, korund i topaz zyskują żywszy odcień pod wpływem naświetlania promieniami radioaktywnymi lub ultrafioletowymi. W ten sposób z kryształu górskiego można też uzyskać kwarc dymny.

Rysa

Określenie czy minerał jest barwny czy zabarwiony

Badanie polega na analizie barwy proszku minerału powstałego po zarysowaniu jego powierzchni.

Potrzebny do analizy proszek uzyskujemy:

Þ zarysowując minerał ostrzem albo rozcierając go na nieszkliwionej płytce porcelanowej lub na odwrotnej stronie płytki ceramicznej

Þ pocierając minerałem o szorstką powierzchnię płytki lub zarysowywać go jej ostrą krawędzią.

Þ minerały twardsze muszą być rozcierane w moździerzu lub na płytce stalowej a dopiero potem przenoszone na płytkę porcelanową

¨ Rysa minerałów barwnych jest jaśniejsza niż barwa minerału

np.: żółta dla złota, czerwona dla cynobru

¨ Barwa rysy niektórych minerałów różni się od ich barwy

np.: szara galena - rysa jest czarna

czarny kasyteryt - rysa jest biała

¨ Minerały bezbarwne i zabarwione mają rysę białą lub jasnoszarą

¨ Barwa rysy zależy od tego, czy badany minerał ma formę kryształu czy występuje w zbitych, ziemistych masach

¨ Barwę rysy danego minerału należy określać na jego częściach, które nie zawierają domieszek innych minerałów.

Przezroczystość

Przezroczystość jest zdolnością minerałów do przepuszczenia światła

wyróżniamy pięć stopni przezroczystość:

☺ Minerały przezroczyste

☺ Minerały półprzezroczyste

☺ Minerały przeświecające

☺ Minerały przeświecające na krawędziach

☺ Minerały nieprzezroczyste

Przezroczystość płytek o tej samej grubości z następujących minerałów: kryształu górskiego (a), kwarcu (b), opalu (c) i jaspisu (d)

Minerały przezroczyste - to takie, przez które, nawet przy ich dość dużej grubości, można czytać litery.

Np. kalcyt, kryształ górski, topaz, diament

Minerały półprzezroczyste - tekst czytany przez nie jest niewyraźny.

Np. kwarc różowy, większość szmaragdów

Minerały przeświecające - światło przechodzi nawet grubsze warstewki tych minerałów, lecz nic przez nie nie widać.

Np. siarka, aurypigment, kwarc mleczny

Minerały przeświecające na krawędziach - nie przepuszczają światła, gdy występują w grubszych warstwach, natomiast w postaci sproszkowanej pod mikroskopem albo w postaci bardzo cienkich płytek stają się przeświecające do przezroczystych.

Np. amfibole, augit

Minerały nieprzezroczystenie przepuszczają - światła nawet w postaci proszku lub cienkich płytek

Np. magnetyt, piryt

Połysk

Zdolność minerałów do odbijania światła od ich powierzchni

Połysk należy badać w świetle dziennym na gładkiej, nie zwietrzałej i czystej powierzchni.

Zależy od:

♦ współczynnika załamania światła

Połysk jest silniejszy u minerałów o dużym współczynniku załamania światła.

♦ od rodzaju powierzchni

Połysk jest słabszy u minerałów mających szorstką powierzchnię

♦ absorpcji światła

Połysk jest słabszy u minerałów silnie pochłaniających światło.

Połysk nie zależy od barwy minerału

Wyróżniamy następujące rodzaje połysku:

Metaliczny - charakterystyczny dla większości minerałów nieprzezroczystych. Widać go najlepiej na świeżych, zgodnych z płaszczyznami łupliwości przełamach rodzimych metali ciężkich lub ich rud

np.: galena, magnetyt

Półmetaliczny - nieco słabszy od metalicznego; maja go minerały przezroczyste lub półprzezroczyste o współczynniku załamania światła 2,6 -3

Np.: cynber, kupryt

Diamentowy - bardzo silny, występuje jedynie u minerałów przezroczystych i przeświecających, o współczynniku załamania światła 1,92i większym; jest wynikiem całkowitego odbicia światła

Np.: cerusyt, cyrkon, diament

Szklisty - przypomina połysk szkła. Jest typowy dla minerałów przezroczystych o współczynniku załamania 1,3 -1,9

Np.: fluoryt, kwarc, korund

Tłusty - przypomina połysk natłuszczonego papieru. Występuje u minerałów mających liczne mikroskopowe wrostki

Np.: opal, kordieryt

Perłowy - typowy dla przezroczystych lub półprzezroczystych minerałów o doskonałej łupliwości

Np.: gips, muskowit, stilbit

Jedwabisty - jest charakterystyczny dla minerałów o budowie włóknistej

Np.: azbest, krokidolit

Matowy - typowy dla minerałów występujących w skupieniach ziemistych

Np.: kaolinit, piroluzyt

Łupliwość

Jest to zdolność minerałów do łatwego pękania wzdłuż pewnych kierunków pod wpływem nacisku lub uderzenia.

Łupliwość zależy od wewnętrznej budowy kryształów i jest stała dla danego minerału.

Kryształy pękają zawsze wzdłuż najsłabiej związanych ze sobą płaszczyzn, czyli takich, których siły wiążące tworzące kryształ cząsteczki są najsłabsze.

Łupliwość minerałów:

" niektóre rozłupują się na określone bryły geometryczne, ograniczone ze wszystkich stron płaszczyznami łupliwości

" niektóre mają dobrą łupliwość wzdłuż wszystkich płaszczyzn łupliwości

" niektóre rozłupują się dobrze tylko wzdłuż pewnych płaszczyzn

Przykłady łupliwości (a) i przełamu (b) minerałów

Rodzaje łupliwości:

Doskonała - gdy minerał łatwo rozłupać na cienkie równoległe blaszki, płaszczyzna łupliwości ma połysk perłowy

Np. grafit, gips, chloryt, muskowit

Bardzo dobra lub wyraźna - gdy bryłki rozłupanego minerału, mające nawet małe rozmiary, zawsze zachowuje swój kształt

Np. sześcianu - galena, halit

romboedru - kalcyt

Dobra - gdy płaszczyzny łupliwości są wyraźne i nie zawsze całkiem gładkie, płaszczyzna łupliwości ma połysk szklisty

Np. skalenie, amfibole, pirokseny

Niewyraźna - gdy powierzchnie płaszczyzn łupliwości nie są gładkie

Np. siarka, apatyt, kasyteryt

Zła - gdy minerałowi całkowicie brak łupliwości

Np. kwarc, opal

Przykłady łupliwości charakterystycznej

dla muskowitu (a), galeny (b) i kalcytu (c)

Przełam

Minerały pozbawione łupliwości pękają zwdłuż nierównych powierzchni zwanych przełamem

W zalezności od powierzchni wyróżniamy następujące rodzaje przełamu:

muszlowy np. kwarc, opal

nierówny np. arsenopiryt, piryt

haczykowaty np. srebro, złoto

zadziorowaty np. nefryt, granat

ziemisty np. aluminit, kaolinit

Inne właściwości optyczne

Współczynnik załamania światła minerałów

Optyczna izotropia lub anizotropia minerałów

Przyrządy do badania współczynnika załamania światła i izotropii lub anizotropii minerałów:

* mikroskop polaryzacyjny

* mikroskop z dwoma filtrami polaryzacyjnymi

Przygotowanie próbki do badania współczynnika załamania światła i izotropii lub anizotropii minerałów

Na twardej płytce lub w moździerzu z agatu rozkruszamy niewielką ilość minerału

nieco otrzymanego w ten sposób proszku unosimy mokrym pędzelkiem, umieszczamy w kropli wody na szkiełku podstawowym i przykrywamy szkiełkiem nakrywkowym

przy badaniu współczynnika załamania światła zamiast wody wykorzystuje się tez inne ciecze imersyjne, których współczynnik załamania światła powinien być zbliżony do przypuszczalnej jego wartości u minerału.

Izotropia i anizotropia

Obserwujemy pod mikroskopem barwę minerału, która zależy od absorpcji światła przez minerał

Minerały izotropowe

Światło rozchodzi się we wszystkich kierunkach z jednakową prędkością i absorpcja światła jest również taka sama we wszystkich kierunkach. Ziarna minerałów izotropowych w związku z tym mają zawsze tą samą barwę, niezależnie od ich położenia.

Minerały anizotropowe

Absorpcja światła zależy od kierunku krystalograficznych. W skutek tego pochodzące z jednej próbki ziarna minerałów mogą mieć różną barwę w zależności od tego, w jakim kierunku przechodzi przez światło.

Izotropia i anizotropia

U większości minerałów zmianę barwy nie można dostrzec gołym okiem dlatego badania te przeprowadza się pod mikroskopem. W tym celu pod kondensorem mikroskopu należy umieścić jeden filtr polaryzacyjny, a powyżej okularu drugi, ustawiając go w ten sposób, aby pole widzenia było możliwie najciemniejsze. Jeżeli okruchy w polu widzenia są ciemne, oznacza to, że minerał jest bezpostaciowy. Jeśli część okruchów lśni na ciemnym polu, minerał jest anizotropowy optycznie.

Współczynnik załamania światła

Tubus mikroskopu ustawiamy w możliwie najniższym położeniu. Przesuwając go do góry można zauważyć, że wzdłuż granicy ziarn minerału pojawi się jasna smuga świetlna zwana linią Beckego. Podczas ruchu tubusa smuga ta przesuwa się w kierunku ciała o większym współczynniku załamania światła.

Jeżeli badany minerał ma współczynnik załamania światła większy niż ciecz imersyjna, jasna smuga w pewnym momencie zaniknie, a wewnątrz ziarn minerału pojawi się jasny punkt.

Jeżeli minerał zawiera w sobie kropelki cieczy o mniejszym współczynniku załamania światła niż ciecz imersyjna, to podczas podnoszenia tubusa jasna smuga umiejscowi się na tych kropelkach. Podobny efekt występuje, gdy minerał ma współczynnik załamania światła mniejszy niż ciecz imersyjna, lecz wówczas podczas podnoszenia tubusa linia Beckego przesuwa się w odwrotnym kierunku.

Linie Beckego w minerałach o współczynniku załamania światła większym (a) i mniejszym (b) niż współczynnik cieczy imersyjnej.

---