Изоморфизм — изменение химсостава при сохранении кристаллической структуры; замещение иона/группировки др. ионом/группой.
Виды:
Типы твердых растворов (по механизму): | Тип | Механизм | Пример | |---|---|---| | Замещения (1-го рода) | беспорядочное замещение в одной позиции | оливин, плагиоклазы; Fe²⁺→Zn²⁺ в сфалерите — марматит (Zn,Fe)S | | Внедрения (2-го рода) | интерстициальные, в пустоты структуры | берилл Be₃Al₂Si₆O₁₈: в каналы колец Si₆O₁₈ — K, Rb, Cs, H₂O | | Вычитания | дефектные структуры, вакансии; из-за ионов переменной валентности (Fe, Mn) | пирротин Fe₁₋ₓS, состав Fe₆S₇–Fe₁₁S₁₂: ПГУ атомов S, часть Fe³⁺ компенсирует недостаток Fe²⁺ |
По степени: полный (все промежуточные составы: оливин, плагиоклазы); ограниченный — сфалерит (Zn→Mn, Fe), галенит (Pb→Bi, Ag), флюорит (Ca²⁺→Y³⁺+F⁻), пироксены (диопсид–жадеит), щелочные ПШ (санидин–альбит).
Факторы:
Структурные формулы: изоморфные элементы одной позиции в круглых скобках через запятую (пироксены, амфиболы, ПШ). Пример — роговая обманка: (Ca,Na)₂(Mg,Fe²⁺)₄(Fe³⁺,Al)[(Si,Al)₄O₁₁]₂(OH)₂.
Накопление редких элементов: Ni из пирротина; REE из апатита (Th, Hf, Y, Zr, Ce); Ag из галенита; Y из флюорита.
Полиморфизм — вещества одного состава с разным типом кристаллической структуры; каждая модификация устойчива в интервале T и P; модификации = разные минеральные виды (греч. «поли» — много, «морфо» — форма).
| Тип перехода | Условие | Примеры |
|---|---|---|
| Энантиотропные (обратимые) | точка перехода < Tплав | α-сера (ромбич.) ↔︎ β-сера (монокл.); α-кварц (тригон.) ↔︎ β-кварц |
| Монотропные (необратимые) | точка перехода > Tплав | графит → алмаз; арагонит → кальцит (340°C) |
Причины коагуляции в природе:
Кислородный режим → тип руд: оксидные (гидрогётит, лимонит); карбонатные (сидерит); силикатные (железистые хлориты).
Морфологические типы (длина/ширина/толщина): | Тип | Разновидности | Примеры | |---|---|---| | Удлинённые | столбчатые, игольчатые, нитевидные | турмалин, берилл, хризотил-асбест, гипс-селенит (длина ≫ ширина) | | Изометричные | — | гранат, магнетит, сфалерит, пирит | | Уплощённые | таблитчатые, листоватые, тонкочешуйчатые | гематит, биотит, хлорит (толщина < ширины) | | Промежуточные | удлиненно-уплощенные; уплощенно-удлиненные | барит, гипс; кианит/дистен, сподумен |
Габитус (преобладание простых форм): октаэдрический — алмаз, магнетит; кубический — флюорит, пирит, галит; призматический — берилл, диопсид; дипирамидальный — циркон.
Связь со структурой: цепочечные/ленточные → удлиненные; слоистые → уплощенные; ПКУ → изометричны; гексагональная → уплощены или удлинены.
Габитус ↔︎ условия: кварц магматический — изометричный, низкотемпературный — удлиненный (призматический); касситерит короткопризматический/дипирамидальный — пегматиты и пневматолитовые процессы, удлиненно-призматический — гидротермальные.
Агрегаты: зернистые — крупно- (неск. см), средне- (неск. мм), мелко- (доли мм), тонкозернистые (до 10⁻⁵ м), скрытокристаллические (<10⁻⁶ м); равномерно-/неравномернозернистые; землистые (порошковатые, глинистые); шестоватые, волокнистые, пластинчатые, чешуйчатые. Прочие формы: друзы, конкреции, секреции, дендриты, оолиты, натеки и почковидные, налеты, выцветы, корочки.
Псевдоморфозы — несвойственная форма: лимонит по пириту (зона окисления сульфидных месторождений).
Типы: гомогенные (твердые, жидкие, газообразные) и гетерогенные; по времени — реликтовые, сингенетичные, эпигенетические.
| Форма воды | Связь со структурой | Удаление | Примеры |
|---|---|---|---|
| Конституционная | наиболее прочная; OH⁻ (реже H⁺, оксоний H₃O⁺) | разрушение структуры 300–1000°C | топаз Al₂SiO₄₂, гиббсит Al(OH)₃; ряд гематит → гидрогематит → гётит |
| Кристаллизационная: кристаллогидратная | менее прочная, входит в структуру | 100–300°C | гипс CaSO₄·2H₂O; «ангидрит–алебастр–гипс», «тенардит–мирабилит» |
| Кристаллизационная: цеолитная | в полостях структуры, слабая остаточная | прокаливание 300–400°C; обратимо поглощается без разрушения структуры; количество постоянно для каждого цеолита | цеолиты — молекулярные сита, ионообменники (очистка воды) |
| Адсорбционная | наименее прочная | 100–110°C | поровая — опал, халцедон; межслоевая — глины; жидкие/газово-жидкие включения |
Методы: термический анализ; ИК-спектроскопия; ЯМР; изотопный анализ (протий, дейтерий).
Классы (г/см³): легкие <2,9; тяжелые 2,9–5,0; очень тяжелые >6. Диапазон 1,0–22,7; большинство 2,5–3,5 → плотность земной коры 2,7–2,8. Плотность ↑ с компактностью структуры и атомным номером элементов.
Полиморфы: графит 2,2 vs алмаз 3,5; кальцит 2,6–2,8 vs арагонит 2,9–3,0 (более плотная упаковка у алмаза/арагонита).
Аддитивность в изоморфных рядах: оливин — форстерит 3,2 → фаялит 4,35; альбит 2,61 → анортит 2,75.
Зависимости: ионный радиус компенсирует атомный вес — KCl 1,98 < NaCl 2,17 (атомный вес K в 1,7× больше Na, но R K⁺ 1,33 Å > Na⁺ 0,98 Å, ↑ объема); ↑ координационного числа → ↓ объема → ↑ плотности; по В.С. Соболеву ↓ валентности катиона (↑ валентности аниона) → ↑ плотности. Пределы: <1 (лед, орг. минералы) … 23,0 (группа осмистого иридия).
Значения (г/см³): янтарь, битумы 1,0–1,1; галит NaCl 2,1–2,5; гипс 2,3; кварц SiO₂ 2,65; алмаз 3,51; корунд Al₂O₃ 4,0; сидерит FeCO₃ 3,9; сфалерит ZnS 4,0; барит BaSO₄ 4,3–4,7 (греч. «барос» — тяжесть); магнетит FeFe₂O₄ 4,9–5,2; пирит FeS₂ 5,0; гематит Fe₂O₃ 5,0–5,2; англезит PbSO₄ 6,4; церуссит PbCO₃ 6,5; касситерит SnO₂ 7,0; галенит PbS 7,5; киноварь HgS 8,0; уранинит UO₂ 8–10. Самородные: Cu 8,9; Bi 9,7; Ag 10–11; Au 15–19; Pt 14–20; Ir/осмистый иридий 17–23. Тяжелые металлы (низ таблицы Менделеева) — 3,6–9.
Методы: 1) вытеснение жидкости (взвешивание + объем вытесненной воды); 2) потеря веса в воде (абс. вес / потеря веса); мелкие зерна — пикнометр, тяжелые жидкости, весы Вестфаля. Колебания плотности: изоморфизм, микровключения, газовые/жидкие пузырьки.
Применение: гравитационное обогащение — отделение нерудных (кварц, кальцит, барит) от рудных (галенит, сфалерит, касситерит) → концентраты.
Твёрдость — сопротивление воздействию более прочного тела; отражает прочность хим. связей, зависит от типа связей. Шкала Мооса (1824): каждый эталон царапает предыдущий.
| Подручные эталоны | H | Подручные эталоны | H | |
|---|---|---|---|---|
| ноготь | 2,5 | стекло | 5–5,5 | |
| медная монета | 3 | стальной нож | 5,5 | |
| напильник | 7 |
Правила: измерять на грани/свежей ровной поверхности (на агрегате — занижена); анизотропия — у дистена (кианита): вдоль удлинения 4,5, поперек 7.
Спайность — раскалывание параллельно определенным кристаллографическим плоскостям (параллельны фактическим/возможным граням) с блестящими поверхностями; главный диагностический признак.
| Степень | Поведение | Примеры |
|---|---|---|
| Весьма совершенная | тончайшие пластинки, зеркальная поверхность | слюда, гипс |
| Совершенная | ровные поверхности, излом крайне редко | кальцит, галит, галенит |
| Средняя | ровные + неровные поверхности излома | полевые шпаты, роговая обманка |
| Несовершенная | ровные редки, в основном неправильный излом | берилл, апатит |
| Весьма несовершенная | ровных практически нет | кварц, касситерит |
Направлений спайности: 1 (гипс, слюда), 2, 3 (галит, галенит), 4, 6 (флюорит).
Изломы: ровный; ступенчатый (ПШ); неровный (апатит, касситерит); занозистый (актинолит, тремолит); крючковатый (самородные Au, Ag, Pt); раковистый (кварц — диагностический признак).
Отдельность — раскалывание по плоскостям фазовой неоднородности: плоскости срастания двойников, ориентированные микровключения. Корунд — отдельность по включениям мусковита.
Другие свойства: хрупкость — сера (диагностический признак блеклых руд); ковкость (расплющивание) — самородные Au, Cu, Ag; гибкость — молибденит, хлорит, тальк; упругость (восстановление формы) — только слюда.
Магнитные свойства: большинство не магнитны (ПШ, кальцит, кварц); слабо магнитные (приобретают магнитность в электрическом поле) — оксиды железа, ильменит, железистый сфалерит; магнитные — магнетит FeFe₂O₄, слабее пирротин Fe₁₋ₓS, самородное железо Fe.