Билеты 18–23: систематика, самородные, алмаз/графит, сульфиды

18. Систематика минералов, типы соединений, их распространенность

• Классификации: генетическая; технологическая (растворимость, магнитность и др.); геммологическая (драгоценные/поделочные); химическая.
• Классы: самородные элементы; сульфиды и аналоги; оксиды и гидроксиды; галогениды; карбонаты; бораты; силикаты; сульфаты; молибдаты, вольфраматы; фосфаты, арсенаты, ванадаты; нитраты.
• Соли кислородных кислот в один класс → 5 типов: простые вещества; сульфиды и аналоги; оксиды и гидроксиды; галогениды; соли кислородосодержащих кислот.
• Подклассы (структура): координационные; островные; цепочечные; слоистые (ленточные); каркасные.
• Деление: простые → металлы/неметаллы; сульфиды и аналоги → сульфиды, теллуриды, арсениды; оксиды → простые/сложные; соли → по анионному составу.
• Элементы коры: O 49,4%; Si 27,6%; Al 7,45%; Fe 5%; C 0,15%.
• Распространённость классов (убыв.): силикаты (+алюмосиликаты) → карбонаты → оксиды → гидроксиды → сульфиды → сульфаты → галоиды → фосфаты → вольфраматы → самородные.

19. Самородные минералы, их характеристика. Представители

• Группы Гольдшмидта (сродство элементов, особенно к S и O): сидерофильные, халькофильные, литофильные, атмофильные; сидерофильные часто самородные.
• ~80 самородных элементов (гл. обр. металлы), большинство редки; >~30 элементов в составе. Масса — чуть >0,1% коры. Чаще всего: Pt, Au, Ag.
• Благородные (инертные, почти только самородные): благородные газы и металлы (Pt, Au, Os, Ir); самородные также Ag, Cu. Самородное Fe и сплавы с Ni (реже Co) — гл. обр. метеориты.
• Самородные металлы часто = сплавы (ограниченная/полная изоморфная смесимость).
• Ряд напряжений (нормальный электродный потенциал): K, Ca, Na, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt, Au. Самородными обычны металлы после H: Cu, Hg, Ag, Pt (и платиноиды), Au; Fe, Ni редки (космос); Pb, Sn, Zn крайне редки (особые условия); левее Zn, кроме Al, нет; Zn, Al защищает оксидная плёнка.
• Неметаллы: сера, углерод; реже полуметаллы As, Sb, Bi.
• Полиморфизм: сера (α, β); углерод (алмаз, графит); Fe (α, β). Твёрдые растворы Au–Ag, Pt–Fe = природные сплавы; много искусственных интерметаллидов.
• Генезис: гл. обр. эндогенный; графит — метаморфический, сера — биохимический; Pt, Fe группы — ультраосновные/основные магматические породы; Au — типично гидротермальный.

Золото Au

• Примеси: Ag до 50%, Cu, Fe и др.; в россыпях при удалении от коренных м-й примеси ↓, пробность ↑; экзогенное беднее. Электрум (Au, Ag) ≥50% Ag.
• Кристаллы редки; зёрна, листочки, пластинки, чешуйки, дендриты, проволочки; самородки до 70 кг.
• Д: цвет, малая твёрдость, хим. стойкость, отсутствие продуктов окисления.
• Г: тонкодисперсное (непромышл.) широко в магм./осад./метаморф. породах; типично гидротермальное в кварцевых жилах. Асс.: арсенопирит, пирротин, халькопирит, галенит, блеклые руды; россыпи: кварц, магнетит, касситерит, платина; метаморфиз. песчаники: Au, халькопирит, пирротин, пирит, хлорит.
• З: ювелирное, медицина, приборы, реактивы; добыча ~1000 т/год; пром. содержания: коренные ≥4–5 г/т, россыпные ≥0,1 г/т; запасы/добыча приблизительны.

Медь Cu

• Примесей почти нет; иногда Ag 3–4 до 8%, Au 2–3%, As, Fe; экзогенная особо чистая.
• Кристаллы (куб./кубооктаэдр.) редки; вкрапленники, дендриты, ветвистые формы, тонкозернистые порошковатые выделения.
• Д: красный цвет свежей поверхности, ковкость, зелёные (малахит) и голубые (азурит) вторичные продукты.
• Г: зона окисления сульфидных м-й — малахит, оксиды Cu, халькопирит, халькозин, борнит, лимонит; низкотемпературный гидротермальный — кварц, цеолиты, кальцит. На поверхности быстро окисляется.
• З: электротехника, машиностроение, приборостроение, судостроение; сплавы: Sn → бронза, Zn → латунь, Ni → мельхиор.

Серебро и платина (общие поля)

• Примеси Ag: Cu, Au, Pt, Pd, Ni, Fe, Zn, Pb, Sn, Sb, As, S, Se, Te. Примеси Pt: Pd, Rh, Ir, Os, Au, Ag, Cu, Fe, Ni, Co, W, Mo, V, Cr, Ti, Zr, Nb, Ta, Hf, Th, U, Pb, Sn, Sb, As, Se, Te, S, Si, C, N, O, H (в источнике — полный перечень элементов ПС вплоть до Og, включая инертные газы).
• Морфология: зёрна, чешуйки, проволочки, дендриты; кристаллы: Ag — куб./кубооктаэдр., Pt — гексагональные.
• Д (обеих): цвет, ковкость, высокая электропроводность, хим. стойкость.
• Г (обеих): гидротермальное — кварц, сера, халькопирит, пирит, галенит, арсенопирит, платина, платиноиды; россыпи: Au (Pt — Au, Cu), магнетит, касситерит, кварц.
• З: Ag — ювелирное, зеркала, медицина, фотография, электроника; Pt — ювелирное, катализаторы, медицина, электроника, хим. промышленность.

Сера S

• Примеси: Fe, Cu, Zn, Pb, Ag, Au, Pt, Pd, Rh, Ir, Os, Ru, Re, W, Mo, V, Cr, Mn, Co, Ni, Ga, Ge, As, Se, Te, I, Br, Cl, F, O, N, C, Si, Al, Mg, Ca, Na, K, Li, Be, B, H (в источнике — полный перечень элементов ПС вплоть до Og, включая инертные газы).
• Морфология: зёрна, чешуйки, проволочки, дендриты, кристаллы ромбического габитуса.
• Д: цвет, хрупкость, низкая электропроводность, хим. стойкость.

20. Алмаз и графит, их сравнительная характеристика

Алмаз (С) — др.-греч. «адамас» = непобедимый.

• Примеси: незначит. азот, бор. Кристаллы: октаэдры, ромбододекаэдры, реже кубы; часто округлые, с мутной/окрашенной оболочкой (включения).
• Разновидности: борт — светлоокрашенные сростки/агрегаты (непригодны для огранки); карбонадо — пористые чёрные сростки (включения графита и др.), плотный, без видимой спайности; баллас — шарообразный борт, радиально-лучистые агрегаты.
• Размеры небольшие; 5–10 карат редки (1 карат = 0,2 г); сотни–тысячи карат крайне редки: «Куллинан» 3025, «Орлов» 199,6.
• Хрупок, прозрачен. Д: высокая твёрдость, сильный блеск, высокое светопреломление.
• Г: ультраосновные щелочные породы (кимберлиты); асс.: пироп, ильменит, оливин, флогопит, серпентин, магнетит; метеориты, импактиты, гнейсы; устойчив на поверхности → россыпи.
• З: драгоценный камень 1 класса, абразивный и шлифующий материал; огранённый — бриллиант.

Графит (С) — греч. «графа» = пишу.

• Примеси (никогда не чист): H, N, CO₂, CO, CH₄, вода, орг. вещества. Слоистая структура: С–С в слое 1,42 Å, между слоями 3,44 Å → весьма совершенная спайность.
• Морфология: пластинчатые кристаллы; чешуйчатые, пластинчатые агрегаты, округлые выделения, радиально-лучистые, пылевидные частицы.
• Г: метаморфический (кристаллические сланцы, гнейсы, мраморы) — за счёт орг. остатков осадочных пород и разложения карбонатов; магматический в изверженных породах; пневматолитовый в кварцевых и пегматитовых жилах; акцессорный минерал метеоритов. На поверхности легко истирается, вовлекается в круговорот живого вещества.
• З: карандаши; смазки (электротехнич., резиновая пром.); замедлитель и отражатель нейтронов в атомной промышленности.

21. Сульфиды и их аналоги, общая характеристика

• Состав: соединения металлов с S (сульфиды), Se (селениды), Te (теллуриды), As (арсениды), Sb (антимониды), Bi (висмутиды) — анионы; + анионы из элементов V и VI групп ПС → сульфоарсениды (кобальтин CoAsS, арсенопирит FeAsS) и сульфосоли.
• Анионы: одиночные S²⁻, As³⁻ (моносульфиды); комплексные [S₂]²⁻ («гантель»), [AsS]³⁻ (дисульфиды); радикалы [AsS₃]³⁻ (сульфосоли).
• Катионы: Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pb, Ag, Hg, Mo, As, Sb; главное — Fe; Cd, In, Ga, Tl — преимущественно рассеяны (изоморфные примеси), редко собственные виды.
• Изоморфизм (изо-/гетеровалентный, катионы и анионы): сфалерит ZnS — Zn²⁺=Fe²⁺, Mn²⁺; 2Zn²⁺=Ag⁺+Ga³⁺; 2Zn²⁺=Cu⁺+Fe³⁺. Галенит PbS — 2Pb²⁺=Ag⁺+Sb³⁺(Bi³⁺); ограниченное S²⁻=Se²⁻. Блеклые руды — [(As₁₋ₙSbₙ)S₃]³⁻, As³⁺=Sb³⁺.
• Полиморфизм: ZnS — сфалерит (куб.)/вюртцит (гексагон.); FeS₂ — пирит (куб.)/марказит (ромб.); HgS — киноварь (тригон.)/метациннабарит (куб.); Fe₁₋ₓS — пирротин (гексагон./монокл.).
• Связь: ковалентная (донорно-акцепторная) + вклад металлической и ван-дер-ваальсовой; изо-/гетеродесмичность → структуры координационные, островные, цепочечные, слоистые, каркасные.
• Свойства: ковалентно-металл. → металлический блеск, высокая электропроводность, полупроводниковые свойства, цвет серый/желтоватый/бронзово-жёлтый. Тв.: слоистые/цепочечные 1–2,5; координационные моносульфиды 2–4; дисульфиды 6–6,5 (рост ковалентности). Существенно ковалентные моносульфиды (сфалерит, киноварь, аурипигмент, реальгар): алмазный блеск, полупрозрачность, яркие окраски, низкая/умеренная твёрдость.
• Морфология: сплошные кристаллически-зернистые массы, вкрапленники, кристаллы. Цепочечные — удлинённо-призматические до тонкоигольчатых, совершенная спайность по удлинению (антимонит); слоистые — уплощённо-таблитчатые, весьма совершенная спайность в 1 направлении (молибденит, аурипигмент).
• Генезис: гл. обр. гидротермальный; также магматический, скарны; гипергенные — зона вторичного сульфидного обогащения, осадочные породы; НЕ характерны для метаморфических процессов; метеориты, лунный грунт. На поверхности (кроме киновари) легко окисляются → сульфаты → вторичные: окислы, карбонаты, сульфаты, силикаты, самородные металлы.
• Структурные типы (источник): координационные — галенит PbS (куб.), киноварь HgS (тригон.), сфалерит ZnS (куб.); островные — пирит FeS₂ (куб.), марказит FeS₂ (ромб.); цепочечные — халькопирит CuFeS₂ (тетрагон.), арсенопирит FeAsS (ромб.; по билету 23 — монокл.).
• Численность: >250 видов; в коре ≤0,15%; широко распространены ~20; пирит + пирротин — ~4/5 всех сульфидов; ~200 редких.
• З: сырьё для цветных, благородных, редких металлов; интерес к электрофизическим и оптическим свойствам — выращивают монокристаллы-полупроводники.

22. Слоистые сульфиды, свойства, представители

Аурипигмент As₂S₃ (лат. aurum = золото; золотая краска)

• Моноклинная. Кристаллы (крупные редки): столбчатые, короткопризматические, крупнотаблитчатые (обычно искривлённые грани), реже игольчатые; агрегаты листоватые, чешуйчатые, зернисто-слюдоподобные.
• Цвет лимонно-жёлтый до золотисто-жёлтого (на свежем сколе яркий); черта светло-жёлтая; блеск алмазный до металлического, на плоскостях спайности — сильный перламутровый.
• Спайность весьма совершенная в 1 направлении; листочки гибкие, неупругие; излом ступенчатый (раковистый); тв. 1,5–2, мягкий, вязкий, режется ножом; плотность 3,5; серный запах, усиливается при нагревании.
• На свету «выцветает», окисляется с поверхности → арсенолит As₂O₃.
• Г: низкотемпературный гидротермальный; с реальгаром, киноварью, антимонитом в глинах, гидротермально изменённых глинистых мергелях и сланцах, рудных жилах; продукт низкотемпературного изменения мышьяксодержащих минералов, фумарольная деятельность.

Молибденит MoS₂

• Мягкий свинцово-серый, жирный блеск; тв. 1; пачкает руки; черта чёрная с голубоватым оттенком; гибок, не эластичен.
• Кристаллы таблитчатые; чаще чешуйчатые/листоватые агрегаты, вкрапления в кварце.
• Г: граниты, кварцевые жилы, грейзены, иногда пегматиты; в гидротермальном процессе осаждается из глубинных горячих вод.
• З: главное сырьё для Mo (обогащение флотацией), попутно Re, Se; полупроводник — детекторы в радиотехнике; компонент смазок (пары трения в вакууме), в авто — герметичные узлы (ШРУСы): в негерметичных от воды и O₂ → абразивный оксид молибдена.

23. Дисульфиды и их аналоги

Пирит — греч. «пир» = огонь (искры при ударе). Примеси: Co, Ni, As (изоморфные).

• Д: от халькопирита и пирротина — форма кристаллов и высокая твёрдость; от марказита — форма выделения.
• Г: гидротермальный (колчеданные залежи); магматический, осадочный, метаморфический. Окисляется → сульфаты и гидроксиды Fe.
• З: основное сырьё для серной кислоты; редко извлекают Ni, Co.

Марказит — примеси As, Tl, Sb, Ni, Co (изоморфные).

• Д: от пирита — только форма выделения.
• Г: в основном экзогенный, иногда низкотемпературный гидротермальный; значительно реже пирита; осадочный, зоны окисления сульфидных м-й, часто в угленосных породах; окисляется легче пирита.
• З: с пиритом — сырьё для серной кислоты; иногда источник Tl.

Арсенопирит — примеси Co, Ni, Sb, Se (изоморфные).

• Д: оловянно-белый цвет, высокая твёрдость; «чесночный» запах при истирании.
• Г: высокотемпературные гидротермальные жилы — кварц, касситерит, вольфрамит; в скарнах. Окисляется → скородит Fe[AsO₄]·2H₂O и гидроксиды Fe (их смеси).
• З: основной источник As; иногда попутно Co. Сюда же — кобальтин CoAsS (дисульфид).