Самородные элементы и сульфиды (вопросы 18–23)

Факты — в KB/03.md, Q&A — в KB/00-exam.md. Здесь — логика класса и связи. Вопросы билета: 18–23.

18. Систематика минералов (Q18)

Минералогия пользуется несколькими классификациями: генетической (по происхождению), технологической (растворимость, магнитность — для обогащения), геммологической (драгоценные/поделочные) и химической — основной.

Химическая классификация делиит всё на 5 типов соединений:

  1. простые вещества (самородные);
  2. сульфиды и аналоги (S, Se, Te, As, Sb, Bi как анионы);
  3. оксиды и гидроксиды;
  4. галогениды;
  5. соли кислородсодержащих кислот (карбонаты, сульфаты, фосфаты, бораты, вольфраматы, силикаты...).

Внутри типов — подклассы по структуре: координационные, островные, цепочечные, слоистые, каркасные. Смотри: классификация структуры из кристаллографии (мотивы, Q5) встроена прямо в систематику. Это не случайно — систематика минералов = химия × структура.

Контекст распространённости: кора состоит из O (49,4%) и Si (27,6%) + Al (7,45%) + Fe (5%). Отсюда порядок классов по массе: силикаты ≫ карбонаты > оксиды > ... > самородные (0,1%). Поэтому курс систематики — это прежде всего курс силикатов (Q35–49 — половина билетов).

19. Самородные элементы (Q19)

~80 элементов встречаются самородными, но масса класса — 0,1% коры. Логика самородности — инертность:

Ключевой факт: самородные металлы — часто природные сплавы (твёрдые растворы по изоморфизму Q8): Au–Ag (электрум при ≥50% Ag), Pt–Fe.

Представители (одна строка на каждого — это база диагностики):

Минерал Тв. Диагностика Генезис
Золото Au 3 золотистый цвет, жёлтая черта, ковкость, инертность гидротермальный (кварцевые жилы) → россыпи
Медь Cu 2,5–3 медно-красная свежая поверхность; вторичные зелёно-голубые корки (малахит/азурит) зона окисления сульфидов, низкотемпературные гидротермы
Серебро Ag 2,5–3 серебристо-белый; чернеет (Ag₂S от H₂S) гидротермальный, зоны окисления
Платина Pt 4–4,5 серебристо-белый, тяжелее и твёрже Ag ультраосновные магматические породы → россыпи
Сера S 1,5–2 жёлтая, хрупкая, стеклянный блеск, островная (кольца S₈) биохимическая (серноносные толщи), вулканическая

Нюансы, которые ценят на экзамене:

20. Алмаз и графит (Q20)

Классический полиморфный паспорт (и главный пример «структура → свойства»):

Алмаз Графит
Структура координационная, sp³-тетраэдры слоистая, sp²-слои + ВдВ
Сингония кубическая гексагональная
Твёрдость 10 1
Спайность совершенная весьма совершенная
Плотность 3,51 2,2
Блеск алмазный металлический, пачкает
Генезис магматический (кимберлиты) метаморфический

Объяснение через структуру смотри в 01-Кристаллография.md (Q5–6) и 02-... (Q9). Здесь добавь прикладное:

21. Сульфиды и аналоги: общий портрет класса (Q21)

Состав: металлы + анионы из S/Se/Te/As/Sb/Bi. Разнообразие анионных форм — фирменная черта класса:

Свойства объясняются ковалентно-металлической связью: металлический блеск, электропроводность/полупроводниковость, серо-жёлто-бронзовые цвета. И твёрдость выстраивается по мотиву (это сквозная мысль курса):

Существенно ковалентные моносульфиды (сфалерит, киноварь, аурипигмент, реальгар) — особая ветка: алмазный блеск, полупрозрачность, яркие окраски (киноварь — алый!) — не «типично рудный» вид.

Числа: >250 видов, но ~4/5 массы всех сульфидов — пирит + пирротин. В коре всего 0,15% S — но вся цветная металлургия стоит на этом классе (Cu, Pb, Zn, Ni, Co, Hg, Mo, Ag).

Генезис — прежде всего гидротермальный; также магматический (ликвация сульфидов — Cu-Ni руды), скарновый, осадочный (чёрные сланцы, марказит в угленосных толщах). Метаморфизм сульфидам не характерен (легко перераспределяются/улетучивается S). На поверхности почти все окисляются: сульфид → сульфат (химия пирита: 2FeS₂ + 7O₂ + 2H₂O → 2FeSO₄ + 2H₂SO₄) → вторичные карбонаты/оксиды/самородные металлы. Это запускает зону окисления и вторичное сульфидное обогащение — подробности в разделе III.

Изоморфизм и полиморфизм класса: сфалерит вмещает Fe²⁺, Mn²⁺, Cd, In, Ga (гетеровалентно 2Zn²⁺=Ag⁺+Ga³⁺); галенит — 2Pb²⁺=Ag⁺+Sb³⁺ (отсюда Ag в галените); полиморфные пары ZnS (сфалерит/вюртцит), FeS₂ (пирит/марказит), HgS (киноварь/метациннабарит).

22. Слоистые сульфиды (Q22)

Оба представителя — «мягкие сульфиды» со слоистым мотивом (ВдВ-швы между слоями → спайность, мягкость, чешуйчатость):

Аурипигмент As₂S₃ («золотая краска»):

Молибденит MoS₂:

23. Дисульфиды и их аналоги (Q23)

Пирит FeS₂ Марказит FeS₂ Арсенопирит FeAsS
Сингония кубическая ромбическая моноклинная
Твёрдость 6–6,5 5,5–6 5,5–6
Спайность нет нет средняя по призме
Цвет соломенно-жёлтый латунно-жёлтый оловянно-белый
Морфология кубы со взаимно перпендикулярной штриховкой гребёнчатые, почковидные, конкреции призматические кристаллы, лучистые агрегаты
Генезис широкий: гидротермы (колчеданные залежи), магма, осадок, метаморфизм экзогенный (осадочный, угленосные толщи, зоны окисления), низкотемпературные гидротермы высокотемпературные гидротермы (кварц, касситерит, вольфрамит), скарны

Диагностические стержни:

Логика тройки: один и тот же состав FeS₂ — и разная сингония (полиморфизм Q9), разная морфология, разные генетические диапазоны. Дисульфиды — эталон того, как полиморфизм работает как генетический индикатор.

Связи с общей картиной