Свойства камней и минералов

Свойства камней и минералов

Блеск

Блеск – физическое свойство минералов, характеризующее качественную оценку отраженного минералом света. Основывается данный признак на том, что ряд непрозрачных минералов, сильно отражая свет, имеют металлический блеск. Такое свойство характерно для рудных минералов (галенита – минерала свинца, борнита – минерала меди, аргентита – минерала серебра). Но в общей массе минералов их число сравнительно невелико. Большую часть составляют минералы с полу– либо неметаллическим блеском, которые поглощают либо пропускают основное количество попадающего на них света. Такие минералы с неметаллическим блеском обычно окрашены в светлые цвета, а зачастую вообще прозрачны. К прозрачным минералам относятся, например, светлая слюда, прозрачным может быть кварц и гипс. Если минерал пропускает свет, но четко предметы через него не видны, он называется просвечивающим (молочно-белый кварц).

Неметаллический блеск минералов, в свою очередь, имеет различные качественные характеристики. В зависимости от них минералы также делятся на ряд групп.

Неметаллический блеск может быть:

• тусклым, землистым (глина);

• стеклянным (кварц);

• перламутровым (тальк, делящийся по плоскостям спайности);

• алмазным (минералы с ярко сверкающим, как у алмаза, блеск).

Если минерал в составе своей кристаллической решетки в качестве основных элементов имеет атомы тяжелых металлов, то ему, скорее всего, свойственны сильный блеск и высокий показатель преломления. Минералы, содержащие атомы легких элементов, тоже могут иметь сильный блеск в том случае, если их атомы тесно упакованы в кристаллической решетке и удерживаются сильными межатомными связями. Алмаз – наиболее яркий пример, поскольку он состоит лишь из одного элемента – углерода. У корунда (оксида алюминия) и кислород и алюминий, входящие в его состав, – легкие элементы, однако же они связаны между собой достаточно крепко, чтобы корунд обладал сильным блеском и высокой степенью преломления.

Помимо металлического, полу– и неметаллического бывает также блеск жирный, восковой, матовый, шелковистый, смоляной – в зависимости от состояния поверхности минерала и строения составляющего минерал вещества.

Цвет

Это удобный и простой диагностический признак для классификации минералов. Неметаллические минералы чаще всего безошибочно определяются по цвету. Цвет минерала зависит от главного химического элемента, входящего в его состав. Так, минералы с преобладанием серы преимущественно имеют желтый цвет, графита – черный или темно-серый и т. д. Но многие из неметаллических минералов могут состоять из элементов, не дающих им какую-то специфическую окраску, но тем не менее у ряда таких минералов бывают окрашенные разновидности. Их цвет определяется незначительными примесями других элементов, при этом частицы минерала приобретают свойство избирательного поглощения света, а минерал называют хромофором. Примером тому служит изумруд: его цвет обусловлен малым содержанием хрома в берилле. Или взять фиолетовый аметист: этот цвет возникает благодаря содержанию железа в кварце.

У бесцветных минералов в некоторых случаях также может появляться окраска. Это происходит, когда возникают дефекты кристаллической решетки прозрачного минерала. Тогда свободные позиции в кристаллической решетке либо привнесенные посторонние атомы вызывают избирательное поглощение некоторых частей спектра. Как следствие прозрачный минерал с дефектной кристаллической решеткой окрашивается в какой-то приобретенный цвет. Такому эффекту обязаны своей окраской, например, рубин, сапфир, александрит. Бесцветные минералы иногда получают цвет за счет механических включений: например, красный цвет кварца может быть обусловлен рассеянными включениями гематита, зеленый – включениями хлорита. Цвет молочного кварца возникает из-за газово-жидких включений.

Основной характерный цвет минералов, обладающих полу– и металлическим блеском, может видоизменяться, если минерал обладает побежалостью. Это тонкая поверхностная пленка, свойственная, в частности, минералам меди, хотя другие медные минералы окрашены в обычные цвета. Основные карбонаты меди: малахит – зеленый, лазурит – синий. Радужная сине-зеленая побежалость возникает на свежем изломе, например, борнита – его еще называют за это «павлинья руда».

Поскольку цвет на поверхности минерала может быть обманчивым, для диагностики предпочтительнее использовать цвет черты, проведенной по «бисквиту» – неглазурованному фарфору. Он показывает действительный цвет порошка минерала, который является постоянным, а потому гораздо более верным характерным признаком.

Однако же при всей наглядности и простоте использования цвета для диагностики минералов, этот фактор нельзя считать единственным и достаточным, поскольку цвет минерала все же может зависеть от слишком многих причин.

Спайность

Спайность – это свойство, характеризующее поведение минералов при раскалывании. В отличие от других минералов, чей скол имеет шероховатый, ровный, неровный или раковистый излом, у минералов, отличающихся спайностью, раскол происходит по гладким плоскостям. Это происходит из-за того, что плоскости излома зависят от кристаллической структуры, которая в данном случае имеет разную силу притяжения узлов решетки. Минерал раскалывается в том направлении, где самые слабые связи.

Так, например, слюда имеет спайность в одном направлении, поваренная соль – спайность по кубу. Это означает, что при раскалывании первый минерал образует обломки в виде пластин, второй – в виде кубиков.

Одни минералы могут иметь спайность в одном направлении (слюда), другие – два, три и т. д. Вообще насчитывают до шести направлений спайности, по которым камни легко раскалываются, некоторые же совсем не имеют такой способности.

Спайность является неизменным свойством кристаллической структуры минералов и поэтому является важным диагностическим признаком.

Твердость

Твердость – свойство минералов, характеризующее степень сопротивления, оказываемого минералом при царапании. Она также зависит от кристаллической структуры. Чем прочнее соединяются между собой атомы внутренней структуры минерала, тем большей твердостью он обладает, тем сложнее его поцарапать. И наоборот – мягкие пластинчатые минералы, такие как тальк или всем известный графит (стержень карандаша), имеют слабые внутренние связи, поэтому легко крошатся и кажутся на ощупь жирными.

Самый твердый минерал, как известно, алмаз. О свойствах алмаза сказано очень многое. Его удивительные качества используются и в ювелирном деле, и в технике. Атомы углерода алмаза связаны очень прочно. Поцарапать алмаз можно разве что другим алмазом. Алмазом заканчивается принятая в минералогии шкала твердости Ф. Мооса, австрийского минералога, введенная им в XIX веке для описания относительной твердости минералов. Такая «непобедимость» алмаза определила его широкое применение для изготовления режущих инструментов – и исторически это самое раннее его применение в технике. Следующий по твердости за алмазом камень – корунд – является прекрасным абразивом и, помимо этого, используется в ювелирном деле.

Моос расположил 10 самых известных минералов в порядке возрастания их твердости. Они являются эталонами показателя своего уровня твердости. Как происходит диагностика минерала по шкале Мооса? Ученые проверяют, какой самый твердый минерал по этой шкале может поцарапать образец. Это значит, что твердость исследуемого минерала выше твердости поцарапанного им минерала, но ниже твердости следующего, который сам царапает образец.

Различные свойства твердости определяют способы применения минералов в современной технике. Наверняка все слышали выражение «часы на семнадцати камнях». Здесь речь идет о рубиновых вкладышах в механизме часов, в которых вращаются оси шестеренок. Качество часового механизма определяется числом работающих в нем шестеренок. Так что рубины определяют качество и долговечность часов.

Твердость может быть измерена не только относительно, но и абсолютно. В минералогии принято измерять абсолютную твердость (точнее – микротвердость) в килограммах на квадратный миллиметр (кг/мм²).

Пиро– и пьезоэлектричество

Издавна людям было известно, что кристаллы определенных минералов, если их предварительно нагреть, притягивают и отталкивают частицы золы. Это явление свойственно, например, турмалину, о котором в средневековой Европе узнали благодаря купцам, привозившим его из Индии. Тогда турмалин назвали «электрическим камнем», а позднее явление возникновения электрических зарядов на гранях кристалла при нагревании получило имя «пироэлектричество».

Пьезоэлектричество соответственно связано с деформацией кристалла. В XIX веке были открыты и описаны пьезоэлектрические свойства кристаллов. Они заключаются в том, что, если к граням кристалла-пьезоэлектрика приложить электрическое напряжение, – кристаллы деформируются, растянутся или сожмутся. И наоборот – при растяжении или сжатии на их гранях возникает электрическое напряжение. В основном все пироэлектрики одновременно являются пьезоэлектриками, но обратное – неверно.

Эти два качества кристаллов широко используются в технике на протяжении длительного времени. Многие из вас наверняка сталкивались с ними в быту: так, в проигрывателях виниловых пластинок звукосниматели превращают механические колебания иглы на дорожках пластинки в электрический ток, поступающий в электронный механизм приемника, чтобы затем предстать перед нами звуком из динамиков.

Плотность

Плотность, или относительная масса, – характеристика минерала, выражающаяся в отношении массы вещества к массе того же объема воды при 4 °C. Плотность в минералогии принято измерять в г/см³. Если, например, масса минерала 4 г, а масса того же объема воды 1 г, то плотность нашего минерала будет равна 4 г/см³.

Это величина, зависящая от химического состава и внутренней структуры минерала. При прочих равных условиях вещество, состоящее из тяжелых атомов, весит больше, нежели состоящее из легких. Кроме того, влияет плотность «упаковки» атомов в кристаллической решетке минерала. Плотность тем выше, чем ближе стоят друг к другу атомы в узлах решетки.

Плотность – также один из важных диагностических признаков минерала.

Оптические свойства

Из всех свойств минералов, пожалуй, именно оптические являются самыми загадочными и таинственными: прозрачность, преломление, способность разлагать свет в спектр (красивые блики от ограненных камней). Оптические свойства минералов послужили причиной использования их в качестве украшений.

Но это не единственная польза. Наверняка все вы знаете, что такое кварцевый свет. Да-да, тот самый бактерицидный, излечивающий свет, использующийся в медицинских приборах и лампах. Лампы в таких аппаратах делаются из кварцевого стекла, пропускающего ультрафиолетовую часть спектра. Этим и объясняются замечательные свойства такого света. Его излучение обладает целебными свойствами, а нахождение под такими лучами придает коже человека загар.

Кроме этого, кварцевые лампы применяются и для других целей. Ультрафиолетовый свет помогает отличить поддельную купюру от настоящей, фальшивую марку – от раритетной. Еще кварц используют для изготовления оптических приборов и т. д.

Очень важную роль сыграли оптические свойства минералов при изобретении лазера. Лазер – это оптический квантовый генератор, он усиливает свет в десятки раз за счет переходов электронов из одного энергетического состояния в другое. Первый лазер был создан как раз на рубине. В последнее время производятся лазеры на основе других веществ. Но именно удивительные свойства рубина позволили применить этот минерал для создания такого сложного и полезного устройства.

Ценность камней

Камни также классифицируются по качеству и ценности. На определение качества камня влияют наличие в нем примесей, вкраплений, его цвет и красота отражения от поверхности. Исключение – янтарь, органические включения в котором, наоборот, повышают его ценность. На ценность влияет редкость самого камня при добыче его в природе и трудоемкость его обработки. Обработка (огранка) применяется для того, чтобы выявить игру природного самоцвета, скрыть существующие дефекты, усилить блеск. Огранка подчеркивает свойства камня, усиливает его световые эффекты, придает отраженному свету красивую лучистость. Сложность заключается в сохранении возможной величины и самой формы камня (например, чтобы минерал в процессе обработки не раскрошился).

В нашей стране принята классификация, разработанная академиком А. Е. Ферсманом. Он делил все самоцветы на три класса (в зависимости от их относительной ценности) таким образом:

I КЛАСС

Алмаз, сапфир, рубин, изумруд, александрит, хризоберилл, благородная шпинель, эвклаз, жемчуг.

II КЛАСС

Топаз, берилл, аквамарин, гелиодор, розовый турмалин, демантоид (уральский хризолит), аметист, альмандин, циркон, гиацинт, благородный опал.

Ill КЛАСС

Бирюза, турмалины (зеленые и полихромные), кунцит, диоптаз, горный хрусталь, дымчатый кварц (раухтопаз), светлый аметист, сердолик, гелиотроп, хризопраз, агат, полевые шпаты (солнечный камень, лунный камень), содалит, андолузит, диопсид, гематит (кровавик), пирит, янтарь, гагат.

Поделочные камни: нефрит, жадеит, лазурит, ама-зонит, лабрадор, родонит, малахит, авантюрин, кварц (дымчатый и розовый), яшма, обсидиан и другие.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.