Лабораторные работы №№ 2-4

Лабораторная работа № 1

«Свойства минералов. Определение минералов по внешним признакам»

Цель работы: изучить диагностические свойства минералов; установить тип минералов по внешнему виду.

К диагностическим показателям относятся следующие особенности минералов: морфологические (форма минералов и форма нахождения минералов в природе), механические, оптические, химические.

1.1. Форма кристаллов и минеральных агрегатов

В природе кристаллические минералы встречаются в виде одиночных кристаллов или их сростков и в виде скоплений, называемых минеральными агрегатами. Среди минералов выделяют три группы, обладающие характерным обликом кристаллов:

- изометрические формы;

- удлиненные в одном направлении формы (призматические, столбчатые, игольчатые, лучистые);

- формы, вытянутые в двух измерениях при сохранении третьего, короткого (таблитчатые, пластинчатые, листоватые, чешуйчатые).

1.2. Механические и физические свойства минералов

К механическим свойствам минералов относятся: спайность, излом, твердость.

Спайность. В зависимости от того насколько отчетливо проявляется это свойство, различают следующие степени совершенства спайности:

- весьма совершенная спайность;

- совершенная спайность;

- средняя спайность;

- несовершенная спайность;

- весьма несовершенная спайность.

Излом. В отличие от спайности излом не имеет правильных, ориентированных, блестящих поверхностей. Различают изломы – неровный, раковистый, занозистый, зернистый, ступенчатый, землистый, крючковатый.

Твердость представляет собой один из важнейших диагностических признаков. Твердость минерала характеризует его способность сопротивляться внешним механическим воздействиям (царапанию, вдавливанию, резанию). В табл. 1. приведен перечень эталонных минералов относительной твердости по шкале Мооса. Используя шкалу Мооса, можно сравнивать минералы по твердости, царапая друг о друга кусочки минералов – испытуемого и выбранного в качестве эталона.

Царапина – это углубление (борозда) на поверхности минерала, но отнюдь не след в виде штриха.

Таблица 1. Шкала твердости Мооса

В шкале минералы располагаются в порядке возрастания твердости, так что каждый предыдущий минерал царапает последующий.

При определении твердости минерала чертят на его светлой поверхности острым углом минерала – эталона из шкалы твердости.

В практике нередко прибегают к определению твердости при помощи распространенных предметов. Так, твердость карандаша - 1, ногтя - 2, медной монеты - 3, железного гвоздя – 4 – 4,5, оконного стекла - 5, стального ножа 5,5-6, напильника – до 7.

Физические свойства минералов. Наиболее важным диагностическим признаком является плотность. Плотность для различных минералов колеблется от 0,6 до 23 г/см³. Точное определение плотности возможно в лабораторных условиях. На практике для быстрого приблизительного определения средней плотности пользуются взвешиванием минералов на руке с оценкой «тяжелый», «средний», «легкий». Рука человека привыкла к плотности камня, слагающего земную кору (средняя плотность 2,74 г/см³). По средней плотности все минералы можно разбить на три категории:

- легкие – плотностью до 2,5 г/см³;

- средние – плотностью до 4 г/см³;

- тяжелые – плотностью больше 4 г/см³.

Чаще всего встречаются минералы со средней плотностью от 2 до 5,5 г/см³.

1.3. Оптические свойства минералов

Оптические свойства включают такие важные диагностические признаки минералов, как цвет минерала, цвет черты, блеск и прозрачность.

Цвет. Практически цвет определяют на глаз сравнением с хорошо знакомыми предметами (молочно-белый, соломенно-желтый, кирпично-красный). Для обозначения цвета минералов, имеющих металлический блеск, к названию цвета добавляют название распространенного металла (свинцово-серый, оловянно-белый, латунно-желтый, медно-красный, железно-черный и др.). Окраска минералов зависит главным образом от химического состава минерала и от примесей. Такими элементами примесями являются железо, никель, кобальт, титан, хром и др. Некоторые минералы меняют окраску в зависимости от освещения. Ряд минералов (например, флюорит) светится в рентгеновских лучах, а другие (например, арагонит, гипс) сохраняют свечение и после устранения источника рентгеновских лучей.

Многие минералы в растертом состоянии имеют другой цвет, чем в куске.

Цвет черты. Этот признак определяют, проводя черту куском минерала по поверхности шероховатой фарфоровой пластинки. Для большинства минералов цвет черты и цвет куска совпадают. Иногда цвет черты у некоторых минералов иной, нежели цвет самого минерала в куске. Черта имеет значение главным образом при определении непрозрачных густо окрашенных минералов; светлоокрашенные обычно дают белую черту.

Блеск. По блеску все минералы делятся на три группы: минералы с металлическим, полуметаллическим и неметаллическим блеском. Металлический блеск свойствен металлам. Им обладают непрозрачные минералы, дающие в большинстве случаев черную черту. Полуметаллический блеск имеют минералы, у которых поверхность представляет потускневшую поверхность металла. Неметаллический блеск наблюдается у минералов прозрачных и просвечивающих по краям. Эти минералы дают белую или светлоокрашенную черту. Неметаллический блеск имеет несколько разновидностей:1) алмазный; 2) стеклянный; 3) перламутровый; 4) шелковистый; 5) жирный; 6) матовый.

Прозрачность. Минералы делятся на прозрачные, полупрозрачные,, непрозрачные.

1.4. Химический состав минералов

Каждый минерал характеризуется определенным химическим составом, но при этом в структуре некоторых минералов могут присутствовать другие химические элементы, либо минералы одинакового химического состава могут иметь разное внутреннее строение. Минералы могут состоять либо из одного химического элемента, либо из нескольких. Если минерал состоит из одного химического элемента, его называют самородным элементом. Однако большинство минералов состоит из нескольких, а иногда и многих химических элементов. Химический состав минерала может быть выражен в виде двух формул: эмпирической и структурной. Эмпирическая формула создается на основе химического валового анализа, где каждый химический элемент пересчитывается на оксид. Структурная формула кроме химического состава позволяет судить о типе химического соединения и взаимных связях между отдельными химическими элементами. В практической работе инженеров-строителей-технологов чаще всего используются эмпирические формулы.

В состав многих минералов может входить свободная и связанная вода. Свободная (адсорбционная) вода не участвует в строении кристаллических решеток минералов, поэтому при ее удалении разрушения кристаллической решетки не происходит. Связанная вода бывает двух видов: 1) молекулярная H₂O; 2) гидроксильная ОН. Связанная вода входит в состав кристаллических решеток минералов. Выделение из минералов молекулярной воды сопровождается разрушением кристаллических решеток с образованием новых безводных соединений. Данные о количестве химической связанной воды получают прокаливанием сухого порошка при 900-1000⁰С до постоянной массы в атмосфере чистых азота и аргона.

1.5. Классификация и характеристика породообразующих минералов

Минералы классифицируются по химическому составу и кристаллической структуре на следующие группы: 1) силикаты; 2) карбонаты; 3) оксиды; 4) гидроксиды; 5) сульфиты; 6) сульфаты; 7) галоиды; 8) фосфаты; 9) вольфраматы; 10) самородные элементы.

В характеристику минералов входят: название, химический состав, твердость, цвет, спайность, излом, форма кристаллов, плотность и специфические диагностические свойства.

Порядок выполнения лабораторной работы

1. Изучить минералы по коллекциям образцов (с названиями и без названий) и установить совокупность признаков минералов, характерную для изучаемого класса.

1. Ознакомиться с классификацией минералов по химическому составу; определить какие минералы к каким классам относятся, какими характерными свойствами обладают и в составе каких горных пород распространены;

Порядок работы с отдельным образцом минерала:

- определить наиболее характерные руководящие диагностические признаки;

- установить твердость минерала по шкале Мооса;

- определить класс, к которому относится минерал;

- выявить дополнительные признаки (например, для минералов с твердостью 3…4 проводится реакция с соляной кислотой);

- после установления точного наименования минерала определить его точную классификационную принадлежность;

- записать химическую формулу, указать происхождение минерала, отметить, в каких горных породах распространен изучаемый минерал.

Результаты работы оформить в виде таблицы.

Основные породообразующие минералы

Защита лабораторной работы заключается в определении минералов по контрольным образцам и выполнении тестовых заданий.

Варианты заданий приведены в приложении.

Лабораторные работы №№ 2-4

«Изучение главнейших горных пород по образцам»

Для выполнения этой лабораторной работы студенты должны изучить классификацию горных пород по условиям образования и залегания. Они должны знать, что практически все свойства и даже внешний вид горных пород зависят от природных условий возникновения горных пород, остывания или внешних воздействий. Процессы взаимодействия горных пород с атмосферой или происходящие в земной коре при залегании их в глубинных слоях оказывают существенное влияние на структуру, внешний вид и на свойства горных пород.

По условиям образования, остывания и залегания они делятся на магматические, осадочные и метаморфические.

Цель работы: закрепить теоретические знания по отличительным особенностям и свойствам горных пород в зависимости от их происхождения и условий залегания. Студенты должны научиться определять название и вид горных пород по внешнему виду: текстуре, структуре, цвету (окраске), а также возможности их использования в строительстве и производстве строительных материалов.

Порядок выполнения работы: для выполнения работы студенты получают коллекцию горных пород известного происхождения и осуществляют описание в виде таблицы с указанием происхождения (классификации по этому признаку), минералогического состава (можно в виде формулы для мономинеральных пород), текстуры, структуры, форм залегания, характерных для данного вида горной породы, окраски, наличия примесей, для рыхлых пород – размеров зерен, а также физико-механических свойств плотности, средней плотности, (насыпной плотности – для рыхлых пород), прочности скальных пород специальных свойств и в конце следует указать применение этих пород в строительстве и в промышленности строительных материалов.