1. Самородные химические элементы находятся в природе в свободном состоянии (золото Au, серебро Ag, платина Pt, медь Cu, алмаз C, графит C, сера S).
2. Окислы – корунд Al2O3, гематит (красный железняк, «кровавик» Fe2O3), лед, кварц.
3. Гидроокислы – лимонит Fe2O3·nH2O, опал SiO2·H2O.
4. Сульфиды – пирит (серный, железный колчедан FeS2) и его разновидности – марказит и халькопирит (медный колчедан CuFeS2), галенит (свинцовый блеск PbS), сфалерит (цинковая обманка ZnS), киноварь HgS.
5. Галоиды - галит (каменная соль NaCl), сильвин KCl, флюорит CaF2.
6. Карбонаты - кальцит CaCO3, магнезит MgCO3, доломит CaCO3·MgCO3, сидерит (железный шпат FeCO3).
7. Сульфаты - гипс CaSO4·2H2O, ангидрит CaSO4, мирабилит (глауберова соль Na2SO4·10H2O), барит (тяжелый шпат BaSO4). При соприкосновении с водой ангидрит переходит в гипс, увеличиваясь в объеме до 33 %.
8. Фосфаты - апатит, фосфорит.
9. Вольфрамиты - редкие минералы.
10. Силикаты составляют 83 % массы земной коры и 33 % всех минералов. В их кристаллической решетке основу составляет кремнекислородный тетраэдр, в котором ион кремния Si4+ связан с четырьмя ионами кислорода. Остальные связи кислорода идут на соединение с другими ионам. В зависимости от расположения тетраэдров различают:
- Островные силикаты, в которых тетраэдры связаны ионами металлов Mg2+, Fe2+ – оливин (Mg,Fe)2SiO4) оливково-зеленого цвета, один из главных минералов магматических основных и ультраосновных пород: плотность - 3,3-3,5 г/см3, твердость 6,5-7, температура плавления 1600 Сº.
- Цепочечные силикаты. Их основная группа – пироксены, а основной минерал – авгит Ca(Mg, Fe, Al)(SiAl)2O6 имеет черные, зелено-черные призматические кристаллы со стеклянным блеском, твердость 5-6,5, плотность 3,2-3,6 г/см3. Как и оливин, важный породообразующий минерал основных и ультраосновных пород. В зоне выветривания дает каолинит и лимонит.
- Ленточные: амфиболы, основной минерал – роговая обманка Ca2Na(Mg,Fe)4(Al,Fe)4((Al,Fe)(Si,Al)4O11)2(OH)2, цвет зеленый, бурый до черного; кристаллы удлиненные, призматические, игольчатой формы, излом занозистый, плотность 3,1-3,3 г/см3, твердость 5-6, происхождение – магматическое и метаморфическое, в поверхностных условиях превращается в карбонаты, лимонит, опал.
- Слоистые силикаты, в которых кремнекислые тетраэдры связаны ионами К, Na, Ca, Al, OH. Если Al3+ замещает Si4+, минералы называются «алюмосиликатами ». Между их слоями могут проникать молекулы воды. При выветривании эти минералы расщепляются на тончайшие листочки. К слоистым силикатам относятся: тальк, каолинит, монтмориллонит, слюды. Тальк – Mg3(Si4O10)(OH)2 - цвет бледно-зеленый или белый, твердость - 1, черта белая, спайность весьма совершенная, блеск стеклянный, плотность 2,7-2,8 г/см3, образуется при гидротермальном изменении ультраосновных пород, богатых Mg.
- Глинистые минералы:
Каолинит Al4(Si4O10)(OH)8 - белая, серовато-белая глина, жирная на ощупь («кау-линг» - белая гора в Китае), блеск матовый, твердость 1-2,5, плотность 2,6-2,63 г/см3. Образуется при химическом разложении полевых шпатов. Лучшая огнеупорная глина, основное сырье фарфоровой и фаянсовой промышленности, применяется в бумажной, текстильной, парфюмерной промышленности (бумага, линолеум, клеенка, сукно). Слабо набухает, усадка при сушке мала.
Монтмориллонит (название по пос. Монтмориллонэ во Франции) Al2O3·4SiO2·nH2O, где воды 12-24 %. Глина белого цвета с сероватым или голубоватым оттенком, мягкая, жирная (мыльная на ощупь). Сильно набухает от влаги, т.к. молекулы воды входят легко в межпакетное пространство кристаллической решетки и покрывают поверхность субмикроскопических частиц размером доли мК (менее 0,001 мм). Образуется при химическом выветривании базальта и габбро в щелочной среде. Применение: адсорбент для очистки нефтепродуктов, связка-цемент при формовании изделий, в буровых растворах, при устройстве «стены в грунте ».
Гидрослюда – глинистый минерал, промежуточный между слюдами и монтмориллонитом, землистые глинистые массы матового блеска, твердость 1-2, плотность 2,6 г/см3, средняя набухаемость. Наиболее распространена в глинистой фракции (менее 5 мК) глинистых пород. В чистом виде – хорошая огнеупорная глина.
Слюды: мусковит (московское стекло) – светлая калиевая слюда K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O, твердость 2-3, плотность 2,7-3,0 г/см3, весьма совершенная спайность. Биотит (от французского физика Био) – черная слюда, по физическим свойствам аналог мусковита. Образование при выветривании гранитов и пегматитов. Применение: толь, рубероид, окна в высокотемпературных камерах, прокладки в конденсаторах.
- Каркасовые алюмосиликаты - полевые шпаты, наиболее распространены в земной коре (55%). В их структуре часть ионов Si4+ замещена на Al3+ и для компенсации положительных зарядов дополнительно участвуют положительные ионы K+, Na+, Ca2+. Полевые шпаты делятся на три подгруппы:
- K-Na-полевой шпат - ортоклаз K2O·Al2O3·6SiO2 (прямо раскалывающийся) – цвет светлый, розоватый, блеск стеклянный, твердость 6,-6,5, плотность 2,56 г/см3. Его разновидность – микроклин.
- Плагиоклазы – изоморфные смеси от альбита NaAlSi3O8 до анортита CaAl2Si2O8 серовато-белого цвета, стеклянный блеск, твердость 6, плотность 2,62-2,75 г/см3. В этой подгруппе имеется интересный минерал лабрадор – темный, переливчатый в синих и зеленых тонах, красивый облицовочный камень.
- Фельдшпатиды – нефелин NaAlSiO4 серо-белый с желтым и красноватым оттенком, растворяется в соляной кислоте HCl с образованием SiO2 (облако), блеск жирный до маслянистого, твердость 5-6, плотность 2,6 г/см3. Применение: при изготовлении соды, краски, глинозема (руда на алюминий), удобрение.
Радиоактивность минералов. Около 100 природных минералов содержат радиоактивные элементы. Содержание радиоактивных минералов наибольшее в гранитах и глинах (продуктах выветривания гранитов). Гранитный слой литосферы наиболее радиоактивен. Известняки и кварцевый песок обычно имеют низкую радиоактивность. Ставропольский известняк-ракушечник и фортштадский песок в основании зданий СевКавГТУ не представляют радиоактивной опасности. Сейчас все природные строительные материалы (глина, песок, щебень и т.д.) проходят проверку на радиоактивность.
Искусственные минералы (более 150) созданы человеком. Различают минералы- аналоги – повторение природных минералов (алмаз, корунд, горный хрусталь и др.) и вновь созданные техногенные минералы с наперед заданными свойствами. Такие минералы входят в состав различных строительных материалов: вяжущие свойства в цементе создают алит 3CaO·SiO2 и белит 2CaO·SiO2, в огнеупорах основную роль играют муллит 3Al2O3·2SiO2 и периклаз MgO, в абразивах – корунд SiC.