Мінерал – це хімічні сполуки та прості речовини, що мають кристалічну будову та чітко визначений хімічний склад і утворились внаслідок геологічних та космічних процесів. Мінерали є фундаментальними компонентами земної кори. Вивчає мінерали, їх походження та видове розмаїття наука мінералогія.
Класифікація мінералів
Перша широка класифікація відомих на той час мінералів, запропонована американським мінералогом Джеймсом Дана. Його робота “Система мінералогії” (System of Mineralogy), вперше опублікована у 1837 році, стала важливим кроком у класифікації та вивченні мінералів. У цій праці Дана запропонував систематичну класифікацію мінералів, яка була пізніше розширена та модифікована іншими вченими.
Дана визначив п’ять основних класів мінералів:
- Природні елементи: Цей клас мінералів включає чисті хімічні елементи, такі як срібло, графіт та інші.
- Сульфіди та арсеніди: Цей клас включає мінерали, які містять сульфіди або арсеніди. Наприклад, пірит (сульфид заліза) та галеніт (сульфид свинцю).
- Галіти: Сюди включалися мінерали, які містять солі або галіди, такі як сіль (хлорид натрію).
- Оксиди: Цей клас включав мінерали, які містять оксидні групи. Прикладами є рутіль (титановий діоксид) та касітерит (оксид олова).
- Органічні речовини: Дана також включив до класифікації мінерали, які містять органічні сполуки. Це може включати аміачну селітру (гуано), яка містить органічні рештки від птахів та інших організмів.
Ця класифікація відображає стан розвитку аналітичної хімії середини 19 ст.
Розвиток рентгеноструктурних методів, що сформувалися на початку 20 ст. завдяки роботам В. Л. Брегга, показав широку мінливість структури мінералів і її визначальну роль у формуванні фізичних та хімічних властивостей мінералів. Стала зрозумілою необхідність включення структурної складової в класифікацію мінералів. Різні варіанти кристалохімічної класифікації мінералів були запропоновані Г.Штрунцем (Mineralogische Tabellen, 1941), Є. Лазаренком (1953), О. Поваренних (1970), О.Годовіковим, (1983, 1999), J. Lima-de-Faria (2001).
Систематика мінеральних видів на основі хімічного складу та типу структури грає важливу роль у вивченні та класифікації мінералів.
Критерії систематики мінеральних видів:
1. Хімічний склад:
- Самородні елементи: Мінерали, які складаються з чистих хімічних елементів, такі як алмаз (вуглець), срібло, сірка тощо.
- Сульфіди та їх аналоги: Мінерали, що містять сульфіди (наприклад, пірит) або інші аналогічні сполуки, такі як арсеніди, селеніди, телуриди, стибніти та бісмутиди.
- Сульфосолі: Мінерали, які містять солі, які включають сульфіди.
- Оксиди та гідрооксиди: Мінерали, що містять оксиди (наприклад, рутіль) та гідрооксиди.
- Оксисолі: Мінерали, що включають в себе різні класи сполук, такі як силікати, борати, фосфати, ванадати, арсенати, вольфрамати, молібдати, хромати, сульфати, карбонати.
- Галогеніди: Мінерали, які містять галогени (флуор, хлор, бром, йод) у складі своєї хімічної структури.
2. Тип структури:
- Координаційні: Мінерали, які мають складну структуру з атомами або іонами, організованими в координаційні комплекси. Це включає оксисолі, такі як силікати.
- Острівні: Мінерали, які утворюються як окремі атоми або іони, але не об’єднуються в складні структури. Прикладом може бути графіт.
- Ланцюжкові: Мінерали, у яких атоми або групи атомів організовані в ланцюги. Прикладами можуть бути пірит або актиноліт.
- Шаруваті: Мінерали, у яких атоми або групи атомів організовані у шари. Типовим прикладом є слюда.
- Каркасні: Мінерали, у яких атоми організовані у тривимірну кристалічну решітку з великою кількістю порожнин. До цієї групи належать деякі силікати та галоселеніди.
Ці критерії допомагають систематизувати мінерали та визначити їхні основні класи, враховуючи їхню хімічну природу та структуру. Така класифікація допомагає вивчати та розуміти різноманітність мінерального світу.
Основні характеристики мінералів
Основні характеристики мінералів:
- Твердість: Мінерали є твердими речовинами, і їх твердість може варіюватися від дуже м’яких (наприклад, гіпс) до дуже твердих (наприклад, алмаз).
- Кристалічна структура: Майже всі мінерали мають кристалічну структуру, що означає, що їхні атоми або іони розташовані в регулярних геометричних відносно один до одного.
- Хімічний склад: Кожен мінерал має певний хімічний склад і складається з конкретних хімічних елементів або сполук. Наприклад, кварц – це мінерал, склад якого включає атоми кремнію та кисню.
- Колір: Колір мінералу може бути однією з ідентифікаційних ознак, хоча він може бути змінюваним або варіювати від зразка до зразка.
- Блиск: Блиск мінералу визначається його взаємодією з світлом та може бути металевим, неметалевим, смолистим тощо.
- Діамагнетизм, парамагнетизм або феромагнетизм: Мінерали можуть виявляти різні види магнітних властивостей.
- Легка розщеплюваність: Деякі мінерали можуть бути легко розщеплені на плоскостях, що визначають їхню кристалічну структуру.
- Оптичні властивості: Оптичні властивості мінералів, такі як прозорість, подвійне відкриття, бирефрингентність та інші, грають важливу роль в їхньому аналізі.
Мінерал використовується в геології для вивчення геологічних формацій і подземних ресурсів, а також у промисловості для видобутку корисних копалин і виробництва різних матеріалів. Вони також використовуються в ювелірній справі та геологічних колекціях.