О свойствах минералов.
Кристаллические вещества анизотропны — в отличие от изотропных аморфных; это значит, что многие свойства кристаллов носят векторный, или векториальный, характер, т.е. меняются в зависимости от направления в кристалле. Это прежде всего относится к оптическим свойствам и в том числе сказывается на окраске некоторых минералов, интенсивность, оттенок, а иногда и основной тон которой обнаруживают в таких случаях различия по разным кристаллографическим осям, т.е. при повороте кристалла или при взгляде на него с разных сторон, например, сверху и сбоку (явление, называемое плеохроизмом и присущее многим минералам низших и средних сингоний, исключая наиболее высокосимметричные кубические — оптически изотропные). В главе 2 уже отмечалось, что в силу векторного характера свойств кристаллов одно и то же вещество (например, кварц SiO2), слагающее в едином кристалле пирамиды роста разных граней, варьирует по своим физическим свойствам, включая цвет (секториальное распределение окраски в кристаллах аметиста).
К числу векторных свойств минералов относятся также большинство механических (упругость, твердость, спайность и отдельность), магнитные и электрические свойства. Векторные свойства минералов зависят от их симметрии и особенностей кристаллической структуры (структурного мотива), а также от типа кристаллоструктурных связей. Последние оказывают наиболее сильное влияние на такие свойства минералов, как твердость, электрические, отчасти магнитные и некоторые оптические свойства (особенно степень прозрачности и блеск). Роль химического состава как фактора, обусловливающего векторные свойства минералов, обычно второстепенна по сравнению с ролью кристаллоструктурных факторов. Причем большее значение, чем основные компоненты состава, во многих случаях приобретают элементы-примеси, захват которых кристаллом и их распределение в нем зависят от анизотропии кристаллического вещества.
Хотя векторный характер присущ большинству физических свойств минералов, но по крайней мере одно из их важнейших свойств, а именно плотность, является скалярным, не зависящим от направления в кристалле. Применительно к плотности химический состав минералов играет, как правило, первостепенную, определяющую роль, тогда как структурные факторы — чаще второстепенную. К скалярным свойствам минералов можно отнести также хрупкость или ковкость.
По физическим свойствам минералов производится их полевая диагностика, многие свойства широко используются и при изучении минералов в лабораторных условиях, в частности — для разделения (сепарации) минеральных смесей и выделения мономинеральных фракций. Такие физические свойства минералов, как плотность, хрупкость или пластичность, поверхностные (смачиваемость, адсорбционная способность и др.), магнитные и электрические свойства служат основой промышленного обогащения руд. На физических свойствах минералов базируются геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. Наконец, многие физические свойства минералов (оптические, электрические, магнитные, а также высокая или, наоборот, низкая твердость и др.) нашли важные практические применения в различных областях науки и техники, в промышленном производстве и в нашем повседневном быту. Существенное значение для диагностики минералов и промышленной переработки рудных концентратов имеют и некоторые химические свойства минералов, прежде всего, их растворимость в воде, кислотах и щелочах, взаимодействие с другими реагентами (в том числе окислителями или восстановителями) и т.д., а также токсичность. Для минералов, применяемых в керамике и стеклоделии и представленных главным образом силикатами, боратами, оксидами, особое значение приобретают тепловые свойства; однако для целей диагностики они практически не используются.
Тепловые свойства бывают как векторными (тепловое расширение, теплопроводность), так и скалярными (теплоемкость, температура плавления, термическая- устойчивость, термодинамические характеристики и др.). Однако числовые значения этих свойств, как правило, не приводятся даже в самых подробных минералогических справочниках, где обычно рассматриваются лишь фазовые переходы при нагревании и охлаждении (полиморфные превращения, термическая диссоциация, образование и распад твердых растворов; иногда указывается температура и характер плавления — без разложения или с разложением). Здесь мы тепловых свойств минералов касаться не будем, за единственным исключением: один из способов отличия драгоценных камней от стеклянных имитаций основан на том, что теплопроводность стекла (аморфного вещества) меньше, чем кристаллических веществ, какими являются большинство минералов. Поэтому стеклянные имитации драгоценных камней кажутся на ощупь (а особенно, если лизнуть их языком) более теплыми, чем подлинные камни, и это дает возможность легко и просто различить те и другие. По той же причине, будучи внесены с холода в теплое помещение, камни сразу отпотевают, покрываются каплями влага; со стеклом этого не происходит.
Набор свойств минерала — это как бы его паспорт, анкета и визитная карточка одновременно; они дают полное представление о минерале и основных "чертах его характера". В данной главе рассматриваются важнейшие физические и (очень кратко) химические свойства минералов, используемые или учитываемые как диагностические признаки, а также в практической деятельности человека.
Скалярные свойства.
Плотность — масса единицы объема вещества. Обозначения — D или р. Прежнее, устаревшее название — удельный вес; его еще можно встретить в минералогических учебниках и справочниках, изданных вплоть до начала 1970-х годов, но ныне удельным весом у называется другая величина — не масса, а вес единицы объема вещества. Соотношение плотности и удельного веса: у = pg, где g — ускорение силы тяжести, значение которого, как известно, меняется в зависимости от места измерения. Поэтому, в отличие от плотности, удельный вес (в современном понимании) не является числовым выражением физического свойства вещества. В системе СГС единица измерения плотности — г/см3 (традиционно принятая в минералогии), в Меж- дународной системе СИ — кг/м3 (в минералогии практически не вошла в употребление); соответственно для удельного веса - дин/см3 и Н/м3 (Н — ньютон; дина и ньютон — единицы силы, а не массы).
<1> <2> <3> <4> <5> <6> <7> <8> <9> <10> <11> <12> <13> <14> <15> <16> <17> <18> <19> <20> <21> <22> <23> <24> <25> <26> <27>