Физични свойства на минералите

Школа ЗЕМЯТА - ПОЗНАТА И НЕПОЗНАТА
Лекция на Лариса Нешева, уредник в музея "Земята и хората"

Физичните свойства на минералите са пряко свързани с химизма и структурата им. Наред с морфологията, физичните свойства са важни за разпознаване на минералите, от тях се определят и ценните, полезни качества, заради които минералите се използват в промишлеността.

1. Относително тегло
Относителното тегло на минерала е безразмерна величина и представлява теглото на изместената вода от съда, в който се потапя образеца. Изчислява се по формулата: G = при 4о температура на въздуха, като р – тегло на минерала, р1 – тегло на водата
Относителното тегло на много малки по размери образци се определя при потапянето им в тежки течности – напр. клеричиева течност, тулеова течност, бромоформ и др., също чрез измерване с пикнометър и микровезни.
Относителното тегло на минералите зависи от химизма (т.е. пряко е свързано с атомните тегла на изграждащите ги химични елементи) и типа кристална структура.
Повечето минерали имат относително тегло между 2,0 – 3,5 като карбонати, нитрати, сулфати, фосфати, силикати и борати, докато оксидните и сулфидните минерали, включително самородните са значително по-тежки – 4,0 – 10,0. Напр. гипс – 2,3; кварц – 2,65; диамант – 3,5. Сред сулфатите най-тежък е баритът – 4,3 – 4,7, откъдето идва и названието му – “барос” от гръцки – “тежък”.
По-тежки са: пирит – 5,0; хематит – 6,0; церусит – 6,5; галенит – 7,5; цинабарит – 8,0; уранинит – 7,5 – 10.
Най-тежки са самородните метали: мед – 8,9; сребро – 10-11; живак – 13,6; злато – 15-19; платина – 14-20.
Относителното тегло е важен диагностичен признак и се използва в шлиховия анализ, където минерални смеси се разделят според тяхното тегло.

2. Твърдост
Това е съпротивлението, което оказва един минерал, когато се дращи с острие или с друг минерал. За определяне на относителната твърдост на минералите се използва обикновено 10-степенната таблицата, предложена още в началото на ХІХ век от австрийския минералог Моос, състояща се от следните минерали: талк, гипс, калцит, флуорит, ортоклаз, кварц, топаз, корунд, диамант.
Твърдостта е свойство, което се изменя съобразно с посоката, по която се дращи минералът. Дистенът (кианит) е класически пример за контрастно различна твърдост в 2 взаимно перпендикулярни посоки – по посока на удължението – 4, а напречно – 6,5. Това различие се дължи на различната плътност на кристалната структура на минерала. Минерали, които са с по-плътна структура и по-голямо относително тегло са и по-твърди.
Значително понижаване на твърдостта се забелязва при минерали, които съдържат хидроксилни или водни молекули – напр. корунд – Al2O3 – 9 → диаспор – AlOOH – 3,5 → гибсит Al(OH)3 – 2,4. Това се обуславя от преминаването на структурата от плътна към слоиста.
Допълнително свойство на твърдостта е крехкостта на минералите, което се изразява в способността им да се разпадат при удар. Съобразно с това те се разделят на много крехки, крехки, слабо пластични, пластични и много пластични.
3. Цепителност
Способността на някои минерали да се раздробяват по определени кристалографски посоки се означава като цепителност. Цепителността зависи от кристалната структура и по-специално от слабите звена в нея. Типът химични връзки е от съществено значение.
Съобразно леснотата, с която се проявява цепителността се разграничават следните степени: съвсем съвършена, съвършена, ясна, несъвършена и лом. Минералите могат да имат цепителност в 1, 2, 3 или повече посоки, съобразно симетричността им и анизотропността на кристалната структура.
Минерали, които са със слоиста структура имат цепителност в 1 посока и то съвършена; минерали с верижна структура имат цепителност в 2 или повече посоки, които съответстват на посоките на удължение на кристалите; минерали с изометрична или псевдоизометрична структура имат цепителност в 3 или повече посоки. Напр.:
• Съвсем съвършена – когато при минимално усилие се разцепват с лекота и получената повърхност е идеално гладка - слюди, хлорити
• Съвършена – разцепват се с лекота и повърхността е равна - калцит, галенит, халит, доломит
• Ясна – наблюдават се както цепителни плоскости, така и неравен лом – фелдшпатите
• Несъвършена – с неравна повърхност - апатит, каситерит, самородна сяра, оливин
• Лом – когато кристалите се раздробяват неправилно. Различават се : неравен лом, мидест, землест, кукест (при металите), зърнест и др. съобразно изгледа на отломената повърхност. Напр. корунд, кварц, злато, платина, магнетит.

4. Блясък
Блясъкът се определя от количеството отразена светлина при осветяване повърхността на минералите. Различават се следните видове блясък:
• Стъклен – характерен за флуорит, кварц, шпинел, гранати, карбонати, сулфати
• Копринен (диамантен) – циркон, сяра, сфалерит, диамант, рутил, циркон
• Полуметален – куприт, цинабарит, хематит, алабандин
• Метален – галенит, пирит, молибденит, бисмут
• Мастен – талк, серпентин и др.

5. Цвят
Цветът на минералите зависи от химичния състав, кристалната структура и примесите от други вещества. За някои минерали той може да се използва като диагностичен белег, но при други е променлив.
Когато светлината падне върху повърхността на един минерал, част от нея се отразява (получава се блясъка), а друга част преминава през минерала. В зависимост от химичния състав и структурата на минерала, светлината може да се погълне или премине през него без поглъщане. Когато премине през него без поглъщате, тогава минералът е безцветен и прозрачен.
Когато част от светлината се поглъща той е оцветен, съобразно с естеството на преминалите през него лъчи. Светлината се поглъща от минерали, имащи в състава си елементите: Fe, Cr, Mn, Co, Ni, Ti, Cu, U, които се наричат хромофори (елементи – носители на оцветяването). От значение при това е и валентността на йоните на тези елементи, напр. Fe3+ - дава жълт до червен цвят, Fe2+ - зелен или небагрещ, а при съчетание на двата йона се получава син или черен цвят.
Металите и повечето сулфиди абсорбират светлината напълно и са непрозрачни, дори в много тънки пластинки.
Има минерали, които не съдържат хромофори, но са оцветени, поради особен тип структура, в която са включени допълнителни аниони – Cl -, SO42-, CO32- и др., създаващи особен тип цветни центрове – например. лазурит. Минерали, които дължат цвета си на химизма и структурата си се нар. идиохроматни. Алохроматни са тези минерали, цветът на които се дължи на примеси. Напр. халитът е безцветен, но се среща понякога оцветен в жълто, червено, кафяво, синьо – това се дължи на примеси или радиоактивно лъчение.
Друга категория минерали са тези, които показват интерференционни или дифракционни явления (разлагане на светлината) – напр. опал – притежава игра на цветовете – опалесценция (дължи се на различно пречупване на светлината от глобулите на H2O, съдържащи се в състава му), лабрадор – преливане на сини, зелени и жълти тонове (поради пречупване на светлината от различно ориентирани фини пластинки от илменит - FeTiO), тигрово и соколово око (поради включения в кварца на влакнести минерали – хризотил и крокидолит).
6. Цвят на чертата
Получава се при драскане с минерала по матова неглазурирана порцеланова плочка (бисквит). Понякога цветът на минерала и чертата съвпадат – напр. магнетит, лазурит, но понякога се различават - напр. хематита е черен, но чертата му е кафяво-червена; пирит – жълт, но чертата е черна, рутилът е черно-кафяв и не оставя черта. Прозрачните и безцветни минерали обикновено оставят безцветна или имат слабо проявена черта.
Това може да се използва като диагностичен признак в отликата от други подобни минерали, напр. хюбнерит и рутил – на външен вид са почти неотличими, могат да се различат само по чертата – хюбнерита оставя кафява черта, а рутилът няма черта.

7. Луминесценция
При облъчване на някои минерали с ултравиолетови лъчи, те излъчват светлина. Това свойство е резултат на съдържащите се в тях химични елементи – луминофори (Cr3+, Pb2+, Co2+, Mn2+). Различават се следните разновидности:
• Флуоресценция – излъчват светлина само по време на облъчването. Такива са флуорит – оцветява се във виолетово от съдържание на Eu2+ или жълто – зелено от съдържание на Yb2+, също шеелит, калцит, диамант, уран-съдържащи минерали.
• Фосфоресценция – излъчват светлина и след прекратяване на облъчването – такива са всички фосфор-съдържащи минерали.

8. Магнитни свойства
Според магнитните си отнасяния, минералите се разделят на:
• Диамагнитни – леко се отблъскват от магнита – самородно злато, сребро, калцит, халит и др.
• Магнитни – силно се привличат от магнита – магнетит
• Феромагнитни – привличат се от магнит в различна степен – това са желязо–съдържащи минерали.
Това свойство се използва при магнитната сепарация – метод за отделяне на минерални смеси.
9. Електрични свойства
Тези свойства зависят много от типа връзка в структурата. Минералите с метални връзки са добри проводници, поради наличието на свободни електрони в структурата им. Йонните и ковалентни минерали са полупроводници и изолатори.
Някои неелектропроводни минерали могат да бъдат наелектризирани чрез загряване (пироелектричество) или чрез упражняване на натиск (пиезоелектричество). Напр. турмалинът при нагряване наелектризира единия си край положително, а другия – отрицателно. Кварцът е пиезоелектричен, при натиск се получава съсредоточаване на анионите и катионите в йонната му структура в различни посоки.

10. Радиоактивност – открита е от френския физик Бекерел, а по-късно е характеризирана от Мария и Пиер Кюри през 1898 г. Представлява самоволно разпадане на атомите. Отделят се α-, β- и γ-частици. Значителен брой минерали съдържат радиоактивни елементи в състава си. Това свойство се използва за определяне относителната възраст на скалите, за диагностика и др. Отчитане радиоактивността на минералите става с уред – радиометър или Гайгер-Мюлеров брояч.