Минеральные агрегаты. Плотность минералов. Причины вариации плотности.

Плотность (удельный вес) – отношение массы вещества к его единице объема (г/см3)

По плотности минералы делятся на группы: легкие <2,5 (водосодержащие); средние 2,5 – 4 (П.Ш.); тяжелые 4-6 (сульфиды, оксиды, гидрооксиды); очень тяжелые >6 (самородные элементы, оксиды, сульфиды)

Основные понятия минералогии (минерал, минеральный вид, минеральный индивид).

Минерал – это химически и физически индивидуализированный неорганический продукт природной физико-химической реакции, находящийся в кристаллическом состоянии или утративший его в результате метамиктного распада.

Минеральный индивид – это образовавшееся в природе твёрдое обособление однородного химического вещества (минерала), отделённое от других физическими поверхностями раздела. Проще говоря, минеральный индивид – это кристаллическое неделимое любой формы и размера.

Минеральный вид – это совокупность минералов одинаковой структуры, состав которых отвечает индивидуализированному химическому соединению (минералу) и может непрерывно меняться в пределах, ограничивающихся изменением структуры либо в условно принятых границах.

Явление полиморфизма.

Природные соединения одинакового состава, но разной структуры относятся к разным минералам. Такие минералы получили название полиморфных модификаций, а само явление, при котором одно и то же химические соединение может находиться в разных структурных формах, имея разную кристаллическуюрешетку, названо полиморфизмом. В дословном переводе полиморфизм означает многоформность. Полиморфные модификации могут различаться характером химической связи, координационным числом катионов, степенью упорядочения ионов.

Для полиморфных модификаций энергия кристаллической решётки, а также тип химической связи в структуре неодинаков. Поэтому появление той или иной полиморфной модификации определяется физико-химическими условиями среды минералообразования и, прежде всего, температурой и давлением в момент кристаллизации минерала. Обычно более высокой энергией кристаллической решётки обладает низкотемпературная модификация. Для каждой полиморфной модификации существует определённая область значений температуры и давления, в которой эта модификация возникает и остаётся устойчивой неопределённо долго. При изменении этих условий происходит переход одной модификации в другую, уже устойчивую в новых условиях. Полиморфное превращение сопровождается перестройкой кристаллической структуры с соответствующим энергетическим эффектом. Это происходит тем легче, чем слабее химическая связь в исходной структуре и чем проще перестройка. Как любой процесс начало полиморфного превращения требует затраты энергии. Чем прочнее структура, чем радикальнее перестройка, тем большие должны быть энергетические затраты и тем медленнее скорость полиморфного превращения. Поэтому некоторые полиморфные модификации с прочной химической связью в кристаллической структуре, попав в область несвойственных им температур и давлений, способны сохраняться там, не изменяясь, достаточно долго, даже в геологическом времени. Такое состояние для них названо метастабильным (неустойчивым). Примером метастабильного состояния является существование алмаза в условиях дневной поверхности, где, согласно физико-химической диаграмме, находится область устойчивости для другой полиморфной модификации – графита. Та температура, при которой происходит полиморфный переход одной модификации в другую, получила название температуры полиморфного перехода. Её величина не остаётся неизменной и зависит от давления. При наличии примесей в минерале на температуру полиморфного перехода начинают влиять и другие физико-химические параметры среды минералообразования такие, как кислотность-щелочность и окислительно-восстановительный потенциал. Различают необратимый полиморфный переход, идущий только в одном направлении, названный монотропным, и обратимый – энантиотропный, идущий в обоих направлениях. В случае монотропного перехода одна модификация при достижении температуры полиморфного перехода переходит в другую, однако при понижении температуры её возвращение в состояние исходной модификации не происходит.

Поскольку полиморфные модификации являются минералами с разной кристаллической структурой, их физические свойства отличаются. Наиболее заметно полиморфные модификации отличаются по форме кристаллов, по проявлению спайности и по твёрдости, то есть по тем свойствам, которые в большей мере определяются типом кристаллической решетки. Ярким примером проявления контрастности свойств полиморфных модификаций являются алмаз и графит. Полиморфные модификации, будучи самостоятельными минералами чаще имеют собственные названия, например, пары алмаз-графит, кальцит-арагонит. Реже модификации обозначаются буквами греческого алфавита (, β,  и т.д.). В минералогии принято  -модификацией обозначать низкотемпературную. Например, низкотемпературный тригональный -кварц и высокотемпературный гексагональный -кварц и др. Обычно количество полиморфных модификаций ограничивается тремя или четырьмя минеральными видами, однако известны примеры и большего количества полиморфных модификаций. Так для кристаллического кремнезёма (SiO2) установлено 14 полиморфных модификаций.

В геологии полиморфные модификации и явление полиморфного перехода используются в качестве геотермометров.