Электрические и магнитные свойства минералов. Радиоактивные свойства минералов, их природа, значение в геологических исследованиях.

Радиоактивность — явление, связанное с особенностями строения ядра, когда количество протонов или нейтронов в нем превышает оптимальное соотношение.

Отдавая электрон, атом теряет один отрицательный заряд и превращается в положительно заряженный ион. Ядро имеет большое содержание протонов и теряет положительно заряженную частицу (позитрон).

Если в ядре повышенное содержание нейтронов, ядро теряет отрицательный заряд, выделяя частицу (электрон). Элементы, обладающие указанными особенностями называются радиоактивными, а изменения, происходящие в них, — радиоактивным распадом. При выделении положительной частицы (позитрона) ядро теряет массу в четыре единицы и два положительных заряда. При выделении отрицательной частицы (электрона) ядро почти не изменяет массы, но приобретает один положительный заряд. Такими свойствами обладают тяжелые атомы находящиеся в конца таблице Менделеева. Скорость распада колеблется от доли секунды до миллиарда лет. Время, необходимое для распада половины всего количества атомов данного изотопа, называется периодом полураспада. Оно постоянно для каждого изотопа.

Установлено три ряда последовательных радиоактивных превращений:

• Ряд урана, начинающийся и изотопа U238, промежуточный продукт радий (Ra), период полураспада 1600 лет

• Ряд актиния (Ac), изотоп U235 и промежуточный продукт Ac

• Ряд тория (Th), начинающийся с Th232.

Радиоактивность минералов определяется по ионизации воздуха которая происходит в процессе радиоактивного распада и фиксируется ионизационными камерами. Радиометром определяется α,β,γ – активность. В полевых условиях – только γ – излучение.

Для получения характера распада радиоактивных минералов используют метод радиографии (основан на способности радиоактивного излучения засвечивать фотоматериалы. Для этого делают плоский скол в минерале → поляризуют → прикрепляют к фотобумаге → выдерживают → проявляют пластинки и сравнивают с нормальной фотографией шлифа.) Очень часто радиоактивность минералов определяется визуально – проявляются в виде плеохроичных двориков. Они образуются вокруг радиоактивных минералов: циркона, заключенных в железистые силикаты: слюды, пироксены, амфиболы т.д. Плеохроизм – изменение окраски. При радиоактивном распаде α – частицы окисляют Fe2+ переводят его в Fe3+ (на зеленом фоне образуется коричневое пятно). В результате распада радиоактивные минералы приобретают иную структуру, а окружающие их минералы изменения хим. состава и некоторых физ. свойств.

Радиоактивные свойства минералов имеют, важное, значение для определения их абсолютного возраста (при измерении соотношения между продуктами в начале распада и в конце).

Метамиктный распад и метамиктные минералы.

Метамиктный распад – переход минерала из кристаллического состояния в аморфное, без изменения внешнего облика. Метамиктный распад всегда связан с наличием в составе минералов определенного количества радиоактивных элементов. Метамиктный распад объясняется разрушением структуры минерала под влиянием частиц. Например, циркон в результате метамиктного распада переходит в окислы ZrO2 и SiO2. Метамиктное состояние также может быть вызвано окислением Fe+2 и U+4.

Разрушение кристаллической решетки минералов под влиянием радиоактивных излучений имеет избирательный характер. Причину этого А. С. Поваренных видит в электроотрицательности главных катионов. По данным А. С. Поваренных, метамиктный распад наблюдается в тех соединениях, где максимальная разность электроотрицательностей катионов не превышает 100—120 ккал/г-атом.

Метамиктные минералы имеют раковистый излом, характеризуются низкими показателями преломления, аномальным количеством адсорбционной воды и низкой плотностью (при разрушении кристаллической решетки увеличивается объем минерала). При нагревании метамиктные минералы переходят в кристаллическое состояние, что ведет к сокращению их объема и, следовательно, к увеличению плотности. Переход метамиктных минералов в кристаллическое состояние происходит при постоянной температуре, которая может считаться своего рода константой.

Условия (кроме радиоактивности): кристаллическое вещество должно обладать слабой существенно иной структурой, допускающий перегруппировку или гидролиз (такие решётки образуются преимущественно при соединении слабых оснований со слабыми ангидридами); Структура должна содержать один или несколько сортов ионов, способных легко перезаряжаться (ионы редких земель) или даже превращаться в нейтральные атомы (образование атомарного фтора в флюорите под влиянием радиоактивного излучения со стороны).

Соединение YNbO4 превращается в тонкодисперсную смесь окислов Y2O3 и Nb2O5.