Propiedades básicas de los minerales. Propiedades físicas básicas de los minerales. Esquema de aislamiento del ático

Los minerales son compuestos químicos naturales o elementos nativos que se encuentran en la corteza terrestre. Las rocas (suelos) y los suelos que están directamente debajo de nuestros pies están compuestos de minerales. La distribución de minerales es extremadamente desigual. Hay alrededor de 3000 minerales conocidos, de los cuales sólo unos 50 están muy extendidos. Estos minerales se denominan formadores de género. Si consideramos provincias geológicas individuales, por ejemplo, la parte central de la llanura rusa, entonces hay incluso menos minerales formadores de rocas en la superficie de la tierra, alrededor de 20.

En general, hay muchos más compuestos químicos que minerales, pero la mayoría de ellos son sustancias obtenidas artificialmente. Recientemente, se han denominado minerales a dos clases más de sustancias:

• lo que solía llamarse minerales: compuestos inorgánicos presentes en alimentos, medicinas, cosméticos;
• componentes formados en el proceso de fabricación de materiales de construcción: ladrillos, hormigón, cerámica, etc.

Los minerales son en su mayoría sólidos, mucho menos líquidos (agua subterránea) y gaseosos (radón, metano). Los minerales cristalinos, amorfos y coloidales predominan entre los minerales sólidos (son menos comunes). En apariencia, los minerales son muy diversos y tienen una gran cantidad de características. La misma combinación de elementos químicos puede cristalizar en diferentes estructuras y formar diferentes minerales; este fenómeno se llama polimorfismo. Por ejemplo, las modificaciones del carbono (C) dan grafito y diamante; El sulfuro de hierro (FS 2) forma dos minerales - pirita y marcasita, carbonato de calcio CaCO 3 - minerales calcita y aragonito.

Los minerales son isótropos y anisótropos: los isótropos son iguales en propiedades en todas las direcciones, y los anisótropos son diferentes en direcciones no paralelas.

Según su origen, los minerales suelen subdividirse en endógenos (profundos) y exógenos (formados en la superficie; estos también incluyen minerales formados en el fondo del mar). Muchos minerales pueden ser tanto de origen endógeno como exógeno. El factor del origen no debe combinarse con el factor de la presencia del mineral en la roca; muchos minerales endógenos componen además rocas sedimentarias (exógenas) o están presentes en ellas (por ejemplo, cuarzo, que es de origen magmático o metamórfico). , forma arenas o arenosas y polvorientas) .fracciones zurdas y es un componente esencial de las rocas sedimentarias arcillosas).

Diagnóstico de minerales

Los minerales tienen varias propiedades, algunas de las cuales se pueden determinar visualmente, otras, con la ayuda de equipos especiales. Las propiedades determinadas visualmente o con la ayuda de dispositivos simples (ácido clorhídrico, lupa, cuchillo, escala de dureza) se denominan externas y los diagnósticos correspondientes se denominan macroscópicos. Por lo general, basta con determinar los nombres de los minerales formadores de rocas y las rocas compuestas por ellos y, de forma preliminar, estimada, juzgar las propiedades del entorno geológico.

Las propiedades externas de los minerales, determinadas macroscópicamente, incluyen: forma de precipitación, color, color del polvo (línea), brillo, fractura, rotura, dureza, gravedad específica y algunas propiedades especiales.

Formulario de asignación

Las formas más comunes son masas cristalinas, terrosas y amorfas. Los cristales se denominan isométricos si se desarrollan aproximadamente por igual en las tres direcciones. Los cristales alargados en una dirección se llaman columnares, prismáticos, aciculares y alargados en dos direcciones: tabular, laminar, frondoso. Otras formas son pinceles (geodas), nódulos y secreciones, pseudomorfos (fósiles), oolitas, etc.

Un mineral puede tener diferentes formas de liberación, manteniendo inalteradas otras propiedades.

Coloración

Coloración: el color del mineral. En la naturaleza, hay minerales que tienen un color o colores diferentes. El grafito es siempre gris oscuro y el feldespato puede variar en color de blanco a negro: rosa, rojo, gris, verde, marrón.

Color en polvo (rasgo)

Como regla general, el color del mineral es más oscuro que el color del mineral en polvo. Muchos minerales coloreados son polvo blanco. El polvo se obtiene dibujando con una muestra en un plato de porcelana - de ahí el nombre de la propiedad - rasgo. Al dibujar sobre porcelana, se obtiene un polvo perfecto, que se extiende en una capa delgada sobre un fondo blanco. Para minerales con una dureza superior a la de la porcelana (> 6,5), dicen que no dan rasgos. Algunos minerales están bien diagnosticados por rasgo (por ejemplo, la hornblenda negra tiene un rasgo verde oscuro, labrador negro (feldespato) - blanco o gris claro, hematita gris oscuro - cereza).

Formas de asignación de minerales (diagramas)

a - cristales alargados; Piso B; c - isométrico; g - masa cristalina (roca); d - fósil (pseudomorfosis); e - dendrita; g - forma de goteo en forma de riñón; h - estalactitas; y - estalagmitas; k - nódulo; l - secreción; m, n - oolitas; o - cepillo (drusa, geoda); p - rosa (roseta)

Brillar

El brillo es la propiedad de los minerales, como todos los objetos, para reflejar, refractar, absorber los rayos de luz, así como nuestra percepción de la luz reflejada. El brillo de un mineral debe estar determinado por aquellos lugares donde brilla más, a lo largo de las superficies de una viruta nueva (si es necesario, se debe obtener una viruta). Un mineral puede tener un brillo diferente (por ejemplo, en placas de yeso - vidrio y nácar; en cuarzo - negrita en astillas y vidrioso en bordes crecidos). Vamos a nombrar los tipos de purpurina, colocándolos en la lista en orden descendente de intensidad de la luz reflejada.

• metal. Los minerales son como objetos metálicos;
• resina de diamante semimetálica. Estos son tipos brillantes de purpurina; los minerales que los poseen son bastante raros en la naturaleza, muchos son minerales valiosos, pero es poco probable que se encuentren en trabajos en el campo de la ingeniería ambiental;
• graso. La superficie del mineral da la impresión de estar cubierta por una fina capa de aceite. Se observa con mayor frecuencia en minerales con una superficie irregular, por ejemplo, en cuarzo y ópalo;
• perla. Se observa en superficies lisas uniformes, da un brillo de color claro (ejemplos: talco, en menor medida yeso, mica);
• vidrio. Se observa en los bordes uniformes de muchos minerales. Toda la superficie brilla al mismo tiempo (ejemplos: calcita, anhidrita, feldespatos);
• sedoso. Se observa en minerales con rotura en forma de aguja, cuando la superficie de división se asemeja a hilos largos de tela de nailon brillante (ejemplos: asbesto, hornblenda, yeso fibroso);
• ... mate (débil, opaco). La superficie, incluso en una hendidura reciente, brilla débilmente (ejemplos: pedernal, calcedonia, fosforita en concreciones);
• minerales sin brillo (ejemplos: fosforita en masas terrosas, montmorillonita, caolinita).

Rotura

Fractura: la forma de la superficie del mineral, resultante de la rotura de la muestra. Una ruptura en la misma muestra puede caracterizarse por varias palabras que se complementarán sin contradicción. Por ejemplo, la fractura de limonita es terrosa y desigual al mismo tiempo, la fractura de yeso similar al azúcar es granular y desigual en toda la muestra y se escalona si se mira de cerca a los cristales. Algunos tipos de fractura, susceptibles de una representación esquemática, se presentan a continuación.

Algunos tipos de fractura (diagramas)

a - pisó el cristal; b - escalonado en una masa cristalina; c - acicular en una masa cristalina; g - de grano grueso; d - concha

Tipos de fracturas:

• pisó. Se determina fácilmente en monocristales con planos de fractura, por ejemplo, en calcita y micas. Es más difícil ver una fractura escalonada en cristales dentro de masas cristalinas. En tales casos, debe buscar cristales y prestar atención a los pequeños planos en ellos, mientras que toda la muestra dará la impresión de irregular o granulada, como, por ejemplo, Labrador o dolomita;
• en forma de aguja (astilla, fibrosa). Parece una fractura en madera o algún material fibroso; observado en hornblenda, amianto;
• granular (similar al azúcar). Se observa en minerales con una forma de precipitación fina-cristalina; los cristales todavía son visibles, pero su fractura ya es poco visible (ejemplos: anhidrita, apatita cristalina fina);
• terroso. Se observa en minerales de superficie no lisa, en los que los cristales no son visibles debido a su pequeño tamaño. Las muestras son como tierra seca, no tienen brillo y a menudo se ensucian las manos (ejemplos: limonita, fosforita, minerales arcillosos);
• concoide Se observa con mayor frecuencia en minerales amorfos. Las superficies de las fracturas son brillantes, convexas o cóncavas, lisas,
  con bordes afilados, que fue utilizado por los pueblos antiguos en la fabricación de herramientas y armas (ejemplos: pedernal, calcedonia, obsidiana, cuarzo);
• desigual. Al romperse, el mineral forma superficies irregulares e irregulares (ejemplos: cuarzo cristalino fino, fosforita).

Escote

La escisión es la capacidad de los minerales cristalinos de dividirse a lo largo de direcciones especiales de la red cristalina. Esta propiedad no se observa en los objetos que nos rodean en la vida cotidiana. La escisión puede formar planos, agujas o fibras cuando los minerales se dividen. La mayoría de los minerales cristalinos poseen la división y no se puede encontrar en los minerales amorfos. Las superficies de escisión no deben confundirse con las caras formadas durante el crecimiento de los cristales. La escisión es claramente visible en cristales grandes (ejemplo: mica o feldespato). En muestras rotas de masas cristalinas gruesas, la escisión ya está determinada porque los cristales mismos son visibles: cada uno dio su propio plano, diferente del vecino.

Esquema de escisión

a - un cristal grande se dividirá solo a lo largo de grietas paralelas a las caras; b - en la masa cristalina, las virutas son claramente visibles pasando a lo largo de los planos de escisión

El escote es diferente. Puede aparecer muy bien, como la mica, y ausente, como los cristales de cuarzo. Según el grado de perfección, existen cinco tipos de escote: muy perfecto, perfecto, medio, imperfecto, muy imperfecto (prácticamente no hay escote). Si no hay división, a menudo es imposible entender dónde termina un cristal y comienza el siguiente. La escisión no es visible en absoluto en minerales representados por masas terrestres. En este caso, se determina bajo un microscopio y se publican los datos. Debido a la anisotropía de los cristales, incluso dentro de un mineral, la escisión puede manifestarse de diferentes formas, por ejemplo, el feldespato tiene una escisión perfecta en dos direcciones y una escisión media en una tercera. Las micas tienen un escote muy perfecto en una dirección y no lo tienen en las otras dos.

Cristal de mica

Escisión en una dirección, en las otras dos direcciones no hay escisión, la mica se rompe como una hoja de papel. Las caras adultas no se cuentan.

Como se puede entender por lo que se ha dicho, la escisión está bastante relacionada con una torcedura. Está presente en minerales con fractura escalonada, acicular y de grano grueso y está ausente en minerales con fractura crustácea. La división de minerales con una fractura irregular, terrosa y de grano fino debe leerse en libros de referencia.

Densidad (gravedad específica)

Se determina a simple vista. La mayoría de los minerales tienen una densidad de 2,5 a 3,5 g / cm 3. La densidad ayuda a reconocer rocas ligeras: trípoli, matraz, diatomita, arcilla seca, ya que tienen una densidad de menos de 2.0 g / cm 3, los minerales pesados ​​tienen una densidad de más de 4 g / cm 3.

Dureza

Dureza: resistencia de la superficie del material al rayado, corte, hendidura, abrasión. Esta es una propiedad muy conveniente para el diagnóstico más simple de minerales. Los minerales tienen una dureza constante. Siempre puede intentar rayar la muestra con la uña,

con un cuchillo, un trozo de vidrio. La esquina afilada de la muestra también puede rayar otros materiales.

En la práctica geológica, con los diagnósticos más simples, se acostumbra comparar la muestra bajo consideración con los minerales de referencia rayándolos entre sí. La escala del geólogo alemán Friedrich Moos se utiliza como estándar. La escala en unidades convencionales tiene un rango de 1 a 10.

Dureza de minerales

Escala de Mohs			dureza	Sustitutos de la escala de Mohs
Dureza		Mineral		Materiales (editar)	Dureza reemplazar- cuerpo
Relacionar- corporal	kg / cm 2
		Talco	Suave	Lápiz suave
		Yeso		Clavo	2,0-2,5
		Calcita		Lavado de bronce	2,5-4,0
		Fluorita		Clavo de hierro	4,0-4,5
		Apatito		Vidrio
		Feldespato (microclina, ortoclasa albita, anortita)	Sólido	Acero liso, hoja de afeitar	5,0-6,0
	1120	Cuarzo		Herramienta de acero	7,0-7,5
	1427	Topacio	Muy sólido
	2060	Corundo
	10 060	Diamante

Con la ayuda de la escala de Mohs, es posible medir la dureza de los minerales con una precisión de 0.5 o 1. El resultado obtenido se declara, por ejemplo, de la siguiente manera: la dolomita tiene una dureza de 3.5.

Propiedades especiales. Esto incluye propiedades inusuales que se encuentran solo en ciertos minerales.

1. Reacción con ácidos. Incluye calcita, dolomita y otros carbonatos: CaCO 3 (calcita) + 2HC1 (ácido clorhídrico) -> CaCl 2 + H 2 0 + CO 2.
2. Huele al frotarse. Puede tener fosforita.
3. Halite (NaCl) tiene un sabor salado, sylvin (KC1) tiene un sabor amargo.
4. Percepción por tacto. El talco y la caolinita pueden ser grasosos y resbaladizos.
5. Irisation: la apariencia de un hermoso brillo azul en el escote de un labrador retriever.
6. Magnético. Se verifica mediante la reacción de la aguja de la brújula. Lo poseen algunos minerales que contienen hierro, cobalto, níquel.
7. Doble refracción. Algunos minerales transparentes duplican la imagen. Es claramente visible si coloca una muestra de este tipo en el texto y lo examina.

Durante la reparación o construcción de las instalaciones, uno tiene que lidiar con muchos temas controvertidos. Uno de los principales es la elección de los materiales de construcción. Debe evaluar los pros y los contras de su preferencia, comparar con los análogos y tomar una decisión digna. La lana mineral ha ganado una inmensa popularidad entre los constructores como material aislante y de insonorización.

El aislamiento de la pared es una calefacción económica, la ausencia de hongos, la salvación del moho y la humedad. En los meses de verano, un buen aislamiento evita que las paredes se sobrecalienten y mantiene una temperatura interior agradable.

¿Qué es la lana de roca?

La lana mineral es un aislamiento económico hecho de materiales naturales no combustibles. Su producción se lleva a cabo exponiendo fibras de basalto y escorias metalúrgicas a altas temperaturas. Tiene buenas propiedades contra incendios, lo que es especialmente importante en la construcción de viviendas con calefacción por estufa y en producción peligrosa.

Ámbito de aplicación

aislamiento de fachadas y áticos;

aislamiento de la pared interna;

aislamiento de estructuras calientes en producción;

en el sistema de calefacción, en la construcción de tuberías, en la construcción de techos planos.

Este uso generalizado es posible debido a las diferentes características técnicas de la lana mineral. Tiene varias variedades, se diferencia en la estructura de las fibras. Cada especie destaca por su conductividad térmica y resistencia a la humedad.

Tipos de lana mineral

Lana de vidrio

Está hecho de vidrio roto y pequeños materiales cristalinos. La fibra de vidrio tiene un buen coeficiente de conductividad térmica: 0.030-0.052 W / mK. La longitud de sus fibras es de 15 a 55 mm, el grosor es de 5-15 micrones. Trabajar con lana de vidrio requiere el máximo cuidado. Por sus propiedades, es espinoso, los hilos rotos pueden penetrar los ojos, dañar la piel. Por lo tanto, para trabajar con el material, se requieren guantes, gafas y un respirador. Es óptimo calentar lana de vidrio hasta 450 grados, no enfriar, por debajo de 60 grados. Las propiedades positivas de la lana de vidrio son buena resistencia y elasticidad, fácil instalación y capacidad para recortar.

Escoria

Las fibras de este producto de escoria de alto horno tienen una longitud de aproximadamente 16 mm. La alta higroscopicidad de esta materia prima no permite el uso de lana de escoria en el aislamiento de fachadas y cañerías de calefacción. La mayoría de las veces se usa para aislar edificios no residenciales. Temperatura de calentamiento 250-300 grados. Por estas y otras propiedades, es inferior a otros tipos de lana mineral. Su principal ventaja es el bajo precio, la fácil instalación y el aislamiento acústico confiable.

Lana de roca

Es ella quien es el tipo de lana mineral de la más alta calidad. En tamaño, sus láminas no son inferiores a la fibra de escoria. Pero no es espinoso, muy fácil de usar. Tiene un coeficiente de conductividad térmica bastante alto; esta fibra se puede calentar hasta 1000-1500 grados. Cuando se calienta por encima de los grados permitidos, no se quemará, solo se derretirá. Cuando hablamos de un material moderno para aislar casas, nos referimos solo a este tipo de lana, también se le llama basalto.

Aislamiento de la pared interna

Producción y propiedades de la lana de basalto.

Un poco de historia:

Por primera vez, se descubrieron finas hebras de roca volcánica en Hawai. Después de la erupción volcánica, los científicos llamaron la atención sobre hallazgos interesantes. La lava caliente voló hacia arriba y el viento tiró de las rocas en finos hilos, que se solidificaron y se convirtieron en grumos, similares a la lana mineral moderna.

Producción de aislamiento de basalto

Debido al tratamiento térmico a temperaturas bastante altas, los materiales rocosos se transforman en material fibroso. Después de eso, se les agregan componentes de unión y se colocan bajo la prensa. Luego, la fibra ingresa a la cámara de polimerización, donde se convierte en un producto sólido.

El aislamiento de basalto puede tener una alta densidad, lo que le da al producto una rigidez adicional y una buena resistencia al estrés. La estructura porosa ayuda a absorber el ruido de impacto. Durante el proceso de producción, se puede obtener algodón de diversas estructuras. Uno más flexible se utiliza en tuberías, uno semirrígido se aísla en el hogar y una estructura rígida es indispensable en la producción.

Propiedades de la lana mineral de basalto:

insonorización;

alto aislamiento térmico;

seguridad;

resistencia a la humedad;

durabilidad;

absoluta incombustibilidad.

La fibra de basalto se produce en rollos y placas. Es muy ligero y fácil de cortar.

¡Nota!

Recientemente, el tipo de producto de lámina ha sido muy popular entre los constructores. Gracias a la lámina, se obtiene un mayor nivel de ahorro de calor. Es adecuado para aislar cualquier superficie, es este material el que se utiliza para los sistemas de ventilación y refrigeración.

Sellos

En la fábrica, puede obtener un producto de varias densidades. Es por esta propiedad que se pueden distinguir varias marcas de lana mineral.

Marca P-75

Tiene una densidad de 75 kg por metro cúbico. Se utiliza un producto de baja densidad donde no hay necesidad de soportar una carga importante. Por ejemplo, para el aislamiento de algunos techos, áticos. Además, el algodón de esta marca se utiliza para calentar tuberías.

Esquema de aislamiento del ático

Marca P-125

Con una densidad de 125 kg por metro cúbico, es adecuado para aislar suelos y paredes interiores. El material tiene una buena protección contra el ruido, por lo que es la lana mineral ideal para el aislamiento acústico.

Marca PZh-175

Material de alta densidad con buena rigidez. Imprescindible donde se necesite aislar suelos de hormigón armado o metálicos.

Marca PPZh - 200

Tiene la mayor rigidez, como lo indica la abreviatura indicada. Además de PZh-175, se utiliza para el aislamiento térmico de paredes de chapa. Pero, además de esto, esta marca debe usarse donde haya una mayor probabilidad de riesgo de incendio.

Lana mineral para fachada

La mayoría de las veces, la lana mineral se usa para aislar fachadas. Todas las propiedades anteriores de la fibra de basalto son significativamente superiores a la misma espuma. Es este material el que no retiene fácilmente el calor, pero también ayuda a que el aire penetre en las paredes. Se debe prestar especial atención a la elección del producto y la instalación de estructuras.

Aislamiento de la fachada

Importante: es mejor comprar productos en forma de losas, lo que simplificará enormemente su instalación. La densidad del material no debe ser inferior a 140 kg / metro cúbico. El ancho de la propia losa es de 10 cm.

Lana mineral y riesgos para la salud

El sentimiento pesimista de que el uso de lana mineral es seriamente perjudicial para la salud se basa en las características técnicas de generaciones pasadas de lana mineral. De hecho, el trabajo constante con lana de vidrio era muy peligroso para los pulmones. Hoy en día estos productos se utilizan muy raramente. La fibra de basalto moderna se produce con materias primas de alta calidad, lo que otorga gran importancia al proceso tecnológico. Sujeto a todas las normas sanitarias, las sustancias nocivas vinculantes (fenol y formaldehído) prácticamente pierden sus propiedades negativas para el medio ambiente.

Para estar seguro de la seguridad del material, debe prestar atención a la elección del fabricante. Si la lana de roca es extraída por organizaciones clandestinas, sin observar los GOST y las condiciones técnicas necesarias, entonces no hay garantía de que la acción del fenol no afecte la salud de otros.

La definición de minerales se realiza de acuerdo con sus propiedades físicas, las cuales se deben a la composición del material y la estructura de la red cristalina del mineral. Estos son el color del mineral y su polvo, brillo, transparencia, carácter de fractura y escisión, dureza, gravedad específica, magnetismo, conductividad eléctrica, maleabilidad, fragilidad, inflamabilidad y olor, sabor, rugosidad, contenido de grasa, higroscopicidad. Al determinar algunos minerales, se puede utilizar su proporción al 5-10% de ácido clorhídrico (los carbonatos hierven).

La cuestión de la naturaleza de la coloración del color de los minerales es muy complicada. Aún no se ha determinado la naturaleza de la coloración de algunos minerales. En el mejor de los casos, el color de un mineral viene determinado por la composición espectral de la radiación luminosa reflejada por el mineral o está determinado por sus propiedades internas, algún elemento químico que forma parte del mineral, inclusiones finamente dispersas de otros minerales, orgánicos asunto y otras razones. El pigmento colorante a veces se distribuye de manera desigual, en rayas, dando patrones multicolores (por ejemplo, en ágatas).

Rayas irregulares de ágata

Algunos minerales transparentes cambian de color cuando la luz incidente se refleja en las superficies internas, grietas o inclusiones. Estos son los fenómenos del color iridiscente de la calcopirita, la pirita y los minerales iridiscentes: desbordamientos azules y azules de Labrador.

Algunos minerales son multicolores (policromados) y tienen diferentes colores a lo largo del cristal (turmalina, amatista, berilo, yeso, fluorita, etc.).

El color de un mineral a veces puede ser diagnóstico. Por ejemplo, las sales de cobre acuosas son de color verde o azul. La naturaleza del color de los minerales se determina visualmente, generalmente comparando el color observado con conceptos bien conocidos: blanco lechoso, verde claro, rojo cereza, etc. Esta característica no siempre es característica de los minerales, ya que los colores de muchos de ellos varían mucho.

A menudo, el color se debe a la composición química del mineral oa la presencia de diversas impurezas en las que se encuentran elementos químicos cromóforos (cromo, manganeso, vanadio, titanio, etc.). El mecanismo de aparición de este o aquel color en las gemas aún no siempre está claro, ya que un mismo elemento químico puede colorear diferentes gemas en diferentes colores: la presencia de cromo hace que el rojo rubí y el verde esmeralda.

Color de linea

Una característica de diagnóstico más confiable que el color de un mineral es el color de su polvo, que queda cuando el mineral de prueba raya la superficie mate de una placa de porcelana. En algunos casos, el color del rasgo coincide con el color del mineral en sí, en otros es completamente diferente. Entonces, en el cinabrio, el color del mineral y el polvo es rojo, y en la pirita de color amarillo latón, la línea es de color negro verdoso. El rasgo lo dan los minerales blandos y semiduros, y los duros solo rayan la placa y dejan surcos en ella.

Línea de color de minerales en un plato de porcelana

Transparencia

Según su capacidad para transmitir luz, los minerales se dividen en varios grupos:

• transparente(cristal de roca, sal de roca): transmiten luz, los objetos son claramente visibles a través de ellos;
• translúcido(calcedonia, ópalo): objetos a través de los cuales los objetos son poco visibles;
• translúcido solo en placas muy delgadas;
• opaco- la luz no se transmite ni siquiera en placas delgadas (pirita, magnetita).

Brillar

El brillo es la capacidad de un mineral para reflejar la luz. No existe una definición científica rigurosa de brillo. Hay minerales con brillo metálico como los minerales pulidos (pirita, galena); con semimetálico (diamante, vidrio, mate, graso, cera, nácar, con tintes tornasolados, sedoso).

Escote

El fenómeno de escisión en los minerales está determinado por la cohesión de las partículas dentro de los cristales y se debe a las propiedades de sus redes cristalinas. La división de minerales ocurre más fácilmente en paralelo a las redes más densas de redes cristalinas. Estas rejillas con mayor frecuencia y en el mejor desarrollo también se manifiestan en la limitación externa del cristal.

El número de planos de escisión para diferentes minerales no es el mismo, llegando a seis, y el grado de perfección de los diferentes planos puede ser diferente. Se distinguen los siguientes tipos de escisión:

• muy perfecto, cuando el mineral sin mucho esfuerzo se divide en hojas o placas separadas con superficies lisas y brillantes: planos de escisión (yeso).
• Perfecto, que se encuentra al golpear ligeramente el mineral, que se desmorona en pedazos, limitado solo por superficies lisas y brillantes. Muy raramente se obtienen superficies desiguales que no están a lo largo del plano de escisión (la calcita se divide en romboedros regulares de diferentes tamaños, sal de roca, en cubos, esfalerita, en dodecaedros rómbicos).
• promedio, que se expresa en el hecho de que cuando se golpea un mineral, se forman fracturas tanto a lo largo de planos de escisión como a lo largo de superficies irregulares (feldespato - ortoclasa, microclina, labrador)
• imperfecto... Los planos de escisión en el mineral son difíciles de detectar (apatita, olivino).
• muy imperfecto... Los planos de escisión en el mineral están ausentes (cuarzo, pirita, magnetita). Al mismo tiempo, a veces se encuentra cuarzo (cristal de roca) en cristales bien cortados. Por lo tanto, es necesario distinguir las caras de los cristales naturales de los planos de escisión que se revelan durante la fractura del mineral. Los planos pueden ser paralelos a los bordes y tener un aspecto más fresco y mayor brillo.

Rotura

La naturaleza de la superficie formada durante la fractura (división) del mineral es diferente:

1. Descanso suave si el mineral se divide a lo largo de los planos de escisión, como, por ejemplo, en cristales de mica, yeso y calcita.
2. Fractura escalonada se obtiene cuando hay planos de clivaje que se cruzan en el mineral; se puede observar en feldespatos, calcita.
3. Torcedura desigual caracterizado por la ausencia de áreas brillantes de hendidura, como, por ejemplo, en el cuarzo.
4. Fractura granulada observado en minerales con estructura granular-cristalina (magnetita, cromita).
5. Fractura terrosa típico de minerales blandos y muy porosos (limonita, bauxita).
6. Crustáceo- con áreas convexas y cóncavas como conchas (apatita, ópalo).
7. Astilla(acicular) - una superficie irregular con astillas orientadas en una dirección (selenita, crisotilo-amianto, hornblenda).
8. Enganchado- Aparecen irregularidades en forma de gancho en la superficie de la hendidura (cobre nativo, oro, plata). Este tipo de fractura es típico de los metales maleables.

Fractura lisa en mica Fractura desigual en cuarzo rosa Fractura escalonada en halita. © Rob Lavinsky Fractura granulada de cromita. © Petr Sosonovski
Fractura terrosa de limonita Fractura con costra en la crema Fractura en astilla en actinolita. © Rob Lavinsky Doblez cursi en el cobre

Dureza

Dureza de minerales- este es el grado de resistencia de su superficie exterior a la penetración de otro mineral más duro y depende del tipo de red cristalina y de la fuerza de los enlaces de los átomos (iones). Determine la dureza raspando la superficie del mineral con una uña, cuchillo, vidrio o minerales con dureza conocida de la escala de Mohs, que incluye 10 minerales con dureza que aumenta gradualmente (en unidades relativas).

La posición relativa de los minerales en términos del grado de aumento de su dureza es visible al comparar: las determinaciones precisas de la dureza del diamante (dureza en una escala de 10) mostraron que es más de 4000 veces mayor que la del talco (dureza - 1).

Escala de Mohs

La mayoría de los minerales tienen una dureza de 2 a 6. Los minerales más duros son los óxidos anhidros y algunos silicatos. Al determinar un mineral en una roca, asegúrese de que sea el mineral y no la roca lo que se esté probando.

Gravedad específica

La gravedad específica varía de 0,9 a 23 g / cm 3. Para la mayoría de los minerales, es de 2 - 3,4 g / cm 3, los minerales minerales y los metales nativos tienen la gravedad específica más alta de 5,5 a 23 g / cm 3. La gravedad específica exacta se determina en condiciones de laboratorio y, en la práctica normal, "pesando" la muestra en la mano:

1. Ligero (con un peso específico de hasta 2,5 g / cm 3): azufre, sal gema, yeso y otros minerales.
2. Medio (2,6 - 4 g / cm 3): calcita, cuarzo, fluorita, topacio, mineral de hierro marrón y otros minerales.
3. Con un peso específico elevado (más de 4). Esto es barita (espato pesado) - con un peso específico de 4.3 - 4.7, minerales sulfurosos de plomo y cobre - un peso específico de 4.1 - 7.6 g / cm 3, elementos nativos - oro, platino, cobre, hierro, etc. D. con un peso específico de 7 a 23 g / cm 3 (iridio osmous - 22,7 g / cm 3, iridio platino - 23 g / cm 3).

Magnético

La propiedad de los minerales de ser atraídos por un imán o de desviar la aguja de una brújula magnética es uno de los signos de diagnóstico. La magnetita y la pirrotita son minerales altamente magnéticos.

Maleabilidad y fragilidad

Los maleables son minerales que cambian de forma al golpearlos con un martillo, pero que no se desintegran (cobre, oro, platino, plata). Frágil: se desmorona con el impacto en trozos pequeños.

Conductividad eléctrica

La conductividad eléctrica de los minerales es la capacidad de los minerales para conducir corriente eléctrica cuando se exponen a un campo eléctrico. De lo contrario, los minerales se clasifican como dieléctricos, es decir, no conductivo.

Inflamabilidad y olor

Algunos minerales se incendian con un fósforo y crean olores característicos (azufre - dióxido de azufre, ámbar - un olor aromático, ozoquerita - un olor sofocante de monóxido de carbono). El olor a sulfuro de hidrógeno aparece al golpear marcasita, pirita, al frotar cuarzo, fluorita, calcita. Cuando los trozos de fosforita se frotan entre sí, aparece el olor a hueso quemado. La caolinita, cuando se humedece, adquiere el olor de una estufa.

Gusto

Solo los minerales fácilmente solubles en agua evocan sensaciones gustativas (halita - sabor salado, sylvin - amargamente salado).

Rugosidad y untuosidad

El talco, la caolinita son grasosos, ligeramente manchados, ásperos: bauxita, tiza.

Higroscopicidad

Esta es la propiedad de los minerales para hidratar, atrayendo moléculas de agua del medio ambiente, incluso del aire (carnalita).

Algunos minerales reaccionan con los ácidos. Para identificar minerales que son, por composición química, sales de ácido carbónico, es conveniente utilizar la reacción de hervirlos con ácido clorhídrico débil (5-10%) (calcita, dolomita).

Radioactividad

La radiactividad puede ser una característica de diagnóstico importante. Algunos minerales que contienen elementos químicos radiactivos (como uranio, torio, tantalio, circonio, torio) a menudo tienen una radiactividad significativa que se puede detectar fácilmente con radiómetros domésticos. Para comprobar la radiactividad, primero se mide y registra el valor de fondo de la radiactividad, luego se coloca el mineral en el detector del dispositivo. Un aumento en las lecturas de más del 15% indica la radiactividad del mineral. Los minerales radiactivos son: abernatita, bannerita, gadolinita, monacita, ortita, circón, etc.

Brillo

Fluorita luminosa

Algunos minerales, que no brillan por sí mismos, comienzan a brillar bajo diversas condiciones especiales (calentamiento, irradiación con rayos X, rayos ultravioleta y catódicos; cuando se rompen o incluso se rayan). Existen los siguientes tipos de minerales que brillan:

1. Fosforescencia: la capacidad de un mineral de brillar durante minutos y horas después de la exposición a ciertos rayos (la willemita brilla después de la exposición a rayos ultravioleta cortos).
2. Luminiscencia: la capacidad de brillar en el momento de la irradiación con ciertos rayos (la scheelita se ilumina en azul cuando se irradia con rayos ultravioleta y rayos).
3. Termoluminiscencia: brilla cuando se calienta (la fluorita se ilumina de color rosa púrpura).
4. Triboluminiscencia: brilla en el momento de rascar con un cuchillo o partir (corindón).

Asterismo

Asterismo o efecto estrella

El asterismo, o efecto estrella, se encuentra en pocos minerales. Consiste en la reflexión (difracción) de rayos de luz de inclusiones en el mineral, orientados a lo largo de ciertas direcciones cristalográficas. Los mejores representantes de esta propiedad son el zafiro estrella y el rubí estrella.

En los minerales con estructura fibrosa (ojo de gato), existe una fina franja de luz que puede cambiar de dirección cuando se gira la piedra (iridiscencia). La luz que juega en la superficie del ópalo o los colores brillantes del pavo real del Labrador se explican por la interferencia de la luz: la mezcla de rayos de luz cuando se reflejan en capas de bolas de sílice empaquetadas (en ópalo) o en el cristalino laminar más delgado. crecimientos (Labrador, piedra lunar).

Los minerales tienen un complejo de propiedades físicas, por las que se distinguen y determinan. Consideremos la más importante de estas propiedades.

Propiedades ópticas. Coloración o Color El mineral es una característica de diagnóstico importante. Algunos minerales tienen un color específico, por el cual se pueden identificar con casi precisión. El color de otros minerales puede variar ampliamente dentro del mismo mineral individual. El color de los minerales depende de su composición química, estructura interna, impurezas mecánicas y, principalmente, de las impurezas químicas de los elementos cromóforos: Cr, V, Ti, Mn, Fe, Al, Ni, Co, Cu, U, Mo, etc.

Por color, todos los minerales generalmente se subdividen en colores oscuros y claros. Al caracterizar el color de un mineral con fines de diagnóstico, uno debe esforzarse por obtener su descripción más precisa. Al describir el color, se utilizan definiciones complejas, por ejemplo, verde azulado, blanco lechoso, etc., el color principal en tales adjetivos está en segundo lugar.

Color mineral en polvo, o color de linea , es también una característica importante que a veces juega un papel decisivo en la determinación del mineral. El color del mineral en el polvo puede diferir significativamente del color del agregado mineral en el bulto. Para determinar el color del mineral en polvo, el mineral se lleva a cabo sobre la superficie rugosa de una placa de porcelana, limpia de esmalte. Tal plato se llama galleta (del francés Biscuite - porcelana sin recubrimiento). Es en él donde permanece la línea, lo que permite evaluar el color del mineral en el polvo. Sin embargo, si la dureza del mineral excede la dureza de la galleta, es imposible obtener un rasgo de esta manera.

Transparencia- la capacidad de los minerales para transmitir luz sin cambiar la dirección de su propagación. La transparencia depende de la estructura cristalina del mineral, la intensidad de su color, la presencia de finas inclusiones y otras características de su estructura, composición y condiciones de formación. Según el grado de transparencia, los minerales se dividen en: transparente, translúcido, translúcido , opaco.

Transparente- Transmitir luz en todo el volumen. Puede ver a través de minerales tales como a través del vidrio de una ventana.

Translúcido- solo los contornos de los objetos son visibles a través de ellos. La luz atraviesa el mineral como un vidrio esmerilado.

Translúcido- transmitir luz a lo largo de un borde delgado o en placas delgadas.

Opaco- no transmite luz ni siquiera en placas delgadas.

En igualdad de condiciones, los agregados de grano más fino parecen menos transparentes.

Brillar- la capacidad del mineral para reflejar la luz. El reflejo de la luz de la superficie del mineral se percibe como un brillo de intensidad variable. Esta propiedad también depende de la estructura del mineral, su reflectividad y la naturaleza de la superficie reflectante. Existen los siguientes tipos de brillo.

Metal- Brillo fuerte típico de metales nativos y muchos minerales minerales.

Similar al metal o semimetálico- recuerda al brillo de una superficie de metal deslustrada.

Diamante el brillo (el más brillante) es característico del diamante, algunas variedades de esfalerita y azufre.

Vidrio- está bastante extendido y se asemeja al brillo del vidrio.

Graso- brillo, en el que la superficie del mineral parece estar cubierta con una película de grasa o aceitada. El brillo aceitoso se produce debido a irregularidades en la superficie de una fractura o la cara de un mineral, así como debido a la higroscopicidad: absorción de agua con la formación de una película de agua en la superficie.

Cera- en general, es similar a la grasa, solo que más débil, opaca, característica de los agregados minerales criptocristalinos.

Perla- se asemeja al brillo iridiscente de la superficie de una concha de nácar.

Sedoso- observado en agregados con estructura fibrosa o en forma de aguja. Se asemeja al brillo de la tela de seda.

Mate el brillo es característico de los agregados de grano fino con una superficie terrosa irregular. Un brillo mate prácticamente significa que no hay brillo.

A veces, el brillo en los bordes del cristal, en su hendidura y en la superficie de la hendidura puede diferir, por ejemplo, en el cuarzo el lustre de los bordes puede ser vidrioso, mientras que en la hendidura casi siempre es aceitoso. Como regla general, el brillo en las superficies de la hendidura es más brillante e intenso que en los bordes de los cristales.

Propiedades mecánicas. Escote - la capacidad de un mineral de dividirse en ciertas direcciones con la formación de superficies relativamente lisas (superficies de división).

Algunos minerales, cuando se exponen a ellos, se destruyen a lo largo de planos paralelos regulares, cuya dirección y cantidad se debe a las peculiaridades de la estructura cristalina del mineral. La destrucción ocurre preferiblemente en aquellas direcciones a lo largo de las cuales existen los enlaces más débiles en la red cristalina. La naturaleza de la escisión se establece mediante el estudio de granos minerales individuales. Los minerales amorfos no poseen escisión.

Según la facilidad de división y la naturaleza de las superficies formadas, se distinguen varios tipos de división.

Escote muy perfecto- el mineral se agrieta fácilmente o se divide a mano en láminas delgadas. Los planos de hendidura son suaves, uniformes y, a menudo, parecidos a un espejo. Un escote muy perfecto suele aparecer en una sola dirección.

Escote perfecto- el mineral se agrieta fácilmente con un golpe débil de martillo con la formación de superficies lisas y brillantes. El número de direcciones de escisión para diferentes minerales no es el mismo (Fig. 8).

Escote medio- el mineral se divide con el impacto en fragmentos, que están delimitados aproximadamente en la misma medida por planos de escisión relativamente planos y planos de fractura irregulares.

Escote imperfecto- la división del mineral conduce a la formación de fragmentos, la mayoría de los cuales están limitados por superficies irregulares de fractura. El reconocimiento de tal división es difícil.

Escote muy imperfecto, o falta de división: el mineral se divide en direcciones aleatorias y siempre da una superficie de fractura desigual.

El número de direcciones de escisión, el ángulo entre ellas, el grado de perfección son algunas de las principales características de diagnóstico en la determinación de minerales.

Arroz. 8. Escote perfecto:

a - gubias por hendidura - cubo de halita, romboedros de calcita; b - se desarrollaron grietas visibles a lo largo de las direcciones de la hendidura; c - diferente orientación y número de planos de escisión: 1 - escisión en una dirección, mica; 2 - escisión en dos direcciones mutuamente perpendiculares, ortoclasa; 3 - escisión en dos direcciones no perpendiculares, anfíbol; 4 - hendidura en tres direcciones mutuamente perpendiculares, halita; 5 - escisión en tres direcciones no perpendiculares, calcita; 6 - hendidura en cuatro direcciones paralelas a las caras del octaedro, diamante; 7 - escote en seis direcciones, esfalerita

Rotura- el tipo de superficie formada por la división del mineral. Esta característica es especialmente importante en el estudio de minerales con clivaje imperfecto y muy imperfecto. Para tales minerales, la apariencia de la superficie de la fractura puede ser una característica de diagnóstico importante. Hay varios tipos de fracturas característicos.

En algunos minerales, puede aparecer en la fractura una superficie característica con nervaduras concéntricas cóncavas o convexas, que se asemeja a una concha. Tal descanso se llama concoidal... Muy a menudo, el mineral se divide sobre una superficie irregular que no tiene ningún rasgo característico. Tal descanso se llama desigual, está poseído por muchos minerales desprovistos de escisión. Se encuentran metales nativos, cobre, hierro y otros minerales. enganchado rotura; la plata nativa tiene Cortado rotura. Los minerales con un escote perfecto en 1-2 direcciones dan liso rotura. Además, la torcedura puede ser paso a paso, astilla, granoso.

Dureza- la capacidad del mineral para resistir el estrés mecánico externo: rayado, corte, hendidura. Esta característica, como la mayoría de las demás, depende de la estructura interna del mineral y refleja la fuerza de los enlaces entre las celosías de los cristales. En el campo, la dureza relativa de los minerales se determina raspando un mineral con otro.

Para evaluar la dureza relativa del mineral se utiliza una escala empírica, propuesta a principios del siglo pasado por el mineralogista austriaco F. Moos (1772-1839) y conocida en mineralogía como escala de dureza de Mohs (Cuadro 1). La escala utiliza diez minerales de dureza conocida y constante como referencias. Estos minerales están ordenados en orden creciente de dureza. El primer mineral - talco - corresponde a la dureza más baja tomada como 1, el último mineral - diamante - corresponde a la dureza más alta 10. Cada mineral anterior en la escala es rayado por el siguiente mineral.

Tabla 1 - Escala de dureza mineral

La escala de Mohs es una escala relativa, el aumento de dureza dentro de sus límites se produce de manera muy desigual de estándar a estándar, por ejemplo, la dureza absoluta medida del diamante no es 10 veces más que la dureza del talco, sino unas 4200 veces. El valor absoluto de la dureza aumenta al disminuir los radios y aumentar la carga de los iones que componen el cristal. Para determinar la dureza relativa de un mineral en su superficie fresca (no degradada), presione con un ángulo agudo del mineral de referencia. Si el estándar deja un rasguño, significa que la dureza del mineral estudiado es menor que la dureza del estándar, si no se va, la dureza del mineral es mayor. Dependiendo de esto, se selecciona el siguiente estándar más alto o más bajo en la escala hasta que la dureza del mineral que se determina y la dureza del mineral de referencia coinciden o resultan estar cerca, es decir, Ambos minerales no se rayan ni dejan una marca tenue. Si el mineral investigado en términos de dureza se encuentra entre dos estándares, su dureza se determina como intermedia, por ejemplo 3,5.

Para obtener una estimación aproximada de la dureza relativa de los minerales en el campo, puede utilizar una mina de lápiz (dureza 1), un clavo (2-2,5), un alambre de cobre o una moneda (3-3,5), una aguja de acero, un alfiler, un clavo o un cuchillo. (5-5.5), vidrio (5.5-6), lima (7).

Densidad los minerales varían de 0,8 a 0,9 (para los hidrocarburos cristalinos naturales) a 22,7 g / cm 3 (para el iridio osmo). La determinación exacta se realiza en condiciones de laboratorio. Por densidad, todos los minerales se pueden dividir en tres categorías: livianos - densidad hasta 2.5 g / cm 3 (yeso, halita), densidad media - hasta 4 g / cm 3 (calcita, cuarzo, feldespatos, micas) y pesados ​​- densidad superior a 4 g / cm 3 (galena, magnetita). La densidad de la mayoría de los minerales es de 2 a 5 g / cm 3.

Las propiedades mecánicas que pueden usarse como signos de diagnóstico de minerales también incluyen fragilidad y maleabilidad.

Fragilidad- la propiedad de una sustancia de desmoronarse bajo presión o por impacto.

Ductilidad- la propiedad de una sustancia bajo presión de aplanarse en una placa delgada, para ser de plástico.

Propiedades especiales. Algunos minerales se caracterizan por propiedades especiales, únicas inherentes: gusto(halita, Sylvin) oler(azufre), combustión(azufre, ámbar), magnetismo(magnetita), reacción con ácido clorhídrico(minerales de la clase de carbonatos), conductividad eléctrica (grafito) y algunos otros.

Propiedades magnéticas de los minerales. están determinadas por su estructura magnética, es decir, en primer lugar, las propiedades magnéticas de los átomos que componen el mineral y, en segundo lugar, la ubicación e interacción de estos átomos. La magnetita y la pirrotita son dos de los minerales magnéticos más importantes que actúan sobre la aguja magnética.

Conductividad eléctrica. En su mayor parte, los minerales son malos conductores de la electricidad, a excepción de los sulfuros, algunos óxidos (magnetita) y el grafito, cuya resistividad es inferior a 10 Ohm m; sin embargo, la conductividad eléctrica total de los agregados minerales depende no solo de las propiedades del mineral en sí, pero también sobre la estructura y, lo más importante, sobre el grado de porosidad y corte de agua de la unidad. La mayoría de los minerales conducen la electricidad a través de poros llenos de aguas mineralizadas naturales: soluciones de electrolitos.

Cuando examinamos minerales en vitrinas de museos o bandejas con muestras especialmente seleccionadas, nos sorprende involuntariamente la variedad de signos externos por los que se diferencian entre sí.

Algunos minerales aparecen transparentes (cristal de roca, sal de roca), otros, turbios, translúcidos o completamente impermeables a la luz (magnetita, grafito).

Una característica notable de muchos compuestos naturales es su color. Para varios minerales, es constante y muy característico. Por ejemplo: el cinabrio (sulfuro de mercurio) siempre tiene un color rojo carmín; para la malaquita, es característico un color verde brillante; Los cristales cúbicos de pirita son fácilmente reconocibles por su color dorado metálico, etc. Junto con esto, el color de una gran cantidad de minerales es cambiante. Estas son, por ejemplo, las variedades de cuarzo: incoloro (transparente), blanco lechoso, marrón amarillento, casi negro, violeta, rosa.

El brillo también es un rasgo muy característico de muchos minerales. En algunos casos, es muy similar al brillo de los metales (galena, pirita, arsenopirita), en otros, al brillo del vidrio (cuarzo), nácar (moscovita). También hay muchos minerales de este tipo que, incluso en una fractura reciente, se ven opacos, es decir, no tienen brillo.

A menudo, los minerales se encuentran en cristales, a veces muy grandes, a veces extremadamente pequeños, establecidos solo con una lupa o un microscopio. Para varios minerales, las formas cristalinas son muy típicas, por ejemplo: para pirita - cristales cúbicos, para granates - dodecaedros rómbicos, para berilo - prismas hexagonales. Sin embargo, en la mayoría de los casos, las masas minerales se observan en forma de agregados granulares continuos, en los que los granos individuales no tienen contornos cristalográficos. Muchos minerales también se distribuyen en forma de masas de goteo, a veces de una forma extraña que no tiene nada que ver con los cristales. Tales son, por ejemplo, masas de malaquita en forma de riñón, formaciones de limonita (hidróxidos de hierro) parecidas a estalactitas.

Los minerales también difieren en otras propiedades físicas. Algunos de ellos son tan duros que dejan rayones fácilmente en el vidrio (cuarzo, granate, pirita); otros están rayados por fragmentos de vidrio o por el filo de un cuchillo (calcita, malaquita); otros tienen una dureza tan baja que se pueden dibujar fácilmente con una uña (yeso de París, grafito). Algunos minerales, cuando se escinden, se dividen fácilmente a lo largo de ciertos planos, formando fragmentos de forma regular, similares a los cristales (sal de roca, galena, calcita); otros dan curvas en la fractura, superficies "parecidas a caracolas" (cuarzo). Las propiedades como la gravedad específica, la fusibilidad, etc. también varían ampliamente.

Las propiedades químicas de los minerales son igualmente diferentes. Algunos son fácilmente solubles en agua (sal de roca), otros son solubles solo en ácidos (calcita) y otros son estables incluso con respecto a ácidos fuertes (cuarzo). La mayoría de los minerales se retienen bien en el aire. Sin embargo, se conocen varios compuestos naturales que se oxidan o descomponen fácilmente debido al oxígeno, el dióxido de carbono y la humedad contenidos en el aire. También se estableció hace mucho tiempo que algunos minerales cambian gradualmente de color bajo la influencia de la luz.

Todas estas propiedades de los minerales dependen causalmente de las características de la composición química de los minerales, de la estructura cristalina de la sustancia y de la estructura de los átomos o iones que forman los compuestos. Mucho de lo que antes parecía misterioso, ahora, a la luz de los logros modernos de las ciencias exactas, especialmente la física y la química, se está volviendo cada vez más claro.

A este respecto, recordemos algunas de las disposiciones más importantes para nosotros en física, química, química de cristales y química coloidal.

Estado de agregación de minerales... Como ya se indicó, de acuerdo con los tres estados agregados existentes de la materia, se distinguen los minerales sólidos, líquidos y gaseosos.

Cualquier sustancia de naturaleza inorgánica, dependiendo de la temperatura y la presión, puede encontrarse en cualquier estado de agregación, y cuando estos factores cambian, pasa de un estado a otro.

Los límites de estabilidad de cada estado de agregación se encuentran en los rangos de temperatura más diferentes, dependiendo de la naturaleza de la sustancia. A presión atmosférica a temperatura ambiente, la mayoría de los minerales se encuentran en estado sólido y se funden a altas temperaturas, mientras que el mercurio en estas condiciones existe en forma líquida y el sulfuro de hidrógeno y el dióxido de carbono están en estado gaseoso.

La mayoría de los minerales sólidos están representados por sustancias cristalinas, es decir, sustancias con estructura cristalina. Cada sustancia cristalina tiene un punto de fusión determinado, en el que se produce el cambio en el estado de agregación de la sustancia con la absorción de calor, lo que afecta claramente al comportamiento de las curvas de calentamiento (Fig. 5, A). En un cierto intervalo de tiempo, la entrada de calor impartida al sistema se gasta en el proceso de fusión (la curva se aplana).

La cristalización de una sustancia líquida homogénea enfriada debe ocurrir a la misma temperatura que la fusión de un sólido de la misma composición, pero generalmente ocurre con algo de hipotermia líquidos, que siempre hay que tener en cuenta.

Las sustancias sólidas químicamente puras caracterizadas por una estructura desordenada, es decir, la ausencia de una disposición regular de átomos, se denominan amorfo Cuerpos (vidriosos). Pertenecen al grupo de sustancias isotrópicas, es decir, poseen las mismas propiedades físicas en todas las direcciones. Un rasgo característico de las sustancias amorfas, en contraste con las cristalinas, también es transición gradual de un estado de agregación a otro a lo largo de una curva suave (Fig. 5, B) como lacre, que, cuando se calienta, se vuelve gradualmente flexible, luego viscosa y, finalmente, gotea.

Las sustancias amorfas se obtienen a menudo por solidificación de masas viscosas fundidas, especialmente cuando el enfriamiento de la masa fundida se produce muy rápidamente. Un ejemplo es la formación del mineral lechatellerita - vidrio de cuarzo amorfo cuando un rayo golpea rocas cristalinas de cuarzo. La transición de sustancias amorfas a masas cristalinas puede ocurrir solo cuando se mantienen en un estado ablandado durante mucho tiempo a una temperatura cercana al punto de fusión.

Debe añadirse que no todas las sustancias pueden obtenerse fácilmente en estado amorfo. Estos son, por ejemplo, metales, que no forman sustancias vítreas incluso cuando se enfrían.

Polimorfismo... El polimorfismo ("poli" en griego - mucho) es la capacidad de una sustancia cristalina dada de sufrir dos o más modificaciones de la estructura cristalina cuando los factores externos (principalmente la temperatura) cambian y, en este sentido, cambios en las propiedades físicas. El ejemplo más llamativo a este respecto es el dimorfismo del carbono natural, que cristaliza, según las condiciones, ya sea en forma de diamante (sistema cúbico) o en forma de grafito (sistema hexagonal), muy diferentes entre sí en términos físicos. propiedades, a pesar de la identidad de la composición. Cuando se calienta en ausencia de oxígeno, la estructura cristalina del diamante a temperaturas superiores a 3000 ° a presión atmosférica se reorganiza en una estructura de grafito más estable (estable) en estas condiciones. No se establece la transición inversa de grafito a diamante.

Fig. 6. Cambiando las propiedades del cuarzo cuando se calienta. I - rotación del plano de polarización; II - la magnitud de la birrefringencia; III - índice de refracción Nm (para la línea D del espectro)

A veces, la transformación polimórfica se acompaña de un cambio muy insignificante en la estructura cristalina de la sustancia y, por lo tanto, sin una investigación sofisticada, no es posible notar ningún cambio significativo en las propiedades físicas del mineral. Tales son, por ejemplo, las transformaciones del llamado cuarzo α en cuarzo β y viceversa. Sin embargo, un estudio de las propiedades ópticas (Fig. 6) muestra sin ambigüedad un cambio abrupto en el punto de transición (aproximadamente 573 °) en propiedades tales como índices de refracción, birrefringencia y rotación del plano de polarización óptica.

Las diferencias de una sustancia cristalina determinada que son estables en determinadas condiciones fisicoquímicas específicas se denominan modificaciones, cada uno de los cuales se caracteriza por una determinada estructura cristalina característica. Una sustancia dada puede tener dos, tres o varias de tales modificaciones polimórficas (por ejemplo, se han establecido seis modificaciones para el azufre, de las cuales solo tres se encuentran en la naturaleza, para SiO2 - nueve modificaciones, etc.).

Varias modificaciones polimórficas generalmente se indican mediante prefijos al nombre del mineral de las letras griegas α, β, γ, etc. (por ejemplo: α-cuarzo, estable por debajo de 573 °; β-cuarzo, estable por encima de 573 °, etc. ). No hay uniformidad en el orden de nombrar las modificaciones en la literatura: algunas se adhieren a la designación de varias modificaciones con las letras α, β ... en el orden de aumentar o disminuir la temperatura de transformación, se usa otro orden de designaciones según en el grado de prevalencia o en el orden de descubrimiento. El primer orden de designación debe considerarse más racional.

Los fenómenos del polimorfismo están muy extendidos entre los compuestos naturales. Desafortunadamente, todavía están lejos de ser suficientemente estudiados. Las modificaciones polimórficas de varios minerales pueden ser estables en los más variados rangos de cambios en factores externos (temperatura, presión, etc.). Algunos tienen un amplio campo de estabilidad ante fluctuaciones muy importantes de temperatura y presión (diamante, grafito), mientras que otros, por el contrario, sufren transformaciones polimórficas dentro de límites estrechos de cambios en factores externos (azufre).

El hecho mismo de la reordenación de la estructura cristalina con un cambio en los factores de equilibrio externos, como cree VMGol'dshmidt, no se debe al hecho de que cambien las distancias interatómicas o interiónicas, sino al hecho de que hay fuertes cambios en la polarización mutua de unidades estructurales mantenidas en la red por fuerzas electrostáticas ... En el caso más simple, en el momento del estado crítico, se produce un cambio en el número de coordinación, lo que indica un cambio radical en la estructura de la sustancia.

A menudo sucede que la modificación a alta temperatura de un mineral, cuando se transforma en una modificación a menor temperatura, conserva la forma externa de los cristales originales. Tales casos de formas falsas se llaman paramorfosis... Un ejemplo son las paramorfosis de calcita sobre aragonito (CaCO 3).

Si una modificación dada de una sustancia cristalina, digamos α, tiene la propiedad de transformarse en otra modificación β cuando cambian las condiciones externas (por ejemplo, la temperatura), y cuando se restablecen las condiciones anteriores, vuelve a convertirse en la modificación α , entonces tales transformaciones polimórficas se llaman enantiotrópico*. Ejemplo: conversión de α-azufre rómbico en β-azufre monoclínico y viceversa. Si la transición inversa no puede tener lugar, este tipo de transformación se llama monotrópico... Un ejemplo es la transformación monotrópica de aragonito rómbico (CaCO 3) en calcita trigonal (al calentarla).

* ("Enantios" en griego - opuesto, "tropos" - cambio, transformación)

En la naturaleza, la existencia simultánea de dos modificaciones en las mismas condiciones fisicoquímicas a menudo se observa incluso una al lado de la otra (por ejemplo: pirita y marcasita, calcita y aragonita, etc.). Obviamente, la transición de una de las modificaciones a un estable, es decir, estable, se retrasó por alguna razón, y la sustancia en este caso está en metaestable(o, como lo llaman de otra manera, un estado lábil, inestable), al igual que hay líquidos superenfriados.

Cabe destacar que una modificación estable, en comparación con una inestable, tiene:

1. menor presión de vapor,
2. menos solubilidad y
3. punto de fusión más alto.

Fenómenos de destrucción de celosías cristalinas... Las principales características de las celosías espaciales de los cuerpos cristalinos son la disposición regular y el estado estrictamente equilibrado de sus unidades estructurales constituyentes. Sin embargo, basta con crear condiciones en las que se agiten los enlaces internos de las unidades estructurales, ya que a partir de una sustancia cristalina con una red espacial ordenada se obtiene una masa amorfa que no tiene estructura cristalina.

Un excelente ejemplo a este respecto es el mineral ferrobrusita - (Mg, Fe) 2, que contiene hasta un 36% (en peso) de óxido de hierro como impureza isomórfica. En su estado fresco, este mineral, extraído de los horizontes profundos de las minas, es completamente incoloro, transparente y de brillo vítreo. En el transcurso de varios días, sus cristales en el aire cambian gradualmente de color, volviéndose amarillo dorado, luego marrón y, finalmente, marrón oscuro opaco, conservando su forma cristalina exterior *. El análisis químico muestra que casi todo el hierro ferroso se convierte en hierro férrico (es decir, se produce oxidación) y el examen de rayos X no establece signos de una estructura cristalina. Evidentemente, la oxidación del hierro rompió los enlaces internos de la red cristalina, lo que provocó la desorganización de la estructura de la sustancia.

* (La brucita sin hierro es bastante estable en condiciones similares)

Lo que sucede con la ferrobrusita en un ambiente oxidante a temperatura ambiente y presión atmosférica, para otros minerales puede ocurrir a temperaturas y presiones elevadas, como ya se ha establecido para varios casos.

Se han estudiado fenómenos muy interesantes en minerales que contienen tierras raras y elementos radiactivos (ortita, fergusonita, eshinita, etc.). En ellos también, muy a menudo, pero no siempre, se establece la transformación de una sustancia cristalina en una amorfa, que, como se supone, se debe a la acción de los rayos α durante la desintegración radiactiva *. Estos minerales vítreos alterados, que no pertenecen al sistema cúbico, son ópticamente isotrópicos y no presentan difracción de rayos X, es decir, se comportan como cuerpos amorfos. En este caso, se produce una hidratación parcial de la sustancia. Tales cuerpos fueron nombrados por Brugger metamict.

* (Según V.M. Goldschmidt, para lograr un estado amorfo en estos casos, la radiactividad del mineral por sí sola no es suficiente, y las siguientes dos condiciones también son necesarias:

1. la sustancia cristalina que emerge inicialmente debe tener una red iónica débil, que permita el reordenamiento o la hidrólisis; tales redes se forman principalmente cuando se combinan bases débiles con anhídridos débiles;
2. la red debe contener uno o más tipos de iones que puedan recargarse fácilmente (por ejemplo, iones de tierras raras) o incluso convertirse en átomos neutros (por ejemplo, la formación de flúor atómico en fluorita bajo la influencia de la radiación radiactiva del costado)

El mismo proceso de desintegración VM Goldschmidt se presenta como un reordenamiento de la materia. Por ejemplo, el compuesto YNbO 4 se convierte en una mezcla finamente dispersa (pseudo-solución sólida) de óxidos: Y 2 O 3 y Nb 2 O 5. Con tal concepto, queda claro por qué no existen transformaciones en una sustancia amorfa de compuestos simples como ThO2 (torianita), o sales de ácidos fuertes con bases débiles, por ejemplo (Ge, La ...) PO 4 (monacita) )

Se pueden citar varios otros ejemplos análogos que ilustran la formación de masas amorfas o coloidales para confirmar el fenómeno de la descomposición de medios cristalinos. Sin embargo, no se puede pensar que estas nuevas formaciones sean una forma estable de existencia de una sustancia. Hay muchos ejemplos conocidos de reordenamiento secundario de la materia con la formación de nuevos cuerpos cristalinos que son estables bajo condiciones cambiantes. Así, se conocen "cristales de ilmenita" (Fe .. TiO 3), que al examen microscópico resultan estar compuestos por una mezcla de dos minerales: hematita (Fe 2 O 3) y rutilo (TiO 2). Aparentemente, después de la formación de ilmenita en algún período de la vida del mineral, bajo la influencia del régimen de oxígeno cambiado, se crearon condiciones de oxidación aguda, que llevaron a la transición de Fe 2+ a Fe 3+ con la descomposición simultánea del cristal. estructura, y luego a una reordenación gradual de la sustancia con la formación de una mezcla de minerales resistentes. De la misma forma, por ejemplo, se observaron casos de formación de tillita (PbSnS 2), galena (PbS) y casiterita (SnO 2) en la germinación más cercana entre sí, pero con el relicto (es decir, previo) laminar-granular estructura del agregado conservada característica de la tillita. Obviamente, debido a la mayor concentración de oxígeno en este medio en algún momento, el estaño, que tiene una alta afinidad por el oxígeno, se separa de la masa mineral inicialmente homogénea en forma de óxido, y el plomo pasa a la forma de un compuesto de azufre independiente. .

El concepto de coloides*. Además de las formaciones claramente cristalinas, cuya naturaleza cristalina se establece fácilmente a simple vista o con un microscopio, los coloides también están muy extendidos en la corteza terrestre.

* ("Kolla" en griego - pegamento, "coloide" - similar al pegamento)

Los coloides son sistemas dispersos * heterogéneos (diferentes) que constan de "fase dispersa" y "medio de dispersión".

* (Dispersión - dispersión; en este caso, el estado de la materia en forma de las partículas más pequeñas. El grado de dispersión está determinado por el tamaño de estas partículas.)

La fase dispersa en estos sistemas está representada por partículas finamente dispersas (micelas) de una sustancia en cualquier masa (medio de dispersión). Los tamaños de las partículas de la fase dispersa varían de aproximadamente 100 a 1 mμ (de 10 -4 a 10-6 mm), es decir, mucho más grandes que los tamaños de iones y moléculas, pero al mismo tiempo son tan pequeños que con la ayuda de un microscopio convencional no se distinguen. Cada una de estas partículas puede contener de varias a muchas decenas y cientos de moléculas de un compuesto dado; en las partículas sólidas, los iones o moléculas se unen en una red cristalina, es decir, estas partículas son las fases cristalinas más pequeñas.

El estado agregado de la fase dispersa y el medio de dispersión puede ser diferente (sólido, líquido, gaseoso) y se puede observar una amplia variedad de sus combinaciones. Denotando el estado de agregación del medio de dispersión en mayúsculas y el estado de la fase dispersa en minúsculas, damos los siguientes ejemplos:

• G + t: humo de tabaco; Hollín
• G + W: niebla
• W + t: aguas de turba amarilla; barro curativo
• W + g: fuentes de sulfuro de hidrógeno; espuma
• F + F: emulsoides típicos (por ejemplo, leche)
• T + w: cristales de azufre nativo con betún líquido rociado en ellos; ópalo
• T + t: calcita roja con óxido de hierro finamente disperso
• T + g: minerales de color blanco lechoso que contienen gases

Entre las formaciones coloidales se distinguen soles y geles.

Los soles típicos, también llamados soluciones coloidales o pseudo-soluciones, son aquellas formaciones en las que el medio de dispersión predomina fuertemente sobre la fase dispersa (por ejemplo: humo de tabaco, aguas ferrosas de color amarillo-marrón, leche). A la vista, tales soluciones parecen completamente homogéneas y, a menudo, transparentes, indistinguibles de las soluciones verdaderas (iónicas o moleculares). En soles en los que el medio de dispersión ("disolvente") es agua, las partículas de la fase dispersa pasan fácilmente a través de filtros ordinarios, pero no penetran a través de las membranas de los animales. Si su tamaño supera los 5 mμ, pueden detectarse fácilmente en un ultramicroscopio utilizando el llamado cono de luz de Tyndall, que se crea mediante la iluminación lateral de un recipiente de vidrio especial lleno de una solución coloidal. El efecto creado en este caso es completamente análogo al que solemos observar en una habitación oscura en un haz de luz que emana de una lámpara de proyección: en un cono luminoso se hacen visibles partículas de la fase dispersa, realizando un movimiento browniano, que nunca se observa. en soluciones verdaderas, a excepción de las soluciones de algunos compuestos orgánicos con moléculas muy grandes.

V geles la fase dispersa se presenta en una cantidad tan significativa que las partículas dispersas individuales están, por así decirlo, pegadas entre sí, formando masas vítreas gelatinosas, similares a pegamento. El medio de dispersión en estos casos, por así decirlo, ocupa el espacio restante entre las partículas dispersas. Ejemplos de geles incluyen: hollín, suciedad, ópalo (gel de sílice), limonita (gel de hidróxido de hierro), etc.

Dependiendo de la naturaleza del medio de dispersión, existen: hidrosoles e hidrogeles (medio de dispersión - agua), aerosoles y aerogeles (medio de dispersión - aire), pirosoles y pirogeles (medio de dispersión - cualquier fusión), soles cristalinos y cristalogeles (medio de dispersión - cualquier sustancia cristalina), etc.

Los más extendidos en la corteza terrestre son los hidrosoles, los soles de cristal y los hidrogeles. Además, hablaremos solo de ellos.

Hidrosoles más simplemente se puede obtener mecánicamente, pulverizando finamente la sustancia de una forma u otra hasta el tamaño de la fase dispersa en agua. En la naturaleza, los sistemas gruesos y finamente dispersos a menudo se forman durante la trituración y abrasión de rocas y minerales bajo la influencia de fuerzas impulsoras (corrientes de agua, glaciares, desplazamientos tectónicos, etc.).

Sin embargo, el papel más importante en la formación de soluciones coloidales naturales lo desempeñan químico reacciones en medios acuosos que conducen a la condensación de moléculas: reacciones de oxidación, reducción y, especialmente, intercambio de descomposición. Para la parte más superficial de la corteza terrestre, la actividad vital de los organismos (procesos bioquímicos) tampoco es menos importante en la formación de coloides.

Es importante tener en cuenta que las partículas dispersas en soluciones coloidales están cargadas eléctricamente, lo que es fácil de verificar al pasar una corriente eléctrica a través de las soluciones. El signo de la carga es el mismo para todas las partículas de un coloide dado, por lo que, al repeler unas de otras, quedan suspendidas en un medio de dispersión. La aparición de una carga se explica por la adsorción de partículas dispersas de ciertos iones contenidos en soluciones. Es necesario detenerse en este tema con más detalle.

Imaginemos, por ejemplo, una partícula sólida dispersa de AgBr. A pesar de su tamaño ultramicroscópico, debería tener una estructura cristalina, que se muestra esquemáticamente en sección en la Fig. 7. Cada uno de los cationes Ag 1+ y los aniones Br 1 dentro de esta red se encuentra en un entorno de seis iones de carga opuesta: cuatro en el plano del dibujo, uno encima del ion dado y otro debajo de él. Por tanto, los iones internos de la partícula dispersa están completamente saturados de valencias. La situación es diferente con los iones límite en la red cristalina. De la misma manera, es fácil calcular que la mayoría de los iones externos en la cara perpendicular al plano de la figura reciben saturación solo de cinco iones del signo opuesto (tres en el plano de la figura, uno arriba y otro abajo el plano de la figura). En consecuencia, los iones Ag y Br ubicados en la superficie plana de la partícula dispersa tienen 1/6 de la valencia insaturada cada uno, y en los bordes tienen 2/6, y los iones de las esquinas tienen incluso 3/6 de la valencia insaturada. Esta carga residual no compensada es responsable de la absorción (adsorción) de una cierta cantidad de iones de bromo o plata adicionales de la solución, que quedan retenidos en la superficie de las partículas dispersas en forma de la denominada capa difusa.

En la práctica, el coloide AgBr se obtiene mezclando soluciones de AgNO 3 y KBr, reaccionando según el siguiente esquema: AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3. Si estas soluciones se mezclan en cantidades equivalentes, se forma un precipitado cristalino de AgBr (pero no un coloide). Si se vierte nitrato de plata en bromuro de potasio, aparece un sol, cuyas partículas dispersas AgBr se cargan negativamente debido a la adsorción de iones Br 1-. En el orden inverso de la fusión, las partículas dispersas resultantes de AgBr adsorben cationes Ag 1+ y, por lo tanto, están cargadas positivamente.

Para tener una idea más realista de los hidrosoles y la estructura de las fases dispersas, pasemos a sus características desde el punto de vista electroquímico.

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Arroz. 8. Diagrama de la estructura de la fase dispersa en un medio acuoso que contiene electrolitos. 1 - cationes en la red cristalina de la fase dispersa; 2 - aniones en él; 3 - aniones con valencias insaturadas que sobresalen en las esquinas; 4 - cationes de enjambre de iones adsorbidos; 5 - dipolos de H 2 O (parcialmente deformados)

En la Fig. 8 representa esquemáticamente una partícula coloidal rodeada por un medio de dispersión, en este caso, agua que contiene iones Na 1+, K 1+, Ca 2+, Mg 2+, Cl 1-, 2- y otros, que generalmente se encuentran en las aguas del suelo, que contienen esta o aquella cantidad de sales disueltas. La propia partícula dispersa, como en el caso anterior, se muestra en forma de fase cristalina, en la que debería producirse una saturación incompleta con valencias en los puntos de las esquinas. En consecuencia, estas protuberancias acumularán iones adsorbidos, en nuestro caso los cationes Na 1+, K 1+, NH 4 1+, Mg 2+, Ca 2+, que cargan positivamente la partícula dispersa y forman una capa difusa.

Los aniones que sobresalen en las esquinas de la red ejercen su influencia no solo sobre los iones en solución, sino también sobre las moléculas de agua eléctricamente neutras. Como aprenderemos más adelante, la molécula de H 2 O es un dipolo y tiene una estructura original. Se puede representar en forma de un ion oxígeno O 2-, cuya carga negativa es neutralizada por dos protones H 1+ incrustados en él. Ambos protones están ubicados en un lado (desde el centro del ion oxígeno), que está cargado positivamente, y el lado opuesto está cargado negativamente. Esta estructura de la molécula de H 2 O le permite orientarse de cierta manera (Fig. 8): por el lado opuesto a los dos protones H 1+, es atraída por los cationes. Dado que las moléculas de H 2 O eléctricamente neutras no neutralizan la carga catiónica que las afecta, esta carga se propaga más a las siguientes moléculas de H 2 O más cercanas, que también están orientadas.

Así, se establece un enjambre completo de iones y moléculas orientadas de H 2 O alrededor de la partícula dispersa (Fig. 8). El grosor de la capa de agua depende del tipo de cationes hidratados (que contienen las moléculas de H2O). Los cationes de metales alcalinos más fuertemente hidratados. Por ejemplo, el ion Na 1+ en un medio acuoso es capaz de retener 60-70 moléculas de H 2 O orientadas, mientras que Ca 2+ es sólo hasta 14 moléculas de H 2 O.

También se debe tener en cuenta que en algunos casos, cuando se exponen a ácidos, los cationes de la capa difusa pueden ser reemplazados por aniones, por ejemplo: Cl 1-, 2-, etc. Estos últimos, así como los cationes, pueden hidratarse. ; sin embargo, la orientación de las moléculas de agua en este caso será marcha atrás cuál es el caso de los cationes (ver el lado derecho de la Fig. 8).

De todo lo dicho se pueden extraer las siguientes conclusiones:

1. Desde un punto de vista electroquímico, una fase dispersa cargada puede considerarse un ión grande ("macroión"), capaz de moverse en soles en la dirección de uno u otro electrodo cuando pasa una corriente eléctrica (el fenómeno de la electroforesis).
2. El medio de dispersión de la fase dispersa no es en modo alguno un disolvente en el sentido habitual de la palabra, aunque puede contener y suele contener ciertos compuestos disociados en iones.
3. Los cationes de la capa difusa pueden ser reemplazados por otros si, por alguna razón, cambia la composición y concentración de electrolitos en el medio de dispersión. El reemplazo mutuo o el desplazamiento de algunos iones por otros en adsorbentes (coloides adsorbentes) ocurre de acuerdo con la ley de acción de masas.

Los fenómenos descritos de valencias insaturadas en la superficie de partículas dispersas y la adsorción asociada desde una solución de cationes o aniones, sin duda, también deberían tener lugar para cristales grandes o granos cristalinos. Pero si abordamos este tema desde el punto de vista energético de los fenómenos, encontraremos una diferencia colosal entre cristales reales y fases dispersas.

Dado que los fenómenos de adsorción en coloides se limitan a los límites entre las fases dispersas y el medio de dispersión, la superficie total de partículas dispersas por unidad de volumen es muy importante para expresar la superficie total de la energía de una sustancia. Esta superficie, llamada superficie especifica, aumenta bruscamente a medida que aumenta el grado de dispersión de la sustancia. Esto no es difícil de mostrar.

Supongamos que tenemos un cristal cúbico de algún mineral con un borde igual a 1 cm, su superficie total será igual a 6 cm 2 (superficie específica-6). Si dividimos este cubo en ocho partes, como se muestra en la Fig. 9, entonces la superficie total de los ocho cubos pequeños resultantes ya será igual a 12 cm 2, y cuando se divida en cubos con un borde de 1 mm - 60 cm 2. Si llevamos más división a cubos con un borde de 1 mμ, es decir, al tamaño de la fase coloidal dispersa, entonces la superficie total alcanzará un valor enorme de 6000 m 2 con un volumen total de masa de 1 cm 3 (que es decir, la superficie específica será igual a 6 10 7). En este caso, el número de cubos llegará a 10 21.

Así, entre la superficie específica NS y tamaño de grano a tenemos una relación inversamente proporcional expresada por una fórmula simple: x = 6 / y... Esta dependencia es fácil de representar en forma de gráfico (Fig. 10).

Puede verse a partir de los datos presentados que para los sistemas cristalinos gruesos el área de superficie específica, y por lo tanto la energía de superficie asociada con ella, es tan insignificante que esta última puede ser prácticamente despreciada. Por el contrario, en los sistemas coloidales adquiere una importancia excepcional. Es por esto que una serie de propiedades físicas y químicas de las formaciones coloidales, ampliamente utilizadas con fines prácticos, son muy diferentes de las propiedades de las sustancias cristalinas gruesas.

Los fenómenos de difusión en las soluciones coloidales son incomparablemente más débiles que en las soluciones verdaderas, lo que se explica por el tamaño mucho mayor de las partículas de la fase dispersa en comparación con los iones. Esta circunstancia se refleja en el hecho de que las masas minerales formadas a partir de soluciones coloidales suelen tener una composición y estructura extremadamente heterogéneas.

Ceniza de cristal, es decir, los medios cristalinos típicos que contienen cualquier sustancia en forma de fase dispersa se forman a menudo como resultado de la cristalización de hidrosoles. El proceso de su formación se puede comparar con la cristalización (transformación en hielo) de agua turbia, es decir, agua que contiene partículas dispersas en suspensión. El hielo formado también estará turbio, es decir, contaminado con la misma fase dispersa que estaba presente en el agua. En otras palabras, será una ceniza cristalina.

Esto incluye principalmente muchos minerales coloreados de un color u otro, generalmente observados en forma de cristales transparentes incoloros. Tales son, por ejemplo, carnalita rojiza, barita roja (debido al contenido de óxido de hierro en forma de fase dispersa), calcita negra, cuyo color en algunos casos se debe a sulfuros finamente dispersos en ella, en otros - sustancias orgánicas, etc. numeradas como cuarzo blanco lechoso, calcita, etc., en las que el papel de la fase dispersa lo desempeñan gases o líquidos finamente dispersos, a menudo visibles en secciones delgadas al microscopio. Hay cristales, como el cuarzo, la calcita y otros minerales, con una estructura cristalino-zonal debido a la alternancia de zonas transparentes y coloreadas o blanco lechoso.

No hay duda de que los soles de cristal también se encuentran entre los minerales opacos. Prueba de ello son las impurezas de dichos elementos captadas por análisis químicos y espectrales, que no pueden explicarse desde el punto de vista cristal-químico como resultado de impurezas isomorfas. Tales son, por ejemplo, los hechos del contenido de cobre en cristales de pirita, oro en pirita, galena, arsenopirita, etc. Estudios microscópicos de secciones delgadas pulidas preparadas a partir de tales cristales, a grandes aumentos, a menudo es posible detectar el inclusiones más pequeñas de calcopirita, oro nativo, etc. que probablemente también contienen partículas más finamente dispersas que no pueden capturarse con microscopios comunes *.

* (La resolución (límite de distinguibilidad) de los microscopios convencionales modernos es de 0,5 a 1,0 μ. Las partículas más pequeñas no se capturan en absoluto ni con ningún aumento)

Hidrogeles en la naturaleza, a menudo se forman a partir de hidrosoles por coagulación o, como dicen, su coagulación, expresada en la formación de coágulos en el medio acuático. El proceso de coagulación ocurre solo cuando, por una razón u otra, las partículas dispersas pierden su carga, volviéndose eléctricamente neutras. En este caso, las fuerzas de repulsión de las partículas entre sí desaparecen, las partículas se combinan en cuerpos más grandes, llamados poliiones, con su posterior asentamiento bajo la influencia de la gravedad.

La neutralización de las cargas de partículas dispersas, provocando la coagulación, se puede obtener de varias formas:

• a) añadir electrolitos (soluciones iónicas) a la solución coloidal, y dependiendo de la carga de la fase dispersa, la neutralización se realizará mediante aniones o cationes del electrolito; de esta manera, se forman muchos sedimentos limosos en las desembocaduras de grandes ríos que llevan soluciones coloidales; estos últimos, al encontrarse con aguas marinas que contienen sales disueltas, que desempeñan el papel de electrolitos, sufren coagulación y precipitación en las zonas costeras de las cuencas marinas;
• b) por neutralización mutua de soluciones coloidales que contienen partículas coloidales con carga opuesta y tomadas en proporciones cuantitativas apropiadas; como resultado de esto, se obtienen geles mixtos (por ejemplo, minerales de hierro marrón ricos en sílice coloidal);
• c) por coagulación espontánea de soluciones coloidales a lo largo del tiempo, especialmente si se pierde un medio de dispersión (agua) en el sistema debido a su evaporación; en este caso, naturalmente, se produce un aumento en la concentración de electrolitos contenidos en soluciones coloidales; un ejemplo es el limo y el lodo en el secado de lagos;
• d) al hacer circular soluciones coloidales a través de capilares en rocas; debido a la alta constante dieléctrica del agua, las paredes húmedas de los capilares están cargadas negativamente con iones [OH] 1-, lo que provoca la precipitación de partículas cargadas positivamente de soluciones coloidales circulantes en forma de escamas o depósitos; un ejemplo es la "ferruginización" observada a menudo de calizas y otras rocas, que se expresa en la coloración de la roca desde la superficie o a lo largo de las grietas con hidróxidos de hierro escamosos de color marrón;
• e) durante los procesos de metasomatismo (sustitución) de determinadas rocas que reaccionan fácilmente con soluciones salinas químicamente activas para formar soluciones coloidales que coagulan inmediatamente (por ejemplo, la formación de malaquita por aguas vitriólicas en calizas), etc.

En la biosfera, los geles de origen orgánico están muy extendidos. En algunos casos, la formación de geles está asociada con la actividad vital de las bacterias. Por ejemplo, se ha establecido que las llamadas bacterias del hierro, mientras procesan sedimentos lacustres fangosos, depositan gradualmente hidróxidos de hierro coloidales (limonita).

Los coloides, en los que las partículas dispersas tienen la capacidad de cubrir una capa de moléculas de agua de la superficie, se denominan hidrofílico, de lo contrario - hidrofóbico... Los coloides hidrofílicos son mucho más difíciles de coagular que los hidrofóbicos. En el caso de la coagulación de coloides hidrófilos, se forman habitualmente precipitados de gel gelatinoso, mucosos y similares a pegamentos.

A partir de soluciones coloidales hidrófobas, los geles se forman con mayor frecuencia en forma de masas pulverulentas y escamosas.

Los geles, especialmente los que surgen de coloides hidrófilos, con el tiempo pierden fácilmente agua (medio de dispersión), es decir, están sujetos a deshidratación. Los hidrogeles ricos en agua tienen una consistencia casi líquida en el momento de su formación. A medida que el medio de dispersión se evapora cuando está en el aire, se vuelven más elásticos y, finalmente, duros y quebradizos. Sin embargo, el agua se puede eliminar completamente solo calcinando.

Cuando se agrega un medio de dispersión, algunos geles son capaces no solo de hincharse (como la gelatina), sino también de transformarse nuevamente en soles. Este proceso de convertir geles en soles se llama peptización... Estos geles se denominan reversibles y están ampliamente representados en el mundo orgánico. Por otro lado, casi todas las formaciones coloidales inorgánicas pertenecen al número de geles irreversibles, es decir, que no se transforman en sol.

El fenómeno de la adsorción en geles, por supuesto, conserva su importancia. Además, en muchos casos, selectivo, es decir, selectivo, adsorción... Por ejemplo, las sustancias arcillosas tienen la capacidad de adsorber principalmente potasio y cationes radiactivos, y gel de dióxido de manganeso: cationes Ba, Li, K (pero no adsorbe aniones), etc.

Por lo tanto, como hemos visto, los coloides difieren significativamente en sus propiedades tanto de las soluciones verdaderas como de los sistemas de dispersión gruesa (con partículas mayores de 100 mμ). En los coloides, el primer lugar no son las propiedades vectoriales de las redes cristalinas, ni las fuerzas de afinidad química, sino la enorme energía superficial y las fuerzas eléctricas asociadas con ella. Sin embargo, hay transiciones graduales entre soluciones coloidales y verdaderas, al igual que hay transiciones graduales a dispersiones gruesas.

W. Ostwald dio el siguiente esquema de sistemas dispersos:

Esquema de sistemas dispersos de W. Ostwald

Este esquema debe atribuirse igualmente a los sistemas líquidos y sólidos.

Ahora se ha establecido con precisión que "el estado coloidal es el estado general de la materia" (Weimarn), es decir, cualquier sustancia puede obtenerse en forma de coloide. Es importante enfatizar que Los coloides pueden formarse a una amplia variedad de temperaturas y presiones y bajo una amplia variedad de condiciones..

Desde un punto de vista estrictamente teórico, los coloides no pueden considerarse como minerales especiales independientes, ya que son esencialmente mezclas mecánicas de diversas sustancias (fase dispersa y medio de dispersión). Sin embargo, por signos puramente externos, es decir, macroscópicamente, son completamente indistinguibles de los minerales típicos. No es posible establecer diferencias entre ellos y los minerales en el sentido estricto de la palabra también mediante los métodos de investigación microscópicos de que disponemos. Por lo tanto, en los cursos de mineralogía descriptiva, las formaciones coloidales se consideran convencionalmente junto con los minerales típicos.

Anteriormente, los coloides sólidos (geles) pertenecían al número de minerales amorfos, ya que no se observan en forma de formaciones claramente cristalinas (si no tenemos en cuenta los soles cristalinos). Sin embargo, los estudios de rayos X de estas sustancias a menudo muestran que son criptocristalino sustancias y por lo tanto no pueden pertenecer a cuerpos homogéneos amorfos típicos, a pesar de que son muy similares en apariencia.

Sobre la recristalización de geles.... Se ha establecido que los hidrogeles formados como resultado de la coagulación experimentan un envejecimiento con el tiempo, es decir, un cambio gradual en su composición y estructura. Este cambio se expresa principalmente en el hecho de que la sustancia pierde agua gradualmente, es decir, se deshidrata (deshidratación).

Tales, por ejemplo, son hidrogeles de sílice de naturaleza ampliamente difundidos: ópalos. Los hidrogeles de sílice ricos en agua tienen la consistencia de gelatinas semilíquidas. Con una pérdida gradual de agua, se vuelven cada vez más duros, vidriosos o semimate en una fractura. Así es como se ven los ópalos de origen natural, en la mayoría de los casos pobres en agua. Estas formaciones se caracterizan por la porosidad más fina, imperceptible a la vista y al microscopio, que solo puede establecerse tiñéndolas con cualquier sustancia orgánica. El agua que queda en ellos solo se puede eliminar calentando.

En el caso de una fuerte manifestación de deshidratación en geles ricos en agua, aparece una porosidad notable, y en ocasiones se observa arrugamiento de la masa o la aparición de grietas de secado características en forma de redes, como suele ser el caso cuando el lodo se seca en charcos.

El estudio de geles sólidos y semisólidos típicos mediante rayos X por el método Debye-Scherrer muestra que muchos de ellos no dan franjas de interferencia, mientras que las formaciones coloidales envejecidas muestran una estructura claramente cristalina de la sustancia. En algunos casos, esto se puede ver al estudiar dichos geles con un microscopio. Tales son, por ejemplo, muchas formaciones de estalactitas de carbonato de calcio. En lugar de ópalos (hidrogeles sólidos de sílice), como resultado de la recristalización, se forman agregados criptocristalinos de calcedonia anhidra o cuarzo. Los ejemplos incluyen pedernales y ágatas. Los geles transformados en agregados granulares cristalinos se denominan metacoloides(ex coloides).

La esencia de la recristalización de geles se expresa en la combinación de fases dispersas orientadas al azar en unidades más grandes con una red cristalina única. Este fenómeno se conoce como cristalización colectiva... Expresa la tendencia natural de las sustancias a asumir un estado con la superficie específica más baja y, en consecuencia, con la energía superficial más baja.

En este caso, a menudo, especialmente en masas de gel en forma de riñón, aparecen agregados fibrosos finos con una disposición radial de los individuos, que se observa bien en una fractura. En las partes periféricas de las costras, formaciones esféricas y en forma de riñón, para algunos minerales en estos casos son características las caras cristalinas, que terminan en individuos de crecimiento radial.

Los factores que influyen en la recristalización de geles son variados. Los más importantes son la temperatura y la presión, cuyo aumento acelera el proceso de recristalización. Las condiciones climáticas también juegan un papel indudable: en áreas con un clima seco y cálido, la deshidratación y recristalización de los hidrogeles formados en la superficie es mucho más pronunciada en comparación con las áreas caracterizadas por un clima templado y húmedo. Por supuesto, el tiempo durante el cual, bajo las más variadas condiciones geológicas, los geles se transforman gradualmente en agregados cristalinos explícitos, es de indiscutible importancia.