Драгоценные камни, полудрагоценные камни

Минералы

Минералы – это самородные, устойчивые химические элементы, с уникальными физическими и химическими признаками. Они формируются в результате сложных природных процессов. А в настоящее время человечество научилось выращивать их в лабораториях, на морских фермах и заводах. Минералы образуют горные породы.

Одним из примеров, как человек использует знания о минералах для собственных нужд, является искусственное производство жемчуга. На специальных морских фермах создаются условия, максимально приближенные к естественным. Полученный таким образом жемчуг ни в чем не уступает натуральному и обладает аналогичными характеристиками.

Рис. 1. Необработанный алмаз

В природе встречается несколько форм минералов:

• твердые (золото, алмаз);
• жидкие (ртуть, нефть);
• газообразные (сероводород, углекислый газ).

Твердые минералы, в свою очередь, могут быть кристаллическими (кварц) и аморфными (все разновидности смол, опал). В основе кристаллических минералов лежат многочисленные кристаллы, в то время как аморфные минералы не имеют их в своем составе.

Свойства минералов во многом зависят от их строения. Так, один и тот же элемент способен образовывать различные формы минералов. К примеру, углерод может создавать два совершенно разных соединения, с противоположными свойствами: мягкий и пластичный графит и самый твердый в мире минерал – алмаз.

ТОП-3 статьикоторые читают вместе с этой

Рис. 2. Алмаз – самый твердый в мире минерал

Еще раз о применении минералов.

Минералы находят применения во всех областях человеческой деятельности. В том или ином виде человек встречает их дома и на работе, загородом и в другом государстве, в сложных научно – технических сооружениях и повседневных предметах быта, во время еды и при экскурсии по атомной электростанции, при просмотре салютов, во время еды и игре на компьютере и так далее. Ниже приводится таблица, которая, я надеюсь, сможет дать некое представление о применении конкретных минералов в конкретных целях (исключая рудные минералы).

Это далеко не полный список минералов используемых человеком. В данную таблицу не вошли, например, минералы, используемые в высокотехнологичных областях человеческой деятельностью. Это сделано специально, так как я уверен, что еще многие минералы найдут своё применение в будущем, и писать лишь о некоторых из них мне кажется кощунством.

Самые известные ювелирные и поделочные камни и способы определения их подлинности

Понятия «ювелирно-поделочные» и «декоративно-поделочные» самородки принято разграничивать. К первой категории относят образцы, используемые исключительно при выпуске украшений, ко второй – минералы, широко применяемые в строительной сфере и при изготовлении статуэток, сувениров, аксессуаров. Редкие и наиболее красивые из них отбираются для вставки в ювелирную продукцию.

Чтобы не натолкнуться на имитацию, при выборе важно учитывать следующие нюансы:

• Натуральные камни не стоят дешево. Например, бирюзу давно научились подделывать. Камни, которые продаются не в ювелирных магазинах и крупной галтовкой – 100% подделка. В золотистое стекло, имитирующее янтарь, для создания эффекта древности замуровывают насекомых и продают по доступным ценам. Подлинные образцы натуральной смолы на сегодняшний день – большая редкость, ценность.
• Самоцветы обладают низкой теплопроводностью. Они холодные на ощупь и долго остаются такими, даже если их держать в ладони. Подделки быстро нагреваются в руке, они могут быть теплыми изначально, если на улице жарко.
• При постукивании самоцветы издают характерный звук, который не свойственен стеклянным подделкам. Можно сравнить приобретаемый вариант с другим полудрагоценным камнем. Или же использовать образец – гальку. По издаваемому звуку при постукивании несложно определить подделку.
• Твердость камня многое расскажет о его подлинности. известно много случаев, когда селенит (твердость 1,5-2 по Моосу) выдают за более дорогой лунный камень (твердость — 6). Самостоятельно царапать и исследовать ножом камень не нужно. Следует попросить продавца самому протестировать изделие. Для этого у него всегда есть карандаши и тестеры.

Классифицировать самоцветные камни непросто. Чтобы отнести их к определенному виду, следует учесть немало критериев. Более надежный способ оценки — субъективный. В любом случае каждое изделие занимает свое место в иерархии и ценится за уникальные свойства.

Земная кора

Два элемента, кислород и кремний, составляют 74 % массы земной коры. Другие шесть элементов (алюминий, железо, кальций, натрий, калий и магний) — еще 24,27 %. Все вместе они формируют почти 99 % земной коры.

Самые распространенные минералы — это силикаты, химическое соединение кислорода и кремния, часто с примесью одного или более из остальных шести элементов. Чаще всего встречаются такие силикаты, как кварц, слюда и полевые шпаты. Все три в разных пропорциях являются основными компонентами разных типов гранита. Кварц, эродированный из гранита, часто накапливается на побережье и образует песчаные пляжи.

Что такое минерал?

Минерал – это однородное химическое соединение или химический элемент, который может находиться в любом агрегатном состоянии, но чаще всего в твердом. Из минералов складываются горные породы, которые бывают полиминеральным и мономинеральными, т. е. состоящими из одного или нескольких минералов. Также минералы входят в состав метеоритов.

Науки, изучающие природные минералы, называются минералогия и геология. На сегодняшний день зафиксировано 5336 минералов, ежегодно ученые открывают десятки новых видов, которые утверждаются Международной минералогической ассоциацией. Большинство из них довольно редки, в земной коре часто встречается только 100–150.

Минералы образуются в результате природных эндогенных и экзогенных процессов:

• магматогенные – образовались из магматических расплавов;
• гидротермальные – кристаллизовались из остывающих гидротермальных растворов;
• пневмалитовые – кристаллизировались из паров, минуя жидкое агрегатное состояние;
• метаморфические – сформировались путем преобразования из других пород;
• экзогенные – образовались под воздействием внешней среды.

Сферы применения

Кольцо с камнем ильменит

Ильменит – руда титана, является источником для получения ферротитана и титановых сплавов.

Ферротитан (сплав железа и титана) используется как легирующий компонент при выплавке нержавеющих, кислотоупорных и жаропрочных сталей, а также для изготовления электросварочных электродов. На основе титана производят конструкционные сплавы для авиационной, космической, химической и других отраслей промышленности (титан устойчив к коррозии, выдерживает высокие температуры, легче стали, пригоден к сварке).

Диоксид титана находит применение в лакокрасочной промышленности (титановые белила), производстве пластмасс, бумаги, картона; в незначительных количествах – в производстве каучука, искусственных волокон, косметики, а также в пищевой и фармацевтической промышленности.

Искусственные аналоги

Существует также возможность изготовления искусственных аналогов, стоимость которых гораздо дешевле. Но это явление только укрепило значимость и цену натуральных самоцветов. Они обладают большим интересом среди покупателей благодаря красоте цвета и прозрачности в сочетании с доступностью. Ювелиры ценят их также за возможность качественной огранки из-за их твердости. Большинство ювелирных домов предпочитают работать именно с самоцветами, создавая шикарные коллекции.

Такие камни составляют наибольшую часть всех известных минералов. Они используются повсеместно и являются наиболее популярными вставками в ювелирных изделиях.

Какими физическими свойствами обладают минералы?

Физические свойства минералов позволяют составить их описание и классифицировать каждый вид. Минералы обладают рядом важнейших характеристик, по которым их также можно классифицировать. Эти показатели различаются в зависимости от класса вещества, его химического строения. Выделяют механические, оптические, тепловые и электрические свойства минералов.

Механические характеристики

К механическим свойствам минералов относятся:

• Твердость – особая способность сопротивляться внедрению другого тела. Определяется по 10-балльной шкале Мооса. Значение 1 принадлежит тальку и графиту, которые являются самыми мягкими минералами. Первенство принадлежит алмазу, лишь немногим ему уступают сапфир и рубин. Золото и серебро – довольно мягкие металлы и находятся в начале шкалы, их твердость равна 3.
• Хрупкость – свойство разрушаться без деформаций. На первый взгляд, хрупкость – противоположность твердости, но такое впечатление ошибочно. Например, алмаз является самым твердым минералом, но при этом он довольно хрупкий.

• Спайность – способность кристалла раскалываться в определенных направлениях. Бывает весьма совершенной и совершенной, при которой минерал с легкостью расщепляется на тонкие пластины (слюда, полевой шпат, ортоклаз, каменная соль), средней и несовершенной, когда спайность практически отсутствует (корунд, золото, платина).
• Плотность – масса единицы объема вещества. Также существует понятие удельной плотности, при которой измеряется отношение плотности минерала к плотности воды. Наибольшее значение имеют металлы и самородки.

• Излом – форма поверхности при расколе кристалла. Часто зависит от спайности. Бывает занозистым (тальк), землистым (каолинит), зернистым (гранит, базальт), раковистым (обсидиан), ступенчатым (полевой шпат), шероховатым (известняк), крючковатым (медь, серебро, золото).
• Побежалость – радужная пленка, которая образуется на поверхности кристалла в результате окисления.

Оптические свойства

Оптические свойства играют большую роль в определении ценности кристалла. Драгоценные камни оцениваются по их оптическим качествам. Алмаз считается самым дорогим в мире как раз из-за высоких показателей блеска, преломления света, прозрачности.

Оптические свойства минералов:

Цвет – специфический и изменчивый признак, который может варьироваться в зависимости от примесей, его определяют визуально. Некоторые минералы могут быть окрашены в разные цвета иметь разные названия в зависимости от оттенка. Самым ярким примером является корунд. Примесь хрома придает корунду красный оттенок, и тогда он называется рубином. Титан и железо придают ему синий цвет, и такой корунд именуется сапфиром.

• Блеск – отражение светового потока от поверхности. Бывает стеклянным (кварц, гипс, изумруд, рубин), алмазным (алмаз, циркон), металлическим (серебро, золото, пирит, халькопирит, гематит), восковым (кремень, сердолик, бирюза), матовым (мел, агат), жирным (сера, тальк).
• Цвет черты – цвет минерала, измельченного в порошок. Может совпадать с цветом самого минерала или отличаться. Например, у желтого пирита черта зеленовато-черная. Не все минералы оставляют черту. Если они тверже 7 по шкале Мооса, то считается, что цвета черты у них нет.
• Преломление – изменение направления луча света при прохождении через кристалл. Некоторые минералы имеют высокую степень преломления, поэтому используются в оптике.

Дисперсия – разложение света на цвета спектра. Благодаря дисперсии мы наблюдаем игру света на гранях драгоценных камней.

Тепловые и электрические

Теплопроводность – это способность тел проводить тепло от более нагретых объектов к менее нагретым. Все минералы обладают теплопроводностью, которая может варьироваться по шкале от более высоких показателей к низким. Нулевая теплопроводность у вакуума, потому что в нем отсутствуют атомы и молекулы, которые могли бы своим движением передавать энергию. Один из самых высоких показателей у алмаза – 1001–2600 Вт/м·К, теплопроводность некоторых других веществ:

• карборунд – 490 Вт/м·К;
• золото – 320 Вт/м·К;
• железо – 92 Вт/м·К;
• кварц – 8 Вт/м·К;
• гранит – 2,4 Вт/м·К.

Электропроводность – это способность материала проводить электрический ток. Зависит от многих факторов, в том числе и от температуры. Показатели некоторых веществ:

• серебро – 62500000 См/м;
• медь – 59500000 См/м;
• золото – 45500000 См/м;
• графит – 125000 См/м.

Применение свойств

Описание и изучение свойств минералов максимально необходимо для их применения человечеством. Так, сверхтвердые минералы, вроде алмазных резцов, используются людьми в металлургии, ювелирной промышленности, токарном деле. Прочность понадобится веществам, используемым в архитектуре, производстве деталей и механизмов, и так далее.  Зная плотность материала, можно рассчитать его необходимое количество для тех или иных операций. Электрические свойства пригодятся для создания проводников. Показатели излома и спайности позволят предугадать пути возможных деформаций материалов.

Таким образом, можно сказать, что знание физических свойств добываемых полезных ископаемых жизненно необходимо для максимально эффективного их использования на нужды человечества.

Месторождения

Большие скопления минеральных веществ называют месторождениями. Существует несколько их классификаций.

• По агрегатному состоянию минеральных веществ их подразделяют на газовые, жидкие, твердые.
• По промышленному использованию: рудные, горючие, нерудные, гидроминеральные.
• По сложности геологического строения: простого (1 группа), сложного (2 группа), очень сложного (3 группа), с мелкими телами, нарушенным залеганием, изменчивостью мощности и строения или неравномерным качеством (4 группа).
• По нахождению относительно земной поверхности: открытые, погребенные.
• По условиям образования: магматогенные, метаморфические, экзогенные.

Более подробно о полезных ископаемых Вы можете узнать в разделе Месторождения полезных ископаемых. У нас есть описания более чем 40 000 локаций по всму миру.

Классификация минералов

Существует множество вариантов классификаций минералов (как существует и множество признаков и качеств минералов, по которым можно произвести их объединение или выборку).
Напиример, по распространенности минералы можно разделить на породообразующие — составляющие основу большинства горных пород, акцессорные — часто присутствующие в горных породах, но редко слагающие больше 5% объема и редкие, случаи нахождения которых единичны или немногочисленны. По происхождению — магматические или вторичные; по твердости, цвету или показателю преломления. Выделяют также рудные минералы (обычно термин применяется к непрозрачным в шлифах в проходящем свете минералам).

Но наиболее широко в настоящее время используется классификация минеральных видов по химическому составу и кристаллической структуре.

История вопроса

Одна из древнейших (из дошедших до нас) классификаций минералов приводилась еще Ибн-Синой (Авиценной), который разделял известные ему минералы на четыре группы: Камни и земли, Серные металлы, Металлы, Соли.
С XXVIII века в минералогии усиливается химическое направление (Кронштедт, Севергин, Берцелиус). Дэна в монографии «Система минералогии» (1937) привел наиболее полную и последовательную на тот момент классификацию минералов по химическому принципу. Выделялись следующие классы: Самородные вещества, Сернистые и мышьяковые соединения, Галоидные соединения, Кислородные соединения, Органические вещества.
Развитие кристаллохимии послужило толчком для уточнения такой классификации, дифференциации ее по структурному принципу (Чермак, Федоров, Брэгг).

Научный подход

Сейчас выделение крупных таксонов производится по химическому принципу (типы, подтипы, классы, подклассы), далее, на основе особенностей структуры минерала выделяются дополнительные подразделения (семейства, группы).

Научное значение минералогии.

Научное значение минералогии одно из самых важных. В каждом минеральном индивиде запечатлена определенная физическая и химическая обстановка и, соответственно те геологические процессы, которые протекали на данном участке Земли во время формирования этого минерала. Например, полевой шпат санидин кристаллизуется при высоких температурах, сопровождающие вулканичеческие процессы, или, что одна из полиморфных модификаций кремнезема – коэсит – образуется в условиях высоких давлений, возникающих, в частности, при падении метеоритов; многие глинистые минералы образуются в результате поверхностных и приповерхностных процессов выветривания.

Свойства

Свойства делят на химические, физические, оптические, магнитные.

Химические свойства определяются элементами, входящими в состав: химической формулой минерала. Так же именно эти свойстваопределяют растворимость минералов и кислотах.

Физические свойства определяются химическим составом и их кристаллической структурой. Некоторые из них проявляются в зависимости от кристаллографического направления. На основе этого параметра их подразделяют на скалярные и векторные (первые зависят, вторые — нет). К скалярным свойствам относится плотность, к векторным — твердость, и кристаллографические особенности.

Также физические свойства классифицируют на механические, оптические, магнитные, люминесцентные, термические, электрические, радиоактивность.

Многие параметры используют для определения минералов в полевых условиях (диагностические свойства). Помимо основных внешних характеристик, таких как форма и цвет, для этого применяют твердость, отдельность, спайность, хрупкость, блеск, излом. Некоторые минералы диагностируют по гибкости, ковкости и упругости.

По механическим свойствам можно встретить:

• хрупкие (основная часть);
• ковкие;
• негибкие (среди листоватых и чешуйчатых);
• ломкие и гибкие (волокнистые минералы).

Хрупкость — прочность минеральных зерен, проявляющаяся при механическом раскалывании.

Среди физических свойств очень важным показателем минералов является твердость. На ее основе создана 10-значная шкала Мооса. В ней каждому значению соответствует минерал (от талька до алмаза).

При этом нужно учитывать, что для некоторых минеральных видов данный параметр отличается для разных сторон (например, для кианита 5,5 и 7). Это объясняется неодинаковой плотностью кристаллической решетки.

Спайность это способность раскалываться по кристаллографическим направлениям.

Побежалость — наличие тонкой цветной или разноцветной пленки на выветрелой поверхности. Является результатом окисления.

Излом это это важнное диагностическое свойство. Благодаря ему характеризуется поверхность обломков, образующихся при ударе, образуя особенности поверхности на неспайном свежем сколе.

Плотность это масса единицы объема вещества. Также ее называют удельным весом.

По своей плотности минералы могу быть:

• лёгкими — до 2500 кг на кубометр;
• средними — от 2500 до 4000 кг на кубометр;
• тяжёлыми – от 4000 до 8000 кг на кубометр;
• очень тяжёлыми от 8000 кг на кубометр и более.

Плотность минерала напрямую зависит от его состава, типа структуры, количества микровключений и их характера, а также от таких явлений, как метамиктность и гидратация.

Удельная плотность это отношение плотности минерала к плотности воды. Применяется для определения единичной массы и служит диагностическим признаком для некоторых классов.

Так, наибольшим значением данного параметра обладают самородные металлы и интерметаллиды (так, для золота она составляет 19,3 г/см3), среди распространенных минералов — оксиды и сульфиды, благодаря наличию в составе элементов с высокой атомной массой.

Оптические свойства

Цвет. У одних минералов он определен, у других весьма изменчив. Последнее может объясняться наличием множества модификаций или полихроизмом. В первом случае, благодаря включению примесей в химический состав, минерал получает другой цвет. Во втором кристаллы меняют окраску в зависимости от направления попадания света.

Цвет черты. Проявляется при царапанье. То же, что цвет минерала в порошке. Блеск — световой эффект, создаваемый отражением части светового потока. Определяется отражательной способностью.

Преломление, поляризация, дисперсия характеризуют оптические константы.

Магнитные свойства определяются содержанием двухвалентного железа.

Важность макроэлементов для нормальной жизнедеятельности

Потребность человека в этих минеральных веществах достигает 100 мг в сутки и выше. Ученые и диетологи относят к макронутриентам 7 элементов. Они подробно описаны в таблице. К микроэлементам принято относить компоненты, которых организму требуется меньше 100 мг/сутки.

Макроэлементы

При дефиците, как и передозировке, минеральные компоненты и витамины могут быть опасными.

Показатели суточной потребности существенно отличаются в различных источниках. На Западе дневные нормы потребления неорганических питательных веществ более высокие, чем в России. В витаминно-минеральных комплексах импортного производства процентное содержание компонентов обычно выше, чем в отечественных препаратах.