Мод. 1. Тема 2, 3, 4. Физ, оптич, электр св-ва м

Кафедра МПИ
Физические свойства
минералов
Доцент кафедры месторождений полезных
ископаемых Шарова Татьяна Викторовна
Преподаватель кафедры месторождений полезных
ископаемых Рыбин Илья Валерьевич
1

Минерал – природное вещество,
состоящее из одного элемента или из
закономерного сочетания элементов,
образующееся в результате природных
процессов, протекающих в глубине
земной коры или на поверхности.
2
В зависимости от агрегатного состояния



полезные ископаемые делятся
твердые (кварц),
жидкие (ртуть),
газообразные (метан)
Метан
Кварц
Ртуть
3
Плотность
Плотность минерального вещества - это
отношение массы руды или породы к ее объему
Масса твердой
фазы
Масса
вещества
Масса
газообразной
фазы
Масса жидкой
фазы
4
С плотностью связаны понятия удельный вес
и объемная масса
Удельный вес породы или минерала – это вес
твердой фазы, отнесенный к объему образца
породы или минерала
Объемная масса – масса определенного
объема абсолютно сухой породы или руды
5
Плотность минералов измеряется в граммах на см3
(г/см3)
Легкий
Жидкий битум
1 г/см3
Тяжелый
Иридий
23 г/см3
6
Легкие до 3,0 г/см3
(кварц, слюда, полевые шпаты)

Средние от 3,0 до 4 г/см3
(кальцит, амфиболы)

Тяжелые более 4 г/см3
(магнетит, золото, барит, пирит)

7
Упаковка атомов в структурной ячейке кристалла
С
Алмаз (3,5) г/см3
Графит (2,2) г/см3
8
Ca[CO3]
Кальцит 2,6 - 2,8 г/см3
Арагонит 2,9 - 3.0 г/см3
9
Удельный вес (плотность) минералов
определяется двумя весовыми методами:
Путем определения потери в весе
минерала, погруженного в воду
т.е согласно закону Архимеда.

1. Определение плотности твердого
тела гидростатическим взвешиванием
2. Определение плотности твердого
тела при помощи пикнометра
10
d-удельный вес
p1 -вес образца на
аналитических весах
р2 – вес проволочки на
которой крепится образец
вместе с образцом
р3 – масса образца в
жидкости
ρ- плотность жидкости
Гидростатическое взвешивание (весы Мора)
11
Пикнометр
Прибор для измерения плотности
вещества в жидком, твердом
и газообразном состоянии
ρ- плотность твердого тела
m- масса твердого тела
М-масса пикнометра с водой
М0-масса пикнометра с остатками
воды и твердым веществом
δ –плотность воды при
температуре проведения опыта
Ареометр
прибор
для измерения
плотности
жидкости
12
wikipedia.org
Дополнительные методы определения плотности
1. Разделение в тяжёлых жидкостях
Базируется на подборе тяжелой жидкости с
плотностью равной плотности минерала.
Минералы тяжелее жидкости тонут, а более
легкие всплывают
Этот метод широко используется в
горнодобывающей промышленности для
обогащения руды.
13
2. Зная химический состав минерала можно
математически вычислить его плотность по
формуле:
где P - плотность в г/см3; AW - сумма атомных масс
атомов в элементарной ячейке и V – объем
элементарной ячейки в нм3. Коэффициент 1,6602 х
10-24 (значение, обратное числу Авогадро)
14
Твердость
Под твердостью минерала понимается степень
его сопротивления внешнему механическому
воздействию.
Методы определения твердости:
-шкала Мооса.
-метод Виккерса (определяется
микротвердость)
15
Карл Фри́ дрих Христиа́ н Моос (Мос)—
немецкий минералог и геолог.
Учился в Галле и Фрейберге, ездил на
учёбу во Францию и Британию. В 1812
году он стал профессором в Граце, в 1818
году переехал в Горную академию в
Фрейберг и в 1826 в Вену.
Самой важным изобретением Мооса
является шкала твёрдости минералов,
названная его именем.
Фридрих Моос
16
Твердость 1
Тальк Mg3Si4O10(OH)2
wikipedia.org
17
Твердость 2
Гипс (CaSO4·2H2O)
wikipedia.org
18
Твердость 3
Кальцит (CaCO3)
wikipedia.org
19
Твердость 4
Флюорит (CaF2)
wikipedia.org
20
Твердость 5
Апатит (Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-))
wikipedia.org
21
Твердость 6
Ортоклаз (KAlSi3O8)
wikipedia.org
22
Твердость 7
Кварц (SiO2)
wikipedia.org
23
Твердость 8
Топаз (Al2SiO4(OH-,F-)2)
wikipedia.org
24
Твердость 9
Корунд (Al2O3)
25
Твердость 10
Алмаз ШАХ
Алмаз ГОРНЯК
Алмаз (C)
catalogmineralov.ru; bse.sci-lib.com 26
Эталоны шкалы Мооса могут заменить
следующие предметы:
Карандаш - твердость 1-2
Ноготь –твердость около 2-2,5
Медная монета- твердость 3-4
Гвоздь --твердость 4-4,5
Простое стекло -твердость 5
Лезвие стального ножа - твердость около 5,5-6
Напильник - около 7
27
Метод Виккерса (определяется
микротвердость)
 Твёрдость
определяется по
площади отпечатка,
оставляемого
четырёхгранной
алмазной пирамидкой,
вдавливаемой в
поверхность.
Микротвердость вычисляется путём
деления нагрузки Р на площадь
поверхности полученного
пирамидального отпечатка
28
Точные показатели твердости для
эталонных образцов, такие:
Тальк
2,4
Полевой шпат
795
Гипс
36
Кварц
1120
Кальцит
109
Топаз
1427
Флюорит
189
Корунд
2060
Апатит
536
Алмаз
10060
29
Оптические свойства
минералов
Доцент кафедры месторождений полезных ископаемых ,
кандидат геолого-минералогических наук
Шарова Татьяна Викторовна
Преподаватель кафедры месторождений полезных ископаемых
Рыбин Илья Валерьевич
30
Оптические свойства
Цвет
способность минералов отражать и преломлять
свет, создавая определённое ощущение цвета.


Понятие цвет применяется к прозрачным и
полупрозрачным веществам
Окраска к непрозрачным разновидностям
вещества
31
Цвет минералов подразделяется на три
типа:



Идиохроматические окраски (собственные),
вызванные содержанием в минерале элемента,
дающего окраску- хромофор.
Аллохроматические окраски, вызванные наличием
механических примесей, обычно микровключений
других минералов. Например, буро-коричневый кварцавантюрин.
Псевдохроматические окраски, связанные с
рассеянием света, интерференцией световых волн
(побежалость, иризация, опалесценция).
32
Идиохроматические окраски
Для многих минералов цвет это диагностический
признак
Малахит
Родонит
33
HgS
Киноварь
Na6Ca2(AlSiO4)6(SO4, S, Cl)2
Лазурит
wikipedia.org
34
Аллохроматические окраски
Один и тот же минерал может иметь различный цвет
Кварц
Примеси
мельчайшие включения актинолита
Празем
Примеси
марганца, железа или титана
Розовый кварц
35
catalogmineralov.ru
Примеси
иногда Al, Fe
Раухтопаз
Примеси
атомы железа и титана
Морион
catalogmineralov.ru
36
Примеси
Fe2+, Fe3+
Аметист
Примеси
Fe3+, (Al Li)4+, (Al H)4+
Цитрин
catalogmineralov.ru
37
Псевдохроматические окраски
Ложная окраска иначе побежалость
Она часто образуется в результате окисления минералов
Побежалость на кристаллах антимонита Sb2S3. "Венгрия". Образец: ФМ
(№1163. Запись 1916 г.). Фото: © А.А. Евсеев.
38
Иризация (назв. от лат. «ирис» — радужная оболочка глаза, по
подобию цветового спектра) — оптический эффект, проявляющийся у
некоторых минералов в виде радужного цветового сияния при ярком
освещении на ровном сколе камней и особенно после их полировки.
Эффект иризации, минерал лабрадор
wikipedia.org
39
Опалесце́нция — оптическое явление,
заключающееся в резком усилении рассеяния
света чистыми веществами
Опал
40
Цвет черты
(Цвет в порошке)
Минерал
Цвет
Цвет черты
Гематит
(Fe2O3)
Сфалерит
(ZnS)
Галенит (PbS)
Черный
Вишневокрасная
Светлая
Коричневый
Серый
Свинцовочерная
41
41
Электрические свойства
минералов
Доцент кафедры месторождений полезных ископаемых ,
кандидат геолого-минералогических наук
Шарова Татьяна Викторовна
Преподаватель кафедры месторождений полезных ископаемых,
Рыбин Илья Валерьевич
42
Электрические свойства
Определяются параметрами атомов, входящих в состав
кристаллической решетки и способностью к переносу
электрических зарядов




Электропроводимость
Термоэлектрический эффект
Эффект Холла
Фотоэлектрический эффект
43
Электропроводимость
Медь

Проводники (металлы)
Флюорит
Диэлектрики (кислородные
и галогенные
соединения)

Полупроводники (практически
все сульфиды)

Галенит
granat.at.; catalogmineralov.ru
44
Термоэлектрический эффект
Эффект Пельтье — термоэлектрическое явление, при
котором происходит выделение или поглощение тепла
при
прохождении
электрического
тока
в
месте контакта (спая) двух разнородных проводников.
Величина выделяемого тепла и его знак зависят от
вида контактирующих веществ, направления и силы
протекающего электрического тока.
Коэффициент термо-ЭДС зависит от химического
состава минералов, количества примесей и
величины термического градиента
45
происходит
охлаждение
полупроводники
с различным
типом
проводимости
происходит
нагрев
Источник питания
46
Исследование термо-ЭДС минералов
позволяют решать следующие задачи





Диагностировать минералы
Качественно и количественно оценивать
содержание элементов-примесей
Изучать неоднородности кристаллов и зерен
по знаку и величине термоэлектрических
параметров
Определять химический потенциал атомов и
ионов в кристаллической решетке минералов
И т.д.
47
Эффект Холла

Магниты
Эффект Холла
заключается в том, что
при пропускании тока
через клеммы «а»
полупроводниковой
пластины, помещенной в
поле магнита, на
боковых клеммах «б»
появляется напряжение.
Полупроводниковая
пластина
48
Фотоэлектрический эффект
Фотоэффе́кт — это испускание электронов веществом
под действием света
Фотоэлектрические свойства проявляются как
у проводников так и у диэлектриков
49
солнечный модуль
1.свет (фотоны)
2.фронтальный контакт
3.негативный слой
4.слой p-n перехода
5.позитивный слой
6.задний контакт
Пока солнечный элемент освещается, процесс образования свободных
электронов продолжается и генерируется электричество.
solarhome.ru
50
Минералы обладающие высокой фоточувствительностью
Касситерит
Киноварь
Алмаз
wikipedia.org 51
52