Минералы. Физические свойства минералов

№1)Минера́л — природное тело с определённым химическим составом и кристаллической структурой, образующееся в результате природных физико-химических процессов и обладающее определёнными физическими, механическими и химическими свойствами. Под структурой понимают размеры и форму слагающих породу зерен минералов, стекла и т.д. (крупнокристаллическая, органогенная). Структура отражает строение минерального агрегата, характеризуемое:
а) степенью кристалличности,
б) абсолютной величиной входящих в агрегат элементов (минералов в нашем случае),
в) относительной величиной минералов,
г) формой минералов,
д) степенью огранки минералов, зависящей от взаимного влияния входящих в агрегат элементов и от способности приобретать в разных условиях более или менее правильную огранку.
Структура - это та сторона строения, которая выражает зернистость породы и определяется ею, т.е. это размер, форма и взаимоотношение зерен, а текстура - та сторона строения, которая выражается расположением зерен и определяется им, т.е. это слоистое или неслоистое расположение зерен (текстура в узком смысле слова) и степень сближенности, или сгруженности, зерен (укладка, или упаковка, зерен). В последнее время укладку зерен начинают рассматривать как самостоятельную, третью сторону строения, так как нередки породы с одной текстурой (например, слоистой и неслоистой), но разные по укладке: плотной или рыхлой, с удаленными друг от друга зернами. А это важно различать в нефтяной, инженерной геологии и гидрогеологии.
По химическому составу минералы объединяются в классы, подразделяемые на подклассы и, далее, группы. Наибольшее распространение в земной коре получили восемь классов минералов.
1. Самородные минералы состоят только из одного химического элемента. Объединяют около 45 минералов самого разного происхождения, составляющих менее 0,1 % массы земной коры. Большинство имеет огромное хозяйственное значение (алмаз, графит, сера, золото, медь и др.). Физические характеристики самородных минералов отличаются большим разнообразием.
2. Сульфиды – сернистые соединения тяжелых металлов. Класс насчитывается около 250 минералов, составляющих 0,15 % массы земной коры. Образование сульфидов идет без доступа кислорода, большинство из них имеет гидротермальное происхождение. При окислении сульфиды легко переходят в окислы, карбонаты или сульфаты. Ценность сульфидов в том, что они являются рудами на цветные металлы, причем зачастую им сопутствует золото. Наибольшим распространением пользуются пирит (железный колчедан) FeS2, халькопирит (медный колчедан) CuFeS2, галенит (свинцовый блеск) PbS, сфалерит (цинковая обманка) ZnS, киноварь HgS и др. Подавляющему большинству сульфидов характерны металлический блеск, низкая и средняя твердость, высокая плотность.
3. Галогениды (галоидные соединения) являются солями галоидно-водородных кислот. Насчитывается около 100 представителей, как правило, гипергенного и гидротермального происхождения. Чаще всего встречаются соединения хлористые и фтористые, такие, как применяемые в химической промышленности галит NaCl (каменная соль), сильвин KCl (калийная соль). В оптике используется флюорит CaF2. Галогениды отличаются стеклянным блеском, невысокими твердостью и плотностью, часто легкой растворимостью в воде.
4. Фосфаты образованы разного происхождения солями фосфорной кислоты. Класс насчитывает около 200 минералов, составляющих около 0,7 % массы земной коры. Чаще всего применяются для производства фосфорных удобрений магматического происхождения апатит Ca5 (F, Cl) [PO4]3 и близкий к нему по составу, но гипергенного происхождения фосфорит (фосфат кальция). Фосфатам характерны невысокие показатели твердости и плотности.
5. Сульфаты представляют собой соли серной кислоты, накапливающиеся, в большинстве своем, в соленасыщенной водной среде. Сульфатам принадлежит большое породообразующее значение, они слагают около 0,1 % массы земной коры. Минералам свойственны низкая твердость, неметаллические разновидности блеска, светлая окраска. В земной коре широко распространены гипс CaSO4 x 2H2O, ангидрит CaSO4, мирабилит (глауберова соль) Na2SO4 x 10H2O.
6. Карбонаты являются солями угольной кислоты, насчитывают около 80 представителей. Карбонаты имеют огромное породообразующее значение в составе осадочных и метаморфических пород, составляют до 2 % массы земной коры. Отличительной особенностью карбонатов является их активное взаимодействие с соляной кислотой, сопровождающееся бурным выделением углекислого газа. Блеск большинства карбонатов стеклянный, твердость невысокая. Наиболее распространены такие представители, как кальцит CaCO3, магнезит MgCO3, доломит CaMg(CO3)2, сидерит FeCO3.
7. Окислы и гидроокислы составляют до 17 % массы земной коры. Представители этого класса объединяют минералы разного происхождения и подразделяются, соответственно названию, на два подкласса: окислов, отличающихся высокой и средней твердостью, и гидроокислов, обладающих низкой твердостью. С другой стороны, названный класс можно разделить на окислы и гидроокислы кремния и окислы и гидроокислы металлов. Окислы и гидроокислы кремния обладают исключительно важным породообразующим значением: только на долю кварца SiO2 приходится до 12% массы земной коры. Скрытокристаллические модификации кварца представлены разноокрашенными халцедонами. Среди водных окислов кремния необходимо назвать опал SiO2 x nH2O. Этим минералам соответственно характерен стеклянный или металлический блеск. Окислы и гидроокислы металлов обладают важнейшим рудообразующим значением. Для них свойственен, соответственно, металлический или матовый блеск. Наибольшее значение принадлежит таким минералам, как магнетит Fe3O4, гематит Fe2O3, лимонит Fe2O3 x nH2O, корунд Al2O, боксит Al2O x nH2O.
8. Силикаты и алюмосиликаты объединяют около 800 минералов, многим из которых принадлежит огромное породообразующее значение, ведь представители этого класса составляют до 80 % массы земной коры. Если же к числу силикатов относить и кварц, являющийся типичным силикатом по строению кристаллической решетки (но не по химическому составу), то доля превысит 90 %. Происхождение минералов данного класса разное. Основу кристаллической решетки в минералах составляет кремний-кислородный тетраэдр. В зависимости от сочетаний этих тетраэдров, все силикаты разделяются на большое количество групп.

Физические свойства минералов
1. Оптические свойства
Прозрачность — свойство вещества пропускать свет. В зависимости от степени прозрачности все минералы делят на следующие группы: прозрачные — горный хрусталь, исландский шпат, топаз и др.; полупрозрачные — сфалерит, киноварь и др.; непрозрачные — пирит, магнетит, графит и др.
Цвет минералов — важнейший диагностический признак. Во многих случаях обусловлен внутренними свойствами минерала (идиохроматические окраски) и связан с вхождением в его состав элементов-хромофоров (Ре, Сг, Мп, N1, Со и др.). Например, присутствие хрома обусловливает зеленую окраску уваровита и изумруда, присутствие марганца — розовую или сиреневую окраску лепидолита, турмалина или воробьевита. Для обозначения окраски в минералогии распространен метод сравнения с окраской хорошо известных предметов или веществ, что отражается в названиях цветов: яблочно-зеленый, лазурно-синий, шоколадно-коричневый и т. п. Эталонами можно считать названия цветов следующих минералов: фиолетовый — аметист, синий — азурит, зеленый — малахит, желтый — аурипигмент, красный — киноварь, бурый — лимонит» оло-вянно-белый — арсенопирит, свинцово-серый — молибденит, железо-черный — магнетит, латунно-желтый — халькопирит, металлически-золотистый — золото.
Цвет черты — цвет тонкого порошка минерала. Черту минерала можно получить при проведении испытуемым минералом по матовой неглазурованной поверхности фарфоровой пластинки (бисквита) или осколку такой же поверхности фарфоровой химической посуды. Это — признак более постоянный по сравнению с окраской. В ряде случаев цвет черты совпадает с цветом самого минерала, но иногда наблюдается резкое различие: так, стально-серый гематит оставляет вишнево-красную черту, латунно-желтый пирит — черную и т. д.
Блеск зависит от показателя преломления минерала, т. е. величины, характеризующей разницу в скорости света при переходе его из воздушной в кристаллическую среду. Практически установлено, что минералы с показателем преломления 1,3—1,9 имеют стеклянный блеск (кварц, флюорит, кальцит, корунд, гранат и др.), с показателем 1,9—2,6 — алмазный блеск (циркон, касситерит, сфалерит, алмаз, рутил и др). Полиметаллический блеск отвечает минералам с показателем преломления 2,6—3,0 (куприт, киноварь, гематит) и металлический — выше 3 (молибденит, антимонит, пирит, галенит, арсенопирит и др.). Блеск минерала зависит и от характера поверхности. Так, у минералов с параллельно-волокнистым строением наблюдается типичный шелковистый блеск (асбест), полупрозрачные «слоистые» и пластинчатые минералы часто имеют перламутровый отлив (кальцит, альбит), непрозрачные или просвечивающие минералы, аморфные или характеризующиеся нарушенной структурой кристаллической решетки (метамиктные минералы) отличаются смолистым блеском (пирохлор, настуран и др.).
2. Механические свойства
Спайность— свойство кристаллов раскалываться в определенных кристаллографических направлениях, обусловленное строением их кристаллических решеток. Так, кристаллы кальцита независимо от их внешней формы раскалываются всегда по спайности на ромбоэдры, а кубические кристаллы флюорита — на октаэдры. Степень совершенства спайности различается в соответствии со следующей принятой шкалой:
Спайность весьма совершенная — кристалл легко расщепляется на тонкие листочки (слюда, хлорит, молибденит и др.).
Спайность совершенная — при ударе молотком получаются выколки по спайности; получить излом по другим направлениям трудно (кальцит, галенит, флюорит).
Спайность средняя — излом можно получить по всем направлениям, но на обломках минерала наряду с неровным изломом отчетливо наблюдаются и гладкие блестящие плоскости спайности (пироксены, скаполит).
Спайность несовершенная или отсутствует. Зерна подобных минералов ограничены неправильными поверхностями, за исключением граней их кристаллов.
Излом. У минералов с несовершенной спайностью существенную роль в диагностике играет излом — раковистый (кварц, пирохлор), занозистый (у самородных металлов), мелкорако-. вистый (пирит, халькопирит, борнит), неровный и др.
Твердость,или степень сопротивления минерала внешнему механическому воздействию. Наиболее простой способ ее определения — царапание одного минерала другим. Для оценки относительной твердости принята шкала Мооса, представленная 10 минералами, из которых каждый последующий царапает все предыдущие. За эталоны твердости приняты .следующие минералы: тальк —1, гипс — 2, кальцит — 3, флюорит — 4, апатит — 5, ортоклаз — 6, кварц — 7, топаз — 8, корунд — 9, алмаз — 10. При диагностике весьма удобно также употреблять для царапания такие предметы, как медная (тв. 3—3,5) и стальная (5,5—6) игла, нож (5,5—6), стекло (~5); мягкие минералы можно пробовать царапать ногтем (тв. 2,5).
Хрупкость, ковкость, упругость. Под хрупкостью в минералогической практике подразумевается свойство минерала крошиться при проведении черты ножом или иглой. Противоположное свойство — гладкий блестящий след от иглы (ножа) — свидетельствует о свойстве минерала деформироваться пластически. Ковкие минералы расплющиваются под ударом молотка в тонкую пластинку, упругие способны восстанавливать форму после снятия нагрузки (слюды, асбест).

 

№2) Классификация минералов.
Классификация минералов.Сейчас известно ~ 3000 минералов .ученые группируют их на основе каких-то признаков. То есть проводят классификацию. В минералогии были попытки создать классификацию на основе разных признаков: например по твердости, блеску или спайности; по условиям образования или генезису. Но есть минералы, которые могут образоваться совершенно в разных условиях. С середины прошлого столетия минералы стали классифицировать по химическому составу .Но только после появления рентгеноструктурного анализа и определения с его помощью внутреннего строения минералов стало возможным установить тесную связь между химическим составом минерала и его кристаллической решеткой. Это открытие положило начало принципу кристаллохимической классификации минералов. За основную единицу при такой классификации принят минеральный вид , обладающий определенной кристаллической структурой и определенным стабильным химическим составом. Минеральный вид может иметь разновидности. Под разновидностью понимают минералы одного вида, отличающиеся друг от друга по какому-то физическому признаку, например по цвету минерал кварц многочисленными разновидностями (черный – морион, прозрачный – горный хрусталь, фиолетовый – аметист). В процессе минералообразования минералы одного минерального вида могут отличаться друг от друга внешним обликом – размерами кристаллов или формой. В этом случае каждый минерал одного минерального вида называют минеральный индивид. Существующие классификации объединяют минеральные виды в классы или группы.

 

Силикаты	Ортоклаз,оливин, тальк,микроклин,авгит,рог.обм, мусковит,биотит
Карбонаты	Кальцит, магнезит, доломит
Окислы	Кварц
Гидроокислы	Опал,лимонит
Сульфиды	Перит
Сульфаты	Гипс,ангидрит
Галоиды	Галит
Фосфаты	Апатит
Вольфраматы	Вольфрамит
Самородн.эл-ты	Алмаз

 

№3) Характеристика класса силикатов.
Силикаты представляют собой обширную группу минералов. Для них характерен сложный химический состав Главными химическими элементами, входящими в состав силикатов, являются O, Si, Al, Fe2+, Fe3+, Mg, Mn, Ca, Na, K, а также Li, B, Be, Zr, Ti, F, H, в виде (OH)1- или H2O и др. Общее количество минеральных видов силикатов около 800. По распространённости на их долю приходится более 90% минералов литосферы. Силикаты и алюмосиликаты являются породообразующими минералами. из них сложена основная масса горных пород: полевые шпаты, кварц, слюды, роговые обманки, пироксены, оливин и др. Самыми распространёнными являются минералы группы полевые шпаты и затем кварц, на долю которого приходится около 12% от всех минералов. В основе структурного строения всех силикатов лежит тесная связь кислорода и кремния; Силикаты - важные неметаллические полезные ископаемые: асбест, тальк, слюды, каолин, керамическое и огнеупорное сырьё, строительные материалы. происхождение Эндогенное, главным образом магматическое Широко распространены в метаморфических породах - сланцах и гнейсах. Силикаты экзогенного происхождения представляют собой продукты выветривания(каолинит).

 

№4) Силикаты - это соли кремниевых кислот, а также минералы, содержащие кремний. Силикат образуется путем соединения диоксида кремния и оксида другого химического элемента. Более трети известных сегодня минералов относится к классу силикатов и алюмосиликатов (силикатов, в которых часть атомов кремния заменена на атомы алюминия), которые в совокупности составляют до 95% массы земной коры.
Кристаллическая решетка силикатов состоит из так называемых кремнекислородных тетраэдров, представляющих собой атом кремния, соединенный с четырьмя атомами кислорода. Силикаты имеют ионную структуру, поэтому не могут классифицироваться по составу анионной части. По строению кристаллической решетки силикаты и алюмосиликаты подразделяются на островные (оливин, гранат), кольцевые, (берилл, турмалин, изумруд) цепочечные (энстатит, бронзит, ферросилит), ленточные (роговая обманка), слоистые (каолинит, серпентин, слюды) и самые распространенные - каркасные (кварц, полевой шпат).
Большинство силикатов представляют собой тугоплавкие, химически пассивные материалы, практически не растворяющиеся в воде. При различной температуре они могут находиться в твердом, жидком (расплавленном) или газообразном состоянии, а также способны образовывать коллоидные системы.
Силикатные материалы могут иметь как природное, так и искусственное происхождение. Человеческая цивилизация начиналась с того, что первобытные люди научились обрабатывать природные силикаты, в том числе кремний и обсидиан, и делать из них орудия для охоты и обработки добычи. А затем лепить и обжигать примитивную керамическую посуду из силикатной глины.
Сегодня природные силикатные материалы широко используются в строительстве и промышленности - как в качестве сырья, так и конечного продукта.
Растворимый силикат натрия известен как жидкое стекло и используется в самых различных областях производства и для улучшения качества строительных и лакокрасочных материалов. Гомогенный раствор жидкого натриевого стекла обладает вяжущими свойствами и в сочетании с другими веществами способен к быстрому отвердению и образованию прочных силикатных камней. Пленка, образующаяся при высыхании растворимого силиката натрия, обладает высокими изолирующими и защитными свойствами, препятствует коррозии, разрушению и горению
Силикат натрия используется как в виде водного раствора, так и в виде порошка или гранул - так называемых быстрорастворимых гидратированных силикатов - в зависимости от технологии изготовления нужного материала. При перевозке и хранении такие быстрорастворимые силикаты более экономичны и менее требовательны к условиям.

№5) Карбонаты это соли карбоновой (иначе угольной) кислоты. Она крайне нестабильна и получается при растворении в воде углекислого газа, то есть «живьем» наблюдать ее можно только в «газировке». Зато ее соли – вполне нормальные камни. Например, известняк – белый камень, из которого сложены соборы в моем родном Владимире – стоит почти 800 лет и почти как новый. А состоит он из минерала кальцита CaCO3. Из него же состоит и мрамор, из которого выстроены храмы Древней Греции. За это время атмосфера успела «съесть» всего несколько миллиметров. Правда для геологии 1000 лет – все равно, что мгновение. И карбонаты считаются самым нестабильным классом солей. Их разъедает практически любая кислота.
Корка малахита на буром железняке из Казахстана.
При этом выделяется углекислый газ; реакция с кислотой – диагностический признак при определении карбонатов (то есть, когда геологи хотят проверить камень на наличие в его составе карбонатов, они капают на него соляной кислотой и смотрят «вскипит»-ли капля). Арагонит изоморфен кальциту и отличается от него строением кристаллической решетки. В составе карбонатов вместо кальция могут быть атомы магния, железа, марганци. Реже – цинка, стронция, свинца, меди. Вообще говоря, чистых однометальных карбонатов в природе не бывает – всегда есть какая-то примесь других металлов. Карбонаты покрывают коркой выветривания все «старые» (то есть длительное время находящиеся в контакте с водой и атмосферным углекислым газом) рудные тела. Часто они служат ориентиром при геологическом поиске. Например, карбонаты меди – азурит и малахит – имеют яркую окраску, и только слепой способен пройти мимо этих указателей «руда здесь!!!» Очень яркую розовую окраску имеют карбонаты марганца (родохрозит и др.) и кобальта.

 

№6) Оксиды - сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород.

Общая формула - ЭхОу.

Используя опорную схему, можно сделать вывод, что оксиды классифицируют в зависимости от свойств элемента.

Если в составе оксида металл I,II групп - это основной оксид.

Например: Na2O - оксид натрия, натрий металл I -А группы, значит это основной оксид.

Если в составе оксида неметалл IV,V,VI,VII групп - это кислотный оксидОксиды - это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых кислород, с валентность равной 2. Лишь один химический элемент - фтор, соединяясь с кислородом, образует не оксид, а фторид кислорода OF2.

ГИДРОКСИДЫ , неорг. соед. металлов общей ф-лы М(ОН)n, где и-степень окисления металла М. Являются основаниями или амфотерными соединениями. Г. щелочных, щел.-зем. металлов и Тl(I) наз. щелочами , Кристаллич. решетки Г. щелочных и щел.-зем. металлов содержат ионы ОН-, к-рые легко обнаруживаются по широкой полосе в ИК-спектре при 3600 см-1. Щелочи при растворении в воде подвергаются электролитич. диссоциации с образованием гидратированных ионов ОН " и аквакатионов металла. В конц. неводных р-рах Г. щелочных металлов возможно образование ионных пар, напр. (К + *ОН-), c включением в их состав молекул р-рителя. Г. щелочных металлов хорошо раств. в воде, Г. остальных металлов мало растворимы и часто выделяются из водного р-ра в виде гелей переменного состава, содержащих молекулы воды. К амфотерным Г. относят Ве(ОН)2, Zn(OH)2, A1(OH)3, Ga(OH)3, Sn(OH)2, Pb(OH)2, СrO(ОН) и нек-рые др. При взаимод. с к-тами они образуют соли, с сильными основаниями -гидроксокомплексы, Напр., Г цинка может реагировать как с к-той, так и с основанием:

Г. многих металлов, особенно элементов FVб гр. периодич. системы, склонны к поликонденсации в результате процесса оляции-образования мостиковых групп ОН (см. Гидроксокомплексы ). При этом Г. прсвращ. в сложные нестехиометрич. соед.-многоядерные гидроксоаквакомплексы, содержащие такие, напр., фрагменты:

Образованию этих соед. способствует повышение т-ры, концентрации р-ра и водородного показателя (рН). При старении осадка многоядерных гидроксоаквакомплексов гидроксогруппы необратимо превращ. в оксогруппы (процесс оксоляцииХ напр.:

Многие Г. и их водные р-ры поглощают СО2 из воздуха с образованием карбонатов, с к-тами дают соли. При нагр. Г. щелочных металлов, кроме LiOH, плавятся, а остальные, в т.ч. и LiOH, разлагаются на оксид металла и воду, напр.: Сu(ОН)2 -> СuО + Н2О. Гидроксиды Cu(I), Ag(I), Au(I) разлагаются на воду и оксид в процессе их образования. Г. щелочных металлов получают: электролизом водных р-ров солей, чаще всего хлоридов; методом ионного обмена с использованием анионитов в ОН-форме; иногда по обменным р-циям, напр.: Li2SO4 + Ва(ОН)2 -> 2L1OH + BaSO4. Г. остальных металлов получают в осн. по обменным р-циям. В отдельных случаях Г. щел.-зем. металлов синтезируют взаимод. их оксидов с водой, напр.: СаО + Н2О -> Са(ОН)2. Г. встречаются в природе в в.иде минералов, напр. ги-драргиллита А1(ОН)3, брусита Mg(OH)2. Среди орг. в-в также известны Г., напр. тетраалкиламмо-нийгидроксиды (NR4)OH, где R = CH3, C2H5; они хорошо раств. в воде относ. к классу оснований. Б. Д. Степин.

 

№7) Искусственные минералы
Иск-е м-лы.Их получ.позв-т созд-ть нужн.днар.хоз-ва и стр-ва мин-е прод-ты.Иск.спос.получают:мин-лы,кот-е встреч-ся в ЗК и рожд-ся в при.проц-х минералообр-я.м-лы,к-е в прир.усл-х самост-но не обр-ся и явл-ся вновь созд-ми ч-ком мин.в-вами,вход-ми в сост.разл.технолог-х прод-в(цементы,огнеупоры,керамика…)
Искусственное получение минералов представляет известный интерес. С одной стороны, это позволяет исследовать процессы минералообразования, с другой – даёт возможность получать нужные для практики минеральные вещества, что широко используется в технологии строительных материалов.
Искусственным путем (методом синтеза) можно получать минералы, которые встречаются в природных условиях (алмаз, корунд, кварц и др.), и минералы, которые в природных условиях самостоятельно не встречаются (алит, белит и др.), а входят в состав различных технических продуктов, таких как цементы, огнеупоры и т.д.
Искусственно полученные естественные минералы путем синтеза из исходных веществ выгодно отличаются от своих аналогов, образованных в природных условиях, так как в них отсутствуют химические и механические примеси. В настоящие время в промышленных целях получен ряд минералов, которые редко встречаются в природе, но обладают ценными свойствами (флюорит, корунд и др.). В 1961 в СССР синтезированы искусственные алмазы, прочность которых была в 40% выше естественных.

 

№8) Происхождение магматических пород (Схема, описание)
Происх.магматич.ГП.ГП-прир.мин.агрег,обр-ся в зем.коре.Кажд.обл.св.хим.и мин.составом, стр-рой,текст-рой.Полиминер-е ГП сост-т из неск.мин-в,мономин-е-из1.Не им.хим.ф-л,состав оцен-ся валов.хим.анализом.По происх.быв:магмат-е(обр-ся в рез-те крист.магмы в недр.З или на пов-ти, интрузивн-глубинные,остыв.происх.медл, образ-е ГП происх.с полн.раскрист-й магмы-гранит,сиенит,габбро;эффузивные-изливш-ся-в зав-ти от скор.остыв-я обр-ся порист(базальт),Стеклов-я(обсидиан), порфиров.стр-ра(порфирит)),осад-е, метаморф-е

Магматические горные породы являются результатом кристаллизации жидкой магмы, образованной в ходе полного или частичного плавления горных пород в нижней части земной коры и верхней мантии. Это самые распространенные горные породы, составляющие 65% от общего объема земной коры.
Высокие температуры в недрах нашей планеты приводят к образованию полностью или частично расплавленного вещества, называемого магмой. Это вязкий расплав сложного силикатного состава, обогащенный парами воды и различными газами. Вследствие различного рода геологических процессов магма, температура которой может достигать более чем 1200°С, устремляется к поверхности. По мере своего поднятия она постепенно остывает, что приводит к кристаллизации из расплава минералов и формированию магматических горных пород. Первыми кристаллизуются минералы с самой высокой температурой плавления: оливин, пироксены и амфиболы. За высокое содержание железа и магния эти высокотемпературные минералы также называют ферро-магниевыми, или мафическими. Вслед за ними кристаллизуются низкотемпературные минералы, и так происходит до тех пор, пока вся магма не превратится в породу. К низкотемпературным минералам относятся так называемые фельзические, или сиалические, минералы, в которых содержание кремния, алюминия, калия и кальция преобладает над содержанием железа и марганца.

 

№9) Классификация магматических пород (По SiO2)
Процентное содержание окиси кремния в породе служит определенным критерием ее кислотности
Название Содержание SiO2 Породы (примеры)
Низко и некремнеземнистые < 30% окатыши, обогащенные флотационным метедом
Ультраосновные 30-45% дунит, пироксенит, кимберлит, оливинит
Основные 45-53% габбро, лабрадорит, базальт, диабаз
Средние 53-64% сиенит, диорит, трахит, андезит, порфирит
Кислые (кислотные) 64-78% гранит, липарит, кварцевый порфир
Ультракислые > 78 % пегматит, аляскит и др.
В каждой из разновидностей магматических пород количественное соотношение петрогенных оксидов является стабильным в определенных интервалах. Поэтому в основу их классификации положен химический состав, а ведущим признаком в ней является содержание SiO2 . Все породы по содержанию кремнезема делятся на : ультраосновные, основные, средние и кислые.Содержание SiO2 возрастает от ультраосновных пород к кислым (демонстрация табл.) и определяет не только разный минералогический состав и химические свойства, но и физические свойств а- такие как плотность, температура кристаллизации, вязкость расплава. Последнее свойство определяет способность расплава к текучести, а следовательно с разной скоростью перемещаться и удаляться от очага, т.е. подвижностью . Наиболее подвижными являются магмы ультраосновного состава, соответственно кислые - более вязкие и менее подвижные.

 

№10) ТЕКСТУРА— совокупность признаков строения г. п. обусловленных ориентировкой и относительным расположением и распределением составных частей породы. Т. магм. п. зависит от особенностей кристаллизации, от способа выполнения пространства массой породы вследствие процессов, происходящих в расплаве до застывания или во время кристаллизации, и от формы отдельности, возникающей вследствие охлаждения застывшего расплава или под влиянием внешних воздействий во время кристаллизации после ее окончания. В осад. п. выделяют Т. первичные возникающие в период седиментации (напр., слоистые) или в еще неотвердевшем, пластичном осадке (напр., подводнооползневые) и вторичные — образующиеся в стадию превращения осадка в г. п., а также при ее дальнейших изменениях (диагенез , катагенез , начальные стадии метаморфизма ). Первичные текстуры осад. п. образуются в результате воздействия на осадки механических факторов (абиогенные текстуры) и в связи с жизнедеятельностью организмов (биогенные текстуры). Среди первичных выделяют текстуры, приуроченные к поверхностям напластования преимущественно мелкообломочных п. (знаки ряби, трещины усыхания, следы жизнедеятельности организмов). Иногда текстурные и структурные признаки бывает трудно разграничить, напр., в оолитовом известняке, где форма и размеры оолитов определяют структуру г. п., а строение оолитов, обусловленное концентрическим расположением вокруг какого-либо ядра оболочек, состоящих из совокупности минер/зерен, является текстурным признаком. В зависимости от того, видна текстура невооруженным глазом или ее можно определить только п. м., различают макро-и микротекстуры.

СТРУКТУРА ГОРНЫХ — характеристика степени кристалличности горных пород, зависящей от размера и формы слагающих их минеральных зёрен, их взаимоотношений друг с другом и с вулканическим стеклом.
Степень кристалличности магматических пород обычно возрастает с переходом от вулканических к жильным (дайковым) и плутоническим (интрузивным) породам. Соответственно для вулканических пород характерны стекловатая, неполнокристаллическая, полнокристаллическая, афировая и порфировая структура горных пород, а структура основной массы этих пород витрофировая (гиалиновая, или стекловатая), гиалопилитовая (андезитовая), пилотакситовая, трахитовая, интерсертальная, интергранулярная (долеритовая), офитовая, пойкилоофитовая и др. Жильные породы имеют обычно порфировидную, тонкозернистую и мелкозернистую структуру горных пород с множеством морфологических разновидностей (аплитовая, бостонитовая, нефелинитовая, лампрофировая и др.). К особому типу относятся крупнозернистые и гиганто-зернистые структуры пегматитов: письменная (графическая, или пегматитовая), письменно-гранитовая, блоковая (пегматоидная). Для плутонических пород характерны явнокристаллические мелкозернистые и среднезернистые структуры горных пород, которые по взаимоотношениям минералов подразделяются на гипидиоморфнозернистую (в гранитах, офитовых габбро и габбро), аллотриоморфнозернистую (в оливинитах), сидеронитовую (в рудных габбро и пироксенитах) и панидиомор-фнозернистую (в анортозитах и пироксенитах) с множеством других подразделений более частного значения (структура рапакиви и др.).

 

 

Хар-ка кислых и средних магм. горных пород

   

16-24

№25. Физические свойства грунтов.
Грунт-это трехфазная система, состоящая из следующих компонентов: твердая фаза (частицы минералов и обломочных пород); жидкая фаза (вода); газообразная среда (воздух).
Каждый грунт имеет свой, присущий только ему строительные свойства. К таким относияться прежде всего физические и механические свойства.

Характеристика скальных грунтов

физические	механические
Плотность	Прочность-сопротивление одноосному сжатию
Коэффициент размягчения
Степень растворимости в воде	Деформотивность - модуль деформации Е, МПа
Степень выветрености
Коэффициент трещиноватости
Пористость

Характеристики нескальных грунтов

физические	Механические
Плотность	Плотность – временное сопротивление одноосному сжатию
Плотность частиц грунта
Плотность сухого грунта
Влажность природная	Деформотивность - модуль деформации Е, МПа
Коэффициент пористости
Степень влажности
Удельный вес грунта	Прочность характеристики: · Удельное щепление · Угол внутреннего трения
Число пластичности
Показатель текучести
Коэффициент фильтрации

 

№26 Классификация грунтов по гранулометрическому составу
Наименование крупнообломочных и песчаных грунтов устанавливается по процентному содержанию частичных фракций.

Разновидность грунтов	Размер зерен частиц	Содержание зерен частиц в % по массе
Крупнообломочные
Валунный(глыбовый)	>200	>50
Галечниковый(щебенистый)	>10	>50
Гравийный(дресвяный)	>2	>50
Пески
Гравелистый	>2	>25
Крупный	>0,50	>50
Средней крупности	>0,25	>50
Мелкий	>0,10	≥75
пылеватый	>0,10	<75

Для определения гран. состава песков крупнообломочных пород применяется метод просеивании на ситах, ситовый анализ. В грунтоведении применяется стандарты сит с d отверстиями 10, 5, 2, 0,1, 0,5, 0,25, 0,1 мм комплект.
По результатам просеивания строится интегральная кривая гранулометрического состава. Особенность кривой – должна быть построена …

№27. Физические характеристики, определяемые в лабораторных условиях.
В лабораторных или полевых условиях определяется три основных характеристики:
1.Плотность грунтов – отношение массы грунта к его объему. (ориентировочные значения плотности: для скальных – 2,2 – 2,8 г/см3; нескальных – 1,5 – 2,5 г/см3)
Методы опр. плотности:
–Для скальных – метод од парафинирования и гидростатического взвешивания
–Для нескальных крупнообломочных – метод замещения объема и метод «лунки».
–Для песчаных и глинистых грунтов – метод режущего кольца
2.Плотность частиц грунта
Измеряется в небольших пределах от 2,5 – 2,75г/см3 и зависит от минералогического состава исходной породы.
Для определения плотности частиц применяется пикнометрический метод.

№28.Влажностью грунта называют отношение веса воды, содержащейся в грунте, к весу сухих грунтовых частиц (скелета грунта) в том же объеме. В зависимости от степени увлажнения связные грунты могут иметь различную консистенцию (состояние): твердую, пластичную или текучую.
Переход грунта из твердой консистенции в пластичную или из пластичной в текучую происходит довольно резко при определенных, так называемых критических характерных влажностях, которые используются в качестве наиболее важных характеристик грунта.
Пластическая консистенция грунта наблюдается в интервале между характерными влажностями, которые принято называть границей текучести и границей раскатывания.
Граница текучести (или верхний предел пластичности) характеризует- такую влажность, при которой грунт переходит от пластичной к текучей (полужидкой) консистенции грунта. При этой влажности связь между частицами нарушается, в порах между ними появляется свободная вода, и грунт теряет устойчивость. Границу текучести (дот) определяют в соответствии с ГОСТом при помощи специального прибора — балансирного конуса Васильева весом 76 г, погружаемого в грунтовое тесто, влажность которого постепенно увеличивают до тех пор, пока конус не погрузится на глубину 10 мм за 5 сек.
По значению показателя текучести (Текучесть) (для глины и суглинка):

Текучесть	Показатель текучести ()
Твердое	... - 0.00 ()
Полутвердое	0.00 - 0.25
Тугопластичное	0.25 - 0.50
Мягкопластичное	0.50 - 0.75
Текучепластичное	0.75 - 1.00
Текучее	1.00 - ... ()

 

, где - число пластичности грунта, и - влажность грунта на границе текучести и на границе раскатывания, %.

, где - показатель консистенции, W – природная влажность грунта, % (таблица 2); - влажность на границе текучести, %; - влажность на границе раскатывания, %.

 

№29.Вычисляемые характеристики грунтов
Зная величины ρ, ρ_s и ω, можно вычислить ряд характеристик грунта. Введем понятие плотности (объемной массы) скелета грунта ρ_d (в СНиП 2.02.01—83 называется плотностью в сухом состоянии), равной отношению массы твердых частиц грунта к объему образца ненарушенной структуры до высушивания. Для нахождения величины ρ_d рассмотрим образец объемом 1 см³. При этом влажность грунта можно выразить через ρ и ρ_d:
ω=(ρ-ρ_d)/ρ_d
Отсюда
ρ_d = ρ/(1+ω); (1.1')
здесь и далее влажность грунта принимается в долях единицы.
Зная плотность грунта (обычно выражаемую в т/м³), легко найти удельный вес грунта (в кН/м³) по формуле
γ = ρg, (1.2)
где g — ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с² (часто принимают g = 10 м/с2).
По аналогии удельный вес скелета грунта γ_d и твердых частиц грунта γ_sнайдем из выражений
γ_d=ρ_dg и γ_s = ρ_sg. (1.2') н (1.2'')
Отношение объема пор в образце к объему самого образца обозначают n и называют пористостью грунта. Отношение объема твердых частиц к объему образца обозначают m.

В таком случае

Поскольку объем рассматриваемого образца принят равным 1 см³, величины n и m будут соответственно объемами пор и твердых частиц в единице объема грунта. Величины m и n можно получить из выражений
m = ρ_d/ρ_s; n=1-ρ_d/ρ_s (1.3)
В расчетах часто применяется коэффициент пористости грунта е — отношение объема пор к объему твердых частиц. Согласно определению он равен е = n/m, или из выражений (1.3)
e = (ρ_s-ρ_d)/ρ_d (1.4)
Зная величину е, можно вычислить пористость грунта n или объем твердых частиц в единице объема грунта m по формулам
n = е/(1 + е); m = 1/(1+ e). (1.5)
Вследствие неоднородности любого рассматриваемого слоя грунта и ошибок при измерениях во время экспериментального определения ρ, ρ_s и ω эти величины находят многократно и полученные результаты обрабатывают методами математической статистики (см. п. 2.5). Это положение относится и к другим определяемым экспериментально характеристикам грунта, рассмотренным далее.
Состояние грунтов по водонасыщенности устанавливается в зависимости откоэффициента водонасыщенности S_r (в СНиПе — степень влажности), который равен отношению естественной влажности грунта к влажности, соответствующей полному заполнению пор водой (без пузырьков воздуха), т. е. к полной влагоемкости ω_sat:
S_r=ω_/ω_sat (1.6)
Согласно определению,

где ρ_ω — плотность (объемная масса) воды.
Подставив значение ω_sat в выражение (1.6), найдём

(1.8)
Коэффициент водонасыщенности в ряде случаев характеризует качество грунтов. По водонасыщенности (степени влажности) различают грунты:

Грунты называют насыщенными водой при S_r > 0,8, потому что они не содержат воздуха, сообщающегося с атмосферой. Пылевато-глинистые грунты (не лессовые) ниже зоны аэрации чаще всего имеют S_r > 0,8. В связи с этим состояние по водонасыщенности используют как характеристику преимущественно для песчаных, крупнообломочных и лессовых грунтов.
При полной водонасыщенности грунтов (S_r=1) из выражения (1.8) устанавливается зависимость между влажностью ω и коэффициентом пористости е:
e=ωρ_s/ρ_ω. (1.9)
В формулах (1.7) —(1.9) плотность воды ρ_ω обычно принимают равной 1 г/см³ (или 1 т/м³). Строго говоря, это не соответствует действительности, так как плотность прочносвязанной воды, как сказано ранее, существенно больше единицы. Однако методика определения ρ_ω с учетом плотности связанной воды, большей по сравнению со свободной, пока еще не разработана. Кроме того, при малом количестве прочносвязанной воды в грунте погрешность при расчете небольшая.
Разность γ_Sb удельного веса грунта γ и удельного веса воды γ_ω при учете ее взвешивающегося действия, определяемая для залегающих ниже уровня подземных вод грунтов, в соответствий с законом Архимеда находится по формулам

(1.10)
(ниже уровня подземных вод в поровой воде действует гидростатическое давление, которое необходимо учитывать при расчетах).

 

 

Классификация грунтов по плотности сложения

Тип песка	Классификация песков по коэффициенту пористости е
плотный	Средней плотности	рыхлый
Гравелистый, крупный и средней крупности	<0.55	≥0.55…0.70	>0.70
Мелкий	<0.60	≥0.60…0.75	>0.75
пылеватый	<0.60	≥0.60…0.80	>0.80

 

№30.Классификация торфов (Iот>0.5)

Вид торфа	Степень разложения Dpd, %
Слаборазложившийся	≤20
Среднеразложившийся	>20…45
сильноразложившийся	>45

 

Классификация заторфованных грунтов (0,5>Iот>0,1)

Вид грунта	Относительное содержание органических веществ Iот
слабозаторфованный	0,10…0,25
среднезаторфованный	>0.25…0,40
сильнозаторфованный	>0,40…0,50

 

Классификация илов (Iот<0,10)

вид ила	Число пластичности Iр	Коэф-т пористости е
Супесчаный	≥0.01…0.07	≥0.9
Суглинистый	>0.07…0.17	≥1.0
глинистый	>0.17	≥105

 

31-36

№37.Радиальный поток, вертикальный совершенный дренаж (схема, формулы).
Радиальный поток- образуется около вертикальных дренажных устройств (скважины, колодцы)

 

 

Рисунок…..

 

Если L/b <=10, то считается вертикальным водосбором с условным радиусом

 

Вертикальный совершенный дренаж (котлован).

Формулы: Уравнение кривой депрессии: Приток воды в дрену: