2 ПОРОДОУТВОРЮЮЧІ МІНЕРАЛИ

2.1 Мінерали, їх фізичний стан та будова

Мінералами (лат. “мінера" - породжуючий метал, тобто руду) називаються природні хімічні сполуки або самородні елементи, які утворюються внаслідок різних фізико-хімічних процесів у земній корі або на її поверхні.

Більшість мінералів - тверді (кварц, кальцит, алмаз та ін.), але є і рідинні (вода, ртуть та ін.), а також гази (кисень, азот, вуглекислота та ін.).

Вважають, що в земній корі знаходяться більше 3000 мінералів та їх різновидів, але з відомих 3000 мінералів порівняно небагато мають широке розповсюдження в природі. Ці мінерали, а їх усього близько 50 складають    численні гірські породи, а тому їх і називають породоутворюючими.

У будівельній практиці людина зустрічається з агрегатами мінералів - гірськими породами, а їх будівельні властивості і характер поведінки при взаємодії з інженерними спорудами залежать перш за все від мінерального складу та будови як самих мінералів, так і їх сполук - гірських порід. Ось чому важливо знати склад, будову та властивості мінералів.

Тверді мінерали можуть мати кристалічну та некристалічну будову При кристалічній будові елементарні частинки (атоми, молекули, іони) розташовуються в точно визначеному порядку - у вузлах кристалічної решітки. Кристали мають форму правильних багатогранників: куба, призми, піраміди, октаедра, тетраедра тощо; листка, луски, волокна, пластинки. Правильна геометрична форма кристалів є важливою зовнішньою ознакою кристалічної будови мінералів. Наприклад, мінерал пірит часто зустрічається у вигляді кристалів кубічної форми, кварц - пірамідальної або призматичної. Мінерали, кристалічна будова яких виявляється тільки під мікроскопом, називають прихованокристалічними.

Властивості та особливості кристалічного мінералу залежать не тільки від властивостей елементарних частинок, з яких він складається, а й від характеру їх розміщення. Наприклад, атоми вуглецю в алмазі розміщуються суворо на однакових відстанях один від одного в кутах тетрагональної кристалічної решітки. Кожний атом алмазу пов'язаний з чотирма іншими сильним ковалентним зв’язком, який забезпечує винятково високу твердість (10), а компактна тетрагональна кристалічна решітка забезпечує високу питому вагу (35 кН/м³). У графіті атоми вуглецю розташовуються шарами, які складаються з гексагональних кілець. Кожний атом у шарі ковалентно пов'язаний з трьома іншими, а зв'язок між шарами слабкий ( див. рис. 2.1).

Характерною особливістю багатогранників є симетрія, під якою розуміють: по-перше, закономірну повторюваність при обертанні кристала однакових граней; по-друге, дзеркальну рівність частин фігури (одні частини кристала наче дзеркально відображують інші).

У кристалах виділяють: грані - площини багатогранників, ребра - лінії перетинання граней, вершини - перетинання трьох і більше ребер.

Знайдені такі елементи симетрії (рис. 2.2).

1. Площина симетрії - уявна площина, яка ділить кристал на дві рівні частини, причому одна з них наче дзеркально відображує іншу.

2. Вісь симетрії ( L ) - пряма лінія, при обертанні навколо якої на 360° кристал декілька разів повторює своє початкове положення в просторі. Кількість повторень початкового положення кристала при обертанні навколо осі симетрії називається її порядком. Для осей симетрії різних порядків прийняті такі позначення: L₂ вісь симетрії другого порядку; L₃  - вісь симетрії третього порядку і т.д. У кристалів можуть бути тільки осі симетрії другого, третього, четвертого та шостого порядку. В одному і тому ж кристалі може бути декілька осей симетрії одного порядку або різних порядків.

Рисунок 2.1 - Будова кристалічних решіток:

а – галіту; б – алмазу; в – графіту

3. Центр симетрії - точка перетинання елементів симетрії  в даному кристалі.

У кристалах можливі 32 комбінації елементів симетрії, і ці 32 комбінації називають кристалографічними класами або видами симетрії. Кристалографічні класи об'єднуються у сингонії (грецьке "сингонія"- схожість кутів). Таких сингоній сім: триклинна, моноклинна, ромбічна, тригональна, тетрагональна (квадратна), гексагональна (шестикутна), кубічна. Перші три – це  нижчі категорії, три наступні - середні, а кубічна сингонія - вища. Характерні елементи симетрії для перелічених вище сингоній приведені в табл. 2.1.

Форма мінералів - одна з ознак, необхідних для швидкого визначення деяких із них; наприклад, за формою можна впізнати кристали галіту, піриту, флюориту, галеніту (куби) і т.д.

Для характеристики різних форм кристалів вживається така термінологія.

1. Ізометричні зерна мають однакову ширину та висоту. Агрегати таких зерен називають зернисто-кристалічними.

 2. Вигляд зерен, які витягнуті у одному напрямку, характеризується такими термінами: стовпчастий,  шестуватий, голкуватий, волокнистий.

Рисунок 2.2 - Кристалографічні сингонії:

а – вища сингонія; б – середні сингонії; в – нижчі сингонії;

1 – кубічна; 2 – гексагональна; 3 – тригональна; 4 – тетрагональна;

5 – ромбічна; 6 – моноклинна; 7 – триклинна

Таблиця 2.1 - Характеристика кристалографічних сингоній

Категорія	Сингонія	Характерні елементи симетрії
Нижча	Триклинна	Нема елементів симетрії або є один центр симетрії
	Моноклинна	Вісь симетрії другого порядку й площина симетрії одна
	Ромбічна	Кількість осей симетрії другого порядку й кількість площин симетрії досягає трьох
Середня	Тригональна	Характерна одна вісь симетрії третього порядку
	Тетрагональна	Характерна одна вісь симетрії четвертого порядку
	Гексагональна	Характерна одна вісь симетрії шостого порядку
Вища	Кубічна	Має чотири осі симетрії третього порядку (поряд із другим або четвертим)

Для опису агрегатів, які складені подовженими зернами, якщо спостерігається їх упорядковане розташування, вживають такі приставки: паралельно - або радіально – (наприклад, паралельно-волокнистий, радіально-голкуватий).

3. Зерна можуть мати вигляд сплюснутих в одному напрямку. У залежності від ступеня сплюснутості вони характеризуються такими термінами: таблитчастий, пластинчастий, листуватий, лускуватий.

Для характеристики прихованокристалічних та аморфних мінералів застосовуються такі терміни:

 а) щільне складення – агрегати  в зломі не виявляють помітних деталей, поверхні злому гладкі або трохи криволінійні (раковистий злом);

б) землисте складення – характеризується  порівняно крихкотілим скупченням дрібних частинок, грудочок, які легко відокремлюються одна вiд одної; злом таких агрегатів нерівний, шорсткуватий. Деякі характерні агрегати одержали назву, яка не вимагає спеціального пояснення, наприклад, гроноподібний, ниркоподібний і т.п.

Природні скупчення мінералів у вигляді зерен або кристалів називаються агрегатами. У природі вони можуть мати такі форми (рис. 2.3).

 1. Зернисті - дрібні зерна мінералів, які зрослися.

 2. Землисті - за зовнішнім виглядом нагадують крихкотілий грунт і легко розтираються поміж пальцями.

3. Щільні - неможливо відрізнити контури окремих зерен навіть при невеликому збільшенні.

4. Листуваті, пластинчасті, лускуваті - кристали легко розщеп-люються на окремі листочки, пластинки, лусочки.

5. Друзи - зростки кристалів, які прикріплені одним кінцем до загальної основи.

6. Дендрити - гіллясті деревоподібні агрегати, які виникають при швидкій кристалізації.

7. Конкреції - агрегати кулеподібної форми з радіально-променистою будовою.

8. Ооліти - невеликих розмірів кульки, зцементовані або в крих-котілому стані.

9. Секреції (жеоди) - порожнини в гірській породі, заповнені мінеральною речовиною, нагадують людські нирки.

Багато мінералів мають некристалічну (аморфну) будову, коли елементарні частинки розташовуються безладно (опал, лімоніт, халцедон та ін.)

Рисунок 2.3 - Форми знаходження мінералів у природі