title-icon
Яндекс.Метрика
» » Механические свойства минералов

Механические свойства минералов

Механические свойства минералов являются внешним проявлением прочности химической связи между составляющими минерал структурными единицами. К числу их относится твердость, хрупкость и ковкость, спайность, отдельность, излом, гибкость и упругость.
Твердость. Под твердостью понимают степень сопротивления минерала какому-либо внешнему механическому воздействию. Для определения твердости в минералогии пользуются относительной шкалой.
Первая шкала твердости была предложена еще Ал-Бируни (алмаз, корунд, агат), а затем — основателем Петербургского минералогического общества Панснером (1813 г.). Панснер предложил шкалу, состоящую из четырех эталонов: 1) алмаз, 2) твердая сталь, 3) красная медь, 4) свинец. Кусочки отмеченных эталонов укреплялись в специальных ручках и затем изучаемый материал царапался последовательно разными иглами.
В настоящее время твердость минералов принято определять по шкале, предложенной немецким минералогом Моосом с десятью эталонами (табл. 27). В шкале Mooca каждый последующий минерал своим острым концом царапает предыдущий.

Наблюдения показали, что минералы по-разному реагируют на царапающие усилия. Одни из них не царапаются осколками того же вещества (пассивно-твердые минералы), а другие — царапаются (активно-твердые минералы). Так, например, острый кусочек талька не царапает поверхности спайности талька, острый осколок апатита не царапает ни граней, ни поверхности излома апатита. То же самое характерно для топаза, корунда и других минералов. В то же время острые осколки гипса, галита, флюорита, ортоклаза, кварца и других минералов процарапывают грани и спайные плоскости и плоскости излома своих же минералов.
Отношение пассивной твердости и активной является очень показательной характеристикой многих минералов и часто служит хорошим диагностическим признаком.
Для практических целей (особенно в полевой работе геолога) шкала Mooca очень удобна, но более точные исследования показали, что ступени ее крайне неравномерны.

В настоящее время широко распространяется предложенный М.М. Хрущевым и Е.С. Берковичем метод измерения твердости при помощи специально сконструированного ими прибора, выпускаемого нашей промышленностью под маркой ПМТ-3. Этот метод позволяет определять твердость различных минералов — от самых мягких (талька) до самых твердых (алмаза), причем в микроскопических зернах. Исследования показывают, что между номерами эталонов шкалы Mooca и числами твердости при их испытании на твердость вдавливанием имеется качественная зависимость. Эта зависимость состоит в том, что большему номеру соответствует более высокая твердость при вдавливании (табл. 28).

По М.М. Хрущеву, номер эталона шкалы Mooca приблизительно пропорционален кубическому корню, вычисленному из числа твердости, которое определяется методом вдавливания алмазной квадратной пирамиды. Получающиеся в результате вдавливания отпечатки имеют различную форму, что, по-видимому, является следствием анизотропии твердости. Характерным в этом отношении является дистен Al2O[SiO4], у которого твердость на грани пинакоида в направлении — 4,5, в то время как на той же грани в направлении она оказывается равной 6,5—7.
Откладывая из центра испытуемого минерала линии, соответствующие величинам твердости минерала, измеренной в этих направлениях, и соединив концы линий, получим кривые поверхности, которыми наглядно изображают твердость; они носят название кривых твердости. Для различных минералов кривые твердости дают различные поверхности. Они показывают распределение твердости в минерале в зависимости от направления.
Наблюдения и опыты показали, что твердость зависит от ряда факторов, главнейшими среди которых являются межатомные расстояния (твердость увеличивается с уменьшением межатомных расстояний), валентность атомов (твердость повышается с повышением валентности катиона и аниона), координационное число (твердость повышается с увеличением координационного числа) и природа химической связи (твердость возрастает при переходе от ионного типа связи к ковалентному).
Хрупкость и ковкость. С твердостью минералов связана также их хрупкость и ковкость. Под хрупкостью минералов обычно понимают свойство минерала крошиться при царапании острием ножа по его поверхности. Минералы, дающие черту с порошком по краям (например, блеклые руды), являются хрупкими. О ковкости минералов свидетельствует гладкий блестящий след. Ковкие минералы при ударе по ним молоточком на наковальне могут быть расплющены в тонкие пластинки. Хрупкость минералов может определяться упомянутым прибором ПМТ-3. Она устанавливается по появлению трещин в исследуемом минерале при нагрузке. Нагрузка, при которой появляется первая видимая трещина, носит название «числа хрупкости». Шкала хрупкости приведена в табл. 29. При изучении хрупкости минерала наблюдается резкое проявление анизотропии: на разных гранях одного и того же минерала трещина возникает при различной нагрузке. Хрупкость, как и твердость, может быть использована в качестве важного диагностического свойства.

Спайность. Некоторые минералы имеют способность раскалываться по определенным направлениям с образованием плоской зеркальной поверхности. Это их свойство называется спайностью, а плоскости, по которым они раскалываются, называются плоскостями спайности. Различные минералы имеют спайность различной степени совершенства. Спайность принято выражать следующей шкалой.
1. Спайность весьма совершенная, минерал способен делиться на тончайшие листочки; у минералов, имеющих весьма совершенную спайность, очень трудно получить неровный излом.
2. Спайность совершенная, раскалывание минералов происходит преимущественно по спайности; у минералов, принадлежащих к этой группе, трудно получить неровный излом.
3. Спайность ясная (средняя), на кусках минерала наблюдается с трудом, поверхность излома чаще всего раковистая.
4. Спайность несовершенная, практически отсутствует; поверхность излома таких минералов всегда неровная.
В различных минералах, обладающих спайностью, плоскости спайности ориентированы по определенным кристаллографическим направлениям. Так, например, галит и галенит имеют совершенную спайность по кубу, кальцит — по ромбоэдру, флюорит — по октаэдру и т. д. Поэтому в пределах крупных систематических единиц можно говорить о спайности, которая характеризует определенные сингонии — кубическую, гексагональную, ромбическую и т. д. Часто различно ориентированные плоскости спайности в одном и том же минерале имеют различную степень совершенства. Между главной спайностью минерала и его габитусными формами существует четко выраженная связь. Габитусные формы соответствуют плоским сеткам, которые наиболее густо населены атомами и в то же время наиболее удалены друг от друга (рис. 58). Следовательно, между ними менее всего развиты силы сцепления.
Механические свойства минералов

Отдельность. Кроме спайности, некоторые минералы имеют еще отдельность, которая морфологически очень близка к спайности, но отличается от нее тем, что раскалывание по отдельности происходит лишь в определенных точках, в то время как раскалывание по спайности вдоль определенной плоскости может произойти в любом месте. Для ряда минералов отдельность настолько характерна, что используется как диагностический признак. Отдельность по основному ромбоэдру и базопинакоиду, например, характерна для таких минералов, как корунд — Al2O3 и гематит Fe2O3, по кубу — для уранинита — U2UO7, по пинакоиду — для некоторых пироксенов (диаллаг) и др.
Плоскостями отдельности минералов могут служить плоскости срастания двойников, а также плоскости мельчайших включений других минералов, в большинстве случаев образующие тончайшие прокладки в структуре минерала по плоскости плотнейшей упаковки. Могут быть и другие причины отдельности, например одностороннее давление, приводящее к появлению ориентированной трещиноватости.
Спайность и отдельность при наблюдении минералов в микроскопических препаратах выражаются параллельными черточками, чаще всего одной системы, иногда двух и реже трех. Степень совершенства черточек указывает на степень совершенства спайности.
Спайность и отдельность имеют большое практическое значение, в особенности при обогащении полезных ископаемых (например, при отделении флюорита от кварца).
Излом. Проявляется в результате разламывания минерала не по спайности. У минералов различают излом ровный, ступенчатый, неровный, занозистый и раковистый. Ровный излом типичен для минералов с совершенной спайностью. Ступенчатый излом наблюдается у минералов с более или менее совершенной и ясной спайностью в нескольких направлениях, например у полевых шпатов. Неровный излом характеризуется неровной поверхностью без блестящих спайных участков, например у апатита. Занозистый излом обычен для минералов волокнистого сложения и по своему характеру напоминает излом древесины поперек волокнистости. Раковистый излом характерен для минералов без спайности (кварц, опал, халцедон и др.); формой поверхности он напоминает раковину.
Гибкость и упругость. Гибкостью называют свойство некоторых минералов изгибаться при механическом воздействии без хрупкой деформации. Гибкость наиболее типично выражена у минералов пластинчатого или волокнистого строения. Она особенно характерна для таких минералов, как слюда, хлориты, тальк и асбест.
Для некоторых минералов характерна упругость — свойство деформироваться под влиянием определенных усилий и возвращаться в первоначальное, недеформированное состояние после удаления этих усилий. Упругость и гибкость имеют большое значение при техническом испытании некоторых видов минерального сырья, например слюд, асбеста и др. Величина упругости минерала определяется модулем упругости, называемым модулем Юнга. Модуль Юнга получен лишь для некоторых минералов и резко меняется с изменением направления. Графически упругие свойства минералов изображают, пользуясь модулем Юнга, посредством различных поверхностей растяжения.

title-icon Подобные новости