title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Плотность минералов

Плотность минералов

Плотность — одна из главнейших констант минералов, поэтому определение плотности имеет важное диагностическое значение. Кроме того, определение плотности служит основой для определения объема элементарной ячейки и заключенных в ней единиц вещества. Плотность колеблется в широких пределах: от значений, меньших единицы, (озокерит и др.) до 23,0 (минералы группы осмистого иридия).
При макроскопическом определении минералов их плотность оценивается приблизительным сравнением в руке, на основании чего можно отнести минерал к группе низкой, средней или высокой плотности. Кроме этих трех групп, существуют еще минералы с очень высокой и минералы с очень низкой плотностью, которые встречаются в явно подчиненных количествах (табл. 30).

Как показывают подсчеты, явно преобладают минералы с малой (от 2,0 до 4,0) плотностью.
Плотность зависит от химического состава и структуры минерала, причем особенно важную роль играет атомный вес элементов, входящих в состав минерала, а также их валентность и размер ионных радиусов. На конкретных примерах рассмотрим значение химического состава и структуры минерала для его плотности.
Полиморфные разности вещества, имеющие различную кристаллическую структуру, имеют различную плотность. Графит и алмаз, например, имеют одинаковый химический состав. Они состоят из углерода, но вследствие различий в кристаллических структурах плотность графита 2,2, а плотность алмаза 3,5. Точно так же изменяется в зависимости от структуры плотность углекислых солей кальция (аргонита и кальцита).
В соответствии с колебаниями химического состава один и тот же минерал может иметь различную плотность. Так, например, плотность сфалерита в зависимости от примесей колеблется от 3,50 до 4,20, а плотность вольфрамитов — от 7,1 до 7,5. На практике эти колебания, однако, не всегда связаны только с колебаниями химического состава. Они могут быть вызваны неоднородностью исследуемого материала, недостаточно чистым отбором, пористостью и трещиноватостью, а также, что обычно имеет место в минералогической практике, малым количеством исследуемого вещества.
Атомный вес особенно влияет на плотность, если плотности атомов и ионов, входящих в сравниваемые минералы, резко отличаются. Так, минералы бария и свинца имеют значительно большую плотность соответствующих минералов кальция, минералы ртути — большую, чем у минералов цинка и т. д. Разница в плотностях непропорциональна молекулярным весам, а в некоторых случаях даже приобретает обратный знак. Так, атомный вес натрия — 23, а калия — 39, но замена натрия на калий вызывает понижение плотности, например:

Это обстоятельство связано с увеличением ионного радиуса при увеличении атомного номера, что в значительной степени компенсирует повышение атомного веса (табл. 31).

Из данных табл. 31 видно, что изменение объема ячейки пропорционально кубу отношения атомных радиусов и, следовательно, изменение плотности обратно пропорционально этой величине.
Валентность атомов и ионов, которые входят в минерал, имеет важное значение для плотности: увеличение валентности аниона и уменьшение валентности катиона приводят к повышению отношения числа катионов к числу анионов в минерале и, следовательно, к повышению процента заполненных катионами пустот.
Для учета суммарного влияния структурных факторов на плотность можно пользоваться коэффициентом плотности упаковки. Такой коэффициент определяется как отношение объема, приходящегося на один ион кислорода в минерале плотнейшей упаковки (за который можно принимать корунд с объемом 14 куб. А), к объему в данном минерале. Для определения плотности упаковки можно пользоваться предложенной В.С. Соболевым формулой:

где d — плотность минерала;
dк — плотность корунда (принимаем 4);
M — молекулярный вес минерала;
Mк — молекулярный вес корунда (102);
n — число ионов кислорода в условной молекуле минерала;
nK — число ионов кислорода в условной молекуле корунда (для корунда nK = 3).
Химический состав минералов очень резко сказывается на изменении плотности в изоморфных смесях, образующихся при замене одних атомов кристаллической структуры другими. В таких случаях плотность минерала линейно возрастает, и промежуточные члены изоморфного ряда приобретают аддитивные свойства. Аддитивность плотности изоморфных минералов имеет большое практическое значение для определения их химического состава.
Плотность минералов имеет, кроме диагностического большое практическое значение при обогащении полезных ископаемых (различие в плотности используется для разделения минералов).
Для определения плотности существуют многочисленные приспособления и методы, причем наибольшим распространением пользуются пикнометрический метод и метод тяжелых мидкостей. При пикнометрическом методе минерал в виде мелких обломков взвешивается в воздухе в пикнометре, затем взвешиваются сам пикнометр и минерал в пикнометре с водой. Плотность минерала при этом способе вычисляется по формуле:

где M — вес минерала;
P — вес пикнометра с водой;
P1 — вес пикнометра с водой и минералом.
Определение плотности с помощью тяжелых жидкостей имеет большое значение в минералогической практике. Наиболее часто употребляются следующие тяжелые жидкости:

Принцип работы с тяжелыми жидкостями заключается в том, что ту или иную жидкость разбавлением доводят до плотности, равной плотности минерала. При равенстве плотностей жидкости и минерала последний будет находиться в ней в безразличном состоянии. После этого при помощи весов Вестфаля определяется плотность жидкости, тождественная плотности минерала.
Кроме того, плотность минералов при помощи тяжелых жидкостей определяют, пользуясь индикаторными минералами, плотность которых известна. Одинаковое положение, занимаемое в жидкости исследуемым минералом и минералом-индикатором (безразличное состояние), показывает, что исследуемый минерал имеет такую же плотность, как и минерал-индикатор. При определении плотности минералов необходимо иметь в виду наличие в них твердых и газово-жидких включений, которые в ряде случаев существенным образом могут сказываться на плотности, увеличивая или уменьшая её.
В последнее время существенное значение приобрел рентгеновский метод определения плотности минералов (D), связывающий ее с объемом элементарной ячейки в A3(V0), числом формульных единиц (Z) и «формульным» весом (M), равным сумме атомных весов элементов в формуле минерала,

Подсчитанное таким образом значение плотности образца (она называется рентгенометрической) должно совпадать со значением, установленным методом непосредственного определения. Сопоставление этих результатов может быть использовано при оценке степени соответствия химического состава минерала, установленного анализом, его идеальному составу и кристаллической структуре. Наиболее отчетливо это можно проследить на примере минералов с дефектной структурой, например на образцах пирротина, в котором по мере возрастания дефицита атомов железа плотность закономерно уменьшается по сравнению с рентгенометрической, рассчитанной для идеальной формулы FeS.

title-icon Подобные новости