title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Термические свойства минералов

Термические свойства минералов

При нагревании минералов в зависимости от температуры в них могут наблюдаться различные явления: дегидратация, диссоциация, разложение, превращение и плавление.
Поведение минералов при нагревании имеет важное диагностическое значение. На плавкости минералов построены многие определители. Поведение минералов при нагревании имеет важное практическое значение, в частности, для минералов, используемых в керамической и огнеупорной промышленности.
Дегидратация (от лат. dehydratatio — обезвоживание) представляет собой процесс потери минералом молекул воды в результате нагревания или под влиянием водопоглощающих веществ. К минералам, испытывающим дегидратацию, относятся кристаллогидраты, минералы, содержащие в своем составе гидроксил, водород, а также тонкодисперсные (коллоидные) агрегаты. Кристаллогидраты содержат кристаллизационную, а тонкодисперсные агрегаты — адсорбционную воду.
Термическая диссоциация (от лат. dissociatio — разъединение) минералов выражается в разложении их при нагревании на более простые составные части (например, окислы). Обычно она совершается под влиянием выделения из минералов определенных летучих составных частей (H2O, (ОН), CO2, S и др.). Для минералов, содержащих воду, она связана сдегидратацией.
В минералогии важное значение принадлежит термической диссоциаций карбонатов, которая является результатом выделения из них при нагревании углекислоты. Реакция диссоциации карбонатов протекает с поглощением тепла (эндотермично) и может быть представлена такой схемой:

Температура диссоциации карбонатов колеблется в значительных пределах. Так, диссоциация смитсонита — Zn[CO3] происходит при 450° С, а арагонита — Ca[CO3] при 950° С.
Плавление представляет собой процесс, при котором за счет притока внешнего тепла происходит разрушение минерала и резкий переход его из твердого состояния в жидкое. Температура, при которой происходит этот процесс, называется температурой плавления. Для минералов постоянного состава температура плавления является постоянной и называется точкой плавления, а для минералов переменного состава плавление происходит в некотором интервале температур, называемом интервалом плавления.
Однако в процессе нагревания некоторые минералы разрушаются еще до того, как ими достигнута температура плавления: c ними происходит дегидратация, термическая диссоциация, либо распад на несколько твердых фаз. Многие минералы в процессе нагревания переходят в другие полиморфные модификации, а некоторые плавятся инконгруэнтно (от лат. incongruens — не совпадающий, не соответствующий): вместе с жидкой фазой выделяется также твердая фаза иного состава.
Температура плавления минералов колеблется в широких пределах: от 0° С (лед) до 3600° С (графит). Она зависит от типа химической связи, межатомных расстояний, валентности и координационного числа.
Минералы с молекулярным типом связи имеют очень низкие температуры плавления (например, сера — 115° С, реальгар — 320°).
Для минералов с ионно-ковалентной связью температура плавления увеличивается с уменьшением межатомных расстояний и степени ковалентности связи, а также с увеличением валентности и координационного числа.

В табл. 32 приведено разделение минералов по температуре плавления. В основу взято разделение минералов по плавкости с помощью паяльной трубки, но семибальная шкала заменена пятибалльной.
Термические свойства минералов изучаются при помощи термического анализа. Его используют для исследования процессов, происходящих при непрерывном нагревании или охлаждении минералов. Результаты фиксируются так называемыми термоэлементами (термопарами).
На термических кривых, полученных при нагревании (кривые нагревания) и охлаждении (кривые охлаждения), наблюдаются аномальные участки в виде изломов, горбов и т. п., обусловленные определенными превращениями (плавление, разложение, кипение и т. д.) в минерале. Они называются термическими эффектами. Превращения могут протекать с поглощением (эндотермические эффекты) и с выделением (экзотермические эффекты) тепла. Первые на кривых выражены пониженными, а вторые — повышенными (рис. 61) участками, часто называемыми пиками.
Кривые нагревания и охлаждения могут быть использованы для диагностики минералов путем сравнения их с эталонными кривыми и для решения вопросов, связанных с конституцией минералов, в частности, для определения характера воды, содержащейся в минерале, для суждения о температуре и характере диссоциации, температуре плавления, для определения других термофизических свойств минерала и т. д.
Термические свойства минералов

В последнее время термический анализ применяется для качественного и количественного анализа.
Очень важное значение термический анализ имеет при изучении дегидратации и декарбонатизации минералов, а также при изучении потери других составных частей минералов, которые могут улетучиваться при нагревании.
Кривые дегидратации находятся в полной зависимости от роли воды, гидроксила и гидрооксония в структуре минерала.
Одновременно с изучением дегидратации минерала в ходе, термического анализа проводится его оптическое изучение, получившее название термооптического исследования, а также выясняются изменения других свойств и прежде всего плотности.
Как при получении кривых нагревания, так и при дегидратации важно не только установить наличие того или иного эффекта, но и установить превращения, которые при этом совершаются в минерале. Поэтому при полном термическом исследовании минералов наряду с термическим и оптическим изучением их проводятся рентгенометрическое и химическое исследования, помогающие установить все превращения, происходящие в минерале, и причины тех или иных термических эффектов.
Термический анализ также имеет важное значение для диагностики метамиктных минералов, на кривых нагревания которых отмечается резко выраженный экзотермический эффект в интревале 500—900° С.

title-icon Подобные новости