Właściwości Fizyczne Minerałów II: Analiza Polimineralna

Właściwości fizyczne minerałów obejmują różne mierzalne i dostrzegalne atrybuty, które są unikalne i specyficzne dla minerałów.

Skały są agregatami ziaren mineralnych. Większość skał jest polimineralna, co oznacza, że składają się z wielu rodzajów ziaren mineralnych. Niektóre skały są monomineralne i skutecznie składają się z jednego minerału. Analiza formy krystalicznej i rozszczepienia kryształów jest zwykle stosowana do klasyfikacji związków monomineralnych. Jednak geolodzy często klasyfikują skały polimineralne według innych właściwości fizycznych, takich jak kolor, twardość, magnetyzm i reakcja z kwasem. W tym filmie przedstawimy właściwości fizyczne minerałów i zademonstrujemy klasyfikację minerałów za pomocą prostych standardowych testów.

Pojedyncza próbka minerału wykazuje szereg unikalnych właściwości fizycznych, które są wykorzystywane do identyfikacji i klasyfikacji. Po pierwsze, minerały wykazują szeroką gamę kolorów, często wynikającą ze śladowych metali przejściowych. Kolor mineralny odnosi się po prostu do pozornego koloru minerału wynikającego z długości fal światła, które są preferencyjnie odbijane od powierzchni minerału.

Smuga odnosi się do koloru sproszkowanej próbki minerału. Smugę obserwuje się, przeciągając próbkę mineralną po szorstkiej porcelanowej płytce w celu utworzenia linii sproszkowanego materiału. Pozorny kolor minerału może się różnić ze względu na zanieczyszczenia, które pochłaniają lub odbijają światło. Jednak kolor smugi jest bardziej powtarzalny, ponieważ drobne ziarna są zorientowane losowo i mniej wpływają na strukturę krystaliczną i zanieczyszczenia.

Następnie można zbadać połysk mineralny. Połysk jest subiektywną miarą tego, jak minerał odbija światło. Dzieli się na dwie ogólne kategorie; materiały metaliczne, które są błyszczące i odbijają światło, oraz minerały niemetaliczne, które wydają się matowe.

Twardość, czyli odporność minerału na dezagregację, to kolejna właściwość używana do klasyfikacji. Twardość jest mierzona zgodnie ze skalą twardości Mohsa, która jest zestawem dziesięciu minerałów referencyjnych uszeregowanych na podstawie ich twardości. Minerały są klasyfikowane na tej skali według ich zdolności do zarysowania innego materiału lub bycia zarysowanym przez inny materiał. Zdolność minerałów do zarysowania materiału referencyjnego oznacza, że jest on twardszy niż odniesienie i na odwrót.

Niektóre minerały wykazują magnetyzm, dzięki czemu mogą wpływać na magnes lub kompas. Ogólnie rzecz biorąc, ta właściwość dotyczy wyłącznie minerału magnetytu, jednak niektóre inne minerały mogą wykazywać słaby magnetyzm po podgrzaniu. Na koniec mierzy się reaktywność minerału z rozcieńczonym kwasem w celu zbadania obecności związków węglanowych. Istnieje wiele minerałów węglanowych: najczęstszym jest kalcyt.

Teraz, gdy znasz już zasady stojące za tymi właściwościami, przyjrzyjmy się, jak niektóre z nich są testowane w laboratorium.

Aby przeanalizować kolor minerałów, najpierw umieść wszystkie próbki minerałów na czystym blacie pokrytym białym papierem. Zbadaj każdy minerał i obserwuj jego pozorny kolor. Zwróć uwagę, czy w samej próbce występują różnice kolorystyczne. Obserwuj różne próbki tego samego minerału i zwróć uwagę, czy występują różnice w kolorze między próbkami. Różnice mogą wskazywać na zanieczyszczenia w minerale. Następnie obserwuj smugi mineralne, przeciągając próbkę minerału po porcelanowej płytce smugowej. Porównaj kolor smugi z kolorem mineralnym. W większości przypadków kolor smugi jest podobny do koloru mineralnego. Jednak niektóre minerały wykazują różnice między kolorem smug a ogólnym kolorem. Powtórz te kroki z innymi próbkami minerałów.

Aby przeanalizować twardość minerałów, najpierw spróbuj zarysować szklaną płytkę próbkami minerałów. Szkło znajduje się blisko środka skali twardości Mohsa. Minerały, które są w stanie zarysować szkło, są ogólnie klasyfikowane jako twarde materiały. Oddziel próbki według możliwości zarysowania szkła. Testuj materiały w grupach twardych i miękkich, zeskrobując minerały względem siebie. Te, które są w stanie zarysować minerał, są twardsze niż te, które są zarysowane. Uszereguj minerały według ich twardości.

Następnie ferromagnetyzm można zmierzyć, najpierw złuszczając kilka ziaren minerału, w tym przykładzie magnetytu, za pomocą gwoździa do muru. Za pomocą magnesu sztabkowego obserwuj zachowanie płatków mineralnych z magnesem. Jeśli magnes podniesie płatki, minerał wykazuje ferromagnetyzm. Następnie sprawdź, czy nie ma interakcji z igłą kompasu. Umieść próbkę minerału obok siebie, pozostawiając między nimi około sześciu cali odstępu. Powoli zmniejszaj przestrzeń między minerałem a kompasem. Jeśli próbka jest magnetyczna, igła kompasu będzie skierowana w stronę próbki, zwiększając się wraz ze zmniejszaniem się przestrzeni. Powtórz te kroki dla innych próbek minerałów.

Identyfikacja właściwości fizycznych skał i minerałów jest kluczowym pierwszym krokiem w identyfikacji minerałów. Chociaż te testy właściwości fizycznych są cennymi narzędziami do identyfikacji minerałów w terenie, obecnie dostępne są techniki laboratoryjne, które umożliwiają szczegółową charakterystykę materiałów. Na przykład szczegółową charakterystykę materiałów do zastosowań takich jak akumulatory litowo-jonowe można przeprowadzić za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej lub XRD. XRD wykorzystuje regularny wzór dyfrakcyjny wiązek promieniowania rentgenowskiego do określenia struktury krystalicznej materiałów i umożliwienia szczegółowej charakterystyki strukturalnej.

Diamentowe kowadełka to urządzenia, które są w stanie osiągnąć ekstremalnie wysokie ciśnienie, ze względu na ekstremalną twardość diamentów. W tym przykładzie diamentowe kowadełko zostało użyte do syntezy i analizy nowych faz materii pod ekstremalnie wysokim ciśnieniem. Próbkę załadowano do diamentowej komory kowadełka i zamontowano w chłodzonej wodą miedzianej komorze. Urządzenie zostało następnie zamontowane na stoliku w jednej linii z synchrotronowym źródłem promieniowania rentgenowskiego.

Syntezę materiału przy 15 GPa i 1700 kelwinach mierzono za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej.

Właśnie obejrzałeś drugi film JoVE na temat fizycznych właściwości minerałów. Powinieneś teraz zrozumieć podstawowe testy terenowe z wykorzystaniem koloru, smug, twardości, magnetyzmu i reaktywności z kwasem w celu zidentyfikowania i scharakteryzowania próbki mineralnej.

Dzięki za oglądanie!