Фізичні властивості мінералів

Галеніт, PbS (Сульфід свинцю) має високий показник питомої щільності

Фізи́чні власти́вості мінера́лів — характерні властивості мінералів, обумовлені їх складом і будовою. Вони визначаються так званою «конституцією мінералів», головним чином особливостями їх симетрії та анізотропії. Математичний аналіз фізики мінералів базується на тензорному численні і теорії груп.

Конституція мінералів — хімічний склад і внутрішня будова мінералів. Властивості мінералів залежать від особливостей хімічного складу й кристалічної структурі речовини, тобто від конституції мінералу, що обумовлена розмірами атомів та іонів з яких побудований мінерал, будовою їх електронних оболонок та властивостями, що їх визначає положення хімічних елементів у Періодичній системі хімічних елементів.

Конституція мінералу являє собою єдність його хімічного складу й кристалічної структури. Поняття «конституція» описує суть мінералу, вона є його внутрішньою властивістю, на відміну від решти властивостей та ознак, що є відгуком на зовнішні впливи, що проявляються й формуються у взаємодії із середовищем. Саме конституція мінералу визначає його видову приналежність .

Загальна характеристика

До загальних властивостей належать:

• щільнісні — об'ємна маса (густина), пористість;
• оптичні, а також забарвлення і люмінесценція мінералів;
• механічні — межа міцності на стиск та розтягнення, модуль поздовжньої пружності (модуль Юнга), коеф. відносних поперечних деформацій (коеф. Пуассона), а також пружність, пластичність, твер¬дість, міцність, крихкість, дробимість;
• магнітні та електричні — питомий електричний опір, відносна діелектрична проникність, магнітна сприйнятливість, електризація тощо;
• теплові — теплопровідність, температуропровідність, питома теплоємність, термічне розширення.

До факторів, які в основному визначають фізичні властивості мінералів, належить тип хімічного зв'язку елементів, які складають мінерал. Напр., гомодесмічні мінерали з металічним зв'язком характеризуються високою електро- і теплопровідністю, високою густиною і твердістю, високою відбивною здатністю тощо, а мінерали з молекулярним хімічним зв'язком, навпаки, є ізоляторами, мають низьку густину та твердість, низьку відбивну здатність.

Часто мінерали, завдяки саме фізичним властивостям, широко використовуються у різних галузях. Напр., гарне забарвлення і прозорість у поєднанні з високою твердістю надають мінералам значення коштовного каміння, а висока твердість відкриває можливість використання їх як абразивного матеріалу тощо.

Фізичні властивості — найголовніші діагностичні ознаки мінералів. Їх інструментальне вивчення дозволяє кількісно оцінювати властивості, глибше зрозуміти їхню фізичну та генетичну природу, завдяки чому відкривається можливість використовувати мінерали як типоморфні ознаки і критерії пошуку та оцінки родовищ корисних копалин. Найчастіше мінерал характеризують за такими фізичними властивостями: форма кристалів, колір, блиск, колір порошку (риска), злам, твердість, питома вага, магнітність, смак, мінливість (у мінералогії), зональність мінералів тощо.

Густина мінералів (г/см³)

Належить до найголовніших констант, і визначення її має важливе діагностичне значення. Густина мінералів коливається в широких межах: від значень, менших одиниці (лід, озокерит тощо), до 23.0 (мінерали групи осміїстого іридію).

При макроскопічному визначенні мінералів у польових умовах їх густина приблизно оцінюється зважуванням у руці, на підставі чого мінерали можна віднести до легких, середніх та важких. Існують ще мінерали дуже важкі і дуже легкі, які зустрічаються в явно підпорядкованих кількостях. Переважають мінерали з невисокою (від 2.0 до 4.0 густиною).

Густина залежить від хімічного складу і структури мінералу, причому в цьому відношенні особливо важливу роль відіграє атомна вага елементів, які входять до складу мінералів, а також їх валентність і розмір йонних радіусів.

Поліморфні різновиди речовини з різною кристалічною будовою мають різну густину. Так, графіт і алмаз складаються з вуглецю, але внаслідок різної кристалічної структури густина графіту 2,2, алмазу  3,5. Відповідно до коливань хімічного складу один і той же мінерал може мати різну густину. Так, густина сфалериту залежно від домішок коливається від 3,50 до 4,20, а густина вольфраміту — від 7,1 до 7,5. Коливання густини можуть також спричинюватися неоднорідністю досліджуваного матеріалу, недостатньою його чистотою, пористістю і тріщинуватістю, а також, що звичайно спостерігається у мінералогічній практиці, малою кількістю досліджуваної речовини.

Густина мінералів служить не тільки діагностичною ознакою, але має велике практичне значення при збагаченні корисних копалин, коли різниця в густині використовується для розділення мінералів.

Оптичні властивості мінералів

Суть оптичних властивостей мінералів полягає в тому, що промінь, падаючи на поверхню мінералу, частково відбивається, заломлюється, розсіюється або поглинається. Оптичні властивості виявляються через світлозаломлення, світловідбиття, світлорозсіювання і світлопоглинання. З ними пов'язані забарвлення мінералів і явище люмінесценції. На оптичних властивостях ґрунтується методика вивчення мінералів під мікроскопом.

Механічні властивості мінералів

Механічні властивості мінералів є зовнішнім виявом міцності хімічних зв'язків між структурними одиницями кристалічної ґратки мінералу. Вони виявляються в твердості, крихкості, ковкості, спайності, окремості, зламі, гнучкості і пружності.

Твердість мінералів

Твердість гірських порід і мінералів — властивість чинити опір зовнішньому механічному впливу іншого твердішого тіла, тобто деформуванню при місцевій силовій дії твердих тіл на їхню поверхню. Зумовлена головним чином міцністю кристалічної ґратки (тобто типом структури, природою і силою хімічного зв'язку, розміром і зарядом частинок, міжатомними відстанями і інш.) і її механічними параметрами (пружністю, пластичністю, крихкістю, наявністю і кількістю дислокацій).

Магнітні властивості мінералів

Взаємодія мінералів з магнітним полем, тобто їх магнітні властивості, визначаються магнітними властивос-тями їх атомів і магнітною структурою мінералів (розміщенням і взаємодією атомів). По суті всі мінерали є магнетиками — вони здатні намагнічува-тися в магнітному полі. Найбільш чітко ця властивість виявляється у мінералів, які містять атоми, що мають власний магнітний момент, зумовлений наявністю неспарених електронів.

Електричні властивості мінералів

Електричні властивості мінералів, тобто здатність проводити електричний струм, визначаються електричними властивостями атомів, які утворюють мінерал, і електричною структурою мінералу (електронною будовою атомів, їх розташуванням, взаємодією).

Таблиця густин та твердості мінералів

Назва мінералу	Густина, г/см³	Твердість за шкалою Мооса	Назва мінералу	Густина, г/см³	Твердість за шкалою Мооса
Акантит	7,3	2 - 2,5	Діоптаз	3,3	5
Абернатіїт	3,3	2,5 - 3	Доломіт	2,9 - 3,2	3,5 - 4
Авантюрин	2,6	7	Дюмортьєрит	3,26 - 3,36	7
Агат	2,56 - 2,64	6,5 - 7	Евдіаліт	2,74 - 3,07	5,5 - 6
Азбест	2,5	2 - 2,5	Електрум	12,5 - 15,6	2 - 3
Акрохордит	3,2	4,5	Енстатит	3,2 - 3,5	5,5
Алебастр	2,3 - 2,88	1,5 - 2	Ешиніт	4,9 - 5,3	5 - 6
Алмаз	3,5 - 3,6	10	Жадеїт	3,2 - 3,5	7
Алюмініт	1,66 - 1,82	1 - 2	Заратит	2,6	3 - 3,75
Аметист	2,63 - 2,65	7	Зуніїт	2,88	7
Анкерит	2,91 - 3,1	3,5	Івоніт	3,2	3,5 - 4
Апатит	3,18 - 3,21	5	Ільваїт	3,8 - 4,1	6 - 6,5
Артроїт	5,36	2,5	Індиголіт	3,0 - 3,26	7 - 7,5
Артиніт	2,0	2,5 - 3	Ітабірит	3,24 - 4,29
Ацетамід	1,17	1 - 1,5	Йогансеніт	3,44 - 3,55	6
Бабефіт	4,31	3,5	Казоліт	6,0 - 6,46	4 - 5,5
Бакерит	2,88	4,5	Каліборит	2,128	4 - 5,5
Барит	4,88	3 - 3,5	Кальцит	2,6 - 2,8	2,75 - 3,5
Беєрит	6,5 - 6,95	3	Карналіт	1,6	3
Берил	2,63 - 2,91	7 - 8	Каситерит	6,8 - 7,03	6,5 - 7,25
Біверит	4,36	3,5 - 4,5	Кварц	2,65	7 - 7,25
Бірюза	2,6 - 2,84	5 - 6,5	Керніт	1,904 - 1,918	2,5 - 3
Бобковіт	2,24		Кіаніт	3,6	4,5 - 6
Бромеліт	3,02	9	Кіновар	8,0 - 8,2	2 - 3
Бруньятеліт	2,14	2	Кліноптилоліт	2,1 - 2,2	3,5 - 4
Бурштин	1,05 - 1,10	2 - 2,5	Кобальтит	6,3	5,5
Бура	1,71	2 - 2,5	Колеманіт	2,4	4 - 5
Бистрит	2,43	5	Коркіт	4,2 - 4,3	3,5 - 4,5
Вавеліт	2,3	3,5 - 4	Коффініт	5,1	5 - 6
Вапно	3,3	3 - 5	Кремінь	2,6	6 - 7
Велініт	4,74	4	Кристобаліт	2,27	7,25
Воджиніт	7,5	5,5 - 6	Ксенотим	4,3	4 - 5
Вольфраміт	6,7 - 7,5	5,5 - 6,5	Куприт	6,14	3,5 - 4
Вулканіт	7,1	1 - 2	Корунд	4,0	9
Галаксит	4,04 - 4,2	7,5 - 8	Кюрит	7,2	4 - 5
Гармотом	2,4 - 2,5	4,5	Лабрадор	2,69	6,6 - 6,75
Гауліт	2,58	3,5	Лазурит	2,38 - 2,45	5,5
Гексагідрит	1,757	2	Ландсбергіт	13,48	3,75
Гематит	4,3 - 5,2	5,5 - 6	Лафоретит	4,39 - 4,92	3
Гетерозит	3,52	5,5 - 6	Леконтит	1,7	2 - 2,5
Гідробіотит	2,6 - 2,8	1 - 2	Летовіцит	1,83	1 - 2
Гільгардит	2,71	5	Лізардит	2,5 - 2,7	2,5 - 3
Гіпс	2,3	1,5 - 2	Ліннеїт	4,8 - 5,0	5,5
Гмелініт	2,1	4,5	Ловчорит	3,2 - 3,36	5
Гранат	3,51 - 4,25	6,5 - 7,5	Лопарит	4,6 - 4,9	5,5 - 6
Графіт	2,09 - 2,23	1	Людвігіт	3,7 - 4,75	5
Гюбнерит	7,1	4	Льюістоніт	3,12	5
Ґаніт	4,0 - 4,62	7,5 - 8	Магнезит	2,96	3,5 - 4,5
Даналіт	3,3 - 3,4	5,5 - 6	Маггеміт	4,7 - 4,9	5 - 5,5
Делафосит	5,41	5,5	Макосланіт	2,22	3,5
Дигеніт	5,5 - 5,7	2,5 - 3	Малахіт	3,9 - 4,15	3,5 - 4

Див. також

• Мінерали
• Фізичні властивості гірських порід

Література

• Павлишин В. І. «Вступ до мінералогії» (1988)
• Павлишин В. І. «Основи морфології та анатомії мінералів» (2000)
• Minerals: Their Constitution and Origin. By Hans-Rudolf Wenk and Andrei Bulakh. 2nd Edition. — Cambridge University Press, 2016.— 640 p.— ISBN 978-0-521-52958-7
• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2013. — Т. 3 : С — Я. — 644 с.