Что такое минерал? Классификация минералов по происхождению. Классификация минеральных веществ

Большинство выдвинутых в разное время классификаций основано на особенностях химического или газового состава вод, причем за основу выделения классов обычно принимали либо преобладающие ионы, либо микроэлементы, либо газы и т.д. Основной недостаток этих классификаций - отсутствие принципа комплексности в оценке минеральных вод.

В.В.Иванов и Г.А.Невраев в целях более комплексной оценки различных минеральных лечебных вод разработали классификацию, основанную на основных критериях их оценки и данных о закономерностях формирования минеральных вод. Исходя из реально существующих в природе типов вод, они предложили такую классификационную таблицу, в которой каждой воде отведено строго определенное место. Такая классификационная таблица имеет важное практическое значение: пользуясь методом аналогии и сопоставления, можно судить о лечебных качествах вновь полученной воды (из-за больших размеров таблица здесь не приводится).

Согласно классификации Иванова и Невраева, все природные (подземные) воды разделяются по составу, свойствам и лечебному значению на шесть основных бальнеологических групп.

Группа А. Воды без «специфических» компонентов и свойств. Их лечебное значение определяется только ионным составом и величиной минерализации при наличии в их газовой составляющей в основном азота и метана, которые содержаться в водах в растворенном состоянии при атмосферном давлении лишь в незначительных количествах.

Группа Б. Воды углекислые. Их лечебное значение определяется, прежде всего, наличием больших количеств растворенного углекислого газа, который в общем газовом составе этих вод занимает доминирующее положение (80-100%), а также ионным составом и величиной минерализации.

Группа В. Воды сероводородные (сульфидные). Эти воды выделены по наличию в их составе свободного сероводорода и гидросульфидного иона, которые и определяют лечебное действие минеральных вод, используемых преимущественно для ванн. Содержание общего сероводорода этих вод не должно быть ниже 10 мг/л.

Группа Г. Воды железистые (Fe + Fe), мышьяковистые (As) и с высоким содержанием Mn, Cu, Al и др. Их лечебное действие определяется, помимо ионного и газового состава и минерализации, присутствием одного или нескольких из перечисленных фармакологически активных компонентов. Для содержания в этих водах Mn, Cu, Al нормы не установлены. В повышенных концентрациях эти элементы содержатся обычно только в высоко железистых сульфатных водах зоны окисления рудных месторождений, а также в сильно сульфатных и хлоридносульфатных (фумарольных) термах вулканических областей.

Группа Д. Воды бромистые (Br), йодистые (I) и высоким содержанием органических веществ. Для отнесения вод к бромистым и йодистым (или йодо-бромистым) принято содержание брома 25 мг/л и йода 5 мг/л при минерализации не более 12-13 г/л. При более высокой минерализации нормы соответственно увеличиваются.

Достаточно обоснованных норм для оценки высокого содержания органического вещества в лечебных минеральных водах пока не разработано. Известны два типа минеральных вод с высоким содержанием органического вещества - Нафтуся (Западная Украина) и Брамштедтские (ФРГ).

Группа Е. Воды радоновые (радиоактивные). К этой группе относятся все минеральные воды, содержащие более 50 эман/л (14 ед. Махе) радона.

Группа Ж. Кремнистые термы. В эту группу вод включены широко распространенные в природе кремнистые термальные воды. В качестве условной нормы содержание в них принято 50 мг/л, при температуре более 35єC.

Далее, группы вод по газовому составу делятся на три подгруппы: а) азотные, в которых газ имеет в основном атмосферное происхождение; б) метановые (включая азотно-метановые и углекисло-метановые), в которых газ в основном биохимического происхождения; в) углекислые, в которых газ, как правило, эндогенного происхождения. К последней группе отнесены и вулканические газы, где почти всегда резко преобладает углекислый газ.

В минеральных водах группы А могут присутствовать азотные и метановые газы; в группах В и Ж - азотные, метановые и углекислые; в группах Г и Е - азотные и углекислые; в группе Д - азотные и метановые; все воды группы Б только углекислые.

Одновременно все минеральные воды разделены по составу и минерализации на 9 классов (приложение 1 ). При этом учитывались все ионы, содержащиеся в количествах не менее 20% экв. Как видно из приложения 1 , первый класс объединяет в себе все воды с общей минерализацией до 2 г/л, независимо от их состава, так как при такой невысокой минерализации лечебное действие минеральной воды определяется не ионным составом, а наличием каких-либо фармакологически активных микрокомпонентов или специфических свойств. Во всех остальных классах число подклассов колеблется от 3 до 7.

В приложении 1 выделено несколько градаций минерализации: до 2, 2-5, 5-15, 15-35, 35-150 и выше 150 г/л. Такое подразделение, удобное в бальнеологическом и генетическом отношении показывает обычную наиболее часто встречающуюся в природе минерализацию типов минеральных вод.

По температуре минеральные воды разделены на три группы:

всегда холодные, формирующиеся, как правило, на небольших глубинах;

холодные, теплые или горячие в зависимости от глубины циркуляции;

всегда горячие, генезис и особенности состава которых тесно связаны с их территориальностью. К последним относятся все термы, входящие в группы В и Г. (приложение 2)

По величине pH воды разделены на 6 групп. Величина pH имеет особо важное значение для лечебной оценки сероводородных (сульфидных) вод, поскольку ею определяется соотношение в водах свободного и, а также кремнекислых терм, количество и форма нахождения в которых зависит от щелочности или кислотности вод.

Такое деление минеральных вод по величине pH - по кислотно-основным свойствам - уточнено и более хорошо обосновано в физико-химическом отношении А.Н.Павловым и В.Н.Шемякиным.

Эти классификации лечебных, промышленных и теплоэнергетических вод имеют частный характер и специальное назначение. Известны многочисленные попытки составить общие, естественноисторические, генетические и другие классификации природных вод по составу и минерализации.

Классификация минеральных вод Иванова и Невраева по минерализации предназначены для лечебных вод и не пригодны для промышленных и теплоэнергетических. В приложении 3 предлагается общая классификация вод по минерализации.

Бальнеотерапия (лат. balneum — ванна) — лечебное применение минеральных вод. Основу бальнеотерапии составляет наружное применение природных и искусственно приготовленных минеральных вод. Вместе с тем бальнеотерапия традиционно включает и внутреннее применение минеральных вод (питье, ингаляции, промывания кишечника и проч.).

Характеристика и классификация минеральных вод

Минеральные воды — природные воды, оказывающие на организм человека лечебное действие, обусловленное основным ионно-солевым и газовым составом, повышенным содержанием биологически активных компонентов и специфическими свойствами (радиоактивность, температура, реакция среды по ГОСТ 13273-88).

Минеральные воды образуются в результате тесно взаимосвязанных геохимических процессов выщелачивания, растворения солей и ионного обмена в системе вода-порода. По происхождению и условиям формирования выделяют минеральные воды:

• седиментогенные (ювенильные, глубинные), в формировании которых участвуют процессы фильтрации просачивающихся в Землю поверхностных вод осадочными породами;
• инфильтративные (вадозные, поверхностные), которые формируются в результате осадконакопления и захоронения морских вод в глубоких недрах.

На поверхность Земли минеральные воды выходят в виде естественных минеральных источников или выводятся из недр при помощи буровых (каптажных) скважин глубиной 2-3 км и более.

В состав всех минеральных вод входят четыре взаимосвязанных компонента — неорганические минеральные вещества, газы, органические вещества и микрофлора. Они растворены в воде, молекулы которой, по современным представлениям, соединены между собой слабыми водородными связями (с энергией 20 кДж/моль) и образуют различные полиассоциаты. Такие супермолекулы состоят из 57 молекул воды, имеющих тетраэдрическую координацию (рис. 1.1), и составляют 15 % всего объема воды. По 16 таких супермолекул сцеплены в особые «структурные элементы» воды — микрокластеры, состоящие из 912 молекул воды. Доля таких пространственно структурированных элементов в общем объеме воды составляет 80 %, а их линейные размеры достигают 10 -8 м. Целостность такой структуры обусловлена межкластерными атомоподобными взаимодействиями. Гексагональные кластеры молекул волы почти не взаимодействуют друг с другом, а легко скользят гранями друг относительно друга, что обусловливает ее высокую текучесть. Они практически не разрушаются даже при кипении воды. При наличии химических веществ (ионов, газов и др.) структурные элементы воды образуют самоорганизующиеся диссоциативные суперструктуры, строение и физико-химические свойства которых обусловлены химической природой примесей. Исходя из этого, говорят об уникальной «информационной» структуре минеральной воды, в которой «записана» информация о растворенных в ней веществах. Об этом интуитивно догадывались уже древние мыслители: Аристотель утверждал, что «воды таковы, как земли, которые они проходят».

Рис. 1.1. Структура полиассоциатовминеральной воды

В состав минеральных вод входят практически все содержащиеся в недрах Земли химические элементы , которые существуют там в форме гидратированных ионов либо ассоциированных соединений, причем пределы их концентраций различаются на 5-6 порядков. Наиболее распространены катионы Na + , Mg 2+ , Са 2+ и анионы CI - , SO 2 4 - , HCO 3 - . С увеличением суммарного содержания ионов в воде возрастает число соединений хелатноготипа, образуемых ими с комплексонами, которые попадают в грунтовые воды в результате разложения веществ органической природы. Для ионов Na + и СI - содержание таких комплексонов увеличивается до 50%, а для ионов Mg 2+ Са 2+ и SO 2 4 - — до 95 %.

Основными параметрами минеральных вод являются ее ионный и газовый составы.

Ионы многих микроэлементов Мn, Сu, Zn, Mo, Fe, As, Co, В, F, Br, J, содержащиеся в минеральных водах в ничтожных количествах, являются кофакторами большинства энзимов и способны активно вмешиваться в различные виды обмена в организме. При использовании минеральных вод для наружного применения особенности их микрокомпонентного состава не имеют существенного значения и не учитываются, но они играют кардинальную роль при питьевом использовании минеральных вод. Кроме того, минеральные воды содержат значительное количество кремнезема в виде кремниевой кислоты H 2 SiO 3 (в виде коллоидной недиссоциированной фракции) или гидросиликат-иона HSIO 3 - .

Газы , содержащиеся в минеральных водах в растворенном состоянии, состав которых является важнейшим показателем происхождения минеральных вод и влияет на их ионный состав. По справедливому замечанию академика В.И. Вернадского, минеральная вода «насыщена газами той земной оболочки, в которой она находится и где она формировалась». Основными компонентами газового состава минеральных вод являются азот N 2 , метан СН 4 , диоксид углерода СO 2 и сероводород H 2 S. Азот и метан в силу малой растворимости при больших концентрациях спонтанно выделяются из воды. В состав минеральных вод входит радиоактивный газ радон, выделяющийся из радия в водовмещающих горных породах. Из-за небольшого количества и хорошей растворимости радон содержится в водах только в растворенном состоянии.

Среди органических веществ, содержащихся в минеральных водах, преобладают летучие жирные кислоты (уксусная, муравьиная, масляная, пропионовая и др.), эфиры, спирты, амины, углеводы и гуминовые кислоты. Наибольшее количество органических соединений находится в подземных водах газовых и нефтяных месторождений, а также областях высокого торфообразования.

Микрофлора минеральных вод представлена преимущественно аммонифицирующими, метаноокисляющими, сульфатвосстанавливающими и водородпродуцирующими бактериями. Потребляя вещества горных пород, они образуют 66льшую часть содержащихся в воде сложных ионов и газов. Число микроорганизмов в минеральных водах может достигать 10 6 в 1 мл.

Происхождение минеральных вод определяет не только их состав, но и уникальные физико-химические свойства — химические, термофизические, радиационные и механические.

По химическому составу, физическим свойствам и лечебному значению природные минеральные воды разделяют на 9 основных бальнеотерапевтических групп:

• I — воды без «специфических» компонентов и свойств (действие которых определяется ионным составом и минерализацией);
• II — воды углекислые;
• III — воды сероводородные;
• IV — воды железистые и «полиметальные» (с повышенным содержанием марганца, меди, свинца, цинка, алюминия и т.д.);
• V -воды бромные, йодные и йодобромные;
• VI — воды кремнистые гипертермальные (термы);
• VII — воды мышьяковистые;
• VIII- воды радоновые (радиоактивные);
• IX — воды борсодержащие.

Внутри перечисленных групп выделяют различные гидрохимические типы минеральных вод.

Наряду с качественным составом минеральных вод не меньшее значение имеют интегральные количественные показатели, среди которых наиболее информативны:

• минерализация — количество всех растворенных в единице объема воды веществ (ионов и недиссоциированных молекул), исключая газы;
• газосодержание — количество всех газов, растворенных в минеральной воде;
• суммарное содержание органического углерода, которое применяют для оценки содержания органических веществ в минеральных водах.

Кроме того, минеральные воды разделяют по кислотности (щелочности), имеющей важное значение при внутреннем приеме воды. С кислотностью тесно связан окислительно-восстановительный потенциал Eh минеральных вод (мера их окислительной активности). Величина Eh изменяется в различных водах от -600 до 860 мВ и уменьшается с ростом рН.

Температура является основным параметром термофизических свойств минеральной воды. Она обусловливает растворимость и содержание в воде газов и модулирует лечебное действие растворенных в воде химических веществ. Температура минеральных вод колеблется от 0 °С и ниже до 200-300 °С и зависит от теплового режима их недр и глубины циркуляции.

Радиационное действие минеральных вод определяется преимущественно излучением содержащегося в них радона. Количественно оно характеризуется радиоактивностью радона, измеряемой в Бк/дм 3 .

Механические свойства минеральных вод близки к таковым для пресной воды.

Необходимо отметить, что не все содержащиеся в земных недрах многочисленные минеральные воды могут быть использованы в лечебных целях. К лечебным минеральным водам могут быть отнесены только те, состав и свойства которых соответствуют принятым нормам для отнесения воды к лечебной минеральной. Эти нормы разработаны на основе многолетнего опыта клинического использования минеральных вод.

Наименование и подразделение минеральных вод определяется параметрами физико-химических свойств. Основные критерии оценки лечебных минеральных вод и их классификационное наименование представлены в табл. 1.1.

Искусственные минеральные воды не могут быть достаточно полноценным аналогом природных минеральных вод, особенно по газовому составу, содержанию микроэлементов и свойствам коллоидов. Поэтому искусственные минеральные воды используют только для наружного применения, а для внутреннего (питьевого лечения) они не рекомендуются.

По лечебному использованию природные воды подразделяют на минеральные воды наружного () и внутреннего применения ().

Минеральные добавки по степени эффективности в экономии цемента (Эд): неэффективные с Эд<10%, низкоэффективные с Эд=10 - 40%, среднеэффективные с Эд= 41-70% и высокоэф-фективные с Эд>70%.

Комитетом 73- ВС РИЛЕМ предложена классификация минеральных добавок техногенного происхождения (табл. 1) по их пуццолановой и гидравлической активности. Минеральные добавки различной эффективности в представленной классификации имеют близкий вещест-венный состав (оксид кремния, алюминия, железа, кальция и т.д.). Различия заключаются в со-отношении компонентов, их минералогическом составе и степени дисперсности, обусловли-вающих преобладающий механизм их действия в цементных системах. Положение каждого ви-да техногенных материалов, представленных в рассматриваемых классификациях определяет совокупность физико-химических факторов.

Табл.1. Классификация и характеристики минеральных добавок

техногенного происхождения

Приложение 9

Марк микрокремнезёма

Техническими условиями на микрокремнезем конденсированный (ТУ 5743-048-02495332-96) в зависимости от содержания в нем диоксида кремния (SiO2) устанавливаются следующие мар-ки: неуплотненный - МК-85, МК-65, уплотненный - МКУ-85, МКУ-65, в виде суспензии - МКС-85. Цифровой индекс в маркировке указывает на минимально допустимые количества SiO 2 . По физико-химическим показателям микрокремнезем должен удовлетворять требованиям и нормам, приведенным в табл1.

Нормируемые показатели для микрокремнезема

Примечания: 1.В пунктах 4,5,6,7,8 нормы для суспензии (пасты) приведены в пересчете на сухое вещество. 2. Индекс активности К микрокремнезема определяют по формуле: К=К"cж/К"сж*100, где К"сж прочность на сжатие растворных образцов с использованием 90% цемента и 10% микрокремнезема (по массе вяжущего), МПа; К"сж - прочность на сжатие раст-ворных образцов с использованием 100% цемента, МПа.

Литература

1. ГОСТ 24211-91 и Межгосударственный ГОСТ 24211-2993 стран СНГ. Общие технические требования.

2. Пособие по применению химических добавок при производстве сборных железобетонных конструкций и изделий (к СНиП 3.09.01 – 85). М, Стройиздат, 1989.

3. ГОСТ25818-91 Золы- уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия.

4. Указания по повышению морозостойкости бетона транспортных сооружений ВСН 159-93.

Москва 1993.

5.Б.А. Усов, И.Б. Аликина, Т.А.Чарикова. Физико- химические процессы строительного мате-риаловедения в технологии бетона и железобетона. М, Изд-во МГОУ, 2009.

6. Б.А. Усов. Химизация бетона. М, Изд-во МГОУ, 2007.

7. Б.А. Усов, Е.Н. Ипполитов.Долговечность бетона. М, Изд-во МГОУ, 2007.

8. Б.А. Крылов, С.А. Амбарцумян, А.И. Звездов. Руководство по прогреву бетона в монолитных конструкциях. М, 2005, РААСН, НИИЖБ.

Несмотря на то что многие люди приблизительно представляют себе, что это такое, некоторые не могут дать определение понятию «минерал». Классификация минералов включает в себя большое количество самых разнообразных элементов, каждый из которых нашел применение в той или иной сфере деятельности благодаря своим преимуществам и особенностям. Поэтому важно знать о том, какими свойствами они обладают и как могут быть использованы.

Минералы представляют собой продукты искусственных или естественных химических реакций, которые происходят как внутри земной коры, так и на ее поверхности, и при этом являются однородными химически и физически.

Классификация

На сегодняшний день известно более 4000 различных пород, которые входят в категорию «минерал». Классификация минералов же осуществляется по следующим признакам:

• генетические (в зависимости от происхождения);
• практические (сырье, руда, драгоценные камни, горючее и т. п.);
• химические.

Химическая

На данный момент наиболее распространенной является классификация минералов по химическому составу, которая применяется современными минералогами и геологами. Она базируется на характере соединений, между различными структурами элементами, типах упаковки и еще множестве других особенностей, которые может иметь минерал. Классификация минералов такого рода предусматривает разделение их на пять типов, каждый из которых характеризуется преобладанием определенного характера связи между определенными структурными единицами.

• самородные элементы;
• сульфиды;
• окислы и гидроокислы;
• соли кислородных кислот;
• галогениды.

Далее по характеру анионов они разделяются на несколько классов (в каждом типе свое деление), внутри которых уже разбиваются на подклассы, из которых можно выделить: каркасный, цепочечный, островной, координационный и слоистый минерал. Классификация минералов, которые близки между собой по составу и имеют сходную структуру, предусматривает их объединение в различные группы.

Характеристика типов минералов

• Самородные элементы. Сюда входят самородные металлоиды и металлы, такие как железо, платина или золото, а также неметаллы наподобие алмаза, серы и графита.
• Сульфиты, а также различные их аналоги. Химическая классификация минералов включает в эту группу соли такие как пирит, галенит и другие.
• Окислы, гидроокислы и другие их аналоги, представляющие собой соединение металла с кислородом. Магнетит, хромит, гематит, гетит - это основные представители данной категории, которые выделяет химическая классификация минералов.
• Соли кислородных кислот.
• Галогениды.

Также стоит отметить, что в группе "соли кислородных кислот" существует еще и классификация минералов по классам:

• карбонаты;
• сульфаты;
• вольфраматы и молибдаты;
• фосфаты;
• силикаты.

Также бывают разделяющиеся на три группы:

• магматические;
• осадочные;
• метаморфические.

По происхождению

Классификация минералов по происхождению включает в себя три основные группы:

• Эндогенные. Такие процессы минералообразования в преимущественном большинстве случаев предусматривают внедрение в кору земли и последующее застывание подземных раскаленных сплавов, которые принято называть магмами. При этом само образование минералов осуществляется в три шага: магматический, пегматитовый и постмагматический.
• Экзогенные. В данном случае образование минералов осуществляется совершенно в других условиях по сравнению с эндогенным. Экзогенное минералообразование предусматривает химическое и физическое разложение веществ и одновременное формирование новообразований, имеющих устойчивость к другой среде. Кристаллы образуются в результате выветривания эндогенных минералов.
• Метаморфические. Вне зависимости от путей образования горных пород, их прочности или устойчивости, они всегда будут изменяться под воздействием определенных условий. Породы, которые формируются по причине изменения свойств или состава первоначальных образцов, принято называть метаморфическими.

По Ферсману и Бауэру

Классификация минералов по Ферсману и Бауэру включает в себя несколько пород, предназначенных в основном для изготовления различных изделий. В нее входят:

• самоцветы;
• цветные камни;
• органогенные камни.

Физические свойства

Классификация минералов и горных пород по происхождению и составу включает в себя множество наименований, и при этом каждый элемент имеет уникальные физические свойства. В зависимости от этих параметров определяется ценность той или иной породы, а также возможность его применения в различных сферах деятельности человека.

Твердость

Данная характеристика представляет собой сопротивление определенного твердого тела царапающему воздействию другого. Таким образом, если рассматриваемый минерал мягче того, которым царапают его поверхность, на нем будут оставаться следы.

Принципы классификации минералов по твердости основываются на использовании шкалы Мооса, которая представлена специально подобранными породами, каждая из которых способна царапать своим острым концом предыдущие наименования. Она включает в себя список из десяти наименований, который начинается с талька и гипса, а заканчивается, как многим известно, алмазом - наиболее твердым веществом.

Изначально породой принято проводить по стеклу. Если на нем будет оставаться царапина, то в таком случае классификация минералов по твердости уже предусматривает присваивание ему более 5-го класса. После этого твердость уже уточняется по Соответственно, если на стекле осталась царапина, то в таком случае далее берется образец из 6-го класса (полевой шпат), после чего пробуют чертить им по нужному минералу. Таким образом, если, к примеру, оставил на образце царапину, а апатит, который находится под номером 5, не оставил, ему присваивается класс 5.5.

Не стоит забывать о том, что в зависимости от значения кристаллографического направления у некоторых минералов может различаться твердость. К примеру, у дистена на плоскости спайности твердость вдоль длинной оси кристалла имеет значение 4, в то время как поперек на этой же плоскости оно увеличивается до 6. Очень твердые минералы можно встретить исключительно в группе с неметаллическим блеском.

Блеск

Формирование блеска у минералов осуществляется за счет отражения от их поверхности лучей света. В любом пособии о минералах классификация предусматривает деление на две крупные группы:

• с металлическим блеском;
• с неметаллическим блеском.

К первым относятся те породы, которые дают черную черту и являются непрозрачными даже в достаточно тонких осколках. Сюда относится магнетит, графит и уголь. В качестве исключения здесь рассматриваются также минералы с неметаллическим блеском, имеющие цветную черту. Это касается золота с зеленоватой чертой, меди со своеобразной красной, серебра с серебряно-белой, а также ряда других.

Металлический по своей природе схож с блеском свежего излома различных металлов, и его достаточно хорошо можно увидеть на свежей поверхности образца, даже если рассматриваются Классификация изделий с таким блеском также включает в себя непрозрачные образцы, которые являются более тяжелыми в сравнению с первой категорией.

Металлический блеск является характерным для минералов, которые представляют собой руду различных металлов.

Цвет

Стоит отметить, что цвет является постоянным признаком только для некоторых минералов. Таким образом, малахит всегда остается зеленым, золото не теряет своего золотисто-желтого цвета и т. д., в то время как для множества других он является непостоянным. Для определения цвета нужно предварительно получить свежий скол.

Отдельное внимание следует уделить тому, что классификация свойств минералов предусматривает также такое понятие, как цвет черты (молотого порошка), который зачастую не отличается от стандартного. Но при этом существуют и такие породы, у которых цвет порошка значительно отличается от их собственного. К примеру, в их число входит кальцит, который может быть желтым, белым, голубым, синим и еще во множестве других вариаций, но при этом порошок в любом случае будет оставаться белым.

Порошок, или черта минерала, получается на фарфоре, который не должен покрываться никакой глазурью и среди профессионалов называется просто «бисквит». По его поверхности проводится черта определяемым минералом, после чего она немного размазывается пальцем. Не следует забывать о том, что твердые, а также сильно твердые минералы не оставляют за собой никакого следа по причине того, что этот «бисквит» они попросту будут царапать, поэтому предварительно нужно соскоблить определенную часть с них на белую бумагу, и затем уже растереть до нужного состояния.

Спайность

Данное понятие подразумевает свойство минерала раскалываться или же расщепляться в некотором направлении, оставляя при этом блестящую гладкую поверхность. Стоит отметить тот факт, что Эразм Бартолин, который открыл данное свойство, отправил результаты проведенных исследований довольно авторитетной комиссии, включающей в себя таких известных ученых, как Бойль, Гук, Ньютон и еще множество других, но они признали обнаруженные явления случайными, а законы недействительными, хотя уже буквально через столетие оказалось, что все результаты были верны.

Таким образом, предусматривается пять основных градаций спайности:

• весьма совершенная - минерал можно легко расщепить на небольшие пластинки;
• совершенная - при любых ударах молотком образец будет раскалываться на обломки, которые ограничиваются плоскостями спайности;
• ясная или средняя - при попытке раскалывания минерала формируются обломками, которые ограничиваются не только плоскостями спайности, но и неровными поверхностями в случайных направлениях;
• несовершенная - обнаруживается с определенными сложностями;
• весьма несовершенная - спайность практически отсутствует.

Определенные минералы имеют сразу несколько направлений спайности, что зачастую становится для них основным диагностическим признаком.

Излом

Под этим понятием подразумевается поверхность раскола, которая прошла в минерале не по спайности. На сегодняшний день принято различать основные пять типов изломов:

• ровный - на поверхности отсутствуют какие-либо заметные изгибы, но при этом она не зеркально ровная, как в случае со спайностью;
• ступенчатый - характерен для кристаллов, имеющих более-менее ясную и совершенную спайность;
• неровный - проявляется, к примеру, у апатита, а также ряда других минералов, имеющих несовершенную спайность;
• занозистый - характерен для минералов волокнистого сложения и чем-то схож с изломом древесины поперек волокнистости;
• раковистый - по форме своей поверхности схож с раковиной;

Другие свойства

Достаточно большое количество минералов имеет такой диагностический или отличительный признак, как магнитность. Для ее определения принято использовать стандартный компас или специальный намагниченный нож. Проведение испытаний в данном случае осуществляется следующим образом: берется небольшой кусочек или же малое количество порошка испытуемого материала, после чего к нему притрагиваются намагниченным ножом или подковкой. Если после этой процедуры частички минерала начинают притягиваться, это говорит о наличии у него определенной магнитности. При использовании компаса его кладут на какую-нибудь ровную поверхность, после чего дожидаются выравнивания стрелки и подносят к ней минерал, не прикасаясь при этом к самому устройству. Если стрелка начинает смещаться, это говорит о том, что он магнитный.

Определенные минералы, в составе которых содержатся углекислые соли, под воздействием соляной кислоты начинают выделять углекислый газ, который проявляется в визе пузырьков, поэтому многие называют это «кипением». Среди таких минералов выделяются: малахит, кальцит, мел, мрамор и известняк.

Также некоторые вещества можно хорошо растворять в воде. Такую способность минералов несложно определить на вкус, и в частности, это касается а также и других.

Если требуется проведение исследований минералов на плавкость и горение, то нужно предварительно отколоть небольшой кусочек от образца, после чего с помощью пинцета внести его непосредственно в пламя от газовой горелки, спиртовки или же свечи.

Формы их нахождения в природе

В преимущественном большинстве случаев в природе различные минералы встречаются в виде сростков или одиночных кристаллов, а также могут показываться в виде скоплений. Последние состоят из большого количества зерен, имеющих внутреннее кристаллическое строение. Таким образом, выделяется три основных группы, имеющих характерный внешний вид:

• изометрические, одинаково развитые во всех трех направлениях;
• удлиненные, имеющие более вытянутые формы в одном из направлений;
• вытянутые в двух направлениях при сохранении третьего в коротком виде.

При этом стоит отметить, что некоторые минералы могут собой образовывать закономерно сросшиеся кристаллы, которые потом называют двойниками, тройниками и другими наименованиями. Такие образцы зачастую являют собой результат срастания или же взаимного прорастания кристаллов.

Виды

Не стоит путать закономерные сростки и незакономерные агрегаты кристаллов, к примеру, со «щетками» или же друзами, которые нарастают на стенах пещер и различных полостей в горных породах. Друзы представляют собой сростки, образующиеся из нескольких более или менее правильных кристаллов и при этом прирастающие одним концом к какой-нибудь породе. Для их формирования требуется открытая полость, которая предусматривает возможность свободного роста минералов.

Помимо всего прочего, многие кристаллические минералы отличаются достаточно сложными неправильными формами, что приводит к образованию дендритов, натечных форм и других. Формирование дендритов осуществляется по причине слишком быстрой кристаллизации минералов, расположенных в тонких трещинах и порах, причем породы в данном случае начинают напоминать довольно причудливые ветви растений.

Нередко бывают и такие ситуации, когда минералы практически полностью заполняют небольшое пустое пространство, что приводит к образованию секреции. У них используется концентрическое строение, а минеральное вещество заполняет его к центру от периферии. Достаточно крупные секреции, у которых внутри остается пустое пространство, принято называть жеодами, в то время как небольшие образования именуются миндалинами.

Конкреции - это стяжения некорректной округлой или шарообразной формы, формирование которых возникает по причине активного отложения минеральных веществ вокруг определенного центра. Довольно часто для них характерна радиально-лучистая внутренняя конструкция, а в отличие от секреций рост осуществляется, наоборот, к периферии от центра.

Введение

В организме человека и животных содержатся элементы всей таблицы Д.И. Менделеева.

Для обеспечения нормальной жизнедеятельности организма человеку необходимы биологически значимые элементы, которые делятся на макроэлементы и микроэлементы. В живых организмах содержание макроэлементов, по сравнению с микроэлементами, относительно велико и составляет более 0,001%. В основном макроэлементы поступают в организм человека с пищей, рекомендуемая дневная норма потребления при этом составляет более 200 мг.

В повседневной жизни обычно употребляют уже ставшее привычным слово «минерал» для обозначения микро- и макроэлементов. Причиной тому заимствованный из английского языка термин «Dietary mineral», который используется при описании биологически значимых элементов.

Минеральные вещества не обладают энергетической ценностью как жиры, белки и углеводы. Но без них жизнь человека невозможна. Эти вещества выполняют пластическую функцию в процессах жизнедеятельности организма, но особенно велика их роль в построении костных тканей. Минеральные вещества учавствуют в важных обменных процессах - водно-солевом, кислотно-щелочном.

Из них состоит плоть живых организмов. Ряд элементов относится к биогенным элементам или макронутриентам. Это азот, углерод, водород, кислород, сера, фосфор. Органические вещества человеческого организма, такие как жиры, белки, углеводы, гормоны, витамины, ферменты состоят именно из этих макронутриентов. К другим макроэлементам относятся: магний, кальций, калий, хлор, натрий.

Можно с уверенностью утверждать, что макроэлементы - это основа жизни и здоровья человека. Содержание в организме макроэлементов достаточно постоянно, однако могут возникать довольно серьезные отклонении от нормы, что приводит к развитию патологий различного характера. Эти элементы сконцентрированы преимущественно в мышечной, костной, соединительной тканях и в крови. Они являются строительным материалом несущих систем и обеспечивают свойства всего организма в целом. Макроэлементы отвечают за стабильность коллоидных систем организма, поддерживают осмотическое давление.

Классификация минеральных веществ

Как правило, изучение любых биологически активных веществ (включая минералы) начинается с их классификации.

Простейшая классификация минеральных элементов основана на количественном признаке. Суммарное количество каждого из элементов может быть очень разным, поэтому различают так называемые макроэлементы и микро- (или ультрамикро)-элементы. Микроэлементы (МЭ) - это группа химических элементов, которые содержатся в организме человека и животных в очень малых количествах, в пределах 10 -3 -10 -12 %. По определению Н.А. Агаджаняна и А.В. Скального (2001), «МЭ - это не случайные ингредиенты тканей и жидкостей живых организмов, а компоненты закономерно существующей очень древней и сложной физиологической системы, участвующей в регулировании жизненных функций организмов на всех стадиях развития». Деление минералов по количественному признаку достаточно условно, так как один и тот же элемент может выступать в организме и как макроэлемент, и как микроэлемент. Примером этого может служить кальций, который содержится в огромных количествах в костях, и в этом случае он - безусловно - макроэлемент. Но тот же кальций выполняет в клетках роль вторичного посредника гормонального сигнала, в этом случае его количество измеряется в микрограммах, и он, безусловно, - микроэлемент.

Хотя классификация по количественному признаку проста и удобна, она не помогает ответить на вопрос о биологической роли каждого конкретного элемента в организме. Еще меньше этот способ разделения минеральных элементов на группы по их количеству может быть полезен при определении сочетанного действия минералов в организме, будь то синергическое или антагонистическое действие. Поэтому исследователи разных биологических и медицинских специальностей предлагают свое видение этого вопроса.

Минералы резко отличаются друг от друга по своим физико-химическим свойствам и биологическому действию. Функции биоминералов в организме чрезвычайно разнообразны и зависят от множества факторов: концентрации в биологических субстратах, от свойств самого биосубстрата, от взаимодействия их между собой и с другими биологически активными веществами в организме. В этом случае они могут выступать как «неорганические витамина» - (в составе ферментов, с гормонами, с другими биологически активными соединениями).

Начало серьезного изучения роли макро- и микроэлементов для жизнедеятельности организма относится в концу 19 века. Уже тогда встал вопрос о классификации минеральных элементов применительно к особенностям питания человека (цит. по: Петровский К.С., Ванханен В.Д., 1981). В основу этого варианта классификации положено свойство минералов изменять кислотно-щелочное равновесие.

Изучение минерального состава пищевых продуктов показало, что одни из них характеризуются преобладанием состава минеральных элементов, обусловливающих в организме электроположительные (катионы), другие вызывают преимущественно электроотрицательные (анионы) сдвиги. В связи с этим пищевые продукты, богатые катионами, имеют щелочную ориентацию, а пищевые продукты, богатые анионами, -- кислотную ориентацию. Учитывая важность поддержания в организме кислотно-щелочного состояния и возможное влияние на него кислотных и щелочных веществ пищи, авторы этой классификации посчитали целесообразным разделить минеральные элементы пищевых продуктов на вещества щелочного и кислотного действия. Кроме того, как самостоятельная группа биомикроэлементов выделены минеральные элементы, встречающиеся в пищевых продуктах в небольших количествах, проявляющих в организме высокую биологическую активность.

Минеральные элементы щелочного характера (катионы): Кальций, Магний, Калий, Натрий.

Минеральные элементы кислотного характера (анионы): Фосфор, Сера, Хлор.

На современном уровне знаний приведенная выше классификация уже несколько устарела, т.к. метаболизм любого минерального элемента нельзя рассматривать только с точки зрения его щелочности или кислотности.

Наибольший интерес для физиологов, биохимиков и специалистов в области питания человека представляет классификация, основанная на биологической роли элементов. Согласно этой классификации из 81 элемента, обнаруженного в организме человека выделяют 15 жизненно необходимых или эссенциальных элементов: кальций, фосфор, калий, хлор, натрий, цинк, марганец, молибден, йод, селен, сера, магний, железо, медь и кобальт. При «абсолютном дефиците» (по Авцыну А.П. с соавт., 1991) эссенциальных веществ наступает смерть.

Кроме того, различают условно эссенциальные элементы: фтор, кремний, титан, ванадий, хром, никель, мышьяк, бром, стронций и кадмий.

Выделяют также достаточно большую группу элементов, которые достаточно часто накапливаются в организме, поступая с пищей, вдыхаемым воздухом или питьевой водой, но их биологически полезная функция пока не определена. Напротив, некоторые из этих элементов являются, несомненно, токсическими. К общеизвестным токсическим веществам относятся свинец, ртуть, кадмий, бериллий и некоторые другие. Подразделение элементов на эссенциальные и токсичные в значительной степени условно. Так, некоторые в основном токсичные элементы (мышьяк, свинец и даже кадмий) некоторыми авторами относятся к эссенциальным, по крайней мере, для лабораторных животных. С другой стороны такие сугубо эссенциальные МЭ как медь, марганец селен, молибден, йод, фтор, кобальт при определенных условиях могут вызвать симптомы интоксикации.

Классификация элементов по их биогенной активности также не лишена недостатков. Прежде всего, она не отражает изменений биологических свойств биоминералов в зависимости от их дозы, сочетанности с другими элементами, их синергизма или антагонизма. Кроме того, биологическая роль биоминералов может изменяться от целого ряда других факторов: условий жизни, возраста, вредных привычек и т.д.

В.И. Смоляр (1989) выделил пять критериев биогенности химического элемента или МЭ:

1) присутствие в тканях здорового организма;

2) небольшие различия в относительном содержании в различных организмах;

3) При исключении из рациона четко воспроизводятся морфологические изменения, обусловленные его недостаточностью;

4) специфические нарушения биохимических процессов при гиперэлементозе;

5) обнаруженные изменения устраняются путем введения недостающего элемента.

В нашей стране по предложению академика РАМН А.П. Авцына и его коллег (1983г.) для обозначения всех патологических процессов, вызванных дефицитом, избытком или дисбалансом макро- и микроэлементов, введено понятие микроэлементозов и предложена рабочая классификация микроэлементозов человека, в основу которой был положен принцип первоочередного выделения этиологического фактора химической природы. Отсюда каждый микроэлементоз следует именовать в соответствии с названием МЭ, дефицит или токсическое действие которого вызвало заболевание. Микроэлементозы могут быть явными, т.е. клинически выраженными, либо латентными или потенциальными.

Согласно его классификации (Авцын А.П. с соавт., 1991), все микроэлементозы можно разделить на природные эндогенные, природные экзогенные и техногенные. Если природные микроэлементозы не связаны с деятельностью человека, то техногенные связаны с производственной деятельностью человека. Это: 1)промышленные (профессиональные), связанные с производственной деятельностью человека. При этом болезни и синдромы, вызванные избытком определенных микроэлементов (МЭ) и их соединений непосредственно в зоне самого производства. 2)Так называемые «соседские» микроэлементозы, развивающиеся по соседству с производством. 3)Трансгрессивные микроэлементозы развиваются в значительном отдалении от производства за счет воздушного или водного переноса МЭ.

В независимости от многообразия и значения той или иной классификации, для простоты и удобства чаще используют простейшую - основанную на количественном признаке.