Giáo trình Địa chất cơ sở - Chương 2: Khoáng vật

CHƯƠNG 2: KHOÁNG VẬT

Trị số clark

•

O

Si

49.5%

25.75

7.15

4.70

3.39

2.64

1.94

2.43

Al

Fe

Ca

Na

Mg

K

2.2. Khoáng vật

- Khoaùng vaät laø saûn phaåm voâ cô ñoàng nhaát, xuaát hieän trong töï nhieân, coù thaønh phaàn hoùa hoïc, tính chaát

vaät lyù nhaát ñònh vaø kieán truùc tinh theå phaân bieät roõ raøng.

̀

́

- Hông ngọc (ruby) nhân tꢀo, kim cương công nghiêp v.v.. không được coi la khoang vꢁt.

̣

̀

2500 khoꢂng vꢃt (gꢁn 50 khoꢂng vꢃt phꢄ biꢅn tham gia vꢆo quꢂ trình tꢀo đꢂ)

-Hợp chất hóa học, một số ít khoáng vꢃt là các nguyên tố tự nhiên, như đồng tự sinh, vàng tự sinh

Khoaùng vaät laø nhöõng ñôn vò caáu taïo neân ñaù.

-Đaù granite caáu taïo bôûi khoaùng vaät feldspar, thaïch anh, mica vaø amphibole ôû caùc tyû leä khaùc nhau.

- Ñaù ñöôïc phaân bieät vôùi khoaùng vaät bôûi ñaù coù thaønh phaàn khoâng ñoàng nhaát, coøn khoaùng vaät coù thaønh

phaàn hoùa hoïc nhaát ñònh.

Biotite :KAl2(AlSi3O10)(OH)2

Plagioclase(CaAl2Si2O8

NaAlSi3O8)

Thạch anh (SiO₂)

Calcite (CaCO₃)

Trong töï nhieân khoaùng vaät toàn taïi chuû yeáu ôû theå raén, moät soá ít ôû theå loûng nhö Hg, hoaëc H2S vaø CO2 ôû

theå khí.

Thaønh phaàn khoaùng vaät ñöôïc xaùc ñònh bôûi coâng thöùc hoùa hoïc cuûa noù, nhö halite (NaCl), thaïch anh

(SiO2), vaø olivine (Mg, Fe)2[SiO4] (ion aâm ñöôïc ñaët trong daáu ngoaëc vuoâng ñeå phaân bieät vôùi ion döông).

Hình thái, cấu trúc

+ Daïng keát tinh chuû yeáu cuûa khoaùng vaät ôû theå raén, trong ñoù caùc ion hoaëc nguyeân töû, phaân töû caáu taïo

neân khoaùng vaät saép xeáp theo qui luaät tuaàn hoaøn trong khoâng gian  hình daïng tinh theå beân ngoaøi hoaøn

toaøn phuø hôïp vôùi kieán truùc beân trong cuûa khoaùng vaät.

+ Khoaùng vaät ôû traïng thaùi voâ ñònh hình hay voâ tinh: khi caùc ion nguyeân töû trong khoaùng vaät saép xeáp

khoâng theo moät traät töï naøo heát

Caùc tinh theå phaùt trieån caûn trôû nhau  maát ñi daïng tinh theå hay chæ phaùt trieån thaønh vaøi maët tinh theå

phaúng

+ Khoaùng vaät daïng keo: ôû traïng thaùi keo hoaëc töø chaát keo keát tinh laïi, haït keo coù kích thöôùc töø 1- 100mµ

hoøa tan trong nöôùc, do ngöng tuï caùc chaát keo, hoaëc do söï khoâ caïn, ngöng keát vaø taêng nhieät ñoä, caùc hoaït

ñoäng cuûa sinh vaät. . .

Dạng tinh thể

Tinh thê

̉

la vât

̣

thê

không gian tạo nên

Tinh theå KV ñöôïc caáu taïo bôûi caùc ña dieän nhaát ñònh, goàm:

̉

do cac phân tư như ion, nguyên tư, phân tư phân bố môṭ cach co qui luâṭ tuần hoan trong

̀

́

̉

́

̀

-

Maët tinh theå (maët giôùi haïn tinh theå),

Caïnh (giao tuyeán cuûa hai maët) vaø

Đænh tinh theå (giao ñieåm cuûa caùc caïnh).

Ñaëc ñieåm noåi baät cuûa tính theå laø tính ñoái xöùng = söï caân ñoái giöõa caùc maët, caùc caïnh vaø caùc ñænh

Kíeân truùc KV phuï thuoäc: thaønh phaàn hoùa hoïc, tính chaát caùc ion, nguyeân töû, phaân töû vaø moái lieân keát hoùa

hoïc cuûa chuùng. Nhieät ñoä vaø aùp suaát thay ñoåi  kíeân truùc coù theå thay ñoåi  tính chaát vaät lyù cuûa khoaùng

vaät cuõng thay ñoåi theo, maëc duø thaønh phaàn hoaù hoïc khoâng ñoåi.

Than chì (C) vaø kim cöông (C)

Tính chaát

Kim cöông

Than chì

Tinh heä

Maøu

Ñoä trong suoát

Ñoä cöùng

Tyû troïng

Laäp phöông

Khoâng maøu hoaëc coù maøu

Trong suoát

10

3,5 – 3,55

Luïc phöông

Ñen

Khoâng trong suoát

1

2.09 – 2.23

Tinh

heä

3 xieân

1 xieân

Thoi

3 phöông

4 phöông

6 phöông

Laäp

phöông

Thể

nguyên

thủy

Caùc tinh heä cô baûn cuûa tinh theå

Heä laäp phöông: tinh theå laø khoái laäp phöông coù 6 maët vuoâng.

Heä 6 phöông: tinh theå laø laêng truï thaúng, 2 ñaùy hình luïc giaùc, 4 maët beân hình chöõ nhaät.

Heä 4 phöông: tinh theå laø laêng truï thaúng, hai ñaùy hình vuoâng, 6 maët beân hình chöõ nhaät.

Heä 3 phöông: tinh theå laø laêng truï thaúng, taát caû caùc maët ñeàu laø nhöõng hình thoi = nhau.

Heä thoi: tinh theå laø laêng truï thaúng, 2 ñaùy laø hình thoi, 4 maët beân laø hình chöõ nhaät.

Heä 1 xieân: tinh theå laø laêng truï nghieâng, 2 ñaùy laø hình thoi, 4 maët beân laø hình bình haønh.

Heä 3 xieân: tinh theå laø laêng truï nghieâng, ñaùy vaø caùc maët beân laø hình bình haønh (caùc goùc khoâng baèng

nhau).

Trong töï nhieân, khoaùng vaät thöôøng xuaát hieän ôû daïng ñaùm tinh theå rieâng leû tuï taäp vôùi nhau = taäp hoïp tinh

theå. Moät taäp hoïp coù theå chæ goàm moät loaïi khoaùng vaät (ñôn khoaùng) hay taäp hoïp moät soá khoaùng vaät khaùc

nhau (ña khoaùng).

Nꢀt đꢁc trưng của tinh thể lꢂ cꢃ cꢄu trꢅc mạng, do cac hat

̣

vât

̣

châ

́

t să

́

p xê

́

p co qui luât

̣

trong không gian theo

́

cꢆc nꢅt mạng để tạo thꢂnh ô mạng trong không gian. Mô

̃

i tinh thê

̉

co môt

̣

ô man

̣ g riêng.

Dạng lập phương của tinh thể muối là kết quả của sự sắp xếp đều đꢁn của các ion Na và Cl cꢄu tạo nên tinh

thể

Các yếu tố đối xứng của tinh thể

Điểm, một mꢁt phẳng hay một đường thẳng mꢂ qua nꢃ (đối với điểm hoꢁc mꢁt) hoꢁc quanh nꢃ (đối với

đường) các phần tử bằng nhau lꢁp lại theo một quy luật.

+ Tâm đối xứng, ký hiệu C, là một điểm mà một đường thẳng bꢄt kỳ qua nó bao giờ cũng cắt hình ở hai điểm

cꢆch đều ở hai bên nó.

+ Măṭ đối xưng P chia hinh lam 2 phần bằng nhau va mỗi phần như ảnh của phần kia qua mꢁt gương P

́

̀

Tính chất vật lý của KV: Goàm: maøu, daïng tinh theå, caùt khai, aùnh, veát vaïch, ñoä cöùng vaø moät soá tính chaát

khaùc.

Màu

Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa khoaùng vaät coù chöùa caùc nguyeân toá mang maøu.

Maøu cuûa khoaùng vaät tuyø thuoäc vaøo söï saép xeáp cuûa caùc nguyeân töû nhaát ñònh,

Khoaùng vaät bò nhieãm baån bôûi caùc taïp chaát nhoû li ti mang maøu phaân taùn ñeàu

Tꢀnh cát khai lꢂ sự vꢇ tꢆch theo 1 măt

̣

̉

tinh thê nao đấy khi bi ̣ngoaị lực tac duṇ g. Măṭ bong nhẵn la măṭ cắt

̀ ́ ́ ̀

khai, thương la song song vơi môt măt

̣

tinh thê.

̉

̀

́

Ánh của khoáng vật Naêng löïc phaûn xaï cuûa khoaùng vaät khi chieáu tia saùng leân beà maët cuûa noù goïi laø aùnh

cuûa khoaùng vaät.

Mꢁu vết vạch Lꢂ mꢂu của khoꢆng vật khi ở dạng bột do mꢈu khoꢆng vật vạch thꢂnh vết trên măt

trăng (như sư trăng không trang men). Mꢂu vết vạch của khoꢆng vật cꢃ thể khꢆc với mꢂu của nꢃ ở dạng khối,

nhưng la mau tương đô

̣ rap mau

́

̀

́

i ô

̉

n đin

̣

h; khoꢆng vật trong suốt không cꢃ mꢂu vết vạch.

ng. Nếu lực nối cua ô maṇ g không

̉

̀

Măt

̣

vơ Lꢂ mꢁt hꢉnh thꢂnh do bꢊ ngoại lực tꢆc dꢋng thꢂnh lꢌi lꢍm, không phă

̉

̃

đều nhau theo cꢆc hướng thꢉ dꢎ thꢂnh vết vꢇ. Vꢏ dꢋ vꢀt vꢇ vꢐ chai.

Tyû troïng

Khoaùng vaät thieân nhieân coù tyû troïng töø 0,8 ñeán 21, vaø ñöôïc chia laøm boán nhoùm:

Nheï < 2,5

Trung bình 2,5 – 3,3

Naëng 3,4- 6

Raát naëng > 6

Töø tính

Moät vaøi loaïi khoaùng vaät bò thu huùt bôûi nam chaâm

hoꢁc coù khaû naêng hoaït ñoäng nhö moät thanh nam chaâm,

Töø tính khoaùng vaät phuï thuoäc chuû yeáu vaøo löôïng chöùa saét cuûa khoaùng vaät.

Khoaùng vaät coù töø tính maïnh nhö magnetite, vaø yeáu hôn nhö ôû khoaùng vaät pyrotite, ilmenite vaø

franklinite.

Caûm giaùc Vaøi loaïi khoaùng vaät nhö talc, graphite coù caûm giaùc nhôøn hay trôn khi chaø nheï tay leân chuùng do

caùc nguyeân töû tröôït theo maët tröôït ngang qua caùc lôùp nguyeân töû keá caän (löïc lieân keát giöõa caùc nguyeân töû

quaù yeáu theo moät phöông)ø gaây caûm giaùc nhôøn hay trôn

Vi

nhö halite (muoái aên), hoaëc sylvite coù vò ñaéng. Khoâng neân neám khoaùng vaät neáu khoâng coù chæ daãn tröôùc.

Đꢂ cứng lꢂ năng lực chống lai lưc cơ hoc bên ngoai cua khoang vât

̣ :Tính chaát naøy ñöôïc tieán haønh sau cuøng vì moät soá khoaùng vaät coù chöùa caùc nguyeân toá ñoäc. Coù vò maën

̣

̀

̉

́

Thang ñoä cöùng töông ñoái Mohs cuûa caùc khoaùng vaät vaø vaøi vaät duïng ñaõ bieát ñoä cöùng

1. Talc (meàm nhaát)

2. Gypsum

2,5 Moùng tay

3. Calcite hay Ñoàng xu

4. Fluorite

5. Apatite

5 + Dao nhíp 5,5 Kính

6. Microcline

7. Quartz

6,5 Duõa theùp

8. Topaz

9. Corundum

10. Kim cöông

9- 9,5 Carborundum

Thang đô

̣

cưng H₀(theo Mohs) vꢁ giá trꢃ đꢂ cứng H

Nhâṇ biết độ cưng khoang vâṭ bằng

́ ́

́

của các khoꢄng vật chuꢅn

so sanh vơi vâṭ thông duṇ g

́

Khoáng vật chuꢅn

H₀

(H

Vât

̣

đô

́

i sanh

Đꢂ cứng

́

kg/mm²)

Talc:Mg₃[Si₄O₁₀](OH)₂

1

2

2,4

bꢆt chꢇ

1

Thạch cao: CaSO₄2H₂O

36,0

mꢈng tay

2,5

Calcit: CaCo₃

3

109,0

Sơ

đinh să

thủy tinh

dao să

lưỡi dao cao

̣

̀

ng

3

Fluorit: CaF₂

4

5

189,0

5360,

4

5

Apatit: Ca₅[PO₄]₃(F,Cl)

Orthoclas: K[Si₃AlO₈]

Thạch anh: SiO₂

6

795,0

6

7

1120,0

1427,0

2060,0

10060,0

̣

Topaz: Al₂[SiO₄](F,OH)₂

Corindon; Al₂O₃

8

9

Kim cương: C

10

Phân loại khoáng vật

Caên cöù vaøo tính chaát quan troïng, soá löôïng tham gia cuûa khoaùng vaät vaøo thaønh phaàn vaät chaát cuûa Voû Traùi

ñaát, chia ra:

-Khoaùng vaät taïo ñaù, coù khoaûng 50 khoaùng vaät thöôøng gaëp, tham gia thaønh taïo ñaù nhö thaïch anh,

feldspar, mica, pyroxene . . .

- Khoaùng vaät phuï chieám soá löôïng ít, döôùi daïng hieám trong ñaù nhö apatite, manhetite, zircon. . .

Nhoùm caùc khoaùng vaät nguyeân toá töï nhieân (khỏang 50 KV)

Khoaùng vaät xuaát hieän döôùi daïng caùc nguyeân toá ñôn leû, khoâng keát hôïp vôùi caùc nguyeân toá khaùc, nhö vaøng

(Au), baïc (Ag), ñoàng (Cu), löu huyønh (S), kim cöông (C), graphite (C). . .

Nhoùm khoaùng vaät sulfur

Goàm caùc hôïp chaát cuûa S vaø moät soá caùc kim loaïi, goàm khoaûng 300 khoaùng vaät, ña soá laø caùc khoaùng vaät

quaëngï nhö galena (PbS), sphalerite (ZnS), pyrite (FeS2), chalcopyrite (CuFeS2) . . .

Nhoùm khoaùng vaät cuûa oxid vaø hydroxid

Goàm hôïp chaát ñôn giaûn cuûa kim loaïi vaø aù kim vôùi oxy vaø hydroxid. Khoaùng vaät thuoäc nhoùm naøy chieám

17% troïng löôïng Voû Traùi ñaát, khoaûng 200 loaïi trong ñoù SiO2 chieám ña soá. Thí duï nhö hematite (Fe2O3),

corindon (Al2O3), cassiterit (SnO2), thaïch anh (SiO2), limonite (HFeO2, nH2O). . .

Nhoùm khoaùng vaät halogen

Goàm caùc muoái cuûa caùc acid HF, HCl, HBr vaø HI. Td: fluorin (CaF2), halite (NaCl). . .

Nhoùm khoaùng vaät chöùa muoái cuûa Oxy

Goàm caùc loaïi carbonat, silicat, photsphat, sulfat. .

Khoaùng vaät silicat chieám ña soá, caáu truùc tinh theå phöùc taïp. Td+ï olivine (Mg, Fe)2 [SiO4], topaz Al2 (F,

OH)2[SiO4], muscovite KAl2[AlSi3O10] (OH)2, kaolin Al4[Si4O10](OH)8 . . .

Khoaùng vaät carbonat goàm caùc muoái cuûa acid carbonic (H2CO3). Thí duï nhö calcite (CaCO3), dolomite

Ca Mg [CO3]2 . . .

Khoaùng vaät sulfat goàm nhöõng muoái cuûa acid sulfuric. Thí duï nhö thaïch cao CaSO4, 2H2O.

Đa tâp̣ hop̣ cac khoang vâṭ

́

•

Đꢆ lꢂ tập họp các khoáng vật, được chia thành 3 nhóm theo nguꢌn gốc hình thành:

Đꢆ magma hꢉnh thꢂnh do sự đông nguội của magma nóng chảy

Đꢆ trầm tích hình thành từ các vật liệu xâm thực rửa trôi mài mòn của cꢆc đꢆ cꢃ trước được giꢃ nước

...mang đi, tꢏch tꢋ trải qua quá trình gắn kết thꢂnh đꢆ trầm tích.

•

Đꢆ biến chꢄt là kết quả của sự gia tăng ꢆp suꢄt trên cꢆc đꢆ cꢃ trước.

Cꢃ thể đo giꢆ trꢊ đô

cương ân trên bê măt

thươc cua lô y đo bă

̣

cưng nhơ môt

̣

thiê

cân đo đô

ng mm, đương kinh d cho phep tinh gia tri

́

t bi

̣

xac đin

̣

h vi đô

̣

cưng. Dươi môt

̣

tải trọng P (kg) xꢆc đꢊnh, mũi thꢆp kim

lô trung (hꢉnh mũi kim cương). Kꢏch

cưng H = 0,7P/d2.

́

̀

́

̀

̣

cua tinh thê

̉

̀

̣

cưng, in trên măt

̣

nay môt

̣

̃

̉

́

̀

̃

ấ

̀

̣

đô

̣

́

̉

̀

́

Chuỗi phꢄn ứng Bowen