Долгое время основными характеристиками минералов служили внешняя форма их кристаллов и других выделений, а также физические свойства (цвет, блеск, спайность, твердость, плотность и проч.), имеющие и в настоящее время большое значение при их описании и визуальной (в частности, полевой) диагностике. Эти характеристики, а также оптические, химические, электрические, магнитные и иные свойства зависят от химического состава и внутреннего строения (кристаллической структуры) минералов. Первостепенная роль химии в минералогии была осознана к середине 19 в., но важное значение структуры стало очевидным лишь с внедрением рентгенографии. Первые расшифровки кристаллических структур были выполнены уже в 1913 английскими физиками У.Г.Брэггом и У.Л.Брэггом.

Минералы - это химические соединения (исключение составляют самородные элементы). Однако даже бесцветные, оптически прозрачные образцы этих минералов почти всегда содержат небольшие количества примесей. Природные растворы или расплавы, из которых кристаллизуются минералы, обычно состоят из многих элементов. В процессе образования соединений немногочисленные атомы менее распространенных элементов могут замещать атомы главных элементов. Такое замещение настолько обычно, что химический состав многих минералов лишь очень редко приближается к составу чистого соединения. Например, состав распространенного породообразующего минерала оливина меняется в пределах составов двух т.н. конечных членов ряда: от форстерита, силиката магния Mg2SiO4, до фаялита, силиката железа Fe2SiO4. Отношения Mg:Si:O в первом минерале и Fe:Si:O - во втором составляют 2:1:4. В оливинах промежуточного состава значения отношений те же, т.е. (Mg + Fe):Si:O равно 2:1:4, а формула записывается в виде (Mg,Fe)2SiO4. Если относительные количества магния и железа известны, то это можно отразить в формуле (Mg0,80Fe0,20)2SiO4, из которой видно, что 80% атомов металла представлены магнием, а 20% - железом.

Структура. Все минералы, за исключением воды (которую - в отличие от льда - обычно не относят к минералам) и ртути, при обычных температурах представлены твердыми телами. Однако, если воду и ртуть сильно охладить, они затвердевают: вода - при 0. С, а ртуть - при ?39. С. При этих температурах молекулы воды и атомы ртути образуют характерную правильную трехмерную кристаллическую структуру (термины "кристаллический" и "твердый" в данном случае почти равноценны). Таким образом, минералы представляют собой кристаллические вещества, свойства которых определяются геометрическим расположением составляющих их атомов и типом химической связи между ними.

Элементарная ячейка (наименьшее подразделение кристалла) построена из регулярно расположенных атомов, удерживаемых вместе благодаря электронным связям. Эти мельчайшие ячейки, бесконечно повторяющиеся в трехмерном пространстве, образуют кристалл. Размеры элементарных ячеек в разных минералах различны и зависят от размеров, числа и взаимного расположения атомов в пределах ячейки. Параметры ячейки выражаются в ангстремах () или нанометрах (1 . 10-8 см ??0,1 нм). Составленные вместе элементарные ячейки кристалла плотно, без зазоров заполняют объем и образуют кристаллическую решетку. Кристаллы подразделяются по признаку симметрии элементарной ячейки, которая характеризуется соотношением между ее ребрами и углами. Обычно выделяют 7 сингоний (в порядке повышения симметрии): триклинную, моноклинную, ромбическую, тетрагональную, тригональную, гексагональную и кубическую (изометрическую). Иногда тригональную и гексагональную сингонии не разделяют и описывают вместе под названием гексагональной сингонии. Сингонии подразделяются на 32 кристаллических класса (вида симметрии), включающих 230 пространственных групп. Эти группы впервые были выделены в 1890 российским ученым Е.С.Федоровым. При помощи рентгеноструктурного анализа определяют размеры элементарной ячейки минерала, его сингонию, класс симметрии и пространственную группу, а также расшифровывают кристаллическую структуру, т.е. взаимное расположение в трехмерном пространстве атомов, составляющих элементарную ячейку.

окраска минералов, одно из важнейших физических свойств минералов, отражающее характер взаимодействия электромагнитного излучения видимого диапазона с электронами атомов, молекул и ионов, входящих в состав кристаллов, а также с электронной системой кристалла в целом (см. Свет). В минералогии окраска - один из главных диагностических признаков природных соединений, имеющий большое значение в геолого-поисковой практике и для определения минералов. Цвет драгоценных и поделочных камней является одной из основных качественных (ювелирных) их характеристик. Различают Ц. м. в кристаллах и штуфах, в прозрачных шлифах (под микроскопом), в полированных аншлифах (в отражённом свете), т. н. цвет черты (тонкого порошка минерала) и т.д.

При описании Ц. м. обычно прибегают к сравнительной оценке, сопоставляя его с цветом каких-либо широко известных предметов или веществ (индигово-синий, яблочно-зелёный, лимонно-жёлтый, кроваво-красный и т.п.) или минеральных "цветовых эталонов" (киноварно-красный, изумрудно-зелёный и др.). Эталонами для характеристики цвета рудных минералов служат цвета металлов или сплавов - оловянно-белый (арсенопирит), стально-серый (молибденит), латунно-жёлтый (халькопирит), медно-красный (самородная медь) и т.д. Разрабатываются методы объективной оценки Ц. м. (особенно драгоценных камней) с помощью стандартных колориметрических характеристик (см. Цветовые измерения). Многие минералы обладают свойством менять свой цвет (особенно в поляризованном свете) по различным кристаллографическим направлениям (см. Плеохроизм) или в зависимости от цветовой температуры (См. Цветовая температура) освещающего их источника излучения.

Выделяются 3 основные группы Ц. м. Идиохроматическая (собственная) окраска минералов обусловлена особенностями входящих в их состав химических элементов (видообразующих или примесных, играющих роль хромофоров), характером электронной, т. н. зонной (см. Зонная теория), структуры кристаллов, а также наличием дефектов в кристаллах (См. Дефекты в кристаллах) (вакансий (См. Вакансия), межузельных атомов и т.п.). По типу оптического поглощения различают несколько подгрупп идиохроматических окрасок.

Окраска металлических и ковалентных соединений (самородные металлы, сульфиды и их аналоги и др.) обусловлена межзонными оптическими переходами электронов и связанными с ними максимумами отражения (металловидные цвета - пирит, золото и др.) или фундаментальной полосой поглощения (киноварь, аурипигмент, куприт и т.д.).

Окраска, обусловленная электронными переходами между различными ионами ("переносом заряда"), в том числе между ионом металла и лигандами (См. Лиганды) и между разнозарядными ионами металлов. Таковы, например, минералы трёхвалентного железа (перенос заряда O^2- → Fe³⁺); хроматы, ванадаты и молибдаты - крокоит, ванадинит, вульфенит и др. (перенос заряда O^2- → Cr⁶⁺, V⁵⁺, Mo⁶⁺); минералы, содержащие одновременно разнозарядные ионы Fe²⁺ и Fe²⁺ (кордиерит, вивианит, аквамарин и др.).

Окраска, связанная с ионами переходных металлов (Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu), характерна для изумруда, рубина, рубеллита, родонита, хризолита, малахита. Лантаноиды и Актиноиды являются хромофорами минералов редкоземельных элементов и уранила. Окраска обусловлена электронными переходами между d- или f-уровнями хромофорных ионов.

Радиационная окраска связана с образованием под действием естественных ионизирующих излучений (См. Ионизирующие излучения) электронно-дырочных центров окраски (См. Центры окраски) (синяя и фиолетовая окраски галита, флюорита, жёлтая и дымчатая - кварца, кальцита и др.).

Аллохроматическая окраска вызвана механическими примесями, чаще всего включениями окрашенных минералов, иногда - пузырьков жидкостей, газов и т.п. Так, оранжево-красный цвет сердолика обусловлен включениями гидроокислов железа, зелёный цвет празема (разновидности Кварца) связан с включениями иголочек актинолита или хлорита.

Псевдохроматическая окраска обусловлена процессами дифракции света (См. Дифракция света) и интерференции света (См. Интерференция света), а также рассеяния, преломления, полного внутреннего отражения (См. Полное внутреннее отражение) падающего белого света, связанными с особенностями строения минеральных образований (закономерное чередование фаз различного состава в иризирующих Лабрадорах и перистеритах, солнечном и лунном камнях; глобулярное строение Опалов и т.п.) или состоянием поверхностного слоя кристаллов (различного рода побежалости (См. Побежалость) - радужные плёнки на борните, халькопирите, пирите, ковеллине и др.). Исследование природы окраски минералов помогает судить о кристаллохимических и генетических особенностях минералов и имеет решающее значение для синтеза высококачественных аналогов природных самоцветов.

Лит.: Марфунин А. С., Введение в физику минералов, М., 1974; Платонов А. Н., Природа окраски минералов, К., 1976.

А. Н. Платанов, Т. Б. Здорик.

Цвет минералов. Крокоит.

Цвет минералов. Киноварь.

Цвет минералов. Дымчатый кварц.

Цвет минералов. Лабрадор.

Цвет минералов. Сердолик.

Цвет минералов. Пирит.

способность большинства минералов раскалываться по определённым направлениям, образуя в расколе плоские поверхности. С. м. - свойство, связанное с особенностями кристаллической структуры минерала (см. Кристалл (См. Кристаллы)). Плоскости С. м. проходят параллельно плоским сеткам кристаллической решётки, максимально густо усаженным атомами, т. е. обладающими наибольшей ретикулярной плотностью; сила сцепления между этими сетками минимальна. Важное значение имеет также тип химической связи (например, направление плоскостей спайности Алмаза и Сфалерита, структуры которых тождественны, различно из-за неодинаковой химической связи в этих минералах - ковалентной в первом, ионной во втором). По лёгкости раскалывания различают спайность весьма совершенную (слюда, хлорит), совершенную (кальцит, галенит и др.), среднюю (полевые шпаты и др.), несовершенную (апатит, касситерит и др.) и весьма несовершенную, при которой спайность практически отсутствует (золото, корунд и др.). В одном кристалле в соответствии с его симметрией и типом структуры может проявиться несколько видов спайности. Способность минералов раскалываться по неспайным направлениям называется отдельностью. Спайность - важный диагностический признак минерала.

СП'АЙНОСТЬ, спайности, мн. нет, ·жен. (минер.). Свойство, способность кристаллов разделяться на листообразные полосы.