6.1.1 Оценка плотности

Полезным показателем при оценке плотности служит такой простой факт, что образец минерала ощущается в руке тяжелым или легким относительно его размера. Если образец мономинеральный и весит не меньше 30 г, можно приблизительно оценить его плотность, плавно приподнимая или опуская на руке. Минералы, содержащие тяжелые атомы — Fe и находящиеся за ним в периодической системе, — имеют, естественно, большую массу. В отдельных случаях может оказаться информативной зависимость между плотностью и цветом. Так, темноокрашенные минералы часто бывают относительно тяжелыми, а светлоокрашенные—легкими. Однако имеются исключения из этого правила: например темный графит (С, р = 2,23 г/см³) ощущается на руке легким, тогда как барит (BaS0₄, р = 4,5 г/см³) неожиданно оказывается тяжелым несмотря на его светлую окраску.

Такая качественная оценка плотности приносит большую пользу в практической работе при идентификации минералов в поле.

6.1.2 Измерение плотности

В старой литературе по минералогии содержатся подробные описания множества различных устройств и методик для точного определения плотности. В современной минералогии плотность минералов обычно измеряется в повседневной практике только в ходе определения кристаллических структур (когда она используется для расчета числа формульных единиц в элементарной ячейке) либо при описании новых минералов (когда она позволяет проверить соответствие химического состава данным по элементарной ячейке) Процессы сепарации и очистки, использующие различие в плотностях минералов, широко применялись для концентрации веществ при их подготовке к опробованию методами мокрой химии, в которых для анализа требовалось около 0,1 г чистого минерала. Сепарация по плотности все еще используется в горной промышленности, например при извлечении циркона и рутила из прибрежных песков.

Здесь мы только кратко опишем методы определения плотности, а детали их можно найти в бо-

Рис. 6.1 Пружинные весы Джолли, используемые для определения плотности.

лее старых минералогических руководствах, а также в предыдущих изданиях этой книги. Основные методы делятся на две группы. К первой относится взвешивание минерала на воздухе, а затем в воде или другой жидкости. Тогда плотность определяется выражением

где w₁ и w₂ — масса минерала соответственно в воздухе и в воде. Следует также замерить температуру, при которой проводились измерения, и ввести соответствующую поправку в полученное значение плотности. Плотность воды равна 1 г/см³ только при 4 ⁰C, и имеются таблицы поправок к значениям плотностей, полученным при других температурах (табл. 6.1). Существует большое количество специальных типов весов для определения плотности данным методом — торзионные весы, безмен Уокера, пружинные весы Джолли (рис. 6.1).

Другой метод определения плотности, обычно используемый при исследовании структур монокристаллов, заключается в наблюдении за поведением взвесей минеральных зерен или кристаллов в тяжелых жидкостях. Плотность жидкости подбирается путем ее разбавления другой, смеши-

Таблица 6.1 Поправки к плотности воды (К) при различных температурах*

Температура воды, 0C	К	Температура воды, 0C	К
10	0,0003	20	0,0018
11	4	21	20
12	5	22	22
13	6	23	25
14	8	24	27
15	9	25	30
16	0,0011	26	32
17	12	27	35
18	14	28	38
19	16	29	41
* Поправка	вводится	следующим	образом

D-M^p) = 1 - к, где D^H™( H₂O) - плотность воды при температуре измерения, 1 — плотность воды при 4 ⁰C в г/см³, К — табличная поправка

вающейся с ней жидкостью более низкой плотности до тех пор, пока кристалл или зерно перестанут тонуть или всплывать, оставаясь во взвешенном состоянии. После этого взвешивается известный объем жидкости и рассчитывается плотность. Наиболее часто используются три тяжелые жидкости: бромоформ (СНВг_з) с плотностью 2,90 г/см³ (разбавляется ацетоном), дииодометан (CH₂I₂) с плотностью 3,325 г/см³ (может разбавляться хлороформом CHCI₃) и жидкость Клери-чи (водный раствор формиата и малоната таллия), которая имеет плотность 4,4 г/см³ и может разбавляться водой. Плотность жидкости Клеричи увеличивается с температурой и поэтому при ее использовании можно измерять плотность приблизительно до 5,4 г/см³. Все три тяжелые жидкости токсичны и обладают коррозионными свойствами. Поэтому в процессе работы с ними следует соблюдать большую осторожность.