Самородные металлы

Весьма примечательно, что систематическое описание минералов начинается с группы золота, так как наши познания о свойствах и использовании металлов связаны со случайными находками самородков и скоплений этих минералов. Многие относительно процветавшие ранние цивилизации были ограничены в потреблении металлов теми из них, которые находятся в самородном состоянии.

Все элементы минералов группы золота принадлежат к одной группе Периодической системы и, следовательно, атомы, из которых они состоят, обладают сходными химическими свойствами; все они существенно инертны и поэтому встречаются в элементном состоянии в природе. He соединяясь с другими элементами, атомы этих металлов объединяются в кристаллические структуры довольно слабой металлической связью. Их минералы изоструктурны и образуют гранецентрированную кубическую решетку, атомы которой имеют координационное число 12 (рис. 7.1, а). Золото и серебро образуют непрерывные твердые растворы, поскольку ионные радиусы у этих элементов одинаковы (1,44 А). Медь, ионный радиус которой меньше (1,28 А), образует твердые растворы с золотом и серебром ограниченно. И, наоборот, самородная медь содержит в своем составе лишь следы золота и серебра. Близость свойств минералов этой группы связана с общностью их структур. Все они относительно мягки, ковки, тягучи и пластичны. Все прекрасно проводят электричество и тепло, имеют металлический блеск и рваный излом, а также относительно низкие точки плавления. Это те свойства, которые определяются металлическим характером связи. Все они относятся к гексокта-эдрическому классу кубической сингонии и характеризуются высокими плотностями, что объясняется кубической плотнейшей упаковкой атомов. Te свойства, которые у минералов этой группы оказываются различными, обусловлены индивидуальными особенностями их атомов. Например, желтый цвет золота, красный — меди и белый — серебра — связаны со свойствами их атомов. Удельные веса также определяются свойствами атомов и грубо пропорциональны атомным массам.

Из минералов группы платины здесь рассматривается только платина. В группу входят и более редкие минералы: палладий, иридистая платина и осмистый иридий. Два последних минерала являются соответственно сплавами иридия и платины и иридия и осмия, имеют структуры с гексагональной плотнейшей упаковкой и пространственной группой Р63/mmс. Однако платина и иридий имеют структуры с кубической плотнейшей упаковкой, подобные структурам минералов группы золота, и имеют пространственную группу Fm3m. Минералы группы платины имеют более высокую твердость и точки плавления, чем минералы группы золота.

Минералы группы железа включают самородное железо, которое редко встречается на поверхности земли, а также два минеральных вида (камасит и тэнит), обычно встречающиеся в метеоритах. Железо и никель имеют атомные радиусы 1,24 А, поэтому никель может замещать и обычно замещает железо. Самородное железо и камасит, который содержит около 5,5 вес. % никеля, имеет кубическую плотнейшую упаковку с пространственной группой Im3m. Тэнит, в котором пределы замещения железа никелем составляют от 27 до 65 вес. %, имеет кубическую плотнейшую упаковку и пространственную группу Fm3m (см. рис. 7.1, а и 7.1, б). Эти два минерала характерны для железных метеоритов. Кроме того, считается, что Fe—Ni сплавы подобного типа являются важной составной частью земного ядра.