Цинковая обманка
Ци́нковая обма́нка или сфалери́т (др.-греч. σφαλερός — «обманчивый»), — цинковый минерал класса сульфидов (сульфид цинка, формула «ZnS». Историческое название минерала (как русское, так и латинское), связано со специфическими технологическими трудностями получения металлического цинка из его природных соединений.
на барите
В зависимости от примесей и происхождения, цинковая обманка может быть почти бесцветной, а также окрашенной в разные оттенки жёлтого, красновато-оранжевого, зеленовато-жёлтого, серого или тёмно-серого цвета. Сфалерит янтарно-жёлтого цвета называют медовой обманкой, оранжево-красного цвета — рубиновой обманкой. Имеет гексагональную модификацию — вюрцит (β-ZnS или лучистая обманка), рассматриваемую как отдельный рудный минерал.
Цинковая обманка в определениях и коротких цитатах
править| — Владимир Вернадский, «Опыт описательной минералогии», 1910 |
| — Владимир Вернадский, «Опыт описательной минералогии», 1910 |
| — Владимир Вернадский, «Опыт описательной минералогии», 1910 |
...месторождения цинковой обманки повторяют месторождения свинцового блеска. Как для галенита, так и для цинковой обманки месторождения, непосредственно связанные с магматическими породами, меньше изучены, так как редко цинковая обманка скопляется в них в значительном количестве и служит рудой. А между тем эти массивные породы являются первоисточником цинковой обманки на земной поверхности.[1] | |
| — Владимир Вернадский, «Опыт описательной минералогии», 1910 |
Целый день, сгибая спины, <...> собираем в пустотах и расщелинах кристаллики горного хрусталя, цинковой обманки, ― мы целиком под впечатлением алтайских богатств.[2] | |
| — Александр Ферсман, «Воспоминания о камне», 1940 |
Кварц содержал вкрапления колчеданов серного и мышьякового, цинковой обманки и свинцового блеска с золотом.[3] | |
| — Владимир Обручев, «Мои путешествия по Сибири», 1948 |
Количество направлений спайности в ряде случаев также является важным диагностическим признаком. Например, такие весьма похожие друг на друга по ряду внешних признаков (цвету, твердости, блеску и др.) минералы, как сфалерит ― ZnS и вольфрамит ― (Fe, Mn)WO4, отличаются друг от друга тем, что в кристаллах или зернах сфалерита наблюдается несколько направлений спайности...[4] | |
| — Анатолий Бетехтин, «Курс минералогии», 1951 |
...что Солоночанское рудное тело, представленное пиритом, сфалеритом, галенитом, сидеритом и отчасти халькопиритом, постепенно по восстанию из жилы превращается в сильно сульфидизированные эффузивы, позволяет думать, что в местах развития этих измененных эффузивов, в залегании и распространении которых замечается определенная закономерность...[5] | |
| — Борис Вронский, Дневник, 4 августа 1952 |
Включения газов и жидкостей в кристаллах давно изучаются. Один из первых исследователей был Гемфри Дэви. Растворы солёной воды в цинковой обманке ― сфалерите или в топазе...[6] | |
| — Иван Ефремов, «Лезвие бритвы», 1963 |
...цинковая руда «обманывала» первых металлургов. Получить из нее металл обычным способом (обжиганием на воздухе и прокаливанием с углём) никак не удавалось: вместо металла на остывшем шлаке получался белый налёт. Обманутые в своих ожиданиях металлурги и назвали это белое вещество пренебрежительно «nihil album» ― «белое ничто».[7] | |
| — Борис Горзев, «Белое ничто», 1969 |
| — Лев Сулименко, «Галлий», 1970 |
| — Владимир Безсмертный, из письма В. И. Вернадскому, 30 мая 1938 |
Сфалерит — второй по распространённости рудный минерал метагабброидов ― довольно часто встречается в родингитизированных породах. Обычно образует округлые зёрна неправильной формы.[10] | |
| — Андрей Антонов, «Минералогия родингитов Баженовского гипербазитового массива», 2003 |
Похожим образом нарекли сфалерит ― от греческого «предательский».[11] | |
| — Василий Авченко, «Кристалл в прозрачной оправе». Рассказы о воде и камнях, 2015 |
Цинковая обманка в научной и научно-популярной литературе
правитьЯвления полиморфизма ZnS начинают выясняться работами института Карнеги. Уже давно было известно, что сфалерит, нагретый до красного каления, переходит в вюртцит и после охлаждения некоторое время остается в этом состоянии. Точно так же и синтетически цинковая обманка выкристаллизовывается, вообще говоря, при более низкой температуре, а вюртцит при более высокой. Работы Аллена и Креншоу показали, что β-ZnS (цинковая обманка) устойчива до температуры 1020°, при которой она переходит в α-ZnS – вюртцит. Точка перехода понижается при содержании FeS. Из водных растворов при температуре ниже 200° образуется аморфная ZnS, 200–400° – α- и β-ZnS. Из щелочных растворов выпадает только β-ZnS.[1] | |
| — Владимир Вернадский, «Опыт описательной минералогии», 1910 |
Цинковая обманка и её разности – марматит, сфалерит, клейофан – являются наиболее распространенным соединением цинка на земном шаре. Огромное большинство цинковых минералов генетически с ней связано, и она является для них первичной формой выделения цинка. Только некоторые шпинели, силикаты из группы пироксенов, может быть блёклые руды, содержат Zn вне всякой связи с процессами распадения цинковой обманки. Понятно поэтому значение этой минеральной группы в химии цинка на земной поверхности.[1] | |
| — Владимир Вернадский, «Опыт описательной минералогии», 1910 |
В общем, месторождения цинковой обманки повторяют месторождения свинцового блеска. Как для галенита, так и для цинковой обманки месторождения, непосредственно связанные с магматическими породами, меньше изучены, так как редко цинковая обманка скопляется в них в значительном количестве и служит рудой. А между тем эти массивные породы являются первоисточником цинковой обманки на земной поверхности. Подобно галениту, цинковая обманка едва ли выпадает в них из расплавленного состояния; вероятно, этот процесс может наблюдаться лишь в интрузивных породах, в связи с влиянием высокого давления. Температура перехода цинковой обманки в вюртцит также ставит предел этому образованию.[1] | |
| — Владимир Вернадский, «Опыт описательной минералогии», 1910 |
| — Анатолий Бетехтин, «Курс минералогии», 1951 |
В зависимости от степени прозрачности все минералы, наблюдающиеся в крупных кристаллах, делят на следующие группы: 1) прозрачные ― горный хрусталь, исландский шпат, топаз и др.; 2) полупрозрачные ― изумруд, сфалерит, киноварь и др.; 3) непрозрачные ― пирит, магнетит, графит и др.[4] | |
| — Анатолий Бетехтин, «Курс минералогии», 1951 |
Штриховатость граней <кристалла> может быть различного происхождения: 1) комбинационная, обусловленная многократным повторением узких вицинальных граней (алмаз, турмалин), 2) двойниковая ― как результат полисинтетического сложения кристаллов (сфалерит, иногда плагиоклазы и др.).[4] | |
| — Анатолий Бетехтин, «Курс минералогии», 1951 |
Количество направлений спайности в ряде случаев также является важным диагностическим признаком. Например, такие весьма похожие друг на друга по ряду внешних признаков (цвету, твердости, блеску и др.) минералы, как сфалерит ― ZnS и вольфрамит ― (Fe, Mn)WO4, отличаются друг от друга тем, что в кристаллах или зернах сфалерита наблюдается несколько направлений спайности <...>, тогда как у вольфрамита совершенную спайность мы всегда находим только в одном направлении, вдоль вытянутости кристаллов или зерен. Явление спайности в кристаллах объясняется, как показал Г. В. Вульф, различием сил сцепления между структурными единицами в кристаллической решетке в различных направлениях. Плоскостям спайности отвечают наименьшие величины сил сцепления, т. е. они проходят по направлениям наименьшего числа связей.[4] | |
| — Анатолий Бетехтин, «Курс минералогии», 1951 |
Опыт исследований убеждает вместе с тем, что некоторые элементы действительно находятся в природе преимущественно или только в виде изоморфных примесей. Это характерно, очевидно, для селена, кадмия и некоторых других. <...> Точными исследованиями доказано преимущественное нахождение кадмия в виде изоморфной примеси к сфалериту. Широкое использование рудной микроскопии сопровождается накапливанием новых данных о вещественном составе руд. Уточняются или исправляются некоторые ошибочные представления макроминералогии об отдельных минеральных видах.[12] | |
| — Игорь Волынский, Марианна Безсмертная, «Об эталонах рудных минералов и некоторых новых методах исследования микровключений», 1965 |
Сфалерит — второй по распространённости рудный минерал метагабброидов ― довольно часто встречается в родингитизированных породах. Обычно образует округлые зёрна неправильной формы. В некоторых зёрнах сфалерита видна структура распада твёрдого раствора ― удлинённые ориентированные выделения халькопирита <медного колчедана>. Этот сфалерит отличается от сфалерита «без распада» <...> относительно высокими содержаниями железа. В родингитах сфалерит иногда перекристаллизован. В этом случае структур распада в нём уже не наблюдается, а халькопирит образует довольно крупные обособления внутри зёрен сфалерита. Иногда сфалерит без видимых структур распада обнаруживает слабую зональность ― содержание железа уменьшается от центра зерна к периферии.[10] | |
| — Андрей Антонов, «Минералогия родингитов Баженовского гипербазитового массива», 2003 |
Для обманок характерны: алмазный или полуметаллический блеск; полупрозрачность в тонких сколах; небольшая твёрдость; разнообразная окраска; цветная черта различной интенсивности. Обманки получили своё название благодаря алмазному блеску, для всех остальных сульфидов характерен сильный металлический блеск. К обманкам относят: сфалерит, киноварь, реальгар, аурипигмент...[13] | |
| — Владимир Буланов и др., «Минералогия с основами кристаллографии», 2009 |
В зависимости от химического состава и окраски выделяют следующие разновидности сфалерита: | |
| — Владимир Буланов и др., «Минералогия с основами кристаллографии», 2009 |
Сфалерит обладает большой изменчивостью свойств. Помимо чёрных и почти бесцветных разностей наблюдаются сфалериты бурого, коричневого, жёлтого, красноватого, зеленоватого и серого цветов и различной степени прозрачности. Цвет черты также варьирует в зависимости от состава от бесцветного или светлоокрашенного (желтовато-бурого) до бурого и коричневого. Сфалерит (чаще тёмный тип марматита) можно спутать со многими минералами, но особенно он похож на энаргит, вольфрамит и на изометрические кристаллы касситерита.[13] | |
| — Владимир Буланов и др., «Минералогия с основами кристаллографии», 2009 |
Цинковая обманка в публицистике и документальной литературе
править_%C3%81liva,_Cantabria.jpg)
Агрикола — крупный авторитет в металлургии и минералогии XVI столетия — знает цинковую обманку, но называет ее galena inanis, fausse galene, и в самом имени «обманка» сохранились искания древних рудокопов, которые подозревали по внешнему виду нахождение в ней металла, но все попытки его получения обычными приемами были тщетны. Лишь в 1735 г. Брандт доказал, что цинковая обманка есть руда цинка...[15] | |
| — Владимир Вернадский, «Опыт описательной минералогии», 1910 |
Долгое время после своего появления на свет германий был редким гостем в лабораториях ученых. Только с открытием сырьевых источников этого элемента ― германита в месторождении Тсумеб в Северо-Западной Африке, цинковой обманки в США, золы некоторых каменных углей в Англии ― начались более широкие исследования свойств германия и его соединений, стали разрабатываться технологические методы извлечения его из сырья, появился интерес к его практическому использованию.[16] | |
| — Борис Горзев, «Из биографии элемента № 32», 1967 |
В 1863 году немецкие химики Ф. Рейх и Т. Рихтер подвергли спектроскопическому анализу цинковую обманку из окрестностей города Фрейберга. Из этого минерала учёные получили хлорид цинка и поместили его в спектрограф, надеясь обнаружить характерную для таллия ярко-зеленую линию. Надежды оправдались, однако не эта линия принесла Рейху и Рихтеру мировую известность. В спектре оказалась и линия синего цвета (длина волны 4511 ангстрем), примерно такого же, какой даёт известный краситель индиго… Ни у одного из известных элементов такой линии не было.[17] | |
| — Теодор Молдавер, Иосиф Левин, «Индий», 1968 |
Знаете ли вы, почему самый распространенный цинковый минерал носит название цинковой обманки? Другое его название ― сфалерит ― также не более почтительно. «Сфалерос» по-гречески значит ненадежный, обманчивый. Дело в том, что, имея все внешние признаки обычных металлических руд, цинковая руда «обманывала» первых металлургов. Получить из нее металл обычным способом (обжиганием на воздухе и прокаливанием с углем) никак не удавалось: вместо металла на остывшем шлаке получался белый налет. Обманутые в своих ожиданиях металлурги и назвали это белое вещество пренебрежительно «nihil album» ― «белое ничто».[7] | |
| — Борис Горзев, «Белое ничто», 1969 |
Что же такое ― это «ничто»? Восстановим цепь химических превращений руды. Итак, сначала происходил окислительный обжиг. Затем, при прокаливании с углём, окись цинка восстанавливалась. Но куда же запропастился ожидаемый металл? Цинк восстанавливается значительно труднее, чем такие известные в то время металлы, как железо, олово, свинец, медь, и при температуре процесса (более 1000° C) он просто испаряется, так как кипит при 913°C. О том, что цинк улетучивался, древние металлурги не догадывались. А пары цинка, сгорая на воздухе, давали снова белую окись, некоторое количество которой и оставалось на шлаке. Это и есть «белое ничто».[7] | |
| — Борис Горзев, «Белое ничто», 1969 |
В 1875 году Лекок де Буабодран исследовал спектр цинковой обманки, привезенной из Пьерфитта (Пиренеи). В этом спектре и была обнаружена новая фиолетовая линия (длина волны 4170 ангстрем). Новая линия свидетельствовала о присутствии в минерале неизвестного элемента и, вполне естественно, Лекок де Буабодран приложил максимум усилий, чтобы этот элемент выделить. Сделать это оказалось непросто: содержание нового элемента в руде было порядка 0,1%, и во многом он был подобен цинку. После длительных опытов ученому удалось-таки получить новый элемент, но в очень небольшом количестве. Настолько небольшом (меньше 0, 1 г), что изучить его физические и химические свойства Лекок де Буабодран смог далеко не полно. Сообщение об открытии галлия ― так в честь Франции (Галлия ― её латинское название) был назван новый элемент ― появилось в докладах Парижской Академии наук.[8] | |
| — Лев Сулименко, «Галлий», 1970 |
Расскажем, для примера, как извлекают галлий из цинковой обманки ― минерала, в котором этот элемент был обнаружен впервые. Прежде всего цинковую обманку ZnS обжигают, а образовавшиеся окислы выщелачивают серной кислотой. Вместе с многими другими металлами галлии переходит в раствор. А преобладает в этом растворе сульфат цинка ― основной продукт, который надо очистить от примесей, в том числе и от галлия.[18] | |
| — Борис Горзев, «Что вы знаете и чего не знаете о галлии и его соединениях», 1970 |
Цинковая обманка в мемуарах, письмах и дневниковой прозе
править
Сначала путь наш лежал на юг по небольшой тропинке, проложенной по самому верхнему и правому притоку Синанцы, длиной в два-три километра. Горы в этих местах состоят из порфиров, известняков и оруденелых фельзитов. Во многих местах я видел прожилки серебросвинцовой руды, цинковой обманки и медного колчедана.[19] | |
| — Владимир Арсеньев, «По Уссурийскому краю», 1917 |
| — Александр Ферсман, «Воспоминания о камне», 1940 |
Эту главную жилу, названную Магистральной, я мог еще осмотреть. Шахта спускалась под углом около 40° по падению жилы и содержала шесть штреков по горизонтам, в промежутках между которыми жила была уже выработана; в верхних горизонтах мощность её была 0,7 ― 1 метр, но вглубь уменьшалась и в забоях шестого горизонта достигала 0,3 ― 0,6 м. Кварц содержал вкрапления колчеданов серного <пирита> и мышьякового <арсенопирита>, цинковой обманки и свинцового блеска с золотом. <...> Кроме этой Магистральной жилы на отводе были найдены и работались еще несколько жил ― Татарская, Хотимская, Кедрово-Петровская, Петропавловская, Химическая и др. ― штольнями на склонах долины. Некоторые из них были извилистые, другие сильно нарушены сбросами и сдвигами. Почти во всех кварц содержал много сернистых руд, среди которых наиболее богат золотом был мышьяковый колчедан; местами цинковая обманка преобладала.[3] | |
| — Владимир Обручев, «Мои путешествия по Сибири», 1948 |
Осматривал знаменитое Солоночанское рудопроявление <с выходом на поверхность земли>. Партия прошла 4-метровую (по длине) штольню. Рудное тело представлено мощной (до 6 м) сульфидной жилой, состоящей из индерита, пирита, галенита, сфалерита и халькопирита, от которой отходит апофиза, обогащенная галенитом. Гнёзда последнего встречаются и в основной жиле.[5] | |
| — Борис Вронский, Дневник, 2 августа 1952 |
День был на редкость приятный ― ясный, солнечный, с ветерком, отгоняющим разную крылатую нечисть. С правой стороны Догдо все время на протяжении 5 ― 6 км вниз от стана партии тянутся жёлтые, оранжевые, серые, охристые, вообще цветистые оплывины, а местами и коренные выходы измененных эффузивов, сильно сульфидизированных, за счет чего они и характеризуются такими яркими цветами. То, что Солоночанское рудное тело, представленное пиритом, сфалеритом, галенитом, сидеритом и отчасти халькопиритом, постепенно по восстанию из жилы превращается в сильно сульфидизированные эффузивы, позволяет думать, что в местах развития этих измененных эффузивов, в залегании и распространении которых замечается определенная закономерность, ниже наблюдается значительная концентрация чистых сульфидов. Разведка Солоночанской жилы на глубину покажет, насколько это верно.[5] | |
| — Борис Вронский, Дневник, 4 августа 1952 |
С февраля м<еся>ца с<его> года у меня изменился характер работы, а в связи с последним — и местожительства. Работаю сейчас в качестве рудничного геолога на цинково-свинцовом р<удни>ке Хантаги. Минералогия м<есторожде>ния проста. Интересной является здешняя цинковая обманка, в которой по устным сообщения некоторых геологов содержится до 0,2% германия. Отсутствие микроскопа, приличной хим<ической> лаборатории, а с другой стороны, и свободного времени лишают меня возможности заняться хантагинскими рудами.[9] | |
| — Владимир Безсмертный, из письма В. И. Вернадскому, 30 мая 1938 |
Цинковая обманка в художественной прозе
правитьВключения газов и жидкостей в кристаллах давно изучаются. Один из первых исследователей был Гемфри Дэви. Растворы солёной воды в цинковой обманке ― сфалерите или в топазе, включения органического нефтеподобного вещества в флюорите, газы под большим давлением в горном хрустале ― все это с современным тончайшим методом анализа становится драгоценным свидетельством условий давления, температуры, состава растворов, которые были в момент образования кристаллов, миллионы и миллиарды лет назад.[6] | |
| — Иван Ефремов, «Лезвие бритвы», 1963 |
Дальнегорские минералы ― не «индустрия моногорода», а настоящая сказка. Мы ходили там в пещеры, жили в палатках у речки Горбуши, пропадали на отвалах горных выработок ― в этих кучах чего только не попадалось: и меднорудный золотистый халькопирит, и свинцового вида (тот случай, когда внешность соответствует сущности, а не маскирует её) галенит, и чёрный, как уголь, сфалерит, из которого берут цинк, и бесполезный, но красивый геденбергит ― сростки зелёных ёлочных иголочек...[11] | |
| — Василий Авченко, «Кристалл в прозрачной оправе». Рассказы о воде и камнях, 2015 |
Фосфорный аппетитно-апатичный «апатит» означает «обманщик» ― то ли из-за того, что раньше этот камень путали с бериллом и турмалином, то ли потому, что слишком уж он разнообразен. Похожим образом нарекли сфалерит ― от греческого «предательский». <...> | |
| — Василий Авченко, «Кристалл в прозрачной оправе». Рассказы о воде и камнях, 2015 |
Источники
править- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Вернадский В. И. Собрание сочинений : в 24 т.; под ред. Э. М. Галимова. — М.: Наука, 2013 г. — Том 3. Опыт описательной минералогии (1914–1922) — 572 c.
- ↑ 1 2 А. Е. Ферсман. «Воспоминания о камне». — М.: Издательство Академии Наук СССР, 1958 г.
- ↑ 1 2 Обручев В.А., «Мои путешествия по Сибири». — М., Л.: Изд-во АН СССР, 1948 г.
- ↑ 1 2 3 4 5 А.Г.Бетехтин, «Курс минералогии». — М.: Государственное издательство геологической литературы, 1951 год
- ↑ 1 2 3 Вронский Б. И. По таёжным тропам: Записки геолога. — Магадан: Кн. изд-во, 1960 г.
- ↑ 1 2 Иван Ефремов, «Лезвие бритвы». — М.: Молодая гвардия, 1964 г.
- ↑ 1 2 3 Борис Горзев. Клуб «Юный химик» (редакционная колонка). — М.: «Химия и жизнь», № 10, 1969 год
- ↑ 1 2 Л. М. Сулименко, «Галлий». ― М.: «Химия и жизнь», № 6, 1970 г.
- ↑ 1 2 Бюллетень Комиссии по разработке научного наследия академика В. И. Вернадского. Ответственный редактор – академик Э.М. Галимов; Вып. 23. – М.: ГЕОХИ РАН, 2019 г. – 279 с.
- ↑ 1 2 А. А. Антонов. «Минералогия родингитов Баженовского гипербазитового массива». — СПб: СПИФ «Наука» РАН, 2003 г.
- ↑ 1 2 3 В. О. Авченко. Кристалл в прозрачной оправе. Рассказы о воде и камнях. — М.: АСТ, 2015 г.
- ↑ Волынский И. С., Безсмертная М. С.. Об эталонах рудных минералов и некоторых новых методах исследования микровключений. В сборнике: Экспериментально-методические исследования рудных минералов. Посвящ. памяти проф. И. С. Волынского; отв. ред. М. С. Безсмертная и В. Г. Фекличев. — Москва : Наука, 1965 г. — 304 с.
- ↑ 1 2 3 Владимир Буланов, Анатолий Белоголов, Феликс Летников, Анатолий Сизых. Минералогия с основами кристаллографии 2-е изд., пер. и доп. Учебное пособие для академического бакалавриата. — Москва: Юрайт, 2018 г.
- ↑ «Чертой» у геологов называется абразивный след, оставляемый минералом на белой поверхности (диагностический признак).
- ↑ Вернадский В. И. Опыт описательной минералогии. — Москва: Издательство Юрайт, 2023 г. — 496 с. — (Антология мысли).
- ↑ Борис Горзев. Из биографии элемента № 32 (редакционная колонка). — М.: «Химия и жизнь», № 9, 1967 год
- ↑ Теодор Молдавер, Иосиф Левин. Индий. — М.: «Химия и жизнь», № 10, 1968 г.
- ↑ Борис Горзев. Что вы знаете и чего не знаете о галлии и его соединениях (редакционная колонка). — М.: «Химия и жизнь», № 6, 1970 год
- ↑ В.К. Арсеньев. «По Уссурийскому краю». «Дерсу Узала». — М.: Правда, 1983 г.
