Сульфиды, минералы: физические свойства, примеры применения

Сероводород – один из главных летучих компонентов магмы. Активно взаимодействуя с металлами, он образует множество соединений. Производные сероводорода представлены в земной коре более чем 200 минералами - сульфидами, которые, не являясь породообразующими, обычно сопутствуют тем или иным горным породам, являясь при этом источником ценного сырья. Ниже мы рассмотрим основные свойства сульфидов и близких к ним соединений, а также обратим внимание на сферы их использования.

Общая характеристика состава и структуры

Более 40 элементов таблицы Менделеева (как правило, металлы) образуют соединения с серой. Иногда вместо нее в подобных соединениях присутствуют мышьяк, сурьма, селен, висмут или теллур. Соответственно такие минералы носят наименование арсенидов, антимонидов, селенидов, висмутидов и теллуридов. Совместно с производными сероводорода все они включены в класс сульфидов благодаря сходству свойств.

Характерная для минералов этого класса химическая связь – ковалентная, с металлической компонентой. Наиболее часто встречающиеся структуры – координационная, островная (кластерная), иногда слоистая или цепочечная.

Физические свойства сульфидов

Практически все сульфиды характеризуются высоким удельным весом. Величина твердости по шкале Мооса у различных представителей группы колеблется в широких пределах и может составлять от 1 (молибденит) до 6,5 (пирит). Однако большинство сульфидов достаточно мягкие.

За малым исключением клейофан – разновидность цинковой обманки или сфалерита, минералы данного класса непрозрачны, часто имеют темную, иногда – яркую окраску, служащую важным диагностическим признаком (так же, как и блеск). Отражающая способность их может колебаться от средней до высокой.

Большая часть сульфидов – минералы, обладающие полупроводниковой электропроводностью.

Традиционная классификация

Несмотря на общность основных физических свойств, сульфиды, конечно, имеют внешние диагностические различия, по которым подразделяются на три типа.

1. Колчеданы. Это собирательное название минералов из группы сульфидов, обладающих металлическим блеском и окраской, имеющей оттенки желтого цвета, либо желтой побежалостью. Самый знаменитый представитель колчеданов – пирит FeS₂, он же серный или железный колчедан. К ним относятся также халькопирит CuFeS₂ (медный колчедан), арсенопирит FeAsS (мышьяковый колчедан, он же тальгеймит или миспикель), пирротин Fe₇S₈ (магнитный колчедан, магнитопирит) и другие.
2. Блески. Так именуются сульфиды с металлическим блеском и цветом от серого до черного. Характерные примеры таких минералов – галенит PbS (свинцовый блеск), халькозин Cu₂S (медный блеск), молибденит MoS₂, антимонит Sb₂S₃ (сурьмяный блеск).
3. Обманки. Это название минералов из группы сульфидов, характеризующихся неметаллическим блеском. Типичные примеры подобных сульфидов – сфалерит ZnS (цинковая обманка) или киноварь HgS (ртутная обманка). Известны также реальгар As₄S₄ – красная мышьяковая обманка, и аурипигмент As₂S₃ – желтая мышьяковая обманка.
   

Различия по химическим признакам

Более современная классификация основана на особенностях химического состава и включает следующие подклассы:

• Простые сульфиды являются соединениями иона металла (катион) и серы (анион). В качестве примера таких минералов можно упомянуть галенит, сфалерит, киноварь. Все они – простые производные сероводорода.
• Двойные сульфиды отличаются тем, что в них с анионом серы связываются несколько (два и более) катионов металлов. Это халькопирит, борнит («пестрая медная руда») Cu₅FeS₄, станнин (оловянный колчедан) Cu₂FeSnS₄ и другие подобные им соединения.
• Дисульфиды – соединения, в которых катионы связаны с анионной группировкой S₂ либо AsS. К ним относятся такие минералы из группы сульфидов и арсенидов (сульфоарсенидов), как пирит, имеющий наибольшее распространение, или мышьяковый колчедан арсенопирит. Также в этот подкласс входит кобальтин CoAsS.
• Сложные сульфиды, или сульфосоли. Это название минералов из группы сульфидов, арсенидов и близких к ним по составу и свойствам соединений, представляющих собой соли тиокислот, таких как тиомышьяковистая H₃AsS₃, тиовисмутистая H₃BiS₃ или тиосурьмянистая H₃SbS₃. Так, в подкласс сульфосолей (тиосолей) входят минерал лиллианит Pb₃Bi₂S₆ или так называемые блеклые руды Cu₃(Sb,As)S₃.
  

Морфологические особенности

Сульфиды и дисульфиды могут образовывать крупные кристаллы: кубические (галенит), призматические (антимонит), в форме тетраэдров (сфалерит) и других конфигураций. Также они формируют плотные, зернистые кристаллические агрегаты или вкрапленники. Сульфиды со слоистым строением имеют уплощенно-таблитчатые или листоватые кристаллы, например, аурипигмент или молибденит.

Спайность сульфидов может быть различной. Она варьирует от весьма несовершенной у пирита и несовершенной у халькопирита до весьма совершенной в одном (аурипигмент) или нескольких (сфалерит, галенит) направлениях. Тип излома тоже неодинаков у разных минералов.

Генезис минералов группы сульфидов

Большинство сульфидов образуются путем кристаллизации из гидротермальных растворов. Иногда минералы этой группы имеют магматическое или скарновое (метасоматическое) происхождение, а также могут формироваться в ходе экзогенных процессов - в восстановительных условиях в зонах вторичного обогащения, в некоторых случаях в осадочных породах, как пирит или сфалерит.

В условиях поверхностного нахождения все сульфиды, кроме киновари, лаурита (сульфид рутения) и сперрилита (арсенид платины), очень неустойчивы и подвержены окислению, что ведет к образованию сульфатов. Результатом процессов изменения сульфидов становятся такие типы минералов, как оксиды, галогениды, карбонаты. Кроме того, за счет их разложения возможно образование самородных металлов – серебра или меди.

Особенности залегания

Сульфиды – минералы, образующие рудные скопления различного характера в зависимости от соотношения их с прочими минералами. Если сульфиды преобладают над ними, принято говорить о массивных или сплошных сульфидных рудах. В противном случае руды называют вкрапленными или прожилковыми.

Очень часто сульфиды отлагаются совместно, образуя месторождения полиметаллических руд. Таковы, например, медно-цинково-свинцовые сульфидные руды. Кроме того, разные сульфиды одного металла нередко формируют его комплексные месторождения его. Например, халькопирит, куприт, борнит – медьсодержащие минералы, залегающие вместе.

Чаще всего рудные тела сульфидных месторождений имеют форму жил. Но встречаются и линзообразные, штоковые, пластовые формы залегания.

Применение сульфидов

Сульфидные руды чрезвычайно важны как источник редких, благородных и цветных металлов. Из сульфидов получают медь, серебро, цинк, свинец, молибден. Висмут, кобальт, никель, а также ртуть, кадмий, рений и другие редкие элементы тоже извлекаются из таких руд.

Помимо этого, некоторые сульфиды используются в производстве красок (киноварь, аурипигмент) и в химической промышленности (пирит, марказит, пирротин – для производства серной кислоты). Молибденит, кроме использования в качестве руды, применяется как специальная сухая жаростойкая смазка.

Сульфиды – минералы, представляющие интерес благодаря своим электрофизическим свойствам. Однако для нужд полупроводниковой, электрооптической, инфракрасно-оптической техники применяют не природные соединения, а их искусственно выращиваемые аналоги в форме монокристаллов.

Еще одна область, где находят применение сульфиды, – радиоизотопное геохронологическое датирование некоторых рудных пород при помощи самарий-неодимового метода. В таких исследованиях используют халькопирит, пентландит и другие минералы, содержащие редкоземельные элементы - неодим и самарий.

Эти примеры свидетельствуют о том, что сфера применения сульфидов весьма широка. Они играют существенную роль в различных технологиях и в качестве сырья, и как самостоятельные материалы.