جرت محاولات لتنظيم المعادن على أسس مختلفة في العالم القديم. في البداية (من أرسطو إلى ابن سينا ​​والبيروني)، تم تنظيم المعادن وفقًا للسمات الخارجية. من النصف الثاني من القرن التاسع عشر. اكتسبت التصنيفات الكيميائية توزيعا استثنائيا، وذلك في القرن العشرين. - الكيمياء البلورية. حاليا، التصنيف الأكثر شيوعا للمعادن، والذي يعتمد على المبدأ الكيميائي (التركيب الكيميائي، نوع المركبات الكيميائية، طبيعة الرابطة الكيميائية). يتم تمييز الأصناف الأصغر داخل الفئات مع الأخذ في الاعتبار السمات الهيكلية للمعادن (الجدول 1.1).

وصف موجز للفئات المعدنية

العناصر الأصلية. هناك حوالي 40 عنصرًا كيميائيًا معروفًا في حالته الأصلية في الطبيعة، لكن معظمها نادر جدًا. يرتبط وجود العناصر في شكلها الأصلي ببنية ذراتها التي تحتوي على أغلفة إلكترونية مستقرة. تسمى العناصر الخاملة كيميائيا في الظروف الطبيعية بالعناصر النبيلة.

تم العثور على Au، Pt، Ag، Cu، Fe، Pb، Sn، Hg، Zn، Al في شكل معادن أصلية، وسبائك عدة معادن نموذجية في الحالة الطبيعية، على سبيل المثال (Pt + Fe)، (Pt +) Fe + Ni)، (Au + Ag)، إلخ. As، Sb، Se، Te هي الأكثر شيوعًا بين أشباه المعادن الأصلية، والتعديلات المختلفة لـ C (الجرافيت، الماس) وS هي بين غير المعادن. غالبًا ما يكون الجرافيت والكبريت تشكل ودائع كبيرة.

الكالكوجينيدات (مركبات الكبريت) هي مركبات الكاتيونات مع الكبريت (الكبريتيدات). هناك حوالي 200 مركب كبريتي معروف في الطبيعة، ولكن تم العثور على 20 منها فقط بكميات كبيرة. المركبات الأكثر شيوعًا مع Fe، Cu، Pb، Zn، Sb، Hg.

يتنوع لون الكبريتيدات (الرمادي الرصاصي والأسود والأصفر النحاسي والأصفر النحاسي والبرتقالي والأصفر والأحمر). تتراوح الصلابة من 1 إلى 6-6.5، وتتراوح الكثافة من متوسطة إلى عالية.

يتم تشكيل الجزء الأكبر من الكبريتيدات عن طريق الوسائل الحرارية المائية، ومن المعروف أيضا كبريتيدات التكوين النارية والمتحولة، وبعضها نتيجة لعمليات خارجية.

تعد الكبريتيدات من المعادن الخام المهمة والمواد الخام للحصول على سبائك المعادن غير الحديدية والثقيلة وبعض المعادن النادرة والمتناثرة.

الجدول 1.1

تصنيف المعادن

مركبات الأكسجين. أكاسيد وهيدروكسيدات - مركبات العناصر مع الأكسجين، وتحتوي الهيدروكسيدات أيضًا على الماء. وتشكل هذه المعادن في القشرة الأرضية حوالي 17%، منها السيليكا (SiO2) تشكل 12.6%. أكاسيد وهيدروكسيدات الحديد - 3.9٪. تشمل المعادن الشائعة أيضًا أكاسيد وهيدروكسيدات الألومنيوم والمنجنيز وأكاسيد التيتانيوم.

وتختلف الخصائص الفيزيائية لهذه المعادن، فأغلبها يتميز بالصلابة العالية. الأصل هو الصخور المنصهرة، البغماتيت، الحرارية المائية، ولكن معظم الأكاسيد تتشكل نتيجة لعمليات خارجية في الأجزاء العليا من الغلاف الصخري. يتم تدمير العديد من المعادن الداخلية أثناء التجوية وتتحول إلى أكاسيد وهيدروكسيدات، كمركبات أكثر استقرارًا تحت الظروف السطحية. كونها مستقرة جسديًا وكيميائيًا، تتراكم العديد من الأكاسيد في الغرينيات.

الكبريتات - الأملاح الطبيعية لحمض الكبريتيك. ويعرف في الطبيعة حوالي 190 نوعاً معدنياً وهي عبارة عن أملاح لا مائية بسيطة أو أملاح معقدة ذات مياه دستورية ومتبلورة. الوحدة الهيكلية الرئيسية هي الجذر الأنيوني 2؛ بين الكاتيونات، Ca 2+، Ba 2+، Mg 2+، وما إلى ذلك تشكل الأنواع.

يرجع لون الكبريتات إلى شوائب أيونات الكروموفور ووجود عيوب هيكلية. يتميز بقساوته المنخفضة (2-3.5) وحسن ذوبانه في الماء.

تتشكل الكبريتات تحت ظروف الأكسدة في مناطق توزيع رواسب الكبريتيد، في القشور التجوية، وكذلك رواسب كيميائية للصودا والكبريتات والبحيرات المالحة وأحواض المياه الكبيرة. تعتبر الكبريتات الداخلية نموذجية للأوردة الحرارية المائية المتوسطة والمنخفضة الحرارة، وفي كثير من الأحيان يتم الإشارة إليها على أنها منتجات للنشاط البركاني.

الفوسفات - أملاح حامض الفوسفوريك. من المعروف في الطبيعة أكثر من 230 مركبًا مائيًا ولا مائيًا بسيطًا ومعقدًا. الوحدة الهيكلية الرئيسية هي الجذر الأنيوني 3-؛ من بين الكاتيونات، Ca 2+، Fe 2+، Fe 3+، Mg 2+، TR 3+ وغيرها هي التي تشكل الأنواع، ويتواجد الفوسفات على شكل صفائح مسطحة وبلورات جدولية أو على شكل مجاميع متقشرة. . الخصائص المميزة: اللون الأزرق عديم اللون أو ذو اللون المكثف بظلال مختلفة؛ التلألؤ؛ صلابة - 3-5، كثافة - 1.6-7.0 جم / سم 3. الأصل: الصهارة، الحرارية المائية، خارجية.

كربونات- أملاح حمض الكربونيك. الكاتيونات الرائدة هي Ca 2+ , Fe 2+ , Na + , Mg 2+ , Ba 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ وغيرها، وهذه مجموعة كبيرة (حوالي 120 نوعًا معدنيًا)، والعديد منها موجود على نطاق واسع. وزعت. توجد كربونات على شكل بلورات جيدة الأوجه ذات حجم كبير؛ كتل حبيبية كثيفة تشكل طبقات أحادية قوية ؛ ركام نصف قطري، حلقي، ملبد، على شكل كلية ومخاليط دقيقة مع معادن أخرى.

معظم الكربونات بيضاء أو عديمة اللون. يتم نقل لون الكربونات بواسطة أيونات الكروموفور مثل Fe 2+، Mn 2+، TR 3+، Cu 2+ والشوائب الميكانيكية الدقيقة (الهيماتيت، البيتومين، إلخ). الصلابة حوالي 3-4.5، والكثافة منخفضة، باستثناء كربونات الزنك والرصاص والبا.

علامة تشخيصية مهمة هي عمل الأحماض (حمض الهيدروكلوريك، HNO 3) على الكربونات، والتي تغلي منها إلى حد ما مع إطلاق ثاني أكسيد الكربون.

حسب الأصل، تكون الكربونات رسوبية (رواسب كيميائية حيوية أو كيميائية)، ورسوبية متحولة؛ السطح المميز لمنطقة الأكسدة. درجات الحرارة المائية المنخفضة والمتوسطة. ميتاسوماتيك. في بعض الأحيان تتبلور من الكالسيت والصودا الحمم البركانية.

تعتبر الكربونات من أهم المعادن اللافلزية، كما أنها من الخامات القيمة للزنك والرصاص والحديد والنحاس وغيرها من المعادن. الحجر الجيري والدولوميت والرخام هي صخور أحادية المعدن تقريبًا تتكون من الكربونات.

السيليكات - أملاح حمض السيليك. تمثل حصة السيليكات ما يصل إلى 75٪ من كتلة القشرة الأرضية وحوالي 25٪ من الأنواع المعدنية. يوجد أكثر من 700 سيليكات طبيعية معروفة في الطبيعة، بما في ذلك أهم المعادن المكونة للصخور (الفلسبار، البيروكسينات، الأمفيبولات، الميكا، إلخ).

الوحدة الهيكلية الرئيسية هي جذور رباعية السطوح معزولة 4-. الكاتيونات الرائدة Na +، Mg 2+، Al 3+، Ca 2+، Fe 2.3+، K +، Mn 2+.

يتم تحديد التنوع الهيكلي للسيليكات من خلال بنية جذور السيليكون والأكسجين. هناك سيليكات ذات جذور الجزيرة والسلسلة والشريط والصفائح والإطار.

سيليكات الجزيرة، أي. السيليكات مع رباعيات الأسطح المعزولة 4- ومجموعات معزولة من رباعيات الأسطح. في السيليكات ذات رباعيات الأسطح المعزولة، يكون لكل ذرة من الأكسجين الأربعة تكافؤ حر واحد. لا ترتبط رباعيات الأسطح مباشرة ببعضها البعض، ويحدث الاتصال من خلال كاتيونات Mg، Fe، Al، Zr، وما إلى ذلك. تتمتع السيليكات ذات البنية الجزيرة بمظهر متساوي القياس وتتميز بزيادة الصلابة والكثافة (الزبرجد الزيتوني).

تتميز سيليكات السلسلة ببنية يتم فيها مفصلية رباعيات الأسطح على شكل سلاسل معزولة مستمرة. الجذور 4-، 6-، الكاتيونات Ca 2+، Mg 2+، Fe 3+، Al 3+، Na + (البيروكسينات).

تحتوي السيليكات الشريطية على رباعيات الأسطح على شكل سلاسل مزدوجة وأشرطة وأحزمة. جذري 6-، الكاتيونات Ca 2+، Mg 2+، Fe 3+، Al 3+، Na +، (أمفيبولات). غالبا ما تحتوي على أيونات (OH) ‾2.

عادة ما تكون سيليكات هياكل السلسلة والشريط ممدودة، وتتميز ببلورات منشورية وعمودية، ومجموعات إبرية وليفية.

سيليكات الصفائح عبارة عن سيليكات ذات طبقات متواصلة من رباعي الأسطح السيليكون والأكسجين. جذري مثل هذا الهيكل هو 2 - . يتم عزل طبقات رباعيات الأسطح عن بعضها البعض وتتصل بالكاتيونات Mg 2+، Fe 3+، Al 3+، Ni +، إلخ. وهي تحتوي على أيونات (OH) 2، (OH، F) 2 (التلك، السربنتين، الطين) المعادن والميكا والكلوريت).

تتميز سيليكات الصفائح بانقسام مثالي للغاية ومظهر يشبه الصفائح المعدنية. ويفسر ذلك حقيقة أن طبقات رباعي السطوح السيليكون والأكسجين نفسها قوية جدًا، وأن الرابطة بينها من خلال الكاتيونات أقل قوة.

سيليكات الإطار عبارة عن سيليكات ذات هياكل ثلاثية الأبعاد متواصلة من الألومنيوم ورباعي أسطح السيليكون والأكسجين. في هذه الحالة، يتم مشاركة جميع أكسجين رباعي الأسطح، ويتم استخدام تكافؤها للترابط مع الكاتيونات، ويكون الإطار محايدًا. جذري مثل هذا الإطار هو 0 . هذا الإطار هو الذي يتوافق مع هيكل الكوارتز (ولهذا السبب، يمكن الإشارة إلى الكوارتز على أنه سيليكات ذات هيكل إطاري).

تتشكل جذور الألومنيوم والأكسجين م- نتيجة لاستبدال السيليكون رباعي التكافؤ بألومنيوم ثلاثي التكافؤ، مما يؤدي إلى ظهور تكافؤ حر واحد ويستلزم الحاجة إلى دخول الكاتيونات الأخرى. كاتيونات السيليكات المكونة للأنواع هي Na +، K +، Ca 2+ (الفلسبار، الفلسباتيدات).

معظم السيليكات عديمة اللون أو بيضاء. يتم طلاء سيليكات الحديد والمنغنيز والنيكل والزنك وعناصر أخرى بألوان مختلفة. بريق الزجاج إلى الماس. انقسام مثالي في اتجاهين أو ثلاثة اتجاهات، مثالي جدًا، الكثافة من 2.0 إلى 6.5 جم/سم3، الصلابة 1-8.

السيليكات هي معادن متعددة الجينات. وهي تتبلور من الصهارة، وتتشكل في عملية التحول، وهي نموذجية لمناطق الأكسدة في رواسب الخام.

الهاليدات (مركبات الهالوجين). كلوريدات - أملاح حمض الهيدروكلوريك. حوالي 100 نوع معدني معروف. اللون الجوهري للكلوريدات أبيض. البلورات النقية عديمة اللون وشفافة. يتم إعطاء الألوان الأصفر والبني والرمادي والأحمر وغيرها من الألوان لمركبات الهالوجين عن طريق الشوائب الميكانيكية: هيدروكسيدات الحديد والمواد العضوية وما إلى ذلك. الكلوريدات لها صلابة منخفضة - 1.0-3.5؛ تتراوح كثافته من 1.5-2.5 إلى 6.5-8.3 جم/سم3، قابل للذوبان في الماء بسهولة، استرطابي.

تتشكل الكلوريدات بشكل رئيسي بالطريقة الكيميائية الرسوبية - أثناء تبخر الماء من بحيرات الملح والصودا أو أحواض البحر والبحيرات.

الفلوريدات- المركبات الطبيعية من عناصر Na، K، Ca، Mg وعناصر أخرى مع الفلور. من المعروف أن ما يصل إلى 59 نوعًا من المعادن، معظمها محدود التوزيع. المعدن الأكثر قيمة هو الفلوريت، والذي يتواجد في رواسب من الأنواع الحرارية المائية، والمذيبة للهواء، والجيريزن.

يوضح الجدول 1.2 خصائص المعادن والمعادن الرئيسية المكونة للصخور الأكثر انتشارًا في الطبيعة ولها قيمة عملية.

أسئلة للفحص الذاتي

تحديد مصطلح المعدنية.

ما هي الحالة التي يمكن أن تكون لها المعادن في الظروف الطبيعية؟

ما هو الفرق بين المعادن البلورية وغير المتبلورة؟

ما هو الركام المعدني؟ ما هي المجاميع؟

اذكر أهم الخصائص الفيزيائية للمعادن.

ما هو الانقسام؟ أسبابها.

ما هي الطرق الموجودة لتحديد الصلابة؟

تسمية المعادن على مقياس موس للصلابة.

ما هو كسر المعادن؟

ما هي أسباب تلوين المعادن؟

ما هو الهارب؟ ما هي المعادن التي تنتمي إليها؟

كيف تختلف المعادن في التألق؟

كيف يتم تحديد الخواص المغناطيسية للمعادن؟

كيف يمكن تصنيف المعادن؟ ما هي ميزة تصنيف المعادن الأكثر استنادا إلى العلم؟

ما هي عمليات تكوين المعادن الداخلية وأيها خارجية؟

يمارس:

باستخدام الجدول. 1.2 البسكويت والنظارات والكواشف وما إلى ذلك تحديد العينات من المجموعة المقدمة من المعلم.

يعتمد هذا التصنيف على المبدأ الكيميائي البلوري

الفئات الرئيسية للمعادن

• 1) السيليكات
• 2) الأكاسيد والهيدروكسيدات
• 3) الكربونات
• 4) الفوسفات
• 5) الكبريتات
• 6) النترات
• 7) الكبريتيدات
• 8) العناصر الأصلية
• 1. فئة السيليكات – الأكثر شيوعاً في القشرة الأرضية (أكثر من 33% من مجموع المعادن، أقل من 85% من كتلة القشرة الأرضية)

تحتوي الوحدة الهيكلية الرئيسية للسيليكات - رباعي السطوح السيليكون والأكسجين 4 - على أربع روابط تكافؤ حرة، والتي ترتبط بها عناصر كيميائية أخرى ورباعي أسطح السيليكون والأكسجين.

اعتمادا على طبيعة المركبات، هناك

• أ) سيليكات الجزيرة (رباعي الأسطح عبارة عن جزر من رباعيات مفردة أو مزدوجة أو مجموعات من 3، 4، 6 رباعيات الأسطح متصلة في حلقات، وتتصل رباعيات الأسطح بواسطة كاتيونات Mg 2+، Fe 2+، Fe 3+، Mn 2+). مثال الزبرجد الزيتوني، العقيق، الزركون، التوباز. يتميز الفصل بالكثافة العالية.
• ب) السيليكات الحلقية (ترتبط رباعيات الأسطح بحلقات كبيرة) - مثال - البريل والتورمالين
• ج) السيليكات المتسلسلة (رباعي الأسطح متصل ببعضه البعض في سلاسل متواصلة بجذر 4-). مثال على ذلك هو أغسطس.
• د) السيليكات الشريطية (تشكل رباعيات الأسطح سلاسل مزدوجة ذات جذر 6)، ومن الأمثلة على ذلك الهورنبلند، والأكتينوليت، واليشم. يتميز الفصل ببنية ليفية.
• هـ) صفائح السيليكات (تشكل رباعيات الأسطح طبقة واحدة متواصلة). ومن الأمثلة على ذلك الميكا، الهيدروميكاس، الطين، السربنتين. يتميز الفصل بالانقسام المثالي للغاية
• و) سيليكات الإطار (الفلسبار). في السيليكات، bvth - fdubnate مع بعضها البعض في سلاسل مستمرة مع np الجذري لـ 3،4،6 عناصر رباعية السطوح من هذا النوع؛ يتكون الإطار المستمر من رباعيات الأسطح متصلة ببعضها البعض من خلال أكسجين القمم الأربعة. لا توجد تكافؤات حرة هنا، إضافة أيونات أخرى أمر مستحيل. ويمكن استبدال السيليكون بالألومنيوم أو التيتانيوم، ويحدث تكافؤ إضافي. يتميز الفصل بالانقسام المثالي

هناك الفئات الفرعية التالية

• 1. الفلسبار البوتاسيوم الصوديوم - أورثوكلاز، ميكروكلين
• 2. الفلسبار الصودا والكالسيوم - الألبيت، أنديسايت، اللابرادوريت
• 3. الفلسباتيدات - نيفلين
• 4. الزيوليت
• 2. فئة الأكاسيد والهيدروكسيدات (يوجد في الفصل حوالي 200 معدن ، 17٪ من كتلة القشرة الأرضية ، وحصة الكوارتز 12.6٪ ، والأكاسيد والهيدروكسيدات - 3.9٪). قدرة مميزة - صلابة وكثافة عالية. يجمع ممثلو هذه الفئة بين المعادن ذات الأصل المختلف وينقسمون حسب الاسم إلى فئتين فرعيتين: الأكاسيد التي تتميز بالصلابة العالية والمتوسطة والهيدروكسيدات ذات الصلابة المنخفضة. من ناحية أخرى، يمكن تقسيم الفئة المسماة إلى أكاسيد وهيدروكسيدات السيليكون وأكاسيد وهيدروكسيدات المعادن. تتمتع أكاسيد وهيدروكسيدات السيليكون بقيمة مهمة للغاية في تكوين الصخور: فقط حصة الكوارتز SiO2 تمثل ما يصل إلى 12٪ من كتلة القشرة الأرضية. يتم تمثيل التعديلات البلورية المشفرة للكوارتز بواسطة العقيق الأبيض ذو الألوان المختلفة. ومن بين أكاسيد السيليكون المائية، ينبغي ذكر أوبال SiO2 x nH2O. وتتميز هذه المعادن، على التوالي، ببريق زجاجي أو معدني. تتمتع أكاسيد وهيدروكسيدات المعادن بأهم قيمة في تكوين الخام. وتتميز، على التوالي، بريق معدني أو غير لامع. تنتمي القيمة الأكبر إلى معادن مثل المغنتيت Fe3O4 والهيماتيت Fe2O3 والليمونيت Fe2O3 x nH2O وأكسيد الالمونيوم Al2O والبوكسيت Al2O x nH2O.
• 3. فئة الكربونات (80 معدناً، أملاح حمض الكربونيك، 1.5% من كتلة القشرة الأرضية) – صلابة متوسطة، بريق غير معدني، لون فاتح، قابلة للذوبان بسهولة في الماء الغني بثاني أكسيد الكربون الحر مثال – كالسيت، أراغونيت ، الملكيت، الدولوميت. وللكربونات أهمية كبيرة في تكوين الصخور في تركيب الصخور الرسوبية والمتحولة، فهي تشكل ما يصل إلى 2% من كتلة القشرة الأرضية. السمة المميزة للكربونات هي تفاعلها النشط مع حمض الهيدروكلوريك، مصحوبًا بإطلاق سريع لثاني أكسيد الكربون. وبريق معظم الكربونات زجاجي، وصلابته منخفضة. الممثلون الأكثر شيوعًا هم الكالسيت CaCO3، المغنسيت MgCO3، الدولوميت CaMg(CO3)2، السدريت FeCO3.
• 4. تتكون فئة الفوسفات من أملاح حامض الفوسفوريك من أصول مختلفة. ويضم الفصل حوالي 200 معدن تشكل حوالي 0.7% من كتلة القشرة الأرضية. الأكثر استخدامًا لإنتاج الأسمدة الفوسفورية ذات الأصل الناري هو الأباتيت Ca5 (F، Cl) 3 والفوسفوريت (فوسفات الكالسيوم) القريب منه في التركيب، ولكن من أصل سوبرجيني. يتميز الفوسفات بانخفاض الصلابة والكثافة.
• 5. فئة الكبريتات (260 معدن، 0.1٪ من كتلة القشرة الأرضية) - عادة ما تكون هذه رواسب كيميائية تحدث مع الهاليدات. الجبس والأنهيدريت هي خامات زراعية تستخدم في لعق الملح الجبس. الكبريتات هي أملاح حمض الكبريتيك التي تتراكم، في أغلب الأحيان، في بيئة مائية مشبعة بالأملاح. تتميز المعادن بقلة صلابتها، وأنواعها غير المعدنية ذات اللمعان، واللون الفاتح. الجبس CaSO4 x 2H2O، الأنهيدريت CaSO4، ميرابيليت (ملح جلوبر) Na2SO4 x 10H2O منتشرة على نطاق واسع في القشرة الأرضية.
• 6. فئة الهالوجينات (100 معدن، 0.5% من كتلة القشرة الأرضية) - أملاح أحماض الهيدروهاليك، خفيفة، شفافة، شديدة الذوبان في الماء. كثير منهم من الخامات الزراعية. الهاليدات (مركبات الهالوجين) هي أملاح الأحماض الهيدروهاليكية. المركبات الأكثر شيوعًا هي الكلوريد والفلورايد، مثل تلك المستخدمة في الصناعة الكيميائية هاليت NaCl (الملح الصخري)، سيلفين KCl (ملح البوتاسيوم). تستخدم البصريات فلوريت CaF2. وتتميز الهاليدات ببريقها الزجاجي، وانخفاض صلابتها وكثافتها، وسهولة ذوبانها في الماء في كثير من الأحيان.
• 7. فئة النترات (نادرة للغاية في الطبيعة) - مشتقات أملاح حمض النيتريك. بالنسبة للمعادن من هذه الفئة، تم إنشاء اسم "الملح الصخري"، وقد ثبت أن مصدر N فيها هو النيتروجين من الهواء. تكوين الملح الصخري هو من أصل حيوي، والملح الصخري هو سماد معدني قيم.
• 8. فئة الكبريتيدات (200 معدن، 0.15٪ من كتلة القشرة الأرضية) - أملاح حمض هيدروكبريتيد، خامات أهم المعادن، مستقرة فقط تحت GWL، أعلى في منطقة التجوية، يتم تدمير المعادن . الكبريتيدات هي مركبات الكبريت من المعادن الثقيلة. يحدث تكوين الكبريتيدات دون الوصول إلى الأكسجين، ومعظمها من أصل حراري مائي. عند الأكسدة، تتحول الكبريتيدات بسهولة إلى أكاسيد أو كربونات أو كبريتات. وتكمن قيمة الكبريتيدات في أنها خامات للمعادن غير الحديدية، وغالباً ما تكون مصحوبة بالذهب. وأكثرها شيوعًا هي البيريت (بيريت الحديد) FeS2، والكالكوبايرايت (بيريت النحاس) CuFeS2، والجالينا (بريق الرصاص) PbS، والسفاليريت (مزيج الزنك) ZnS، والزنجفر HgS، وما إلى ذلك. وتتميز الغالبية العظمى من الكبريتيدات بالبريق المعدني، وانخفاض و صلابة متوسطة، كثافة عالية. المعادن التي تشكل الكبريتيدات (Pb، As، Hg، Cd) شديدة السمية وتشكل بتركيزات عالية خطراً على جميع الكائنات الحية.
• 9. طائفة العناصر الأصلية (حوالي 50 معدناً، بما فيها الغازات، أقل من 0.1% من كتلة القشرة الأرضية). ويشمل حزب العمال، حج، الاتحاد الأفريقي، النحاس، S، الماس، الجرافيت. تتكون المعادن الأصلية من عنصر كيميائي واحد فقط. ومعظمها ذات أهمية اقتصادية كبيرة (الماس والجرافيت والكبريت والذهب والنحاس وغيرها). الخصائص الفيزيائية للمعادن المحلية متنوعة للغاية.

محتوى المقال

المعادن والمعادن.المعادن – التكوينات الطبيعية الصلبة التي تكون جزءاً من صخور الأرض والقمر وبعض الكواكب الأخرى، وكذلك النيازك والكويكبات. المعادن، كقاعدة عامة، هي مواد بلورية متجانسة إلى حد ما مع بنية داخلية مرتبة وتركيبة معينة، والتي يمكن التعبير عنها بالصيغة الكيميائية المقابلة. المعادن ليست خليطًا من أصغر الجزيئات المعدنية، مثل الصنفرة (التي تتكون أساسًا من اكسيد الالمونيوم والمغنتيت) أو الليمونيت (مجموع من الجيوثيت وهيدروكسيدات الحديد الأخرى)، فهي تشتمل أيضًا على مركبات من عناصر ذات بنية غير منتظمة، تشبه الزجاج البركاني (سبج، الخ)..). المعادن هي عناصر كيميائية أو مركباتها تكونت نتيجة العمليات الطبيعية. وتستثنى من عدد المعادن أهم أنواع المواد الخام المعدنية ذات الأصل العضوي مثل الفحم والنفط.

علم المعادن- علم المعادن وتصنيفها وتركيبها الكيميائي وخصائص وانتظام تركيبها (الهيكل) وأصلها وظروفها الطبيعية والتطبيق العملي. للحصول على تفسير أعمق للبنية الداخلية للمعادن وارتباطها بتاريخ الأرض، يعتمد علم المعادن على الرياضيات والفيزياء والكيمياء. ويستخدم البيانات الكمية إلى حد أكبر من العلوم الجيولوجية الأخرى، حيث أن التحليل الكيميائي الدقيق والقياسات الفيزيائية الدقيقة ضرورية للحصول على وصف مناسب للمعادن.

تاريخ علم المعادن

تم استخدام رقائق الصوان ذات الحواف الحادة من قبل الإنسان البدائي كأدوات موجودة بالفعل في العصر الحجري القديم. لطالما كان الصوان (نوع من الكوارتز ذو الحبيبات الدقيقة) هو المعدن الرئيسي. في العصور القديمة، كانت المعادن الأخرى معروفة للإنسان. تم استخدام بعضها، مثل الهيماتيت الكرز، والجوثيت الأصفر والبني، وأكاسيد المنغنيز السوداء، كدهانات لطلاء الكهوف وطلاء الجسد، بينما تم استخدام البعض الآخر، مثل العنبر واليشم والذهب الأصلي، في صناعة أدوات الطقوس والمجوهرات. والتمائم. في مصر في فترة ما قبل الأسرات (5000-3000 قبل الميلاد)، كانت العديد من المعادن معروفة بالفعل. تم استخدام النحاس الأصلي والذهب والفضة في المجوهرات. في وقت لاحق إلى حد ما، بدأت الأدوات والأسلحة في صنع النحاس وسبائكه - البرونز. تم استخدام العديد من المعادن كأصباغ، والبعض الآخر للمجوهرات والأختام (الفيروز، اليشم، الكريستال، العقيق الأبيض، الملكيت، العقيق، اللازورد والهيماتيت). في الوقت الحاضر، تعمل المعادن كمصدر للحصول على المعادن ومواد البناء (الأسمنت والجص والزجاج وغيرها)، والمواد الخام للصناعة الكيميائية، وما إلى ذلك.

في أول أطروحة معروفة في علم المعادن عن الحجارةتلميذ أرسطو، اليوناني ثيوفراستوس (حوالي 372-287 قبل الميلاد)، تم تقسيم المعادن إلى معادن وأتربة وأحجار. وبعد حوالي 400 عام، ظهر بليني الأكبر (23-79 م) في الكتب الخمسة الأخيرة تاريخ طبيعيلخص جميع المعلومات المتاحة في ذلك الوقت عن علم المعادن.

في أوائل العصور الوسطى، في بلدان المشرق العربي، التي تبنت معرفة اليونان القديمة والهند القديمة، كان هناك ازدهار للعلم. قام العالم الموسوعي في آسيا الوسطى بيروني (973 - ج. 1050) بتجميع أوصاف الأحجار الكريمة ( علم المعادن) واخترع طريقة لقياس جاذبيتها النوعية بدقة. عالم بارز آخر ابن سينا ​​(ابن سينا) (980–1037) في أطروحة عن الحجارةأعطى تصنيفًا لجميع المعادن المعروفة، وقسمها إلى أربع فئات: الحجارة والأتربة، والوقود الأحفوري، والأملاح، والمعادن.

في العصور الوسطى في أوروبا، كان هناك تراكم للمعلومات العملية حول المعادن. أصبح عامل المناجم والمنقّب، بالضرورة، علماء معادن ممارسين ونقلوا خبرتهم ومعارفهم إلى الطلاب والمتدربين. كانت المجموعة الأولى من المعلومات الواقعية عن علم المعادن العملي والتعدين وعلم المعادن هي عمل ج. أجريكولا عن المعادن (دي إعادة ميتاليكا) ، نُشر عام 1556. من خلال هذه الأطروحة والعمل السابق عن طبيعة الحفريات (الحفريات الطبيعية، 1546)، والذي يحتوي على تصنيف للمعادن بناءً على خصائصها الفيزيائية، ويُعرف أجريكولا بأنه أبو علم المعادن.

لمدة 300 عام بعد نشر أعمال أجريكولا، تم تخصيص البحث في مجال علم المعادن لدراسة البلورات الطبيعية. في عام 1669، قام عالم الطبيعة الدنماركي ن. ستينون، بتلخيص ملاحظاته على مئات بلورات الكوارتز، بتأسيس قانون ثبات الزوايا بين وجوه البلورات. وبعد قرن من الزمان (1772) أكد روما دي ليسلي استنتاجات ستينون. في عام 1784، وضع الأباتي ر. جايوي أسس الأفكار الحديثة حول التركيب البلوري. في عام 1809، اخترع ولاستون مقياس الزوايا العاكس، مما جعل من الممكن قياس الزوايا بين الوجوه البلورية بشكل أكثر دقة، وفي عام 1812 طرح مفهوم الشبكة المكانية كقانون للبنية الداخلية للبلورات. في عام 1815، اقترح P. Cordier دراسة الخصائص البصرية لشظايا المعادن المسحوقة تحت المجهر. يرتبط التطوير الإضافي للأبحاث المجهرية باختراع دبليو نيكول في عام 1828 لجهاز للحصول على الضوء المستقطب (منشور نيكول). تم تحسين المجهر المستقطب في عام 1849 على يد ج. سوربي، الذي طبقه على دراسة الأجزاء الشفافة من الصخور.

كانت هناك حاجة لتصنيف المعادن. في عام 1735، نشر C. Linna عملا نظام الطبيعة (طبيعة النظام)، حيث تم تصنيف المعادن وفقا لخصائصها الخارجية، أي. تماما مثل النباتات والحيوانات. ثم اقترح العلماء السويديون - أ. كرونستيدت في عام 1757 وج. بيرسيليوس في عامي 1815 و1824 - عدة خيارات للتصنيفات الكيميائية للمعادن. تم إنشاء التصنيف الثاني لبيرسيليوس، الذي تم تعديله بواسطة K. Rammelsberg في 1841-1847، بعد أن وضعه عالم المعادن الأمريكي ج. دان في أساس الطبعة الثالثة. أنظمة علم المعادن (نظام دانا للمعادن، 1850). مساهمة كبيرة في تطوير علم المعادن في النصف الثامن عشر - الأول من القرن التاسع عشر. تم تقديمها من قبل العلماء الألمان A. G. Werner و I. A. Breithaupt والروس - M. V. Lomonosov و V. M. Severgin.

في النصف الثاني من القرن التاسع عشر أتاحت المجاهر المستقطبة المحسنة ومقاييس الزوايا البصرية والأساليب التحليلية الحصول على بيانات أكثر دقة عن الأنواع المعدنية الفردية. عندما تمت دراسة البلورات باستخدام تحليل الأشعة السينية، جاء فهم أعمق لبنية المعادن. في عام 1912، أثبت الفيزيائي الألماني إم. لاو بشكل تجريبي أنه يمكن الحصول على معلومات حول البنية الداخلية للبلورات عن طريق تمرير الأشعة السينية من خلالها. أحدثت هذه الطريقة ثورة في علم المعادن: حيث أصبح العلم الوصفي في الغالب أكثر دقة وتمكن علماء المعادن من ربط الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمعادن ببنيتها البلورية.

في نهاية التاسع عشر - بداية القرن العشرين. تم تسهيل تطوير علم المعادن بشكل كبير من خلال عمل العلماء الروس البارزين N. I. Koksharov، V. I. Vernadsky، E. S. Fedorov، A. E. Fersman، A. K. Boldyrev وآخرون. اعتمد علم المعادن أساليب بحث جديدة لفيزياء الحالة الصلبة، ولا سيما التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء، وسلسلة كاملة من طرق الرنين (الرنين المغنطيسي الإلكتروني، ورنين جاما النووي، وما إلى ذلك)، والتحليل الطيفي للتألق، وما إلى ذلك، بالإضافة إلى أحدث الأساليب التحليلية، بما في ذلك تحليل المسبار الإلكتروني الدقيق، والمجهر الإلكتروني مع حيود الإلكترون، وما إلى ذلك. إن استخدام هذه الطرق يجعل من الممكن تحديد التركيب الكيميائي للمعادن "عند هذه النقطة"، أي. على حبيبات المعادن الفردية، لدراسة السمات الدقيقة لبنيتها البلورية، ومحتوى وتوزيع عناصر الشوائب، وطبيعة اللون والتألق. أحدث إدخال أساليب البحث الفيزيائية الدقيقة ثورة حقيقية في علم المعادن. ترتبط أسماء العلماء الروس مثل N. V. Belov، D. S. Korzhinsky، D. P. Grigoriev، I. I. Shafranovsky وآخرون بهذه المرحلة من تطور علم المعادن.

الخصائص الرئيسية للمعادن

لفترة طويلة، كانت الخصائص الرئيسية للمعادن هي الشكل الخارجي لبلوراتها والانفصالات الأخرى، بالإضافة إلى الخصائص الفيزيائية (اللون، اللمعان، الانقسام، الصلابة، الكثافة، وما إلى ذلك)، والتي لا تزال ذات أهمية كبيرة في وصفها. والتشخيص البصري (على وجه الخصوص، الميداني). وتعتمد هذه الخصائص، وكذلك الخصائص البصرية والكيميائية والكهربائية والمغناطيسية وغيرها، على التركيب الكيميائي والبنية الداخلية (البنية البلورية) للمعادن. تم الاعتراف بالدور الأساسي للكيمياء في علم المعادن بحلول منتصف القرن التاسع عشر، لكن أهمية البنية أصبحت واضحة فقط مع إدخال حيود الأشعة السينية. تم تنفيذ أول فك رموز الهياكل البلورية في وقت مبكر من عام 1913 من قبل الفيزيائيين الإنجليز دبليو جي براج و دبليو إل براج.

المعادن هي مركبات كيميائية (باستثناء العناصر الأصلية). ومع ذلك، فحتى العينات عديمة اللون والشفافة بصريًا من هذه المعادن تحتوي دائمًا على كميات صغيرة من الشوائب. تتكون المحاليل الطبيعية أو المصهورات التي تتبلور منها المعادن عادة من عناصر عديدة. في عملية تكوين المركبات، يمكن لعدد قليل من ذرات العناصر الأقل شيوعًا أن تحل محل ذرات العناصر الرئيسية. مثل هذا الاستبدال شائع جدًا لدرجة أن التركيب الكيميائي للعديد من المعادن نادرًا ما يقترب من تركيب المركب النقي. على سبيل المثال، يختلف تركيب معدن الأوليفين المشكل للصخور واسع الانتشار ضمن تركيبات ما يسمى. الأعضاء النهائيون في السلسلة: من الفورستريت، سيليكات المغنيسيوم Mg 2 SiO 4، إلى الفياليت، سيليكات الحديد Fe 2 SiO 4. نسب Mg:Si:O في المعدن الأول وFe:Si:O في المعدن الثاني هي 2:1:4. في الزبرجد الزيتوني ذو التركيبة المتوسطة، تكون قيم النسب هي نفسها؛ (Mg + Fe):Si:O يساوي 2:1:4، والصيغة مكتوبة بالشكل (Mg,Fe) 2 SiO 4 . إذا كانت الكميات النسبية للمغنيسيوم والحديد معروفة، فيمكن أن ينعكس ذلك في الصيغة (Mg 0.80 Fe 0.20) 2 SiO 4، والتي يمكن أن نرى منها أن 80٪ من ذرات المعدن عبارة عن مغنيسيوم، و 20٪ حديد .

بناء.

جميع المعادن، باستثناء الماء (الذي - على عكس الجليد - لا يصنف عادة كمعدن) و، تكون مواد صلبة في درجات الحرارة العادية. ومع ذلك، إذا تم تبريد الماء والزئبق بقوة، فإنهما يتجمدان: الماء - عند 0 درجة مئوية، والزئبق - عند -39 درجة مئوية. عند درجات الحرارة هذه، تشكل جزيئات الماء وذرات الزئبق بنية بلورية منتظمة مميزة ثلاثية الأبعاد (المصطلحات "البلوري" و"الصلب" في هذه الحالة متكافئان تقريبًا). وبالتالي فإن المعادن هي مواد بلورية، يتم تحديد خصائصها من خلال الترتيب الهندسي للذرات المكونة لها ونوع الرابطة الكيميائية بينها.

تتكون خلية الوحدة (أصغر تقسيم فرعي للبلورة) من ذرات متباعدة بانتظام مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط إلكترونية. هذه الخلايا الصغيرة، التي تتكرر بلا نهاية في الفضاء ثلاثي الأبعاد، تشكل بلورة. تختلف أحجام الخلايا الأولية في المعادن المختلفة وتعتمد على حجم الذرات وعددها وترتيبها المتبادل داخل الخلية. يتم التعبير عن معلمات الخلية بالأنجستروم (Å) أو النانومتر (1 Å = 10 –8 سم = 0.1 نانومتر). الخلايا الأولية للبلورة، مجتمعة بكثافة، دون ثغرات، تملأ الحجم وتشكل شبكة بلورية. وتنقسم البلورات حسب تماثل وحدة الخلية التي تتميز بالنسبة بين حوافها وزواياها. عادة، يتم تمييز 7 Syngonies (بترتيب زيادة التماثل): Triclinic، Monoclinic، معيني، رباعي الزوايا، مثلثي، سداسية ومكعب (متساوي القياس). في بعض الأحيان لا يتم فصل النظامين الثلاثي والسداسي ويتم وصفهما معًا تحت اسم النظام السداسي. تنقسم التوليفات إلى 32 فئة بلورية (أنواع التناظر)، بما في ذلك 230 مجموعة فضائية. تم التعرف على هذه المجموعات لأول مرة في عام 1890 من قبل العالم الروسي إي إس فيدوروف. بمساعدة تحليل حيود الأشعة السينية، يتم تحديد أبعاد الخلية الأولية للمعدن وتناغمها وفئة تناظرها والمجموعة الفضائية، كما يتم فك البنية البلورية، أي. الترتيب المتبادل في الفضاء ثلاثي الأبعاد للذرات التي تشكل الخلية الأولية.

الهندسة البلورية (المورفولوجية).

لقد جذبت البلورات ذات جوانبها المسطحة والناعمة اللامعة انتباه الإنسان منذ فترة طويلة. منذ ظهور علم المعادن كعلم، أصبح علم البلورات الأساس لدراسة مورفولوجية وبنية المعادن. وقد وجد أن الوجوه البلورية لها ترتيب متماثل، مما يجعل من الممكن أن تنسب البلورة إلى Syngony معين، وأحيانا إلى إحدى الفئات (التماثلات) ( أنظر فوق). أظهرت دراسات الأشعة السينية أن التماثل الخارجي للبلورات يتوافق مع الترتيب الداخلي المنتظم للذرات.

تختلف أحجام البلورات المعدنية على نطاق واسع جدًا - من البلورات العملاقة التي تزن 5 أطنان (كتلة بلورة كوارتز جيدة التكوين من البرازيل) إلى صغيرة جدًا بحيث لا يمكن تمييز وجوهها إلا تحت المجهر الإلكتروني. قد يختلف شكل بلورة حتى من نفس المعدن في عينات مختلفة قليلاً؛ على سبيل المثال، تكون بلورات الكوارتز متساوية القياس أو حادة أو مسطحة تقريبًا. ومع ذلك، فإن جميع بلورات الكوارتز، الكبيرة والصغيرة، المدببة والمسطحة، تتشكل عن طريق تكرار خلايا الوحدة المتطابقة. إذا كانت هذه الخلايا موجهة في اتجاه معين، فإن البلورة لها شكل ممدود، وإذا كانت في اتجاهين على حساب الثالث، فإن شكل البلورة يكون جدوليا. وبما أن الزوايا بين الوجوه المقابلة لنفس البلورة لها قيمة ثابتة وهي خاصة بكل نوع من الأنواع المعدنية، فإن هذه الميزة يتم تضمينها بالضرورة في الخاصية المعدنية.

المعادن الممثلة ببلورات فردية جيدة القطع نادرة. في كثير من الأحيان تحدث في شكل حبيبات غير منتظمة أو مجموعات بلورية. في كثير من الأحيان، يتميز المعدن بنوع معين من الركام، والذي يمكن أن يكون بمثابة ميزة تشخيصية. هناك عدة أنواع من المجاميع.

تبدو التجمعات المتفرعة التغصنية مثل أوراق السرخس أو الطحالب وهي مميزة، على سبيل المثال، للبيرولوسيت.

تعتبر المجاميع الليفية التي تتكون من ألياف متوازية معبأة بإحكام نموذجية للكريسوتيل والأمفيبول أسبستوس.

الركام الكولومورفي، ذو السطح المستدير الأملس، مصنوع من ألياف تمتد بشكل قطري من مركز مشترك. الكتل الدائرية الكبيرة تكون خشاءية (الملكيت)، في حين أن الكتل الأصغر تكون على شكل كلية (الهيماتيت) أو على شكل عنب (سيلوميلان).

الركام المتقشر الذي يتكون من بلورات صفائحية صغيرة هو سمة من سمات الميكا والباريت.

الهوابط هي تشكيلات من قطرات اللبيدة معلقة على شكل رقاقات ثلجية أو أنابيب أو مخاريط أو "ستائر" في الكهوف الكارستية. وهي تنتج عن تبخر المياه المعدنية التي تتسرب من خلال شقوق الحجر الجيري وغالباً ما تتكون من الكالسيت (كربونات الكالسيوم) أو الأراغونيت.

Oolites - مجاميع تتكون من كرات صغيرة تشبه بيض السمك، توجد في بعض الكالسيت (الحجر الجيري الزيتي)، الجيوثيت (خام الحديد الزيتي) وغيرها من التكوينات المماثلة.

الكيمياء البلورية

وبعد تراكم بيانات الأشعة السينية ومقارنتها بنتائج التحاليل الكيميائية، أصبح من الواضح أن ملامح التركيب البلوري للمعدن تعتمد على تركيبه الكيميائي. وهكذا تم وضع أسس علم جديد وهو كيمياء البلورات. يمكن تفسير العديد من خصائص المعادن التي تبدو غير مرتبطة ببعضها على أساس تركيبها البلوري وتركيبها الكيميائي.

توجد بعض العناصر الكيميائية (الذهب، الفضة، النحاس) في السكان الأصليين، أي. نظيفة، نوع. وهي مبنية من ذرات محايدة كهربائيا (على عكس معظم المعادن، التي تحمل ذراتها شحنة كهربائية وتسمى الأيونات). الذرة التي تفتقر إلى الإلكترونات تكون مشحونة بشكل إيجابي وتسمى كاتيون. الذرة التي تحتوي على فائض من الإلكترونات لها شحنة سالبة وتسمى أنيونًا. يسمى التجاذب بين الأيونات المشحونة بشكل معاكس بالرابطة الأيونية وهي قوة الربط الرئيسية في المعادن.

ومع نوع آخر من الروابط، تدور الإلكترونات الخارجية حول النوى في مدارات مشتركة، فتربط الذرات ببعضها البعض. الرابطة التساهمية هي أقوى أنواع الروابط. المعادن ذات الرابطة التساهمية عادة ما تكون ذات صلابة عالية ونقطة انصهار (على سبيل المثال، الماس).

هناك دور أصغر بكثير في المعادن تلعبه رابطة فان دير فال الضعيفة التي تنشأ بين الوحدات الهيكلية المحايدة كهربائيًا. يتم توزيع طاقة الربط لهذه الوحدات الهيكلية (طبقات أو مجموعات الذرات) بشكل غير متساو. توفر رابطة فان دير فالس جاذبية بين المواقع المشحونة بشكل معاكس في الوحدات الهيكلية الأكبر. ويلاحظ هذا النوع من الروابط بين طبقات الجرافيت (أحد الأشكال الطبيعية للكربون) التي تتشكل بسبب الرابطة التساهمية القوية لذرات الكربون. بسبب الروابط الضعيفة بين الطبقات، يتمتع الجرافيت بصلابة منخفضة وانقسام مثالي جدًا موازٍ للطبقات. لذلك، يتم استخدام الجرافيت كمادة تشحيم.

تقترب الأيونات المشحونة بشكل متضاد من بعضها البعض حتى المسافة التي توازن فيها القوة التنافرية القوة الجاذبة. بالنسبة لأي زوج معين من الكاتيون والأنيون، فإن هذه المسافة الحرجة تساوي مجموع "نصف قطر" الأيونين. من خلال تحديد المسافات الحرجة بين الأيونات المختلفة، كان من الممكن تحديد حجم نصف قطر معظم الأيونات (بالنانومتر، نانومتر).

وبما أن معظم المعادن تتميز بالروابط الأيونية، فيمكن تصور هياكلها على شكل كرات متجاورة. تعتمد هياكل البلورات الأيونية بشكل أساسي على حجم وعلامة الشحنة والأحجام النسبية للأيونات. وبما أن البلورة ككل محايدة كهربائيًا، فإن مجموع الشحنات الموجبة للأيونات يجب أن يكون مساويًا لمجموع الشحنات السالبة. في كلوريد الصوديوم (NaCl، معدن الهاليت)، يكون لكل أيون صوديوم شحنة +1، وكل أيون كلوريد له شحنة -1 (الشكل 1)، أي. يتوافق كل أيون صوديوم مع أيون كلوريد واحد. ومع ذلك، في الفلوريت (فلوريد الكالسيوم، CaF 2) كل أيون كالسيوم لديه شحنة +2، وأيون الفلور له شحنة -1. ولذلك، للحفاظ على الحياد الكهربائي الشامل لأيونات الفلور، يجب أن يكون هناك ضعف أيونات الكالسيوم (الشكل 2).

تعتمد إمكانية دخولها إلى بنية بلورية معينة أيضًا على حجم الأيونات. إذا كانت الأيونات بنفس الحجم ومعبأة بطريقة تجعل كل أيون على اتصال مع 12 أيونًا آخر، فهذا يعني أنها في تنسيق مناسب. هناك طريقتان لتعبئة الكرات من نفس الحجم (الشكل 3): التعبئة الأقرب المكعبة، والتي تؤدي عمومًا إلى تكوين بلورات متساوية القياس، والتعبئة الأقرب السداسية، والتي تشكل بلورات سداسية.

كقاعدة عامة، الكاتيونات أصغر حجمًا من الأنيونات، ويتم التعبير عن أحجامها بكسور نصف قطر الأنيون، باعتبارها وحدة. عادة، يتم استخدام النسبة التي يتم الحصول عليها عن طريق قسمة نصف قطر الكاتيون على نصف قطر الأنيون. إذا كان الكاتيون أصغر قليلًا من الأنيونات التي يتحد معها، فإنه يمكن أن يتلامس مع ثمانية أنيونات تحيط به، أو، كما يقال عادة، يكون في تنسيق ثمانية أضعاف فيما يتعلق بالأنيونات الموجودة، كما كانت ، عند رؤوس المكعب المحيط به. هذا التنسيق (ويسمى أيضًا المكعب) يكون مستقرًا عند نسب أنصاف الأقطار الأيونية من 1 إلى 0.732 (الشكل 4، أ). مع نسبة أقل من نصف القطر الأيوني، لا يمكن تكديس ثمانية أنيونات بحيث تلامس الكاتيون. في مثل هذه الحالات، تسمح هندسة التعبئة بالتنسيق السداسي للكاتيونات مع الأنيونات الموجودة في ستة رؤوس للمجسم الثماني (الشكل 4، ب)، والتي ستكون مستقرة عند نسب أنصاف أقطارها من 0.732 إلى 0.416. مع مزيد من الانخفاض في الحجم النسبي للكاتيون، يحدث الانتقال إلى تنسيق رباعي أو رباعي السطوح، وهو مستقر عند نسب نصف قطر من 0.414 إلى 0.225 (الشكل 4، الخامس) ، ثم إلى الثلاثي - ضمن نسبة نصف القطر من 0.225 إلى 0.155 (الشكل 4، ز) ومزدوج - بنسب نصف قطر أقل من 0.155 (الشكل 4، د). على الرغم من أن هناك عوامل أخرى تحدد أيضًا نوع التنسيق متعدد السطوح، إلا أن مبدأ نسبة نصف قطر الأيون بالنسبة لمعظم المعادن هو أحد الوسائل الفعالة للتنبؤ بالبنية البلورية.

يمكن أن يكون للمعادن ذات التركيبات الكيميائية المختلفة تمامًا هياكل متشابهة يمكن وصفها باستخدام نفس متعددات الوجوه التنسيقية. على سبيل المثال، في كلوريد الصوديوم NaCl، تكون نسبة نصف قطر أيون الصوديوم إلى نصف قطر أيون الكلوريد 0.535، مما يشير إلى تنسيق ثماني السطوح، أو ستة أضعاف. إذا تجمعت ستة أنيونات حول كل كاتيون، فلكي تحافظ على نسبة الكاتيونات إلى الأنيونات تساوي 1:1، يجب أن يكون هناك ستة كاتيونات حول كل أنيون. وهذا يشكل بنية مكعبة تعرف باسم بنية نوع كلوريد الصوديوم. على الرغم من أن نصف القطر الأيوني للرصاص والكبريت يختلف بشكل حاد عن نصف القطر الأيوني للصوديوم والكلور، إلا أن نسبتهما تحدد مسبقًا تنسيقًا ستة أضعاف؛ لذلك، يحتوي PbS galena على بنية من نوع كلوريد الصوديوم، أي. الهاليت والجالينا متساويان البنية.

عادة ما تكون الشوائب في المعادن موجودة على شكل أيونات تحل محل أيونات المعدن "المضيف". تؤثر هذه البدائل بشكل كبير على حجم الأيونات. إذا كان نصف قطر أيونين متساويين أو مختلفين بنسبة أقل من 15%، فمن السهل استبدالهما بشكل متبادل. إذا كان هذا الفرق 15-30%، فإن هذا الاستبدال يكون محدودًا؛ مع وجود فرق يزيد عن 30%، يكون الاستبدال مستحيلًا عمليًا.

هناك العديد من الأمثلة على أزواج من المعادن المتساوية البنية ذات التركيب الكيميائي المماثل والتي يحدث بينها استبدال الأيونات. لذلك، فإن كربونات السدريت (FeCO 3) والرودوكروسيت (MnCO 3) لهما هياكل متشابهة، ويمكن للحديد والمنغنيز أن يحلا محل بعضهما البعض بأي نسبة، مما يشكل ما يسمى. حلول صلبة. ويوجد بين هذين المعدنين سلسلة مستمرة من المحاليل الصلبة. في أزواج أخرى من المعادن، الأيونات لديها إمكانيات محدودة للاستبدال المتبادل.

وبما أن المعادن متعادلة كهربائياً، فإن شحنة الأيونات تؤثر أيضاً على استبدالها المتبادل. إذا كان هناك استبدال بأيون مشحون بشكل معاكس، فيجب إجراء استبدال ثانٍ في جزء ما من هذا الهيكل، حيث تعوض شحنة الأيون البديل انتهاك الحياد الكهربائي الناجم عن الأول. ويلاحظ هذا الاستبدال المترافق في الفلسبار - بلاجيوجلاز، عندما يحل الكالسيوم (Ca 2+) محل الصوديوم (Na +) بتكوين سلسلة مستمرة من المحاليل الصلبة. يتم تعويض الشحنة الموجبة الزائدة الناتجة عن استبدال أيون Ca 2+ بأيون Na + عن طريق الاستبدال المتزامن للسيليكون (Si 4+) للألمنيوم (Al 3+) في الأجزاء المجاورة من الهيكل.

الخصائص الفيزيائية للمعادن

على الرغم من أن الخصائص الرئيسية للمعادن (التركيب الكيميائي والبنية البلورية الداخلية) يتم تحديدها على أساس التحليلات الكيميائية وحيود الأشعة السينية، إلا أنها تنعكس بشكل غير مباشر في الخصائص التي يسهل ملاحظتها أو قياسها. لتشخيص معظم المعادن، يكفي تحديد بريقها ولونها وانشطارها وصلابتها وكثافتها.

يشرق

- خاصية نوعية للضوء المنعكس عن المعدن. تعكس بعض المعادن المعتمة الضوء بقوة ولها لمعان معدني. وهذا أمر نموذجي بالنسبة للمعادن الخام، على سبيل المثال الجالينا (معدن الرصاص)، والكالكوبايرايت والبورنيت (معادن النحاس)، والأرجنتيت والأكانثيت (معادن الفضة). تمتص معظم المعادن أو تنقل جزءًا كبيرًا من الضوء الساقط عليها، ولها بريق غير معدني. تمتلك بعض المعادن بريقًا يتحول من المعدن إلى غير المعدن، وهو ما يسمى شبه المعدن.

المعادن ذات البريق غير المعدني عادة ما تكون فاتحة اللون، وبعضها شفاف. غالبًا ما يكون هناك الكوارتز الشفاف والجبس والميكا الخفيفة. المعادن الأخرى (على سبيل المثال، الكوارتز الأبيض الحليبي) التي تنقل الضوء، ولكن من خلالها لا يمكن تمييز الأشياء بوضوح، تسمى شفافة. تختلف المعادن التي تحتوي على معادن عن غيرها من حيث انتقال الضوء. إذا مر الضوء عبر المعدن، على الأقل في أنحف حواف الحبوب، فهو عادة غير معدني؛ إذا لم يمر الضوء، فهو خام. ومع ذلك، هناك استثناءات: على سبيل المثال، غالبًا ما يكون السفاليريت ذو اللون الفاتح (معدن الزنك) أو الزنجفر (معدن الزئبق) شفافًا أو نصف شفاف.

تختلف المعادن في الخصائص النوعية للبريق غير المعدني. الطين له لمعان ترابي باهت. الكوارتز على وجوه البلورات أو على أسطح الكسر زجاجي، والتلك الذي ينقسم إلى أوراق رقيقة على طول مستويات الانقسام هو عرق اللؤلؤ. مشرق، متألق، مثل الماس، يسمى التألق الماس.

عندما يسقط الضوء على معدن له بريق غير معدني، فإنه ينعكس جزئيًا عن سطح المعدن، وينكسر جزئيًا عند هذه الحدود. تتميز كل مادة بمعامل انكسار معين. وبما أن هذا المؤشر يمكن قياسه بدقة عالية، فهو يعد ميزة تشخيصية مفيدة جدًا للمعادن.

تعتمد طبيعة التألق على معامل الانكسار، وكلاهما يعتمد على التركيب الكيميائي والتركيب البلوري للمعدن. وبشكل عام، تتميز المعادن الشفافة التي تحتوي على ذرات المعادن الثقيلة بالتألق العالي ومعامل الانكسار العالي. تتضمن هذه المجموعة معادن شائعة مثل الأنجليزيت (كبريتات الرصاص)، وحجر القصدير (أكسيد القصدير)، والتيتانيت، أو السفين (سيليكات الكالسيوم والتيتانيوم). يمكن أيضًا للمعادن المكونة من عناصر خفيفة نسبيًا أن تتمتع بلمعان عالٍ ومعامل انكسار مرتفع إذا كانت ذراتها متقاربة ومتماسكة معًا بواسطة روابط كيميائية قوية. ومن الأمثلة البارزة على ذلك الماس، الذي يتكون من عنصر خفيف واحد فقط، وهو الكربون. وبدرجة أقل، ينطبق هذا أيضًا على معدن اكسيد الالمونيوم (Al 2 O 3)، الذي تعد أصنافه الملونة الشفافة - الياقوت والياقوت الأزرق - من الأحجار الكريمة. على الرغم من أن اكسيد الالمونيوم يتكون من ذرات خفيفة من الألومنيوم والأكسجين، إلا أنها مرتبطة ببعضها البعض بإحكام بحيث يتمتع المعدن بلمعان قوي إلى حد ما ومعامل انكسار مرتفع نسبيًا.

تعتمد بعض اللمعان (زيتية، شمعية، غير لامعة، حريرية، إلخ) على حالة سطح المعدن أو على بنية الركام المعدني؛ يعد اللمعان الراتنجي من سمات العديد من المواد غير المتبلورة (بما في ذلك المعادن التي تحتوي على عناصر مشعة اليورانيوم أو الثوريوم).

لون

- علامة تشخيصية بسيطة ومريحة. تشمل الأمثلة البيريت الأصفر النحاسي (FeS 2)، والجالينا الرمادي الرصاصي (PbS)، والأرسينوبيرايت الأبيض الفضي (FeAsS 2). في المعادن الخام الأخرى ذات البريق المعدني أو شبه المعدني، قد يتم إخفاء اللون المميز من خلال تلاعب الضوء في طبقة رقيقة السطح (تشويه). وينطبق هذا على معظم معادن النحاس، وخاصة البورنيت، الذي يسمى "خام الطاووس" بسبب لونه الأزرق والأخضر المتقزح الذي يتطور بسرعة عند كسر جديد. ومع ذلك، فإن معادن النحاس الأخرى مطلية بألوان معروفة: الملكيت باللون الأخضر، والأزوريت باللون الأزرق.

يتم التعرف على بعض المعادن اللافلزية بشكل لا لبس فيه من خلال اللون بسبب العنصر الكيميائي الرئيسي (الأصفر - الكبريت والأسود - الرمادي الداكن - الجرافيت، وما إلى ذلك). تتكون العديد من المعادن اللافلزية من عناصر لا تمدها بلون محدد، ولكن من المعروف أن لها أصناف ملونة، يرجع لونها إلى وجود شوائب من العناصر الكيميائية بكميات قليلة، لا تقارن مع المعادن اللافلزية. شدة اللون الذي تسببه. تسمى هذه العناصر حاملات اللون؛ وتتميز أيوناتها بالامتصاص الانتقائي للضوء. على سبيل المثال، يدين الجمشت الأرجواني الداكن بلونه إلى شوائب ضئيلة من الحديد في الكوارتز، ويرتبط اللون الأخضر العميق للزمرد بمحتوى صغير من الكروم في البريل. يمكن أن يظهر تلوين المعادن عديمة اللون عادة بسبب عيوب في البنية البلورية (بسبب المواقع غير المشغولة للذرات في الشبكة أو دخول أيونات غريبة)، والتي يمكن أن تسبب امتصاصًا انتقائيًا لأطوال موجية معينة في طيف الضوء الأبيض. ثم يتم طلاء المعادن بألوان تكميلية. يدين الياقوت والياقوت الأزرق والألكسندريت بألوانها إلى تأثيرات الإضاءة هذه على وجه التحديد.

يمكن تلوين المعادن عديمة اللون عن طريق الشوائب الميكانيكية. وهكذا، فإن الانتشار الرقيق المتناثر للهيماتيت يعطي الكوارتز لونًا أحمر، والكلوريت لونًا أخضر. الكوارتز اللبني عكر مع شوائب الغاز السائل. على الرغم من أن لون المعادن يعد من أكثر الخصائص التي يمكن تحديدها بسهولة في تشخيص المعادن، إلا أنه يجب استخدامه بحذر، لأنه يعتمد على العديد من العوامل.

على الرغم من التباين في لون العديد من المعادن، إلا أن لون المسحوق المعدني ثابت للغاية، وبالتالي يعد ميزة تشخيصية مهمة. عادة، يتم تحديد لون المسحوق المعدني من خلال الخط (ما يسمى "لون الخط") الذي يتركه المعدن إذا تم رسمه فوق طبق خزفي غير مزجج (البسكويت). على سبيل المثال، يمكن تلوين معدن الفلوريت بألوان مختلفة، ولكن خطه يكون دائمًا أبيض.

انقسام.

الخاصية المميزة للمعادن هي سلوك الكسر. على سبيل المثال، الكوارتز والتورمالين، الذي يشبه سطح كسرهما شريحة زجاجية، لديهما كسر محاري. وفي معادن أخرى، يمكن وصف الكسر بأنه خشن أو خشن أو منشق. بالنسبة للعديد من المعادن، السمة ليست الكسر، بل الانقسام. وهذا يعني أنها تنقسم على طول مستويات ناعمة ترتبط ارتباطًا مباشرًا ببنيتها البلورية. يمكن أن تختلف قوى الترابط بين مستويات الشبكة البلورية اعتمادًا على الاتجاه البلوري. إذا كانت في بعض الاتجاهات أكبر بكثير من غيرها، فسوف ينقسم المعدن عبر الرابطة الأضعف. وبما أن الانقسام دائمًا ما يكون موازيًا للمستويات الذرية، فيمكن تسميته بالاتجاهات البلورية. على سبيل المثال، يحتوي الهاليت (NaCl) على انقسام مكعب، أي. ثلاثة اتجاهات متعامدة بشكل متبادل للانقسام المحتمل. يتميز الانقسام أيضًا بسهولة ظهوره وجودة سطح الانقسام الناتج. ميكا لديه انقسام مثالي جدا في اتجاه واحد، أي. تنقسم بسهولة إلى أوراق رفيعة جدًا ذات سطح لامع وناعم. التوباز لديه انقسام مثالي في اتجاه واحد. يمكن أن يكون للمعادن اتجاهين، أو ثلاثة، أو أربعة، أو ستة اتجاهات للانقسام، والتي من السهل أن تتشقق على طولها، أو عدة اتجاهات انقسام بدرجات متفاوتة. بعض المعادن ليس لها انقسام على الإطلاق. نظرًا لأن الانقسام كمظهر من مظاهر البنية الداخلية للمعادن هو خاصية ثابتة لها، فهو بمثابة ميزة تشخيصية مهمة.

صلابة

- المقاومة التي يوفرها المعدن عند خدشه. تعتمد الصلابة على البنية البلورية: كلما كانت الذرات الموجودة في بنية المعدن أقوى مرتبطة ببعضها البعض، كلما كان من الصعب خدشها. التلك والجرافيت عبارة عن معادن صفائحية ناعمة مبنية من طبقات من الذرات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة قوى ضعيفة للغاية. فهي دهنية الملمس: عند فركها على جلد اليد، تنزلق الطبقات الرقيقة الفردية. أصعب المعادن هو الماس، حيث تكون ذرات الكربون مرتبطة بإحكام بحيث لا يمكن خدشها إلا بماسة أخرى. في بداية القرن التاسع عشر قام عالم المعادن النمساوي ف. موس بترتيب 10 معادن حسب زيادة الصلابة. منذ ذلك الحين، تم استخدامها كمعايير للصلابة النسبية للمعادن، ما يسمى. مقياس موس (الجدول 1).

لتحديد صلابة المعدن، من الضروري تحديد أصلب معدن يمكن أن يخدشه. وستكون صلابة المعدن المدروس أكبر من صلابة المعدن المخدوش به، ولكنها أقل من صلابة المعدن التالي على مقياس موس. يمكن أن تختلف قوة الروابط مع الاتجاه البلوري، وبما أن الصلابة هي تقدير تقريبي لهذه القوى، فإنها يمكن أن تختلف في اتجاهات مختلفة. وهذا الاختلاف عادة ما يكون صغيراً، باستثناء الكيانيت الذي تبلغ صلابته 5 في الاتجاه الموازي لطول البلورة، و7 في الاتجاه العرضي.

في الممارسة المعدنية، يتم استخدامه أيضًا لقياس القيم المطلقة للصلابة (ما يسمى بالصلابة الدقيقة) باستخدام جهاز مقياس الصلابة، والذي يتم التعبير عنه بالكيلو جرام / مم 2.

كثافة.

تختلف كتلة ذرات العناصر الكيميائية من الهيدروجين (الأخف) إلى اليورانيوم (الأثقل). ومع تساوي الأشياء الأخرى، فإن كتلة المادة التي تتكون من ذرات ثقيلة أكبر من كتلة المادة التي تتكون من ذرات خفيفة. على سبيل المثال، تحتوي كربونات - الأراغونيت والسيروسيت - على بنية داخلية مماثلة، لكن الأراغونيت يحتوي على ذرات كالسيوم خفيفة، ويحتوي السيروسيت على ذرات رصاص ثقيلة. ونتيجة لذلك، فإن كتلة السيروسيت تتجاوز كتلة الأراغونيت من نفس الحجم. تعتمد الكتلة لكل وحدة حجم من المعدن أيضًا على كثافة تعبئة الذرات. الكالسيت، مثل الأراغونيت، هو كربونات الكالسيوم، ولكن في الكالسيت تكون الذرات أقل إحكامًا، لأنه يحتوي على كتلة أقل لكل وحدة حجم من الأراغونيت. تعتمد الكتلة النسبية أو الكثافة على التركيب الكيميائي والبنية الداخلية. الكثافة هي نسبة كتلة المادة إلى كتلة نفس الحجم من الماء عند 4 درجات مئوية. لذلك، إذا كانت كتلة المعدن 4 جم، وكتلة نفس الحجم من الماء 1 جم، إذن كثافة المعدن هي 4. في علم المعادن، من المعتاد التعبير عن الكثافة بـ جم / سم 3.

تعد الكثافة ميزة تشخيصية مهمة للمعادن ويسهل قياسها. يتم وزن العينة أولاً في الهواء ثم في الماء. بما أن العينة المغمورة في الماء تتعرض لقوة طفو لأعلى، فإن وزنها هناك أقل من وزنها في الهواء. فقدان الوزن يساوي وزن الماء المزاح. وبالتالي، يتم تحديد الكثافة بنسبة كتلة العينة في الهواء إلى فقدان وزنها في الماء.

تصنيف المعادن

على الرغم من أن التركيب الكيميائي كان بمثابة الأساس لتصنيف المعادن منذ منتصف القرن التاسع عشر، إلا أن علماء المعادن لم يتفقوا دائمًا على الترتيب الذي ينبغي أن تكون عليه المعادن الموجودة فيها. وفقا لإحدى طرق بناء التصنيف، تم تجميع المعادن وفقا لنفس المعدن الرئيسي أو الكاتيون. وفي الوقت نفسه، تقع معادن الحديد في مجموعة واحدة، ومعادن الرصاص في مجموعة أخرى، ومعادن الزنك في مجموعة ثالثة، وهكذا. ومع ذلك، مع تطور العلم، أصبح من الواضح أن المعادن التي تحتوي على نفس اللافلزات (مجموعة أنيونية أو أنيونية) لها خصائص متشابهة وأكثر تشابهًا مع بعضها البعض من المعادن التي لها معدن مشترك. بالإضافة إلى ذلك، توجد معادن ذات أنيون مشترك في نفس البيئة الجيولوجية ولها أصل قريب. ونتيجة لذلك، في التصنيف الحديث ( سم.فاتورة غير مدفوعة. 2) يتم دمج المعادن في فئات على أساس أنيون مشترك أو مجموعة أنيونية. والاستثناء الوحيد هو العناصر الأصلية، التي توجد في الطبيعة من تلقاء نفسها دون تكوين مركبات مع عناصر أخرى.

تنقسم الطبقات الكيميائية إلى فئات فرعية (حسب الكيمياء والشكل الهيكلي)، والتي بدورها تنقسم إلى عائلات ومجموعات (حسب النوع الهيكلي). قد تشكل الأنواع المعدنية الفردية التي تشكل مجموعة صفوفًا، وقد يحتوي النوع المعدني الواحد على عدة أصناف.

حتى الآن تقريبا. تم التعرف على 4000 معدن كأنواع معدنية مستقلة. تضاف معادن جديدة إلى هذه القائمة حيث تم اكتشافها ومعروفة منذ فترة طويلة ولكنها فقدت مصداقيتها مع تحسين طرق البحث المعدني.

أصل وشروط العثور على المعادن

لا يقتصر علم المعادن على تحديد خصائص المعادن، بل يبحث أيضًا في أصل المعادن وظروف تواجدها وارتباطاتها الطبيعية. منذ نشأة الأرض قبل حوالي 4.6 مليار سنة، تم تفكيك العديد من المعادن عن طريق التكسير الميكانيكي أو التحويل الكيميائي أو الذوبان. لكن العناصر التي تكونت هذه المعادن تم الحفاظ عليها وإعادة ترتيبها وتكوين معادن جديدة. وبالتالي، فإن المعادن الموجودة اليوم هي نتاج العمليات التي تطورت عبر التاريخ الجيولوجي للأرض.

تتكون معظم القشرة الأرضية من الصخور النارية، التي يغطيها في بعض الأماكن غطاء رقيق نسبيًا من الصخور الرسوبية والمتحولة. ولذلك، فإن تكوين القشرة الأرضية، من حيث المبدأ، يتوافق مع متوسط ​​تكوين الصخور النارية. ثمانية عناصر ( انظر الجدول. 3) تشكل 99٪ من كتلة القشرة الأرضية، وبالتالي 99٪ من كتلة المعادن المكونة لها.

عنصر الوزن نسبة الحجم نسبة الأكسجين 46.40 94.04 السيليكون 28.15 0.88 الألومنيوم 8.23 ​​​​0.48 الحديد 5.63 0.49 الكالسيوم 4.15 1.18 الصوديوم 2.36 1.11 المغنيسيوم 2، 33 0.33 البوتاسيوم 2.09 1.49

وفقًا للتركيب العنصري، فإن قشرة الأرض عبارة عن هيكل إطاري يتكون من أيونات الأكسجين المرتبطة بأيونات السيليكون والألمنيوم الأصغر. وبالتالي فإن المعادن الرئيسية هي السيليكات، والتي تمثل تقريبا. 35% من جميع المعادن المعروفة وحوالي. 40٪ هي الأكثر شيوعا. وأهمها الفلسبار (عائلة من الألومينوسيليكات تحتوي على البوتاسيوم والصوديوم والكالسيوم، وفي كثير من الأحيان الباريوم). السيليكات الشائعة الأخرى المكونة للصخور هي الكوارتز (ومع ذلك، فهي مرتبطة في كثير من الأحيان بالأكاسيد)، والميكا، والأمفيبولات، والبيروكسينات، والأوليفين.

صخور نارية .

تتشكل الصخور النارية أو النارية عندما تبرد الصهارة المنصهرة وتتبلور. تعتمد النسبة المئوية للمعادن المختلفة، وبالتالي نوع الصخور المتكونة، على نسبة العناصر الموجودة في الصهارة وقت تصلبها. ويتكون كل نوع من الصخور النارية عادة من مجموعة محدودة من المعادن، تسمى المادة الرئيسية المكونة للصخور. بالإضافة إلى ذلك، قد توجد معادن ثانوية وإكسسوارات بكميات أقل. على سبيل المثال، قد تكون المعادن الرئيسية في الجرانيت هي الفلسبار البوتاسيوم (30٪)، والفلسبار الصودا والكالسيوم (30٪)، والكوارتز (30٪)، والميكا، وهورنبلند (10٪). يمكن أن يوجد الزركون، والسفين، والأباتيت، والمغنتيت، والإلمنيت كمعادن ثانوية.

تصنف الصخور النارية عادة حسب نوع وكمية كل من الفلسبارات التي تحتوي عليها. ومع ذلك، الفلسبار غائب في بعض الصخور. يتم تصنيف الصخور النارية أيضًا وفقًا لبنيتها، مما يعكس الظروف التي تم فيها تصلب الصخور. تتبلور الصهارة ببطء في أعماق باطن الأرض، وتولد صخورًا جوفية متطفلة ذات بنية خشنة أو متوسطة الحبيبات. إذا انفجرت الصهارة إلى السطح على شكل حمم بركانية، فإنها تبرد بسرعة وتتشكل صخور بركانية دقيقة الحبيبات (متدفقة أو متدفقة). في بعض الأحيان، تبرد بعض الصخور البركانية (على سبيل المثال، سبج) بسرعة كبيرة بحيث لا يتوفر وقت لتبلورها؛ هذه الصخور لها مظهر زجاجي (الزجاج البركاني).

صخور رسوبية.

عندما يتعرض حجر الأساس للتجوية أو التآكل، يتم دمج المواد الفتاتية أو المذابة في الصخور الرسوبية. نتيجة للتجوية الكيميائية للمعادن التي تحدث عند حدود الغلاف الصخري والغلاف الجوي، تتشكل معادن جديدة، على سبيل المثال، معادن الطين من الفلسبار. يتم إطلاق بعض العناصر عندما تذوب المعادن (مثل الكالسيت) في المياه السطحية. ومع ذلك، فإن المعادن الأخرى، مثل الكوارتز، حتى عندما يتم سحقها ميكانيكيًا، تظل مقاومة للعوامل الجوية الكيميائية.

المعادن المستقرة ميكانيكيًا وكيميائيًا والتي يتم إطلاقها أثناء التجوية بكثافة عالية بدرجة كافية تشكل رواسب الغرينية على سطح الأرض. يتم استخراج الغرينية (النهر) والذهب والبلاتين والماس والأحجار الكريمة الأخرى وحجر القصدير (حجر القصدير) والمعادن من المعادن الأخرى من الغرينيات في أغلب الأحيان. في ظل ظروف مناخية معينة، تتشكل قشور تجوية سميكة، غالبًا ما تكون غنية بالمعادن الخام. وترتبط القشور التجوية بالرواسب الصناعية من البوكسيت (خامات الألومنيوم)، وتراكمات الهيماتيت (خامات الحديد)، وسيليكات النيكل المائي، ومعادن النيوبيوم، ومعادن نادرة أخرى.

يتم تنفيذ الكتلة الرئيسية لمنتجات التجوية من خلال نظام المجاري المائية في البحيرات والبحار، والتي تشكل في الجزء السفلي منها طبقة رسوبية ذات طبقات. يتكون الصخر الزيتي بشكل رئيسي من معادن طينية، ويتكون الحجر الرملي بشكل أساسي من حبيبات الكوارتز الأسمنتية. يمكن إزالة المواد المذابة من الماء عن طريق الكائنات الحية أو ترسيبها من خلال التفاعلات الكيميائية والتبخر. يتم امتصاص كربونات الكالسيوم من مياه البحر عن طريق الرخويات، التي تبني منها أصدافها الصلبة. ويتكون معظم الحجر الجيري من تراكم الأصداف والهياكل العظمية للكائنات البحرية، على الرغم من أن بعض كربونات الكالسيوم تترسب كيميائيا.

تتشكل رواسب المتبخرات نتيجة تبخر مياه البحر. المتبخرات هي مجموعة واسعة من المعادن، والتي تشمل الهاليت (ملح الطعام)، والجبس والأنهيدريت (كبريتات الكالسيوم)، والسيلفين (كلوريد البوتاسيوم)؛ لديهم جميعًا تطبيقات عملية مهمة. وتترسب هذه المعادن أيضًا أثناء التبخر من سطح البحيرات المالحة، لكن في هذه الحالة، يمكن أن تؤدي زيادة تركيز العناصر النادرة إلى ترسيب إضافي لبعض المعادن الأخرى. في هذه البيئة تتشكل البورات.

الصخور المتحولة.

التحول الإقليمي.

تخضع الصخور النارية والرسوبية المدفونة على أعماق كبيرة إلى تحولات تسمى المتحولة تحت تأثير درجة الحرارة والضغط، تتغير خلالها الخواص الأولية للصخور، وتتبلور المعادن الأصلية أو تتحول بالكامل. ونتيجة لذلك، يتم ترتيب المعادن عادة على طول مستويات متوازية، مما يعطي الصخور مظهر البلهارسيا. وتسمى الصخور المتحولة الرقيقة من البلهارس بالصخر الزيتي. غالبًا ما يتم إثراؤها بمعادن السيليكات الصفائحية (الميكا أو الكلوريت أو التلك). الصخور المتحولة الصخرية الأكثر خشونة هي النيس. يتبادلون العصابات من معادن الكوارتز والفلسبار والمافيك. عندما يحتوي الصخر الزيتي والنيس على بعض المعادن المتحولة عادة، ينعكس ذلك في اسم الصخر، على سبيل المثال، السيليمانيت أو الشيست ستاوروليت، الكيانيت أو العقيق النيس.

تحول الاتصال.

عندما ترتفع الصهارة إلى الطبقات العليا من قشرة الأرض، فإن الصخور التي تسللت إليها عادة ما تخضع لتغييرات، ما يسمى. تحول الاتصال. تتجلى هذه التغييرات في إعادة بلورة الأصل أو تكوين معادن جديدة. وتعتمد درجة التحول على نوع الصهارة ونوع الصخور التي تتخللها. يتم تحويل الطين والصخور القريبة منها في التركيب الكيميائي إلى قرون ملامسة (البيوتيت والكورديريت والعقيق وما إلى ذلك). تحدث التغيرات الأكثر حدة عندما تتسلل الصهارة الجرانيتية إلى الحجر الجيري: التأثير الحراري هو سبب إعادة بلورتها وتكوين الرخام؛ نتيجة للتفاعل الكيميائي مع الحجر الجيري، تشكل المحاليل المنفصلة عن الصهارة مجموعة كبيرة من المعادن (سيليكات الكالسيوم والمغنيسيوم: الولاستونيت، العقيق الغروسولاري والأندراديت، فيزوفيان، أو إيدوكراس، إيبيدوت، تريموليت وديوبسيدي). في بعض الحالات، يقدم التحول التلامسي معادن خام، مما يجعل الصخور مصادر قيمة للنحاس والرصاص والزنك والتنغستن.

ورم جسدي.

ونتيجة للتحول الإقليمي والتلامسي، لا يوجد تغير كبير في التركيب الكيميائي للصخور الأصلية، وإنما يتغير فقط تركيبها المعدني ومظهرها. عندما تقوم المحاليل بإدخال بعض العناصر وإزالة عناصر أخرى، يحدث تغير كبير في التركيب الكيميائي للصخور. تسمى هذه الصخور المتكونة حديثًا ميتوسوماتيك. على سبيل المثال، يؤدي تفاعل الحجر الجيري مع المحاليل الصادرة عن الصهارة الجرانيتية أثناء التبلور إلى تكوين مناطق من الخامات الميتاسوماتية الملامسة حول كتل الجرانيت - المنحدرات، والتي غالبًا ما تحتوي على تمعدن.

رواسب الخام والبيغماتيت

يمكن أن يختلف التركيب الكيميائي للجرانيت ذو الحبيبات الخشنة بشكل كبير عن تكوين الصهارة الأصلية. أظهرت دراسة الصخور أن المعادن تنطلق من الصهارة بتسلسل معين. المعادن الغنية بالحديد والمغنيسيوم، مثل الأوليفين والبيروكسينات، وكذلك المعادن الإضافية، تتبلور أولاً. وبسبب كثافتها الأعلى من كثافة المادة المنصهرة المحيطة بها، فإنها تستقر نتيجة لعملية فصل المواد المنصهرة. ويعتقد أن الكثبان الرملية تتشكل بهذه الطريقة - صخور تتكون بالكامل تقريبًا من الزبرجد الزيتوني. ويعزى أصل مماثل إلى بعض التراكمات الكبيرة من الماجنتيت والإلمنيت والكروميت، وهي سلسلة من الحديد والتيتانيوم والكروم على التوالي.

ومع ذلك، فإن تكوين الصهارة المتبقي بعد إزالة المعادن عن طريق فصل المواد المنصهرة ليس مطابقًا تمامًا لتكوين الصخور المتكونة منه. أثناء تبلور المصهور، يزداد فيه تركيز الماء والمكونات المتطايرة الأخرى (مثل مركبات الفلور والبورون)، ومعها العديد من العناصر الأخرى التي تكون ذراتها كبيرة جدًا أو صغيرة جدًا بحيث لا يمكن تضمينها في الهياكل البلورية للمعادن المكونة للصخور. يمكن أن ترتفع سوائل الماء المنبعثة من الصهارة المتبلورة على طول الشقوق إلى سطح الأرض، إلى المنطقة ذات درجات الحرارة والضغوط المنخفضة. وهذا يسبب ترسب المعادن في الشقوق وتكوين رواسب الأوردة. تتكون بعض الأوردة بشكل رئيسي من معادن غير معدنية (الكوارتز والكالسيت والباريت والفلوريت). وتحتوي الأوردة الأخرى على معادن مثل الذهب والفضة والنحاس والرصاص والزنك والقصدير والزئبق. وبالتالي، فإنها قد تمثل رواسب خام قيمة. وبما أن هذه الرواسب تتشكل بمشاركة المحاليل المائية الساخنة، فإنها تسمى الحرارية المائية. ينبغي أن يقال أن أكبر الرواسب الحرارية المائية ليست معرقة، ولكنها ميتوسوماتية؛ وهي تشبه الصفائح أو غيرها من أشكال الرواسب التي تتشكل عن طريق استبدال الصخور (في أغلب الأحيان الحجر الجيري) بمحاليل حاملة للخام. ويقال إن المعادن التي تشكل هذه الرواسب هي ذات أصل مائي حراري.

ترتبط البغماتيت وراثيا ببلورة الصهارة الجرانيتية. يمكن قذف كتلة السائل عالي الحركة، والتي لا تزال غنية بالعناصر التي تشكل جزءًا من المعادن المكونة للصخور، من حجرة الصهارة إلى الصخور المضيفة، حيث تتبلور مع تكوين أجسام ذات حبيبات خشنة تتكون أساسًا من الصخور المكونة المعادن - الكوارتز والفلسبار والميكا. وتسمى هذه الأجسام الصخرية بالبيغماتيت، وهي متغيرة الحجم بشكل كبير. يبلغ الحد الأقصى لطول معظم أجسام البجماتيت عدة مئات من الأمتار، لكن أكبرها يصل طوله إلى 3 كيلومترات، أما الصغيرة فيقاس ببضعة أمتار. تحتوي البغماتيت على بلورات كبيرة من المعادن الفردية، بما في ذلك أكبر بلورات الفلسبار في العالم بطول عدة أمتار، والميكا التي يصل قطرها إلى 3 أمتار، والكوارتز حتى 5 أطنان.

تتركز العناصر النادرة في بعض السوائل المكونة للبيغماتيت (غالبًا على شكل بلورات كبيرة)، على سبيل المثال، البريليوم في البيريل والكريسوبريل، الليثيوم في السبودومين، البيتاليت، الأمبليغونيت واللبيدوليت، السيزيوم في السيميسيت، البورون في التورمالين، الفلور في الأباتيت. والتوباز. تحتوي معظم هذه المعادن على أنواع من الأحجار الكريمة. ترجع الأهمية الصناعية للبيغماتيت جزئيًا إلى حقيقة أنها مصدر للأحجار الكريمة، ولكن بشكل أساسي - الفلسبار والبوتاسيوم عالي الجودة والميكا، وكذلك خامات الليثيوم والسيزيوم والتنتالوم، والبريليوم جزئيًا.

الأدب:

المعادن: دليل، ر.ت. 1-4. م، 1960-1992
فليشر م. قاموس الأنواع المعدنية. م، 1980
الموسوعة المعدنية. ل.، 1985
بيري إل، ماسون بي، ديتريش آر. علم المعادن.م، 1987

حاليًا، هناك أكثر من 3000 معدن معروف. يعتمد التصنيف الحديث للمعادن على مبادئ تأخذ في الاعتبار أهم سمات الأنواع المعدنية - التركيب الكيميائي والتركيب البلوري.

بالنسبة للوحدة الرئيسية في هذا التصنيف، يتم أخذ الأنواع المعدنية، التي لها تركيب بلوري معين وتركيب كيميائي ثابت معين. قد يكون للأنواع المعدنية أصناف. يُفهم التنوع على أنه معادن من نفس النوع تختلف عن بعضها البعض في بعض الخصائص الفيزيائية، على سبيل المثال، لون الكوارتز المعدني في العديد من الأصناف (أسود - موريون، شفاف - كريستال صخري، أرجواني - جمشت).

وبناء على ذلك يمكن تقديم التصنيف على الشكل التالي:

1. أصلي

2. الكبريتيدات

3. الهاليدات

4. الأكاسيد والهيدروكسيدات

5. الكربونات

6. الكبريتات

7. الفوسفات

8. السيليكات

1. العناصر الأصلية (المعادن).

تشمل هذه الفئة المعادن التي تتكون من عنصر كيميائي واحد وتسمى باسم هذا العنصر. على سبيل المثال: الذهب الأصلي، والكبريت، وما إلى ذلك. وتنقسم جميعها إلى مجموعتين: المعادن وغير المعادن. تشتمل المجموعة الأولى على Au وAg وCu وPt وFe وبعض الأنواع الأخرى، والثانية - As وBi وS وC (الماس والجرافيت).

التكوين (الأصل) - يتكون بشكل رئيسي أثناء العمليات الداخلية في الصخور المتطفلة وعروق الكوارتز، S (الكبريت) - أثناء النشاط البركاني. خلال العمليات الخارجية، يحدث تدمير الصخور، وإطلاق المعادن الأصلية (بسبب مقاومتها للتأثيرات الفيزيائية والكيميائية) وتركيزها في الأماكن الملائمة لذلك. وبالتالي يمكن تشكيل الغرينيات من الذهب والبلاتين والماس.

التطبيق في الاقتصاد الوطني:

1- إنتاج المجوهرات واحتياطيات النقد الأجنبي (الاتحاد الأفريقي، حزب العمال، حج، الماس).

2- الأشياء والأواني العبادة (Au، Ag)،

3- الإلكترونيات الراديوية (Au، Ag، Cu)، الصناعة النووية، الكيميائية، الطب، أدوات القطع - الماس؛

4- الزراعة – الكبريت .

2. الكبريتيدات- أملاح حمض الهيدروكبريتيك.

مقسمة إلى بسيطبالصيغة العامة A m X p و أملاح الكبريت– A m B n X p ، حيث – A ذرة فلز، B ذرة فلز وأشباه فلزات، X ذرة كبريت.

تتبلور الكبريتيدات في أشكال مختلفة - مكعبة، سداسية، معينية، الخ. بالمقارنة مع تلك الأصلية، لديهم تكوين أوسع من الكاتيونات العنصرية. ومن ثم تنوع أكبر في الأنواع المعدنية ومجموعة أوسع من نفس الخاصية.

الخصائص الشائعة للكبريتيدات هي اللمعان المعدني، والصلابة المنخفضة (تصل إلى 4)، والألوان الرمادية والداكنة، والكثافة المتوسطة.

وفي الوقت نفسه، هناك اختلافات بين الكبريتيدات في خصائص مثل الانقسام والصلابة والكثافة.

تعتبر الكبريتيدات المصدر الرئيسي لخامات المعادن غير الحديدية، وبسبب شوائب المعادن النادرة والنبيلة، تزداد قيمة استخدامها.

سفر التكوين - مختلف العمليات الداخلية والخارجية.

3. الهاليدات.الفلوريدات والكلوريدات الأكثر انتشارًا هي مركبات من الكاتيونات المعدنية مع الفلور والكلور أحادي التكافؤ.

الفلوريدات عبارة عن معادن خفيفة متوسطة الكثافة والصلابة. الممثل هو فلوريت CaF2. الكلوريدات هي معادن الهاليت والسيلفين (NaCl وKCl).

بالنسبة للهاليدات، فإن الصلابة المنخفضة، والتبلور في التركيب المكعب، والانقسام المثالي، ومجموعة واسعة من الألوان، والشفافية شائعة. الهاليت والسيلفين لهما خصائص خاصة - الطعم المالح والمر المالح.

تختلف الفلوريدات والكلوريدات في التكوين. الفلوريت هو نتاج العمليات الداخلية (الحرارية المائية)، في حين يتم تشكيل الهاليت والسيلفين في ظروف خارجية بسبب هطول الأمطار أثناء التبخر في المسطحات المائية.

في الاقتصاد الوطني، يستخدم الفلوريت في البصريات والمعادن للحصول على حمض الهيدروفلوريك. ويستخدم الهاليت والسيلفين في الصناعات الكيميائية والغذائية، وفي الطب والزراعة، وفي التصوير الفوتوغرافي.

4. الأكاسيد والهيدروكسيدات- تمثل إحدى الفئات الأكثر شيوعًا والتي تحتوي على أكثر من 150 نوعًا معدنيًا تشكل فيها ذرات المعدن أو الكاتيونات مركبات مع الأكسجين أو مجموعة الهيدروكسيل (OH). يتم التعبير عن ذلك بالصيغة العامة AX أو ABX - حيث X هي ذرات الأكسجين أو مجموعة الهيدروكسيل. الأكاسيد الأكثر تمثيلاً على نطاق واسع هي Si، Fe، Al، Ti، Sn. ويشكل بعضها أيضًا شكل الهيدروكسيد. من سمات معظم الهيدروكسيدات انخفاض قيم الخاصية مقارنة بشكل الأكسيد لنفس ذرة المعدن. ومن الأمثلة الصارخة على ذلك أشكال الأكسيد والهيدروكسيد من Al.

يمكن تقسيم الأكاسيد حسب تركيبها الكيميائي وبريقها إلى: معدنية وغير معدنية. المجموعة الأولى تتميز بصلابة متوسطة، ألوان داكنة (أسود، رمادي، بني)، كثافة متوسطة. ومن الأمثلة على ذلك معادن الهيماتيت وحجر القصدير. المجموعة الثانية تتميز بالكثافة المنخفضة والصلابة العالية 7-9 والشفافية وتنوع الألوان وعدم وجود انقسام. مثال ف- المعادن الكوارتز، اكسيد الالمونيوم.

في الاقتصاد الوطني، يتم استخدام الأكاسيد والهيدروكسيدات على نطاق واسع للحصول على Fe، Mn، Al، Sn. تُستخدم الأنواع الشفافة والبلورية من اكسيد الالمونيوم (الياقوت والياقوت) والكوارتز (الجمشت والكريستال الصخري وما إلى ذلك) كأحجار كريمة وشبه كريمة.

سفر التكوين - في العمليات الداخلية والخارجية.

5. الكربونات- أملاح حمض الكربونيك، الصيغة العامة هي ACO3 - حيث A هو Ca، Mg، Fe، إلخ.

الخصائص العامة - تتبلور في الأنظمة المعينية والمثلثية (أشكال بلورية جيدة وانقسام على طول المعين) ؛ صلابة منخفضة 3-4، لون فاتح في الغالب، يتفاعل مع الأحماض (حمض الهيدروكلوريك وHNO3) لإطلاق ثاني أكسيد الكربون.

وأكثرها شيوعًا هي: الكالسيت CaCO3، المغنسيت Mg CO3، الدولوميت CaMg (CO3) 2، السدريت Fe CO3.

الكربونات مع مجموعة الهيدروكسيل (OH): الملكيت Cu2 CO3 (OH) 2 - لون أخضر وتفاعل مع حمض الهيدروكلوريك، اللازوريت Cu3 (CO3) 2 (OH) 2 - لون أزرق، شفاف في البلورات.

نشأة الكربونات متنوعة - رسوبية (كيميائية وبيولوجية)، حرارية مائية، متحولة.

تعد الكربونات أحد المعادن الرئيسية المكونة للصخور الرسوبية (الحجر الجيري والدولوميت وما إلى ذلك) والصخور المتحولة - الرخام والسكارنز. يتم استخدامها في البناء والبصريات والمعادن والأسمدة. يستخدم الملكيت كحجر الزينة. تعتبر التراكمات الكبيرة من المغنسيت والسدريت مصدرًا للحديد والمغنيسيوم.

6. الكبريتات- أملاح حامض الكبريتيك أي . لديك SO4 جذرية. الكبريتات الأكثر شيوعًا والمعروفة هي Ca، Ba، Sr، Pb. الخصائص الشائعة بالنسبة لهم هي التبلور i في الأنظمة أحادية الميل والمعينية، واللون الفاتح، والصلابة المنخفضة، واللمعان الزجاجي، والانقسام المثالي.

المعادن: الجبس CaSO4 2H2O، الأنهيدريت CaSO4، الباريت BaSO4 (كثافة عالية)، سيليستيت SrSO4.

تتشكل تحت ظروف خارجية، غالباً مع الهاليدات. بعض الكبريتات (الباريت، السيليستيت) لها أصل مائي حراري.

التطبيق - البناء والزراعة والطب والصناعة الكيميائية.

7. الفوسفات- أملاح حامض الفوسفوريك أي . تحتوي على PO4.

عدد الأنواع المعدنية صغير، سننظر في معدن الأباتيت Ca(PO4)3(F,Cl,OH). يشكل تكتلات بلورية وحبيبية، صلابة 5، سداسي الشكل، انقسام غير كامل، لون أخضر مزرق. يحتوي على شوائب من السترونتيوم والإيتريوم والعناصر الأرضية النادرة.

المنشأ ناري ورسوبي، حيث يشكل الفوسفوريت في خليط مع جزيئات الطين.

التطبيق - المواد الخام الزراعية والإنتاج الكيميائي ومنتجات السيراميك.

8. السيليكات- فئة المعادن الأكثر شيوعًا وتنوعًا (ما يصل إلى 800 نوع). يعتمد تصنيف السيليكات على رباعي السطوح السيليكون والأكسجين -4. اعتمادًا على البنية التي تشكلها عند دمجها مع بعضها البعض، يتم تقسيم جميع السيليكات إلى: جزيرة وطبقة وشريط وسلسلة وإطار.

سيليكات الجزيرة - يتم فيها الاتصال بين رباعيات الأسطح المعزولة من خلال الكاتيونات. تشمل هذه المجموعة المعادن: الزبرجد الزيتوني، التوباز، العقيق، البريل، التورمالين.

السيليكات ذات الطبقات - تمثل طبقات متواصلة، حيث ترتبط رباعيات الأسطح بأيونات الأكسجين، ويتم الاتصال بين الطبقات من خلال الكاتيونات. لذلك، لديهم جذر مشترك في الصيغة 4-. تجمع هذه المجموعة معادن الميكا: البيوتيت، التلك، المسكوفيت، السربنتين.

السلسلة والشريط - تشكل رباعيات الأسطح سلاسل مفردة أو مزدوجة (أشرطة). السلسلة - لها جذر مشترك 4- وتتضمن مجموعة من البيروكسينات.

السيليكات الشريطية تحتوي على معادن مكونة من 6 جذور من مجموعة الأمفيبول.

السيليكات الإطارية - حيث تترابط رباعيات الأسطح مع جميع ذرات الأكسجين، وتشكل إطارًا جذريًا. تشمل هذه المجموعة الفلسبار والبلاجيوجلاز. يجمع الفلسبار المعادن مع كاتيونات Na و K. هذه المعادن هي ميكروكلين وأورثوكلاز. في البلاجيوجلاز، الكالسيوم والصوديوم هما كاتيونات، في حين أن النسبة بين هذه العناصر ليست ثابتة. ولذلك فإن البلاجيوجلاز عبارة عن سلسلة متماثلة من المعادن: الألبيت - أوليجوكلاز - أنديسين - لابرادور - بايتاونيت - أنورثيت. من الألبيت إلى الأنورثيت، يزداد محتوى الكالسيوم.

تحتوي تركيبة الكاتيونات في السيليكات غالبًا على: Mg، Fe، Mn، Al، Ti، Ca، K، Na، Be، وفي كثير من الأحيان Zr، Cr، B، Zn عناصر نادرة ومشعة. وتجدر الإشارة إلى أنه يمكن استبدال جزء من السيليكون الموجود في رباعي الأسطح بـ Al، ومن ثم نقوم بتصنيف المعادن إلى ألومينوسيليكات.

يعطي التركيب الكيميائي المعقد وتنوع البنية البلورية مجتمعة نطاقًا واسعًا من الخصائص الفيزيائية. حتى باستخدام مثال مقياس موس، يمكن ملاحظة أن صلابة السيليكات تتراوح من 1 إلى 9.

الانقسام من الكمال جدا إلى الكمال.

في كثير من الأحيان يتم تجميع السيليكات حسب اللون - ذو لون داكن، ذو لون فاتح. يتم تطبيق هذا على نطاق واسع بشكل خاص على السيليكات - المعادن المكونة للصخور.

تتشكل السيليكات بشكل رئيسي أثناء تكوين الصخور النارية والمتحولة في العمليات الداخلية. تتشكل مجموعة كبيرة من المعادن الطينية (الكاولين، وما إلى ذلك) تحت ظروف خارجية أثناء تجوية صخور السيليكات.

العديد من السيليكات عبارة عن معادن وتستخدم في الاقتصاد الوطني. هذه هي مواد البناء والواجهات وأحجار الزينة والأحجار الكريمة (التوباز والعقيق والزمرد والتورمالين وغيرها)، وخامات المعادن (Be، Zr، Al) واللافلزات (B)، والعناصر النادرة. يتم تطبيقها في صناعة المطاط والورق، مثل الحراريات والمواد الخام الخزفية.

إلى جانب التصنيف الكيميائي البلوري، هناك تصنيفات أخرى للمعادن بناءً على مبادئ أخرى. على سبيل المثال، يعتمد التصنيف الجيني على نوع نشأة المعادن، وفي تكنولوجيا معالجة الخامات يتم استخدام التصنيفات بناءً على خصائصها الفيزيائية (الفصلية)، على سبيل المثال، حسب المغناطيسية والكثافة والذوبان والانصهار وغيرها من الميزات .

على الرغم من أن التركيب الكيميائي كان بمثابة الأساس لتصنيف المعادن منذ منتصف القرن التاسع عشر، إلا أن علماء المعادن لم يتفقوا دائمًا على الترتيب الذي ينبغي أن تكون عليه المعادن الموجودة فيها. وفقا لإحدى طرق بناء التصنيف، تم تجميع المعادن وفقا لنفس المعدن الرئيسي أو الكاتيون.

وفي الوقت نفسه، تقع معادن الحديد في مجموعة واحدة، ومعادن الرصاص في مجموعة أخرى، ومعادن الزنك في مجموعة ثالثة، وهكذا. ومع ذلك، مع تطور العلم، أصبح من الواضح أن المعادن التي تحتوي على نفس اللافلزات (مجموعة أنيونية أو أنيونية) لها خصائص متشابهة وأكثر تشابهًا مع بعضها البعض من المعادن التي لها معدن مشترك.

بالإضافة إلى ذلك، توجد معادن ذات أنيون مشترك في نفس البيئة الجيولوجية ولها أصل قريب. ونتيجة لذلك، في التصنيف الحديث يتم تجميع المعادن في فئات على أساس أنيون مشترك أو مجموعة أنيونية.

والاستثناء الوحيد هو العناصر الأصلية، التي توجد في الطبيعة من تلقاء نفسها دون تكوين مركبات مع عناصر أخرى.

تصنف المعادن حسب تركيبها الكيميائي وتركيبها البلوري إلى المجموعات التالية:

• العناصر الأصلية
• الكبريتيدات والأملاح الكبريتية.
• مركبات الهالوجين (الهاليدات)؛
• أكاسيد.
• أملاح الأكسجين (الكربونات والكبريتات والتنغستات والفوسفات والسيليكات).

يعتمد التصنيف المقبول حاليًا للمعادن على التركيب الكيميائي والبنية. يتم أيضًا إيلاء الكثير من الاهتمام للتكوين ("التكوين" اليوناني - الأصل)، مما يجعل من الممكن معرفة أنماط توزيع المعادن في القشرة الأرضية.

العناصر الأصلية

لا تحتوي القشرة الأرضية على أكثر من 0.1% (من حيث الكتلة) من العناصر المحلية (83 معدنًا). ويرتبط استخراجها بصعوبات كبيرة، حيث أن العديد منها ذات قيمة عالية بشكل خاص، كونها معايير العمل البشري، وتستخدم في احتياطيات الذهب في البلدان كضمان للعملة الوطنية في التجارة الدولية. ترتبط وراثيا بعمليات تبلور الصهارة (Pt، الماس، الجرافيت)، والعمليات الحرارية المائية (Au) والعمليات الرسوبية (S). غالبًا ما يكون الحديد الأصلي من أصل كوني.

تتميز المعادن الأصلية بمرونة عالية للغاية، وبريق معدني، وقابلية للطرق، وموصلية حرارية وكهربائية، وذلك بسبب الرابطة المعدنية في الشبكة البلورية.

الكثافة العالية مميزة أيضًا. تمتلك أثقل المعادن: نيفيانسكيت (يصل إلى 21.5 جم / سم 3) وسيسرتسكايت (يصل إلى 22.5 جم / سم 3).

بالإضافة إلى المعادن الأصلية (Ru، Rh، Pd، Ag، Os، Ir، Pt، Au، Fe، Cu، Ni، Hg)، هناك أيضًا أشباه فلزات أصلية (As، Sb، Bi) وغير المعادن (S، سي، تي، ج) .

يتم ملاحظة الحديد النيزكي أحيانًا على شكل مكعبات عادية (حديد سداسي السطوح) وأثماني السطوح (حديد ثماني السطوح). عادة ما تكون على شكل كتل ذائبة ذات شكل غير مستدير مع انخفاضات مميزة على شكل إصبع على السطح. يحتوي ما يسمى بـ "حديد بالاس" على شوائب من الزبرجد الزيتوني (MgFeSiO 4).

كبريتيدات

ولا تحتوي القشرة الأرضية على أكثر من 0.15% (بالكتلة) من معادن هذه المجموعة (230 معدناً). من وجهة نظر كيميائية، هذه المركبات هي أملاح حمض الهيدروكبريتيك. يوجد أيضًا كبريتيدات ذات تركيبة متكافئة بدقة (FeS 2، CuFeS 2، وما إلى ذلك)، ومركبات يختلف فيها محتوى الكبريت ضمن حدود معينة (polysulfides، على سبيل المثال FeS x، حيث x \u003d 1.0.1 - 1.14).

المشابك البلورية الأيونية مميزة. معظم الكبريتيدات ثقيلة وناعمة ولامعة. لديهم الموصلية الكهربائية العالية. في معظم الحالات ذات المنشأ الحراري المائي، تكون في بعض الأحيان نتاج تبلور الصهارة الكبريتيدية، وأثناء التجوية في منطقة الأكسدة، تمر الكبريتيدات أولاً إلى الكبريتات، ثم إلى أكاسيد وهيدروكسيدات وكربونات.

الكبريتيدات هي القاعدة الخام للمعادن غير الحديدية وهي المادة الخام لإنتاج حمض الكبريتيك. وبما أن الكبريت يضفي هشاشة حمراء على الفولاذ، فإن وجود الكبريتيدات في خامات الحديد يقلل من جودتها. قبل الصهر في الفرن العالي، تتعرض خامات الحديد المغبرة للتكتل في مصانع التلبيد. أثناء التكتل، من الممكن إزالة ما يصل إلى 99٪ من كبريتيد الكبريت من الخام.

مركبات الهالوجين

تحتوي القشرة الأرضية على حوالي 0.5% (بالكتلة) من مركبات الهالوجين، وهي ذات أصل مائي حراري أو رسوبي. غالبًا ما يوجد الفلوريت في عروق البغماتيت. من وجهة نظر كيميائية، هذه المعادن هي أملاح الأحماض: HF، HI، HBr، HCI. المميزات: بريق زجاجي، كثافة منخفضة، قابلية الذوبان في الماء. تحتوي مركبات الهالوجين على شبكات أيونية.

يستخدم علم المعادن كميات كبيرة من الفلوريت لتسييل الخبث. تستخدم مركبات الهالوجين على نطاق واسع في الكيمياء والزراعة (الأسمدة) وفي صناعة الأغذية.

أكاسيد

تحتوي القشرة الأرضية على ما يصل إلى 17% (بالكتلة) من الأكاسيد. الأكثر شيوعًا هي الكوارتز (12.6٪)، وأكاسيد وهيدروكسيدات الحديد (3.9٪)، وأكاسيد وهيدروكسيدات Al، Mn، Ti، Cr. ونذكر هنا أن الكتلة الرئيسية لخام الحديد وخامات المنغنيز هي من أصل رسوبي. معادن مجموعة الأكسيد هي الأساس الخام للمعادن الحديدية. وأهم المعادن الخام من خامات الحديد والمنجنيز: الهيماتيت (Fe2O3)، المغنتيت (Fe3O4)، خام الحديد البني (Fe2O3). . H 2 O)، بيرولوسيت (MnO 2)، براونيت (Mn 2 O 3)، هوزمانيت (Mn 3 O 4)، سيلوميلان (MnO 2) . منو . ن H 2 O)، المنغنيت (MnO 2 . من (أوه) 2 .

تتميز الشبكات البلورية للأكاسيد بالترابط الأيوني. أكاسيد Fe، Mn، Cr، Ti لها بريق شبه معدني ولون داكن. هذه المعادن مبهمة. بالنسبة للمغنتيت (Fe3O4) والإلمنيت (FeO. TiO2)، فإن الخاصية المميزة هي مغناطيسيتهما.

الكربونات والكبريتات والتنغستات والفوسفات

الكربونات، التي تشكل حوالي 1.7% من كتلة القشرة الأرضية، هي معادن رسوبية أو حرارية مائية. من وجهة نظر كيميائية، هذه هي أملاح حمض الكربونيك - H2CO3. تحتوي الكربونات على شبكات بلورية أيونية؛ يتميز بانخفاض كثافته، بريقه الزجاجي، لونه فاتح (عدا كربونات النحاس)، صلابته 3-5، تفاعله مع حمض الهيدروكلوريك المخفف. تستخدم الكربونات على نطاق واسع في تعدين الحديدوز كتدفق وكمادة خام لإنتاج الحراريات والجير.

تحتوي القشرة الأرضية على 0.1% (من حيث الكتلة) من الكبريتات، والتي هي بشكل رئيسي من أصل رسوبي كيميائي وهي أملاح حمض الكبريتيك H2SO4. عادة ما تكون هذه معادن ناعمة وخفيفة وخفيفة. وهي تشبه ظاهريًا الكربونات، ولكنها لا تتفاعل مع حمض الهيدروكلوريك. تستخدم الكبريتات في الصناعات الكيميائية والبناء. إنها شوائب ضارة للغاية في خامات الحديد، لأنه أثناء التكتل من الممكن إزالة ما لا يزيد عن 60-70٪ من كبريتات الكبريتات في الطور الغازي.