minerały.doc

Minerały

Minerały są naturalnymi związkami chemicznymi, rzadziej rodzimymi pierwiastkami lub stopami, które powstały wskutek procesów geologicznych. Wiekszość minerałów ma pochodzenie nieorganiczne, są jednak również związki zawdzięczające swe powstanie organizmom żywym. Znamy ponad 3000 minerałów; najpowszechniejszymi są minerały zawierające krzem. W największych ilościach występują w skorupie ziemskiej minerały skałotwórcze: kwarc, skalenie, amfibole, pirokseny, miki, oliwiny, kalcyt. Tworzą one skały które mogą być zbudowane z wielu różnych minerałów (granit, bazalt) lub z wielu osobników jednego minerału (wapień, dolomit). W porównaniu z minerałami skałotwórczymi inne występują stosunkowo rzadko.

Minerał - jednorodny pod względem składu i właściwości fizycznych, najmniejszy naturalny składnik litosfery.

Powstawanie minerałów

Ogólnie rzecz biorąc minerały powstają w procesach magmowych, hydrotermalnych, osadowych i metamorficznych.

W procesach magmowych minerały powstają z gorącej, płynnej, obfitującej w składniki lotne masy krzenianowej, zwanej magmą. Magma występuje lokalnie w skorupie ziemskiej i w górnym płaszczu Ziemi. Pod wpływem skomplikowanych procesów tektonicznych (np. fałdowań, tworzenia się uskoków) przenika ona ku górze do stref chłodniejszych, gdzie powoli krzepnie. Podczas swojej wędrówki magma roztapia sąsiadujące z nią skały, wskutek czego jej skład się zmienia. Z ochładzaniem się magmy związana jest krystalizacja jej składników, czemu towarzyszy oddzielanie się substancji ciekłych od lotnych i różnicowanie się magmy. Wykrystalizowane z magmy minerały cięższe powoli opadają na dno zbiornika magmowego, lżejsze zaś pozostają wyżej. Minerały, które wydzieliły się wcześniej i krystalizują w magmie, mają formy dobrze wykształconych kryształów, natomiast minerały powstające później dostosowują się do przestrzeni pozostałych pomiędzy już wykrystalizowanymi minerałami.

Procesy hydrotermalne występują tuż po procesach magmowych. Mianowicie resztki pomagmowe wzbogacone w parę wodną i lotne składniki takie jak bor, fluor i lit. Gorące roztwory wodne razem z wydobywającej się ze stygnącej magmy gazami przenikają przez pory i szczeliny skalne ku powierzchni Ziemi. Ulegają przy tym ochłodzeniu, a wytrącające się z nich nowe minerały krystalizują na ścianach szczelin i w pustkach skalnych. Powstają wtedy takie minerały jak kwarc, dolomit, kalcyt. Jeśli roztwory hydrotermalne zawierają metale ciężkie, powstają żyły kruszców.

Procesy osadowe dotyczą skał i minerałów znajdujących się na powierzchni, podlegających wpływom czynników zewnętrznych tj: atmosfery, hydrosfery, zmian temperatury (ogólnie wietrzenia). Na powierzchnię skał działają czynniki mechaniczne związane z wahaniami temperatury i wilgotności, ze zmianami nasłonecznienia lub silnym mrozem, które powoduje kruszenie skał (woda - lód). Produkty powstałe z rozpadu skał pozostają na miejscu lub osypują sie grawitacyjnie po zboczach. Dzięki rozpadowi skał mogą powstawać wtórne koncentracje minerałów. Produkty wietrzenia mogą być transportowane dalej przez wodę lub wiatr i ulegac dalszym zmianom, sortowaniu. Te produkty zostaja osadzone np. w zagłębieniach terenu czy na dnie zbiorników wodnych. Tam ulegają diagenezie (scementowaniu), dzięki czemu powstają skały osadowe.

Procesy metamorficzne dotyczą skał i minerałów mających kontakt z lawą, magmą czy wodami hydrotermalnymi. Takie skały i minerały zostają poddane wysokim temperaturom, ciśnieniu, działaniu innych związków chemicznych. Zachodzą wtedy różne reakcje chemiczne, które zmieniają skład, wygląd i postać minerału, tworząc nowy.

Klasyfikacja minerałów

W miarę rozwoju mineralogii, kryteria klasyfikacji minerałów wielokrotnie zmieniano. Postępy wiedzy o budowie minerałów doprowadziły do stworzenia systemu klasyfikacyjnego opartego na ich składzie chemicznym i budowie wewnętrznej. Ten system został powszechnie przyjęty i prawie wszystkie książki, kolekcje muzealne itp. są o niego oparte.

Wszystkie znane minerały podzielono na podstawie wymienionych kryteriów na szereg klas i grup, poczynając od pierwiastków, przez proste związki chemiczne do bardziej skomplikowanych związków nieorganicznych. Do ostatniej klasy zaliczono związki organiczne. Podział wg H. Strunza obejmuje 9 klas:

·           Pierwiastki rodzime

·           Siarczki, selenki, tellurki, arsenki, antymonki, bizmutki

·           Halogenki

·           Tlenki i wodorotlenki

·           Azotany, węglany i borany

·           Siarczany, chromiany, molibdeniany i wolframiany

·           Fosforany, arseniany i wanadany

·           Krzemiany

·           Substancje organiczne

Klasy te dzieli się jeszcze na mniejsze jednostki systematyczne ale to sobie darujemy.

Własności minerałów

Do własności minerałów zaliczamy: twardość, barwę, rysę, przezroczystość, połysk, łupliwość, przełam, spójność, rozpuszczalność, gęstość, luminescencję, przewodnictwo, magnetyzm, radioaktywność.

Twardość
Twardość jest to opór, jaki stawia minerał rysującemu go ostrzu. Twardość zależy od łupliwości: jest najmniejsza w kierunku równoległym do płaszczyzny łupliwości, a największa w kierunku prostopadłym. Do określania twardośći minerałów stosujemy 10 stopniową skalę twardości Fryderyka Mohsa. Ta skala obejmuje 10 minerałów wzorcowych o białej rysie, ułożonych według wzrastającej twardości. Różnice twardośći między sąsiednimi minerałami są małe na początku skali i duże przy jej końcu.

talk - gips - kalcyt - fluoryt - apatyt - ortoklaz - kwarc - topaz - korund - diament

Barwa
Barwa jest charakterystyczną, lecz nie zawsze wiarygodną cechą diagnostyczną minerałów, bo te same minerały moga występować w wielu różnych barwach. Większa część minerałów posiada jednak stałą, charakterystyczną barwę, dlatego pomaga ona rozpoznawać minerały. Biorąc pod uwagę przyczyny, które decydują o barwach, podzielono minerały na następujące cztery grupy:

·          Minerały achromatyczne - to minerały bezbarwne, doskonale przepuszczające światło, nie absorbujące w widzialnej części jego widma

·          Minerały idiochromatyczne - są to minerały o stałej i charakterystycznej dla nich barwie, związanej z obecnością w ich składzie określonych pierwiastków

·          Minerały allochromatyczne - to minerały zabarwione, zawdzięczające swe kolory obecności domieszek innych, barwiących substancji, którymi mogą być domieszki innych pierwiastków lub wrosty innych minerałów

·          Minerały pseudochromatyczne - minerały zabarwione pozornie, swe barwy zawdzięczją własnościom fizycznym, powodującym rożne efekty optyczne jak: załamanie, odbicie, dyfrakcja, dyspresja, interferencja światła

Rysa
Aby określić prawdziwą barwę minerału badamy kolor jego rysy, czyli koloru proszku minerału, jaki powstaje po zarysowaniu jego powierzchni.

Przezroczystość
Przezroczystość jest zdolnością minerałów do przepuszczania światła. Jest to cecha bardzo ważna, szczególnie dla kamieni szlachetnych. Rozróżniamy następujące stopnie przezroczystości:

·          Minerały przezroczyste - to takie, przez które nawet przy ich dużej grubości można czytać litery (np. kalcyt, kryształ górski, topaz, diament)

·          Minerały półprzezroczyste - tekst czytany przez nie jest niewyraźny (np. kwarc różowy, szmaragdy)

·          Minerały przeświecające - światło przechodzi nawet przez grubsze ich warstwy, ale nic przez nie nie widać (np. siarka, aurypigment, kwarc mleczny)

·          Minerały przeświecające na krawędziach - przepuszczają światło tylko wtedy, gdy są sproszkowane lub występują w postaci cienkich płytek (np. amfibole, augit)

·          Minerały nieprzezroczyste - nie przepuszczają światła nawet w postaci proszku o cienkich płytek (np. magnetyt, piryt)

Obrazek ilustruje przezroczystoć płytek tej samej gruboci z następujšcych minerałów: a) kryształu górskiego, b) kwarcu dymnego, c) opalu, d)jaspisu.

Połysk
Połysk jest zdolnością minerału do odbijania światła od jego powierzchni. Zależy od wielu czynników np. od załamania światła, absorbcji światła, rodzaju powierzchni, nie zależy od barwy minerału. Wyróżniono następujące rodzaje połysku:

·          Metaliczny - charakterystyczny dla większości minerałów nieprzezroczystych. Widać go najlepiej na świerzych, zgodnych z płaszczyznami łupliwości przełamach rodzimych metali ciężkich lub ich rud (np. galena, chalkopiryt, magnetyt)

·          Półmetaliczny - nieco słabszy od metalicznego, mają go minerały przezroczyste lub półprzezroczyste o dużym współczynniku załamania światła

·          Diamentowy - bardzo silny, występuje tylko u minerałów przezroczystych i przeświecających, jest wynikiem całkowitego odbicia światła (np. cyrkon, diament)

·          Szklisty - przypomina połysk szkła, występuje u minerałów przezroczystych (np. fluoryt, kwarc, korund)

·          Tłusty - przypomina połysk natłuszczonego papieru, charakterystyczny dla minerałów posiadających wrostki (np. opal, kordieryt)

·          Perłowy - typowy dla minerałów przezroczystych i półprzezroczystych, o doskonałej łupliwości (np. gips, muskowit)

·          Jedwabisty - charakterystyczny dla minerałów o budowie włóknistej (np. azbest, krokidolit)

·          Matowy - typowy dla minerałów występujących w skupieniach ziemistych (np. kaolinit, piroluzyt)

Łupliwość
Łupliwość jest zdolnością minerałów do łatwego pękania wzdłuż pewnych kierunków pod wpływem nacisku lub uderzenia. Łupliwość zależy od wewnętrznej budowy kryształów i jest stała dla danego minerału. Kryształy pękają zawsze wzdłuż najsłabiej związanych ze sobą płaszczyzn, czyli takich, wzdłuż których siły wiążące cząsteczki są najsłabsze. Łupliwość najłatwiej zaobserwować uderzając minerał młotkiem. Niektóre minerały rozłupują się dobrze wzdłuż wszystkich płaszczyzn, tworząc określone bryły, inne łupią się źle, wzdłuż pewnych płaszczyzn.
Wyróżnia się następujące rodzaje łupliwości:

·          Doskonałą - gdy minerał łatwo rozłupać na cienkie, zwykle równoległe blaszki (np.grafit, gips, muskowit)

·          Bardzo dobrą (wyraźną) - gdy bryłki po rozłupaniu, mające nawet bardzo małe rozmiary, zachowują swój kształt (np. galena, halit, kalcyt)

·          Dobrą - gdy płaszczyzny łupliwości są mniej wyraźne i nie zawsze całkiem gładkie (np. skalenie)

·          Niewyraźną - gdy powierzchnie płaszczyzn łupliwości nie są gładkie (np. siarka, apatyt)

·          Złą - gdy minerałowi całkowicie brak łupliwości

Minerały pozbawione łupliwości pękają wzdłuż nierównych powierzchni, zwanych przełamem.



Przełam
Przełam to nierówne powierzchnie, wzdłuż których pękają minerały, pozbawione lupliwości. W zależności od rodzaju powierzchni wyróżniamy następujące rodzaje przełamu:

·          Muszlowy (np. kwarc, opal)

·          Nierówny (np. piryt)

·          Haczykowaty (np. srebro, złoto)

·          Zadziorowaty (np. nefryt, granat)

·          Ziemisty (np. kaolinit)

Obrazek przedstawia przykład a) łupliwoci i b) przełamu.

Spójność
Poza łupliwością i przełamem, niektóre minerały mają jeszcze inne cechy związane z ich spójnością. Mówimy o minerałach kowalnych, czyli takich, które można rozklepywać na cienkie blaszki (np. miedż, złoto); o minerałach łagodnych, które rozpadają się na proszek po uderzeniu młotkiem (np. talk); o minerałach kruchych, które ulegają rozpadowi na mniejsze okruchy. Minerały, które po wygięciu powracają do pierwotnego kształtu, nazywamy sprężystymi, a te, które nie powracają do pierwotnego kształtu, giętkimi.

Rozpuszczalność
Rozpuszczalność pomaga ustalić, z jakim minerałem mamy do czynienia. Rozpuszczalność stanowi o tym, w jakim rozpuszczalniku dany minerał sie rozpuści

Gęstość
Chyba nie wymaga komentarza.

Luminescencja
Luminescencja to zdolność minerału do pochłaniania różnych form energii i emitowania jej w postaci promieniowania widzialnego. Występuje w minerałach, których sieć krystaliczna zawiera domieszki pewnych atomów jak np. Ag, Cr, Mn, S, zwanych aktywatorami. Obecność w sieci krystalicznej takich atomów jak Fe, Ni, zwanych ekranami luminescencyjnymi powoduje, że luminescencja nie występuje. W minerałach, w których aktywatory są składnikami ich sieci krystalicznej, luminescencja występuje zawsze. Natomiast gdy aktywatory są tylko domieszką, luminescencja może występować pod wpływem pewnych czynników: pocierania, kruszenia, ogrzewania, światła, promieni UV.

Przewodnictwo
Przewodnictwo to zdolność minerału do przewodzenia prądu elektrycznego.

Magnetyzm
Silne własności magnetyczne ma tylko magnetyt, słabe pirotyn, hematyt, wolframit.

Radioaktywność
Minerały radioaktywne emitują promieniowanie alfa, beta i gamma, wytwarzając liczne izotopy. Tych minerałow nie należy kolekcjonować bez odpowiedniego zabezpieczenia

KRYSZTAŁY

Większość minerałów występuje w przyrodzie w postaci kryształów, o rozmiarach od makroskopowych do mikroskopowych. Kryształy poszczególnych minerałów mają charakterystyczne dla nich kształty, które są odzwierciedleniem ich budowy wewnętrznej. Zależy ona od układu tworzących dany minerał atomów, jonów lub cząsteczek, które są ułożone w przestrzeni w określony sposób, w formie regularnej sieci przestrzennej, nazywanej też siecią krystaliczną minerału.
Kryształ jako bryła geometryczna ograniczony jest ścianami, przy czym kąty między analogicznymi ścianami różnych kryształów tego samego minerału są stałe, niezależnie od rozmiarów minerałów. Prawidłowość tę nazwano prawem stałości kątów.

Ściany kryształu mogą być symetryczne względem środka, osi lub płaszczyzny symetrii. Są to tzw. elementy symetrii, zdefiniowane następująco:
- płaszczyzna symetrii dzieli kryształ na dwie symetryczne części
- oś symetrii jest fikcyjną prostą przechodzącą przez idealny środek kryształu; po obrocie kryształu wokół tej osi o określony kąt, kryształ przyjmuje położenie identyczne z położeniem pierwotnym; osie symetrii mogą być dwukrotne, trzykrotne, czterokrotne i sześciokrotne, w zależności od tego, ile razy kryształ występuje w tym samym położeniu
- środek symetrii to punkt wewnątrz kryształu, mający tę własność, że po obu stronach każdej prostej, przechodzącej przez ten środek, leżą odpowiadające sobie punkty, czyli po obu stronach prostej kryształ jest identyczny.

Istnieją 32 tzw. klasy krystalograficzne obejmujące wszystkie formy kryształów. Do określonej klasy należą kryształy o jednakowych elementach symetrii. Biorąc pod uwagę wspólne lub podobne cechy symetrii kryształów, klasy podzielono na 7 głównych układów krystalograficznych. Do danego układu krystalograficznego należą kryształy, które można opisać za pomocą tego samego systemu trzech osi krystalograficznych. Najmniejszą liczbę elementów symetrii ma układ trójskośny, największą regularny.