Minerały: definicja, budowa, rodzaje i przykłady (kwarc, skaleń)

Minerał to substancja, która zazwyczaj

• jest nieorganicznym ciałem stałym. (rtęć elementarna jest wyjątkiem)^p184
• Ma określony skład chemiczny
• zazwyczaj mają strukturę krystaliczną; niektóre nie mają
• powstaje naturalnie w wyniku procesów geologicznych

Jedna z najnowszych definicji brzmi następująco:

"Minerał jest jednorodną (co oznacza, że składa się z części lub elementów, które są tego samego rodzaju) naturalnie występującą substancją o określonym, ale niekoniecznie stałym składzie chemicznym. Większość minerałów to ciała stałe o uporządkowanym układzie atomów, a większość z nich jest nieorganiczna w chemicznym znaczeniu tego słowa".

Alternatywnie, minerał to taki, który jest wymieniony jako taki przez Międzynarodowe Stowarzyszenie Mineralogiczne.

Minerały i skały

Minerały różnią się od skał. Minerał jest związkiem chemicznym o określonym składzie i zdefiniowanej strukturze krystalicznej. Skała jest mieszaniną jednego lub kilku minerałów, w różnych proporcjach.

Skała ma tylko dwie cechy charakterystyczne dla minerałów - jest ciałem stałym i powstaje w sposób naturalny. Skała zazwyczaj zawiera dwa lub więcej rodzajów minerałów. Dwie próbki tego samego rodzaju skały mogą zawierać różne rodzaje minerałów. Minerały składają się zawsze z tych samych materiałów w prawie takich samych proporcjach. Rubin jest minerałem. Dlatego rubin znaleziony w Indiach ma podobną budowę jak rubin znaleziony w Australii.

Powstały w przyrodzie

Minerały powstają w wyniku procesów naturalnych. Kilka substancji o takim samym składzie chemicznym jak minerały może być wytwarzanych przez istoty żywe jako część ich muszli lub kości. Muszle mięczaków składają się albo z kalcytu, albo z aragonitu, albo z obu tych substancji.

Tradycyjnie, substancje chemiczne wytwarzane przez organizmy żywe nie są uznawane za minerały. Trudno jednak zrozumieć, dlaczego substancja organiczna nie miałaby być nazywana minerałem, jeśli jej natura chemiczna i struktura krystaliczna jest identyczna z jej nieorganicznym bliźniakiem. Kwestia ta jest obecnie przedmiotem debaty: patrz Railsback część II.

Minerały tworzą się na wiele sposobów. Minerał halit, który jest używany jako sól kuchenna, tworzy się, gdy woda wyparowuje w gorącej, płytkiej części oceanu, pozostawiając za sobą sól, którą zawierała. Wiele rodzajów minerałów powstaje, gdy roztopiona skała lub magma stygnie i zamienia się w ciało stałe. Talk, minerał, który może być używany do produkcji pudru dla niemowląt, powstaje w głębi Ziemi, gdy wysokie ciśnienie i temperatura powodują zmiany w litej skale.

Niezwykłe jest to, że większość minerałów zawdzięcza swoje powstanie życiu, a przynajmniej Wielkiemu Wydarzeniu Utleniającemu. "Wytrzymałe minerały, a nie kruche szczątki organiczne, mogą stanowić najbardziej solidne i trwałe oznaki biologii".

Solid

Minerał jest ciałem stałym - to znaczy, że ma określoną objętość i przybliżony kształt. Objętość odnosi się do ilości miejsca, które zajmuje dany obiekt. Na przykład, piłka golfowa ma mniejszą objętość niż piłka do baseballa, a piłka do baseballa ma mniejszą objętość niż piłka do koszykówki.

Substancja, która jest cieczą lub gazem nie jest minerałem. Jednak w niektórych przypadkach jej stała forma jest minerałem. Na przykład, woda w stanie ciekłym nie jest minerałem, ale lód jest.

Te właściwości są najczęściej wykorzystywane:

• Struktura krystaliczna: patrz poniżej
• Twardość: w skali Mohsa, dziesięciostopniowej skali biegnącej od najbardziej miękkiego, talku, do najtwardszego, diamentu.
• połysk: wygląd w świetle
• Kolor
• Smuga: barwa minerału, który został zmielony na drobny proszek. Często sprawdzana przez pocieranie próbki na nieszkliwionej płytce.
• Rozszczepienie: jak minerał rozszczepia się wzdłuż różnych płaszczyzn
• Pęknięcie: jak pęka wbrew swoim naturalnym płaszczyznom rozszczepienia
• Ciężar właściwy: gęstość w porównaniu z wodą
• Wszelkie inne właściwości

Struktura kryształu

Cząsteczki lodu, które tworzą szron mają gładkie, płaskie powierzchnie. Te płaskie powierzchnie powstają z powodu ułożenia atomów w lodzie, który jest minerałem. Takie wewnętrzne ułożenie jest charakterystyczne dla minerałów. Jest to struktura kryształu, ciała stałego, w którym atomy są ułożone w uporządkowany, powtarzający się trójwymiarowy wzór.

Każdy minerał ma swój własny typ struktury krystalicznej. W niektórych przypadkach, dwa minerały mają ten sam skład chemiczny, ale różne struktury krystaliczne. Na przykład, zarówno diament jak i grafit składają się tylko z jednego elementu - węgla. Ale układ atomów węgla w tych dwóch minerałów nie są takie same, więc mają one różne struktury krystaliczne i bardzo różne właściwości. Diamenty są niezwykle twarde i mają olśniewający blask. Grafit jest miękki, szary i matowy.

W naturze idealny kryształ jest rzadkością. Większość kryształów ma niedoskonałe kształty, ponieważ ich wzrost był ograniczony przez inne kryształy tworzące się obok nich.

Określony skład chemiczny

Każdy minerał ma określony skład chemiczny: składa się z określonej kombinacji atomów określonych pierwiastków. Pierwiastek to substancja, która zawiera tylko jeden rodzaj atomu.

Naukowcy mogą klasyfikować minerały w grupy na podstawie ich składu chemicznego. Chociaż istnieją tysiące różnych minerałów, tylko około 30 z nich występuje powszechnie w skorupie ziemskiej. Z tych 30 minerałów składa się większość skał w skorupie ziemskiej. Z tego powodu nazywa się je minerałami skałotwórczymi.

• Najbardziej rozpowszechnioną grupą są krzemiany. Wszystkie minerały z tej grupy zawierają tlen i krzem - dwa najbardziej rozpowszechnione pierwiastki w skorupie ziemskiej - połączone ze sobą. Krzemiany mogą zawierać inne pierwiastki, takie jak glin, magnez, żelazo i wapń. Kwarc, skaleń i mika to powszechnie występujące krzemiany.
• Węglany są drugą co do częstości występowania grupą minerałów skałotwórczych są węglany. Wszystkie minerały w tej grupie zawierają węgiel i tlen połączone razem. Kalcyt, który jest powszechny w muszlach morskich, jest minerałem węglanowym.
• Tlenki to minerały, z których rafinuje się większość metali, takich jak cyna i miedź. Tlenek składa się z pierwiastka, zwykle metalu, połączonego z tlenem. Do tej grupy zalicza się hematyt, źródło żelaza.

• Siarczany zawierają grupę siarczanową SO4. Siarczany powszechnie tworzą się w ewaporytach, gdzie silnie zasolone wody powoli odparowują, pozwalając na wytrącanie się siarczanów i halogenków w miejscu odparowania wody. Siarczany występują również tam, gdzie gorące wody są wtłaczane przez skałę, jak w przypadku gejzerów.

Istnieje wiele innych grup minerałów.

Ludzie używają minerałów do wielu codziennych celów. Za każdym razem, gdy ludzie włączają kuchenkę mikrofalową lub telewizor, minerały są wykorzystywane. Miedź w przewodach, które przewodzą prąd do urządzenia, jest wykonana z minerału. Sól kuchenna lub halit, to kolejny minerał, który ludzie używają w codziennym życiu.

• Grafit jest używany do produkcji ołówków
• Sól kamienna jest używana do gotowania
• Rudy mineralne są źródłem metali.

• Lista minerałów