المعادن Minerals

المعادن Minerals

في علم الجيولوجياء ، أي مادة صلبة متجانسة توجد طبيعيا و لها تركيب كيميائي محدد و تركيب بلوري داخلي مميز . و عادة ما تشكل المعادن من خلال عمليات غير عضوية . و على الرغم من أن التعريف

السابق يمكن تعميمه على جميع المعادن ألا أن هناك بعض الإستثناءات . فمصطلح المعدن يمكن ان يطبق على بعض المواد العضوية مثل الفحم و الجرافيت و النفط و الغاز الطبيعي التي يمكن الحصول عليها من الأرض للأغراض التجارية .

كما يمكن اطلاق المصطلح على المعادن التي تصنع في المعامل لأغراض الأبحاث و للأغراض التجارية مثل الأحجار الكريمة الصناعية و الألماس المصنع . و على الرغم من ان  أغلب المعادن عباره عن مركبات كيميائية ألا ان عدد قليل منها يوجد كعناصر مثل الكبريت و النحاس و الذهب .

و يمكن تحديد تركيب المعادن من خلال صيغته الكيميائية و يمكن من خلال هوية المجموعة الأيونية تحديد المجموعة التي ينتمي إليها المعدن . فمثلا معدن الهالايت NaCl يتكون من عنصرين الصوديوم Na و الكلور Cl بنسبة 1:1 و مجموعته الأيونية هي أيون الكلوريد Cl- أي هاليد و بالتالي يصنف الهالايت كهاليد .

و المعادن تتبلور حسب نظام بلوري منتظم ثلاثي الابعاد ،و بالتالي يمكن اعتبارها بأنها مواد بلورية . و بالأضافة إلى التركيب الكيميائي يمكن ان يساعد التركيب البلوري على فهم الخصائص الفيزيائية للمعدن حيث الصلابة و اللون و المكسر .

و المعادن تتحد مع بعضها البعض مكونة الصخور فمثلا يتكون الجرانيت من معادن الفلسبار و الكوارتز و الميكا و الأمفيبول بنسب كيميائية متفاوتة .و بالتالي تفرق الصخور عن المعادن بتركيبها غير المتجانس . و هناك 100 نوع من المعادن من بين آلاف الأنواع الأخرى تشكل أغلب الصخور .

 

أمثلة على المعادن

تشمل المعادن العناصر التي توجد في شكل نقي نسبيًا مثل المواد الصلبة في الطبيعة (العناصر الأصلية) والمركبات. ومع ذلك ، على عكس معظم المركبات في الكيمياء ، تحتوي المعادن غالبًا على عنصرين أو أكثر يشغلان نفس المواضع في التركيب البلوري للمعادن. على سبيل المثال ، الصيغة الخاصة بمعدن الماكيناويت mackinawite هي:

(Fe,Ni)₉S₈

، لذا فإن كلا من FeNi₈S₈ و Fe₂Ni₆S₈ ممكنان.

فيما يلي بعض الأمثلة على المعادن وصيغها الكيميائية:

• أباتيت [Ca₅(PO₄)₃(OH،Cl،F)]
• الكالسيت (CaCO₃)
• النحاس (Cu)
• اكسيد الالمونيوم (Al₂O₃)
• الماس (C)
• فلوريت (CaF₂)
• الذهب (Au)
• الجرافيت (C)
• أوليفين [Mg₂Fe₂SiO₄]
• أورثوكليز الفلسبار  (KAlSi₃O₈)
• الكوارتز (SiO₂)
• السيليكون (S)
• الكبريت (S)
• توباز [Al₂SiO₄(OH،F)₂]

 

الفرق بين الصخور والمعادن

المصطلحان “الصخور” و “المعادن” لا يعنيان نفس الشيء. فالمعدن هو مادة صلبة طبيعية ذات تركيبة وبنية محددة. أما الصخر فهو يتكون من واحد أو أكثر من المعادن أو أشباه المعادن. لذلك ، يمكن أن تكون الصخرة معدنًا ، والعكس صحيح. لكن بعض عينات المعادن ليست صخورًا. فمعطم الصخور تتكون من معادن و / أو مواد أشباه معدنية . على سبيل المثال ، يحتوي الجرانيت (صخرة) بشكل أساسي على معادن الكوارتز والفلسبار و البلاجلوكليز. أما الخام فهو حجر غني ببعض المعادن.

الفرق بين المعادن والأحجار الكريمة

تتكون معظم الأحجار الكريمة من معادن ، ولكن ليست كل المعادن أحجار كريمة. الأحجار الكريمة عبارة عن مادة صلبة مقطوعة ومصقولة وعادة ما تكون بلورة معدنية. في حين أن جميع المعادن لها بنية بلورية ، إلا أنها في بعض الأحيان تكون مرئية فقط كحبوب صغيرة في المادة الصلبة ككل. على سبيل المثال ، تتكون الأحجار الكريمة الياقوت و الحجر الكريم “الصفير” من معدن الكورندم.

الفرق بين المعادن و الفلزات Metals

المعادن هي مادة غير عضويةمتجانسة توجد بشكل طبيعي ولها تركيبة وبنية كيميائية محددة و تركيب بلوري داخلي مميز . أما الفلز فهو هو نوع من العناصر التي تتميز بالرابطة الفلزية والقدرة على توصيل الكهرباء والحرارة. و عادة ما تكون الفلزات صلبة في درجة حرارة الغرفة ولها مظهر لامع مثل البلاتين و الحديد و الألومنيوم . و نادرًا ما توجد الفلزات في شكلها الأصلي باستثناء عدد قليل من الفلزات مثل الذهب والفضة والنحاس. كما أن هناك بعض الفلزات يمكن أن تكون في نفس الوقت معادن مثل النحاس و الذهب .

 

أشباه المعادن Mineraloids

تتشابه بعض المواد الصلبة الطبيعية مع المعادن ، ولكنها لا تستوفي جميع معايير التعريف. فاشباه المعادن هي مواد طبيعية شبيهة بالمعادن لا تحتوي على تركيبة كيميائية ثابتة للمعدن أو تفتقر إلى التركيب البلوري. حجر السج والأوبال مثالان جيدان على أشباه المعادن غير المتبلورة أو ليست بلورية. و اللؤلؤ هو شبه معدن لأنه يحتوي على مادة عضوية مرتبطة بالكالسيت أو الأراجونيت بنسبة غير محددة.

 

أنواع المعادن

النوعان الرئيسان من المعادن هما السيليكات و غير السيليكات. والسبب هو أن معظم قشرة الأرض تتكون من السيليكات ، وهي معادن تحتوي على عنصري السيليكون والأكسجين.

السيليكات
يصنف علماء معادن السيليكات إلى حد كبير من خلال تركيبها البلوري ، بناءً على تركيب ^–4[SiSO₄] رباعي الوجوه.

• أورثوسيليكات Orthosilicates : لا تشترك رباعي الأسطح في الزوايا. وتشمل الأمثلة على الأورثوسيليكات عقيق البيروب pyrope garnet و الزركون والتوباز.
• ثنائي السيليكات Disilicates: اثنان من رباعي الأسطح تشتركان في ذرة أكسجين واحدة. معدن الأيبيدوت Epidote مثال على ثنائي السيليكات .
• إينوسيليكات Inosilicates : تشترك سلاسل السيليكات المفردة في زاويتين ، بينما تشترك السلاسل المزدوجة في زاويتين أو ثلاث زوايا. البيروكسينات و الأمفيبولات هي مثال على الإينوسيليكات.
• السيليكات الصفائحية Phyllosilicates: تركيب طبقي يتكون من ثلاث ذرات أكسجين مشتركة. فمعدن الميكا مثال على السيليكات الصفائحية.
• السيليكات الشبكية Tectosilicates: يشترك التركيب رباعي الأسطح في جميع الزوايا الأربع. ومن الأمثلة على ذلك الكوارتز و الفلسبار و الزيوليت.
• السيليكات الحلقية Cyclosilicates  : تشترك رباعي السطوح في زاويتين ، وتشكل أسطوانة. البريل و التورمالين عبارة عن سيليكات حلقية.

غير سيليكات

بعض الاصناف المهمة من المعادن غير السيليكاتية هي الكربونات ، والهاليدات ، والأكاسيد ، والفوسفات ، والكبريتات ، والكبريتيدات.

• الكربونات: تحتوي معادن الكربونات على أنيون الكربونات (CO₃) مع عنصر آخر . مثال على الكربونات هو معدن الكالسيت (CaCO₃).
• الهاليدات: تحتوي جميع معادن الهاليدات على عنصر هالوجين (على سبيل المثال ، F ، Cl ، I). فمعدن الهاليت (كلوريد الصوديوم ، NaCl) مثال على الهاليد.
• أكسيد: العنصر الرئيس في معادن الأكسيد هو الأكسجين. مثال على الأكسيد معدن الكرومايت (FeCr₂O₄)
• الفوسفات: تحتوي معادن الفوسفات على أنيون الفوسفات (^–PO₄³). مثال على معدن الفوسفات هو الفلورواباتيت [Ca₅(PO₄)₃F].
• الكبريتات: تحتوي معادن الكبريتات على أنيون الكبريتات (^–SO₄²). توجد هذه المعادن في كل من الأشكال المائية واللامائية. تشمل الأمثلة السيليستين (SrSO₄) و الجبس (CaSO₄⋅2H₂O).
• الكبريتيدات: تحتوي معادن الكبريتيدات على واحد أو أكثر من المعادن أو أنصاف المعادن المرتبطة بالكبريت. مثال : السفاليرايت (ZnS) و الجالينا (PbS) و السينابار (HgS) .

 

و هناك العناصر الطبيعية و هي فئة واسعة أخرى من غير السيليكات. وتشمل هذه الألماس والجرافيت والنحاس والحديد والذهب.

أما المعادن العضوية فهي فئة خاصة. تحتوي هذه المواد على الكربون العضوي (أي: الكربون مرتبط بالهيدروجين) ، لكنها تتشكل عبر العمليات الجيولوجية. مثال على معدن عضوي هو معدن الويويلايت whewellite (CaC₂O₄⋅H₂O) و هي ترسبات من التشققات الحرارية المائية.

 

كيف يتم الكشف عن المعادن

في الحقيقة أن الكشف عن المعادن عمليةى صعبة و معقدة و تتطلب الكثير من العمل، فهناك العديد من المعادن من الوهلة الأولى تبدو و كأنها متشابهة و لكن عند الكشف عنها و دراستها جيدا يتبين الاختلافات فيما بينها، و فيما يأتي بعض الخصائص و الصفات التي تفرق بين المعادن:

• التركيب الكيميائي: يعطي التركيب الكيميائي هوية ونسبة العناصر في المعدن.
  التركيب البلوري: التركيب البلوري هو الترتيب الهندسي للذرات في الفراغ.
• الصلابة: هي مقاومة المعدن للخدش.
• البريق: يصف اللمعان وكيفية انعكاس الضوء من سطح العينة.
• الشفافية: هو مقياس لمدى شفافية المعدن.
• اللون: أن خاصية اللون ليس مفيدًا في الواقع ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى تأثير الشوائب الدقيقة عليه.
• المخدش: يشير اختبار المخدش إلى اللون المتبقي عند فرك معدن على سطح صلب.
• الخصائص البصرية الأخرى: وتشمل هذه العلامات النجمية ، التقزح اللوني، تعدد التلاون ، والتلطيخ.
• المكسر: يصف المكسر الطريقة المميزة التي ينكسر بها المعدن.
• الوزن النوعي: مقياس لكثافة المعدن.
• الخصائص الأخرى: تشمل الخصائص الأخرى النشاط الإشعاعي والمغناطيسية ومقاومة الحموض والرائحة و غيرها من الصفات المميزة.

 

المصادر:

• الموسوعة العلمية الكيميائية للأستاذ أكرم العلي
• www.sciencenotes.org
• Wikipedia

بوسترات (لوحات) كيميائية بدقة عالية (أكثر من 25 لوحة) من تصميم الأستاذ أكرم أمير العلي

 

تطبيقات كيميائية من تصميم الأستاذ أكرم امير العلي متوفر للجوالات التي تعمل بنظام أندرويد android على سوق جوجل بلاي google play

1 – تطبيق ملصقات الجدول الدوري باللغة العربية : بطاقات تحتوي على معلومات شاملة و مختصرة في نفس الوقت كل عنصر على حدة (اللغة العربية).

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.akramir2