Cíle lekce

• Popište vlastnosti, které sdílejí všechny minerály.
• Určete skupiny, do kterých jsou minerály klasifikovány a jejich vlastnosti.

Slovník

• chemická sloučenina
• krystal
• anorganické
• minerální
• křemičitany

Úvod

Minerály jsou kategorizovány na základě jejich chemického složení. Díky podobnému složení mohou mít minerály stejné skupiny podobné vlastnosti.

Co je to minerál?

Minerály jsou všude! Obrázek 2.1 níže ukazuje některé běžné předměty pro domácnost a minerály použité k jejich výrobě. Sůl, kterou sypete na jídlo, je minerál halit. Stříbro ve špercích je také minerál. Baseballové pálky a rámy kol obsahují minerály. I když sklo není minerál, vyrábí se z minerálního křemene. Vědci identifikovali více než 4 000 minerálů v zemské kůře. Několik je běžných, ale mnoho neobvyklých.

Geologové mají pro minerály velmi specifickou definici. Materiál je charakterizován jako minerál, pokud splňuje všechny následující vlastnosti. Minerál je anorganická krystalická pevná látka. Minerál se tvoří přirozenými procesy a má určité chemické složení. Minerály lze identifikovat podle jejich charakteristických fyzikálních vlastností, jako je krystalická struktura, tvrdost, pruhy a štěpení.

Krystalická pevná látka

Minerály jsou krystalické pevné látky. Krystal je pevná látka, ve které jsou atomy uspořádány v pravidelném opakujícím se vzoru (obrázek 2.2 níže). Vzorec atomů v různých vzorcích stejného minerálu je stejný. Je sklo minerál? Bez krystalické struktury ani přírodní sklo není minerál.

Anorganické látky

Organické látky jsou sloučeniny na bázi uhlíku vyrobené živými tvory a zahrnují proteiny, sacharidy a oleje. Anorganické látky mají strukturu, která není charakteristická pro živá těla. Uhlí je vyrobeno z rostlinných a zvířecích zbytků. Je to minerál? Uhlí je klasifikováno jako sedimentární hornina, ale není to minerál.

Přírodní procesy

Minerály se vyrábějí přírodními procesy, které se vyskytují na Zemi nebo na ní. Diamant vytvořený hluboko v zemské kůře je minerál. Je diamant vytvořený v laboratoři vystavením uhlíku vysokému tlaku minerál? Ne. Nekupujte pro šperky laboratorně vyrobený „diamant“, aniž byste si uvědomili, že to není technicky minerál.

Chemické složení

Téměř veškerá (98,5%) zemské kůry je vyrobena obsahuje pouze osm prvků – kyslík, křemík, hliník, železo, vápník, sodík, draslík a hořčík – a to jsou prvky, které tvoří většinu minerálů.

Všechny minerály mají specifické chemické složení. minerální stříbro je tvořeno pouze atomy stříbra a diamant je tvořen pouze atomy uhlíku, ale většina minerálů je tvořena chemickými sloučeninami. Každý minerál má svůj vlastní chemický vzorec. Halit, zobrazený na obrázku 2.2 výše, je NaCl (chlorid sodný ). Křemen je vždy vyroben ze dvou atomů kyslíku vázaných na atom křemíku, SiO2. Pokud minerál obsahuje ve své krystalové struktuře nějaké další prvky, nejde o křemen.

Tvrdým minerálem obsahujícím kovalentně vázaný uhlík je diamant , ale měkčí minerál, který obsahuje také vápník a kyslík spolu s uhlíkem, je kalcit (obrázek níže).

Některé minerály mají řadu chemického složení. Olivín má vždy křemík a kyslík, stejně jako železo nebo hořčík nebo obojí (Mg, Fe) 2SiO4.

Fyzikální vlastnosti

Fyzikální vlastnosti minerálů zahrnují:

• Barva: barva minerálu.
• Pruh: barva prášku minerálu.
• Lesk: způsob, jakým se světlo odráží od povrchu minerálu.
• Specifická hmotnost: jak těžký je minerál ve srovnání se stejným objemem vody.
• Štěpení: tendence minerálu lámat se po plochých površích.
• Zlomenina: vzor v který minerál rozbije.
• Tvrdost: jaké minerály může poškrábat a jaké minerály ho mohou poškrábat.

Jak se používají fyzikální vlastnosti k identifikaci minerálů, je popsáno v lekci o minerální formaci.

Skupiny minerálů

Minerály se dělí do skupin na základě chemického složení. Většina minerálů zapadá do jedné z osmi minerálních skupin.

Silikátové minerály

Zhruba 1 000 silikátových minerálů tvoří více než 90% zemské kůry. Silikáty jsou zdaleka největší skupinou minerálů. Živec a křemen jsou dva nejběžnější silikátové minerály. Oba jsou extrémně běžné minerály vytvářející horniny.

Základním stavebním kamenem všech silikátových minerálů je čtyřstěn křemíku, který je znázorněn na obrázku níže. Aby se vytvořila široká škála silikátových minerálů, je tato struktura ve tvaru pyramidy často vázána na jiné prvky, jako je vápník, železo a hořčík.

Čtyřstěny křemíku se spojují šesti různými způsoby a vytvářejí různé typy křemičitanů (obrázek níže). Čtyřstěny mohou stát samostatně, vytvářet spojené kruhy zvané prsteny, spojovat se do jednoduchých a dvojitých řetězců, vytvářet velké ploché listy pyramid nebo se spojovat ve třech rozměrech.

Nativní prvky

Nativní prvky obsahovat atomy pouze jednoho typu prvku. V této kategorii se nachází jen malé množství minerálů. Některé minerály v této skupině jsou vzácné a cenné. Zlato, stříbro, síra a diamant jsou příklady nativních prvků.

Uhličitany

Základní karbonátovou strukturou je jeden atom uhlíku vázaný na tři atomy kyslíku. Uhličitany zahrnují další prvky, jako je vápník, železo a měď. Kalcit (CaCO3) je nejběžnějším minerálem uhličitanu (obrázek níže).

Azurit a malachit, zobrazené na obrázku níže, jsou uhličitany, které místo vápníku obsahují měď.

Halogenidy

Halogenidové minerály jsou soli, které se tvoří, když se slaná voda odpaří. Halit je halogenidový minerál, ale kuchyňská sůl není jediný halogenid. Chemické prvky známé jako halogeny (fluor, chlor, brom nebo jod) se vážou na různé atomy kovů a vytvářejí halogenidové minerály (viz obrázek níže).

Oxidy

Oxidy obsahují jeden nebo dva kovové prvky v kombinaci s kyslíkem. Mnoho důležitých kovů se vyskytuje jako oxidy. Hematit (Fe2O3) se dvěma atomy železa až třemi atomy kyslíku a magnetit (Fe3O4) (obrázek níže), se třemi atomy železa až čtyřmi atomy kyslíku, jsou oba oxidy železa.

Fosfáty

Fosfátové minerály jsou v atomové struktuře podobné silikátovým minerálům. Ve fosfátech se fosfor, arsen nebo vanad váží na kyslík a tvoří čtyřstěn. Ve fosfátové skupině existuje mnoho různých minerálů, ale většina z nich je vzácná (obrázek níže).

Sírany

Síranové minerály obsahují atomy síry vázané na atomy kyslíku. Stejně jako halogenidy se tvoří tam, kde se odpařuje slaná voda. Síranová skupina obsahuje mnoho různých minerálů, ale jen několik z nich je běžných.

Sádra je běžný síran s různými vzhledy (obrázek níže). Byly nalezeny některé gigantické 11metrové krystaly sádry. To je asi tak dlouho jako školní autobus!

Sulfidy

Sulfidy se tvoří, když se kovové prvky spojí se sírou. Na rozdíl od síranů neobsahují sulfidy kyslík. Pyrit neboli sulfid železa je běžný sulfidový minerál známý jako bláznivé zlato. Lidé si mohou pyrit zaměnit za zlato, protože tyto dva minerály jsou lesklé, kovové a žluté barvy.

Shrnutí lekce

• Aby mohla být látka minerálem, musí být přirozeně se vyskytující, anorganická krystalická pevná látka, která má charakteristické chemické složení a krystalovou strukturu.
• Atomy v minerálech jsou uspořádány v pravidelných opakujících se vzorcích, které lze použít k identifikaci tohoto minerálu.
• Minerály se dělí do skupin na základě jejich chemického složení.
• Chemický rys každé skupiny je: nativní prvky – pouze jeden prvek; silikáty – čtyřstěn křemene; fosfáty – fosfátový čtyřstěn; uhličitany – jeden atom uhlíku se třemi atomy kyslíku; halogenidy – halogen vázaný na atom kovu; oxidy – kov kombinovaný s kyslíkem; sírany – síra a kyslík; sulfidy – kov se sírou, bez kyslíku.

Otázky k recenzi

1. Co je krystal?
2. Které prvky obsahují všechny silikátové minerály?
3. Obsidian je sklo, které se tvoří, když se láva ochladí tak rychle, že atomy nemají šanci uspořádat se do krystalů. Je obsidián krystal? Vysvětlete své úvahy.
4. Co je osm hlavních minerálních skupin?
5. Co je stejné u všech minerálů ve skupině silikátů? Čím se liší?
6. Jeden vzorek má chemické složení s poměrem dvou atomů železa ke třem atomům kyslíku. Další vzorek má chemické složení s poměrem tří atomů železa ke čtyřem atomům kyslíku. Obsahují stejné prvky: Jsou to stejné minerály?
7. Jak se liší minerální skupina původních prvků od všech ostatních minerálních skupin?
8. Na výletu do přírodovědného muzea najdete dva minerály, které mají podobnou barvu. Z jejich chemických vzorců vidíte, že jeden minerál obsahuje prvky zinek, uhlík a kyslík. Druhý minerál obsahuje prvky zinek, křemík, kyslík a vodík. Váš přítel vám říká, že minerály jsou ve stejné minerální skupině. Souhlasíš? Vysvětlete své úvahy.

Další odkazy na čtení / doplňkové odkazy

Body, které je třeba zvážit

• Proč je obsidián, přírodní sklo, které se tvoří z chladící láva, ne minerál?
• Proč nejsou diamanty vyráběné v laboratoři minerály?
• Je uhlí tvořené většinou z rozkládajících se rostlin minerálem? Je to skála?
• Umělci mleli minerální azurit a vyráběli barevné pigmenty pro barvy. Je práškový azurit stále krystalický?