Lektionsmål

• Beskriv de egenskaber, som alle mineraler deler.
• Identificer de grupper, i hvilke mineraler er klassificeret, og deres egenskaber.

Ordforråd

• kemisk forbindelse
• krystal
• uorganisk
• mineral
• silicater

Introduktion

Mineraler er kategoriseret ud fra deres kemiske sammensætning. På grund af ligheder i sammensætningen kan mineraler inden for samme gruppe have lignende egenskaber.

Hvad er et mineral?

Mineraler er overalt! Figur 2.1 nedenfor viser nogle almindelige husholdningsartikler og de mineraler, der blev brugt til at fremstille dem. Saltet du drys på mad er mineralet halit. Sølv i smykker er også et mineral. Baseball flagermus og cykelstel indeholder begge mineraler. Selvom glas ikke er et mineral, er det fremstillet af mineralsk kvarts. Forskere har identificeret mere end 4.000 mineraler i jordskorpen. Et par er almindelige, men mange er usædvanlige.

Geologer har en meget specifik definition af mineraler. Et materiale er karakteriseret som et mineral, hvis det opfylder alle følgende egenskaber. Et mineral er et uorganisk, krystallinsk fast stof. Et mineral dannes ved naturlige processer og har en bestemt kemisk sammensætning. Mineraler kan identificeres ved deres karakteristiske fysiske egenskaber såsom krystallinsk struktur, hårdhed, stribe og spaltning.

Krystallinsk faststof

Mineraler er krystallinske faste stoffer. En krystal er et fast stof, hvor atomerne er arrangeret i et regelmæssigt gentaget mønster (figur 2.2 nedenfor). Mønsteret for atomer i forskellige prøver af det samme mineral er det samme. Er glas et mineral? Uden en krystallinsk struktur er selv naturligt glas ikke et mineral.

Uorganiske stoffer

Organiske stoffer er de kulstofbaserede forbindelser fremstillet af levende væsener og inkluderer proteiner, kulhydrater og olier. Uorganiske stoffer har en struktur, der ikke er karakteristisk for levende kroppe. Kul er lavet af rester af planter og dyr. Er det et mineral? Kul er klassificeret som en sedimentær klippe, men er ikke et mineral.

Naturlige processer

Mineraler fremstilles ved naturlige processer, dem der forekommer i eller på jorden. En diamant skabt dybt i jordskorpen er et mineral. Er en diamant skabt i et laboratorium ved at placere kulstof under høje tryk et mineral? Nej. Køb ikke en laboratoriefremstillet “diamant” til smykker uden at indse, at det teknisk set ikke er et mineral.

Kemisk sammensætning

Næsten alt (98,5%) af jordskorpen er lavet kun otte grundstoffer – ilt, silicium, aluminium, jern, calcium, natrium, kalium og magnesium – og disse er de grundstoffer, der udgør de fleste mineraler.

Alle mineraler har en specifik kemisk sammensætning. mineralsk sølv består kun af sølvatomer, og diamant er kun lavet af carbonatomer, men de fleste mineraler består af kemiske forbindelser. Hvert mineral har sin egen kemiske formel. Halit, afbildet i figur 2.2 ovenfor, er NaCl (natriumchlorid Kvarts er altid lavet af to iltatomer bundet til et siliciumatom, SiO2. Hvis et mineral indeholder andre elementer i sin krystalstruktur, er det ikke kvarts.

Et hårdt mineral indeholdende kovalent bundet kul er diamant , men et blødere mineral, der også indeholder calcium og ilt sammen med kulstof, er calcit (figur nedenfor).

Nogle mineraler har en række kemiske sammensætninger. Olivin har altid silicium og ilt såvel som jern eller magnesium eller begge dele (Mg, Fe) 2SiO4.

Fysiske egenskaber

De fysiske egenskaber ved mineraler inkluderer:

• Farve: mineralets farve.
• Streg: farven på mineralets pulver.
• Glans: den måde, lys reflekterer fra mineralens overflade.
• Vægtfylde: hvor tungt mineralet er i forhold til det samme volumen vand.
• Spaltning: mineralets tendens til at bryde langs flade overflader.
• Fraktur: mønsteret i hvilket et mineral bryder.
• Hårdhed: hvilke mineraler det kan ridse og hvilke mineraler der kan ridse det.

Hvordan fysiske egenskaber bruges til at identificere mineraler er beskrevet i lektionen om mineraldannelse.

Mineralgrupper

Mineraler er opdelt i grupper baseret på kemisk sammensætning. De fleste mineraler passer ind i en af otte mineralgrupper.

Silikatmineraler

De ca. 1.000 silikatmineraler udgør over 90% af jordskorpen. Silicater er langt den største mineralgruppe. Feltspat og kvarts er de to mest almindelige silikatmineraler. Begge er ekstremt almindelige stendannende mineraler.

Den grundlæggende byggesten for alle silicatmineraler er silica tetraeder, som er illustreret i figur nedenfor. For at skabe det store udvalg af silikatmineraler er denne pyramideformede struktur ofte bundet til andre grundstoffer, såsom calcium, jern og magnesium.

Silica tetraeder kombineres på seks forskellige måder for at skabe forskellige typer silikater (figur under). Tetrahedroner kan stå alene, danne forbundne cirkler kaldet ringe, forbinde til enkelt- og dobbeltkæder, danne store flade ark af pyramider eller samles i tre dimensioner.

Indfødte elementer

Indfødte elementer indeholder atomer af kun en type element. Kun et lille antal mineraler findes i denne kategori. Nogle af mineralerne i denne gruppe er sjældne og værdifulde. Guld, sølv, svovl og diamant er eksempler på indfødte grundstoffer.

Carbonater

Den grundlæggende carbonatstruktur er et carbonatom bundet til tre iltatomer. Carbonater inkluderer andre grundstoffer, såsom calcium, jern og kobber. Calcit (CaCO3) er det mest almindelige carbonatmineral (figur nedenfor).

Azurit og malakit, vist i figuren nedenfor, er carbonater, der indeholder kobber i stedet for calcium.

Halider

Halidmineraler er salte, der dannes, når saltvand fordamper. Halit er et halogenidmineral, men bordsalt er ikke det eneste halogenid. De kemiske grundstoffer kendt som halogenerne (fluor, chlor, brom eller iod) binder sig til forskellige metalliske atomer for at fremstille halogenidmineraler (se figur nedenfor).

Oxider

Oxider indeholder et eller to metalelementer kombineret med ilt. Mange vigtige metaller findes som oxider. Hæmatit (Fe2O3) med to jernatomer til tre iltatomer og magnetit (Fe3O4) (figur nedenfor) med tre jernatomer til fire iltatomer er begge jernoxider.

Phosphater

Phosphatmineraler har samme atomare struktur som silicatmineraler. I phosphaterne binder fosfor, arsen eller vanadium til ilt for at danne en tetraeder. Der er mange forskellige mineraler i fosfatgruppen, men de fleste er sjældne (figur nedenfor).

Sulfater

Sulfatmineraler indeholder svovlatomer bundet til iltatomer. Ligesom halogenider dannes de, hvor saltvand fordamper. Sulfatgruppen indeholder mange forskellige mineraler, men kun få er almindelige.

Gips er et almindeligt sulfat med en række forskellige udseende (figur nedenfor). Der er fundet nogle gigantiske 11 meter gipskrystaller. Det er omtrent lige så længe som en skolebus!

Sulfider

Sulfider dannes, når metalelementer kombineres med svovl. I modsætning til sulfater indeholder sulfider ikke ilt. Pyrit, eller jernsulfid, er et almindeligt sulfidmineral kendt som narrens guld. Folk kan fejle pyrit for guld, fordi de to mineraler er skinnende, metalliske og gule i farve.

Lektionssammendrag

• For at et stof skal være et mineral, skal det være et naturligt forekommende, uorganisk, krystallinsk fast stof, der har en karakteristisk kemisk sammensætning og krystalstruktur.
• Atomer i mineraler er arrangeret i regelmæssige, gentagne mønstre, der kan bruges til at identificere dette mineral.
• Mineraler er opdelt i grupper baseret på deres kemiske sammensætning.
• Det kemiske træk ved hver gruppe er: native elementer – kun et element; silicater – silica tetraeder; fosfater – fosfat tetraeder; carbonater – et kulstofatom med tre iltatomer; halogenider – et halogen bundet til et metallisk atom; oxider – et metal kombineret med ilt; sulfater – svovl og ilt; sulfider – metal med svovl, uden ilt.

Gennemgangsspørgsmål

1. Hvad er en krystal?
2. Hvilke grundstoffer indeholder alle silikatmineraler?
3. Obsidian er et glas, der dannes, når lava køler så hurtigt, at atomer ikke har en chance for at arrangere sig i krystaller. Er obsidian en krystal? Forklar din ræsonnement.
4. Hvad er de otte store mineralgrupper?
5. Hvad er det samme ved alle mineraler i silikatgruppen? Hvad er forskelligt ved dem?
6. En prøve har en kemisk sammensætning med et forhold på to jernatomer til tre iltatomer. En anden prøve har en kemisk sammensætning med et forhold på tre jernatomer til fire iltatomer. De indeholder de samme elementer: Er de det samme mineral?
7. Hvordan adskiller de indfødte mineralgrupper sig fra alle de andre mineralgrupper?
8. På en tur til naturhistorisk museum du finder to mineraler, der har samme farve. Du kan se på deres kemiske formler, at et mineral indeholder grundstofferne zink, kulstof og ilt. Det andet mineral indeholder grundstofferne zink, silicium, ilt og brint. Din ven fortæller dig, at mineralerne er i samme mineralgruppe. Er du enig? Forklar din ræsonnement.

Yderligere læsning / supplerende links

Punkter at overveje

• Hvorfor er obsidian, et naturligt glas, der dannes fra køling lava, ikke et mineral?
• Hvorfor er diamanter fremstillet i et laboratorium ikke mineraler?
• Er kul, der for det meste dannes af forfaldne planter, et mineral? Er det en klippe?
• Kunstnere plejede at male mineralet azurit op for at fremstille farverige pigmenter til maling. Er den pulveriserede azurit stadig krystallinsk?