Oppitunnin tavoitteet

• Kuvaile ominaisuuksia, jotka kaikilla mineraaleilla ovat.
• Tunnista ryhmät, joihin mineraalit on luokiteltu ja niiden ominaisuudet.

Sanasto

• kemiallinen yhdiste
• kide
• epäorgaaninen
• mineraali
• silikaatit

Johdanto

Mineraalit luokitellaan niiden kemiallisen koostumuksen perusteella. Koostumuksen samankaltaisuuden vuoksi saman ryhmän mineraaleilla voi olla samanlaiset ominaisuudet.

Mikä on mineraali?

Mineraaleja on kaikkialla! Alla olevassa kuvassa 2.1 on esitetty joitain yleisiä taloustavaroita ja niiden valmistuksessa käytettyjä mineraaleja. Ruokaan ripottamasi suola on mineraalihaliitti. Koruissa oleva hopea on myös mineraali. Sekä baseball-lepakot että polkupyörän rungot sisältävät mineraaleja. Vaikka lasi ei ole mineraali, se valmistetaan mineraalikvartsista. Tutkijat ovat tunnistaneet maankuoressa yli 4000 mineraalia. Jotkut ovat yleisiä, mutta monet ovat harvinaisia.

Geologeilla on hyvin tarkka määritelmä mineraaleille. Materiaali luonnehditaan mineraaliksi, jos se täyttää kaikki seuraavat ominaisuudet. Mineraali on epäorgaaninen, kiteinen kiinteä aine. Mineraali muodostuu luonnollisten prosessien avulla ja sillä on selvä kemiallinen koostumus. Mineraalit voidaan tunnistaa niiden tyypillisistä fysikaalisista ominaisuuksista, kuten kiteinen rakenne, kovuus, juova ja pilkkoutuminen.

Kiteinen kiinteä aine

Mineraalit ovat kiteisiä kiinteitä aineita. Kide on kiinteä aine, jossa atomit on järjestetty säännölliseen, toistuvaan kuvioon (alla oleva kuva 2.2). Atomien kuvio saman mineraalin eri näytteissä on sama. Onko lasi mineraali? Ilman kiteistä rakennetta edes luonnonlasi ei ole mineraali.

Epäorgaaniset aineet

Orgaaniset aineet ovat hiilipohjaisia yhdisteitä, joita elävät olennot ja sisältää proteiineja, hiilihydraatteja ja öljyjä. Epäorgaanisilla aineilla on rakenne, joka ei ole ominaista eläville elimille. Hiili on valmistettu kasvi- ja eläinjäännöksistä. Onko se mineraali? Kivihiili luokitellaan sedimenttikiveksi, mutta se ei ole mineraali.

Luonnolliset prosessit

Mineraalit valmistetaan luonnollisilla prosesseilla, sellaisilla, joita tapahtuu maan päällä tai maan päällä. Syvälle maan kuoreen luotu timantti on mineraali. Onko laboratoriossa syntynyt timantti asettamalla hiili korkeassa paineessa mineraaliksi? Ei. Älä osta laboratoriossa valmistettua ”timanttia” koruille huomaamatta, että ne eivät ole teknisesti mineraaleja.

Kemiallinen koostumus

Lähes kaikki (98,5%) maankuoresta valmistetaan koostuu vain kahdeksasta alkuaineesta – happesta, piistä, alumiinista, raudasta, kalsiumista, natriumista, kaliumista ja magnesiumista – ja nämä muodostavat eniten mineraaleja. mineraalihopea koostuu vain hopeaatomista ja timantti vain hiiliatomeista, mutta suurin osa mineraaleista koostuu kemiallisista yhdisteistä.Kullakin mineraalilla on oma kemiallinen kaava.Halite, kuvassa yllä olevassa kuvassa 2.2, on NaCl (natriumkloridi Kvartsi on aina valmistettu kahdesta piiatomiin sitoutuneesta happiatomista, SiO2: sta. Jos mineraali sisältää kristallirakenteessaan muita alkuaineita, se ei ole kvartsia.

Kova mineraali, joka sisältää kovalenttisesti sitoutunutta hiiltä, on timantti. , mutta pehmeämpi mineraali, joka sisältää myös kalsiumia ja happea hiilen mukana, on kalsiitti (kuva alla).

Joillakin mineraaleilla on monipuolinen kemiallinen koostumus. Oliviinissa on aina pii ja happi sekä rauta tai magnesium tai molemmat (Mg, Fe) 2SiO4.

Fysikaaliset ominaisuudet

Mineraalien fysikaalisiin ominaisuuksiin kuuluvat:

• Väri: mineraalin väri.
• Viiva: mineraalin jauheen väri.
• Kiilto: tapa, jolla valo heijastuu mineraalin pinnalta.
• Ominaispaino: kuinka raskas mineraali on suhteessa samaan vesimäärään.
• Katkaisu: mineraalin taipumus rikkoutua tasaisia pintoja pitkin.
• Murtuma: kuvio jonka mineraali rikkoo.
• Kovuus: mitä mineraaleja se voi naarmuttaa ja mitkä mineraalit voivat naarmuttaa sitä.

Kuinka fysikaalisia ominaisuuksia käytetään mineraalien tunnistamiseen, on kuvattu oppitunnissa. mineraalien muodostumisesta.

Mineraaliryhmät

Mineraalit jaetaan ryhmiin kemiallisen koostumuksen perusteella. Useimmat mineraalit sopivat yhteen kahdeksasta mineraaliryhmästä.

Silikaattimineraalit

Noin 1 000 silikaattimineraalia muodostaa yli 90% maankuoresta. Silikaatit ovat ylivoimaisesti suurin mineraaliryhmä. Maasälpä ja kvartsi ovat kaksi yleisintä silikaattimineraalia. Molemmat ovat erittäin yleisiä kiveä muodostavia mineraaleja.

Kaikkien silikaattimineraalien perusrakenne on piidioksiditetraedri, joka on esitetty alla olevassa kuvassa. Laajan valikoiman silikaattimineraaleja varten tämä pyramidin muotoinen rakenne on usein sidottu muihin elementteihin, kuten kalsiumiin, rautaan ja magnesiumiin.

Piidioksiditetraederit yhdistyvät yhdessä kuudella eri tavalla luoda erityyppisiä silikaatteja (kuva alla). Tetraederit voivat olla erillisiä, muodostaa yhdistettyjä ympyröitä, joita kutsutaan renkaiksi, yhdistää yksittäisiksi ja kaksoisketjuiksi, muodostaa suuria litteitä pyramideja tai liittyä kolmeen ulottuvuuteen. / div>

Erilaiset tapat, joilla piidioksiditetraederit voivat liittyä yhteen, saavat nämä kaksi mineraalia näyttämään hyvin erilaisilta.

Alkuperäiset elementit

Alkuperäiset elementit sisältää vain yhden tyyppisen elementin atomeja. Tähän luokkaan sisältyy vain pieni määrä mineraaleja. Jotkut tämän ryhmän mineraaleista ovat harvinaisia ja arvokkaita. Kulta, hopea, rikki ja timantti ovat esimerkkejä alkuperäisistä alkuaineista.

Karbonaatit

Karbonaatin perusrakenne on yksi hiiliatomi, joka on sitoutunut kolmeen happiatomiin. Karbonaatit sisältävät muita alkuaineita, kuten kalsiumia, rautaa ja kuparia. Kalsiitti (CaCO3) on yleisin karbonaattimineraali (kuva alla).

Alla olevassa kuvassa esitetyt atsuriitti ja malakiitti ovat karbonaatteja, jotka sisältävät kuparia kalsiumin sijasta.

Halogenidit

Halidimineraalit ovat suoloja, jotka muodostuvat, kun suolavesi haihtuu. Halite on halogenidimineraali, mutta pöytäsuola ei ole ainoa halidi. Halogeeneiksi tunnetut kemialliset alkuaineet (fluori, kloori, bromi tai jodi) sitoutuvat useisiin metalliatomeihin halogeenimineraalien valmistamiseksi (katso alla oleva kuva).

Oksidit

Oksidit sisältävät yhden tai kaksi metallielementtiä yhdessä hapen kanssa. Monet tärkeät metallit löytyvät oksideista. Hematiitti (Fe2O3), jossa on kaksi rautaatomia kolmesta happiatomista, ja magnetiitti (Fe3O4) (kuva alla), jossa on kolme rautaatomia ja neljä happiatomia, ovat molemmat rautaoksideja.

Fosfaatit

Fosfaattimineraalit ovat atomirakenteeltaan samanlaisia kuin silikaattimineraalit. Fosfaateissa fosfori, arseeni tai vanadium sitoutuvat happeen tetraedren muodostamiseksi. Fosfaattiryhmässä on monia erilaisia mineraaleja, mutta useimmat niistä ovat harvinaisia (kuva alla).

Sulfaatit

Sulfaattimineraalit sisältävät rikkiatomeja sitoutuneena happiatomeihin. Halogenidien tavoin ne muodostuvat suolaveden haihtumiseen. Sulfaattiryhmä sisältää monia erilaisia mineraaleja, mutta vain harvat ovat yleisiä.

Kipsi on yleinen sulfaatti, jolla on erilaisia esiintymisiä (kuva alla). Joitakin jättimäisiä 11 metrin kipsikiteitä on löydetty. Se on suunnilleen yhtä pitkä kuin koulubussi!

Sulfidit

Sulfideja muodostuu, kun metalliset alkuaineet yhdistyvät rikkiin. Toisin kuin sulfaatit, sulfidit eivät sisällä happea. Pyriitti tai rautasulfidi on yleinen sulfidimineraali, joka tunnetaan tyhmän kullana. Ihmiset voivat erehtyä pyriitistä kullaksi, koska nämä kaksi mineraalia ovat kiiltäviä, metallisia ja keltaisia.

Yhteenveto oppitunnista

• Jotta aine olisi mineraali, sen on oltava luonnossa esiintyvä, epäorgaaninen, kiteinen kiinteä aine, jolla on ominainen kemiallinen koostumus ja kiderakenne.
• Mineraalien atomit on järjestetty säännöllisiin, toistuviin kuvioihin, joita voidaan käyttää mineraalin tunnistamiseen.
• Mineraalit jaetaan ryhmiin niiden kemiallisen koostumuksen perusteella.
• Kunkin ryhmän kemiallinen ominaisuus on: alkuperäiset alkuaineet – vain yksi alkuaine; silikaatit – piidioksiditetraedri; fosfaatit – fosfaattitetraedri; karbonaatit – yksi hiiliatomi, jossa on kolme happiatomia; halogenidit – halogeeni, joka on sitoutunut metalliatomiin; oksidit – metalli, joka on yhdistetty hapen kanssa; sulfaatit – rikki ja happi; sulfidit – rikkiä sisältävä metalli, ei happea.

Tarkastuskysymykset

1. Mikä on kide?
2. Mitä elementtejä kaikki silikaattimineraalit sisältävät?
3. Obsidiaani on lasi, joka muodostuu, kun laava jäähtyy niin nopeasti, että atomeilla ei ole mahdollisuutta järjestää itseään kiteiksi. Onko obsidian kristalli? Selitä päättelyäsi.
4. Mitkä ovat kahdeksan päämineraaliryhmää?
5. Mikä on sama kaikissa silikaattiryhmän mineraaleissa? Mitä eroa niissä on?
6. Yhdellä näytteellä on kemiallinen koostumus, jossa on kahden rautatomin ja kolmen happiatomin suhde. Toisella näytteellä on kemiallinen koostumus, jossa on kolme rautatomia neljään happiatomiin. Ne sisältävät samat elementit: Ovatko ne samaa mineraalia?
7. Miten natiivien alkuaineiden mineraaliryhmä eroaa kaikista muista mineraaliryhmistä?
8. Matkalle luonnonhistorialliselle museolle löydät kaksi samanlaista mineraalia. Niiden kemiallisista kaavoista voi nähdä, että yksi mineraali sisältää alkuaineita sinkkiä, hiiltä ja happea. Toinen mineraali sisältää alkuaineita sinkkiä, piitä, happea ja vetyä. Ystäväsi kertoo sinulle, että mineraalit ovat samassa mineraaliryhmässä. Oletko samaa mieltä? Selitä päättelysi.

Lisää luku- / täydennyslinkkejä

Huomioon otettavia seikkoja

• Miksi obsidiaani on luonnollinen lasi, joka muodostuu jäähdytyslaava, ei mineraali?
• Miksi laboratoriossa valmistetut timantit eivät ole mineraaleja?
• Onko kivihiili, joka muodostuu enimmäkseen rappeutuneista kasveista? Onko se kallio?
• Taiteilijoilla oli tapana mineraali-atsuriitti jauhaa värikkäitä pigmenttejä maaleihin. Onko jauhettu atsuriitti edelleen kiteistä?