Objectifs de la leçon

• Décrivez les caractéristiques que tous les minéraux partagent.
• Identifiez les groupes dans lesquels les minéraux sont classés et leurs caractéristiques.

Vocabulaire

• composé chimique
• cristal
• inorganique
• minéraux
• silicates

Introduction

Les minéraux sont classés en fonction de leur composition chimique. En raison des similitudes de composition, les minéraux d’un même groupe peuvent avoir des caractéristiques similaires.

Qu’est-ce qu’un minéral?

Les minéraux sont partout! La figure 2.1 ci-dessous montre quelques articles ménagers courants et les minéraux utilisés pour les fabriquer. Le sel que vous saupoudrez sur les aliments est l’halite minérale. L’argent dans les bijoux est également un minéral. Les battes de baseball et les cadres de vélo contiennent tous deux des minéraux. Bien que le verre ne soit pas un minéral, il est produit à partir du quartz minéral. Les scientifiques ont identifié plus de 4 000 minéraux dans la croûte terrestre. Quelques-uns sont communs, mais beaucoup sont rares.

Les géologues ont une définition très spécifique des minéraux. Un matériau est qualifié de minéral s’il répond à toutes les caractéristiques suivantes. Un minéral est un solide cristallin inorganique. Un minéral est formé par des processus naturels et a une composition chimique définie. Les minéraux peuvent être identifiés par leurs propriétés physiques caractéristiques telles que la structure cristalline, la dureté, les stries et le clivage.

Solide cristallin

Les minéraux sont des solides cristallins. Un cristal est un solide dans lequel les atomes sont disposés selon un motif régulier et répétitif (figure 2.2 ci-dessous). Le motif des atomes dans différents échantillons du même minéral est le même. Le verre est-il un minéral? Sans structure cristalline, même le verre naturel n’est pas un minéral.

Substances inorganiques

Les substances organiques sont les composés à base de carbone fabriqués par des créatures vivantes et comprennent les protéines, les glucides et les huiles. Les substances inorganiques ont une structure qui n’est pas caractéristique des corps vivants. Le charbon est constitué de restes végétaux et animaux. Est-ce un minéral? Le charbon est classé comme une roche sédimentaire mais n’est pas un minéral.

Processus naturels

Les minéraux sont fabriqués par des processus naturels, ceux qui se produisent sur ou sur Terre. Un diamant créé profondément dans la croûte terrestre est un minéral. Un diamant créé en laboratoire en plaçant du carbone sous haute pression est-il un minéral? N’achetez pas un « diamant » fabriqué en laboratoire pour des bijoux sans vous rendre compte qu’il ne s’agit pas techniquement d’un minéral.

Composition chimique

La quasi-totalité (98,5%) de la croûte terrestre est fabriquée composé de seulement huit éléments – oxygène, silicium, aluminium, fer, calcium, sodium, potassium et magnésium – et ce sont les éléments qui composent la plupart des minéraux.

Tous les minéraux ont une composition chimique spécifique. L’argent minéral est composé uniquement d’atomes d’argent et le diamant est composé uniquement d’atomes de carbone, mais la plupart des minéraux sont constitués de composés chimiques. Chaque minéral a sa propre formule chimique. L’halite, illustrée dans la figure 2.2 ci-dessus, est NaCl (chlorure de sodium ). Le quartz est toujours composé de deux atomes d’oxygène liés à un atome de silicium, SiO2. Si un minéral contient d’autres éléments dans sa structure cristalline, ce n’est pas du quartz.

Un minéral dur contenant du carbone lié de manière covalente est le diamant , mais un minéral plus doux qui contient également du calcium et de l’oxygène avec du carbone est la calcite (figure ci-dessous).

Certains minéraux ont une gamme de composition chimique. Olivine a toujours du silicium et de l’oxygène ainsi que du fer ou du magnésium ou les deux, (Mg, Fe) 2SiO4.

Propriétés physiques

Les propriétés physiques des minéraux comprennent:

• Couleur: la couleur du minéral.
• Streak: la couleur de la poudre du minéral.
• Lustre: la façon dont la lumière se reflète sur la surface du minéral.
• Gravité spécifique: le poids du minéral par rapport au même volume d’eau.
• Clivage: la tendance du minéral à se casser le long des surfaces planes.
• Fracture: le motif en qu’un minéral brise.
• Dureté: quels minéraux il peut rayer et quels minéraux peuvent le rayer.

Comment les propriétés physiques sont utilisées pour identifier les minéraux est décrite dans la leçon sur la formation minérale.

Groupes minéraux

Les minéraux sont divisés en groupes en fonction de leur composition chimique. La plupart des minéraux appartiennent à l’un des huit groupes de minéraux.

Minéraux silicatés

Les quelque 1 000 minéraux silicatés représentent plus de 90% de la croûte terrestre. Les silicates sont de loin le plus grand groupe de minéraux. Le feldspath et le quartz sont les deux minéraux silicatés les plus courants. Les deux sont des minéraux de formation de roche extrêmement courants.

Le bloc de construction de base pour tous les minéraux silicatés est le tétraèdre de silice, illustré dans la figure ci-dessous. Pour créer la grande variété de minéraux silicatés, cette structure en forme de pyramide est souvent liée à d’autres éléments, tels que le calcium, le fer et le magnésium.

Les tétraèdres de silice se combinent de six manières différentes pour créer différents types de silicates (Figure en dessous de). Les tétraèdres peuvent se tenir seuls, former des cercles connectés appelés anneaux, se lier en chaînes simples et doubles, former de grandes feuilles plates de pyramides ou se joindre en trois dimensions.

Éléments natifs

Éléments natifs contiennent des atomes d’un seul type d’élément. Seul un petit nombre de minéraux se trouve dans cette catégorie. Certains des minéraux de ce groupe sont rares et précieux. L’or, l’argent, le soufre et le diamant sont des exemples d’éléments natifs.

Carbonates

La structure carbonatée de base est un atome de carbone lié à trois atomes d’oxygène. Les carbonates comprennent d’autres éléments, tels que le calcium, le fer et le cuivre. La calcite (CaCO3) est le minéral carbonate le plus courant (figure ci-dessous).

L’azurite et la malachite, illustrées dans la figure ci-dessous, sont des carbonates qui contiennent du cuivre au lieu de calcium.

Halogénures

Minéraux halogénures sont des sels qui se forment lorsque l’eau salée s’évapore. L’halite est un minéral halogénure, mais le sel de table n’est pas le seul halogénure. Les éléments chimiques connus sous le nom d’halogènes (fluor, chlore, brome ou iode) se lient à divers atomes métalliques pour former des halogénures minéraux (voir la figure ci-dessous).

Oxydes

Les oxydes contiennent un ou deux éléments métalliques combinés avec de l’oxygène. De nombreux métaux importants se trouvent sous forme d’oxydes. L’hématite (Fe2O3), avec deux atomes de fer pour trois atomes d’oxygène, et la magnétite (Fe3O4) (figure ci-dessous), avec trois atomes de fer pour quatre atomes d’oxygène, sont tous deux des oxydes de fer.

Phosphates

Les minéraux phosphatés ont une structure atomique similaire aux minéraux silicatés. Dans les phosphates, le phosphore, l’arsenic ou le vanadium se lient à l’oxygène pour former un tétraèdre. Il existe de nombreux minéraux différents dans le groupe des phosphates, mais la plupart sont rares (figure ci-dessous).

Sulfates

Les sulfates contiennent des atomes de soufre liés à des atomes d’oxygène. Comme les halogénures, ils se forment là où l’eau salée s’évapore. Le groupe sulfate contient de nombreux minéraux différents, mais seuls quelques-uns sont communs.

Le gypse est un sulfate commun avec une variété d’apparences (figure ci-dessous). Des cristaux de gypse gigantesques de 11 mètres ont été trouvés. C’est à peu près aussi long qu’un autobus scolaire!

Sulfures

Les sulfures se forment lorsque des éléments métalliques se combinent avec du soufre. Contrairement aux sulfates, les sulfures ne contiennent pas d’oxygène. La pyrite, ou sulfure de fer, est un minéral sulfuré commun connu sous le nom d’or du fou. Les gens peuvent confondre la pyrite avec de l’or parce que les deux minéraux sont brillants, métalliques et de couleur jaune.

Résumé de la leçon

• Pour qu’une substance soit un minéral, elle doit être un solide cristallin naturel, inorganique qui a une composition chimique et une structure cristalline caractéristiques.
• Les atomes des minéraux sont disposés selon des motifs réguliers et répétitifs qui peuvent être utilisés pour identifier ce minéral.
• Les minéraux sont divisés en groupes en fonction de leur composition chimique.
• La caractéristique chimique de chaque groupe est: éléments natifs – un seul élément; silicates – tétraèdre de silice; phosphates – tétraèdre phosphate; carbonates – un atome de carbone avec trois atomes d’oxygène; halogénures – un halogène lié à un atome métallique; oxydes – un métal combiné avec de l’oxygène; sulfates – soufre et oxygène; sulfures – métal avec soufre, sans oxygène.

Questions de révision

1. Qu’est-ce qu’un cristal?
2. Quels éléments contiennent tous les minéraux silicatés?
3. L’obsidienne est un verre qui se forme lorsque la lave se refroidit si rapidement que les atomes n’ont pas la possibilité de s’organiser en cristaux. L’obsidienne est-elle un cristal? Expliquez votre raisonnement.
4. Quels sont les huit principaux groupes de minéraux?
5. Qu’y a-t-il de même pour tous les minéraux du groupe des silicates? Qu’est-ce qui est différent à leur sujet?
6. Un échantillon a une composition chimique avec un rapport de deux atomes de fer pour trois atomes d’oxygène. Un autre échantillon a une composition chimique avec un rapport de trois atomes de fer pour quatre atomes d’oxygène. Ils contiennent les mêmes éléments: s’agit-il du même minéral?
7. En quoi le groupe minéral des éléments natifs diffère-t-il de tous les autres groupes minéraux?
8. Lors d’une visite au musée d’histoire naturelle vous trouvez deux minéraux de couleur similaire. Vous pouvez voir à partir de leurs formules chimiques qu’un minéral contient les éléments zinc, carbone et oxygène. L’autre minéral contient les éléments zinc, silicium, oxygène et hydrogène. Votre ami vous dit que les minéraux appartiennent au même groupe de minéraux. Êtes-vous d’accord? Expliquez votre raisonnement.

Lectures complémentaires / Liens supplémentaires

Points à considérer

• Pourquoi l’obsidienne, un verre naturel qui se forme à partir de la lave refroidissante, pas un minéral?
• Pourquoi les diamants fabriqués en laboratoire ne sont-ils pas des minéraux?
• Le charbon, formé principalement de plantes en décomposition, est-il un minéral? Est-ce une pierre?
• Les artistes avaient l’habitude de broyer l’azurite minérale pour fabriquer des pigments colorés pour les peintures. L’azurite en poudre est-elle encore cristalline?