Lernziele

• Beschreiben Sie die Eigenschaften, die alle Mineralien gemeinsam haben.
• Identifizieren Sie die Gruppen, in die Mineralien eingeteilt sind und ihre Eigenschaften.

Wortschatz

• chemische Verbindung
• Kristall
• anorganisch
• mineralische
• Silikate

Einführung

Mineralien werden anhand ihrer chemischen Zusammensetzung kategorisiert. Aufgrund von Ähnlichkeiten in der Zusammensetzung können Mineralien innerhalb derselben Gruppe ähnliche Eigenschaften aufweisen.

Was ist ein Mineral?

Mineralien sind überall! Abbildung 2.1 zeigt einige gängige Haushaltsgegenstände und die Mineralien, aus denen sie hergestellt werden. Das Salz, das Sie auf Lebensmittel streuen, ist das Mineral Halit. Silber in Schmuck ist auch ein Mineral. Baseballschläger und Fahrradrahmen enthalten Mineralien. Obwohl Glas kein Mineral ist, wird es aus dem Mineral Quarz hergestellt. Wissenschaftler haben mehr als 4.000 Mineralien in der Erdkruste identifiziert. Einige sind häufig, aber viele sind selten.

Geologen haben eine sehr spezifische Definition für Mineralien. Ein Material wird als Mineral charakterisiert, wenn es alle folgenden Eigenschaften erfüllt. Ein Mineral ist ein anorganischer, kristalliner Feststoff. Ein Mineral entsteht durch natürliche Prozesse und hat eine bestimmte chemische Zusammensetzung. Mineralien können anhand ihrer charakteristischen physikalischen Eigenschaften wie Kristallstruktur, Härte, Streifenbildung und Spaltung identifiziert werden.

Kristalliner Feststoff

Mineralien sind kristalline Feststoffe. Ein Kristall ist ein Feststoff, in dem die Atome in einem regelmäßigen, sich wiederholenden Muster angeordnet sind (Abbildung 2.2 unten). Das Muster der Atome in verschiedenen Proben desselben Minerals ist das gleiche. Ist Glas ein Mineral? Ohne eine kristalline Struktur ist auch natürliches Glas kein Mineral.

Anorganische Substanzen

Organische Substanzen sind Verbindungen auf Kohlenstoffbasis, die von Lebewesen und Lebewesen hergestellt werden Dazu gehören Proteine, Kohlenhydrate und Öle. Anorganische Substanzen haben eine Struktur, die für lebende Körper nicht charakteristisch ist. Kohle besteht aus pflanzlichen und tierischen Überresten. Ist es ein Mineral? Kohle wird als Sedimentgestein eingestuft, ist jedoch kein Mineral.

Natürliche Prozesse

Mineralien werden durch natürliche Prozesse hergestellt, die in oder auf der Erde auftreten. Ein Diamant, der tief in der Erdkruste entsteht, ist ein Mineral. Ist ein Diamant, der in einem Labor hergestellt wird, indem Kohlenstoff unter hohen Druck gesetzt wird, ein Mineral? Nein. Kaufen Sie keinen im Labor hergestellten „Diamanten“ für Schmuck, ohne zu bemerken, dass es sich technisch gesehen nicht um ein Mineral handelt.

Chemische Zusammensetzung

Fast die gesamte (98,5%) Erdkruste wird hergestellt nur acht Elemente – Sauerstoff, Silizium, Aluminium, Eisen, Kalzium, Natrium, Kalium und Magnesium – und dies sind die Elemente, aus denen die meisten Mineralien bestehen.

Alle Mineralien haben eine spezifische chemische Zusammensetzung Mineral Silber besteht nur aus Silberatomen und Diamant besteht nur aus Kohlenstoffatomen, aber die meisten Mineralien bestehen aus chemischen Verbindungen. Jedes Mineral hat seine eigene chemische Formel. Halit, wie in Abbildung 2.2 oben dargestellt, ist NaCl (Natriumchlorid) ) Quarz besteht immer aus zwei Sauerstoffatomen, die an ein Siliziumatom, SiO2, gebunden sind. Wenn ein Mineral andere Elemente in seiner Kristallstruktur enthält, ist es kein Quarz.

Ein hartes Mineral, das kovalent gebundenen Kohlenstoff enthält, ist Diamant Ein weicheres Mineral, das neben Kohlenstoff auch Kalzium und Sauerstoff enthält, ist Kalzit (Abbildung unten).

Einige Mineralien haben eine Reihe chemischer Zusammensetzungen. Olivin hat immer Silizium und Sauerstoff sowie Eisen oder Magnesium oder beides (Mg, Fe) 2SiO4.

Physikalische Eigenschaften

Die physikalischen Eigenschaften von Mineralien umfassen:

• Farbe: Die Farbe des Minerals.
• Streifen: Die Farbe des Mineralpulvers.
• Glanz: Die Art und Weise, wie Licht von der Oberfläche des Minerals reflektiert wird.
• Spezifisches Gewicht: Wie schwer das Mineral im Verhältnis zum gleichen Wasservolumen ist.
• Spaltung: Die Neigung des Minerals, entlang flacher Oberflächen zu brechen.
• Bruch: das Muster in Was ein Mineral bricht.
• Härte: Welche Mineralien kann es kratzen und welche Mineralien können es kratzen.

Wie physikalische Eigenschaften zur Identifizierung von Mineralien verwendet werden, wird in der Lektion beschrieben zur Mineralbildung.

Mineralgruppen

Mineralien werden basierend auf der chemischen Zusammensetzung in Gruppen eingeteilt. Die meisten Mineralien passen in eine von acht Mineralgruppen.

Silikatmineralien

Die rund 1.000 Silikatmineralien machen über 90% der Erdkruste aus. Silikate sind bei weitem die größte Mineralgruppe. Feldspat und Quarz sind die beiden häufigsten Silikatmineralien. Beide sind äußerst häufige gesteinsbildende Mineralien.

Der Grundbaustein für alle Silikatmineralien ist das Siliciumdioxid-Tetraeder, das in der folgenden Abbildung dargestellt ist. Um die große Vielfalt an Silikatmineralien zu erzeugen, wird diese pyramidenförmige Struktur häufig an andere Elemente wie Kalzium, Eisen und Magnesium gebunden.

Siliciumdioxid-Tetraeder verbinden sich auf sechs verschiedene Arten, um verschiedene Arten von Silikaten zu erzeugen (Abbildung) unten). Tetraeder können allein stehen, verbundene Kreise bilden, die als Ringe bezeichnet werden, sich zu Einzel- und Doppelketten verbinden, große flache Pyramidenschichten bilden oder sich in drei Dimensionen verbinden.

Native Elemente

Native Elemente enthalten Atome nur eines Elementtyps. In dieser Kategorie sind nur wenige Mineralien enthalten. Einige der Mineralien in dieser Gruppe sind selten und wertvoll. Gold, Silber, Schwefel und Diamant sind Beispiele für native Elemente.

Carbonate

Die grundlegende Carbonatstruktur besteht aus einem Kohlenstoffatom, das an drei Sauerstoffatome gebunden ist. Carbonate umfassen andere Elemente wie Calcium, Eisen und Kupfer. Calcit (CaCO3) ist das am häufigsten vorkommende Carbonatmineral (Abbildung unten).

Azurit und Malachit, wie in der folgenden Abbildung gezeigt, sind Carbonate, die Kupfer anstelle von Calcium enthalten.

Halogenide

Halogenidmineralien sind Salze, die sich bilden, wenn Salzwasser verdunstet. Halit ist ein Halogenidmineral, aber Tafelsalz ist nicht das einzige Halogenid. Die als Halogene (Fluor, Chlor, Brom oder Iod) bekannten chemischen Elemente verbinden sich mit verschiedenen Metallatomen zu Halogenidmineralien (siehe Abbildung unten).

Oxide

Oxide enthalten ein oder zwei Metallelemente, die mit Sauerstoff kombiniert sind. Viele wichtige Metalle werden als Oxide gefunden. Hämatit (Fe2O3) mit zwei Eisenatomen zu drei Sauerstoffatomen und Magnetit (Fe3O4) (Abbildung unten) mit drei Eisenatomen zu vier Sauerstoffatomen sind beide Eisenoxide.

Phosphate

Phosphatmineralien ähneln in ihrer Atomstruktur den Silikatmineralien. In den Phosphaten binden Phosphor, Arsen oder Vanadium an Sauerstoff, um Tetraeder zu bilden. Es gibt viele verschiedene Mineralien in der Phosphatgruppe, aber die meisten sind selten (Abbildung unten).

Sulfate

Sulfatmineralien enthalten Schwefelatome, die an Sauerstoffatome gebunden sind. Wie Halogenide bilden sie sich dort, wo Salzwasser verdunstet. Die Sulfatgruppe enthält viele verschiedene Mineralien, aber nur wenige sind häufig.

Gips ist ein häufiges Sulfat mit verschiedenen Erscheinungsformen (Abbildung unten). Es wurden einige gigantische 11-Meter-Gipskristalle gefunden. Das ist ungefähr so lang wie ein Schulbus!

Sulfide

Sulfide entstehen, wenn sich metallische Elemente mit Schwefel verbinden. Im Gegensatz zu Sulfaten enthalten Sulfide keinen Sauerstoff. Pyrit oder Eisensulfid ist ein weit verbreitetes Sulfidmineral, das als Narrengold bekannt ist. Menschen können Pyrit mit Gold verwechseln, weil die beiden Mineralien glänzend, metallisch und gelb sind.

Zusammenfassung der Lektion

• Damit eine Substanz ein Mineral ist, muss es sein Ein natürlich vorkommender anorganischer, kristalliner Feststoff mit einer charakteristischen chemischen Zusammensetzung und Kristallstruktur.
• Die Atome in Mineralien sind in regelmäßigen, sich wiederholenden Mustern angeordnet, die zur Identifizierung dieses Minerals verwendet werden können.

Mineralien werden basierend auf ihrer chemischen Zusammensetzung in Gruppen eingeteilt.

Das chemische Merkmal jeder Gruppe ist: native Elemente – nur ein Element; Silikate – Siliciumdioxid-Tetraeder; Phosphate – Phosphat-Tetraeder; Carbonate – ein Kohlenstoffatom mit drei Sauerstoffatomen; Halogenide – ein Halogen, das an ein Metallatom gebunden ist; Oxide – ein Metall kombiniert mit Sauerstoff; Sulfate – Schwefel und Sauerstoff; Sulfide – Metall mit Schwefel, ohne Sauerstoff.

Prüfungsfragen

1. Was ist ein Kristall?
2. Welche Elemente enthalten alle Silikatmineralien?
3. Obsidian ist ein Glas, das entsteht, wenn Lava so schnell abkühlt, dass die Atome keine Chance haben, sich in Kristallen anzuordnen. Ist Obsidian ein Kristall? Erklären Sie Ihre Argumentation.
4. Was sind die acht Hauptmineralgruppen?
5. Was ist bei allen Mineralien in der Silikatgruppe gleich? Was ist an ihnen anders?
6. Eine Probe hat eine chemische Zusammensetzung mit einem Verhältnis von zwei Eisenatomen zu drei Sauerstoffatomen. Eine andere Probe hat eine chemische Zusammensetzung mit einem Verhältnis von drei Eisenatomen zu vier Sauerstoffatomen. Sie enthalten dieselben Elemente: Sind sie dasselbe Mineral?
7. Wie unterscheidet sich die Mineralgruppe der einheimischen Elemente von allen anderen Mineralgruppen?
8. Auf einer Reise zum Naturkundemuseum Sie finden zwei Mineralien, die in der Farbe ähnlich sind. Sie können ihren chemischen Formeln entnehmen, dass ein Mineral die Elemente Zink, Kohlenstoff und Sauerstoff enthält. Das andere Mineral enthält die Elemente Zink, Silizium, Sauerstoff und Wasserstoff. Ihr Freund sagt Ihnen, dass die Mineralien in derselben Mineralgruppe sind. Sind Sie einverstanden? Erläutern Sie Ihre Überlegungen.

Weiterführende Literatur / Ergänzende Links

Zu berücksichtigende Punkte

• Warum ist Obsidian, ein natürliches Glas, aus dem es entsteht? kühlende Lava, kein Mineral?
• Warum werden Diamanten, die in einem Labor hergestellt werden, keine Mineralien?
• Ist Kohle, die hauptsächlich aus verfallenen Pflanzen besteht, ein Mineral? Ist es ein Stein?
• Künstler haben das Mineral Azurit gemahlen, um bunte Pigmente für Farben herzustellen. Ist der pulverisierte Azurit noch kristallin?