Leksjonsmål

• Beskriv egenskapene som alle mineralene deler.
• Identifiser gruppene som mineraler er klassifisert i og deres egenskaper.

Ordforråd

• kjemisk forbindelse
• krystall
• uorganisk
• mineral
• silikater

Innledning

Mineraler er kategorisert basert på deres kjemiske sammensetning. På grunn av likheter i sammensetning kan mineraler i samme gruppe ha lignende egenskaper.

Hva er et mineral?

Mineraler er overalt! Figur 2.1 nedenfor viser noen vanlige husholdningsartikler og mineralene som brukes til å lage dem. Saltet du drysser på maten er mineralhaliten. Sølv i smykker er også et mineral. Baseball flaggermus og sykkelrammer inneholder begge mineraler. Selv om glass ikke er et mineral, er det produsert av mineralet kvarts. Forskere har identifisert mer enn 4000 mineraler i jordskorpen. Noen få er vanlige, men mange er uvanlige.

Geologer har en veldig spesifikk definisjon for mineraler. Et materiale karakteriseres som et mineral hvis det oppfyller alle følgende egenskaper. Et mineral er et uorganisk, krystallinsk fast stoff. Et mineral dannes gjennom naturlige prosesser og har en bestemt kjemisk sammensetning. Mineraler kan identifiseres ved deres karakteristiske fysiske egenskaper som krystallinsk struktur, hardhet, strek og spaltning.

Krystallinsk fast stoff

Mineraler er krystallinske faste stoffer. En krystall er et fast stoff der atomene er ordnet i et vanlig, gjentatt mønster (figur 2.2 nedenfor). Mønsteret til atomer i forskjellige prøver av samme mineral er det samme. Er glass et mineral? Uten en krystallinsk struktur er ikke naturlig glass noe mineral.

Uorganiske stoffer

Organiske stoffer er de karbonbaserte forbindelsene laget av levende skapninger og inkluderer proteiner, karbohydrater og oljer. Uorganiske stoffer har en struktur som ikke er karakteristisk for levende kropper. Kull er laget av plante- og dyrerester. Er det et mineral? Kull er klassifisert som en sedimentær bergart, men er ikke et mineral.

Naturlige prosesser

Mineraler er laget av naturlige prosesser, de som forekommer i eller på jorden. En diamant skapt dypt i jordskorpen er et mineral. Er en diamant opprettet i et laboratorium ved å plassere karbon under høyt trykk et mineral? Nei. Ikke kjøp en laboratorieprodusert «diamant» for smykker uten å innse at den ikke teknisk er et mineral.

Kjemisk sammensetning

Nesten alt (98,5%) av jordskorpen er laget opp av bare åtte grunnstoffer – oksygen, silisium, aluminium, jern, kalsium, natrium, kalium og magnesium – og dette er elementene som utgjør de fleste mineraler.

Alle mineraler har en spesifikk kjemisk sammensetning. mineral sølv består av bare sølvatomer og diamant er bare laget av karbonatomer, men de fleste mineraler består av kjemiske forbindelser. Hvert mineral har sin egen kjemiske formel. Halitt, avbildet i figur 2.2 ovenfor, er NaCl (natriumklorid Kvarts er alltid laget av to oksygenatomer bundet til et silisiumatom, SiO2. Hvis et mineral inneholder andre elementer i krystallstrukturen, er det ikke kvarts.

Et hardt mineral som inneholder kovalent bundet karbon er diamant , men et mykere mineral som også inneholder kalsium og oksygen sammen med karbon er kalsitt (figur nedenfor).

Noen mineraler har en rekke kjemiske sammensetninger. Olivin har alltid silisium og oksygen, så vel som jern eller magnesium eller begge deler, (Mg, Fe) 2SiO4.

Fysiske egenskaper

De fysiske egenskapene til mineraler inkluderer:

• Farge: fargen på mineralet.
• Strek: fargen på mineralets pulver.
• Glans: måten lys reflekterer på mineralens overflate.
• Spesifikk tyngdekraft: hvor tungt mineralet er i forhold til samme vannvolum.
• Spaltning: mineralets tendens til å bryte langs flate overflater.
• Brudd: mønsteret i hvilket mineral bryter.
• Hardhet: hvilke mineraler det kan klø og hvilke mineraler som kan klø det.

Hvordan fysiske egenskaper brukes til å identifisere mineraler er beskrevet i leksjonen på mineraldannelse.

Mineralgrupper

Mineraler er delt inn i grupper basert på kjemisk sammensetning. De fleste mineraler passer inn i en av åtte mineralgrupper.

Silikatmineraler

De rundt 1000 silikatmineralene utgjør over 90% av jordskorpen. Silikater er den klart største mineralgruppen. Feltspat og kvarts er de to vanligste silikatmineraler. Begge er ekstremt vanlige bergformende mineraler.

Den grunnleggende byggesteinen for alle silikatmineraler er silika tetraeder, som er illustrert i figur nedenfor. For å skape et bredt utvalg av silikatmineraler, er denne pyramideformede strukturen ofte bundet til andre elementer, som kalsium, jern og magnesium.

Silika-tetraeder kombineres på seks forskjellige måter for å lage forskjellige typer silikater (figur under). Tetrahedroner kan stå alene, danne sammenkoblede sirkler som kalles ringer, lenke til enkle og doble kjeder, danne store flate ark med pyramider, eller gå sammen i tre dimensjoner. / div>

De forskjellige måtene silika tetraeder kan knytte seg sammen får disse to mineralene til å se veldig forskjellige ut.

Innfødte elementer

Innfødte elementer inneholder atomer av bare en type element. Bare et lite antall mineraler finnes i denne kategorien. Noen av mineralene i denne gruppen er sjeldne og verdifulle. Gull, sølv, svovel og diamant er eksempler på innfødte elementer.

Karbonater

Den grunnleggende karbonatstrukturen er ett karbonatom bundet til tre oksygenatomer. Karbonater inkluderer andre elementer, som kalsium, jern og kobber. Kalsitt (CaCO3) er det vanligste karbonatmineralet (figur nedenfor).

Azuritt og malakitt, vist i figuren nedenfor, er karbonater som inneholder kobber i stedet for kalsium.

Halider

Halidmineraler er salter som dannes når saltvann fordamper. Halitt er et halogenidmineral, men bordsalt er ikke det eneste halogenidet. De kjemiske elementene kjent som halogener (fluor, klor, brom eller jod) binder seg til forskjellige metallatomer for å lage halogenidmineraler (se figur nedenfor).

Oksider

Oksider inneholder ett eller to metallelementer kombinert med oksygen. Mange viktige metaller finnes som oksider. Hematitt (Fe2O3), med to jernatomer til tre oksygenatomer, og magnetitt (Fe3O4) (figur nedenfor), med tre jernatomer til fire oksygenatomer, er begge jernoksider.

Fosfater

Fosfatmineraler har samme atomastruktur som silikatmineraler. I fosfater binder fosfor, arsen eller vanadium til oksygen for å danne en tetraeder. Det er mange forskjellige mineraler i fosfatgruppen, men de fleste er sjeldne (figur nedenfor).

Sulfater

Sulfatmineraler inneholder svovelatomer bundet til oksygenatomer. I likhet med halogenider, dannes de der saltvannet fordamper. Sulfatgruppen inneholder mange forskjellige mineraler, men bare noen få er vanlige.

Gips er et vanlig sulfat med en rekke utseende (figur nedenfor). Noen gigantiske 11 meter gipskrystaller er funnet. Det er omtrent like lenge som en skolebuss!

Sulfider

Sulfider dannes når metalliske elementer kombineres med svovel. I motsetning til sulfater inneholder sulfider ikke oksygen. Pyritt, eller jernsulfid, er et vanlig sulfidmineral kjent som narrens gull. Folk kan ta feil av pyritt som gull fordi de to mineralene er blanke, metalliske og gule i fargen.

Oppsummering av leksjonen

• For at et stoff skal være et mineral, må det være et naturlig forekommende, uorganisk, krystallinsk fast stoff som har en karakteristisk kjemisk sammensetning og krystallstruktur.
• Atomer i mineraler er ordnet i regelmessige, gjentatte mønstre som kan brukes til å identifisere dette mineralet.
• Mineraler er delt inn i grupper basert på deres kjemiske sammensetning.
• Den kjemiske egenskapen til hver gruppe er: innfødte elementer – bare ett element; silikater – silika tetraeder; fosfater – fosfat tetraeder; karbonater – ett karbonatom med tre oksygenatomer; halogenider – et halogen bundet med et metallatom; oksider – et metall kombinert med oksygen; sulfater – svovel og oksygen; sulfider – metall med svovel, uten oksygen.

Spørsmål om gjennomgang

1. Hva er en krystall?
2. Hvilke grunnstoffer inneholder alle silikatmineraler?
3. Obsidian er et glass som dannes når lava avkjøles så raskt at atomene ikke har en sjanse til å ordne seg i krystaller. Er obsidian en krystall? Forklar resonnementet ditt.
4. Hva er de åtte store mineralgruppene?
5. Hva er det samme med alle mineralene i silikatgruppen? Hva er forskjellig ved dem?
6. En prøve har en kjemisk sammensetning med et forhold på to jernatomer til tre oksygenatomer. En annen prøve har en kjemisk sammensetning med et forhold på tre jernatomer til fire oksygenatomer. De inneholder de samme elementene: Er de samme mineral?
7. Hvordan skiller de innfødte elementene mineralgruppen seg fra alle de andre mineralgruppene?
8. På en tur til naturhistorisk museum du finner to mineraler som har samme farge. Du kan se fra deres kjemiske formler at ett mineral inneholder grunnstoffene sink, karbon og oksygen. Det andre mineralet inneholder elementene sink, silisium, oksygen og hydrogen. Din venn forteller deg at mineralene er i samme mineralgruppe. Er du enig? Forklar resonnementet.

Ytterligere lesing / supplerende lenker

Poeng å vurdere

• Hvorfor er obsidian, et naturlig glass som dannes fra kjøle lava, ikke et mineral?
• Hvorfor er diamanter laget i et laboratorium ikke mineraler?
• Er kull, dannet for det meste fra forråtnede planter, et mineral? Er det en stein?
• Kunstnere pleide å male opp mineralet azuritt for å lage fargerike pigmenter for maling. Er den pulveriserte azuritten fortsatt krystallinsk?