Obiectivele lecției

• Descrieți caracteristicile pe care le împărtășesc toate mineralele.
• Identificați grupurile în care mineralele sunt clasificate și caracteristicile lor.

Vocabular

• compus chimic
• cristal
• anorganic
• minerale
• silicați

Introducere

Mineralele sunt clasificate pe baza compoziției lor chimice. Datorită asemănărilor în compoziție, mineralele din același grup pot avea caracteristici similare.

Ce este un mineral?

Mineralele sunt peste tot! Figura 2.1 de mai jos prezintă câteva obiecte obișnuite de uz casnic și mineralele utilizate pentru fabricarea lor. Sarea pe care o stropiți pe alimente este halita minerală. Argintul din bijuterii este, de asemenea, un mineral. Liliecile de baseball și cadrele pentru biciclete conțin ambele minerale. Deși sticla nu este un mineral, este produsă din cuarț mineral. Oamenii de știință au identificat peste 4.000 de minerale în scoarța Pământului. Câteva sunt comune, dar multe sunt mai puțin frecvente.

Geologii au o definiție foarte specifică pentru minerale. Un material este caracterizat ca un mineral dacă îndeplinește toate caracteristicile următoare. Un mineral este un solid anorganic, cristalin. Un mineral se formează prin procese naturale și are o compoziție chimică definită. Mineralele pot fi identificate prin proprietățile lor fizice caracteristice, cum ar fi structura cristalină, duritatea, dungile și decolteul.

Solid cristalin

Mineralele sunt solide cristaline. Un cristal este un solid în care atomii sunt dispuși într-un model regulat, care se repetă (Figura 2.2 de mai jos). Modelul atomilor din diferite probe ale aceluiași mineral este același. Este sticla un mineral? Fără o structură cristalină, chiar și sticla naturală nu este un mineral.

Substanțe anorganice

Substanțele organice sunt compușii pe bază de carbon fabricate de creaturi vii și includ proteine, carbohidrați și uleiuri. Substanțele anorganice au o structură care nu este caracteristică corpurilor vii. Cărbunele este format din resturi de plante și animale. Este un mineral? Cărbunele este clasificat ca rocă sedimentară, dar nu este un mineral.

Procese naturale

Mineralele sunt obținute prin procese naturale, cele care apar pe sau pe Pământ. Un diamant creat adânc în scoarța Pământului este un mineral. Este un diamant creat într-un laborator prin plasarea carbonului sub presiuni ridicate un mineral? Nu. Nu cumpărați un „diamant” de laborator pentru bijuterii fără să vă dați seama că nu este din punct de vedere tehnic un mineral.

Compoziție chimică

Aproape toate (98,5%) din scoarța Pământului sunt doar opt elemente – oxigen, siliciu, aluminiu, fier, calciu, sodiu, potasiu și magneziu – și acestea sunt elementele care alcătuiesc majoritatea mineralelor.

Toate mineralele au o compoziție chimică specifică. argintul mineral este format doar din atomi de argint, iar diamantul este format doar din atomi de carbon, dar majoritatea mineralelor sunt formate din compuși chimici. Fiecare mineral are propria formulă chimică. Halita, ilustrată în figura 2.2 de mai sus, este NaCl (clorură de sodiu Cuarțul este întotdeauna format din doi atomi de oxigen legați de un atom de siliciu, SiO2. Dacă un mineral conține alte elemente în structura sa cristalină, nu este cuarț.

Un mineral dur care conține carbon legat covalent este diamantul , dar un mineral mai moale care conține și calciu și oxigen împreună cu carbonul este calcitul (Figura de mai jos).

Unele minerale au o gamă largă de compoziție chimică. Olivina are întotdeauna siliciu și oxigen, precum și fier sau magneziu sau ambele, (Mg, Fe) 2SiO4.

Proprietăți fizice

Proprietățile fizice ale mineralelor includ:

• Culoare: culoarea mineralului.
• Strip: culoarea pulberii mineralului.
• Luciu: felul în care lumina se reflectă de pe suprafața mineralului.
• Greutate specifică: cât de greu este mineralul față de același volum de apă.
• Decolteu: tendința mineralului de a se rupe de-a lungul suprafețelor plane.
• Fractură: modelul din care un mineral se sparge.
• Duritatea: ce minerale poate zgâria și ce minerale o poate zgâria.

Modul în care sunt utilizate proprietățile fizice pentru identificarea mineralelor este descris în lecție pe formarea mineralelor.

Grupuri minerale

Mineralele sunt împărțite în grupuri pe baza compoziției chimice. Majoritatea mineralelor se încadrează într-unul din cele opt grupuri minerale.

Minerale de silicat

Aproximativ 1.000 de minerale de silicat reprezintă peste 90% din scoarța Pământului. Silicații sunt de departe cel mai mare grup mineral. Feldspatul și cuarțul sunt cele mai comune două minerale de silicat. Ambele sunt minerale extrem de comune care formează roci.

Blocul de bază pentru toate mineralele silicatice este tetraedrul de silice, care este ilustrat în figura de mai jos. Pentru a crea o mare varietate de minerale silicatate, această structură în formă de piramidă este adesea legată de alte elemente, cum ar fi calciu, fier și magneziu.

Tetraedrele de silice se combină împreună în șase moduri diferite pentru a crea diferite tipuri de silicați (Figura de mai jos). Tetraedrele pot sta singure, pot forma cercuri conectate numite inele, se pot lega în lanțuri simple și duble, pot forma foi mari de piramide sau se pot uni în trei dimensiuni.

Elemente native

Elemente native conțin atomi ai unui singur tip de element. Numai un număr mic de minerale se găsesc în această categorie. Unele dintre mineralele din acest grup sunt rare și valoroase. Aurul, argintul, sulful și diamantul sunt exemple de elemente native.

Carbonate

Structura de bază a carbonatului este un atom de carbon legat de trei atomi de oxigen. Carbonatele includ alte elemente, cum ar fi calciu, fier și cupru. Calcitul (CaCO3) este cel mai comun mineral carbonat (Figura de mai jos).

Azuritul și malachitul, prezentate în figura de mai jos, sunt carbonați care conțin cupru în loc de calciu.

Halogenuri

Minerale halogenate sunt săruri care se formează la evaporarea apei sărate. Halita este un mineral halogen, dar sarea de masă nu este singura halogenură. Elementele chimice cunoscute sub denumirea de halogeni (fluor, clor, brom sau iod) se leagă cu diferiți atomi metalici pentru a produce minerale cu halogenuri (a se vedea figura de mai jos).

Oxizi

Oxizii conțin unul sau două elemente metalice combinate cu oxigen. Multe metale importante se găsesc sub formă de oxizi. Hematitul (Fe2O3), cu doi atomi de fier până la trei atomi de oxigen, și magnetitul (Fe3O4) (Figura de mai jos), cu trei atomi de fier până la patru atomi de oxigen, sunt ambii oxizi de fier.

Fosfați

Mineralele fosfat sunt similare în structura atomică cu mineralele silicatice. În fosfați, fosforul, arsenicul sau vanadiul se leagă de oxigen pentru a forma un tetraedru. Există multe minerale diferite în grupul fosfat, dar cele mai multe sunt rare (Figura de mai jos).

Sulfați

Sulfatul mineral conține atomi de sulf legați de atomii de oxigen. La fel ca halogenurile, acestea se formează acolo unde apa sărată se evaporă. Grupul sulfat conține multe minerale diferite, dar doar câteva sunt comune.

Gipsul este un sulfat comun cu o varietate de aparențe (Figura de mai jos). Au fost găsite câteva cristale gigantice de gips de 11 metri. Asta înseamnă cam atât timp cât un autobuz școlar!

Sulfuri

Sulfurile se formează atunci când elementele metalice se combină cu sulful. Spre deosebire de sulfați, sulfurile nu conțin oxigen. Pirita sau sulfura de fier este un mineral de sulfură obișnuit cunoscut sub numele de aurul prostului. Oamenii pot confunda pirita cu aurul, deoarece cele două minerale sunt strălucitoare, metalice și de culoare galbenă.

Rezumatul lecției

• Pentru ca o substanță să fie un mineral, trebuie să fie un solid cristalin natural, anorganic, care are o compoziție chimică caracteristică și o structură cristalină.
• Atomii din minerale sunt aranjați în modele regulate, repetate, care pot fi utilizate pentru a identifica acel mineral.
• Mineralele sunt împărțite în grupuri pe baza compoziției lor chimice.
• Caracteristica chimică a fiecărui grup este: elemente native – un singur element; silicați – tetraedru de silice; fosfați – tetraedru fosfat; carbonați – un atom de carbon cu trei atomi de oxigen; halogenuri – un halogen legat cu un atom metalic; oxizi – un metal combinat cu oxigen; sulfați – sulf și oxigen; sulfuri – metal cu sulf, fără oxigen.

Întrebări de revizuire

1. Ce este un cristal?
2. Ce elemente conțin toate mineralele silicatate?
3. Obsidianul este un pahar care se formează atunci când lava se răcește atât de repede încât atomii nu au șansa de a se aranja în cristale. Este obsidianul un cristal? Explicați raționamentul dvs.
4. Care sunt cele opt grupe minerale majore?
5. Ce este același lucru cu toate mineralele din grupul silicatelor? Ce este diferit la acestea?
6. O probă are o compoziție chimică cu un raport de doi atomi de fier la trei atomi de oxigen. O altă probă are o compoziție chimică cu un raport de trei atomi de fier și patru atomi de oxigen. Conțin aceleași elemente: Sunt același mineral?
7. Cum diferă grupul mineral de elemente native de toate celelalte grupuri minerale?
8. Într-o excursie la muzeul de istorie naturală găsești două minerale de culoare asemănătoare. Puteți vedea din formulele lor chimice că un mineral conține elementele zinc, carbon și oxigen. Celălalt mineral conține elementele zinc, siliciu, oxigen și hidrogen. Prietenul tău îți spune că mineralele se află în același grup de minerale. Ești de acord? Explicați raționamentul dvs.

Lecturi suplimentare / Linkuri suplimentare

Puncte de luat în considerare

• De ce este obsidianul, o sticlă naturală care se formează din răcirea lavei, nu un mineral?
• De ce diamantele fabricate într-un laborator nu sunt minerale?
• Cărbunele, format în principal din plante degradate, este un mineral? Este o piatră?
• Artiștii obișnuiau să măcineze azuritul mineral pentru a produce pigmenți coloranți pentru vopsele. Azuritul sub formă de pulbere este încă cristalin?