Lektionsmål

• Beskriv de egenskaper som alla mineraler delar.
• Identifiera de grupper i vilka mineraler klassificeras och deras egenskaper.

Ordförråd

• kemisk förening
• kristall
• oorganisk
• mineral
• silikater

Inledning

Mineraler kategoriseras utifrån deras kemiska sammansättning. På grund av likheter i sammansättning kan mineraler inom samma grupp ha liknande egenskaper.

Vad är ett mineral?

Mineraler finns överallt! Figur 2.1 nedan visar några vanliga hushållsartiklar och de mineraler som används för att tillverka dem. Saltet du stänker på maten är mineralhaliten. Silver i smycken är också ett mineral. Basebollträn och cykelramar innehåller båda mineraler. Även om glas inte är ett mineral, produceras det av mineral kvarts. Forskare har identifierat mer än 4000 mineraler i jordskorpan. Några är vanliga, men många är ovanliga.

Geologer har en mycket specifik definition för mineraler. Ett material karakteriseras som ett mineral om det uppfyller alla följande egenskaper. Ett mineral är ett oorganiskt, kristallint fast ämne. Ett mineral bildas genom naturliga processer och har en bestämd kemisk sammansättning. Mineraler kan identifieras med deras karakteristiska fysiska egenskaper såsom kristallstruktur, hårdhet, strimma och klyvning.

Kristallin fast substans

Mineraler är kristallina fasta ämnen. En kristall är en fast substans i vilken atomerna är ordnade i ett regelbundet, upprepande mönster (figur 2.2 nedan). Mönstret av atomer i olika prover av samma mineral är detsamma. Är glas ett mineral? Utan en kristallstruktur är inte ens naturligt glas ett mineral.

Oorganiska ämnen

Organiska ämnen är de kolbaserade föreningarna som tillverkas av levande varelser och inkluderar proteiner, kolhydrater och oljor. Oorganiska ämnen har en struktur som inte är karakteristisk för levande kroppar. Kol är gjord av växt- och djurrester. Är det ett mineral? Kol klassificeras som ett sedimentärt berg men är inte ett mineral.

Naturliga processer

Mineraler tillverkas av naturliga processer, de som förekommer i eller på jorden. En diamant skapad djupt i jordskorpan är ett mineral. Är en diamant skapad i ett laboratorium genom att placera kol under höga tryck ett mineral? Nej. Köp inte en laboratorietillverkad ”diamant” för smycken utan att inse att det tekniskt inte är ett mineral.

Kemisk sammansättning

Nästan hela (98,5%) av jordskorpan är tillverkad upp av endast åtta grundämnen – syre, kisel, aluminium, järn, kalcium, natrium, kalium och magnesium – och det är de element som utgör de flesta mineraler.

Alla mineraler har en specifik kemisk sammansättning. mineral silver består endast av silveratomer och diamant består endast av kolatomer, men de flesta mineraler består av kemiska föreningar. Varje mineral har sin egen kemiska formel. Halit, som visas i figur 2.2 ovan, är NaCl (natriumklorid Kvarts är alltid gjord av två syreatomer bundna till en kiselatom, SiO2. Om ett mineral innehåller andra element i sin kristallstruktur är det inte kvarts.

Ett hårt mineral som innehåller kovalent bundet kol är diamant , men ett mjukare mineral som också innehåller kalcium och syre tillsammans med kol är kalcit (figur nedan).

Vissa mineraler har en mängd kemisk sammansättning. Olivin har alltid kisel och syre samt järn eller magnesium eller båda, (Mg, Fe) 2SiO4.

Fysiska egenskaper

De fysiska egenskaperna hos mineraler inkluderar:

• Färg: mineralets färg.
• Strimma: färgen på mineralets pulver.
• Glans: hur ljuset reflekteras från mineralets yta.
• Specifik vikt: hur tungt mineralet är i förhållande till samma volym vatten.
• Klyvning: mineralets tendens att bryta längs plana ytor.
• Fraktur: mönstret i vilket mineral bryter.
• Hårdhet: vilka mineraler det kan repa och vilka mineraler som kan repa det.

Hur fysiska egenskaper används för att identifiera mineraler beskrivs i lektionen om mineralbildning.

Mineralgrupper

Mineraler är indelade i grupper baserat på kemisk sammansättning. De flesta mineraler passar in i en av åtta mineralgrupper.

Silikatmineraler

De ungefär 1 000 silikatmineralerna utgör över 90% av jordskorpan. Silikater är den absolut största mineralgruppen. Fältspat och kvarts är de två vanligaste silikatmineralerna. Båda är extremt vanliga bergformande mineraler.

Den grundläggande byggstenen för alla silikatmineraler är kiseldioxidtetraeder, vilket illustreras i figuren nedan. För att skapa det stora utbudet av silikatmineraler är denna pyramidformade struktur ofta bunden till andra element, såsom kalcium, järn och magnesium.

Kiseldioxidtetraeder kombineras på sex olika sätt för att skapa olika typer av silikater (figur Nedan). Tetraeder kan stå ensamma, bilda anslutna cirklar som kallas ringar, kopplas i enkla och dubbla kedjor, bilda stora platta pyramider eller gå samman i tre dimensioner.

Infödda element

Ursprungliga element innehåller atomer av endast en typ av element. Endast ett litet antal mineraler finns i denna kategori. Några av mineralerna i denna grupp är sällsynta och värdefulla. Guld, silver, svavel och diamant är exempel på naturliga element.

Karbonater

Den grundläggande karbonatstrukturen är en kolatom bunden till tre syreatomer. Karbonater innehåller andra element, såsom kalcium, järn och koppar. Kalcit (CaCO3) är det vanligaste karbonatmineralet (figur nedan).

Azurit och malakit, som visas i figuren nedan, är karbonater som innehåller koppar istället för kalcium.

Halider

Halidmineraler är salter som bildas när saltvatten avdunstar. Halit är ett halogenidmineral, men bordssalt är inte den enda halogeniden. De kemiska elementen som kallas halogener (fluor, klor, brom eller jod) binder till olika metallatomer för att framställa halogenidmineraler (se figur nedan).

Oxider

Oxider innehåller en eller två metallelement kombinerade med syre. Många viktiga metaller finns som oxider. Hematit (Fe2O3), med två järnatomer till tre syreatomer, och magnetit (Fe3O4) (figur nedan), med tre järnatomer till fyra syreatomer, är båda järnoxider.

Fosfater

Fosfatmineraler har samma atomstruktur som silikatmineralerna. I fosfaterna binder fosfor, arsenik eller vanadin till syre för att bilda en tetraeder. Det finns många olika mineraler i fosfatgruppen, men de flesta är sällsynta (figur nedan).

Sulfater

Sulfatmineraler innehåller svavelatomer bundna till syreatomer. Som halider bildas de där saltvatten avdunstar. Sulfatgruppen innehåller många olika mineraler, men endast ett fåtal är vanliga.

Gips är ett vanligt sulfat med många olika utseende (figur nedan). Några gigantiska 11 meter gipskristaller har hittats. Det är ungefär lika länge som en skolbuss!

Sulfider

Sulfider bildas när metalliska element kombineras med svavel. Till skillnad från sulfater innehåller sulfider inte syre. Pyrit, eller järnsulfid, är ett vanligt sulfidmineral som kallas idiotens guld. Människor kan tappa pyrit för guld eftersom de två mineralerna är glänsande, metalliska och gula i färg.

Leksammanfattning

• För att ett ämne ska vara ett mineral måste det vara ett naturligt förekommande, oorganiskt, kristallint fast ämne som har en karakteristisk kemisk sammansättning och kristallstruktur.
• Atomerna i mineraler är ordnade i regelbundna, upprepande mönster som kan användas för att identifiera detta mineral.
• Mineraler är indelade i grupper baserat på deras kemiska sammansättning.
• Det kemiska inslaget i varje grupp är: naturliga element – bara ett element; silikater – kiseldioxidtetraeder; fosfater – fosfat tetraeder; karbonater – en kolatom med tre syreatomer; halider – en halogen bunden med en metallatom; oxider – en metall kombinerad med syre; sulfater – svavel och syre; sulfider – metall med svavel, inget syre.

Granskningsfrågor

1. Vad är en kristall?
2. Vilka element innehåller alla silikatmineraler?
3. Obsidian är ett glas som bildas när lava svalnar så snabbt att atomerna inte har möjlighet att ordna sig i kristaller. Är obsidian en kristall? Förklara ditt resonemang.
4. Vilka är de åtta stora mineralgrupperna?
5. Vad är detsamma med alla mineraler i silikatgruppen? Vad är annorlunda med dem?
6. Ett prov har en kemisk sammansättning med ett förhållande mellan två järnatomer till tre syreatomer. Ett annat prov har en kemisk sammansättning med ett förhållande mellan tre järnatomer och fyra syreatomer. De innehåller samma element: Är de samma mineral?
7. Hur skiljer sig de inhemska elementens mineralgrupp från alla andra mineralgrupper?
8. På en resa till naturhistoriska museet du hittar två mineraler som har samma färg. Du kan se från deras kemiska formler att ett mineral innehåller grundämnena zink, kol och syre. Det andra mineralet innehåller elementen zink, kisel, syre och väte. Din vän berättar att mineralerna är i samma mineralgrupp. Håller du med? Förklara ditt resonemang.

Ytterligare läsning / kompletterande länkar

Poäng att tänka på

• Varför är obsidian, ett naturligt glas som bildas från kylning lava, inte ett mineral?
• Varför är diamanter tillverkade i ett laboratorium inte mineraler?
• Är kol, som främst bildas av förfallna växter, ett mineral? Är det en sten?
• Konstnärer brukade slipa mineralet azurit för att göra färgglada pigment för färger. Är den pulveriserade azuriten fortfarande kristallin?