کانی ها
Minerals
رئوس مطالب
تعریف کانی
کانی های موجود در زمین
ترکیب کانی ها
سیلیکاتها و ساختارآنها
شرایط تشکیل کانی های مختلف
کانی های فلسیک و مافیک
خواص فیزیکی کانی ها
سنگ ها و کانی ها
کانی ها مواد سازنده سنگ ها می باشند.
پوسته زمین از سنگ ها تشکیل شده است.
تمامی مواد غیر ارگانیک سازندهی سیارهی زمین از کانیها ساخته شده است.
اساس صنعت و تکنولوژی انسانهای روی زمین بر پایه خواص کانی ها استوار است.
سنگ ها و کانی ها
بیش از 3500 نوع کانی در زمین شناسایی شده است.
اکثریت کانیها در چند گروه دستهبندی میشوند که عبارتند از:
سیلیکاتها، اکسیدها، سولفیدها، سولفاتها، هالیدها، کربناتها و عناصر خالص.
سیلیکاتها فراوان ترین نوع کانیها هستند (%95 پوستهی زمین)
کربناتها دومین گروه کانیهای فراوان در پوسته هستند.
اکسیدها نیز در ردهی سوم اهمیت و فراوانی قرار دارند.
فراوانی عناصر موجود در پوستهی زمین از دیدگاه اتمی،
پوستهی زمین یک بستهی بهم فشرده از آنیونهای (اتم با بار منفی) اکسیژن (O-2) است که کاتیونهای (اتم با بار مثبت) فلزی را در بر گرفته است البته با حضور غالب کاتیونهای شبه فلز سیلیکون (Si+4).
اکسیژن آنیون حاکم در اکثر کانیهای موجود در طبیعت است. از نظر وزنی اکسیژن %46 وزن پوستهی زمین را تشکیل داده است ولی از نظر حجمی %94 آن را تشکیل میدهد زیرا اتمهای آنیونها عموماً بزرگتر از کاتیونها هستند.
کانیهای سیلیکاته از پیوند کاتیونهای Si+4 با آنیونهای O-2 بدست میآیند. (فلدسپارها فراوان ترین نوع کانیها در پوستهی زمین بوده و کوارتز نیز از نظر فراوانی در ردهی دوم قرار دارد)
اکسیدها کانیهایی مشتمل از کاتیونهای فلزی بوده که به آنیونهای اکسیژن پیوند خوردهاند همانند هماتیت (Fe2O3) یا مگنتیت (Fe3O4).
در سولفیدها کاتیونهای فلزی با آنیونهای سولفید (S-2) پیوند خورده و کانیهایی مثل پیریت (FeS2) یا گالن (PbS2) تشکیل میشوند.
سولفاتها کانیهایی هستند که در آنها کاتیونهای فلزی با سولفات (SO4-2) پیوند برقرار میکنند مثل: باریت (BaSo4) یا انیدریت (CaSo4*2H2O) که اگر کمی حرارت داده شود آب آن بخار شده و ژیپسوم (CaSo4) (یا همان گچ) تولید میشود.
چنانچه کاتیونهای فلزی با آنیونهای هالیدی (عناصر کلرین Cl، فلورین F، یودین I) پیوند یابند کانیهای هالیدی مثل فلئوریت (CaF2) تشکیل میشوند.
کانیهای فلزی نیز با اشتراک گذاشتن الکترونهای آزاد خود تنها از یک عنصر به وجود میآیند مثل طلا (Au)، نقره (Ag) یا مس (Cu).
در کربناتها کاتیونهای فلزی با آنیون کربنات (Co3-2) پیوند میخورند مثلاً کربنات کلسیم (CaCo3) یا کربنات مگنزیم یا مگنزیت (MgCo3).
کانی های نیترات از نظر ساختمانی شباهت زیادی به کربناتها دارند با این تفاوت که آنیون نیتروژن با سه اتم اکسیژن (-NO3) مجاور خود پیوند دارد.
مثلNaNO3
کانی ها
تعریف کانی ها:
به صورت طبیعی وجود دارند
غیر آلی
جامد
ترکیب شیمیایی مشخصی دارند
ساختار بلوری منظمی دارند
تعریف سنگ:
تجمعی از کانی ها به صورت جامد
برخی مواد دیگری نیز بر روی زمین وجود دارند که تمامی خواص کانیها از قبیل:
تشکیل طبیعی،
جامد،
غیر ارگانیک
بودن را دارا هستند ولی دارای شکل و ساختار مشخصی نبوده و همچنین ترکیب شیمیایی آنها نیز از نظر تعداد عناصر تشکیل دهنده متغیر است.
این مواد را شبه کانی (Mineraloid) مینامند.
کانی سیلیکاتهی اپال (SiO2*nH2O) و همچنین کانیهای ابسیدین (شیشهی آتشفشانی) (70%SiO2+Mgo+Fe3O4+…) و پومیس (یا سنگ پا) از جمله شبه کانیها هستند.
کانی سیلیکاتهی اپال (SiO2*nH2O)
پومیس (یا سنگ پا)
ابسیدین (شیشهی آتشفشانی)
(70%SiO2+Mgo+Fe3O4+…)
ترکیب کانی ها
ترکیب کانی ها
عناصر
اجزاء اصلی سازنده کانی ها
بیشتر از 100عنصر شناسایی شده است که 92 تا از آنها در طبیعت وجود دارند.
اتم ها
کوچکترین ذرات تشکیل دهنده مواد.
کانی ها زمانی ایجاد می شوند که یون های عناصر (کاتیون ها و آنیون ها) از طریق پیوند های شیمیایی به هم متصل شده و ترکیب ایجاد می کنند.
کانی های سنگ ساز
حدود 3500 کانی در زمین وجود دارد اما تعداد محدودی از آنها بخش عمده ای از سنگ ها را تشکیل داده اند.
بعضی از سنگ ها از یک کانی تشکیل یافته اند: سنگ آهک.
بیشتر سنگ ها از چندین کانی تشکیل شده اند: گرانیت.
عمده کانی های سنگ ساز معمول به دو گروه تقسیم می شوند:
سیلیکات ها (Silicates)
غیر سیلیکات ها (Non-Silicates)
سیلیکات ها: چهار وجهی سیلیسیوم-اکسیژن
ساختار و گروه های کانی های سیلیکاته
چهاروجهی های منفرد به هم متصل شده و ساختارهای مختلفی را ایجاد می کنند:
ساختار جزیره ای
ساختارهای زنجیره ای (تک زنجیره و جفت زنجیره)
ساختار حلقوی
ساختار ورقه ای
ساختار 3 بعدی (شبکه ای)
ساختار کانی های سیلیکاته
The linkage across shared oxygen ions joins tetrahedra into chain structures.
Important Silicate Minerals
Olivine
Orthoclase
Quartz
Augite
Hornblende
Muscovite
Biotite
Plagioclase
Common Silicate Minerals
کاربرد سیلیکاتها
انواع رس ها نمونه هایی از گروه کانی های سیلیکاته هستند که کاربرد بسیاری در تولید مصالح ساختمانی (نظیر انواع سفالها، کاشی و سرامیک، آجر، سیمان، … ) دارند.
کائولینیت: Al2Si2O5(OH)4 و …
خانواده کانی های غیر سیلیکاته
کانی های غیر سیلیکاته مهم:
کلاس بندی آنها بر اساس نوع آنیون صورت می گیرد. مانند O2- – oxides))
در کل 8 درصد از پوسته زمین را تشکیل می دهند.
اغلب در سنگ های رسوبی به عنوان سازنده اصلی قرار می گیرند.
Native Elements
Oxides
Hematite
Sulfides
Pyrite
Sulfates
Halides
Halite
Carbonates
Gypsum
Calcite
محیط تشکیل
تشکیل کانی های سیلیکاته
بیشتر کانی های سیلیکاته موقع سرد شدن سنگ های مذاب متبلور می شوند.
محیطی که در آن تبلور کانی ها اتفاق می افتد (دما و فشار) و همچنین ترکیب شیمیایی توده مذاب تعیین کننده نوع کانی متبلور شونده هستند – سری های واکنشی باون (Bowen’s Reaction Series).
بنابراین هر کانی سیلیکاته ساختار و ترکیبی دارد که منعکس کننده شرایط تشکیلش است.
سری واکنشی باون
فیلم آموزشی سری واکنشی باون
کانی های مافیک سیلیسیم کم، (Mg, Fe, Ca) زیاد vs. کانی های فلسیک سیلیسیم زیاد، (K, Na) زیاد
خواص فیزیکی کانی ها
هر کانی دارای خواص فیزیکی منحصر به فردی است که به شناسایی آن کمک می کند.
خواص فیزیکی کانی ها
شکل بلور
جلا و شفافیت
سختی
کلیواژ
گسیختگی
رنگ خاکه
رنگ
وزن مخصوص/چگالی
شکل بلور (Crystal)
شکل بلوری – تجلی ظاهری قرارگیری منظم ذرات کانی در کنار یکدیگر.
Source: Jeffrey Scovil
گاهی سرد شدن سریع مواد مذاب مانع از تشکیل بلور می شود.
جلا (luster)
جلا– جلای هر کانی در واقع توانایی آن در منعکس ساختن ، متفرق کردن یا جذب نور است
شامل دو گروه اصلی است:
فلزی
غیر فلزی
Quartz
galena
Calcite
جلا
انواع جلاهای غیر فلزی:
شیشه ای، ابریشمی، مومی، صابونی، چرب، کدر، خاکی
Non-Metallic Silky Luster of Gypsum
جلای ابریشمی کانی گچ
Serpentine with a waxy luster
جلای مومی یا صابونی کانی سرپانتین
شفافیت (Transparency)
میزان عبور نور از کانی را نشان می دهد
نیمه شفاف-Translucent
سختی (Hardness)
مقاومت کانی ها در برابر خراش را سختی گویند.
به ساختار بلوری و قدرت پیوند شیمیایی در سطح کانی بستگی دارد.
شاخص سختی بین کانی ها توسط موس (Mohs ) بین 1 تا 10 درجه بندی شده است.
کلیواژ
عبارتست از تمایل یک کانی به شکستن در صفحات تخت معین.
کلیواژ نباید با شکل بلوری اشتباه شود چرا که همه کانی ها شکل بلوری دارند اما هر کانی ای دارای کلیواژ نیست.
گسیختگی (Fracture)
به شکستی گفته می شود که در آن کلیواژ کنترل کننده نیست.
رنگ خاکه (Streak)
اثر یک نمونه از کانی روی سمباده یا لوح چینی بدون لعاب
رنگ خاکه تغییر نمی کند. در حالی که رنگ کانی تغییر می کند.
رنگ خاکه (Streak)
کانی های دارای جلای غیر فلزی معمولا رنگ خاکه سفید یا رنگی دارند.
کانی های دارای جلای فلزی معمولا رنگ خاکه کدر و پررنگ دارند.
HgS
FeS2
رنگ
بعضی از کانی ها رنگ خاصی دارند مانند گالن که خاکستری است، مالاکیت سبز، آزوریت آبی، اولیوین سبز و …
بعضی از کانی ها رنگ متغییری دارند به عنوان مثال کوارتز دارای رنگ های ارغوانی، قرمز، سفید، مشکی و یا بی رنگ می باشد.
وقتی یک کانی رنگ منحصر به فردی دارد به آن رنگ ذاتی آن کانی گفته می شود.
Sulfur
Azurite
Malachite
وزن مخصوص
نسبت وزن حجم خاصی از کانی به وزن آب هم حجم با آن.
متوسط وزن مخصوص کانی ها 2/7 می باشد.
گالن دارای وزن مخصوص 7/5 است.
Galena