Minerāli — definīcija, veidi, īpašības un mineraloģija
Uzzini minerālu definīciju, veidus, īpašības un mineraloģijas pamatus — no kvarca līdz laukšpats, 4000+ sugas un to nozīme Zemes procesos.
Minerālvielas ir vielas, kas dabiski veidojas Zemē. Tie ir iežu pamatelementi.
Minerāli parasti ir cieti, neorganiski, ar kristālisku struktūru, un tie veidojas dabiskā ceļā ģeoloģisku procesu rezultātā.
Minerālu pētniecību sauc par mineraloģiju.
Minerāls var būt izgatavots no viena ķīmiskā elementa vai, biežāk, no savienojuma. Ir zināmi vairāk nekā 4000 minerālu veidu. Divi izplatīti minerāli ir kvarcs un laukšpats.
Kas ir minerāli un kāpēc tie svarīgi
Minerāli ir dabiskas cietas vielas ar noteiktu ķīmisku sastāvu (vai pietuvinātu sastāvu) un organizētu kristālisku struktūru. Tie veidojas no elementiem un savienojumiem, kas sakristalizējušies vai nogulsnējušies Zemes garozā vai mantijā. Minerāli ir svarīgi, jo veido iežus, nodrošina ekonomiskos resursus (metālus, sāļus, fosfātus u. c.), ietekmē augsnes un ūdens ķīmiju, kā arī dod materiālus būvniecībā, rūpniecībā un juvelierizstrādājumos.
Minerālu galvenās īpašības
- Kristāliskā struktūra: minerāliem raksturīga atkārtojoša sešdimensionāla atomu kārtība, kas nosaka to kristālformas un šķērsgriezuma īpašības.
- Ķīmiskais sastāvs: var būt vienveidīgs (piem., elements) vai plašāku ķīmisku elementu kombinācija (piem., silikāti).
- Cietība: mērāma pēc Mohsa skalas (1 — talk, 10 — dimants).
- Atšķeltība un lūžņainība: cleavage (šķeļa) — minerāla tieksme šķelties pa plaknēm; fracture — neregulārs lūzums.
- Mirdzums (luster): var būt metālisks, stikla (vitreous), pērļains, zīda līdzīgs u. c.
- Krāsa un krāsas sviediens (streak): virsmas krāsa var variēt, bet sviediens (pulverveida pēda uz porcelāna) bieži ir raksturīgāks identifikācijai.
- Blīvums / specifiskā masa: svarīga īpašība noteikšanai — piem., precious metālu saturoši minerāli ir smagāki.
- Morfoloģija (kristālformas): habit — kā izaug kristāli (prizmatiski, tabulāri, blīvi agregāti u.c.).
Minerālu klasifikācija un izplatītākie tipi
Minerālus bieži dala pēc to galvenās ķīmiskās grupas. Galvenās grupas:
- Silāti — visplašākā grupa (piem., kvarcs, laukšpats, olivīns). Silikātu pamatbūvi veido SiO4 tetraēdrs.
- Oksīdi — satur skābekli piesaistītu metālu joniem (piem., hematīts, magnetīts).
- Sulfīdi — sēra un metāla savienojumi (piem., pīrīts), bieži ekonomiski nozīmīgi par smago metālu rūdījumiem.
- Karbonāti — satur CO3 grupas (piem., kalcīts, dolomīts); reaģē ar sālsskābi.
- Sulfāti — satur SO4 grupas (piem., gips).
- Halogenīdi (halīti) — sāls grupas minerāli (piem., halīts — galda sāls).
- Fosfāti — satur PO4 grupas (piem., apatīts).
- Native elements (elementu minerāli) — sastāv no viena elementa (piem., zelts, varš, dimants, grafīts).
Veidošanās procesi
- Magmatiskā kristalizācija: minerāli izkrīt no izkusušas magmas, veidojot magmatiskus iežus (piem., kvarcs, feldspāti).
- Hidrotermālie procesi: karsti ūdeņi izdala minerālus plaisās un vēnās (piem., zelta un vara raktuvēs bieži sastopami minerāli).
- Metamorfoze: spiediens un temperatūra pārkārto minerālu struktūru un sastāvu (piem., grafīts → dimants teorētiskos apstākļos; arī jauni silikāti).
- Sedimentācija un nogulsnēšana: minerāli izkrīt no ūdens vai rodas no bioloģiskām atlieku pārstrādēm (piem., kalcīts gliemežu čaulās, evaporīti kā halīts).
- Biomineralizācija: organismi veido minerālus (piem., gliemežu un korāļu čaulas, cilvēka kauli — hidroksiapatīts).
Mineraloģija — kā pēta minerālus
Mineraloģija apvieno lauka novērojumus un laboratorijas analīzes. Galvenās metodes:
- Optiskā mikroskopija (petrogrāfu mikroskops) — pētī plānslīpus iežus starp polarizatoriem.
- XRD (rentgena difrakcija) — nosaka kristālisko struktūru un identitāti.
- Elektronu mikroskopija (SEM) un elektronproba — mikromorfoloģija un ķīmiskais sastāvs.
- Spektroskopija un ķīmiskā analīze — nosaka elementu sastāvu un piemaisījumus.
Praktiska nozīme un izmantošana
- Rūpniecība: minerāli sniedz metālus (dzelzs, alumīnijs, varš u.c.) un rūpnieciskos materiālus (gips, kaļķakmens, smilšakmens).
- Enerģija un lauksaimniecība: fosfāti mēslojumiem, minerālu sāļi un ķimikālijas ražošanā.
- Tehnoloģijas: kvarcs un silīcijs mikroelektronikā; retzemju minerāli modernajās tehnoloģijās.
- Rotaslietas un kolekcionēšana: dārgakmeņi (dimants, rubīns, safīrs), pusdārgakmeņi un estētiski fragmenti.
Kā atpazīt minerālu laukā
Daži vienkārši testi, kurus var veikt droši laukā:
- Mohsa cietības tests: mēģiniet skrāpēt minerālu ar pazīstamu priekšmetu (piem., naglu, stikla gabalu) vai otrādi.
- Krāsas sviediens: berzējiet minerālu pa neglazētu porcelānu, lai redzētu pulvera krāsu.
- Acid test (HCl): sālsskābe reaģē ar karbonātiem (piem., kalcīts puto). Veiciet to uzmanīgi un droši.
- Magnētisms: magnēts piesaista tādus minerālus kā magnetīts.
- Vērojiet šķeļu un kristālformu: tā var būt ļoti raksturīga (piem., pīrīta kubiskie kristāli).
Drošības piezīme: negaršojiet un neelpojiet minerālu putekļus; daži minerāli (piem., azbests) ir bīstami veselībai.
Minerālu saglabāšana un ētika
Kolekcionējot minerālus, ievērojiet likumus un aizsargājamās teritorijas noteikumus. Noņemiet tikai nelielu daudzumu, ja tas ir atļauts, un dokumentējiet atradumu vietu. Rūpējieties par muzeju un zinātnisko kolekciju konservāciju — pareiza glabāšana novērš bojāšanos (piem., nepakļaut mitrumam vai skābēm).
Minerāli ir plaša un daudzveidīga dabas daļa — no ikdienišķiem iežu komponentiem līdz retām, ekonomiski un zinātniski nozīmīgām vielām. Izpratne par to īpašībām, veidošanos un izmantošanu palīdz labāk saprast Zemes procesus un atbildīgi izmantot tās resursus.
Minerālu sortiments.
Minerālu raksturojums
Minerāls ir viela, kas parasti
- ir neorganiska cieta viela (izņēmums ir elementārais dzīvsudrabs).p184
- ir noteikta ķīmiskā sastāva
- parasti ir kristāliskā struktūra; dažiem nav.
- veidojas dabiski ģeoloģisku procesu rezultātā.
Viena no jaunākajām definīcijām ir šāda:
"Minerāls ir viendabīga (tas nozīmē, ka sastāv no viendabīgām daļām vai elementiem) dabā sastopama viela ar noteiktu, bet ne vienmēr nemainīgu ķīmisko sastāvu. Lielākā daļa minerālu ir cietvielas ar sakārtotu atomu izvietojumu, un lielākā daļa no tiem ir neorganiski šī vārda ķīmiskajā nozīmē.".
Alternatīvi minerāls ir minerāls, kas iekļauts Starptautiskās mineraloģijas asociācijas sarakstā.
Minerāli un ieži
Minerāli atšķiras no iežiem. Minerāls ir ķīmisks savienojums ar noteiktu sastāvu un noteiktu kristālisko struktūru. Akmens ir viena vai vairāku minerālu maisījums dažādās proporcijās.
Akmenim piemīt tikai divas no minerāliem raksturīgajām īpašībām - tas ir cieta viela un veidojas dabiski. Parasti iezis satur divu vai vairāku veidu minerālus. Divos viena veida iežu paraugos var būt dažādi minerālu veidi. Minerālvielas vienmēr sastāv no vieniem un tiem pašiem materiāliem gandrīz vienādās proporcijās. Rubīns ir minerāls. Tāpēc Indijā atrastam rubīnam ir līdzīgs sastāvs kā Austrālijā atrastam rubīnam.
Veidojas dabā
Minerālvielas veidojas dabisku procesu rezultātā. Dažas vielas, kuru ķīmiskais sastāvs ir tāds pats kā minerālvielu, dzīvās radības var ražot kā daļu no to čaulām vai kauliem. Gliemju čaulas sastāv vai nu no kalcīta, vai aragonīta, vai abiem.
Tradicionāli ķīmiskās vielas, ko ražo dzīvas būtnes, netiek uzskatītas par minerāliem. Tomēr ir grūti saprast, kāpēc organisku vielu nevarētu saukt par minerālu, ja tās ķīmiskā daba un kristāliskā struktūra ir identiska tās neorganiskajam dvīnim. Šis jautājums pašlaik tiek apspriests: skatīt Railsback II daļu.
Minerālvielas veidojas dažādos veidos. Minerāls halīts, ko izmanto kā galda sāli, veidojas, kad ūdens iztvaiko karstā, seklā okeāna daļā, atstājot tajā esošo sāli. Daudzi minerālu veidi veidojas, kad izkusis iezis jeb magma atdziest un pārvēršas cietā formā. Talks, minerāls, ko var izmantot bērnu pūderī, veidojas Zemes dzīlēs, kad augsta spiediena un temperatūras ietekmē notiek izmaiņas cietās iežos.
Neparasti ir tas, ka lielākā daļa minerālu ir izveidojušies, pateicoties dzīvībai vai vismaz Lielajam skābekļa veidošanās notikumam. "Izturīgi minerāli, nevis trauslas organiskās atliekas, var būt visizturīgākās un ilglaicīgākās bioloģijas pazīmes".
Solid
Minerāls ir cieta viela, tas ir, tam ir noteikts tilpums un aptuvena forma. Ar tilpumu apzīmē telpas daudzumu, ko aizņem objekts. Piemēram, golfa bumbiņai ir mazāks tilpums nekā beisbola bumbiņai, bet beisbola bumbiņai ir mazāks tilpums nekā basketbola bumbiņai.
Viela, kas ir šķidrums vai gāze, nav minerāls. Tomēr dažos gadījumos tās cietā forma ir minerāls. Piemēram, šķidrs ūdens nav minerāls, bet ledus ir.
Labradorīta laukšpats ar tipisku labradorescenci
Esquel šķēle. Tas ir akmens-dzelzs meteorīts, pallasīta tips.
Korunds
Fizikālās īpašības
Šīs īpašības tiek izmantotas visbiežāk:
- Kristāliskā struktūra: skatīt turpmāk
- Cietība: pēc Mosa skalas, kas ir desmit ballu skala, sākot no vismīkstākā - talka - līdz vissmagākajam - dimantam.
- Spīdums: izskats gaismā
- Krāsa
- Svītra: minerāla krāsa, kad tas ir samalts smalkā pulverī. Bieži testē, berzējot paraugu uz neglazētas plāksnes.
- Šķelšanās: kā minerāls sadalās pa dažādām plaknēm
- Lūzums: kā tas sadalās pret dabiskajām šķelšanās plaknēm.
- Īpatnējais svars: blīvums salīdzinājumā ar ūdeni
- Jebkuras citas īpašības
Kristāliskā struktūra
Ledus daļiņām, kas veido sasalumu, ir gludas, līdzenas virsmas. Šīs plakanās virsmas veidojas ledus, kas ir minerāls, atomu izkārtojuma dēļ. Šāds iekšējais izkārtojums ir minerālu raksturīga iezīme. Tā ir kristāla - cietas vielas - struktūra, kurā atomi ir sakārtoti, atkārtojoties trīsdimensiju rakstā.
Katram minerālam ir sava veida kristāliskā struktūra. Dažos gadījumos diviem minerāliem ir vienāds ķīmiskais sastāvs, bet atšķirīga kristāliskā struktūra. Piemēram, gan dimants, gan grafīts sastāv tikai no viena elementa - oglekļa. Taču oglekļa atomu izvietojums šajos divos minerālos nav vienāds, tāpēc tiem ir atšķirīga kristāliskā struktūra un ļoti atšķirīgas īpašības. Dimanti ir ārkārtīgi cieti, un tiem piemīt spožs mirdzums. Grafīts ir mīksts, pelēks un blāvs.
Dabā ideāls kristāls ir reta parādība. Lielākajai daļai kristālu ir nepilnīga forma, jo to augšanu ierobežoja citi blakus augošie kristāli.
Ķīmiskās īpašības
Noteikts ķīmiskais sastāvs
Katram minerālam ir noteikts ķīmiskais sastāvs - tas sastāv no konkrētu elementu atomu kombinācijas. Elements ir viela, kas satur tikai viena veida atomu.
Zinātnieki var klasificēt minerālus grupās, pamatojoties uz to ķīmisko sastāvu. Lai gan ir tūkstošiem dažādu minerālu, Zemes garozā sastopami tikai aptuveni 30. Šie 30 minerāli veido lielāko daļu Zemes garozas iežu. Šā iemesla dēļ tos sauc par iežus veidojošiem minerāliem.
- Visbiežāk sastopamā grupa ir silikāti. Visi šīs grupas minerāli satur skābekli un silīciju - divus visbiežāk sastopamos Zemes garozā sastopamos elementus. Silikātu sastāvā var būt arī citi elementi, piemēram, alumīnijs, magnijs, dzelzs un kalcijs. Kvarcs, laukšpats un vizlas ir izplatīti silikāti.
- Karbonāti ir otra izplatītākā iežus veidojošo minerālu grupa - karbonāti. Visi šīs grupas minerāli satur kopā savienotu oglekli un skābekli. Kalcīts, kas bieži sastopams jūras gliemežnīcās, ir karbonātu minerāls.
- Pie oksīdiem pieder minerāli, no kuriem rafinē lielāko daļu metālu, piemēram, alvu un varu. Oksīds sastāv no elementa, parasti metāla, kas savienots ar skābekli. Šajā grupā ietilpst hematīts, dzelzs avots.
- Sulfāti satur sulfātu grupu SO4 . Sulfāti parasti veidojas evaporītos, kur ļoti sāļi ūdeņi lēni iztvaiko, ļaujot sulfātiem un halogenīdiem nogulsnēties ūdens iztvaikošanas vietā. Sulfāti veidojas arī tur, kur karstie ūdeņi izplūst cauri iežiem, piemēram, geizeru gadījumā.
Ir vēl daudzas citas minerālu grupas.
Brazilianite
Daži minerālu izmantošanas veidi
Cilvēki izmanto minerālvielas daudzām ikdienas vajadzībām. Katru reizi, kad cilvēki ieslēdz mikroviļņu krāsni vai televizoru, tiek izmantoti minerāli. Vara vadi, pa kuriem elektrība tiek pārraidīta uz ierīci, ir izgatavoti no minerāla. Galda sāls jeb halīts ir vēl viens minerāls, ko cilvēki izmanto ikdienā.
Saistītās lapas
- Minerālu saraksts
Meklēt