علم المعادن

علم المعادن

علم المعادن ( مقدمة )

علم المعادن (Mineralogy) هو علم من علوم الأرض، والذي يختص بدراسة الخواص الكيميائية، الفيزيائية، الضوئية والبنية البلورية للمعادن. هناك فروع (دراسات متخصصة) في علم المعادن تضم البحث في أنظمة تبلور المعادن ومراحل تشكل بنيتها ، و تصنيفها، توزيعها الجغرافي، بالإضافة إلى طرق استخدامها.

[*][*][*][*][*][*]

يمكن تعريف المعدن بأنه ماده غير عضويه تكونت تحت الظروف الطبيعيه من ضغط وحراره.. وله تركيب بلوري داخلي ثابت ويظهر أحيانا على شكل بلورات ويوجد على شكل متبلور في أغلب الأحيان. ويلاحظ من التعريف السابق أن المعدن هو مادة توجد في الطبيعة وليس للإنسان أو الحيوان أو النبات دخل في تكوينها. كما نلاحظ أن التركيب الكيميائي ليس كافيا لتحديد المعدن حيث أنه لا بد أن نعرف التركيب البلوري الذي يتحكم في كثير من من الصفات الطبيعية للمعدن مثل:

وتوجد المادة الكيميائية على صورة معدن أو أكثر يختلف كل منما تمام الاختلاف عن الآخر فمثلا يوجد الكربون في الطبيعة على صورة معدن الألماس وهو أصلب المعادن المعروفة كما يوجد على صورة معدن الجرافيت وهو أقل المعادن صلابة وقد تمكن العلماء حتى الآن من وصف أكثر من ألفين معدن مختلف إلا أن جميع المعادن الشائعة التي تدخل في تركيب الصخور وكذلك المعادن الاقتصادية لا تتجاوز مئتي معدن فقط. الأنظمة البلورية توجد المعادن في أشكال بلورية مختلفة والبلورة عبارة عن جسم من وسط صلب متجانس التركيب الكيميائي، تتخذ فيه الذرات مواضعا في شكل هيكلي هندسي منتظم. ويتميز الشكل الهيكلي بقابلية تقسيمه إلى وحدات أو خلايا متماثلة تماما، وأصغر خلية تسمي الخلية الأساسية. يظهر التركيب البلوري عينيا macroscopic في هيئة أسطح ومستويات طبيعية تعرف باسم أوجه البلورة وتتميز بوجود علاقات تماثل معينة تعكس نظام الهيكل الهندسي.

يمكن تقسيم نظم البلورات إلى سبعة نظم بلورية وذلك على أساس أطوال المحاور البلورية أ، ب، ج والزوايا البلورية؟،؟،؟، والنظم البلورية السبع هي:

يتسم كل معدن بأحد تلك الأنظمة، حيث تتلاحم خلايا النظام من دون فراغات بحيث تكون الصورة العينية للمجموع مطابقة تماما لهيكل الخلية الأساسية. ويمكن تصور ذلك بسهولة في حالة كون الخلية الأساسية المكعبة، فيحدها من اليمين مكعبا ومن اليسار مكعبا، ومن فوقها مكعبا ومن تحتها مكعبا، وأمامها مكعبا وخلفها مكعبا، يذل تكون الخلية الأساسية قد تغطت تماما بمكعبات تحدها من جميع جهاتها الست. ثم تُشغل طبقة الخلايا الأساسية السطحية بنفس الطريقة المذكورة وبهذا تكبر البلورة المعدنية.

التصنيف الكيميائي للمعادن

يوجد المعدن على شكل مركب كيميائي يمكن بواسطة التحليل الكيميائي تعيين العناصر المكونة له . كما يمكن أيضا معرفة صيغته الكيميائية وتوجد عدة طرق لتصنيف المعادن، بيد أن التصنيف الكيميائي يعد من أبسط وأشمل الطرق لتقسيم المعادن وأهمها ، وهو التصنيف المتبع في معظم الجامعات و متاحف الجيلوجيا وصناعات التعدين في الوقت الحاضر.

وتقسم المعادن من حيث تركيبها الكيميائي إلى عدة مجموعات كما يلي:

علم المعادن ( الكوارتز )

مرو أو الكوارتز (بالألمانية: Quarz) هو معدن يعود اكتشافه إلى الفرنسي (بيير كوري) وأخوه (جاك) اللذان كانا يدرسان عينة من الر مل في سنة 1880 حيث لاحظا ظاهرة غريبة، وهي انه عند تعريض الكوارتز (ثاني أكسيد السيليكون) لجهد آلي فإنه يتولد تيار كهربائي، وبالعكس ففي حال تعرضت بلورة الكوارتز لمجال كهربائي، فإنها تتذبذب وتهتز بتردد معين، كما وجد أن هذا الاهتزاز والتذبذب يتسم بالانتظام والدقة العالية. هذه الظاهرة والتي عرفت بالبيزوكهربائية، مكنت الباحثين من تصنيع الكثير من الأجهزة الحساسة، من أهمها الساعات المصممة لقياس الوقت بدقة عالية، حيث بلغ نصيب الكوارتز في صناعة الساعات أكثر من 85 % من سوق الساعات العالمية. ويعود أول نموذج لساعة مصنوعة من الكوارتز إلى سنة 1967 حيث تم إنتاج هذه الساعة من قبل الباحثين في مركز الساعات الإلكترونية في نويشتل في سويسرا، وفي سنة 1969 تمت صناعة أول ساعة كوارتز في اليابان من قبل سيكو اليابانية تحت اسم أسترون

المرو أو الكوراتز معدنٌ مألوفٌ يوجد في العديد من أنواع الصخور. والمرو الخالص شفاف ولا لون له ويتألّف من ثاني أكسيد السليكون، وله الصيغة الكيميائية SiO2، وللمرو العديد من الاستخدامات المهمّة في العلم والصناعة. ويمكن العثور على المرو في أشكال عديدة، وفي أنواع الصخور الثلاثة الرئيسية: النارية والمتحولة والرسوبية. انظر: الصخور. وباستثناء سليكات الألومنيوم، يعد المرو من أكثر المواد الداخلة في تركيب الصخور توافراً في القشرة القارية للأرض. وهو يُعد أيضاً من أكثر المعادن صلابةً، ومن المعادن القليلة التي تفوقه في الصلابة البريل والأسنبيل والتوباز والياقوت والماس. ولايؤثر التآكل في المرو بالسرعة التي يؤثر بها في معظم المواد الصخرية.

الأنواع:

هناك العديد من أنواع المرو، وغالباً ما يقسمها الجيولوجيّون إلى مجموعتين عامتين، هما: الخشنة التَّبَلُّر والخفية التبلر. أما الأشكال الخشنة التبلر من المرو فتشمل البلّورات السداسية الجوانب شبه المنشورية، والكتل الحبيبية الكبيرة، التي يمكن فيها رؤية حبيبات المرو المفردة. ويعد البلور الصخري مرواً خشن التبلر، ويوجد في شكل بلورات نقية لا لون لها. ويطلق على بعض الأنواع الملونة من بلورات المرو الخشن التبلر، مثل الجمشت والسيترين، اسم التوباز الزائف، وهي تقطع إلى أحجار كريمة. والأشكال الحبيبية من المرو الخشن التبلر تشمل الحجر الرملي المروي والرمل المروي. ويعد المرو الوردي والمرو الحليبي من الأشكال الحبيبية الملونة. وينشأ لون نوع ما من أنواع المرو الخشن التلبر عن مقادير صغيرة من الألومنيوم و الكالسيوم و الحديد و الليثيوم و المغنسيوم و الصوديوم وغيرها من العناصر في تركيبها البلوري. فعلى سبيل المثال، ينجم اللون البنفسجي الضارب إلى الزرقة، الذي يُميز الجمشت عن وجود الحديد والمغنسيوم، وقد ينجم التلون كذلك عن تغيرات أو عيوب في التركيب البلوري للمرو. والمظهر الدخاني الذي يتّخذه الكيرنجورم الذي يدعى كذلك المرو الدخاني ينجم كذلك عن مثل هذه التغيرات. ويطلق تحلّل عنصر نشط إشعاعياً، مثل اليورانيوم والثوريوم في المرو طاقة إشعاعية نشطة تغير التركيب البلوري. وبسبب هذا التغيرلا يمكن لأشعة الضوء أن تتخلل البلورة، فينجم اللون الدخاني عن ذلك. أما الأشكال الخفية التبلر فلها حبيبات مفردة من المرو، لايمكن رؤيتها إلا بالاستعانة بالمجهر. وتشمل هذه الأشكال العقيق الأبيض والسرت والظر واليشب. ويتألف الخشب المتحجر من العقيق الأبيض الذي حل محل الليف الخشبي الأصلي. والعقيق الأحمر والعقيق نوعان من العقيق الأبيض يستخدمان حلياً.

الخواص والاستخدامات:

للمرو خاصية مهمة تسمى التأثير الكهروإجهادي. انظر: الكهروإجهادية. فعندما تضغط صفيحة (شريحة) من المرو ميكانيكيًّا، فإنها تكتسب شحنةً موجبة من جانب، وسالبة من جانب آخر. وهذه الظاهرة هي توليد كهربائيّ إجهادي للجهد الكهربائي عبر البلورة. وهي تمكن تيّاراً كهربائيًا أو إشارةً كهربائيةً من المرور عبر البلورة. وتُستخدم بلورات المرو، في ناقلات الموجات الخاصة بأجهزة المذياع والتلفاز ومعظم الردارات. وفي مثل هذه الناقلات، تضخم الإشارة الكهربائية المولدة وتُغيَّر إلى موجة راديوية ذات تردد معيّن. وهذ الخاصية المسماه بالكهروإجهادية، التي يتمتّع بها المرو، تتيح الأساس لتشغيل ساعات الحائط. والجهد الكهربائي الذي يُسلّط على شريحة بلورة المرو يجعل هذه الشريحة تتمدد وتنكمش، الأمر الذي يؤدي إلى إحداث ذبذبات بمعدّل منتظم. ويحدد حجم الشريحة عدد الذبذبات في كل ثانية، ثم تحوّل الذبذبات إلى ثوان ودقائق وساعات. انظر: ساعة اليد. ولايتمدد المرو كثيراً، لدى تسخينه، كما أنّه لايتصدّع عندما يتمُّ تبريده بسرعة، وهذه الخواصُّ تجعل من المرو مادة مهمة في صنع الحاويات الزجاجية، التي يمكن أن تصمد في وجه درجات الحرارة الشديدة الارتفاع. وتستخدم البلورة الصخرية في صنع العدسات لبعض التلسكوبات والمجاهر، وكما تستخدم بلورات المرو الكبيرة كذلك في صنع نبائط بصرية أخرى. ومعظم بلورات المرو المستخدمة لأغراض صناعية تُنتج بشكل اصطناعي بسبب الإمداد المحدود من البلورات الطبيعية. ويعدُّ حجر المرو الرملي مادة مألوفة من مواد البناء. ويستخدم رمل المرو في صنع الورق الرملي وأوراق الصنفرة والرُّحِي.

علم المعادن ( المانجنيت أو أكسيد الحديد الأسود )

الماغنتيت

الماغنتيت (بالإنجليزية: Magnetite؛ التركيب الكيميائي:Fe3O4) هو أحد الخامات التي يستخلص منها الحديد. يستخدم هذا المعدن في صناعة المغناطيسات الدائمة.

يُعد هذا المعدن أحد أكاسيد الحديد، ويتميز بأنه ينجذب بسرعة لمغناطيس ، ولهذا يطلق عليه (أكسيد الحديد المغناطيسي)، وهو أسود اللون ولامع وكثافته عالية. ويكوِّن الماغنتيت بعض الصخور النارية والمتحولة، ويعد إلى جانب الهيماتيت من أهم الخامات التي يستخرج منها الحديد، ويدخل في صناعة الصلب. والماغنتيت لا ينصهر، ويذوب ببطء شديد في الأحماض المركزة، وتتبع بلوراته نظام بلوري مكعب وتكون في الغالب على شكل إهرامات صغيرة. وتبدو بلورة الماغنتيت وكأنها تتكون من بلورتين صغيرتين أو عدة بلورات، كلها من طائفة واحدة ومتماثلة ومتوازية، ويطلق على كل منهااسم (توأم). وتوجد الصخور التي تحتوي على الماغنتيت في السويد وإيطاليا والنمسا وروسيا والولايات المتحدة الأمريكية وجنوب أفريقيا.

علم المعادن ( الكبريت )

الكبريت هو عنصر كيميائي لا فلزي رمزه الكيميائي S وعدده الذري (16), ولون الكبريت أصفر. ويوجد في الطبيعة بشكل خام ويدخل في صناعة البارود وعيدان الثقاب.

يوجد في النفط المستخرج وهو النفط الحمضي الحاوي على غاز H2S وللاستفادة من هذا النفط في التصدير أو المصافي يستوجب التخلص من هذا الغاز وبالتالي يمكن استخراج الكبريت من هذا الغاز ويكون على شكلين أما على شكل كتل وبودرة صفراء اللون أو على شكل شرائح صفراء اللون.

عنصر الكبريت لا فلزي وهو من أملاح المعادن. الكبريت ثالث أكبر معدن في جسم الإنسان، ويحتوي الجسم على 14 غرام منه إنه مكون في كل خلية

خصائصه

- يساعد البروتينات في المحافظة على تركيبتها ويساعد الشعر على التجعد. - يشترك في عمل بعض الانزيمات. - يساعد الجسم على استعمال الطاقة. - يساعد على إخراج المواد الضارة من الجسم. - ينظم عملية تخثر الدم. - يدخل في تركيب بعض الفيتامينات من المجموعة B وفي تركيب الانسولين والكولاجين.

التاريخ

عُرف الكبريت منذ أقدم العصور وذلك لانة يوجد في الطبيعة على هيئة حرة طليقة ومتبلورة، وقد استخدم المصريون القدماء الكبريت في تبيض الأقمشة وفي بعض الصناعات الأخرى منذ حوالي 2000 سنة قبل الميلاد، كما استخدمه الصينيون بد ذلك في صناعة مسحوق البارود، واستخدمه الكيميائيون العرب في إنتاج حامض الكبريتيك الذي أطلقوا عليه زيت الزاج.

يوجد الكبريت بكميات كبيرة على حالة منفردة خصوصا في الأماكن البركانية نتيجة لتفاعل غازى كبريتيد الهدروجين وثاني اكسيد الكبريت اللذان يتصاعدان ضمن الغازات الأخرى:

x2H2S + SO2 --------> 3S + 2H2O

كما يوجد الكبريت في حالة اتحاد مع كثير من الفلزات مكوناً كبريتيداتها واكثرها انتشاراً هو : بيريت الحديد FeS2 وبيريت الحديد والنحاس ويعرف بالشالكوبيريت CuFeS2 والجاليناPbS وبلند الخارصينZnS ويوجد كذلك على هيئة كبريتات أهمها كبريتات الكاليسوم المائية وهى الجبس CaSO4.2H2O ويكون الكبريت حوالى 0.03% بالوزن من القشرة الأرضية وتحتوى المحيطات على حوالى 0.09 % من الكبريت على هيئة كبريتات وكثيرا ماتحتوى الشهب على بعض كبريتيد الحديد ويحتوى الفحم الحجرى على حوالى (1- 1.5%) من الكبريت على هيئة مركبات عضوية أو على هيئة بيريت. كما وجد الكبريت على سطح آيو أكبر أقمار المشتري وهو أحد أكثر الأقمار نضارة في المنظومة الشمسية. ويعود لونه الأصفر البرتقالي الزاهي إلى فيض الكبريت من براكينه الثائرة والتي تم اكتشافها بواسطة السوابر الفضائية حديثاً.

استخلاص الكبريت من خاماته

يفصل الكبريت من المواد المعدنية المختلطة بسهولة وذلك لانخفاض درجة انصهاره وتعتمد طريقة الاستخلاص على نوع الخام ومكان وجوده.

الخام الموجود على سطح الأرض

في هذه الحالة يجمع الخام في أكوام بها فتحات عمودية لخروج الغازات على أرض مائلة وتشعل الكومة من أعلى فيحترق بعض الكبريت مكوناً ثاني أكسيد الكبريت وتصهر الحرارة الناتجة من التفاعل الكبريت المتبقي فيسيل على الأرض المائلة ويجمع في قوالب خاصة، وتستغرق هذه العملية من شهر إلى ثلاثة أشهر حسب حجم الكومة، ويتراوح الناتج بين 50 – 70 % من الكبريت الموجود أصلاً في الخام وذلك لأن نسبة كبيرة منه تتحول إلى ثاني أكسيد الكبريت. وينقى الكبريت المستخلص بالطريقة السابقة بالتقطير في معوجات من الحديد متصلة بحجرات للتكثيف، ويكثف البخار الناتج على جدرانها على هيئة مسحوق يسمى (زهر الكبريت) ويستمر تكثفه على هذه الصورة طالما كانت درجة الحرارة أقل من 112 درجة مئوية فإذا زادت عن ذلك تحول الكبريت إلى سائل حيث يجمع في قوالب على هيئة (كبريت العمود).

الخام الموجود تحت سطح الأرض

يستخلص الكبريت في هذه الحالة بطريقة فراش (Frasch) فقد اكتشف هيرمان فراش، المهندس الكيميائي الأمريكي، عام 1891م، أن بالإمكان صهر الكبريت وهو في باطن الأرض، وذلك باستخدام جهاز يتكون من ثلاثة أنابيب داخل بعضها البعض ويدفع بخار الماء المسخن إلى درجة 130 درجة مئوية في الأنبوبة الخارجية فينصهر الكبريت ويرفع إلى أعلى بدفع الهواء المضغوط في الأنبوبة الداخلية فيخرج مصهور الكبريت من الأنبوبة الوسطى مختلطاً ببعض فقاعات الهواء،. وأغلب الكبريت المنتج بهذه الطريقة له درجة نقاء تتراوح ما بين 99,5% و99.9 % ولا داعي إلى تنقيته بالتقطير.

خواص الكبريت

الكبريت عنصر لا فلزي ذو لون أصفر زاهٍ لاطعم له ولارائحة، تتراوح صلادة الكبريت من 1.5 إلى 2.5 على مقياس موز، وهو هش ويتكسر بسهولة والكبريت ردئ التوصيل للحرارة جداً لدرجة أن مسكه باليد وتقريبه من الأذن يؤدي إلى سماع طقطقة ناتجة من تمدد السطح الخارجي بحرارة اليد دون تأثر الأجزاء الداخلية مما يؤدي إلى حدوث تشققات دقيقة يوجد الكبريت في أشكال عدّة تُسمى المتآصلات، وأكثر المتآصلات شيوعًا هو:

الكبريت معيِّني الشكل

وهو مادة متبلِّورة صفراء ليمونيّة اللّون وثابتة عند درجة حرارة الغرفة. يتألف جزئ الكبريت المعيني من ثماني ذرات. وتتطابق جزيئات هذا الشكل معاً بإحكام.

ثابت فقط ما بين درجة 94°م و120°م. وتوجد كبلورات إبريّة طويلة عديمة اللّون تقريبًا. يتألف جزئ الكبريت أحادي الميل من ثماني ذرات الفسحات بينها أوسع مما هي عليه في الشكل المعيني.

الكبريت غير المتبلر أو البلاستيكي

ناعم وليّن ولزج ويتمدد كالمطاط. وكلا النوعين ـ الكبريت أحادي الميل والكبريت غير المتبلر ـ يتحولان إلى الكبريت معيني الشكل عند درجة حرارة الغرفة.

عنوان وصلة== استخدامات الكبريت ==

يستخدم الكبريت في صناعة الثقاب والبارود كما يستخدم في الزراعة لمعادلة قلوية التربة. اما أهم استخدامات الكبريت هو استخدامه في تحضير حمض الكبريتيك، وهو مركب كبريتي، ويُعد أهم مادة كيميائية تجارية في العالم. ويستخدم في إنتاج الأصباغ والدهانات (الطلاء)، والورق والمنسوجات وعدد من الكيميائيات الصناعية. كما يُستخدم أيضًا في إنتاج الفلزات وفي تكرير النفط. أما المنتجات الأخرى المحتوية على الكبريت، فتشمل بعض أنواع الأسمدة، والمتفجرات ومبيدات الفطر والحشرات، والمطاط، والشامبو، والبطاريات (المراكم) وكذلك المواد الكيميائية المستخدمة في أفلام التصوير. كما يدخل الكبريت في صناعة الأدوية كواحد من المكونات, حيث يستخدم لعلاج بعض الأمراض الجلدية كما يستخدم زهر الكبريت في علاج اضطرابات الهضم. كما يمكن استخدام الكبريت في إنشاء الطرق بدلاً من الأسفلت.

علم المعادن ( أولفين وبيروكسين )

أولفين

الأولفين (Olefin) اسم يطلق على المركبات العضوية غير الحلَقية التي تحتوي على روابط غير مشبعة. ومثال ذلك الإيثين الذي يتكون من ذرتي كربون متصلتين برابطة ثنائية (CH2=CH2).

اشتُّق اسم أولفين من الاسم القديم لغاز الإيثين حيث كان يسمى بغاز الأولفيانت

بيروكسين

معدن البيروكسين (بالإنجليزية: pyroxene) هو أحد المعادن الشائعة في القشرة الأرضية ويوجد في كثير من الصخور النارية والصخور المتحولة المكونة من سيليكا. والتركيب الكيميائي للبيروكسين هو : XY(Si,Al)2O6 حيث X تعني الكالسيوم أو الصوديوم أو الحديد +2 أو المغنسيوم ويندر فيها وجود الزنك والمنجنيز والليثيوم. وتعني Y أيونات أصغر حجما مثل الكروم والألمونيوم والحديد+3 والمغنسيوم. ورغم استبدال السيليكون بالألمونيوم في تلك السيليكات مثلما في الفلدسبار إلا أن ذلك الاستبدال يقع في حدود بسيطة فقط في البيروكسين.

ويوجد البيروكسين في لابة البراكين، ويوجد أحيانا متبلورا في زجاج البراكين. وتتكون بلوراته حتى قبل أن يشتد النشاط البركاني وتسيل اللابة.

يتكون الجزء العلوي من الغلاف الأرضي من المعدنين الرئيسيين الأوليفين والبيروكسين. وتبين العينة في الصورة وجود الأرثوبيروكسين الأسود والديوبسيد المحتوي على الكروم ولونه أخضر فاتح والأوليفين (أخضر مصفر)، ويغلب في العينة الأوليفين. ويغلب وجود البيروكسين والفلدسبار في البازلت.

تتميز معادن البيروكسين بخواص كيميائية متباينة وهي توجد في كثير من الطبقات الجيولوجية. وهي جزء هام في تكوين الصهارة البركانية أو في الصخور المتحولة.

ويتميز البيروكسين بصلادة بين 5 و 5و6

علم المعادن ( الصلابة أو الصلادة )

الصلادة أو القساوة -(بالإنجليزية: Hardness) ، هي خاصية للمواد تحدد مدى قابلية المادة لتحمل الخدش. تعتمد الصلادة على التركيب الكيميائي للمادة بالإضافة إلى التركيب الداخلي "Micro-structure".

قياس الصلادة

هناك أساليب عديدة لقياس الصلادة تعتمد على نوع الاختبار المستخدم ، وأهم هذه الأساليب:

علم المعادن ( الوزن )

الوزن هو قوة جذب الأرض للجسم. وهي طريقة لتحديد كمية مادة ما، تختلف وحدات أو معيارية الأوزان من مادة ما إلى أخرى عند قياسها فبعضها مخصص للأوزان القليلة أو الخفيفة أو الثمينة ومنها ما هو للتحديد التقريبي للمادة.

تمهيد

الأرض تجذب الاجسام بقوة تؤثر باتجاه رأسي إلى أسفل تسمى قوة الجاذبية الأرضية، واتفق العلماء على تسمية قوة جذب الأرض بوزن الجسم ويستخدم الميزان الزنبركي في قياس الأوزان.

وحدة قياس الوزن

يقاس الوزن بوحدة دولية تسمى (نيوتن) نسبة إلى العالم الإنجليزي اسحق نيوتن الذي وضع القانون العام للجاذبية، والنيوتن يساوي تقريبا قوة جذب الأرض لكتلة مقدارها 100 جرام.

و فيما يلي بعض المعايير:

أمثلة

إذا كانت كتلة الجسم (200) جرام فإن قوة جذب الأرض له تساوي 2 نيوتن. أي أن وزنها = 2 نيوتن والجسم الذي كتلته (300) جرام فإن وزنه = 3 نيوتن. و إذا كانت كتلة الجسم (1000) جرام أي (1) كجم فإن قوة جذب الأرض له = 10 نيوتن. أي أن وزن الكيلو جرام الواحد على سطح الأرض = 10 نيوتن. و إذا قلنا أن جسما كتلته 2 كجم فإن وزنه = 2 × 10 = 20 نيوتن. و إذا قلنا أن جسما كتلته 5 كجم فإن وزنه = 5 × 10 = 50 نيوتن.

علم المعادن ( البريق )

وهو مظهر سطح المعدن عندما ينعكس عليه الضوء. ويمكن تقسيم المعادن تبعاً لهذه الخاصية لقسمين:
( أ ) معادن ذات بريق فلزي مثل بريق الذهب والبارايت.
(ب) معادن ذات بريق لافلزي.
   ويمكن تقسيم البريق اللافلزي إلى أنواع مختلفة أهمها:
البريق الزجاجي : مثل بريق معدن الكوارتز.
البريق الؤلؤي : مثل بريق معدن التلك.
البريق الحريري : مثل بريق معدن الأسبستوس.
البريق الصمغي : مثل بريق معدن السفاليرات والكبريت.
البريق الماسي : مثل بريق معدن الألماس.
البريق الترابي : مثل بريق معدن البوكسايت




[size=24]علم المعادن ( البريق )

وهو مظهر سطح المعدن عندما ينعكس عليه الضوء. ويمكن تقسيم المعادن تبعاً لهذه الخاصية لقسمين:
( أ ) معادن ذات بريق فلزي مثل بريق الذهب والبارايت.
(ب) معادن ذات بريق لافلزي.
   ويمكن تقسيم البريق اللافلزي إلى أنواع مختلفة أهمها:
البريق الزجاجي : مثل بريق معدن الكوارتز.
البريق الؤلؤي : مثل بريق معدن التلك.
البريق الحريري : مثل بريق معدن الأسبستوس.
البريق الصمغي : مثل بريق معدن السفاليرات والكبريت.
البريق الماسي : مثل بريق معدن الألماس.
البريق الترابي : مثل بريق معدن البوكسايت




علم المعادن ( الإنفصال )

   هي الخاصية التي لا ترتبط بالتركيب البلوري للمعدن عندما يتفتت أو يتكسر إلى أجزاء صغيرة. ذلك لأن تفتت المعدن يكون بسبب مستويات الضعف في المعدن وتنتج هذه المستويات عن عوامل خارجية حدثت للمعدن بعد تبلوره مثل الضغظ والتكسير.

[/size]

علم المعادن ( ملخص مختصر عن علم المعادن )

     يمكن تعريف المعدن بأنه عبارة عن مادة طبيعية ذات تركيب كيميائي مميز أو متغير في نطاق محدود وله تركيب بلوري داخلي ثابت ويظهر أحياناً على شكل بلورات ويوجد على شكل متبلور في أغلب الأحيان.  ويلاحظ من التعريف السابق أن المعدن هو مادة توجد في الطبيعة وليس للإنسان أو الحيوان أو النبات دخل في تكوينها. كما نلاحظ أن التركيب الكيميائي ليس كافياً لتحديد المعدن حيث أنه لا بد أن نعرف التركيب البلوري الذي يتحكم في كثير من الصفات الطبيعية للمعدن مثل الصلابة والمخدش والوزن النوعي واللون. وتوجد المادة الكيميائية على صورة معدن أو أكثر يختلف كل منهما تمام الإختلاف عن الآخر فمثلاً يوجد الكربون في الطبيعة على صورة معدن الألماس وهو أصلب المعادن المعروفة كما يوجد على صورة معدن الجرافيت وهو من أقل المعادن صلابة. وقد تمكن العلماء حتى الآن من وصف أكثر من ألفين معدن مختلف إلا أن جميع المعادن الشائعة التي تدخل في تركيب الصخور وكذلك المعادن الاقتصادية لا تتجاوز مئتي معدن فقط.

الأنظمة البلورية :

توجد المعادن في أشكال بلورية مختلفة والبلورة عبارة عن جسم من وسط صلب متجانس التركيب الكيميائي ويحدها أسطح ومستويات طبيعية تعرف باسم أوجه البلورة وتتميز بوجود علاقات تماثل معينة. ويمكن تقسيم البلورات عادة إلى سبعة نظم بلورية وذلك على أساس أطوال المحاور البلورية أ , ب , ﺟ  , والزوايا البلورية  α ،  β  ،  γ  ، والنظم البلورية السبعة هي:

1-  نظام المكعب:

ويمتاز هذا النظام بثلاثة محاور بلورية متساوية ومتعامدة.أي إن:

أ  =  ب  =  ﺟ  ,   α =  β  =   γ = 90° وتمثل هذا النظام بلورة الألماس.

2- نظام الرباعي :

   ويمتاز هذا النظام بثلاثة محاور بلورية متعامدة، المحوران الأفقيان متساويان والمحور الثالث رأسي وهو أطول وأقصر منهما، أي إن:

     أ =  ب  ≠  ج  ، α  = β   =  γ  = 90° ويمثل هذا النظام الزيركون.

2-  نظام السداسي :

   ويمتاز هذا النظام بأربعة محاور بلورية ، ثلاثة منها أفقية ومتساوية ومتبادلة وتتقاطع في زوايا مقدارها 120° درجة والمحور الرابع رأسي أطول أو أقصر منها وعمودي على مستواها، أي إن:

أ1 =  أ 2 =  أ 3 ≠ 90°،  γ  = 120° ويمثل هذا النظام بلورة البيريل.

4- نظام الثلاثي:

     ويمتاز هذا النظام بأربعة محاور بلورية مثل النظام السداسي. وهما متشابهان من حيث عدد

المحاور البلورية وكيفية توزيعها والاختلاف الوحيد بينهما هو أن المحور  ( ﺟ )  في النظام الثلاثي

محور تماثل بينما في النظام السداسي محور تماثل سداسي. وتمثل هذا النظام بلورة الكوراندوم.

5- نظام المعيني القائم :

     ويمتاز هذا النظام بثلاثة محاور بلورية غير متساوية ولكنها متعامدة، أي أن:

أ  ≠  ب ≠ ﺟ ،  γ  =  β =  α = 90° وتمثل هذا النظام بلورة الكبريت المعين.

6-  نظام احادي الميل:

    ويمتاز هذا النظام بثلاثة محاور غير متساوي والمحور ( ب )  عمودي على مستوى أ ،  ﺟ   لكن المحور ميل على مستو المحورين  ب ،  ﺟ  ، أي أن:

أ  ≠  ب ≠  ﺟ  ،  γ = α  = 90° ≠  β  ، وتمثل هذا النظام بلورة الأورثوكليز.

7- نظام ثلاثي الميل:

     ويمتاز هذا النظام بثلاثة محاور بلورية غير متساوية وتتقاطع في زوايا غير متساوية أيضاً، أي إن :

أ  ≠  ب ≠  ﺟ ، α ≠ β ≠ γ = 90° ويمثل هذا النظام بلورة الميكروكلين.

الخواص الطبيعية للمعادن

     إن نوع الذرات وترتيبها الداخلي في أي معدن لا يحددان شكله البلوري فقط ولكنهما يحددان أيضاً خواصه الطبيعية والكيميائية والضوئية. ويمكن التعرف على المعادن لإما بواسطة فحصها بالعين المجردة أو إختبارات طبيعية أو كيميائية أو ضوئية. وتعتبر الخواص الطبيعية مهمة جداً للتعرف على المعادن ويمكن تقسيمها إلى التالي :

 1-    الخواص البصرية:

    وهي مجموعة من الخواص التي تعتمد على الضوء مثل اللون والمخدش والشفافية والبريق والتضوء (التفلور والتفسفر).

2-    الخواص التماسكية:

وهي مجموعة من الخواص التي تتوقف على مقدار تماسك المعدن مثل الصلابة والانفصام والانفصال والمكسر وكذلك قابلية المعدن للسحب والطرق والتشكيل.

3-   الوزن النوعي :

    وتتوقف هذه الخاصية على كيفية رص وترابط جزيئات وذرات المعدن.

4- الخواص الحسية:

    وهي مجموعة من الخواص التي تعتمد على الحواس مثل الطعم والملمس والرائحة.

5- الخواص الحرارية:

   وهي الخواص  التي تعتمد على الحرارة مثل قابلية المعدن للانصهار.

الخواص التي تعتمد على المغناطيسية والكهربائية والنشاط الإشعاعي للمعدن.

الخواص التي تعتمد على الشكل البلوري للمعدن.

   وفيما يلي استعراض موجز ومبسط للخواص الطبيعية :

الخواص البصرية: وأهمها ما يلي:

1- اللون:

    يعد اللون من الصفات الطبيعية المهمة لتمييز المعادن خارجياً وخاصة في المعادن الفلزية ولكن اللون لا يعد صفة ثايتة للمعادن في أغلب الأحيان ولذلك لا يمكن الاعتماد على اللون لمعرفة المعادن. ويمكن تقسيم المعادن من حيث اللون إلى قسمين: معادن ذات ألوان ثابتة مثل اللون الأزرق لمعدن الأزيورايت واللون الأصفر للذهب والبيريت واللون الأحمر للنحاس. ومعادن ذات ألوان غير ثابتة مثل معدن

الفلوريت الذي يكون غالباً ذا لون أخضر أو أصفر أو لون أبيض أو بني أو قرمزي أو عديم اللون نتيجة لوجود مواد ملونة على هيئة شوائب أو مواد دخيلة، ويتوقف اللون على نوع الضوء الذي يمتصه أو يعكسه المعدن.

 2- المخدش:

   وهو لون ما مسحوق المعدن الناعم. ويمكن الحصول عليه بواسطة حك المعدن المراد فحصه على السطح غير اللامع بقطعة من الخزف تعرف بلوح المخدش. وتعطي معادن الحديد السوداء اللون مثل الماجناتيت والهيماتيت والألمناتيت مخدشاً مميزاً لكل واحد منهم، فالهيماتيت مخدشه أحمر بينما الماجناتيت أسود بينما الألمناتيت مخدشه محمر. وقد يتشابه لون المخدش مع لون المعدن كما هو الحال في كل من معدني الليمونايت والجرافايت ويلاحظ أن معظم المعادن ذات البريق اللافلزي لها مخدش ذو لون أبيض أو فاتح ولهذا فإن خاصية المخدش ليست بالصفة التي يمكن الاعتماد عليها عند الرغبة في التفريق بين المعادن ذات البريق اللافلزي.

3- الشفافية:

    تعتمد هذه الخاصية على قدرة المعدن على إنفاذ الضوء خلاله وتنقسم المعادن من حيث الشفافية إلى ثلاثة أنواع:

أ‌-     معادن الشفافية :

    وهي المعادن التي تسمح بمرور معظم الضوء الساقط عليها ويمكن رؤية لأجسام من خلالها بسهولة مثل أنواع الكوارتز والكالسيت.

ب‌-معادن نصف شفافية:

    وهي معادن تنفذ الضوء بكمية أقل من المعادن الشفافة ولا تسمح برؤية الأجسام خلالها مثل معدن الأوبال.

ج- معادن معتمة:

    وهي المعادن التي لا تسمح بمرور الضوء حتى من خلال شرائحها الرقيقة مثل معادن الماجنايت والبايرايت والجالينا.

 4- البريق:

وهو مظهر سطح المعدن عندما ينعكس عليه الضوء. ويمكن تقسيم المعادن تبعاً لهذه الخاصية لقسمين:

( أ ) معادن ذات بريق فلزي مثل بريق الذهب والبارايت.

(ب) معادن ذات بريق لافلزي.

   ويمكن تقسيم البريق اللافلزي إلى أنواع مختلفة أهمها:

البريق الزجاجي : مثل بريق معدن الكوارتز.

البريق الؤلؤي : مثل بريق معدن التلك.

البريق الحريري : مثل بريق معدن الأسبستوس.

البريق الصمغي : مثل بريق معدن السفاليرات والكبريت.

البريق الماسي : مثل بريق معدن الألماس.

البريق الترابي : مثل بريق معدن البوكسايت.

 الخواص التماسكية :

     وهي الخواص التي تعتمد على قوة ترابط جزيئات المعدن. وتشمل الصلابة والمكسر والانفصام والانفصال ةالتماسكية.

 1- الصلابة:

    وهي مقدار المقاومة التي يبديها المعدن للخدش وقد اتفق على عشر درجات ثابتة للصلابة تميز كل درجة منها معدناً معيناً، ويشمل هذه الدرجات العشر مقياس عالمي يسمى مقياس قوة الصلابة. ويمكن ترتيب المعادن حيب صلابتها كالتالي:

-1- التلك      ;                             -6- الأرثوكليز

-2- الجبس     &                             -7-الكوارنز

-3- الكالسيت    &nbssp;                         8-التوباز

-4- الفلورايت    &nbbsp;                         9- الكوراندم

-5- الأباتايت    &nbbsp;                           10- الألماس

 2-الانفصام:

    وهو قابلية بعض المعادن للانفصام أو التشقق عند مستويات معينة منتظمة ومتوازية عند طرقها طرقاً خفيفاً بحيث تكون الأسطح الناتجة عن هذا الانفصام مستوية تقريباً، ويطلق على هذه الأسطح مستويات الانفصام. وترتبط اتجاهات مستويات الانفصام ارتباطاً وثيقاً بالتركيب البلوري للمعدن فتكون هذه المستويات موازية لوجه بلوري معين أو عدة أوجه مميزة في المعدن القابل للانفصام.

- الانفصال:

   هي الخاصية التي لا ترتبط بالتركيب البلوري للمعدن عندما يتفتت أو يتكسر إلى أجزاء صغيرة. ذلك لأن تفتت المعدن يكون بسبب مستويات الضعف في المعدن وتنتج هذه المستويات عن عوامل خارجية حدثت للمعدن بعد تبلوره مثل الضغظ والتكسير.

 4- المكسر:

     وهو عبارة عن الشكل الذي يكون عليه سطح المعدن عند كسره صناعياً في اتجاهات تختلف عن الاتجاهات التي ينفصم المعدن فيها، وهناك عدة أشكال للأسطح المعدنية التي تتعرض للكسر صناعياً مثل المكسر الحراري (معدن الكوارتز) والمكسر الترابي ( معدن الكاولين).

 5- التماسكية :

     وهي الصفة التي تعتمد على قوة الترابط بين ذرات المعدن وتعرف بأنها مقاومة المعدن للثني أو السحب أو الكسر أو الطحن.

 الثقل النوعي:

     وتعد هذه الصفة من أهم الصفات الطبيعية للمعدن. ويمثل الثقل النوعي النسبة بين كتلة المعدن زكتلة حجم مساو له من الماء. ويمكن تحديد الثقل النوعي لأي معدن بتطبيق المعادلة التالية:

 الثقل النوعي للمعدن =            ﻫ

                                  ﻫ   -   ﻫ1

حيث إن  ﻫ   =  وزن المعدن في الهواء

            ﻫ1 = وزن المعدن في الماء

    ويمكن تسيم المعادلة من ناحية الثقل النوعي إلى : خفيف مثل معدن الجرافيت (2,2). متوسط مثل معدن الكوارتز (3,6). وثقيل مثل معدن البارايت (4,5). وثقيل جداً مثل معدن الجالينا (7,6).

 الاشعاع الذري:

     تمتاز بعض المعادن بإطلاق إشعاعات نتيجة للتحلل الذاتي لذراتها ويمكن الكشف عن هذا الاشعاع بواسطة أجهزة خاصة مثل عداد جايجر ومن أهم المعادن المشعة اليورانينايت والثورايت والمونازايت والبتشلبلند.

المغناطيسية:

 وهي الخاصية التي تجعل بعض المعادن تتأثر بالمغناطيس مثل معدن الماجنتايت والبيروهوتايت. بينما لا تتأثر بعض المعادن بذلك إطلاقاً مثل معدن الكوارتز وغيره من المعادن.

 الخواص الكهربائية:

     تتميز بعض المعادن مثل التوباز والكبريت بأن لها قابلية لأخذ شحنات كهربائية عندما تتعرض للاحتكاك أو دلكها بقطعة من الحرير حيث تلتقط قصاصات الورق أو قطع صغيرة من القش. ويتم فصل المعادن القابلة للتكهرب من المعادن العديمة القابلية بطريقة الفصل الكهروستاتيكي.

 الانصهارية :

      ويمكن أن تساعد هذه الخاصية في التعرف على المعادن حيث أن معظم المعادن لها درجات انصهار ثابتة إذا كانت نقية فالذهب ينصهر عند 1062°م بينما تنصهر الفضة عند 960°م .. إلخ.

الخواص الحسية:

 1- الرائحة:

     تتميز بعض المعادن برائحة خاصة عندما تتعرض للاحتكاك أو التسخين أو التنفس عليها مثل:

أ‌-     رائحة طينية: وهي الرائحة التي تنتج عند وضع الماء على معدن الكاولين.

ب-   رائحة زنخة: عند تسخين بعض عينات حجر الجير القطراني.

ج-   رائحة ثومية : وتصدر عن بعض المعادن الزرنيخية عند حكها أو تسخينها مثل معدن ارزنيوبايرايت.

د-   رائحة كبريتية : عندما ينطلق غاز كبريتيد الهيدروجين بتسخين معدن البايرايت.

2- الملمس:

      وهو التأثير الناتج عن لمس المعدن باليد، ويوصف المعدن بأنه ذو ملمس :

أ- بارد : وهو مميز للمعادن العنصرية مثل الذهب والنحاس.

ب- شحمي : وهو مميز لمعدن التلك.

ج- ناعم : وهو مميز لمعدن الأوبال.

 3- الطعم :

      تتميز بعض المعادن بطعم معين، وقد أمكن معرفة الأنواع الآتية :

أ- طعم قلوي.

ب- طعم ملحي.

ج- طعم مر.

د- طعم رطب.

ويميز كل طعم معدن معين، وهي صفة لا ينصح بالاعتماد عليها.

 الخواص الضوئية للمعادن:

    ويمكن تلخيص هذه الخواص بإيجاز في ما يلي:-

أ- معامل الانكسار: إذا سقط شعاع ضوئي على سطح معدن ما، فإن هذا الشعاع ينكسر عند نفاذه من العينة. فإذا كانت زاوية السقوط هي ق ، وزاوية الانكسار هي ك ، فإن معامل الانكسار يمكن كتابته بالشكل التالي:-

معامل الانكسار (م) =    جا ق

                             جا ك

وتسمى هذه المعادلة قانون سنل.

ومعمل الانكسار يكون ثابتاً للمعدن الواحد مهما اختلفت زاوية السقوط، ويختلف هذا المعامل باختلاف المعادن، فمعامل الانكسار لمعدن الزركون يساوي 1,93 وتتراوح قيمة معامل الانكسار لمعدن الكوارتز من 1,553 إلى 1,544 أما معامل الانكسار لمعدن الفلورايت فيساوي 1,43 .

ب- الانكسار المزدوج:

      وهو أن ينكسر الشعاع الساقط عند نفاذه من المعدن إلى شعاعين لكل منهما زاوية انكسار تختلف عن الأخرى، والمعادن التي لها خاصية كسر الشعاع الساقط إلى شعاعين منكسرين تسمى المعادن ذات الانكسار المزدوج. ومن أمثلة هذه المعادن، معدن الكالسايت ومعاملا الانكسار لهذا المعدن هما 1,658  و 1,486 بفارق قدره 0,172 .

         وتسمى المعادن التي يكون لها معامل انكسار ثابت مهما اختلف اتجاه سقوط الضوء، تسمى هذه المعادن متجانسة ضوئياً, والمعادن المتجانسة ضوئياً لا تفصل الشعاع الساقط إلى شعاعين، وإنما ينكسر الشعاع الساقط إلى شعاع واحد فقط.

التصنيف الكيميائي للمعادن:

        يوجد المعدن على شكل مركب كيميائي يمكن بواسطة التحليل الكيميائي تحديد العناصر المكونة له وأيضاً معرفة معادلته الكيميائية وتوجد عدة طرق لتقسيم المعادن، بيد أن التصنيف الكيميائي يعد من أبسط وأشمل الطرق لتقسيم المعادن، وهو التصنيف المتبع في معظم جامعات ومتاحف الجيولوجيا في الوقت الحاضر. وتقسم المعادن من حيث تركيبها الكيميائي إلى عدة مجموعات كنا يلي:

1-    مجموعة المعادن العنصرية : مثل الذهب والماس والكبريت.

2-    مجموعة معادن الكبريتيدات : وهي المعادن التي يتحد فيها الكبريت مع العناصر الأخرى، مثل الجالينا والبايرايت.

3-    مجموعة معادن الأكاسيد : وهي المعادن الناتجة عن اتحاد الكسجين بالعناصر الأخرى، مثل الكوارتز والهيماتايت والليمونايت.

4-    مجموعة الهاليدات : وهي المعادن التي تتحد عناصرها مع عناصر الهالوجين (فلور, كلور, بروم, يود) مثل معدن الهالايت والفلورايت.

5-    مجموعة معادن الفوسفات : وهي المعادن التي تتحد عناصرها مع مجموعة الفوسفات, مثل معدن الأباتايت.

6-    مجموعة معادن الكربونات : وهي المعادن التي تتحد عناصرها مع مجموعة الكربونات، مثل الكالسايت والدولومايت.

7-    مجموعة معادن الكبريتات : وهي المعادن التي تتحد عناصرها مع مجموعة الكبريتات مثل الانهيدرايت والجبس.

8-    مجموعة معادن السيليكات : وهي المعادن التي تتكون نتيجة اتحاد مجموعة السيليكا مع عنصر أو أكثر. وتعد السيليكات من أكبر مجموعات المعادن, وتنقسم بدورها إلى عدة مجموعات أخرى, أهمها ما يلي:-

أ‌-           الفلسبارات : ومنها الفلسبارات البوتاسية مثل الأرثوكليز ومنها الفلسبارات الصودية مثل الألبايت وكذلك الفلسبارات الكلسية مثل الأنورثايت.

ب‌-      الأوليفينات : مثل معدن الأوليفين.

ج‌-       البيروكسينات : مثل الأوجايت.

د‌-         الأمفيبولات : مثل الهورنبلند.