Marek Kondras

[e-mail]

tel. [phone]

Klasyfikacja i właściwości fizyczne, skład chemiczny minerałów

Minerał najmniejsza jednostka geologiczna, z której zbudowana jest skorupa ziemska, powstała w sposób naturalny, związek chemiczny, mieszanina pierwiastków lub związków chemicznych występujących w określonym stanie skupienia.

Minerały występujące w przyrodzie można podzielić na:

• bezpostaciowe (amorficzne) ciecze, szkliwa, koloidy (żele),

• krystaliczne prawidłowa budowa wewnętrzna, ułożenie atomów, jonów i cząsteczek w postaci sieci krystalicznej

Minerały tworzą określone prawidłowości - układy krystalograficzne: regularny, rombowy, jednoskośny, trójskośny, heksagonalny, trygonalny, tetragonalny

Właściwości minerałów (fizyczne i chemiczne)

1. Właściwości fizyczne:

• barwa zależy od składu chemicznego minerału lub od budowy wewnętrznej

Wyróżniamy minerały:

• bezbarwne nie maja dla siebie charakterystycznej barwy, bądź też nie mają żadnej barwy (np. halit, kryształ górski)

• barwne (mają własną barwę - cecha stała; czarna (magnetyt), czerwona (cynober), zielona (malachit), ciemnoniebieski (azuryt), niebieska (turkus)

• zabarwione zawieraj a domieszki które nadają im zabarwienie; w zależności od domieszki mogą być zabarwione na żółto (cytryn), szary (kwarc zadymiony), biały (kwarc mleczny), fioletowy (ametyst)

• rysa jest to barwa proszku jaki uzyskamy przy potarciu minerału o płytkę porcelanową bądź poprzez zarysowanie przedmiotem twardszym.

Robiąc rysę możemy rozróżnić minerał barwny od zabarwionego.

Minerały barwne maja rysę barwną, barwa może być identyczna z barwa samego minerału (np. malachit, galena, magnetyt). Są tez wyjątki: hematyt - rysa wiśniowa

Minerały zabarwione mają rysę białą lub szarą.

• połysk jest to właściwość powierzchni minerału

Wyróżniamy następujące rodzaje połysku:

• metaliczny minerały nieprzezroczyste, intensywnie zabarwiona rysa (galena, złoto, srebro, piryt, chalkopiryt)

• półmetaliczny podobny do metalicznego ale nieco słabszy, jaśniejsza rysa (hematyt, magnetyt, cynober)

• niemetaliczny dzielimy na:

• szklisty (wygląda jak powierzchnia szklana)

• tłusty (jak blask tłustej powierzchni)

• matowy (ziemisty)

• ziemisty (zwyczajny)

• diamentowy

• perłowy

• jedwabisty

• spójność jest to sposób reakcji minerałów na działanie czynników mechanicznych (siły odkształtujące) zaginanie, kłucie, zgniatanie itd.

Ze względu na spójność wyróżniamy minerały:

• sprężyste - mają zdolność powrotu do postaci pierwotnej (np. muskowit, biotyt)

• giętkie - nie wracają do poprzedniej postaci (np. kaolinit, talk)

• kruche - nie dają się odkształcić, ulęgają rozdrobnieniu

• włókniste (strugalne) - rozpad na włókna (np. miedź rodzima)

• kowalne - ulęgają spłaszczeniu na cienkie blaszki, podatne na walcowanie (np. złoto, srebro)

• łagodne - nie rozpryskują się w czasie skrobania (np. grafit)

• przezroczystość zdolność przepuszczania światła

Wyróżniamy minerały:

• przezroczyste

• nieprzezroczyste

• łupliwość zdolność kryształów i ciał krystalicznych do rozłupywania się pod wpływem czynników mechanicznych wzdłuż płaskich powierzchni (płaszczyzn łupliwości)

Wyróżniamy następujące rodzaje łupliwości:

• doskonała - minerał daje się rozłupać na cienkie i gładkie blaszki (np. kalcyt, mika, gips, halit)

• wyraźna - powstają części drobniejsze (skalenie, aragonit, malachit)

• dokładna - płaszczyzny są gładkie, lecz minerał trudniej się łupie (anhydryt, topaz, korund)

Podczas rozłupywania mogą powstawać nierównomierne, nieforemne powierzchnie przełam minerałów

Zależnie od wyglądu powierzchni wyróżniamy przełamy: muszlowy, haczykowaty, równy, nierówny (chropowaty)

• twardość opór minerału na nacisk - zarysowanie (ocena na podstawie łatwości zarysowania powierzchni minerałów)

Jako skale porównawczą stosuje się zestaw 10 minerałów o wzrastającej twardości - skala Mohsa

Skala Mohsa

Skala twardości

(1^o) talk rysuje się paznokciem

(2^o) gips rysuje się paznokciem

(3^o) kalcyt można zarysować metalowym przedmiotem

(4^o) fluoryt można zarysować metalowym przedmiotem

(5^o) apatyt można zarysować metalowym przedmiotem

(6^o) ortoklaz rysuje szkło

(7^o) kwarc rysuje szkło

(8^o) topaz przecina szkło

(9^o) korund przecina szkło

(10^o) diament przecina szkło

• gęstość stosunek masy próbki materiału [g] do objętości [cm³]

Ze względu na gęstość minerały można podzielić na: lekkie, średnio ciężkie, ciężkie i bardzo ciężkie

• inne właściwości fizyczne minerałów: zapach, smak, magnetyzm, opalizację, przewodnictwo elektryczne, radioaktywność

2. Właściwości chemiczne:

Podział minerałów na podstawie składu chemicznego:

• pierwiastki rodzime (np. złoto, siarka, srebro, platyna, rtęć , bizmut, węgiel C dwie odmiany - grafit i diament)

• siarczki związki pokrewne - należą tu minerały będące beztlenowymi związkami metali z np. siarką, selenem, arsenem, bizmutem (np. piryt FeS₂, galena PbS, sfaleryt ZnS, molibdenit MoS, cynober HgS)

• chlorki i związki pokrewne (fluorki, bromki, jodki); najważniejsze z nich to: halit NaCl, sole potasowe sylwin KCl, fluoryt CaF₂,

• tlenki i wodorotlenki (kwarc SiO₂, hematyt Fe₂O₃, magnetyt Fe₃O₄, korund Al₂O₃, chalcedon SiO₂)

• sole kwasów tlenowych - wyróżniamy grupy:

• krzemiany (np. pirokseny, oliwiny)

Krzemiany wyspowe - należą do krzemianów o najprostszej budowie.Zawierają samodzielne, nie powiązane ze sobą czworościany krzemowe.Do krzemianów wyspowych należą takie kamienie szlachetne jak oliwin, granat, cyrkon, sillimanit, andaluzyt, dysten, topaz, staurolit czy tytanit

Krzemiany grupowe - rodzaj krzemianów, w których czworościany (SiO₄) łączą się po dwa. Do krzemianów grupowych należą epidot i wezuwian

• glinokrzemiany (np. kaolinit, albit, muskowit)

Zastąpienie w sieciach krystalicznych jonów krzemu przez jony glinu

Np.: Sodalit Na₄[(Si₃Al₃)O₄|Cl], Pirofyllit Al₂[Si₄O₁₀|(OH)₂], Thomsonit NaCa₂[(Al₅Si₅)O₂₀] · 6H₂O, Prehnit Ca₂Al[(Si₃Al)O₁₀|(OH)₂], Kamień księżycowy,

Lazuryt Na₃Ca[(Si₃Al₃)O₁₂|S], Mikroklin K[AlSi₃O₈],

• węglany (np. kalcyt, dolomit, magnezyt)

• siarczany (np. gips, baryt, kizeryt)

• fosforany (np. apatyt, wiwianit)

• azotany (saletra sodowa (chilijska), saletra potasowa (indyjska)

• borany (boraks rodzimy)

• związki organiczne (bursztyn i ozokeryt czyli wosk ziemny)

MINERAŁY

• pierwotne powstają przez krystalizacje z magmy, roztworów pomagmowych lub gazów i par związanych z magmą

• wtórne powstają w wyniku przeobrażenia minerałów pierwotnych

• pochodzenia organicznego powstają na skutek działalności roślin i zwierząt

• endogeniczne powstały z wykorzystania energii wnętrza ziemi w procesach krystalizacji magmy

• egzogeniczne powstałe w wyniku energii zewnętrznej - słonecznej (zmiany temp, wiatry, parowanie wody)

Minerały skał magmowych

(Minerały te krystalizują się bezpośrednio z magmy i stanowią podstawowe składniki skał magmowych)

• kwarc SiO₂

Cechy:

• bezbarwny (kryształ górski) lub zabarwiony np. szary - kwarc dymny; złocistożółty - cytryn; fioletowy - ametyst; biały - mleczny; czarny - morion;

• połysk szklisty, na przełamie tłusty

• twardość 7

• przełam muszlowy

• rysa biała

• kruchy, niełupny (brak łupliwości)

• odporny na wietrzenie chemiczne i fizyczne

• nie reaguje z kwasami (za wyjątkiem HF - kw. fluorowodorowego)

• Skalenie (ortoklaz, plagioklazy [albit, anortyt])

Glinokrzemiany potasu, sodu i wapnia, niekiedy baru, głównie z różnymi domieszkami Li, Cs. Dzielimy je na:

• potasowo-sodowe (alkaliczne)

• sodowo-wapniowe zwane plagioklazami

Cechy:

• twardość 6-6,5

• połysk szklisty

• łupliwość doskonała - dwukierunkowa

• barwa jasna, białe, szarawe, czerwonawe od domieszek Fe₂O

• podatne na wietrzenie chemiczne

skalenie potasowo-sodowe (alkaliczne) (K,Na) [AlSi₃O₈] stanowią prawie polowe skaleni występujących w skałach magmowych, zaliczane do skaleni kwaśnych (zaw. SiO₂), najpopularniejsze to:

• ortoklaz K[AlSi₃O₈]

• mikroklin (K, Na) [AlSi₃O₈] odmiana ortoklazu

sodowo-wapniowe zwane plagioklazami

• albit Na[AlSi₃O₈]

• anortyt Ca[Al₂ Si₂O₈]

W zależności od % zawartości anortytu w cząsteczce plagioklazu wyróżnia się minerały: albit (0-10% anortytu), oligoklaz (10-30%), andezyt (30-50%), labrador (50-70%), bytownit (70-90%) i anortyt (90-100%).

Wraz ze wzrostem % zawartości anortytu w cząsteczce plagioklazu zmniejsza się ilość SiO₂ (są bardziej zasadowe) (tzn. zawierające do 30% anortytu kwaśne, 70-100% zasadowe, 30-70% obojętne)

• Łyszczyki = miki (biotyt i muskowit)

Glinokrzemiany warstwowe zawierające różne kationy metali

Cechy:

• twardość 2-3

• łupliwość doskonała jednokierunkowa

• minerały sprężyste

• połysk lekko perłowy

• barwa biała, szara, żółtawa, brunatna, ciemnozielona

• tworzą skupienia blaszkowate, łuskowate, zbite

• biotyt K(Mg,Fe,Mn)(OH)₂ [AlSi₃O₁₀] - mika czarna

• muskowit KAl₂(OH)₂[AlSi₃O₁₀] - mika potasowo-glinowa, bezbarwna, biała, zaw. domieszki, trudno wietrzeje chemicznie

• Amfibole (hornblendy)

Grupa krzemianów Ca, Mg, Fe, Al, Na zawierających kationy metali

Cechy:

• twardość 5-6

• minerały barwne: szare, zielone, czarne, ciemnobrunatne

• łupliwość dwukierunkowa

• połysk szklisty

• tworzą skupienia ziarniste i zbite

Hornblendy np.: zwyczajna, bazaltowa

• hornblenda zwyczajna sole kwasu (H₂SiO₃), ciemna barwa, pokrój słupkowy kryształów, łatwo wietrzeje chemicznie

• Pirokseny

Krzemiany i glinokrzemiany zawierające w swym składzie np. Ca, Mg, Fe, Na, Al, Ni

Cechy:

• twardość 5-6

• łupliwość dwukierunkowa

• połysk szklisty, jedwabisty, półmetaliczny

• barwa szara, zielona, brunatna, czarna

• rysa szara, zielona, czarna

• łatwo wietrzeją chemicznie

• diallag - zielonawoszary, brunatny, składnik skał klasy gabra

• augit - barwa czarna, brunatna

• Oliwiny (Mg,Fe)₂ [SiO₄]

Krzemiany wyspowe (ortokrzemiany), których skrajnymi ogniwami są forsteryt Mg₂[SiO₄] i fajalit Fe₂[SiO₄]; Zawierają domieszki tj. Mn, Al., Ca, Ni

Cechy:

• twardość 6,5-7

• barwa oliwkowozielona

• połysk szklisty, na przełamie tłusty

• wyraźna łupliwość

• przełam muszlowy

• mało odporne chemicznie

Minerały magmowe poboczne i akcesoryczne (dodatkowe)

Minerały te powstają z minerałami głównymi podczas krystalizacji magmy. Te, które występują w skałach w mniejszych ilościach to są poboczne a te, co pojawiają się sporadycznie (w pewnych typach skał) bądź w ogóle to akcesoryczne (dodatkowe).

Minerały poboczne

• apatyt Ca₅[(F,Cl,OH)(PO₄)]₃ - bezwodne fosforany wapnia: apatyt fluorowy, chlorowy, hydroksylowy.

Cechy:

• twardość 5

• barwa: szare, białe, brunatne; rysa biała lub szara

• łupliwość niewyraźna

• połysk szklisty

• główne źródło do produkcji nawozów fosforowych

• magnetyt Fe₃O₄ tlenek żelazawo-żelazawy

Cechy:

• twardość 5,5-6

• barwa żelazistoczarna, szara; rysa czarna

• połysk półmetaliczny

• właściwości magnetyczne

• łatwo rozpuszcza się w HCl

• odporny na wietrzenie chemiczne

• hematyt Fe₂O₃ tlenek żelazowy o układzie trygonalnym

Cechy:

• twardość 5-6

• barwa: czerwona, żelazistoczarna; rysa barwna

• połysk metaliczny, ziemisty lub matowy

• niełupliwy, kruchy o przełamie muszlowym

• piryt FeS₂ siarczek żelazawy

Cechy:

• twardość 6-6,5

• barwa: żółtobrązowa; rysa czarna, nieprzezroczysty

• przełam muszlowy

• połysk metaliczny

• niewielkie cechy magnetyczne

Minerały akcesoryczne:

• granaty (Ca,Mg,Fe)Al₂(SiO₄)₃ krzemiany wyspowe (np. pirop, almadyn, grossular, spessartyn, uwarowit, calderyt)

Cechy:

• twardość 6,5-7,5

• barwa: czerwona, brunatna

• połysk szklisty, tłusty

• przełam muszlowy, ziarnisty

• łupliwość niewyraźna

• galena PbS siarczek ołowiu z domieszką np. Ag, Zn, Fe, Bi

Cechy:

• twardość 2,5-3

• połysk metaliczny

• barwa: ołowianoszara, czarna; rysa ciemnoszara, czarna

• łupliwość doskonała

• najpospolitszy minerał ołowiu

• chalkopiryt Cu₂S Fe₂S₃ - siarczek miedziawo-żelazowy z domieszką Ag, Au

Cechy:

• twardość 3,5-4

• połysk metaliczny

• barwa mosiężnożółta z odcieniem zielonawym

• fluoryt CaF₂ fluorek wapnia

Cechy:

• twardość 4

• połysk szklisty

• barwa: żółta, zielona, fioletowa, może być bezbarwny

• łupliwość doskonała

• najbardziej rozpowszechniony minerał fluoru

inne

• korund

• sfaleryt

• magnezyt

• malachit

• synderyt

Minerały skał osadowych

• opal SiO₂ nH₂O dwutlenek krzemu

Cechy:

• twardość 5,5-6,5

• bezpostaciowy, nie tworzy kryształów, żel krzemionkowy

• bezbarwny lub zabarwiony (żółty, zielony, różowy)

• opalizuje

• połysk szklisty

• rysa biała

• chalcedon SiO₂ skrystalizowana odmiana kwarcu, w zależności od zabarwienia są różne nazwy: zielony - chryzopraz, prążkowany - agat,

Cechy:

• twardość 6

• połysk matowy

• rysa biała

• getyt Fe₂O₃ H₂O uwodniony tlenek żelazowy

Cechy:

• twardość 5-5,5

• barwa brunatna, żółtawa

• połysk metaliczny, diamentowy

• hydrogetyt (limonit) Fe₂O₃ 3H₂O

Cechy:

• twardość zmienna w zależności od stanu fizycznego

• barwa brunatna z żółtawym odcieniem: rysa brunatna

• kalcyt CaCO₃ węglan wapniowy zaw. domieszki Mn, Fe, Zn, Co, Pb

Cechy:

• twardość 3

• bezbarwny, biały, zabarwiony na żółto; rysa biała

• połysk szklisty, matowy

• kruchy

• łupliwość doskonała

• reaguje z HCl burzliwie wydzielając CO₂

• wyst. w skupieniach ziarnistych, włóknistych, naciekowych (stalaktyty, stalagmity)

• główny składnik skał osadowych wapiennych

• dolomit CaMg (CO₃)₂ węglan wapniowo-magnezowy zaw. Fe, Mn, Pb

Cechy:

• twardość 3,5-4

• barwa: szarobiała, żółtawa

• połysk szklisty, perłowy

• kruchy

• łupliwość doskonała;

• syderyt FeCO₃ węglan żelazawy, zawierający domieszki Ca, Mg, Mn

Cechy:

• twardość 3,5-4,5

• barwa żółtoszary, brunatny

• połysk szklisty, perłowy

• łupliwość doskonała

• magnezyt MgCO₃ węglan magnezu

Cechy:

• twardość 4-4,5

• połysk szklisty

• barwa biała z żółtawym lub szarawym odcieniem; biała rysa

• łupliwość bardzo dobra

• gips CaSO₄ 2H₂O -uwodniony siarczan wapnia

Cechy:

• twardość 1,5-2

• bezbarwny, biały lub szary

• połysk szklisty, perłowy

• łupliwość doskonała

• występuje w postaci zbitej - alabaster

• hydrargilit Al(OH)₃ (gibbsyt) wodorotlenek glinowy zaw. Si, Fe, Mg.

Cechy:

• twardość 2,5-3,5

• połysk szklisty, perło wy

• barwa: biała, jasnoszara, zielonkawa

• ulega działaniu HCl

• halit NaCl chlorek sodu (sól kuchenna) Ca, Mg, K

Cechy:

• twardość 2

• bezbarwny, czasem zabarwiony: żółto, niebiesko; rysa biała

• połysk szklisty

• kruchy

• smak słony

• występuje w złożach solnych: Inowrocław, Bochnia, Wieliczka

• sylwin KCl chlorek potasu z domieszką Na, Mg, Cs

Cechy:

• twardość 1,5-2

• bezbarwny, żółtawy, różowy

• połysk szklisty

• smak słonogorzki

• wiwianit Fe₃(PO₄)₂ 8H₂O uwodniony fosforan żelazawy zawierający domieszki Fe, Ca, Mg, Mn

Cechy:

• twardość 1,5-2

• powstaje w środowisku ubogim w tlen

Minerały wtórne ilaste:

Stanowią grupę minerałów należących do krzemianów pakietowych, które maja specyficzne właściwości fizyczne (zdolność do pęcznienia) i fizykochemiczne (zdolność do wymiany kationów ze środowiskiem), Są głównym składnikiem skał ilastych.

• kaolinit Al₄(OH)₈[Si₄O₁₀] lub Al₂O₃ 2SiO₂ 2H₂O

Cechy:

• pakiet dwuwarstwowy typ 1:1

• powstaje w procesie kaolinityzacji

• twardość 2-2,5

• połysk ziemisty, szklisty

• barwa biała, zielonkawa; rysa biała

• łupliwość doskonała jednokierunkowa

• illit (K,H₃O)₂Al₃(Fe,Mg)[AlSi₇O₂₀](OH)₄

Cechy:

• pakiet trójwarstwowy 2:1

• twardość 1-2

• barwa biała, szarą, brunatną; rysa biała

• połysk perłowy

• montmorylonit

Cechy:

• pakiet trójwarstwowy 2:1

• twardość 1-2

• barwa biała, zielonkawa, żółta, czerwonobrunatna

• połysk ziemisty

• kurczliwe, plastyczne

Minerały skał metamorficznych

• talk Mg₃(OH)₂[Si₄O₁₀] uwodniony krzemian magnezu (pakiet 2:1)

Cechy:

• twardość 1

• barwa biała, zielona, brunatna

• łupliwość doskonała

• w dotyku tłusty

• chloryt (Mg,Fe,Al)₆[(OH)₈(Al,Si)₄O₁₀] - uwodnione krzemiany pakietowe

Cechy:

• twardość 2-3

• barwa butelkowozielona, czarny; rysa zielona

• łupliwość doskonała jednokierunkowa

• serpentyn (serpentyn płytkowy, włóknisty)

Cechy:

• twardość 2-3,5

• barwa biały, ciemno zielony

• połysk szklisty, jedwabisty

• łupliwość doskonała

• grafit C

Cechy:

• twardość 1

• barwa czarny, stalowoszary

• połysk metaliczny, matowy

• cyjanit Al₂SiO₅ (dysten) krzemian glinowy

Cechy:

• twardość

• barwa: niebieski, biały, szary

• połysk szklisty, perłowy

• odporny na wietrzenie

5

---