Mineralogi

Mineralogi ialah subjek geologi yang dikhususkan terhadap kajian saintifik kimia, struktur hablur dan sifat fizikal (termasuk optik) bagi mineral dan artifak bermineral. Kajian khusus dalam mineralogi termasuk proses asal dan pembentukan mineral, klasifikasi mineral, taburan geografinya, serta penggunaannya.

Sejarah 

Penulisan awal tentang mineralogi, terutamanya pada batu permata, berasal dari Babylonia purba, dunia Yunani-Rom purba, China purba dan zaman pertengahan, dan teks Sanskrit dari India purba dan dunia Islam awal. Buku mengenai subjek ini termasuk Naturalis Historia Plinius yang bukan sahaja menerangkan banyak mineral yang berbeza tetapi juga menerangkan banyak sifatnya, dan Kitab al-Jawahir (Buku Batu Berharga) oleh saintis Parsi, al-Biruni. Pakar Renaisans Jerman Georgius Agricola menulis karya seperti De re metallica (Perihal Logam, 1556) dan De Natura Fossilium (Perihal Sifat Batuan, 1546) yang memulakan pendekatan saintifik terhadap subjek tersebut. Kajian saintifik yang sistematik tentang mineral dan batu yang dibangunkan di Eropah selepas Renaisans. Kajian moden mineralogi diasaskan pada prinsip kristalografi (asal-usul kristalografi geometri, itu sendiri, boleh dikesan kembali kepada mineralogi yang diamalkan pada abad kelapan belas dan kesembilan belas) dan kepada kajian mikroskopik bahagian batu dengan penciptaan mikroskop pada abad ke-17.

Nicholas Steno pertama kali memerhatikan undang-undang ketekalan sudut antara muka (juga dikenali sebagai undang-undang pertama kristalografi) dalam kristal kuarza pada 1669. Ini kemudiannya digeneralisasikan dan ditubuhkan secara eksperimen oleh Jean-Baptiste L. Romé de l'Islee pada tahun 1783. René Just Haüy, "bapa kristalografi moden", menunjukkan bahawa kristal adalah berkala dan menetapkan bahawa orientasi muka kristal boleh dinyatakan dari segi nombor rasional, seperti yang kemudiannya dikodkan dalam indeks Miller. Pada 1814, Jöns Jacob Berzelius memperkenalkan klasifikasi mineral berdasarkan kimianya dan bukannya struktur kristalnya. William Nicol membangunkan prisma Nicol yang mempolarisasi cahaya, pada 1827–1828 semasa mengkaji kayu fosil; Henry Clifton Sorby menunjukkan bahawa bahagian nipis mineral boleh dikenal pasti dengan sifat optiknya menggunakan mikroskop polarisasi.James D. Dana menerbitkan edisi pertama A System of Mineralogy pada tahun 1837, dan dalam edisi kemudiannya memperkenalkan klasifikasi kimia yang masih menjadi piawai. Difraksi sinar-X telah ditunjukkan oleh Max von Laue pada 1912, dan dikembangkan menjadi alat untuk menganalisis struktur kristal mineral oleh pasukan bapa/anak William Henry Bragg dan William Lawrence Bragg.

Baru-baru ini, didorong oleh kemajuan dalam teknik eksperimen (seperti pembelauan neutron) dan kuasa pengiraan yang tersedia, yang terakhir telah membolehkan simulasi skala atom yang sangat tepat bagi tingkah laku kristal, sains telah bercabang untuk mempertimbangkan masalah yang lebih umum dalam bidang kimia tak organik dan fizik keadaan pepejal. Walau bagaimanapun, ia mengekalkan tumpuan pada struktur kristal yang biasa ditemui dalam mineral pembentuk batu (seperti perovskit, mineral tanah liat dan silikat rangka kerja). Khususnya, bidang ini telah membuat kemajuan besar dalam pemahaman tentang hubungan antara struktur skala atom mineral dan fungsinya; dalam alam semula jadi, contoh yang menonjol ialah pengukuran yang tepat dan ramalan sifat keanjalan mineral, yang telah membawa kepada pandangan baharu tentang kelakuan seismologi batuan dan ketakselanjaran berkaitan kedalaman dalam seismogram mantel Bumi. Dalam tujuan ini, dalam tumpuan mereka pada hubungan antara fenomena skala atom dan sifat makroskopik, sains mineral (seperti yang kini dikenali umum) memaparkan mungkin lebih bertindih dengan sains bahan daripada mana-mana disiplin lain.

Ciri-ciri fizikal 

Langkah awal dalam mengenal pasti mineral adalah untuk memeriksa sifat fizikalnya, kebanyakannya boleh diukur pada sampel tangan. Ini boleh dikelaskan kepada ketumpatan (sering diberikan sebagai graviti tentu); ukuran kesepaduan mekanikal (kekerasan, kekukuhan, belahan, patah, pemisahan); sifat visual makroskopik (kilauan, warna, coretan, pendar cahaya, darjat lutsinar); sifat magnet dan elektrik; radioaktiviti dan keterlarutan dalam hidrogen klorida (HCl).

Kekerasan ditentukan melalui perbandingan dengan mineral lain. Dalam skala Mohs, set piawai mineral dinomborkan mengikut urutan peningkatan kekerasan daripada 1 (talkum) kepada 10 (berlian). Mineral yang lebih keras akan mencalarkan yang lebih lembut, jadi mineral yang tidak diketahui boleh diletakkan dalam skala ini, berdasarkan mineral; mana yang mencalar dan dicalar. Beberapa mineral seperti kalsit dan kianit mempunyai kekerasan yang sangat bergantung pada arah. Kekerasan juga boleh diukur pada skala mutlak menggunakan sklerometer; berbanding dengan skala mutlak, skala Mohs adalah tidak linear.

Kekukuhan merujuk kepada cara mineral bertindak apabila ia pecah, hancur, bengkok atau koyak. Mineral boleh menjadi rapuh, mudah ditempa, sektil, mulur, lentur atau kenyal. Pengaruh penting pada ketabahan ialah jenis ikatan kimia (cth ionik atau logam).

Daripada ukuran kohesi mekanikal yang lain, belahan ialah kecenderungan untuk memecahkan sepanjang satah kristalografi tertentu. Ia diterangkan oleh kualiti (cth sempurna atau sebahagian) dan orientasi satah dalam tatanama kristalografi.

Pemisahan adalah kecenderungan untuk memecahkan sepanjang satah kelemahan akibat tekanan, berkembar atau pengurailarutan. Jika kedua-dua jenis patah ini tidak berlaku, patah ialah bentuk yang kurang teratur yang mungkin berbentuk konkoid (mempunyai lengkung licin menyerupai bahagian dalam cangkerang), berserabut, berserpihan, bergerigi (bergerigi dengan tepi tajam), atau tidak rata.

Jika mineral itu terhablur dengan baik, ia juga akan mempunyai tabiat kristal yang tersendiri (contohnya, heksagon, kolumnar, botrioid) yang mencerminkan struktur kristal atau susunan dalaman atom. Ia juga dipengaruhi oleh kecacatan kristal dan kembaran. Banyak kristal adalah polimorfik: mempunyai lebih daripada satu struktur kristal yang mungkin bergantung kepada faktor seperti tekanan dan suhu.

Struktur kristal 

Struktur kristal ialah susunan atom dalam kristal. Ia diwakili oleh kekisi titik yang mengulangi corak asas, dipanggil sel unit, dalam tiga dimensi. Kekisi boleh dicirikan oleh simetrinya dan oleh dimensi sel unit. Dimensi ini diwakili oleh tiga indeks Miller. Kekisi kekal tidak berubah oleh operasi simetri tertentu tentang mana-mana titik tertentu dalam kekisi: pantulan, putaran, penyongsangan dan penyongsangan berputar, gabungan putaran dan pantulan. Bersama-sama, mereka membentuk objek matematik yang dipanggil kumpulan titik kristalografi atau kelas kristal. Terdapat 32 kelas kristal yang mungkin. Selain itu, terdapat operasi yang menyesarkan semua titik: translasi, paksi skru dan satah luncur. Dalam kombinasi dengan simetri titik, mereka membentuk 230 kumpulan ruang yang mungkin.

Kebanyakan jabatan geologi mempunyai peralatan pembelauan serbuk sinar-X untuk menganalisis struktur kristal mineral. Sinar-X mempunyai panjang gelombang yang sama susunan magnitudnya dengan jarak antara atom. Pembelauan, gangguan tindihan membina dan memansuh antara gelombang yang bertaburan pada atom yang berbeza, membawa kepada corak tersendiri berkeamatan tinggi rendah yang bergantung pada geometri kristal. Dalam sampel yang dikisar menjadi serbuk, sinar-X mensampel taburan rawak semua orientasi kristal. Belauan serbuk boleh membezakan antara mineral yang mungkin kelihatan sama dalam sampel tangan, contohnya kuarza dan polimorf tridimit dan krstobalit.

Mineral isomorf daripada komposisi yang berbeza mempunyai corak pembelauan serbuk yang sama, perbezaan utama adalah dalam jarak dan keamatan garisan. Sebagai contoh, struktur kristal NaCl (halit) berupakan kumpulan ruang Fm3m; struktur ini dikongsi oleh silvit (KCl), periklase (MgO), bunsenit (NiO), galena (PbS), alabandit (MnS), klorargirit (AgCl), dan osbornit (TiN).

Unsur kimia 

Beberapa mineral adalah unsur kimia, termasuk sulfur, tembaga, perak dan emas, tetapi sebahagian besarnya ialah sebatian. Kaedah klasik untuk mengenal pasti komposisi ialah analisis kimia basah, yang melibatkan pelarutan mineral dalam asid seperti asid hidroklorik (HCl). Unsur-unsur dalam larutan kemudiannya dikenal pasti menggunakan kolorimetri, analisis volumetrik atau analisis gravimetrik.

Sejak tahun 1960, kebanyakan analisis kimia dilakukan menggunakan instrumen. Salah satu daripada ini, spektroskopi serapan atom, adalah serupa dengan kimia basah kerana sampel masih mesti dilarutkan, tetapi ia jauh lebih cepat dan lebih murah. Larutan diwap dan spektrum penyerapannya diukur dalam julat cahaya tampak dan ultraungu. Teknik lain ialah pendarfluor sinar-X, analisis mikroprob elektron tomografi prob atom dan spektrografi pancaran optik.

Optik 

Selain sifat makroskopik seperti warna atau kilauan, mineral mempunyai sifat yang memerlukan mikroskop polarisasi untuk diperhatikan.

Cahaya terpancar 
Apabila cahaya melalui udara atau vakum ke dalam kristal lutsinar, sebahagian daripadanya dipantulkan pada permukaan dan sebahagian lagi dibiaskan. Pembiasan ialah lenturan laluan cahaya yang berlaku kerana kelajuan cahaya berubah apabila ia masuk ke dalam kristal; hukum Snell mengaitkan sudut lentur dengan indeks biasan, nisbah kelajuan dalam vakum kepada kelajuan dalam hablur. Hablur yang kumpulan simetri titiknya jatuh dalam sistem padu adalah isotropik: indeks tidak bergantung pada arah. Semua hablur lain adalah anisotropik: cahaya yang melaluinya dipecahkan kepada dua sinar terkutub satah yang bergerak pada kelajuan yang berbeza dan membias pada sudut yang berbeza.

Mikroskop pengutub adalah serupa dengan mikroskop biasa, tetapi ia mempunyai dua penapis terpolarisasi satah, pengutub di bawah sampel dan penganalisis di atasnya, terpolarisasi berserenjang antara satu sama lain. Cahaya melalui berturut-turut melalui pengutub, sampel dan penganalisis. Jika tiada sampel, penganalisis menyekat semua cahaya daripada pengutub. Walau bagaimanapun, sampel anisotropik secara amnya akan mengubah polarisasi supaya sebahagian cahaya boleh melaluinya. Bahagian nipis dan serbuk boleh digunakan sebagai sampel.

Apabila kristal isotropik dilihat, ia kelihatan gelap kerana ia tidak mengubah polarisasi cahaya. Walau bagaimanapun, apabila ia direndam dalam cecair yang ditentukur dengan indeks biasan yang lebih rendah, dan mikroskop dibuang daripada fokus, garis terang yang dipanggil garis Becke muncul di sekeliling perimeter kristal. Dengan memerhatikan kehadiran atau ketiadaan garis sedemikian dalam cecair dengan indeks yang berbeza, indeks kristal boleh dianggarkan, biasanya dalam .

Sistematik 

Mineralogi sistematik ialah pengenalpastian dan pengelasan mineral mengikut sifatnya. Dari segi sejarah, mineralogi amat mementingkan taksonomi mineral pembentuk batu. Pada 1959, Persatuan Mineralogi Antarabangsa membentuk Suruhanjaya Mineral dan Nama Mineral Baharu untuk merasionalkan tatanama dan mengawal pengenalan nama baharu. Pada Julai 2006, ia telah digabungkan dengan Suruhanjaya Pengelasan Mineral untuk membentuk Suruhanjaya Mineral Baharu, Tatanama dan Pengelasan. Terdapat lebih 6,000 mineral bernama dan tidak dinamakan, dan kira-kira 100 ditemui setiap tahun. Manual Mineralogi meletakkan mineral dalam kelas berikut: unsur asli, sulfida, sulfosal, oksida dan hidroksida, halida, karbonat, nitrat dan borat, sulfat, kromat, molibdat dan tungstat, fosfat, arsenat dan vanadat dan silikat.

Persekitaran pembentukan 
Persekitaran pembentukan dan pertumbuhan mineral sangat pelbagai, bermula daripada penghabluran perlahan pada suhu tinggi dan tekanan leburan igneus jauh di dalam kerak Bumi kepada kerpasan suhu rendah daripada air garam masin di permukaan Bumi.

Pelbagai kaedah pembentukan yang mungkin termasuk:

 pemejalwapan daripada gas gunung berapi
 pemendapan daripada larutan akueus dan air garam hidroterma
 penghabluran daripada magma atau lava igneus
 penghabluran semula disebabkan oleh proses metamorfik dan metasomatisme
 penghabluran semasa diagenesis sedimen
 pembentukan melalui pengoksidaan dan luluhawa batuan yang terdedah kepada atmosfera atau dalam persekitaran tanah.

Biomineralogi 
Biomineralogi ialah bidang silang antara mineralogi, paleontologi dan biologi. Ia merupakan kajian tentang bagaimana tumbuhan dan haiwan menstabilkan mineral di bawah kawalan biologi, dan penjujukan penggantian mineral bagi mineral tersebut selepas pemendapan. Ia menggunakan teknik daripada mineralogi kimia, terutamanya kajian isotop, untuk menentukan perkara seperti bentuk pertumbuhan dalam tumbuhan dan haiwan hidup serta perkara seperti kandungan mineral asal fosil.

Pendekatan baharu kepada mineralogi yang dipanggil evolusi mineral meneroka evolusi bersama geosfera dan biosfera, termasuk peranan mineral dalam asal-usul kehidupan dan proses sebagai sintesis organik pemangkin mineral dan penjerapan terpilih molekul organik pada permukaan mineral.

Ekologi mineral 
Pada tahun 2011, beberapa penyelidik mula membangunkan Pangkalan Data Evolusi Mineral. Pangkalan data ini menyepadukan laman sumber orang ramai Mindat.org, yang mempunyai lebih 690,000 pasangan mineral-kedudukan, dengan senarai IMA rasmi mineral yang diluluskan dan data umur daripada penerbitan geologi.

Pangkalan data ini memungkinkan untuk menggunakan statistik untuk menjawab soalan baharu, pendekatan yang dipanggil ekologi mineral. Satu soalan sedemikian ialah berapa banyak evolusi mineral bersifat deterministik (dipengaruh) dan berapa banyak hasil bersifat kebetulan. Beberapa faktor adalah deterministik, seperti sifat kimia mineral dan keadaan dalam kestabilannya; tetapi mineralogi juga boleh dipengaruhi oleh proses yang menentukan komposisi planet. Dalam makalah 2015, Robert Hazen dan pengkaji lain menganalisis bilangan mineral yang melibatkan setiap unsur sebagai fungsi kelimpahannya. Mereka mendapati bahawa Bumi, dengan lebih 4800 mineral yang diketahui dan 72 unsur, mempunyai hubungan hukum kuasa. Bulan, dengan hanya 63 mineral dan 24 unsur (berdasarkan sampel yang lebih kecil) pada dasarnya mempunyai hubungan yang sama. Ini membayangkan bahawa, memandangkan komposisi kimia planet ini, seseorang boleh meramalkan mineral yang lebih biasa. Walau bagaimanapun, taburan diperoleh memiliki "ekor yang panjang"; 34% mineral telah ditemui hanya di satu atau dua lokasi. Model itu meramalkan bahawa beribu-ribu lagi spesies mineral mungkin belum ditemui, atau telah terbentuk tetapi kemudian hilang akibat hakisan, pengebumian atau proses lain. Ini membayangkan peranan peluang dalam pembentukan mineral langka.

Dalam penggunaan set data besar yang lain, teori rangkaian telah digunakan pada set data mineral karbon, mendedahkan corak baharu dalam kepelbagaian dan taburan. Analisis boleh menunjukkan mineral mana yang cenderung untuk wujud bersama dan apakah keadaan (geologi, fizikal, kimia dan biologi) yang dikaitkan dengannya. Maklumat ini boleh digunakan untuk meramalkan tempat untuk mencari deposit baharu dan juga spesies mineral baharu.

Kegunaan 
Mineral adalah penting untuk pelbagai keperluan dalam masyarakat manusia, seperti mineral yang digunakan sebagai bijih untuk komponen penting produk logam yang digunakan dalam pelbagai komoditi dan mesin, komponen penting untuk bahan binaan seperti batu kapur, marmar, granit, kerikil, kaca, plaster, simen dsb. Mineral juga digunakan dalam baja untuk memperkayakan pertumbuhan tanaman pertanian.
 Buy ks3 miner

Rujukan