Mineral

Mineral doğal şekilde oluşan, homojen, belirli kimyasal bileşime sahip inorganik kristalleşmiş katı bir maddedir. Buna göre minerallerin özelliklerini şöyledir; doğal olarak oluşur, herhangi bir parçası bütününün özelliklerini taşır, belirli bir kimyasal formülü vardır, katı halde olup nadiren sıvıdır ve inorganiktir.
Mineralojinin konusu doğal şekilde oluşan maddeleri ihtiva ettiği için bu bakımdan sınırlandırılmıştır. Teknolojinin ilerlemesiyle laboratuvarlarda sentetik olarak elde edilen kimyasal bileşikler mineral sayılmazlar. Bu yapay bileşikler halindeki katı maddelere doğada tabii halde rastlanmaz. Dolayısıyla da doğal şartlarda oluşturulamazlar. Bu tür katı maddelere "yapay mineraller" adı verilebilir. Yapay mineraller de tabii minerallerde olduğu gibi benzer kristal iç yapılarına sahiptir.
Minerallerin doğada veya deneysel olarak yapılan incelemelerde de gözlendiği gibi, oluşum şartları bunların belirli fizikokimyasal şartlarda (belirli sıcaklık ve basınç altında ve ortamın kimyasal durumu gibi) oluşurlar. Buradan mineralojinin bir amacının da minerallerin oluşturduğu yerkabuğunun kimyasal ve fiziksel yapısının öğrenilmesi, yerkabuğunun tarihinin bilinmesi ve yer altı kaynaklarından yararlanılması olduğunu anlıyoruz.
Mineraller belirli bir kimyasal bileşime sahiptirler. Her mineral ayrı bir kimyasal formül ile ifade edilir. Minerallerin kimyasal formülleri genellikle sabittir. Ancak belirli sınırlar içinde belirli kaidelerle değişebilir. Çok ender olarak saf elementler (altın, gümüş, bakır vs) şeklinde oluşan mineraller, yerkabuğunda meydana gelen doğal fizikokimyasal olayların ürünleridir.
Minerallerin bir diğer özelliği de inorganik oluşudur. Yerkabuğunda bulunan petrol, kömür, fosil ve reçine gibi maddeler mineralojinin kapsamına girmez. Ancak nadir de olsa kehribar gibi organik mineraller de vardır.
Minerallerin katı olmaları düzenli atomsal iç yapılı olduklarını gösterir. Mineral kristallerinin dış yapıları incelendiğinde düzgün geometrik dış şekilli oldukları görülür. Yine aynı şekilde iç yapılarının da düzgün olduğu görülür. Minerallerin "cıva" gibi sıvı olan tipleri de vardır.
Mineraller homojen yapılıdır. Alınan bir mineral örneğinin her tarafı aynı mineralden ibaret olmalıdır. Ancak her mineralde az veya çok yabancı mineral varlığı bulunur. Yabancı madde oranının çokluğu, mineralin özelliklerini değiştirir. Esasta; gözle görülebilen boyutta homojen olması basit tanımlama için yeterlidir.
Tanım
Temel tanım
Mineralin tanımı aşağıdaki kriterleri içerir:
Doğal bir süreçle oluşur. (Antropojenik bileşenler hariç tutulur)
Oda sıcaklığında kararlı, ya da yarı kararlıdır. (25 C). En basit mantıkla, bu mineralin katı olması gerektiği anlamına gelir. Bu istisnaların en klasik örnekleri, −39 C'de kristalleşen civa, ve sadece 0 C'de katılaşan buzdur. Çünkü bu iki mineral 1959'dan önce tanımlanmıştır. Bunlar Uluslararası Mineraloji Ortaklığı(IMA) tarafından muaf tutulmuşlardır. Modern ilerlemeler mineralojiyi de içeren kapsamlı sıvı kristal çalışmalarını da içerir.
Kimyasal bir formül tarafından temsil edilir. Mineraller kimyasal bileşenlerdir, ve bu bağlamda belli ya da değişken bir formülle tanımlanabilirler. Birçok mineral grupları ve türleri, katı çözümlerden oluşmaktadır: saf maddeler, kimyasal karışma ya da pislenme sebebiyle genellikle bulunmaz. Örneğin, olivin formülü katı bir, iki minal türü olan değişken bir formülle (Mg, Fe)2SiO4, tanımlanmıştır. (Belirli bir kimyasal formülle tanımlanan magnezyum zengin forsteritik olivin ve demir zengin fayalit)
Düzenli atomik bir diziliştedir. Bu genelde kristalleşme anlamına gelir; ancak kristaller aynı zamanda periodiktir. Bu yüzden daha geniş kriterler kullanılır. Düzenli atomik diziliş, çeşit çeşit makroskopik fiziksel özellikler ortaya çıkartır. Örneğin, kristal hal, sertlik ve yarılma.
Genellikle abiojeniktir (yaşayan organizmaların hareketlerinin sonucu olmayan). Biojenik maddeler özellikle UMO tarafından hariç tutulmuştur. "Biyojenik maddeler, jeolojik bir bileşen olmaksızın tamamen biyolojik süreçlerle üretilen kimyasal bileşiklerdir (örneğin, idrar taşları, bitki dokularındaki oksalat kristalleri, deniz yumuşakçalarının kabukları, vb.).) ve mineral olarak kabul edilmez. Bununla birlikte, bileşiğin oluşumunda jeolojik süreçler yer aldıysa, ürün bir mineral olarak kabul edilebilir."
İlk üç genel özellik son ikiliden daha az tartışılmaktadır.
Son gelişmeler
Mineral sınıflandırma şemaları ve tanımları mineral bilimindeki son gelişmelere uymak için evrilmektedir. Son değişiklikler hem Dana hem Stunz sınıflandırma şemalarında organik bir sınıfın eklenmesini içermektedir.
Organik sınıf, hidrokarbonlu nadir mineral grubunu içerir. IMA Yeni Mineraller Komisyonu ve "Mineral İsimler" 2009'da hiyerarşik bir şema kabul etmiştir. Yedi komisyon ve bu konuda çalışan dört grup yayımlanmış isimleriyle resmi şekilde listelemek üzere kurulmuştur. Bu yeni kurallara göre, " mineral türleri, kimya, kristal yapısı, oluşumu, birlikteliği, genetik tarihi veya kaynağı temel alınarak farklı şekillerde gruplandırılabilirler. Örneğin, amacına dayanarak sınıflandırma yapılabilir."
Ernest Nickel'in (1995) biyojenik maddelerin dışlanması evrensel olarak uygulanmamıştır. Örneğin Lowenstam (1981), "organizmaların, bazıları biyosferde inorganik olarak oluşturulamayan çeşitli bir mineral dizisi oluşturabildiğini belirtti."ayrım, bir sınıflandırma meselesidir ve minerallerin bileşenleri ile daha az ilgilidir. Skinner (2005) tüm katıları potansiyel mineraller olarak görür ve mineral krallığında, organizmaların metabolik aktiviteleri tarafından yaratılan biyomateryalleri içerir. Skinner, bir mineral olarak "biyojeokimyasal süreçlerle oluşan amorf veya kristalli element veya bileşiği" bir mineral olarak sınıflandırmak için önceki mineral tanımını genişletti.
Yüksek çözünürlüklü genetik ve X-ışını absorpsiyon spektroskopisi son gelişmeler nikel (1995) biyojenik mineral dışlama eskimiş ve Skinner (2005) biyojenik mineral dahil bir zorunluluk yapabilir mikroorganizmalar ve mineraller arasındaki biyojeokimyasal ilişkiler üzerinde bilgi sağlamaktadır. örneğin, IMA tarafından görevlendirilen "çevresel mineraloji ve Jeokimya Çalışma Grubu" hidrosfer, atmosfer ve biyosferdeki minerallerle ilgilenir grubun kapsamı mineral oluşturan mikroorganizmaları içerir, deniz tabanının en az 1600 metre altında ve stratosfere 70 kilometre (muhtemelen mezosfere giren) derinliklerine kadar dünyayı kapsayan neredeyse her kaya, toprak ve parçacık yüzeyinde var olan biyojeokimyasal döngüler milyarlarca yıldır minerallerin oluşumuna katkıda bulunmuştur.
Mikroorganizmalar metalleri çözeltiden çökeltebilir ve cevher yataklarının oluşumuna katkıda bulunur. Ayrıca minerallerin çözünmesini katalize edebilirler.
UMO'nun listelemesinden önce 60'ın üstünde biomineral keşfedilmiş, isimlendirilmiş ve yayımlanmıştı. Bu mineraller, Skinner'ın tanımına göre düzgün mineraller olarak tanımlanmıştır. Bu biomineraller, UMO'nun resmi mineral listesinde geçmemektedir ancak bu mineral temsilcilerin birçoğu Dana'nın sınıflandırma şemasında 78 mineral sınıfı arasında paylaştırılmıştır. Diğer nadir bir mineral sınıfı (öncelikle biolojik kökenli) hem sıvı hem kristal özelliklere sahip sıvı kristal mineralleri da içermektedir. Bugüne kadar 80.000'in üzerinde sıvı kristal bileşeni tanımlanmıştır.
Skinner'ın mineral tanımı, minerallerin kristal halde ya da amorf şekilde olmasını göz önüne alarak incelenmesi üzerinedir.(Sıvı kristaller amorf şekilde olanlara dahildir). Biomineraller ve sıvı mineraller en yayın mineral hali olmasa bile, düzgün mineralin oluşumundaki limiti tanımlamamızda bize yardımcı olur. Nickel'in resmi tanımı bir şeyin mineral olarak tanımlanmasını kristalliğine bağlı olduğunu özellikle belirtmiştir.
Kayalar, cevherler, mücevherler
Mineraller kayalara eşdeğer değildir. Taş birden fazla mineralin ya da mineraloidin bütünüdür. Kireçtaşı veya kuvarsit gibi bazı kayaçlar, öncelikle kireçtaşı durumunda mineral kalsit veya aragonit ve ikinci durumda kuvarstan oluşur. Diğer kayalar temel minerallerin göreceli bollukları ile tanımlanabilir; granit kuvars, alkali feldispat ve plajiyoklaz feldispat oranları ile tanımlanır. Diğer bazı taşlar ise oluşturan minerallerden çoğunlukta olan ile tanımlanır. Mesela granit, kuvarslar, alkali feldispat, ve plajiyoklasların birleşiminden oluşur. Taşlar aynı zamanda bütünüyle mineral olmayan malzemelerden oluşabilir; örneğin kömür genel olarak organik kökenli karbonun oluşturduğu bir tortuldur.
Taşlarda, bazı mineral grupları ve türleri diğerlerinden daha çoktur. bunlara taş-oluşturan mineraller adı verilir. Bunun en önemli örnekleri kuvarslar, feldispatlar, piroksenler, amfiboleler, kalsitler ve mikalardır. Kalsitler harici bütün bu mineraller silikattır. Toplamda 150 mineral, bolluğu ya da toplanması bağlamında estetik değeri gözetilmeden önemli kabul edilir.
Ticari olarak değerli kabul edilen mineraller endüstriyel kabul edilir. Örneğin muskovit ve beyaz mika pencerelerde dolgu ve yalıtkan maddesi olarak kullanılabilir.
Cevherler, belirli bir elementin tipik olarak metalin yüksek konsantrasyonuna sahip minerallerdir. Örnekleri cinnabar (HgS), cıva cevheri sfalerit (ZnS), çinko cevheri veya kalay cevheri olan kasiterittir (SnO2).
Değerli taşlar süs değeri olan minerallerdir ve güzelliği, dayanıklılığı ve nadirlikleri değersiz taşlardan ayrılırlar. En yaygın değerli taşların yaklaşık 35'ini oluşturan mücevher mineralleri olarak nitelendirilen yaklaşık 20 mineral türü vardır. Mücevher mineralleri genellikle birkaç çeşitte bulunur ve bu nedenle bir mineral birkaç farklı değerli taşı oluşturabilir, örneğin yakut ve safir hem korendon, hem de Al2O3'tür.
İsimlendirme ve sınıflandırma
Mineraller artan genellik sırasına göre çeşitliliğe, türe, seriye ve gruba göre sınıflandırılır. Temel tanım seviyesi, her biri diğerlerinden benzersiz kimyasal ve fiziksel özelliklerle ayırt edilen mineral türleridir. Örneğin kuvars SiO2 formülü ile ve onu aynı kimyasal formülle (polimorflar olarak adlandırılır) diğer minerallerden ayıran özel bir kristal yapısı ile tanımlanır. İki mineral türü arasında bir bileşim aralığı olduğunda, bir mineral serisi tanımlanır. Örneğin biyotit serisi, uç elemanların değişken miktarları filogopit, siderofilite, annite ve doğutonit ile temsil edilir. Buna karşılık mineral grubu, kristal yapıyı paylaşan bazı ortak kimyasal özellikleri olan bir mineral türü grubudur. Piroksen grubu genel olarak XY(Si, Al)2O6 formüllüdür ki burada X ve Y her ikisi de katyondur ve X genelde Y'den büyüktür; piroksenler, ortorombik veya monoklinik kristal sistemlerinde kristalleşen tek zincirli silikatlardır.
Bir başka mineral çeşidi ise renk veya kristal yapısı gibi bazı fiziksel özelliklere göre farklılık gösteren belirli mineral türüdür. Örneğin mor kuvars ametis bunların bir çeşitidir.
Dana ve Strunz, iki ortak sınıflandırması mineraller için kullanılır; her ikisi de özellikle önemli kimyasal gruplar ve yapı bakımından bir bileşime dayanır. 1837 yılında zamanının önde gelen jeoloğu James Dwight Dana ilk olarak Mineraloji Sistemini yayınlamış olup 1997 itibarıyla bu sistem sekizinci baskısını yapmıştır. Dana sınıflandırması mineral türüne dört bölümlü bir sayı atar. Sınıf numarası önemli kompozisyon gruplarına dayanır; tip, katyonların mineral içindeki anyonlara oranını verir ve son iki sayı mineralleri belirli bir tip veya sınıftaki yapısal benzerliğe göre gruplandırır.
Alman mineralog Karl Hugo Strunz için daha az kullanılan Strunz Sınıflandırması Dana sistemine dayanır ancak kimyasal bağların dağılımı ile ilgili olarak hem kimyasal hem de yapısal kriterleri birleştirir.
Ocak 2020 itibarıyla 5,562 mineral türü IMA tarafından onaylanmıştır. En yaygın olarak bir kişinin adını alır, ardından keşif yeri gelir; kimyasal bileşime veya fiziksel özelliklere dayanan isimler mineral adı etimolojilerinin diğer iki ana grubudur.
"Türler" kelimesi (Latince türlerden, "farklı bir görünüme veya görünüme sahip belirli bir tür, tür veya tür") , Systema Naturae'deki Carl Linnaeus'un sınıflandırma şemasından kaynaklanır. linnaeus, doğal dünyayı üç krallığa (bitkiler, hayvanlar ve mineraller) ayırdı ve her birini aynı hiyerarşili olarak sınıflandırdı. Azalan düzende bunlar filum, sınıf, düzen, familya, kabile, cins ve türlerdi.
Madde yapısı
Minerallerin bolluk ve çeşitliliği doğrudan kimyaları tarafından kontrol edilir ki bu da yeryüzündeki element bolluğuna bağlıdır. Gözlenen minerallerin çoğunluğu yerkabuğundan elde edilir. Sekiz element, kabuktaki bolluğu nedeniyle minerallerin temel bileşenlerinin çoğunu oluşturur. Kabuk ağırlığının% 98'inden fazlasını oluşturan bu sekiz element azalan bolluk sırasıyla şunlardır: oksijen, silikon, alüminyum, demir, magnezyum, kalsiyum, sodyum ve potasyum. Oksijen ve silikon en önemli iki maddedir - oksijen kabuğun ağırlığının % 47'sini silikon ise % 28'ini oluşturur.
Oluşan mineraller, ana gövdenin kütle kimyasının dayattığı sınırlar dahilinde, oluşum sıcaklığı ve basıncında en kararlı olanlardır. Örneğin, demir ve magnezyum açısından zengin bir magma, olivin ve piroksenler gibi mafik mineraller; aksine, daha silika açısından zengin bir magma, feldispatlar ve kuvars gibi daha fazla Si02 içeren mineraller oluşturmak için kristalleşir. Kireçtaşı, kalsit veya aragonitte (her ikisi de CaCO3 kaya kalsiyum ve karbonat açısından zengin olduğu için) oluşturur. Bir mineral kimyası toplu mineraller dışında verilen bir mineral toplu kimyası benzer olmayan bir kaya buldu olmayacak bir sonucudur. Örneğin kiyanit, Al 2 SiO 5 alüminyum açısından zengin şeylerin metamorfizminden formlar ; muhtemelen kuvarsit gibi alüminyum açısından fakir kayalarda meydana gelmez.
Kimyasal bileşim, katı çözelti serisinin son üye türleri arasında değişebilir. Örneğin plajiyoklaz feldispatlar, sodyum bakımından zengin son üye albitten (NaAlSi3O8) kalsiyum bakımından zengin anortite (CaAl2Si2O8), aralarında dört tanınmış ara çeşidi olan (sodyumdan kalsiyum açısından zengin): oligoklaz, andesin, labradorit ve bytownite serinin diğer örnekleri arasında magnezyum bakımından zengin forsterit ve demir bakımından zengin fayalit olivin serisi ve manganez bakımından zengin hübnerit ve demir bakımından zengin ferberit wolframit serisi bulunur.
Koordinasyon polyhedra, bir katyonun bir anyonla nasıl çevrildiğinin geometrik temsilleridir. Mineralojide, koordinasyon polyhedra genellikle kabuktaki bolluğu nedeniyle oksijen açısından düşünülür. Silikat minerallerinin ana birimi, dört O2− çevrelenmiş bir Si4 + olan silika tetrahedrondur. Silikatın koordinasyonunu tanımlamanın alternatif bir yolu bir sayıdır: silika tetrahedron durumunda, silikonun 4'lük bir koordinasyon sayısına sahip olduğu söylenir. Çeşitli katyonlar belirli bir olası koordinasyon sayılarına sahiptir; silikon için, bileşiğin, silikonun oksijen ile altı kat (oktahedral) koordinasyonda olduğu şekilde sıkıştırıldığı çok yüksek basınçlı mineraller hariç, hemen hemen her zaman 4'tür. Daha büyük katyonlar, oksijene kıyasla göreceli boyuttaki artış nedeniyle daha büyük bir koordinasyon sayılarına sahiptir (daha ağır atomların son orbitalalt kabuğu da farklıdır). Koordinasyon sayılarındaki değişiklikler fiziksel ve mineralojik farklılıklara yol açar; örneğin, mantoda olduğu gibi yüksek basınçta, birçok mineral, özellikle olivin ve granat gibi silikatlar, silikonun oktahedral koordinasyonda olduğu bir perovskit yapısına dönüşecektir. Diğer örnekler, Al3 + 'nın koordinasyon sayısına göre farklılık gösteren alüminosilikatlar kiyanit, andalusit ve sillimanittir (polimorflar, çünkü Al2SiO5 formülünü paylaşırlar); bu mineraller basınç ve sıcaklık değişimlerine tepki olarak birbirlerinden geçiş yaparlar. Silikat malzemeler söz konusu olduğunda, Si4 + 'ün Al3 + ile ikamesi, yükleri dengeleme ihtiyacı nedeniyle çeşitli minerallere izin verir.
Sıcaklık ve basınç ve bileşimdeki değişiklikler kaya örneğinin mineralojisini değiştirir. Bileşimdeki değişiklikler, hava koşulları veya metasomatizma (hidrotermal alterasyon) gibi işlemlerden kaynaklanabilir. Ana kaya farklı fiziksel rejimlere doğru tektonik veya magmatik hareket geçirdiğinde sıcaklık ve basınçtaki değişiklikler oluşur. Termodinamik değişiklikler koşullar, mineral topluluklarının yeni mineraller üretmek için birbirleriyle reaksiyona girmesini elverişli kılar; bu nedenle, iki kayanın benzer bir mineralojiye sahip olmadan aynı veya çok benzer bir toplu kaya kimyasına sahip olması mümkündür. Bu mineralojik değişim süreci kaya döngüsü ile ilgilidir. Mineral reaksiyon dizi örneği aşağıdaki gibidir.
Ortoklaz feldispat (KAlSi 3 O 8), plütonik bir magmatik kayaç olan granitte yaygın olarak bulunan bir mineraldir. Hava şartlarına maruz kalıyorsunuz, bir tortul mineral ve silisik asit olan kaolinit (Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 oluşturmak için reaksiyona girer)
2 KAlSi3O8 + 5 H2O + 2 H+ - Al2Si2O5(OH)4 + 4 H2SiO3 + 2 K+
Düşük dereceli metamorfik koşullar altında, kaolinit, pirofilit (Al 2 Si 4 O 10 (OH) 2 oluşturmak için kuvars ile reaksiyona girer):
Al2Si2O5(OH)4 + SiO2 - Al2Si4O10(OH)2 + H2O
Metamorfik derece arttıkça, pirofilit kiyanit ve kuvars oluşturmak için reaksiyona girer:
Al2Si4O10(OH)2 - Al2SiO5 + 3 SiO2 + H2O
Alternatif olarak bir mineral, reaksiyon yapmadan sıcaklık ve basınçtaki değişikliklerin bir sonucu olarak kristal yapısını değiştirebilir. Örneğin kuvars, yüksek sıcaklıklarda tridimit ve kristobalit ve yüksek basınçlarda koesit gibi çeşitli Si02 polimorflarına dönüşür. [56]
Fiziksel özellikler
Minerallerin sınıflandırılması basitten zora kadar değişir. Bir mineral birkaç fiziksel özellik ile tanımlanabilir, bazıları eşit konum olmadan tam tanımlama için yeterlidir. Diğer durumlarda, mineraller sadece daha karmaşık optik, kimyasal veya X-ışını kırınım analizi ile sınıflandırılabilir; bununla birlikte bu yöntemler maliyetli ve zaman alıcı olabilir.
Sınıflandırma için uygulanan fiziksel özellikler arasında kristal yapı ve alışkanlık, sertlik, parlaklık, şeffaflık, renk, çizgi, yarılma ve kırık ve özgül ağırlık yer alır. Diğer daha az genel testler arasında flüoresans, fosforesans, manyetizma, radyoaktivite, mukavemet (şekil veya formun mekanik kaynaklı değişikliklerine tepki), piezoelektriklik ve seyreltik asitlere reaktivite bulunmaktadır.
Kristal yapısı
Ana maddeler: Kristal sistemi ve kristal alışkanlığı