علم المعادن mineralogy
المعدن:mineral
هي مادة صلبة متجانسة غير عضوية تكونت بفعل عوامل طبيعية.
ذات تركيب كيميائي مميز وترتيب ذري داخلي محدد ينعكس في نظام بلوري ثابت وصفات طبيعية مميزة.
الصفات الطبيعية للمعادنphysical properties of minerals
لكي تتعرف على المعدن وتميزه عن غير- في الحقل أو المعمل - يجب الإلمام ببعض الصفات الطبيعية والتي يمكن تلخيص أهما في ما يلي :
أولا: خواص بصرية optical properties :
وهذه الخواص وكما تدل التسمية تعتمد على الضوء ومن أمثلتها :
· اللون color
· البريق luster
· لون المسحوق أو المخدش streak
· الشفافية transparency
ثانيا: خواص تماسكية cohesive properties
وهذه الخواص تعتمد على مدى تماسك جزيئات مادة المعدن ومدى مرونتها ومن أمثلتها:
· الصلادة hardness
· الانفصام cleavage
· المكسر fracture
· التماسكية fenacity
ثالثا: خواص حسيةsense properties
وهذه الخواص تعتمد على بعض الحواس ومن أمثلتها:
· الرائحة odour
· اللمس feel
· المذاق taste
رابعا: الكثافة النوعية specific gravity
وهذه الصفة تعني كثافة المعدن منسوب إلى كثافة الماء.
خامسا : الصفات المغناطيسية magnetic properties والكهربائية electrical و الانصهارية fusitulity و الإشعاعية radioactive:
وهذه الخواص تتوقف على قابلية المعدن على المغنطه أو على التوصيل الكهربائية أو على الانصهار أو الإشعاع
سادسا : الذوبان في الماء solubility
أولا: الصفات المعتمدة على الخواص البصرية : optical properties
أ- اللون color
في الحقيقة إن لون المعدن هي الخاصية الأولى التي تلفت نظر الإنسان ويعتمد لون المعدن على قدرته على امتصاص بعض مكونات الضوء الأبيض وعكس البعض الأخر فيبدو المعدن الكبريتي اصفر اللون مثلا لأنه عكس موجات الأشعة الصفراء من مجموعة الموجات المكونة للضوء الأبيض. فإذا لم يكن هناك امتصاص للضوء فالمعدن يكون عديم اللون.
= ومن المعادن التي لها لون ثابت مميز(اخضر للملاكايت Malachite, ازرق للازورايتAzurite , واصفر ذهبي للكبريتPyrite ,اسود للجرافيت Graphyte,احمر للسينيبارcinnaber ).
= ومن المعادن التي ليس لها لون ثابت , أي أنها تظهر بألوان مختلفة. وسبب اختلف اللون للمعدن الواحد لاحتوائه على كميات متفاوتة من المواد(الشوائب) الملونة أو مواد دخيلة على تركيب المعدن الكيميائي. ومن أمثلتها المعروفة معدن الكوارتزQuartz .
فإذا كان معدن الكوارتز نقيا فيكون شفافا عديم اللون. وهناك أنواع عديدة غير نقيه من الكوارتز تظهر بألوان مختلفة مثل الكواترز الواردي Rose Quartz والتي تحتوي على شوائب من أكاسيد الحديد الأحمر إما الكوارتز البنفسجي اللونamethyst فانه يحتوي على شوائب أكسيد المغنيز البنفسجية اللون.
= هناك بعض الصفات المختلفة المتعلقة باللون لكنها محصورة منها:
1- لعب الألوان play of color وهو تغير لون المعدن بتغير الزاوية التي ينظر إليها ومن أمثلتها الموجودة في الماس Diamondو اللابرادوريت labrodorite .
2- اللألأة opalescence كما في معدن الأوبال Opal .
3- التضوءluminescence وهو إن يصدر المعدن ضوء وهاجا بلون معين قد يختلف عن لون المعدن الأصلي بعد تعرضع لطاقة خارجية مثل الأشعة فوق البنفسجية ومن أمثلة ذلك معدن الكالسيت Calicite.
4- الصدء tarnish وذلك بأن يتغطى المعدن بنواتج أكسدة مختلفة عن لون المعدن الأصلي .
ب- البريق Luster:
عبارة عن المظهر الذي يبديه سطح المعدن في الضوء المنعكس عليه ويمكن تقسيم البريق للمعادن إلى ثلاثة أنواع علما بأنه حد فاصل بينهما وهذه الأنواع هي:
1- البريق الفلزي ****llic Luster :
وهو البريق الذي تظهره المعادن الفلزية مثل : الذهب -الفضة -البلاتين وبعض المعادن الكبريتيديه تعطي هذا النوع مثل معدن (البيريت) و(الجالينا).
2- البريق تحت الفلزي Sulr****llic Luster:
وهذا البريق شبيه بالبريق الفلزي ولكنه اضعف منه وهو مميز في المعادن الاكسيديس مثل معدن الهيماتيت.
3-البريق اللافلزيNonmclattic Luster:
ويشمل هذا النوع من البريق المعادن الفاتحة اللون، والشفافة،ويكون مخدشها أما عديم اللون أو فاتح.
3-أ - بريق زجاجي: Glassy
يشبه بريق الزجاج مثل الكاوارتز Quartz.
3-ب - بريق لؤلؤيPearly:
يشبه لمعان اللؤلؤ مثل التلك أوالجبس Cypsum ،Talc.
3-جـ - بريق حريري: Silky
يشبه لمعان الحرير مثل الأسبسش Aasbestos المالاكايت Malachite.
3-د - بريق صمغي:.Resinous
يشبه اللمعان المنعكس من على سطح الصمغ والكهرمان مثل الكبيرت Sulfur السفاليرايت Sphaleritc.
3-هـ - بريق ماسي adonaxtine مثل الماس Diamond .
3-م - بريق زفتي pitchy مثل الباتشيلند pitchblends
3-ر- بريق ترابيearthy وهذا البريق عندما يكون سطح المعدن غير براق مثل البوكسيت , الكاولين
جــ -المخدش:streak
وتعرف بانها لون مسحوق المعدن
وخاصية المخدش تساعد كثيرا على المعادن التي تشترك في لون واحد.
فمثلا بعض عينات الماجنتيت mgnetite ومعدن الهيمالتيت hematite تكون سوداء اللون ولكن مخدشها يختلف حيث يكون الميجانتيت اسود ايضا في حين يكون مخدش الهيماتيت احمر (لا تستطيع الحصول على مخدش المعادن الصلبة أعلى من 6)لأنها لا تخدش لوحة الخزف لذا فخاصية المخدش معينة غالبا
في حالة المعادن ذات البريق الفلزي فقط ولا تعتمد عليها من التفرق بين المعادن ذات البريق اللافلزي.
د- الشفافية transparency
هي قدرة المعدن على تمرير الضوء من خلال سمك معقول منها.
= حيث يطلق على المعادن التي تسمح رؤية الأجسام من خلالها بوضوح تام اسم المعدن الشفاف transparent مثل معدن الكوارتز والجبس النقي.
= أما إذا ظهرت الأجسام خلف المعدن بصورة غير واضحة المعالم فيطلق على المعدن اسم نصف شفاف translucentمثل الكوراتز المدخن الأوبال والجبس.
= أما إذا كان المعدن لا يسمح بمرور الضوء بتاتاً فيطلق عليه اسم المعدن المعتم opaque مثل البيريت والجالينا والجرافيت.
ثانيا- الخواص التماسكية cohesive properties
أ- الصلادة hardness
هي عبارة عن مقدار المقاومة التي يبديها المعدن إذا ما تعرض إلى الخدش أو تآكل وهي من الصفات الفيزيائية المهمة المميزة لكثير من المعادن .
وقد اختار العالم النمساوي MOH عشرة معادن ورتبها ترتيب تصاعدي مبتدئا بالمعدن الأقل صلابة وهو معدن التلك وتنتهي بالمعدن الأصلب
وفي ما يلي مقياس موهس للصلادة :Moh's scale of hardness
1- التلك Talc
2- الجبس Gypsum
3- الكالسيت Calcite
4- الفلورايت Fluorite
5- الاباتيت Apatite
6- الارثوكليز Orthoclase
7- كوراتزQuartz
8- التوبازTopaz
9- الكورندوم Gorundum
10- الماسDiamond
وعادة ما نقوم بتحديد صلادة المعدن بصفه تقريبية باستخدام ظفر الإصبع (2.5).
أو قطعة النقود (3,5) أو قطعة الزجاج (5) أو سكين صلب (6,5) ويمكن بعد ذلك إختيار المعدن المناسب من المقياس لتحديد الصلادة بصورة أكثر دقة.
مثلاً معدن البيريت pyrite فنراه يخدش الاورتوكليز (6) ولكنه لا يخدش معدن الكوارتز (7) نستدل أن الصلادة هي ما بين 6 – 7 أي مقاربة إلى 6,5
ب- الانفصام cleavage
وهذه الخاصية هي عبارة عن قابلية المعدن على التشقق أو الانفصام بسهولة في اتجاهات معينة إذا ما طرق خفيف وينتج عنة هذه عملية التشقق سطوح جديدة تعرف بمستويات الانفصام (cleavage planes). وغالبا ما تكون أسطح الانفصام مستوية وملساء ومتوازية وتعكس مستويات الضعف الناتج عن وهي الروابط بين عناصر التركيب الذري الداخلي للمعدن.
وتنقسم المعادن في عدد مختلف من المستويات:
1- معادن ذات مستوى انفصام واحد مثل المايكا (Mica)
2- معادن ذات مستويين للانفصام مثل الهورنبلند (Hornblende)
3- معادن ذات ثلاث مستويات للانفصام متعامدة مثل الجالينا (Galena)
4- معادن بها أكثر من ثلاث مستويات (مثل 4 مثل الفولارايت او6 مثل الاسفاليريت)
5- معان ليس بها انفصام مثل الكوارتز والأولفين.
وينفصم المعدن نتيجة دقة أو ضغطة في اتجاه معين بواسطة نصل سكينه حاده وعندئذ يوصف تبعاً لصعوبة أو سهولة حدوث واكتمال الانفصام و كالآتي:
· انفصام كامل ( واضح ) perfect cleavage
· انفصام غير كامل (غير واضح) imperfect cleavage
- الانفصال parting
خاصية الانفصال تشبة خاصية الانفصام من أنها مستويات ضعف أيضا ولكنها تختلف عن الانفصام بأنها عموما لا تتكون نتيجة للبناء الذري الداخلي للمعدن بل لكون نتيجة لعوامل خارجية مثل الضغط وقد تكون لوجود شوائب داخل المعدن لذلك فان خاصية الانفصال لا تكون بأي حال من الأحوال من الصفات المميزة للمعدن .
ج - المكسر fracture
تعرف خاصية المكسر بأنها شكل أو هيئة السطح الناتج عن كسر المعدن في مستويات هي غير مستويات الانفصام والانفصال ، ويوصف المكسر بعدد من الأوصاف منها .
1- المكسر المحاري :''Conchoidal''
وفيه يشبة سطح المكسور خطوط النمو في أصداف المحارات حيث أنها تكون خطوط مقوسة تحيط بعضها وتشترك بمركز واحد مثل الصوان flink والاوبسيديان obsidian والكوارتز quarts.
2- المكسر المسنن Haclely :
حيث سطح المكسر مسنن وفيه حافات حادة ومدببة كما في حالة الخشب المكسور ومثال ذلك النحاس الطليق native copper
3- المكسر المستوي Even :
يبدو السطح مستويا تقريبا ويوجد هذا معادن قليله منها الجالينا galena .
4- المكسر غير المستوي :Uneven
عندما يظهر سطح المكسر غير منتظم أو غير مستوي - سطح خشن عليه بعض النتوءات - وهذه الخاصية منتشرة كثيرا في معظم المعادن.
5- المكسر التراب Earthy :
سطح غير منتظم يعطي بواسطة المعادن الترابية مثل الكاولين البوكسيت.
د- التماسكية Tenacity:
وهذه الخاصية هي مقاومة المعدن للطرق والكسر والطحن واللوي والسحب .
وتعتمد على قوت الترابط بين ذرات المعدن في تركيبه الداخلي.
1- قصيفه هش Brittle
حيث يتكسر المعدن بسهوله مثل الكبريت و الفلوريت .
2- لين Sectile
قابل للقطع بسكين مثل الجرافيت والجبس .
3- قابل للطرق والسحب Ductile :
حيث يمكن طرقه الى الوح الرقيقه او سحبه الى اسلاك مثل النحاس والذهب والفضة.
4- مرن Elastic:
يمكن تثنية ثم يعود إلى حالته الأولى بزوال المؤثر مثل البيوتايت والمسكوفيت و الإسبستس.
5- لدن Rlastic :
يمكن تثنية دون أن ينكسر ويستمر مثني بعد زوال المؤثر مثل التلك .
ثالثا: الخواص الحسية :Sence properties
هناك خواص تعتمد على حواس الإنسان ولو أنها ليست شائعة أو مميزه في كثير من الحالات إلا أنها تكون في بعض الحالات مميزة وتساعد على المتعرف على أنواع المعادن وهذه الصفات هي :
أ- الملمس Feel:
لبعض المعادن ملمس خاص يشعر به الإنسان ويمكن إن يميز هذه المعادن مثل:
1- الملمس الذهني ، أوالصابوني Soapy, Greasy مثل التلك Talc
2- الملمس البارد Cold مثل النحاس الطليق والفضة الطليقة.
3- الملمس الخشن Harsh مثل البوكسيت Bauxite
4- الملمس الناعم Smooth مثل الاوبال Opal
ب - الرائحة Odour
تعطي بعض المعادن رائحة خاصة عندما تتعرض للإحتكاك أو التسخين أو الطرق أو الترطيب بالماء .
1- رائحة طينية Argillaceows
مثل التي تنبعث من الكاولين kaolin عندما يبلل بالماء أو يتنفس عليه.
2- رائحة الثوم garlic smell
مثل التي تنبعث عن تسخين المعادن الحاوية للزرنيخ وعند طرق معدن الارزنيوبيريت arsenopyrite.
3- رائحة كبيريتيه sulphurous:
وتنبعث عن تسخين الكبريت أو الطرق على معادن الكبريتدات مثل البيريت pyrite.
4- رائحة قطرانية lituminous:
وتميز بعض المعادن ذات المحتوى العضوي .
5- رائحة عفنه fetial:
وهذه تنبعث من بعض الأحجار الجيرية عند تسخينها .
ج- المذاق Taste:
عدد من المعادن التي لها قابلية الذوبان بالماء تعطي طعم مميزا لها فهي تميز عدد قليلاً من المعادن ولا يجب عليك محاولة تذوق أي معدن ملون(اكثرها سام) فقط المعادن العديمة اللون أو البيضاء ومن أنواع المذاق المميز ما يلي:
1- مذاق ملحي saline مثل الهاليت Halite .
2- مذاق قلوي alkaline مثل النترون Natron
3- مذاق مرطب cooling مثل النيترانيت Ntratite
4- مذاق قايض astringent مثل الشب Alum
5- مذاق مر litter مثل الايسوميت Epsonite
رابعا: الكثافة النوعية specific Gravity :
هي تغير عن ثقل المعدن وتساوي نسبة وزن معين منه إلى وزن حجم مساو له من الماء وتتراوح الكثافة النوعية من حوالي 2جم/سم3 في الجرافيت إلى أكثر من 20 كجم / سم3 في البلاتين.
كثافة المعدن النوعية = وزن القطعة في الهواء / وزنها في الهواء - وزنها في الماء= ----- جم / سم3
حاول إن تدرب يدك على الكثافة النوعية التقريبية وباستخدام تغيرات بسيطة مثل:
خفيف light وكثافة بين 2-2.5 جم/ سم3 مثل الجرافيت
متوسط average وكثافة بين 2.6-3.5 جم/سم3 مثل الكالسيت
ثقيل heavy وكثافة بين 4.5-6 جم/سم3 مثل البارايت
ثقيل جداً very heavy وكثافة بين أكثر من 6 جم/سم3 مثل الجالينا
خامسا:
أ- الصفات المغناطيسية :Magnetic properties
كثير من المعادن خواص مغناطيسية مختلفة يمكن على أساسها فعلها مع بعضها من بعضها استخدام أجهزة خاصة، لكن في مجال دراستنا هنا نقتصر على استخدام المغناطيسية اليدوية العادية loar magnet - ومنه نجد إن معدن المجنتيت ينجذب إلى المغناطيس يجدب أيضا براده الحديد او فتاتا مع نفس المعدن .
أما المعادن الأخرى فلا ينجذب منها للمغناطيس الابيروتيت pyrrhotite ونستخدم هذه الخاصية في التفريق بينه وبين البيريت والجديد بالذكر بان هناك نوعية من المجنتيت تسمى لودستون lodestone تغير من المغانيط الطبيعية التي لها قوة جذب كبيرة ولها أقطاب المغناطيس الحقيقي .
ب- الصفات الكهربائية Electrical properties:
بعض المعادن جيدة التوصيل للكهرباء مثل ( النحاس- الذهب - الفضة- معادن الكبريتيدات )، وبعضها ردئ( معادن السيليكات).
ج- النشاط الاشعاعي Radioactivity :
تمتاز معادن اليورانيوم - والتوريوم بصفة خاصة بإطلاق نشاط إشعاعي يمكن تسجيله باستخدام أجهزه خاصة.
د- درجة الإنصهار والقابلية للصهر Fusilility :
ونستخدم هذه الصفة لتمييز بعض المعادن للفلزات
فمن المعروف ان الفضة تنصهر عند 900درجة مئوية والذهب عند 1062درجة مئوية والبلاتين عند 1755 درجة مئوية.
سادسا: الذوبان في الماء :Solubility
بعض المعادن يمكنها الذوبان في الماء
والبعض الأخر لا يمكنه الذوبان في الماء.
يختزن باطن الأرض الكثير من المعادن المختلفة التي تعتبر أساسية في الصناعة المعدنية وتنتشر هذه المعادن على شكل فلزات ممزوجة بمواد أخرى كالكبريت أو الكلور أو الأكسجين الخ … كما قد تكون عروقاً صافية .
وقد تبين لنا أن ما يطلق عليه اسم الصخور هو مجموعات من المواد المعدنية التي تكون القشرة الأرضية .
مع أنه توجد صخور كثيرة تتكون من مادة معدنية واحدة مثل تلك التي توجد بكثرة في منطقة جبال الألب والتي تعطينا الرخام الأبيض فهي تتكون من معدن واحد هو الكالسيت . ومجموعة جبال الدولوميت في شمال إيطاليا تتكون من صخور مركبة هي الأخرى من معدن الدوولوميت . وهذه الصخور تعرف باسم (( الصخور البسيطة )) .
وعلم المعادن هو العلم الذي يهتم بدراسة المعادن التي توجد بحالتها الطبيعية داخل القشرة الأرضية . كما يبحث هذا العلم في خصائص المعادن ويعمل على الكشف عنهما وتحليل العينات تحليلاً دقيقاً للكشف عن تركيبها وخصائصها الطبيعية والكيميائية وغيرها …
وتتكون المعادن من عنصر كيميائي واحد هو أحد أقسام التبويب الشهير المعروف باسم (( جدول مندليف )) . على أنه من النادر أن نجد أياً منهما في عزلة أو في حالة نقاء خالص . إذ غالباً ما نجدها مختلفة بعناصر أخرى من الركائز نفسها ، حتى إذا عثرنا عليها نقية أو بها نسبة ضئيلة جداً من الشوائب فإننا نطلق عليها اسم (( العنصر الخالص )) .
الاملاح المعدنية ذات أهمية كبيرة في نمو انواع من خلايا جسم الانسان ، فهي تدخل في بناء العظام ، وتساعد في إنقباض و إنبساط العضلات ، و تنظيم التوازن الأزموزي داخل وخارج خلايا الجسم ، وتشمل أملاح الصويوم و البوتاسيوم و الماغنيسيوم و الحديد والفسفور ، ويحتاجها الجسم بكميات كبيرة ، وهناك أملاح يحتاجها الجسم بكميات قليلة ، وتشمل : النحاس ، اليود ، الزنك ، الكوبالت ، المنجنيز ، الفلور ، و الكبريت ، وتوجد في الماء وبعض الأنواع من الخضراوات و الفاكهة .
وظائف الأملاح المعدنية
تؤدي الأملاح المعدنية وظائف هامة وحيوية بالنسبة للجسم يمكن تلخيصها فيما يلي :
- تكوين العظام و الاسنان : مثل كالسيوم ، ماغنسيوم ، فوسفور
- تدخل في تكوين الانسجة الرخوة : كالفسفور في الأنسجة العصبية و الكبريت في الأنسجة العضلية
- تدخل في تكوين الهرمونات و الإنزيمات و الفيتامينات : وتعمل على تنشيطها ، كالزنك الذي يدخل في تكوين الأنسولين و الكوبالت في فيتامين ب12 ، والحديد في خضاب الدم
- تنظيم انتقال النبضات العصبية في الجهاز العصبي المركزي وكذلك تنظيم ضربات القلب : مثل الكالسيوم ، والبوتاسيوم
- تنظيم التوازن المائي داخل وخارج خلايا الجسم فتمنع الاصابة بالجفيف : كالصوديوم و البوتاسيوم
- ضبط التوازن الحمضي و القلوي ( ميزان حمضية و قلوية الدم ) ، الاس الهيدروجيني عند درجة مناسبة ، فلا يصاب الشخص بالحموضة أو القلوية .
معادن الأملاح :
• الكالسيت : تركيبه الكيميائي هوكربونات الكالسيوم ، درجة صلادته 3 ، كثافته النوعية 2.72غ/سم3 ، وهو عديم اللون وشفاف إذا كان أنواعه شفافية وثمناً ما يعرف (( ببلورات أيسلند ) وهي تستخدم في صناعة الأدوات البصرية بسبب ازدواجية انعكاساتها الضوئية ، أي أنها تعطي صورتين للشيء نفسه ، وهناك أنواع أخرى من الكالسيت تختلف في درجة نقاوتها ، مكا توجد جبال كاملة مكونة من الكالسيت . والواقع أن الرخام البلوري كاه يتكون من حبيبات الكاليست . كذلك الامر بالنسبة إلى الأعمدة الكلسية الصاعدة والهابطة الموجودة في المغاور والكهوف الباطنية .
زمن الكربونات الأخرى المهمة مربونات المغنيزيوم وكربونات الحديد وكربونات الزنك وتمكن أهميتها في كونها مصدراً للحصول على معادنها . وهناك أسضاص كربونات النحاس وهي أحجار كريمة تستخدم في الزينة
الكالسيت CaCo3 اكثر المعادن شيوعا فى الصخور الرسوبية ( صخور الحجر الجيرى ) بلورات المعدن من فصيلة الثلاثى وتكون على هيئة معينى الاوجة – صلادتة 3 والانفصام كامل معينى الاوجة. الكالسيت هو المكون الاساسى لصخور الرخام المتحولة عن الحجر الجيرى بالحرارة و الضغط الحيوانات البحرية وبعض الطحالب تستخدم الكالسيت فى بناء هياكلها الجيرية وترسبة بعد موتها فى قاع البحر ليكون صخر جيرى بة بقايا حفريات .
كتاب في علم البلورات
مخصص لمعلمي المدارس في جميع إنحاء العالم
المؤلف اليزابيث أ.د.Elizabeth. A . Wood 1972
ترجمة أ.د. كريمات السيد و أ.د. بشرى عوض
جامعة عين شمس – القاهرة – مصر
التيفاشي* كتابه (( أزهار الأفكار في جواهر الأحجار )) منهجا علميا لدراسة المعادن والأحجار الكريمة .
