Mineraalid: definitsioon, omadused, liigid ja levinumad näited
Avasta mineraalid: definitsioon, omadused, liigid ja levinumad näited. Õpi kristallstruktuuridest, tekkemehhanist ja tuntumatest mineraalidest nagu kvarts ja teised.
Mineraalid on ained, mis moodustuvad looduslikult Maal ja on kivimite ehitusplokid. Need on tavaliselt tahked, anorgaanilised, omavad korrapärast kristallstruktuuri ning tekivad looduslike geoloogiliste protsesside käigus. Mineraalide uurimist nimetatakse mineraloogiaks.
Definitsioon ja keemiline koostis
Mineraal on loomulik, tahke ja enamasti anorgaaniline aine, millel on kindel keemiline koostis või vahemik ning korduv kristallstruktuur. Mineraal võib koosneda ühest keemilisest elemendist (näiteks hõbe, kuld) või tavaliselt mitmeelemendilisest ühendist. Maailmas on tuhanded mineraaliliigid — rahvusvahelise mineraloogia liidu (IMA) tunnustatud liike on tänapäeval üle 5000, kuid teadus avastab ja kirjeldab pidevalt uusi liike.
Põhiomadused
- Kristallstruktuur: mineraalide aatomid paigutuvad korrapärases mustris, mis määrab kristallkuju.
- Keemiline koostis: infot annab koostis ja võimalikud koostise variatsioonid (isomorfne asend jt).
- Kõvadus: määratletakse Mohsi kõvadusskaalal (1–10).
- Läige: võib olla metalliline, klaasjas, siidine jne.
- Värvus ja triip (streak): värvus võib varieeruda, triip annab sageli usaldusväärsema identifikaatori.
- Murdumine ja kihilisus (cleavage): kuidas mineraal lõikub või praguneb.
- Tihedus (spetsiifiline mass): annab vihje koostisele (nt raskemetallidega mineraalid on tihedamad).
Moodustumisviisid
Mineraalid tekivad erinevate geoloogiliste protsesside kaudu:
- Magmaatilised protsessid: kristallumine sulast (erinevad kivimid, nt graniit kujunevad kristalliseerumise käigus).
- Metamorfsed protsessid: kõrge rõhu ja temperatuuri mõjul muutuvad olemasolevad mineraalid ning tekivad uued (nt mainingamase vormimuutused).
- Sedimentaarne sadestumine: mineraalid võivad tekkida veeaurust või lahustunud ainetest sadestumisel (nt kaltsiit, haliit).
- Hüdrotermilised protsessid: kuumad, mineraaliderikkad lahused täidavad pragusid ja moodustavad tšekklaike — sageli seonduvad sellega vääris- ja metallimineralid.
- Biogeensed protsessid: paljud organismid toodavad biominerale (nt kaltsiumkarbonaat), mis küll mõnikord eristuvad anorgaanilistest mineraalidest.
Peamised mineraaligrupid
Mineraale liigitatakse keemilise koostise ja struktuuri alusel. Olulisimad grupid on:
- Silikaadid: kõige arvukam grupp (sisaldavad Si ja O), näited: kvarts, feldspaadid, oliiviin.
- Karbonaadid: sisaldavad CO3-rühma (nt kaltsiit, dolomiit).
- Oksiidid ja hüdroksiidid: metall + O (nt magnetiit, biotiit hüdroksiidid).
- Sulfiidid: S ühendina metallidega (nt püriit, galeniit).
- Halogenaadid: sisaldavad halogeene (nt haliit ehk kivisool).
- Elementaalsed mineraalid: koosnevad ühest elementist (nt kuld, hõbe, grafiit, teemant).
Näited ja igapäevane tähendus
Kaks tavalist mineraali on kvarts ja maasik. Lisaks on levinud näiteks feldspaat, kaltsiit, püriit, vaariskivi (mitmesugused vääriskivid) ja eri tüüpi savimineraalid. Mineraalid on inimestele olulised mitmel viisil:
- Ehitusmaterjalid (nt liiv, mördi komponendid, lubjakivi).
- Tööstuslikud toorained (metallid, klaasi- ja keraamikatööstus, lubi).
- Energiatehnoloogia ja elektroonika (teatud mineraalid on olulised patareide, pooljuhtide ja muude seadmete jaoks).
- Ehted ja dekoratiivsed kivimid (teemandid, rubiinid, safirid, kvartsist vääriskivid).
Kuidas mineraale määratakse
Mineraali määramiseks kasutatakse mitmeid välitesti ja laborimeetodeid:
- Mohsi kõvadustest: lihtne välitest, mis teeb kindlaks, milliseid teisi aineid mineraal kriimustab.
- Triip: mineraali purustatud pealispinna värv tahvlil (streak) annab sageli usaldusväärsema tulemuse kui nähtav värvus.
- Kristallkuju ja kihilisus: vaatlus kristallograafiliste tunnuste järgi.
- Optilised omadused: polariseeriva mikroskoobi analüüs (kivimite ja mineraalide uurimiseks thin sections).
- Keemilised meetodid: XRD (risttahuka difraktsioon), SEM, EPMA ja muud analüüsid annavad täpset koostist ja struktuuri.
Majanduslik ja keskkonnaalane tähtsus
Mineraalide kaevandamine toetab suurt osa maailmamajandusest, kuid sellega kaasnevad keskkonna- ja sotsiaalsed väljakutsed: maapinna muutused, vee- ja õhusaaste ning kogukondade mõju. Tänapäeval rõhutatakse säästvat ja vastutustundlikku kaevandamist, ringlussevõttu ning eetiliste allikate tähtsust, eriti väärismetallide ja vääriskivide puhul.
Kokkuvõte
Mineraalid on looduse olulised koostisosad, mis moodustavad kivimeid ning varustavad inimkonda ehitus-, tööstus- ja kõrge tehnoloogia toorainetega. Nende uurimine annab teadmisi Maa ajaloost, protsessidest ja ressursside säästlikust kasutamisest.
Mineraalide sortiment.
Mineraalide omadused
Mineraal on aine, mis tavaliselt
- on anorgaaniline tahke aine (erandiks on elementaarne elavhõbe).p184
- omab kindlat keemilist koostist
- tavaliselt on kristallstruktuur; mõnel ei ole
- moodustub looduslikult geoloogiliste protsesside käigus
Üks hiljutine määratlus on:
"Mineraal on homogeenne (mis tähendab, et see koosneb ühesugustest osadest või elementidest) looduslikult esinev aine, millel on kindel, kuid mitte tingimata fikseeritud keemiline koostis. Enamik mineraale on korrapärase aatomi paigutusega tahked ained ja enamik neist on selle sõna keemilises tähenduses anorgaanilised".
Teise võimalusena on mineraal selline, mille Rahvusvaheline Mineraloogiline Assotsiatsioon on sellisena loetellu kandnud.
Mineraalid ja kivimid
Mineraalid erinevad kivimitest. Mineraal on keemiline ühend, millel on kindel koostis ja kindel kristallstruktuur. Kivim on ühe või mitme mineraali segu, mis koosneb erinevatest proportsioonidest.
Kivimil on ainult kaks omadust, mis on mineraalidel - see on tahke aine ja see moodustub looduslikult. Kivim sisaldab tavaliselt kahte või enamat liiki mineraale. Sama kivimitüübi kahes proovis võib olla eri liiki mineraale. Mineraalid koosnevad alati samadest materjalidest peaaegu ühesuguses vahekorras. Rubiin on mineraal. Seega on Indiast leitud rubiin sarnase koostisega kui Austraaliast leitud rubiin.
Looduses moodustatud
Mineraalid moodustuvad looduslike protsesside käigus. Mõned ained, millel on sama keemiline koostis kui mineraalidel, võivad elusolendid toota oma kestade või luude osana. Molluskite kestad koosnevad kas kaltsiidist või aragoniidist või mõlemast.
Traditsiooniliselt ei peeta elusolendite poolt toodetud kemikaale mineraalideks. Siiski on raske mõista, miks orgaanilist ainet ei tohiks nimetada mineraaliks, kui selle keemiline olemus ja kristalliline struktuur on identne selle anorgaanilise kaksikuga. See küsimus on praegu arutluse all: vt Railsbacki II osa.
Mineraalid moodustuvad mitmel viisil. Mineraal haliit, mida kasutatakse söögisoolana, tekib, kui vesi aurustub kuumas, madalas ookeaniosas, jättes maha selles sisalduva soola. Paljud mineraalid tekivad, kui sulanud kivim ehk magma jahtub ja muutub tahkeks. Talk, mineraal, mida saab kasutada beebipulbri valmistamiseks, tekib sügaval Maa sees, kui kõrge rõhu ja temperatuuri tõttu muutub tahke kivim.
Erakordne on see, et enamik mineraale on oma tekkepõhjuseks elu või vähemalt Suure Hapnikusündmuse ajal. "Tugevad mineraalid, mitte haprad orgaanilised jäänused, võivad anda kõige tugevamaid ja püsivamaid märke bioloogiast".
Soliidne
Mineraal on tahke aine - see tähendab, et tal on kindel ruumala ja ligikaudne kuju. Ruumala viitab objekti poolt hõivatud ruumi hulgale. Näiteks on golfipallil väiksem ruumala kui pesapallil ja pesapallil on väiksem ruumala kui korvpallil.
Aine, mis on vedelik või gaas, ei ole mineraal. Mõnel juhul on aga selle tahke vorm mineraal. Näiteks vedel vesi ei ole mineraal, kuid jää on.
Labradoriitmaardla, millel on tüüpiline labradoresksentsus
Esquel viil. Tegemist on kivirauast meteoriidiga, tüüp pallasit.
Korund
Füüsikalised omadused
Neid omadusi kasutatakse kõige sagedamini:
- Kristallstruktuur: vt allpool
- Kõvadus: Mohsi skaalal, kümnepallisel skaalal, mis ulatub kõige pehmemast, talkist, kõige kõvemini, teemantini.
- Lustre: välimus valguses
- Värv
- Triip: mineraali värvus, kui see on peeneks pulbriks jahvatatud. Katsetatakse sageli proovi hõõrudes klaasimata plaadil.
- Lõhestumine: kuidas mineraal lõheneb piki erinevaid tasandeid
- Murdumine: kuidas see murdub vastu oma loomulikku lõhestumistasandit.
- Spetsiifiline tihedus: tihedus võrreldes veega
- Muud omadused
Kristallstruktuur
Jääosakesed, mis moodustavad härmatise, on sileda ja tasase pinnaga. Need lamedad pinnad tekivad tänu aatomite paigutusele jääs, mis on mineraal. Selline sisemine paigutus on mineraalidele iseloomulik. See on kristalli struktuur, tahke aine, milles aatomid on paigutatud korrapäraselt korduvasse kolmemõõtmelisse mustrisse.
Igal mineraalil on oma tüüpi kristallstruktuur. Mõnel juhul on kahel mineraalil sama keemiline koostis, kuid erinev kristallstruktuur. Näiteks nii teemant kui ka grafiit koosnevad ainult ühest elemendist - süsinikust. Kuid süsiniku aatomite paigutus nendes kahes mineraalis ei ole sama, mistõttu on neil erinev kristallstruktuur ja väga erinevad omadused. Teemandid on äärmiselt kõvad ja säravad. Grafiit on pehme, hall ja tuhm.
Looduses on täiuslik kristall haruldane. Enamik kristalle on ebatäiusliku kujuga, sest nende kasvu piirasid teised kristallid, mis moodustusid nende kõrval.
Keemilised omadused
Kindel keemiline koostis
Igal mineraalil on kindel keemiline koostis: see koosneb teatavate elementide aatomite konkreetsest kombinatsioonist. Element on aine, mis sisaldab ainult ühte tüüpi aatomit.
Teadlased saavad mineraale nende keemilise koostise alusel rühmadesse liigitada. Kuigi erinevaid mineraale on tuhandeid, on maakoores levinud vaid umbes 30. Need 30 mineraali moodustavad enamiku maakoores leiduvatest kivimitest. Seetõttu nimetatakse neid kivimit moodustavateks mineraalideks.
- Silikaadid on kõige levinum rühm. Kõik selle rühma mineraalid sisaldavad hapnikku ja räni - kahte kõige levinumat elementi maakoores - üheskoos. Silikaadid võivad sisaldada ka muid elemente, nagu alumiinium, magneesium, raud ja kaltsium. Kvarts, maasik ja vilgukivi on tavalised silikaadid.
- Karbonaadid on teine kõige levinum kivimit moodustavate mineraalide rühm on karbonaadid. Kõik selle rühma mineraalid sisaldavad omavahel ühendatud süsinikku ja hapnikku. Kaltsiit, mis on levinud merekarpides, on karbonaatmineraal.
- Oksiidide hulka kuuluvad mineraalid, millest rafineeritakse enamik metalle, näiteks tina ja vask. Oksiid koosneb elemendi, tavaliselt metallist, mis on ühendatud hapnikuga. Sellesse rühma kuulub ka hepatiit, mis on raua allikas.
- Sulfaadid sisaldavad sulfaatrühma SO4 . Sulfaadid tekivad tavaliselt evaporiitides, kus väga soolane vesi aurustub aeglaselt, võimaldades sulfaatidel ja halogeniididel sadestuda seal, kus vesi aurustub. Sulfaadid tekivad ka seal, kus kuum vesi surutakse läbi kivimi, nagu geisrite puhul.
On palju muid mineraalide rühmi.
Brasiiliaaniit
Mõned mineraalide kasutusviisid
Inimesed kasutavad mineraale paljudel igapäevastel eesmärkidel. Iga kord, kui inimesed lülitavad sisse mikrolaineahju või televiisori, kasutatakse mineraale. Vask juhtmetes, mis kannavad elektrit masinasse, on valmistatud mineraalist. Lauasool ehk haliit on teine mineraal, mida inimesed kasutavad oma igapäevaelus.
- Grafiiti kasutatakse pliiatsite valmistamiseks
- Kivisoola kasutatakse toiduvalmistamisel
- Mineraalmaagid on metallide allikas.
Seotud leheküljed
- Mineraalide loetelu
Otsige