اللغة الرسمية في إثيوبيا. إثيوبيا: السكان والحكومة والعلوم والثقافة

المعادن الطبيعية والصناعية. المعادن الأولية والثانوية.

المعدنية (من ج.-القرن اللاتيني. منيرا - خام)- جسم طبيعي له تركيب كيميائي معين وتركيب بلوري، يتكون نتيجة عمليات فيزيائية وكيميائية طبيعية تحدث على السطح وفي أعماق الأرض والقمر والكواكب الأخرى، ويمتلك بعض الفيزيائية والميكانيكية والميكانيكية. الخواص الكيميائية؛ عادة ما يكون أحد المكونات الصخوروالخامات والنيازك. المعدن هو عادة مركب كيميائي طبيعي من العناصر، أو عنصر أصلي يتكون تحت ظروف بيئية فيزيائية وكيميائية معينة.

علم المعادن هو دراسة المعادن. يدرس علم المعادن التركيب والخواص الكيميائية والفيزيائية للمعادن وأصلها وعمليات التغير والتحول إلى معادن أخرى، وكذلك علاقات بعض المعادن مع غيرها في الرواسب المعدنية أو الصخور.

يعني مصطلح "المعدن" مادة بلورية صلبة طبيعية غير عضوية. ولكن في بعض الأحيان يتم النظر إليها في سياق أوسع، حيث يتم تصنيف بعض المنتجات العضوية وغير المتبلورة وغيرها من المنتجات الطبيعية على أنها معادن.

تعتبر المعادن أيضًا من بعض المواد الطبيعية الظروف العاديةالسوائل (على سبيل المثال، الزئبق الأصلي، الذي يصل إلى الحالة البلورية عند درجة حرارة منخفضة). وعلى العكس من ذلك، لا يصنف الماء كمعدن، باعتبار أنه حالة سائلة (ذوبان) للجليد المعدني.

غالبًا ما يتم تصنيف بعض المواد العضوية - الزيت والأسفلت والقار - عن طريق الخطأ على أنها معادن، أو يتم تصنيفها ضمن فئة خاصة "المعادن العضوية"، والتي تعتبر جدواها مثيرة للجدل إلى حد كبير.

بعض المعادن تكون في حالة غير متبلورة وليس لها بنية بلورية. المعادن التي لها الشكل الخارجي للبلورات، ولكنها في حالة غير متبلورة تشبه الزجاج، تسمى ميتاميكت. على سبيل المثال، ملح الطعام بلوري بشكل واضح، في حين أن الأوبال غير متبلور. في المعادن ذات البنية البلورية، توجد الجزيئات الأولية (الذرات والجزيئات) في اتجاه معين وعلى مسافة معينة من بعضها البعض، وتشكل شبكة بلورية. في مادة غير متبلورة، وتقع هذه الجزيئات بشكل عشوائي. تعتمد خصائصه الأساسية على التركيب الداخلي للمعدن (بلوري أو غير متبلور). الخصائص الفيزيائية(الصلابة، الانقسام، الهشاشة، الشكل الخارجي البلوري، إلخ). وهي بدورها من أهم الخصائص التشخيصية للمعادن.

يتم التعبير عن تكوين المعادن من خلال صيغتها الكيميائية - الكيميائية التجريبية وشبه التجريبية والبلورية. تعكس الصيغة التجريبية فقط العلاقة بين العناصر الفردية في المعادن. وفيه يتم ترتيب العناصر من اليسار إلى اليمين مع زيادة عدد مجموعاتها في الجدول الدوري، وبالنسبة لعناصر المجموعة الواحدة - مع انخفاض أرقامها التسلسلية، أي. مع زيادة خصائص قوتها.

حاليًا، تم العثور على أكثر من 3 آلاف معدن ودراستها في الطبيعة، لكنها ليست موزعة بالتساوي. يتم اكتشاف حوالي 30 نوعًا منها كل عام، منها بضع عشرات فقط منتشرة على نطاق واسع، والباقي نادر. والأكثر انتشارا هي المعادن التي تحتوي على الأكسجين والسيليكون والألمنيوم، حيث تسود هذه العناصر في القشرة الأرضية بنسبة 82.58٪.

تتم تسمية المعادن على اسم مكان اكتشافها الأول، تكريمًا لكبار علماء المعادن والجيولوجيين والعلماء من التخصصات الأخرى، وجامعي المعادن المشهورين، والرحالة، ورواد الفضاء، والشخصيات العامة والسياسية في الماضي والحاضر، وفقًا لبعض الخصائص الفيزيائية المميزة أو التركيب الكيميائي. يوصى بشكل خاص بالمبدأ الكيميائي الأخير، ومعظم المعادن المكتشفة في العقود الأخيرة تحمل معلومات حول تركيبها الكيميائي في الاسم نفسه.

وقد جرت بالفعل محاولات لتنظيم المعادن على أساس مختلف العالم القديم. في علم المعادن الحديث هناك العديد من المتغيرات المختلفة لتصنيف المعادن. تم بناء معظمها على مبدأ هيكلي كيميائي. يعتمد التصنيف الأكثر استخدامًا على التركيب الكيميائي والتركيب البلوري. غالبًا ما يكون للمواد التي لها نفس النوع الكيميائي بنية مماثلة، لذلك يتم تقسيم المعادن أولاً إلى فئات بناءً على التركيب الكيميائي، ثم إلى فئات فرعية بناءً على الخصائص الهيكلية.

يتم تصنيف المعادن اعتمادا على مصدرها. ابتدائي وثانوي.

تشمل المعادن الأولية تلك التي تكونت لأول مرة في القشرة الأرضية أو على سطحها أثناء تبلور الصهارة. تشمل المعادن الأساسية الأكثر شيوعًا الكوارتز والفلسبار والميكا، والتي تشكل الجرانيت أو الكبريت في الحفر البركانية.

تتشكل المعادن الثانوية في الظروف العادية من نواتج تدمير المعادن الأولية بسبب التجوية أو أثناء هطول الأمطار وبلورة الأملاح من المحاليل المائية أو نتيجة للنشاط الحيوي للكائنات الحية. وهي ملح المطبخ والجبس والسيلفيت وخام الحديد البني وغيرها.

بغض النظر عن مدى ثراء وتنوع عالم المعادن، فهو ليس كذلك دائمًا يمكنك الحصول عليهابالكمية الكافية والجودة المطلوبة. غالبًا ما لا يحتاج الناس إلى أي معادن فحسب، بل يحتاجون فقط إلى تلك التي تلبي المتطلبات المتزايدة باستمرار في مجالات الهندسة المعدنية والكهربائية والإذاعية والميكانيكية البصرية وصناعة الأجهزة الدقيقة وغيرها من الصناعات. متطلبات اقتصاد وطنيبالنسبة للمعادن، غالبًا ما تكون كبيرة جدًا: درجة عالية من النقاء الكيميائي، والشفافية، والقطع المثالي، وما إلى ذلك. وبالطبع، الطبيعة ليست دائمًا قادرة على تلبية هذه الطلبات. لذلك، دون أن يقتصر الأمر على استخراج المعادن الطبيعية، يبحث الإنسان باستمرار عن طرق ووسائل للحصول على معادن اصطناعية ليست أقل شأنا فحسب، بل تتفوق على المعادن الطبيعية في خصائصها. إن تطور العلوم والتكنولوجيا كل عام يسمح لنا بالتعمق في أسرار عالم المعادن. لقد تعلم الإنسان إنشاء معدات فريدة تجعل من الممكن الحصول على معادن ليست فقط أقل جودة من تلك التي ولدت في أعماق الأرض، ولكن أيضًا لإنتاج معادن جديدة غير معروفة سابقًا، وغالبًا ما تكون ذات خصائص قيمة ومبتكرة للغاية.

من خلال الوسائل الاصطناعية (طريقة التخليق) من الممكن الحصول على المعادن الموجودة في الظروف الطبيعية (الماس، اكسيد الالمونيوم، الكوارتز، الخ)، والمعادن التي لا تتواجد بشكل مستقل في الظروف الطبيعية (الأليت، البليت، الخ)، ولكن يتم تضمينها في المنتجات التقنية المختلفة مثل الأسمنت والحراريات وغيرها. حاليًا، تم الحصول على عدد من المعادن التي نادرًا ما توجد في الطبيعة ولكن لها خصائص قيمة (الفلوريت، اكسيد الالمونيوم، وما إلى ذلك) للأغراض الصناعية.

يمكن تقسيم طرق تصنيع المعادن الطبيعية إلى مجموعتين:

1) يتم التوليف تحت ظروف الضغط العادي.

2) يتم التوليف عند ضغوط مرتفعة.

حاليًا، يتم إنتاج المعادن الاصطناعية من خلال العمليات التالية:

1) تبلور الذوبان.

2) التفاعلات التي تشارك فيها مكونات الغاز؛

3) الحصول على المعادن بوجود المحاليل المائية.

4) الحصول على المعادن عن طريق التفاعل في وسط صلب.

زادت الأهمية العملية لتخليق المعادن بشكل كبير في السنوات الأخيرة. ومع ذلك، فإن أهمية المعادن الاصطناعية لا تزال صغيرة نسبيا. الدور الرئيسي ينتمي إلى المعادن الطبيعية - الموردين الرئيسيين للعديد من المعادن للصناعة

تم العثور على المعادن على نطاق واسع طلبالخامس العالم الحديث. يتم استخدام حوالي 15٪ من جميع أنواع المعادن المعروفة في التكنولوجيا والصناعة. المعادن ذات قيمة عملية كمصادر لجميع المعادن وغيرها العناصر الكيميائية(خامات المعادن الحديدية وغير الحديدية، والعناصر النادرة والنادرة، والخامات الزراعية، والمواد الخام الصناعة الكيميائية). تعتمد التطبيقات التقنية للعديد من المعادن على خصائصها الفيزيائية.

تُستخدم المعادن الصلبة (الماس، وأكسيد الألمونيوم، والعقيق، والعقيق، وما إلى ذلك) كمواد كاشطة ومضادة للمواد الكاشطة؛ المعادن ذات الخصائص الكهرضغطية (الكوارتز، وما إلى ذلك) - في الإلكترونيات الراديوية؛ الميكا (مسكوفيت، فلوجوبايت) - في الهندسة الكهربائية والراديو (بسبب خصائصها العازلة الكهربائية)؛

الأسبستوس - كعازل للحرارة.

التلك - في الطب ومواد التشحيم.

الكوارتز، الفلوريت، أيسلندا سبار - في البصريات؛

الكوارتز، الكاولينيت، الفلسبار البوتاسيوم، البيروفيليت - في السيراميك؛

المغنسيت، الفورستيريت - كما حراريات المغنيسيا، الخ.

عدد من المعادن هي الأحجار الكريمة وأحجار الزينة. في ممارسة الاستكشاف الجيولوجي، يتم استخدام التنقيب المعدني وتقييم الرواسب المعدنية على نطاق واسع.

تعتمد طرق تخصيب الخام وفصل المعادن وكذلك الطرق الجيوفيزيائية والجيوكيميائية للتنقيب واستكشاف الرواسب المعدنية على الاختلافات في الخواص الفيزيائية والكيميائية للمعادن (الكثافة والمغناطيسية والكهربائية والسطحية والإشعاعية والانارة وغيرها من الخواص) )، وكذلك على تباين الألوان.

يتم إجراء التوليف الصناعي لبلورات مفردة من نظائرها الاصطناعية لعدد من المعادن للإلكترونيات الراديوية والبصريات والمواد الكاشطة والمجوهرات على نطاق واسع.

حتى الآن، من المعروف أكثر من 4 آلاف المعادن. في كل عام، يتم اكتشاف عشرات الأنواع المعدنية الجديدة والعديد منها "مغلق" - مما يثبت عدم وجود مثل هذا المعدن.

أربعة آلاف معدن ليس كثيرًا مقارنة بعدد المركبات غير العضوية المعروفة (أكثر من مليون).

يمكن تقسيم جميع عمليات تكوين المعادن والصخور إلى ثلاث مجموعات:

أ. العمليات الداخلية (الداخلية)، أو، كما يطلق عليها غالبًا، عمليات الهيبوجين (العميقة) التي تحدث بسبب الطاقة الحرارية الداخلية للكرة الأرضية.

ب. العمليات الخارجية (الخارجية) أو المفرطة (السطحية) التي تحدث على سطح الأرض بشكل رئيسي تحت تأثير الطاقة الشمسية.

ب. العمليات المتحولة (المتحولة) المرتبطة بانحطاط الارتباطات المعدنية التي تكونت سابقًا (سواء الخارجية أو الداخلية) نتيجة للتغير الظروف الفيزيائية والكيميائيةومن بينها المكان الرئيسي الذي تحتله التغيرات في الضغط ودرجة الحرارة.

أنواع ومجموعات المعادن

المعادن: الخصائص العامة
"المعدني" هو جسم صلب يتكون من عناصر كيميائية ويمتلك عددًا من الخصائص الفيزيائية والكيميائية الفردية. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يتم تشكيله بشكل طبيعي فقط، تحت تأثير بعض العمليات الطبيعية. يمكن أن تتشكل المعادن إما من مواد بسيطة (أصلية) أو من مواد معقدة.

هناك مثل هذه العمليات التي تساهم في تكوينها:
نارية
الحرارية المائية
الرسوبية
المتحولة
بيولوجية
تسمى التجمعات الكبيرة من المعادن المجمعة في أنظمة واحدة بالصخور. ولذلك، لا ينبغي الخلط بين هذين المفهومين. معادن الصخوريتم استخراجها بدقة عن طريق سحق ومعالجة قطع كاملة من الصخور. قد يكون التركيب الكيميائي للمركبات المعنية مختلفًا ويحتوي على عدد كبير منمواد الشوائب المختلفة. ومع ذلك، هناك دائمًا شيء رئيسي واحد يهيمن على التشكيلة. ولذلك فهذا هو الحاسم، ولا تعتبر النجاسات.
هيكل المعادن
هيكل المعادن بلورية. هناك عدة خيارات للشبكات التي يمكن تمثيلها بها:
مكعب
سداسي الشكل
المعينية
رباعي الزوايا
أحادي الميل
ثلاثي الزوايا
ثلاثي الميل

يتم تصنيف هذه المركبات حسب التركيب الكيميائي للمادة المحددة.

أنواع المعادن
تصنيف يعكس الجزء الرئيسي من تركيبة المعدن.

أصلي أو مواد بسيطة. هذه أيضًا معادن. على سبيل المثال: الذهب والحديد والكربون على شكل الماس والفحم والجمرة الخبيثة والكبريت والفضة والسيلينيوم والكوبالت والنحاس والزرنيخ والبزموت وغيرها الكثير.

الهاليدات، والتي تشمل الكلوريدات والفلوريدات والبروميدات. على سبيل المثال: الملح الصخري (كلوريد الصوديوم) أو الهاليت، السيلفيت، الفلوريت.

أكاسيد وهيدروكسيدات. وتتكون من أكاسيد المعادن واللافلزات، أي عن طريق دمجها مع الأكسجين. تشمل هذه المجموعة المعادن - العقيق الأبيض، اكسيد الالمونيوم (روبي، الياقوت)، المغنتيت، الكوارتز، الهيماتيت، الروتيل، الكسيماتيت وغيرها.

النترات. على سبيل المثال: نترات البوتاسيوم والصوديوم.

بورات: الكالسيت البصري، الإريميفيت.

الكربونات هي أملاح حمض الكربونيك. وتضم هذه المجموعة المعادن التالية: الملكيت والأراجونيت والمغنسيت والحجر الجيري والطباشير والرخام وغيرها.

الكبريتات: الجبس، الباريت، السيلينيت.

التنغستات والموليبدات والكرومات والفانادات والزرنيخات والفوسفات - كل هذه أملاح للأحماض المقابلة التي تشكل معادن ذات هياكل مختلفة. الأسماء - النيفيلين والأباتيت وغيرها.

السيليكات. أملاح حمض السيليك التي تحتوي على مجموعة SiO4. على سبيل المثال: البريل، الفلسبار، التوباز، العقيق، الكاولينيت، التلك، التورمالين، الجاديت، اللازورد وغيرها.

ايضا وجد مركبات العضوية، وتشكيل الرواسب الطبيعية بأكملها. على سبيل المثال، الجفت والفحم والأوركيت والكالسيوم وأكسولات الحديد وغيرها. وكذلك العديد من الكربيدات ومبيدات السيليكات والفوسفيدات والنيتريدات.

العناصر الأصلية

هذه هي المعادن التي تتكون من مواد بسيطة.
على سبيل المثال:
الذهب على شكل رمل وشذرات وسبائك
الماس والجرافيت - تعديلات متآصلة شعرية الكريستالكربون
نحاس
فضة
حديد
الكبريت
مجموعة معادن البلاتين

غالبًا ما توجد هذه المواد على شكل مجاميع كبيرة مع معادن أخرى وقطع من الصخور والخامات. استخراجها واستخدامها في الصناعة مهم. إنها الأساس، المادة الخام للحصول على المواد الأكثر منها مختلف البنودالأدوات المنزلية والتصاميم والديكورات والأجهزة وأكثر من ذلك بكثير.

الفوسفات والزرنيخات والفانادات
تشتمل هذه المجموعة على صخور ومعادن أغلبها ذات أصل خارجي، أي توجد في الطبقات الخارجية قشرة الأرض. يتكون الفوسفات فقط في الداخل. يوجد في الواقع الكثير من أملاح أحماض الفوسفوريك والزرنيخ والفاناديك. لكن بشكل عام نسبتهم في اللحاء قليلة.

البلورات الشائعة التي تنتمي إلى هذه المجموعة:

الأباتيت
فيفيانيت
لينداكريت
روزينيت
كارنوتيت
الباسكويت

كما ذكرنا سابقًا، تشكل هذه المعادن صخورًا ذات حجم مثير للإعجاب.

أكاسيد وهيدروكسيدات

تشمل هذه المجموعة من المعادن جميع الأكاسيد، البسيطة والمعقدة، والتي تتكون من المعادن واللافلزات والمركبات بين الفلزات والعناصر الانتقالية. وتبلغ النسبة الإجمالية لهذه المواد في القشرة الأرضية 5%. الاستثناء الوحيدوالذي يشير إلى السيليكات وليس إلى المجموعة المعنية هو أكسيد السيليكون SiO2 بجميع أصنافه.

الأكثر شيوعا:
الجرانيت
المغنتيت
الهيماتيت
إلمينيت
كولومبيت
الإسبنيل
جير
جيبسيت
رومانشيت
التهاب هولفرتيتيس
اكسيد الالمونيوم (الياقوت والياقوت)
البوكسيت

كربونات
تتضمن هذه الفئة من المعادن مجموعة واسعة إلى حد ما من الممثلين، والتي لها أهمية أيضًا أهمية عمليةلشخص.
الفئات الفرعية أو المجموعات:
الكالسيت
الدولوميت
أراغونيت
الملكيت
معادن الصودا
bastnäsite

تتضمن كل فئة فرعية من عدة وحدات إلى عشرات الممثلين. في المجموع هناك حوالي مائة كربونات معدنية مختلفة.

الأكثر شيوعا منهم:

رخام
حجر الكلس
الملكيت
الأباتيت
Siderite
سميثسونايت
المغنسيت
كربوناتيت وغيرها

يتم تقييم بعضها كمواد بناء شائعة ومهمة للغاية، ويستخدم البعض الآخر في صنع المجوهرات، ويستخدم البعض الآخر في التكنولوجيا. ومع ذلك، كلها مهمة.

السيليكات

المجموعة الأكثر تنوعاً من المعادن من حيث الأشكال الخارجية وعدد ممثليها. ويرجع هذا الاختلاف إلى حقيقة أن ذرات السيليكون، التي تشكل أساس تركيبها الكيميائي، قادرة على الاندماج لتكوين أنواع مختلفةهيكل، وتنسيق عدة ذرات الأكسجين حول نفسها.

وبالتالي، يمكن تشكيل الأنواع التالية من الهياكل:

جزيرة
سلسلة
الشريط
الورقية

وتشمل هذه:
التوباز
رمان
الكريسوبراسي
حجر الراين
أوبال
العقيق الأبيض وغيرها.
يتم استخدامها في المجوهرات ويتم تقييمها كهياكل متينة للاستخدام في التكنولوجيا.

معادن مهمة في الصناعة:
الداتونيت
أوليفين
مورمانيت
كريسوكول
يودياليت
البريل

المعادن- هذه أجسام طبيعية، متجانسة تقريبًا في التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية، تتشكل نتيجة للعمليات الفيزيائية والكيميائية على السطح أو في أعماق الأرض (أو الأجسام الكونية الأخرى)، بشكل أساسي عنصرالصخور والخامات والنيازك دون تدخل بشري في هذه العمليات.

وهذا هو الفرق بين المعادن والمنتجات الاصطناعية التي يتم الحصول عليها في المعامل والمصانع والمصانع.

تم العثور على أكثر من 3 آلاف معدن ودراستها في الطبيعة. حاليًا، يتم اكتشاف حوالي 30 نوعًا منها سنويًا، منها بضع عشرات فقط منتشرة على نطاق واسع، والباقي نادر.

يتم تصنيف المعادن وفقا لحالتها الفيزيائيةالصلبة (الكوارتز، الفلسبار، الميكا)، السائلة (الماء، الزيت، الزئبق الأصلي) والغازية (الهيدروجين، الأكسجين، ثاني أكسيد الكربون، كبريتيد الهيدروجين، إلخ). بعض المعادن، حسب الظروف، يمكن أن تكون سائلة أو صلبة (على سبيل المثال، الماء).

تنقسم المعادن حسب بنيتها الداخليةإلى بلوري (ملح المطبخ) وغير متبلور (أوبال). في المعادن ذات البنية البلورية، توجد الجزيئات الأولية (الذرات والجزيئات) في اتجاه معين وعلى مسافة معينة من بعضها البعض، وتشكل شبكة بلورية. في مادة غير متبلورة، وتقع هذه الجزيئات بشكل عشوائي.

تعتمد خصائصه الفيزيائية الأساسية (الصلابة، الانقسام، الشكل الخارجي البلوري، وما إلى ذلك) على البنية الداخلية للمعدن (بلوري أو غير متبلور).

اعتمادا على أصلها، يتم التمييز بين المعادن الأولية والثانوية.

هناك العديد من العمليات التي تؤدي إلى تكوين المعادن في الطبيعة.. تتميز العمليات التالية: الصهارة، والجينات الفائقة، أو المناخية، والمتحولة.

العملية الرئيسية هي الصهارة. ويرتبط بالتبريد والتمايز وبلورة الصهارة المنصهرة أثناء ضغوط مختلفةودرجة الحرارة. تتكون الصهارة بشكل رئيسي من المكونات الكيميائية التالية: Si02، Al203، FeO، CaO، MgO، K2O، كما تحتوي على مواد أخرى. مركبات كيميائية، ولكن بكميات أقل.

تتشكل المعادن بشكل رئيسي عند درجة حرارة 1000-1500 درجة مئوية وضغط يصل إلى عدة آلاف من الأجواء. تتشكل جميع الصخور البلورية الأولية من معادن ذات أصل ناري. المعادن التي يرتبط أصلها بالصهارة و الحرارة الداخليةتسمى الأرض الأولية. وتشمل هذه الفلسبار - أورثوكلاز، الألبيت، الأنورثيت، أورثوسيليكات - الزبرجد الزيتوني وغيرها.

تتشكل المعادن أيضًا من الغازات(المرحلة الغازية من الصهارة). وأكثرها شيوعًا هي البغماتيت، أو معادن الوريد، والأورثوكلاز مع الكوارتز، والميكروفلاين، والأباتيت، والمسكوفيت، والبيوتيت وغيرها الكثير. وتسمى هذه المعادن الهوائية.

من سائل الصهارة الساخن(المرحلة السائلة) تتشكل المعادن الحرارية المائية - البيريت والذهب والفضة وغيرها الكثير.

عمليات فرط الجيناتتحدث على سطح الأرض في الظروف العادية تحت تأثير الماء ودرجة الحرارة وعوامل أخرى. ونتيجة لذلك تذوب وتتحرك المركبات الكيميائية المختلفة وتظهر معادن جديدة (ثانوية) مثل السلفيت والكوارتز والكالسيت وخام الحديد البني والكاولينيت. تتشكل معادن دورة الجينات الفائقة عند ضغوط تصل إلى 1 ضغط جوي ودرجات حرارة أقل من 100 درجة مئوية. تركيبة عالية الجودةويعتمد توزيع هذه المعادن على سطح الأرض إلى حد ما على خطوط العرض الجغرافية. تجدر الإشارة إلى أن تحويل نفس المعدن في ظل ظروف مختلفة قد لا يتم بنفس الطريقة. على سبيل المثال، تتشكل الهيدروميكاس ليس فقط من الميكا، ولكن أيضًا بشكل مصطنع.

المادة الرئيسية لتكوين المعادن ذات الأصل الفائق الجينات هي الصخور الأولية التي تعرضت للتجوية أو تلك التي خضعت بالفعل لعملية تحول. وتشارك الكائنات الحية أيضًا في هذه العملية. معادن دورة الجينات الفائقة، التي تتشكل تحت تأثير العمليات الخارجية، هي جزء من الصخور الرسوبية والمكونة للتربة.

العمليات الخارجية لتكوين المعادنتحدث على سطح الأرض وفي القشرة الجوية. لتكوين المعادن ذات الأصل الخارجي، تعتبر عمليات التجوية الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية مهمة.

أثناء عملية التحول، تتشكل المعادن على أعماق كبيرة من سطح الأرض عندما تتغير الظروف الفيزيائية والكيميائية (درجة الحرارة، الضغط، تركيز المكونات النشطة كيميائيا). في ظل هذه الظروف، يحدث تحول العديد من المعادن الأولية والثانوية التي تم تشكيلها سابقا. من بينها، الأكثر شيوعا هي الهيماتيت، الجرافيت، الكوارتز، الهورنبلند، التلك وغيرها الكثير.

قد تكون مهتم ايضا ب:

المعادن والمعادن
المعادن هي تكوينات طبيعية صلبة تشكل جزءاً من صخور الأرض والقمر وبعض الكواكب الأخرى، وكذلك النيازك والكويكبات. المعادن، كقاعدة عامة، هي مواد بلورية متجانسة إلى حد ما مع بنية داخلية منظمة وتركيبة معينة، والتي يمكن التعبير عنها بصيغة كيميائية مناسبة. المعادن ليست خليطًا من جزيئات معدنية صغيرة، مثل الصنفرة (التي تتكون أساسًا من اكسيد الالمونيوم والمغنتيت) أو الليمونيت (مجموع من الجيوثيت وهيدروكسيدات الحديد الأخرى)، ولكنها أيضًا مركبات من عناصر ذات بنية غير منتظمة، مثل الزجاج البركاني (سبج، إلخ.) .). تعتبر المعادن عناصر كيميائية أو مركباتها تكونت نتيجة العمليات الطبيعية. وتستثنى من قائمة المعادن أهم أنواع المواد الخام المعدنية ذات الأصل العضوي مثل الفحم والنفط. علم المعادن هو علم المعادن وتصنيفها وتركيبها الكيميائي وخصائص وأنماط تركيبها (الهيكل) وأصلها وظروفها الطبيعية والتطبيق العملي. للحصول على تفسير أعمق للبنية الداخلية للمعادن وارتباطها بتاريخ الأرض، يشمل علم المعادن الرياضيات والفيزياء والكيمياء. ويستخدم البيانات الكمية إلى حد أكبر من العلوم الجيولوجية الأخرى، حيث أن التحليل الكيميائي الدقيق والقياسات الفيزيائية الدقيقة ضرورية لوصف المعادن بشكل مناسب.
تاريخ علم المعادن
تم استخدام رقائق الصوان ذات الحواف الحادة من قبل الإنسان البدائي كأدوات موجودة بالفعل في العصر الحجري القديم. فلينت (مجموعة متنوعة من الكوارتز الناعم) لفترة طويلةبقي المورد المعدني الرئيسي. في العصور القديمة، كانت المعادن الأخرى معروفة للإنسان أيضًا. تم استخدام بعضها، مثل الهيماتيت الكرزي، والجوثيت الأصفر البني، وأكاسيد المنغنيز السوداء، كدهانات للرسم على الصخور وطلاء الجسم، بينما تم استخدام البعض الآخر، مثل العنبر واليشم والذهب الأصلي، لصنع أشياء طقسية. والمجوهرات والتمائم. في مصر في فترة ما قبل الأسرات (5000-3000 قبل الميلاد) كانت العديد من المعادن معروفة بالفعل. تم استخدام النحاس الأصلي والذهب والفضة للزينة. وفي وقت لاحق إلى حد ما، بدأ صنع الأدوات والأسلحة من النحاس وسبائكه من البرونز. تم استخدام العديد من المعادن كأصباغ، والبعض الآخر للمجوهرات والخواتم (الفيروز، اليشم، الكريستال، العقيق الأبيض، الملكيت، العقيق، اللازورد والهيماتيت). في الوقت الحالي، تعمل المعادن كمصدر لإنتاج المعادن، ومواد البناء (الأسمنت، والجص، والزجاج، وما إلى ذلك)، والمواد الخام للصناعة الكيميائية، وما إلى ذلك. في أول أطروحة معروفة عن علم المعادن، بعنوان "على الحجارة"، بقلم تلميذ أرسطو، تم تقسيم المعادن اليونانية ثيوفراستوس (حوالي 372-287 ق.م. قبل الميلاد) إلى معادن وأتربة وأحجار. وبعد حوالي 400 سنة، بليني الأكبر (23-79 م) في خمسة أحدث الكتب تاريخ طبيعيلخص جميع المعلومات عن علم المعادن المتاحة في ذلك الوقت. في أوائل العصور الوسطى في البلدان الشرق العربيالذي اعتمد معرفة اليونان القديمة و الهند القديمةوازدهر العلم. قام العالم الموسوعي في آسيا الوسطى بيروني (973 - حوالي 1050) بتجميع أوصاف الأحجار الكريمة (علم المعادن) واخترع طريقة لقياسها بدقة جاذبية معينة. قدم عالم بارز آخر ابن سينا (ابن سينا) (980-1037) في أطروحته عن الحجارة تصنيفًا لجميع المعادن المعروفة، وقسمها إلى أربع فئات: الحجارة والأتربة، والوقود الأحفوري، والأملاح، والمعادن. في العصور الوسطى في أوروبا، تراكمت معلومات عملية حول المعادن. أصبح عمال المناجم والمنقبون، بحكم الضرورة، علماء معادن ممارسين ونقلوا خبرتهم ومعارفهم إلى الطلاب والمتدربين. كانت المجموعة الأولى من المعلومات الواقعية عن علم المعادن العملي والتعدين وعلم المعادن هي عمل ج. أجريكولا عن المعادن (De re Metalica)، الذي نُشر عام 1556. وبفضل هذه الأطروحة وعمل سابق عن طبيعة الحفريات (De natura Fossilium، 1546)، الذي يحتوي على تصنيف المعادن بناءً على خصائصها الفيزيائية، عُرف أجريكولا بأنه أبو علم المعادن. لمدة 300 عام بعد نشر أعمال أجريكولا، تم تخصيص البحث في مجال علم المعادن لدراسة البلورات الطبيعية. في عام 1669، قام عالم الطبيعة الدنماركي ن. ستينون، بتلخيص ملاحظاته لمئات بلورات الكوارتز، بتأسيس قانون ثبات الزوايا بين الوجوه البلورية. وبعد قرن من الزمان (1772) أكد روما دي ليسلي استنتاجات ستينون. في عام 1784، وضع الأباتي ر. جايوي الأساسات الأفكار الحديثةحول التركيب البلوري. في عام 1809، اخترع ولاستون مقياس الزوايا العاكس، مما جعل من الممكن إجراء قياسات أكثر دقة للزوايا بين وجوه البلورات، وفي عام 1812 طرح مفهوم الشبكة المكانية كقانون للبنية الداخلية للبلورات. في عام 1815، اقترح P. كوردييه الدراسة الخواص البصريةشظايا المعادن المسحوقة تحت المجهر. مزيد من التطويرترتبط الدراسات المجهرية باختراع دبليو. نيكول عام 1828 لجهاز لإنتاج الضوء المستقطب (منشور نيكول). تم تحسين المجهر المستقطب في عام 1849 على يد ج. سوربي، الذي طبقه على دراسة المقاطع الرقيقة الشفافة من الصخور. كانت هناك حاجة لتصنيف المعادن. في عام 1735، نشر سي. لينيوس كتابه "نظام الطبيعة" (Systema naturae)، الذي تم فيه تصنيف المعادن وفقًا للخصائص الخارجية، أي. تماما مثل النباتات والحيوانات. ثم اقترح العلماء السويديون - أ. كرونستيدت في عام 1757 وج. بيرسيليوس في عامي 1815 و1824 - عدة خيارات التصنيفات الكيميائيةالمعادن. تم إنشاء تصنيف بيرسيليوس الثاني، الذي قام بتعديله ك. راملسبيرج في 1841-1847، بعد أن استخدمه عالم المعادن الأمريكي ج. دانا كأساس للطبعة الثالثة من نظام دانا لعلم المعادن، 1850. مساهمة كبيرة في تطوير علم المعادن في 18 - تم تقديم النصف الأول من القرن التاسع عشر من قبل العلماء الألمان A. G. Werner و I. A. Breithaupt والروس - M. V. Lomonosov و V. M. Severgin. في النصف الثاني من القرن التاسع عشر ، أتاحت مجاهر الاستقطاب المحسنة ومقاييس الزوايا البصرية والأساليب التحليلية إمكانية ذلك للحصول على بيانات أكثر دقة عن الأنواع المعدنية الفردية. وعندما بدأت دراسة البلورات باستخدام تحليل الأشعة السينية، جاء فهم أعمق لبنية المعادن. وفي عام 1912، أنشأ الفيزيائي الألماني م. لاو تجريبيا تلك المعلومات حول البنية الداخلية لل يمكن الحصول على البلورات عن طريق تمرير الأشعة السينية من خلالها، وقد أحدثت هذه الطريقة ثورة في علم المعادن: فقد أصبح العلم الوصفي في الغالب أكثر دقة وتمكن علماء المعادن من الربط بين العناصر الفيزيائية والفيزيائية. الخواص الكيميائيةالمعادن مع بنيتها البلورية. في نهاية التاسع عشر - بداية القرن العشرين. تم تسهيل تطوير علم المعادن بشكل كبير من خلال عمل العلماء الروس البارزين N. I. Koksharov، V. I. Vernadsky، E. S. Fedorov، A. E. Fersman، A. K. Boldyrev وآخرون في النصف الثاني من القرن العشرين. اعتمد علم المعادن الجديد طرق البحثفيزياء الحالة الصلبة، على وجه الخصوص، التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء، وسلسلة كاملة من طرق الرنين (الرنين المغنطيسي الإلكتروني، ورنين جاما النووي، وما إلى ذلك)، والتحليل الطيفي للتألق، وما إلى ذلك، بالإضافة إلى أحدث الأساليب التحليلية، بما في ذلك تحليل المسبار الإلكتروني الدقيق، المجهر الإلكترونيبالاشتراك مع حيود الإلكترون، الخ. إن استخدام هذه الطرق يجعل من الممكن تحديد التركيب الكيميائي للمعادن "عند نقطة ما"، أي. على حبيبات المعادن الفردية، دراسة السمات الدقيقة لبنيتها البلورية، ومحتوى وتوزيع عناصر الشوائب، وطبيعة اللون والتألق. تنفيذ دقيق الطرق الفيزيائيةأنتجت الأبحاث ثورة حقيقية في علم المعادن. ترتبط أسماء العلماء الروس مثل N. V. Belov، D. S. Korzhinsky، D. P. Grigoriev، I. I. Shafranovsky وآخرون بهذه المرحلة من تطور علم المعادن.
الخصائص الرئيسية للمعادن
لفترة طويلة، كانت الخصائص الرئيسية للمعادن هي الشكل الخارجي لبلوراتها والرواسب الأخرى، بالإضافة إلى الخصائص الفيزيائية (اللون، واللمعان، والانقسام، والصلابة، والكثافة، وما إلى ذلك)، والتي لا تزال موجودة حتى اليوم. أهمية عظيمةفي وصفهم والتشخيص البصري (على وجه الخصوص، الميداني). وتعتمد هذه الخصائص، بالإضافة إلى الخصائص البصرية والكيميائية والكهربائية والمغناطيسية وغيرها، على التركيب الكيميائي والبنية الداخلية (البنية البلورية) للمعادن. تم الاعتراف بالدور الأساسي للكيمياء في علم المعادن بحلول منتصف القرن التاسع عشر، لكن أهمية البنية أصبحت واضحة فقط مع إدخال التصوير الشعاعي. تم تنفيذ أول فك تشفير للهياكل البلورية بالفعل في عام 1913 من قبل الفيزيائيين الإنجليز دبليو جي براج و دبليو إل براج. المعادن هي مركبات كيميائية (باستثناء العناصر الأصلية). ومع ذلك، فحتى العينات عديمة اللون والشفافة بصريًا من هذه المعادن تحتوي دائمًا على كميات صغيرة من الشوائب. تتكون المحاليل الطبيعية أو المصهورات التي تتبلور منها المعادن عادة من عناصر عديدة. أثناء تكوين المركبات، يمكن لعدد قليل من ذرات العناصر الأقل شيوعًا أن تحل محل ذرات العناصر الرئيسية. مثل هذا الاستبدال شائع جدًا لدرجة أن التركيب الكيميائي للعديد من المعادن نادرًا ما يقترب من تركيب المركب النقي. على سبيل المثال، يختلف تركيب معدن الأوليفين الشائع المكون للصخور ضمن تركيبات ما يسمى. الأعضاء النهائيون في السلسلة: من الفورستريت، سيليكات المغنيسيوم Mg2SiO4، إلى الفياليت، سيليكات الحديد Fe2SiO4. نسبة Mg:Si:O في المعدن الأول وFe:Si:O في المعدن الثاني هي 2:1:4. وفي الأوليفينات ذات التركيب المتوسط، تكون النسب هي نفسها، أي. (Mg + Fe): Si:O يساوي 2:1:4، والصيغة مكتوبة بالشكل (Mg,Fe)2SiO4. لو الكميات النسبيةومن المعروف أن المغنيسيوم والحديد يمكن أن ينعكس ذلك في الصيغة (Mg0.80Fe0.20)2SiO4، والتي يتبين منها أن 80% من ذرات المعدن ممثلة بالمغنيسيوم، و20% بالحديد.
بناء.جميع المعادن، باستثناء الماء (الذي - على عكس الجليد - لا يصنف عادة كمعادن) والزئبق، موجودة في درجات الحرارة العادية المواد الصلبة. ومع ذلك، إذا تم تبريد الماء والزئبق إلى حد كبير، فإنهما يتجمدان: الماء عند 0 درجة مئوية، والزئبق عند -39 درجة مئوية. عند درجات الحرارة هذه، تشكل جزيئات الماء وذرات الزئبق بنية بلورية منتظمة مميزة ثلاثية الأبعاد (مصطلحات "بلوري" "و"الصلبة")"V في هذه الحالةيعادل تقريبا). وبالتالي فإن المعادن هي مواد بلورية يتم تحديد خصائصها من خلال الترتيب الهندسي للذرات المكونة لها ونوع الرابطة الكيميائية بينها. تتكون خلية الوحدة (أصغر وحدة في البلورة) من ذرات مرتبة بانتظام ومتماسكة معًا الاتصالات الإلكترونية. هذه الخلايا الصغيرة، تتكرر إلى ما لا نهاية مساحة ثلاثية الأبعاد، تشكل بلورة. تختلف أحجام خلايا الوحدة في المعادن المختلفة وتعتمد على حجم الذرات وعددها وترتيبها النسبي داخل الخلية. يتم التعبير عن معلمات الخلية بالأنجستروم () أو النانومتر (1 = 10-8 سم = 0.1 نانومتر). يتم تجميع الخلايا الأولية للبلورة معًا بإحكام، بدون ثغرات، وتملأ الحجم وتشكل شبكة بلورية. يتم تقسيم البلورات على أساس تماثل وحدة الخلية التي تتميز بالعلاقة بين حوافها وزواياها. عادة ما يكون هناك 7 أنظمة (حسب زيادة التماثل): ثلاثي الميل، أحادي الميل، معيني، رباعي الزوايا، ثلاثي الزوايا، سداسي ومكعب (متساوي القياس). في بعض الأحيان لا يتم فصل الأنظمة المثلثية والسداسية ويتم وصفها معًا تحت اسم النظام السداسي. تنقسم Syngonies إلى 32 فئة بلورية (أنواع التناظر)، بما في ذلك 230 مجموعة فضائية. تم التعرف على هذه المجموعات لأول مرة في عام 1890 من قبل العالم الروسي إي إس فيدوروف. باستخدام تحليل حيود الأشعة السينية، يتم تحديد أبعاد خلية الوحدة للمعدن وتناغمه وفئة التناظر والمجموعة الفضائية، كما يتم فك البنية البلورية، أي. الترتيب المتبادلفي الفضاء ثلاثي الأبعاد للذرات التي تشكل خلية الوحدة.
الهندسة البلورية (المورفولوجية).
لقد جذبت البلورات ذات الحواف المسطحة والناعمة اللامعة انتباه الإنسان منذ فترة طويلة. منذ ظهور علم المعادن كعلم، أصبح علم البلورات الأساس لدراسة مورفولوجية وبنية المعادن. وقد وجد أن الوجوه البلورية لها ترتيب متماثل، مما يسمح بتخصيص البلورة لنظام معين، وأحيانا إلى إحدى الفئات (التناظر) (انظر أعلاه). أظهرت دراسات الأشعة السينية أن التماثل الخارجي للبلورات يتوافق مع الترتيب الداخلي المنتظم للذرات. تختلف أحجام البلورات المعدنية على نطاق واسع جدًا - من البلورات العملاقة التي تزن 5 أطنان (كتلة بلورة كوارتز جيدة التكوين من البرازيل) إلى صغيرة جدًا بحيث لا يمكن تمييز وجوهها إلا تحت المجهر الإلكتروني. قد يختلف الشكل البلوري لنفس المعدن قليلًا في العينات المختلفة؛ على سبيل المثال، تكون بلورات الكوارتز متساوية القياس أو حادة أو مسطحة تقريبًا. ومع ذلك، فإن جميع بلورات الكوارتز، الكبيرة والصغيرة، المدببة والمسطحة، تتشكل من خلال تكرار خلايا الوحدة المتطابقة. فإذا كانت هذه الخلايا موجهة في اتجاه معين، يكون للبلورة شكل ممدود، وإذا كانت في اتجاهين على حساب الثالث، فإن شكل البلورة يكون مجدولاً. منذ الزوايا بين الوجوه المقابلة لنفس البلورة لها قيمة ثابتةوهي خاصة بكل نوع من أنواع المعادن، وهذه الميزة تدخل بالضرورة ضمن خصائص المعدن. المعادن الممثلة ببلورات فردية جيدة القطع نادرة. في كثير من الأحيان تحدث في شكل حبيبات غير منتظمة أو مجموعات بلورية. في كثير من الأحيان يتميز المعدن بنوع معين من الركام، والذي يمكن أن يكون بمثابة ميزة تشخيصية. هناك عدة أنواع من الوحدات. تشبه التجمعات المتفرعة التغصنية أوراق السرخس أو الطحالب وهي مميزة، على سبيل المثال، للبيرولوسيت. الركام الليفي الذي يتكون من ألياف متوازية كثيفة يعتبر نموذجيًا لأسبست الكريسوتيل والأمفيبول. يتم إنشاء الركام الكولومورفي، الذي له سطح مستدير أملس، من ألياف تمتد بشكل قطري من مركز مشترك. الكتل الدائرية الكبيرة تكون خشاءية (الملكيت)، في حين أن الكتل الأصغر تكون على شكل كلية (الهيماتيت) أو على شكل عنب (سيلوميلان).
الركام المتقشر الذي يتكون من بلورات صغيرة تشبه الصفائح هو من سمات الميكا والباريت. الهوابط هي تكوينات بالتنقيط معلقة على شكل رقاقات ثلجية أو أنابيب أو مخاريط أو "ستائر" في الكهوف الكارستية. وهي تنشأ نتيجة تبخر المياه المعدنية التي تتسرب من خلال شقوق الحجر الجيري، وغالبا ما تتكون من الكالسيت (كربونات الكالسيوم) أو الأراغونيت. تم العثور على الأوليت، وهي مجاميع تتكون من كرات صغيرة وتشبه بيض السمك، في بعض الكالسيت (الحجر الجيري الزيتي)، والجيوثيت (خام الحديد الزيتي) وغيرها من التكوينات المماثلة.
الكيمياء البلورية
بعد تجميع البيانات الشعاعية ومقارنتها بالنتائج التحليلات الكيميائيةأصبح من الواضح أن خصائص التركيب البلوري للمعدن تعتمد على تركيبه الكيميائي. وهكذا تم وضع الأسس علم جديد- الكيمياء البلورية. يمكن تفسير العديد من خصائص المعادن التي تبدو غير مرتبطة من خلال أخذ تركيبها البلوري وتركيبها الكيميائي في الاعتبار. توجد بعض العناصر الكيميائية (الذهب، الفضة، النحاس) في السكان الأصليين، أي. شكل نقي. وهي مبنية من ذرات متعادلة كهربائيا (على عكس معظم المعادن التي تحمل ذراتها الشحنة الكهربائيةوتسمى الأيونات). الذرة التي تفتقر إلى الإلكترونات تكون مشحونة بشكل إيجابي وتسمى كاتيون. الذرة التي تحتوي على فائض من الإلكترونات لديها شحنة سالبةويسمى أنيون. يسمى التجاذب بين الأيونات المشحونة بشكل معاكس بالرابطة الأيونية ويعمل كقوة الربط الرئيسية في المعادن. مع نوع آخر من الروابط، تدور الإلكترونات الخارجية حول النوى في مدارات مشتركة، لتربط الذرات ببعضها البعض. الرابطة التساهمية هي أقوى أنواع الروابط. عادة ما تكون المعادن ذات الروابط التساهمية ذات صلابة عالية ونقاط انصهار (على سبيل المثال، الماس). هناك دور أصغر بكثير في المعادن تلعبه رابطة فان دير فال الضعيفة التي تحدث بين الوحدات الهيكلية المحايدة كهربائيًا. يتم توزيع طاقة الربط لهذه الوحدات الهيكلية (طبقات أو مجموعات الذرات) بشكل غير متساو. توفر رابطة فان دير فالس جاذبية بين المناطق المشحونة بشكل معاكس في المناطق الأكبر الوحدات الهيكلية. ويلاحظ هذا النوع من الروابط بين طبقات الجرافيت (أحد الأشكال الطبيعية للكربون)، والتي تتشكل بسبب الرابطة التساهمية القوية لذرات الكربون. بسبب الروابط الضعيفة بين الطبقات، يتمتع الجرافيت بصلابة منخفضة وانقسام مثالي جدًا، موازٍ للطبقات. لذلك، يتم استخدام الجرافيت كمادة تشحيم. تقترب الأيونات المشحونة بشكل متضاد من بعضها البعض إلى مسافة توازن فيها القوة التنافرية القوة الجاذبة. بالنسبة لأي زوج معين من الكاتيون والأنيون، فإن هذه المسافة الحرجة تساوي مجموع "نصف قطر" الأيونين. من خلال تحديد المسافات الحرجة بين الأيونات المختلفة، كان من الممكن تحديد حجم نصف قطر معظم الأيونات (بالنانومتر، نانومتر). وبما أن معظم المعادن تتميز بالروابط الأيونية، فيمكن تصور هياكلها على شكل كرات متلامسة. تعتمد هياكل البلورات الأيونية بشكل أساسي على حجم وعلامة الشحنة والأحجام النسبية للأيونات. وبما أن البلورة ككل محايدة كهربائيًا، فإن مجموع الشحنات الموجبة للأيونات يجب أن يكون مساويًا لمجموع الشحنات السالبة. في كلوريد الصوديوم (NaCl، معدن الهاليت)، يكون لكل أيون صوديوم شحنة +1، وكل أيون كلوريد -1 (الشكل 1)، أي. يتوافق كل أيون صوديوم مع أيون كلوريد واحد. ومع ذلك، في الفلوريت (فلوريد الكالسيوم، CaF2)، كل أيون كالسيوم لديه شحنة +2، وكل أيون فلوريد لديه شحنة -1. لذلك، للحفاظ على الحياد الكهربائي العام لأيونات الفلور، يجب أن تكون ضعف كمية أيونات الكالسيوم (الشكل 2).

تعتمد إمكانية إدراجها في بنية بلورية معينة أيضًا على حجم الأيونات. إذا كانت الأيونات بنفس الحجم ومعبأة بطريقة تجعل كل أيون يلامس 12 أيونًا آخر، فهي في حالة تنسيق مناسب. هناك طريقتان لتعبئة الكرات من نفس الحجم (الشكل 3): التعبئة الكثيفة المكعبة، في الحالة العامةمما يؤدي إلى تكوين بلورات متساوية القياس، وتعبئة متقاربة سداسية، وتشكيل بلورات سداسية. كقاعدة عامة، تكون الكاتيونات أصغر حجمًا من الأنيونات، ويتم التعبير عن أحجامها بأجزاء من نصف قطر الأنيون، مأخوذة كواحد. عادة يتم استخدام النسبة التي يتم الحصول عليها عن طريق قسمة نصف قطر الكاتيون على نصف قطر الأنيون. إذا كان الكاتيون أصغر قليلًا من الأنيونات التي يتحد معها، فمن الممكن أن يكون على اتصال بالأنيونات الثمانية المحيطة به، أو، كما يقال عادة، في تنسيق ثمانية أضعاف فيما يتعلق بالأنيونات الموجودة، لقد كان عند رؤوس المكعب المحيط به. يكون هذا التنسيق (يسمى أيضًا المكعب) مستقرًا عند نسب نصف القطر الأيونية من 1 إلى 0.732 (الشكل 4 أ). عند نسبة نصف قطر أيونية أصغر، لا يمكن تكديس ثمانية أنيونات لتلامس الكاتيون. في مثل هذه الحالات، تتيح هندسة التعبئة تنسيقًا سداسيًا للكاتيونات مع الأنيونات الموجودة عند ستة رؤوس للمجسم الثماني (الشكل 4ب)، والتي ستكون مستقرة عند نسب أنصاف أقطارها من 0.732 إلى 0.416. مع مزيد من الانخفاض في الحجم النسبي للكاتيون، يحدث الانتقال إلى التنسيق الرباعي أو الرباعي السطوح، المستقر عند نسب نصف القطر من 0.414 إلى 0.225 (الشكل 4ج)، ثم إلى التنسيق الثلاثي ضمن نسب نصف القطر من 0.225 إلى 0.155 (الشكل 4 ج). 4 ج) د) ومزدوج - بنسب نصف قطر أقل من 0.155 (الشكل 4، هـ). على الرغم من أن هناك عوامل أخرى تحدد أيضًا نوع التنسيق متعدد السطوح، إلا أن مبدأ نسبة نصف القطر الأيوني بالنسبة لمعظم المعادن هو أحد أهمها وسيلة فعالةالتنبؤ بالبنية البلورية.

يمكن أن يكون للمعادن ذات التركيبات الكيميائية المختلفة تمامًا هياكل متشابهة يمكن وصفها باستخدام نفس متعددات الوجوه التنسيقية. على سبيل المثال، في كلوريد الصوديوم NaCl، تكون نسبة نصف قطر أيون الصوديوم إلى نصف قطر أيون الكلور 0.535، مما يشير إلى تنسيق ثماني السطوح، أو ستة أضعاف. إذا تجمعت ستة أنيونات حول كل كاتيون، فمن أجل الحفاظ على نسبة 1:1 من الكاتيونات إلى الأنيون، يجب أن يكون هناك ستة كاتيونات حول كل أنيون. وينتج عن ذلك هيكل مكعب يعرف باسم هيكل نوع كلوريد الصوديوم. على الرغم من أن نصف القطر الأيوني للرصاص والكبريت يختلف بشكل حاد عن نصف القطر الأيوني للصوديوم والكلور، إلا أن نسبتهما تحدد أيضًا التنسيق السداسي، وبالتالي فإن PbS galena له بنية من نوع كلوريد الصوديوم، أي أن الهاليت والجالينا متساويان البنية. عادة ما تكون الشوائب في المعادن موجودة على شكل أيونات تحل محل تلك الموجودة في المعدن المضيف. تؤثر هذه البدائل بشكل كبير على أحجام الأيونات. إذا كان نصف قطر أيونين متساويين أو مختلفين بنسبة أقل من 15%، فمن السهل استبدالهما. إذا كان هذا الفرق 15-30%، يكون هذا الاستبدال محدودًا؛ مع وجود فرق يزيد عن 30%، يكون الاستبدال مستحيلًا عمليًا. هناك العديد من الأمثلة على أزواج من المعادن المتساوية البنية ذات التركيبات الكيميائية المتشابهة والتي يحدث بينها استبدال الأيونات. وبالتالي، فإن كربونات السدريت (FeCO3) والرودوكروسيت (MnCO3) لهما هياكل متشابهة، ويمكن للحديد والمنغنيز أن يحلا محل بعضهما البعض بأي نسبة، مما يشكل ما يسمى. حلول صلبة. هناك سلسلة مستمرة من المحاليل الصلبة بين هذين المعدنين. في أزواج أخرى من المعادن، الأيونات لديها إمكانيات محدودة للاستبدال المتبادل. وبما أن المعادن متعادلة كهربائياً، فإن شحنة الأيونات تؤثر أيضاً على استبدالها المتبادل. إذا حدث الاستبدال بأيون مشحون بشحنة معاكسة، فيجب إجراء استبدال ثانٍ في جزء ما من هذا الهيكل، حيث تعوض شحنة الأيون البديل انتهاك الحياد الكهربائي الناجم عن الأول. ويلاحظ هذا الاستبدال المترافق في الفلسبار - بلاجيوجلاز، عندما يحل الكالسيوم (Ca2+) محل الصوديوم (Na+) بتكوين سلسلة مستمرة من المحاليل الصلبة. يتم تعويض الشحنة الموجبة الزائدة الناتجة عن استبدال أيون Na+ بأيون Ca2+ عن طريق الاستبدال المتزامن للسيليكون (Si4+) مع الألومنيوم (Al3+) في المناطق المجاورة للهيكل.
الخصائص الفيزيائية للمعادن
على الرغم من أن الخصائص الرئيسية للمعادن (التركيب الكيميائي والبنية البلورية الداخلية) يتم تحديدها على أساس التحليلات الكيميائية وحيود الأشعة السينية، إلا أنها تنعكس بشكل غير مباشر في الخصائص التي يسهل ملاحظتها أو قياسها. لتشخيص معظم المعادن، يكفي تحديد بريقها ولونها وانشطارها وصلابتها وكثافتها. اللمعان هو خاصية نوعية للضوء المنعكس عن المعدن. تعكس بعض المعادن المعتمة الضوء بقوة ولها بريق معدني. وهذا شائع في المعادن الخام مثل الجالينا (معدن الرصاص)، والكالكوبايرايت والبورنيت (معادن النحاس)، والأرجنتيت والأكانثيت (معادن الفضة). تمتص معظم المعادن أو تنقل جزءًا كبيرًا من الضوء الساقط عليها، ولها بريق غير معدني. تمتلك بعض المعادن بريقًا يتحول من المعدن إلى غير المعدن، وهو ما يسمى شبه المعدن. المعادن ذات البريق غير المعدني عادة ما تكون فاتحة اللون، وبعضها شفاف. غالبًا ما يكون الكوارتز والجبس والميكا الخفيفة شفافة. المعادن الأخرى (على سبيل المثال، الكوارتز الأبيض الحليبي) التي تنقل الضوء، ولكن من خلالها لا يمكن تمييز الأشياء بوضوح، تسمى شفافة. تختلف المعادن التي تحتوي على معادن عن غيرها في انتقال الضوء. إذا مر الضوء عبر المعدن، على الأقل في أنحف حواف الحبوب، فهو عادة غير معدني؛ إذا لم يمر الضوء، فهو خام. ومع ذلك، هناك استثناءات: على سبيل المثال، غالبًا ما يكون السفاليريت ذو اللون الفاتح (معدن الزنك) أو الزنجفر (معدن الزئبق) شفافًا أو نصف شفاف. وتختلف المعادن في الخصائص النوعية لبريقها غير المعدني. الطين له لمعان ترابي باهت. الكوارتز على حواف البلورات أو على أسطح الكسر زجاجي، التلك، الذي ينقسم إلى أوراق رقيقة على طول مستويات الانقسام، هو عرق اللؤلؤ. مشرق، متألق، مثل الماس، تألق يسمى الماس. عندما يسقط الضوء على معدن ذو بريق غير معدني، فإنه ينعكس جزئيًا عن سطح المعدن وينكسر جزئيًا عند هذه الحدود. تتميز كل مادة بمعامل انكسار معين. حيث يمكن قياس هذا المؤشر باستخدام دقة عاليةإنها ميزة تشخيصية مفيدة جدًا للمعادن. تعتمد طبيعة اللمعان على معامل الانكسار، وكلاهما يعتمد على التركيب الكيميائي والتركيب البلوري للمعدن. بشكل عام، المعادن الشفافة التي تحتوي على ذرات معادن ثقيلةوتتميز بلمعانها العالي ومعامل انكسارها العالي. تتضمن هذه المجموعة معادن شائعة مثل الأنجليسيت (كبريتات الرصاص)، وحجر القصدير (أكسيد القصدير)، والتيتانيت أو السفين (سيليكات التيتانيوم والكالسيوم). يمكن أيضًا للمعادن المكونة من عناصر خفيفة نسبيًا أن تتمتع بلمعان عالٍ ومعامل انكسار مرتفع إذا كانت ذراتها متراصة بإحكام ومتماسكة معًا بواسطة روابط كيميائية قوية. ومن الأمثلة الصارخة على ذلك الماس، الذي يتكون من عنصر خفيف واحد فقط، وهو الكربون. وبدرجة أقل، ينطبق هذا على معدن اكسيد الالمونيوم (Al2O3)، الذي تعد أصنافه الملونة الشفافة - الياقوت والياقوت الأزرق - من الأحجار الكريمة. على الرغم من أن اكسيد الالمونيوم يتكون من ذرات خفيفة من الألومنيوم والأكسجين، إلا أنها مرتبطة ببعضها البعض بإحكام بحيث يتمتع المعدن ببريق قوي إلى حد ما ومعامل انكسار مرتفع نسبيًا. تعتمد بعض اللمعان (زيتية، شمعية، غير لامعة، حريرية، إلخ) على حالة سطح المعدن أو على بنية الركام المعدني؛ البريق الراتنجي هو سمة من سمات العديد من المواد غير المتبلورة (بما في ذلك المعادن التي تحتوي على العناصر المشعة اليورانيوم أو الثوريوم). اللون - بسيط ومريح علامة تشخيصية. تشمل الأمثلة البيريت الأصفر النحاسي (FeS2)، والجالينا الرمادي الرصاصي (PbS)، والأرسينوبيرايت الأبيض الفضي (FeAsS2). في المعادن الخام الأخرى ذات البريق المعدني أو شبه المعدني، قد يتم إخفاء اللون المميز من خلال تلاعب الضوء في طبقة رقيقة السطح (تشويه). هذا أمر شائع في معظم معادن النحاس، وخاصة البورنيت، والذي يسمى "خام الطاووس" بسبب لونه الأزرق والأخضر المتقزح الذي يتطور بسرعة عند كسره حديثًا. ومع ذلك، فإن معادن النحاس الأخرى مطلية بألوان مألوفة: الملكيت - الأخضر، الأزوريت - الأزرق. يمكن التعرف على بعض المعادن غير المعدنية بشكل لا لبس فيه من خلال اللون الذي يحدده العنصر الكيميائي الرئيسي (الأصفر - الكبريت والأسود - الرمادي الداكن - الجرافيت، وما إلى ذلك). تتكون العديد من المعادن اللافلزية من عناصر لا تمدها بلون محدد، ولكن لها أصناف ملونة، يرجع لونها إلى وجود شوائب من العناصر الكيميائية بكميات قليلة لا تقارن مع شدة المادة. اللون الذي يسببونه. تسمى هذه العناصر حاملات اللون؛ وتتميز أيونها بالامتصاص الانتقائي للضوء. على سبيل المثال، يدين الجمشت الأرجواني الداكن بلونه إلى مزيج ضئيل من الحديد في الكوارتز، وطبقة سميكة من اللون الاخضريرتبط الزمرد بمحتوى الكروم الصغير من البريل. يمكن أن يظهر لون المعادن عديمة اللون عادةً بسبب عيوب في التركيب البلوري (بسبب المواضع الذرية غير المملوءة في الشبكة أو حدوث الأيونات الأجنبية)، والتي يمكن أن تسبب امتصاصًا انتقائيًا لأطوال موجية معينة في طيف الضوء الأبيض. ثم يتم طلاء المعادن بألوان إضافية. ويعود لون الياقوت والياقوت الأزرق والألكسندريت إلى هذه التأثيرات الضوئية على وجه التحديد. يمكن تلوين المعادن عديمة اللون عن طريق الشوائب الميكانيكية. وهكذا، فإن الانتشار الرقيق المتناثر للهيماتيت يعطي الكوارتز لونًا أحمر، والكلوريت لونًا أخضر. الكوارتز اللبني غائم مع شوائب الغاز السائل. على الرغم من أن اللون المعدني يعد من أكثر الخصائص التي يمكن تحديدها بسهولة في تشخيص المعادن، إلا أنه يجب استخدامه بحذر لأنه يعتمد على العديد من العوامل. على الرغم من التباين في لون العديد من المعادن، إلا أن لون المسحوق المعدني ثابت للغاية، وبالتالي يعد ميزة تشخيصية مهمة. عادة، يتم تحديد لون المسحوق المعدني من خلال الخط (ما يسمى "لون الخط") الذي يتركه المعدن عند تمريره فوق طبق خزفي غير مزجج (البسكويت). على سبيل المثال، يأتي معدن الفلوريت بألوان مختلفة، لكن خطه يكون دائمًا أبيض.
انقسام. خاصية مميزةالمعادن هو سلوكهم عند الانقسام. على سبيل المثال، الكوارتز والتورمالين، الذي يشبه سطح كسرهما شريحة زجاجية، لديهما كسر محاري. وفي المعادن الأخرى، يمكن وصف الكسر بأنه خشن، أو خشن، أو منقسم. بالنسبة للعديد من المعادن، السمة ليست الكسر، بل الانقسام. وهذا يعني أنها تنقسم على طول مستويات ناعمة مرتبطة مباشرة ببنيتها البلورية. يمكن أن تختلف قوى الترابط بين مستويات الشبكة البلورية اعتمادًا على الاتجاه البلوري. إذا كانت في بعض الاتجاهات أكبر بكثير من غيرها، فسوف ينقسم المعدن عبر نفس الشيء اتصال ضعيف. وبما أن الانقسام دائمًا ما يكون موازيًا للمستويات الذرية، فيمكن تحديده من خلال الإشارة إلى الاتجاهات البلورية. على سبيل المثال، يحتوي الهاليت (NaCl) على انقسام مكعب، أي. ثلاثة اتجاهات متعامدة بشكل متبادل للانقسام المحتمل. يتميز الانقسام أيضًا بسهولة ظهوره وجودة سطح الانقسام الناتج. تتمتع ميكا بانقسام مثالي جدًا في اتجاه واحد، أي. تنقسم بسهولة إلى أوراق رفيعة جدًا ذات سطح لامع وناعم. التوباز لديه انقسام مثالي في اتجاه واحد. يمكن أن تحتوي المعادن على اتجاهين أو ثلاثة أو أربعة أو ستة اتجاهات للانقسام، حيث تنقسم على طولها بالتساوي بسهولة، أو عدة اتجاهات للانقسام درجات متفاوته. بعض المعادن ليس لها انقسام على الإطلاق. نظرًا لأن الانقسام، باعتباره مظهرًا من مظاهر البنية الداخلية للمعادن، هو خاصية ثابتة لها، فهو بمثابة ميزة تشخيصية مهمة. الصلابة هي المقاومة التي يظهرها المعدن عند خدشه. تعتمد الصلابة على البنية البلورية: فكلما كانت الذرات الموجودة في بنية المعدن مرتبطة ببعضها البعض بشكل أكثر إحكامًا، زادت صعوبة الخدش. التلك والجرافيت عبارة عن معادن ناعمة تشبه الصفائح، مكونة من طبقات من الذرات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة قوى ضعيفة للغاية. وهي دهنية الملمس: فعند فركها على جلد اليد، تنزلق طبقات رقيقة منفردة. أصعب المعادن هو الماس، حيث تكون ذرات الكربون مترابطة بشكل وثيق بحيث لا يمكن خدشها إلا بواسطة ماسة أخرى. في بداية القرن التاسع عشر. قام عالم المعادن النمساوي ف. موس بترتيب 10 معادن حسب صلابتها. منذ ذلك الحين، تم استخدامها كمعايير للصلابة النسبية للمعادن، ما يسمى. مقياس موس (الجدول 1). الجدول 1.
مقياس صلابة وزارة الصحة

الصلابة النسبية المعدنية
التلك ______1 الجبس _______2 الكالسيت ____3 الفلوريت ____4 الأباتيت _____5 الأورثوكلاز ___6 الكوارتز ______7 التوباز ______8 اكسيد الالمونيوم _____9 الماس _____10

لتحديد صلابة المعدن، من الضروري تحديد أصلب معدن يمكن أن يخدشه. ستكون صلابة المعدن الذي يتم فحصه أكبر من صلابة المعدن الذي تم خدشه، ولكنها أقل من صلابة المعدن التالي على مقياس موس. يمكن أن تختلف قوى الترابط اعتمادًا على الاتجاه البلوري، وبما أن الصلابة هي تقدير تقريبي لهذه القوى، فإنها يمكن أن تختلف في اتجاهات مختلفة. عادة ما يكون هذا الاختلاف صغيرًا، باستثناء الكيانيت الذي تبلغ صلابته 5 في الاتجاه الموازي لطول البلورة و7 في الاتجاه العرضي. في الممارسة المعدنية، يتم أيضًا استخدام قياس قيم الصلابة المطلقة (ما يسمى بالصلابة الدقيقة) باستخدام جهاز مقياس الصلابة، والذي يتم التعبير عنه بالكيلوجرام / مم2.
كثافة.تختلف كتلة ذرات العناصر الكيميائية من الهيدروجين (الأخف) إلى اليورانيوم (الأثقل). مع تساوي جميع الأشياء الأخرى، فإن كتلة المادة التي تتكون من ذرات ثقيلة أكبر من كتلة المادة التي تتكون من ذرات خفيفة. على سبيل المثال، تحتوي كربونات - الأراغونيت والسيروسيت - على بنية داخلية مماثلة، لكن الأراغونيت يحتوي على ذرات كالسيوم خفيفة، ويحتوي السيروسيت على ذرات رصاص ثقيلة. ونتيجة لذلك، فإن كتلة السيروسيت تتجاوز كتلة الأراغونيت من نفس الحجم. تعتمد الكتلة لكل وحدة حجم من المعدن أيضًا على كثافة التعبئة الذرية. الكالسيت، مثل الأراغونيت، هو كربونات الكالسيوم، ولكن في الكالسيت تكون ذرات الكالسيت أقل كثافة، لذلك لديه كتلة أقل لكل وحدة حجم من الأراغونيت. الكتلة النسبية، أو الكثافة، تعتمد على التركيب الكيميائي والبنية الداخلية. الكثافة هي نسبة كتلة المادة إلى كتلة نفس الحجم من الماء عند 4 درجات مئوية. لذلك، إذا كانت كتلة المعدن 4 جم، وكتلة نفس الحجم من الماء 1 جم، إذن كثافة المعدن هي 4. في علم المعادن، من المعتاد التعبير عن الكثافة بـ جم / سم 3. تعد الكثافة سمة تشخيصية مهمة للمعادن وليس من الصعب قياسها. أولاً، يتم وزن العينة بيئة الهواءثم في الماء. بما أن العينة المغمورة في الماء تتعرض لقوة طفو لأعلى، فإن وزنها هناك أقل من وزنها في الهواء. فقدان الوزن يساوي وزن الماء المزاح. وبالتالي، يتم تحديد الكثافة بنسبة كتلة العينة في الهواء إلى فقدان وزنها في الماء.
تصنيف المعادن
على الرغم من أن التركيب الكيميائي كان بمثابة الأساس لتصنيف المعادن منذ منتصف القرن التاسع عشر، إلا أن علماء المعادن لم يلتزموا دائمًا بالتركيب الكيميائي. إجماعحول ما ينبغي أن يكون ترتيب ترتيب المعادن فيه. وفقا لإحدى طرق بناء التصنيف، تم تجميع المعادن وفقا لنفس المعدن الرئيسي أو الكاتيون. في هذه الحالة، تقع معادن الحديد في مجموعة، ومعادن الرصاص في مجموعة أخرى، ومعادن الزنك في مجموعة ثالثة، وما إلى ذلك. ومع ذلك، مع تطور العلم، أصبح من الواضح أن المعادن التي تحتوي على نفس اللافلزات (الأنيون أو المجموعة الأنيونية) لها خصائص مماثلةوهي أكثر تشابهًا مع بعضها البعض من المعادن ذات المعدن المشترك. بالإضافة إلى ذلك، توجد معادن ذات أنيون مشترك في نفس البيئة الجيولوجية ولها أصل مماثل. ونتيجة لذلك، في التصنيف الحديث (انظر الجدول 2)، يتم تجميع المعادن في فئات على أساس أنيون مشترك أو مجموعة أنيونية. والاستثناء الوحيد هو العناصر الأصلية، التي توجد في الطبيعة من تلقاء نفسها، دون تكوين مركبات مع عناصر أخرى.

الجدول 2.
تصنيف المعادن

وتنقسم الطبقات الكيميائية إلى فئات فرعية (حسب الكيمياء والشكل الهيكلي)، والتي بدورها تنقسم إلى عائلات ومجموعات (حسب النوع الهيكلي). قد تشكل الأنواع المعدنية الفردية داخل المجموعة صفوفًا، وقد يحتوي النوع المعدني الواحد على عدة أصناف. حتى الآن تقريبا. يتم التعرف على 4000 معدن على أنها مستقلة الأنواع المعدنية. تضاف معادن جديدة إلى هذه القائمة حيث أنها مكتشفة ومعروفة منذ زمن طويل، ولكنها فقدت مصداقيتها مع تحسين طرق البحث المعدني، وتم استبعادها.
أصل وشروط العثور على المعادن
لا يقتصر علم المعادن على تحديد خصائص المعادن، بل يدرس أيضًا أصل المعادن وظروف تواجدها وارتباطاتها الطبيعية. منذ نشأة الأرض قبل حوالي 4.6 مليار سنة، تم تدمير العديد من المعادن عن طريق التكسير الميكانيكي أو التحويل الكيميائي أو الذوبان. لكن العناصر التي تكونت هذه المعادن تم الحفاظ عليها وإعادة تجميعها وتكوين معادن جديدة. وبالتالي، فإن المعادن الموجودة اليوم هي نتاج العمليات التي تطورت على مر الزمن التاريخ الجيولوجيأرض. معظمتتكون القشرة الأرضية من صخور نارية، والتي تكون مغطاة في بعض الأماكن بغطاء رقيق نسبيًا من الصخور الرسوبية والمتحولة. ولذلك، فإن تكوين القشرة الأرضية، من حيث المبدأ، يتوافق مع متوسط تكوين الصخور النارية. تشكل ثمانية عناصر (انظر الجدول 3) 99% من كتلة القشرة الأرضية، وبالتالي 99% من كتلة المعادن التي تتكون منها.

الجدول 3.
العناصر الرئيسية المدرجة في القشرة الأرضية

من حيث التركيب العنصري، فإن قشرة الأرض عبارة عن هيكل إطاري يتكون من أيونات الأكسجين المرتبطة بأيونات أصغر من السيليكون والألومنيوم. وبالتالي فإن المعادن الرئيسية هي السيليكات، والتي تمثل تقريبا. 35% من جميع المعادن المعروفة وحوالي. 40٪ - الأكثر شيوعا. وأهمها الفلسبار (عائلة من سيليكات الألومنيوم تحتوي على البوتاسيوم والصوديوم والكالسيوم، والباريوم بشكل أقل شيوعًا). ومن السيليكات الشائعة الأخرى المكونة للصخور الكوارتز (ومع ذلك، يتم تصنيفها في كثير من الأحيان على أنها أكاسيد)، والميكا، والأمفيبولات، والبيروكسينات والأوليفين.
صخور نارية .تتشكل الصخور النارية أو النارية عندما تبرد الصهارة المنصهرة وتتبلور. نسبة مئويةتختلف المعادن وبالتالي يعتمد نوع الصخور المتكونة على نسبة العناصر الموجودة في الصهارة وقت تصلبها. ويتكون كل نوع من الصخور النارية عادة من مجموعة محدودة من المعادن تسمى الصخور الرئيسية. وبالإضافة إلى ذلك، قد توجد معادن ثانوية وإكسسوارات بكميات أقل. على سبيل المثال، قد تكون المعادن الرئيسية في الجرانيت هي الفلسبار البوتاسيوم (30٪)، الفلسبار الكالسيوم الصوديوم (30٪)، الكوارتز (30٪)، الميكا وهورنبلند (10٪). قد يوجد الزركون والسفين والأباتيت والماجنتيت والإلمنيت كمعادن ثانوية. يتم تصنيف الصخور النارية عادةً بناءً على نوع وكمية كل فلسبار تحتوي عليه. ومع ذلك، فإن بعض الصخور تفتقر إلى الفلسبار. يتم تصنيف الصخور النارية أيضًا حسب بنيتها، مما يعكس الظروف التي تصلبت فيها الصخور. تتبلور الصهارة ببطء في أعماق الأرض، وتؤدي إلى ظهور صخور جوفية متطفلة ذات بنية خشنة إلى متوسطة الحبيبات. إذا انفجرت الصهارة إلى السطح على شكل حمم بركانية، فإنها تبرد بسرعة وتنتج صخورًا بركانية دقيقة الحبيبات (متدفقة أو طردية). في بعض الأحيان، تبرد بعض الصخور البركانية (على سبيل المثال، حجر السج) بسرعة كبيرة بحيث لا يتوفر لها الوقت للتبلور؛ الصخور المماثلة لها مظهر زجاجي (نظارات بركانية).
صخور رسوبية.عندما يتعرض حجر الأساس للتجوية أو التآكل، تندمج المواد الفتاتية أو المذابة في الرواسب. نتيجة للتجوية الكيميائية للمعادن، التي تحدث عند حدود الغلاف الصخري والغلاف الجوي، تتشكل معادن جديدة، على سبيل المثال، معادن الطين من الفلسبار. يتم إطلاق بعض العناصر عندما تذوب المعادن (مثل الكالسيت) في المياه السطحية. ومع ذلك، فإن المعادن الأخرى، مثل الكوارتز، حتى لو تم سحقها ميكانيكيًا، تظل مقاومة للصدمات التجوية الكيميائية. معادن مستقرة ميكانيكيا وكيميائيا ذات كثافة عالية بما فيه الكفاية تنطلق أثناء التجوية سطح الأرضالودائع الغرينية. من الغرينية، غالبا ما يتم استخراج الغرينية (النهر)، والذهب، والبلاتين، والماس، والأحجار الكريمة الأخرى، وحجر القصدير (حجر القصدير)، والمعادن من المعادن الأخرى. في ظل ظروف مناخية معينة، تتشكل قشور تجوية سميكة، غالبًا ما تكون غنية بالمعادن الخام. وترتبط القشور التجوية بالرواسب الصناعية من البوكسيت (خامات الألومنيوم)، وتراكمات الهيماتيت (خامات الحديد)، وسيليكات النيكل المائية، ومعادن النيوبيوم وغيرها. المعادن النادرة. يتم نقل الجزء الأكبر من منتجات التجوية عبر نظام المجاري المائية إلى البحيرات والبحار، حيث تشكل في قاعها طبقة رسوبية متعددة الطبقات. يتكون الصخر الزيتي بشكل أساسي من معادن طينية، بينما يتكون الحجر الرملي بشكل أساسي من حبيبات الكوارتز الأسمنتية. يمكن إزالة المواد المذابة من الماء عن طريق الكائنات الحية أو ترسيبها من خلال التفاعلات الكيميائية والتبخر. يتم امتصاص كربونات الكالسيوم من مياه البحرالرخويات التي تبني أصدافها الصلبة منه. تتشكل معظم الأحجار الجيرية من تراكم الأصداف والهياكل العظمية للكائنات البحرية، على الرغم من أن بعض كربونات الكالسيوم تترسب كيميائيا. تتشكل رواسب المتبخرات نتيجة تبخر مياه البحر. المتبخرات هي مجموعة كبيرة من المعادن، والتي تشمل الهاليت (ملح الطعام)، والجبس والأنهيدريت (كبريتات الكالسيوم)، والسيلفيت (كلوريد البوتاسيوم)؛ لديهم جميعا أهمية الاستخدام العملي. وتترسب هذه المعادن أيضًا أثناء التبخر من سطح البحيرات المالحة، ولكن في هذه الحالة، يمكن أن تؤدي زيادة تركيز العناصر النادرة إلى ترسيب إضافي لبعض المعادن الأخرى. في هذه البيئة تتشكل البورات.
الصخور المتحولة.التحول الإقليمي. نارية و صخور رسوبية، المدفونة على أعماق كبيرة، تحت تأثير درجة الحرارة والضغط، تخضع لتحولات تسمى المتحولة، تتغير خلالها الخصائص الأصلية للصخور، وتتبلور المعادن الأصلية أو تتحول بالكامل. ونتيجة لذلك، عادة ما يتم ترتيب المعادن على طول طائرات متوازيةمما يعطي الصخور مظهر البلهارسيا. وتسمى الصخور المتحولة الرقيقة من البلهارس بالصخر الزيتي. غالبًا ما يتم إثرائها بمعادن السيليكات (الميكا أو الكلوريت أو التلك). الصخور المتحولة الخشنة من البلهارس هي صخور النيس. أنها تحتوي على أشرطة متناوبة من الكوارتز والفلسبار والمعادن ذات اللون الداكن. عندما يحتوي الشيست والنيس على بعض المعادن المتحولة عادة، ينعكس ذلك في اسم الصخر، على سبيل المثال، الشيست السيليمانيت أو الستيروليت، الكيانيت أو العقيق النيس.
الاتصال التحول.عندما ترتفع الصهارة إلى الطبقات العليا من القشرة الأرضية، تحدث عادة تغيرات في الصخور التي تغلغلت فيها، ما يسمى. تحول الاتصال. تتجلى هذه التغييرات في إعادة بلورة الأصل أو تكوين معادن جديدة. يعتمد مدى التحول على نوع الصهارة ونوع الصخور التي تنتشر فيها. تتحول الصخور الطينية والصخور المشابهة في التركيب الكيميائي إلى قرنفل ملامس (البيوتيت والكورديريت والعقيق وما إلى ذلك). تحدث التغيرات الأكثر حدة عندما تتسلل الصهارة الجرانيتية إلى الحجر الجيري: حيث تتسبب التأثيرات الحرارية في إعادة بلورتها وتكوين الرخام؛ نتيجة ل التفاعل الكيميائيمع الحجر الجيري، يتم تشكيل المحاليل المنفصلة عن الصهارة مجموعة كبيرةالمعادن (سيليكات الكالسيوم والمغنيسيوم: الولاستونيت، العقيق الغروسولاري والأندراديت، الفيزوفانيت، أو الإيدوكراس، الإيبيدوت، التريموليت والديوبسيدي). في بعض الحالات، يؤدي التحول التلامسي إلى ظهور معادن خام، مما يجعل الصخور مصادر قيمة للنحاس والرصاص والزنك والتنغستن.
ورم جسدي.نتيجة للتحول الإقليمي والتلامسي، لا يوجد تغير كبير في التركيب الكيميائي للصخور الأصلية، ولكن فقط تغيرها التركيب المعدنيوالمظهر. عندما تقوم المحاليل بإدخال بعض العناصر وإزالة عناصر أخرى، يحدث تغير كبير في التركيب الكيميائي للصخور. تسمى هذه الصخور المتكونة حديثًا ميتوسوماتيك. على سبيل المثال، يؤدي تفاعل الحجر الجيري مع المحاليل الصادرة عن الصهارة الجرانيتية أثناء التبلور إلى تكوين مناطق من الخامات الميتاسوماتية الملامسة حول كتل الجرانيت - المنحدرات، والتي غالبًا ما تستضيف التمعدن.
رواسب الخام والبيجماتيت
يمكن أن يختلف التركيب الكيميائي للجرانيت ذو الحبيبات الخشنة بشكل كبير عن تكوين الصهارة الأصلية. أظهرت دراسة الصخور أن المعادن تنطلق من الصهارة بتسلسل معين. تتبلور المعادن الغنية بالحديد والمغنيسيوم مثل الأوليفين والبيروكسينات، بالإضافة إلى المعادن الإضافية، أولاً. وبسبب كثافتها الأعلى من كثافة المادة المنصهرة المحيطة بها، فإنها تستقر للأسفل نتيجة لعملية فصل الصهارة. ويعتقد أن الكثبان الرملية تتشكل بهذه الطريقة - صخور تتكون بالكامل تقريبًا من الزبرجد الزيتوني. وتعزى أصول مماثلة إلى بعض التراكمات الكبيرة من الماجنتيت والإلمنيت والكروميت، وهي سلسلة الحديد والتيتانيوم والكروم على التوالي. ومع ذلك، فإن تكوين الصهارة المتبقي بعد إزالة المعادن عن طريق فصل المواد المنصهرة ليس مطابقًا تمامًا لتكوين الصخور المتكونة منه. أثناء تبلور الصخر يزداد فيه تركيز الماء والمكونات المتطايرة الأخرى (مثل مركبات الفلور والبورون)، ومعها العديد من العناصر الأخرى التي تكون ذراتها كبيرة جدًا أو صغيرة جدًا بحيث لا تتمكن من الدخول إلى الهياكل البلورية للصخور - تكوين المعادن . يمكن للسوائل المائية المنطلقة من الصهارة المتبلورة أن ترتفع عبر الشقوق إلى سطح الأرض، إلى منطقة ذات درجات حرارة وضغوط أقل. وهذا يسبب ترسب المعادن في الشقوق وتكوين رواسب الأوردة. تتكون بعض الأوردة بشكل رئيسي من معادن غير معدنية (الكوارتز والكالسيت والباريت والفلوريت). وتحتوي عروق أخرى على معادن من معادن مثل الذهب والفضة والنحاس والرصاص والزنك والقصدير والزئبق؛ وبالتالي، فإنها قد تمثل رواسب خام قيمة. وبما أن هذه الرواسب تتشكل بمشاركة المحاليل المائية الساخنة، فإنها تسمى الحرارية المائية. يجب أن يقال أن أكبر الرواسب الحرارية المائية ليست وريدية، ولكنها ميتوسوماتية؛ وهي عبارة عن رواسب تشبه الصفائح أو غيرها من الأشكال التي تتشكل عن طريق استبدال الصخور (في أغلب الأحيان الحجر الجيري) بمحاليل حاملة للخام. ويقال إن المعادن التي تشكل هذه الرواسب هي ذات أصل مائي حراري. ترتبط البغماتيت وراثيا ببلورة الصهارة الجرانيتية. يمكن قذف كتلة من السوائل شديدة الحركة، والتي لا تزال غنية بالعناصر التي تشكل المعادن المكونة للصخور، من حجرة الصهارة إلى الصخور المضيفة، حيث تتبلور لتشكل أجسامًا ذات بنية خشنة الحبيبات، تتكون أساسًا من الصخور - تشكيل المعادن - الكوارتز والفلسبار والميكا. وتسمى هذه الأجسام الصخرية بالبيغماتيت، وهي متغيرة الحجم بشكل كبير. يبلغ الحد الأقصى لطول معظم أجسام البجماتيت عدة مئات من الأمتار، لكن أكبرها يصل طوله إلى 3 كيلومترات، أما الصغيرة فيقاس بالأمتار الأولى. تحتوي البجماتيت على بلورات كبيرة من المعادن الفردية، بما في ذلك أكبر الفلسبار في العالم بطول عدة أمتار، والميكا - يصل قطرها إلى 3 أمتار، والكوارتز - يصل وزنها إلى 5 أطنان، وتتركز العناصر النادرة في بعض السوائل المكونة للبيجماتيت (غالبًا على شكل بلورات كبيرة) ، على سبيل المثال، البريليوم - في البريل والكريسوبريل، الليثيوم - في السبودومين، البيتاليت، الأمبليغونيت واللبيدوليت، السيزيوم - في البوليسيت، البورون - في التورمالين، الفلور - في الأباتيت والتوباز. معظم هذه المعادن هي من أنواع المجوهرات. ترجع الأهمية الصناعية للبيغماتيت جزئيًا إلى حقيقة أنها مصدر للأحجار الكريمة، ولكن بشكل أساسي - الفلسبار والبوتاسيوم عالي الجودة والميكا، بالإضافة إلى خامات الليثيوم والسيزيوم والتنتالوم، والبريليوم جزئيًا.