بحث عن الصخور و المعادن

بحث عن الصخور و المعادن . بحث علمي جاهز . الصخور و المعادن
.
- الفرق بين الصخور والمعادن:

• الصخر مادة صلبة مكونة من مجموعة من المعادن توجد مع بعضها البعض كخليط يحتفظ فيه كل معدن بخصائصه.
•
معظم الصخور تتكون من مجموعة من المعادن غير أن بعض أنواع الصخور يتكون من
معدن واحد فقط. من الأمثلة الشائعة لهذه الصخور : الحجر الجيري الذي يتكون
من معدن الكالسيت فقط.
• يمكن التعرف على خصائص الصخور عن طريق معرفة التركيب الكيميائي و الترتيب الداخلي للمعادن المكونة لها.
•
المعدن هو مادة صلبه طبيعية تكونت بطريقة غير عضوية ، ذات تركيب كيميائي
محدد وترتيب ذري داخلي مميز تجعلان له خصائص طبيعة ( فيزيائية ) مميزة وله
غالباً شكل بلوري .
•
المعادن مكونة من عناصر. بعض المعادن يتكون من عنصر واحد فقط مثل الذهب و
الكبريت. لكن معظم المعادن يتكون من عنصرين أو أكثر تتحد لتكون مركب ثابت
• لكي نستطيع فهم كيف يتم اتحاد العناصر لتكوين مركبات (معادن) لا بد لنا أن نتناول الذرة
• الذرة هي اصغر جزء في المادة و هي التي تدخل في عمليات التفاعل جميعها المصاحبة لتكوين العناصر


الذرة :

• الذرة هي أصغر جزء من العنصر
• تتكون الذرة من سحابة من الإلكترونات تدور في مدار حول اللب المركزي (النواة)
• تتكون الذرة من جزأين رئيسين:
النواة
الإلكترونات

النواة :

• تشغل النواة مركز الذرة
• تحتوي النواة على كل من:
البروتونات وهي جسيمات ذات شحنات موجبة (+)
النيوترونات وهي جسيمات فاقدة الشحنات الكهربائية
• يحدد عدد البروتونات في النواة العدد الذري
• الشحنات الموجبة في البروتونات يساوي (=) الشحنات السالبة في الإلكترونات يساوي (=)

الإلكترونات :

• تحيط الإلكترونات بالنواة و تدور في مدار حولها بسرعة فائقة بحيث لا يمكن تحديد موقعها
• تحمل الإلكترونات شحنة سالبة (-)
• تدور الإلكترونات حول النواة في مسارات محددة تعرف باسم أغلفة .
•
لكل غلاف من هذه الأغلفة مستوى معين من الطاقة تمكنه من الإمساك بحد أقصى
من الإلكترونات لا يمكن أن يتخطاه تبعا للعلاقة (2n2) حيث يمثل حرف n رقم
الغلاف .
• ينتظم في الغلاف الأول مثلا إلكترونان كحد أعلى.
• لا تنتقل الإلكترونات إلى المسارات أو الأغلفة الأعلى إلا عندما تكتمل المسارات الأدنى منها.
•
تحتوي معظم العناصر عادة على أقل من الحد الأقصى لعدد الإلكترونات في
أغلفتها الخارجية لذا تميل كل الذرات إلى تكملة مساراتها الخارجية لتصبح
مستقرة كيميائيا .
• أكثر الإلكترونات تعرضا للانتزاع هي الإلكترونات الموجودة في المسارات الخارجية.
• تسمى الإلكترونات التي تربط الذرات ببعضها البعض بـ إلكترونات التكافؤ .مثلا Si4+ (أربعة إلكترونات تكافؤ)، O2- (إلكترونان تكافؤ).

الأيونات :

• يعتبر الأيون ذرة أو مجموعة من الذرات فقدت اتزانها الكهربائي حيث أن الذرات تكون متعادلة كهربائيا.
•
إذا فقدت الذرة إلكترونا (شحنة سالبة) من غلافها الخارجي عندئذ تحتوي
الذرة على زيادة في الشحنة الموجبة وتعرف حينئذ بالأيون موجب الشحنة مثلا (
)
• إذا اكتسب غلاف الذرة الخارجي إلكترونا عندئذ تحتوي الذرة على زيادة في الشحنة السالبة وتعرف حينئذ بالأيون سالب الشحنة مثلا ( )
المركبات

• تعتبر المركبات تجمعات من العناصر نتجت من ارتباط الأيونات ببعضها البعض مثل مركب الماء .

الترابط
• يحدث الترابط الكيميائي عندما تتحد ذرات عنصرين أو أكثر لتكون المركبات.
•
تتحد الذرات عندما تكتسب أو تفقد أو تتشارك إلكترونا أو أكثر مع واحدة أو
أكثر من الذرات ينتج عن هذه العملية قوة كهربائية تربط الذرات ببعضها
البعض.
• هناك عدة أنواع من الروابط التي تربط الذرات ببعضها و هي كالتالي:
الرابطة الأيونية
الرابطة التساهمية
الرابطة الفلزية
رابطة فان دير فالز

الرابطة الأيونية:

• يقدر النشاط الكيمائي للعناصر بمدى امتلاء الأغلفة الخارجية بإلكترونات التكافؤ.
• لو أخذنا مثلا معدن الهاليت:
تحتوي ذرة الصوديوم Na+ على إلكترون تكافؤ واحد في الغلاف الخارجي وعند فقده تتحول ذرة الصوديوم إلى أيون موجب

تحتوي
ذرة الكلور على خمسة إلكترونات تكافؤCl في الغلاف الخارجي وعندما يكتسب
عنصر الكلور الإلكترون الذي فقده عنصر الصوديوم تتحول ذرة الكلور إلى أيون
سالب Cl1-

تنجذب أيونات الصوديوم إلى أيونات الكلور بفعل القوى الكهروستاتيكية لكل منهما مكونة رابطة أيونية.

تتميز المعادن المرتبطة برابطة أيونية بعدة خصائص منها:

1. الذوبان في الماء مكونة محاليل موصلة للكهرباء.
2. صلابة متوسطة إلى مرتفعة.
3. ثقل نوعي متوسط.
4. درجة إنصهار متوسطة إلى مرتفعة.
5. الرابطة قوية لكن المعادن هشة.
6. موصلة رديئة للحرارة و الكهرباء.
7. تتبع أنظمة بلورية عالية الانتظام (النظام المكعب).

الرابطة التساهمية :

• تتكون الربطة التساهمية عندما يتشارك أيونان متجاوران في إلكترون واحد أو أكثر فيما بينهما.
• لو أخذنا مثلا ذرة الكلور نجد أن لها خمسة إلكترونات في الغلاف الخارجي و تحتاج إلى واحد إضافي لتصل إلى الحالة المستقرة .
• تحصل ذرة الكلور على الإلكترون المطلوب عندما تتشارك ذرتان متجاورتان من الكلور في نفس الإلكترون.
• نتيجة لهذه المشاركة تتحد ذرتا الكلور برابطة قوية لتكون جزيء الكلور .
• تعتبر هذه الرابطة من أقوى الروابط الكيميائية.

• تتميز المعادن المرتبطة برابطة تساهمية بالخصائص التالية:

1. عدم القدرة على الذوبان بصفة عامة.
2. الرابطة قوية جدا.
3. درجات انصهار عالية جدا.
4. عدم القدرة على التوصيل الحراري و الكهربائي.
5. تتبع أنظمة بلورية أقل انتظاما من المعادن المرتبطة برابطة أيونية.

الرابطة الفلزية :

• توجد بعض الفلزات مثل الذهب و النحاس و الفضة في الصخور كعناصر حرة .
• معظم الفلزات لها واحد أو اثنين أو ثلاثة إلكترونات في الغلاف الخارجي قابلة للمشاركة بسهولة مع ذرات أخرى.
• ترتبط ذرات الفلزات مع بعضها البعض برابطة فلزية.
• ذرات الفلزات تكون متلاصقة بشدة فإن إلكترونات هذه الذرات تكون سحابة تدور حول هذه الذرات.
• لا تتبع الإلكترونات أي نواة محددة بل هي حرة تنتقل من نواة إلى أخرى ثم تعود لها مرة أخرى.
• تحاط الرابطة الفلزية (الموجبة) بسحابة من الإلكترونات (السالبة).

تتميز المعادن المرتبطة برابطة فلزية بالخصائص التالية:

1. تختلف قوة الرابطة من فلز إلى آخر لكن الرابطة عموما متوسطة القوة.
2. الصلابة متوسطة إلى منخفضة.
3. قابلة للطرق و السحب و القص.
4. توصيل كهربائي جيد و وتوصيل حراري متفاوت.
5. غير قابلة للذوبان.
6. درجات انصهار متفاوتة.
7. تتبع أنظمة بلورية عالية الانتظام.

رابطة فان دير فالز:

•
يظهر أحيانا في بعض جزيئات العناصر مثل الكلور (Cl2)تركيز بسيط لجزء ضئيل
من شحنة موجبة (+) و أخرى سالبة (-) على طرفي الجزيء مما ينتج عنه قوى
تجاذب ضعيفة جدا بين الأطراف ذات الشحنات المتضادة (+مع -) لتلك الجزيئات
وتربطهما معا.
• تتميز رابطة فان دير فالز بالخصائص التالية:
1. رابطة ضعيفة
2. البلورات لينة و إلى حد ما بلاستيكية.
3. عازلة للتيار الكهربائي.
4. تذوب في المحاليل العضوية.
5. تتبع أنظمة بلورية منخفضة الانتظام.

علم البلورات:

•
البلورة : البلورة جسم صلب متجانس محاط بأسطح مستوية و مرتبة بطريقة
منتظمة تعرف بالأوجه Faces . و لكل بلورة هيئة Habit مختلفة عن الأخرى .


• بعض البلورات يتكون من مجموعة متشابهة من الأوجه والبعض الأخر يتكون من مجموعتين أو أكثر من هذه الأوجه المتشابهة .
• مجموعة الأوجه المتشابهة هي ما يعرف بالشكل Form .
• البلورة المكونة من شكل واحد تعرف بالبلورة البسيطة أما البلورة المكونة من أكثر من شكل واحد تعرف بالبلورة المركبة.

• يعرف التماثل في البلورات نسبة لعناصره التالية :

• تقسم البلورات إلى 32 فصيلة تختلف كل منها عن الأخرى في عناصر تماثلها.
• تقسم البلورات أيضا إلى سبعة نظم يختلف كل نظام عن الآخر في محاوره البلورية و ما يميزه من عناصر تماثل.


1.
مستوى التماثل وهو المستوى الذي يقسم البلورة إلى نصفين متماثلتين . 2.
محور التماثل وهو الخط الوهمي المار بمركز البلورة والذي لو أديرت حوله
البلورة دورة كاملة 360 لتكرر الوضع أكثر من مره واحدة . 3. مركز التماثل
وتكون البلورة متماثلة حول مركزها. النظام المكعبي ويتبلور في هذه الفصيلة العديد من المعادن مثل الذهب والفضه والنحاس والحديد والبلاتين والهالايت والجالينا ومعادن مجموعة الجارنت.

النظام المربعي ويتبلور في هذه الفصيلة بعض المعادن الهامة مثل الزيركون والروتيل والكالكوبايريت .

النظام المسدسي ويتبلور في هذه الفصيلة بعض المعادن الهامة مثل البيريل والابتايت.

النظام المثلثي ويتبلور في هذه الفصيلة مجموعة الكالسيت بالإضافة معادن أخرى مثل الكورندم والهيمتايت.

النظام المعينيالقائم ويتبلور في هذه الفصيلة كثير من المعادن مثل البارايت و الأوليفين .

النظام أحادى الميل ويتبلور في هذه الفصيلة الكثير من المعادن من أهمها الجبس و الأورثوكليز والاوجايت و الهوربلند و المسكوفايت.

النظام ثلاثي الميل ويتبلور في هذه الفصيلة الكثير من المعادن أهمها مجموعة البلاجيوكليزات ( البايت ـ انورثايت ) و الميكروكلين .

البنية البلورية للمعادن:
• يحتوي المعدن على صفوف منتظمة من الذرات المترابطة كيميائيا لتشكل بنيه بلورية معينه.
•
بعض العناصر يمكن أن تتحد مع بعضها بأكثر من طريقه ولذلك فإنه يمكــن وجود
معدنين مختلفين في الخواص ولكنهما متفقين تماما في التركيب الكيميائي
)لهما نفس التركيب الكيميائي ( .
•
تسمى المعادن من هذا النوع بالمعادن متعددة الشكل ومن أمثلة هذه المعادن
الجرافيت و الماس اللذان يتكونان من الكربون رغم اختلافهما الشديد في
الصورة .

الخواص الطبيعية للمعادن:

• 1ـ الخصائص البصرية 2ـ الخصائص التماسكية 3ـ الخصائص الحسية 4ـ الثقل النوعي 5ـ خصائص أخرى الخصائص البصرية هي عدة صفات تعتمد أساسا على انعكاس أو امتصاص الضوء على سطح المعدن مثل اللون و المخدش و البريق و الشفافية .
• الخصائص التماسكية هي مجموعة من الصفات تعتمد أساسا على مقدار وكيفية تماسك جزيئات المعدن و ذراته مثل الصلادة و الانفصام والمكسر.
• الخصائص الحسية و هي عدة صفات تعتمد على حواس الإنسان مثل الملمس و الرائحة والمذاق .

الخصائص البصرية :
اللون
اللون من الصفات الطبيعية التي تساعد في التعرف على المعادن .
اللون نوعان :
اللون الثابت وهو الذي يعتمد على التركيب العام للمعدن ( مثلاً اللون الأحمر للنحاس ، الأخضر للملاكيت ، الأصفر للذهب ) .

نحاس ذهب

اللون
الدخيل وهو الذي يعتمد على وجود و انتشار بعض المواد الملونة الدخيلة سواء
على هيئة شوائب أو مكتنفات في المعدن . فالكوارتز مثلاً يكون عديم اللون
ويكون أيضا لونه بنفسجياً ( اماثيست Amethyst ) عند احتوائه على آثار من
التيتانيوم Ti .

يعزى
لون أي معدن إلى مقدرة ذلك المعدن على امتصاص بعض مكونات الضوء الأبيض
العادي وتشتيت البعض الآخر . فمعدن الكبريت مثلاً يبدو أصفر اللون لأنه
يعكس الأشعة الصفراء من مجموعة الألوان المكونة للضوء الأبيض .

المخدش
• المخدش عبارة عن لون مسحوق المعدن الذي يمكن الحصول عليه عن طريق حك المعدن .
• المعادن ذات البريق الفلزي لها عادة مخدش لونه داكن ( قاتم ) أما المعادن ذات البريق اللافلزي مخدش لونه فاتح أو ابيض .
• المخدش صفة فائدتها أكبر عند التفريق بين المعادن ذات البريق الفلزي .

الخصائص التماسكيه:

أ ـ الانفصام الجيد (أو الواضح) مثل انفصام معدن المسكوفايت .

ب ـ الانفصام غير الجيد .



1
ـ الصلابة ( الصلادة ) Hardness وهو عبارة عن قوة المقاومة التي يبديها
المعدن للخدش. وقد اقترح العالم النمساوي فردريك موهس Mohs مقياس للصلادة
باستخدام عشرة معادن رتبها على عشرة درجات ثابتة ( 1 ـ 10 ) تميز كل درجة
منها درجة صلادة معدن معين . 1 ـ التلك 2 ـ الجبس 3 ـ الكالسايت 4 ـ الفلورايت 5 ـ الأبتايت 6 ـ الأورثوكليز 7 ـ الكوارتز 8 ـ التوباز 9 ـ الكورندم 10 ـ الألماس

2
ـ الانفصام (التشقق) cleavage وهو عبارة عن قابلية المعادن لأن تنفصل عند
مستويات معينة منتظمة ومتوازية ويطلق عليها مستويات الانفصام . ويكون
الانفصام تبعاً لكماله وسهولته على نوعين :

الانفصام الجيد في معدن المسكوفيتmuscovite :

ينتج الانفصام عن كيفية رص الذرات وقوة ترابطها وترتبط اتجاهات مستويات الانفصام ارتباطاً وثيقاً بالبناء الذري لبلورة المعدن .
تمثل مستويات الانفصام الاتجاهات التي تكون فيها الروابط الذرية ضعيفة نسبيا و لذا يسهل انفصامها.
فلورايت(4 مستويات) كالسيت(3 مستويات) فلسبار(مستويان متقاطعان)


3
ـ المكسر وهو عبارة عن الشكل الذي يظهر على سطح المعدن عن كسره صناعياً في
اتجاهات غير تلك التي ينفصم فيها المعدن ويظهر المكسر على عدة أشكال منها :


1 ـ المكسر المحاري حيث تظهر خطوط مقوسة على سطح المعدن تشبه خطوط النمو في الأصداف ومثال ذلك حجر الصوان .

2 ـ المكسر المسنن حيث تظهر بروزات على سطح المعدن ومثال ذلك النحاس .

3 ـ المكسر المستوى وفيه يبدو السطح مستوى مثل الجالينا .

4 ـ المكسر غير المستوي و هو أكثر مكاسر المعادن شيوعا .


الخصائص الحسيه:

1
ـ الرائحة : بعض المعادن لها رائحة خاصة ومميزة ولا سيما عندما تتعرض
للاحتكاك او التسخين . 2 ـ الطعم ( المذاق ) : بعض المعادن لها مذاق مميز
يكون التعرف عليه عندما تذاب في قليل ن الماء أو في لعاب الفم . 3 ـ الملمس
: وهو عبارة عن ما تشعر به عند تناول العينة أو لمسها باليد فبعض المعادن
لها ملمس ناعم وبعضها لها ملمس خشن وبعضها لها ملمس صابوني .

الثقل النوعي Specific Gravity :

• الثقل النوعي هو عبارة عن النسبة بن كتلة المعدن وكتلة جسم مساو له من الماء عند درجة حرارة تساوي 4 درجات مئوية .
• تعتبر هذه الصفة من أهم الصفات الطبيعية للمعادن .
• المعادن الفلزية بصفة عامة أثقل من المعادن اللافلزية .
خفيف 2-2,5 /جم/سم3 جرافيت
متوسط 2,6 – 3,5 /جم/سم3 كالسيت ، كوارتز
ثقيل 4,5 – 6 /جم/سم3 بارايت
ثقيل جدا أكثر من 6 /جم/سم3 جالينا

خصائص أخرى:
الصفات المغنطيسية
كثير من المعادن لها خواص مغنطيسية مختلفة يمكن بواسطتها التمييز بين تلك المعادن باستخدام أجهزة الفصل المغنطيسي .


الصفات الكهربائية :
بعض
المعادن توصف بأنها جيدة التوصيل الكهربائي مثل الذهب والفضة والنحاس
ومعظم معادن الكبريتيدات حيث تكتسب هذه المعادن شحنات كهربائية عند تعرضها
للاحتكاك . أما معادن السيليكات فهي رديئة التوصيل الكهربائي .

النشاط الإشعاعي:
تمتاز
بعض المعادن بخاصية إطلاق إشعاعات وجسيمات متطايرة نتيجة للتحلل الذاتي
لذراتها . يعتبر البوتاسيوم من العناصر ذات الإشعاع الذري الضعيف بينما
يعتبر اليورانيوم من العناصر ذات الإشعاع القوي ويمكن الكشف عن هذه الخاصية
بأجهزة خاصة مثل عدادات جيجر Geiger counters .

الانصهارية:
تساعد
هذه الخاصية في التعرف على المعادن ، حيث أن غالبية المعادن لها درجة
انصهار ثابتة إذا كانت نقية ، فالبلاتين مثلاً ينصهر عند درجة 1755م والذهب
عند درجة 1062م بينما تنصهر الفضة عند درجة 960م .

الذوبان في الماء:
معادن
الهاليت Halite وعدة معادن أخرى قابلة للذوبان في الماء العادي أو في
محاليل حمضية أخرى .. فمثلاً نجد أن معدن الكالسايت Calcite يذوب في محلول
مخفف بارد من حمض الهايدروكلوريك .


التصنيف العام للمعادن
يمكن تصنيف المعادن ( من حيث أهميتها في تسمية الصخور المختلفة ) إلى مجموعتين :



ويمكن أيضاً تصنيف المعادن ( من حيث حالتها التي تظهر في الصخر ) إلى مجموعتين :



ويمكن
كذلك أيضاً تصنيف المعادن من ناحية تركيبها الكيميائي ، وهذا التصنيف هو
الأكثر شيوعاً ويعرف باسم تصنيف دانا للمعادن Dana s Classification
وبواسطة هذا التصنيف يمكن تقسيم المعادن إلى المجموعات التالية :




وهناك أمثلة أخرى من معادن الأكاسيد مثل الكورندم Corundum (Al2O 3) والسبينل Spinel (MgAl2O4) .

3
ـ مجموعة معادن الكبريتات Sulphate Minerals Group وهي عبارة عن معادن
تكونت غالباً فوق سطح الأرض بفعل المحاليل المائية التي تتحد عناصرها مع
الكبريتات ومن أهمها معدن الجبس Gypsum (CaSO4.2H2O) وهو عبارة عن كبريتات
كالسيوم مائية بينما معدن الانهيدرايت Anhydrite (CaSO4) لا يحتوي على ماء
ومن أمثلتها أيضاً معدن البارايت Barite (BaSO4) .

بارايت جبس





5
ـ مجموعة معادن الكبريتيدات Sulfide Minerals Group وهي المعادن التي
تتكون نتيجة لاتحاد الكبريت مع عناصر أخرى ومن أمثلتها السفاليرايت
Sphalerite (ZnS) والجالينا Galena (PbS) والبايرايت Pyrite (FeS)
والكالكوبايرايت Chalcopyrite (CuFeS2) .

جالينا بايرايت كالكوبايرايت




ملح Halite فلورايت



كالسيت









سيليكات التتراهيدرا المنفردة ( نيزوسيليكات Nesosilicate )
وفيها
ترتبط سيليكات التتراهيدرا بأيونات فلزية ثنائية التكافؤ مثل الحديد
والمغنيسيوم وتكون فيها نسبة السيليكون إلى الأوكسجين 4:1 ومن أمثلتها معدن
الأوليفين Olivine (Mg.Fe)2SiO4 و الزيركون Zircon (ZrSiO4) .


أوليفين زيركون

سيليكات التتراهيدرا المزدوجة( سوروسيليكات Sorosilicate )
وفيها يقتسم اثنان من سيليكات التتراهيدرا ( رباعيات الأوجه ) ذرة أكسجين ليعطينا أيونا (Si2O7) ومن أمثلتها معدن الابيدوت Epidote .


سيليكات التتراهيدرا الحلقية ( سيكلوسيليكات Cyclosilicate )
وفيها
يرتبط ثلاثة أو أربعة أو ستة من رباعيات الأوجه عن طريق اقتسام 3ـ4ـ6 ذرات
أكسجين لتكون حلقة وتكون نسبة السيليكون إلى الأكسجين 3:1 ومن أمثلتها
معدن البريل Beryl .



Be3Al2Si6O18


سيليكات التتراهيدرا المسلسلة ( إينوسيليكات Inosilicate )
وفيها
يتم الارتباط بين وحدات سيليكات التتراهيدرا على هيئة سلسلة غير محددة
الامتداد وقد تكون سلسلة منفردة Single chain أو سلسلة مزدوجة Double chain
في الأولى تكون نسبة السيليكون إلى الأكسجين 3:1 ومن أمثلتها مجموعة
البيروكسين أما في السلسلة المزدوجة فتكون نسبة السيليكون إلى الأكسجين
11:4 و من أمثلتها مجموعة الأمفيبول.


سلسلة منفردة بيروكسين (أوجيت)

سلسلة مزدوجة أمفيبول (هورنبلند)


سيليكات التتراهيدرا الصفائحيه ( فيلوسيليكات Phyllosilicate )
يتم
ارتباط وحدات السيليكا تتراهيدرا ( رباعيات الأوجه ) عن طريق اقتسام ثلاث
ذرات أكسجين مع الوحدات المجاورة لها وتمتد في الاتجاهين مكونة صفيحة مسطحة
غير متناهية الامتدادات وفيها تكون نسبة السيليكون إلى الأكسجين 5:2 ومن
أمثلتها مجموعة الميكا .



صفيحة مسطحة بيوتيتBiotite مسكوفيتMuscovite

سيليكات التتراهيدرا الشبكية ( تكتوسيليكات Tectosilicate )
يتم
ارتباط وحدات السيليكا تتراهيدرا عن طريق اقتسام ذرات الأكسجين الأربع
لتكون لدينا شبكة ثلاثية الأبعاد في الاتجاهات كافة ومن أمثلتها الكوارتز
ومجموعة الفلسبارات ( الفلسبار البوتاسي و البلاجيوكليز ) ومجموعة
الفلسباثويدات ( النفلين واللوسايت) .