Mineralele sunt elemente naturale care intră în alcătuirea rocilor din care este alcătuită Terra şi alte corpuri cereşti. Mineralele au structură cristalină. Au fost descoperite cam 4000 de minerale. La suprafaţa Terrei pot fi întâlnite mai frecvent aprox. 30 dintre ele.
Scurtă prezentare a mineralelor
Mineralele se deosebesc între ele prin natura atomilor constituenţi (elementele chimice cărora le aparţin aceşti atomi) şi dispunerea acestor atomi în cadrul mineralului. Atomii mineralelor sunt dispuşi sub forma unor corpuri tridimensionale, de aceea numim mineralele cristale sau spunem despre ele că au structură cristalină. Mineralele se grupează pentru a forma rocile. O rocă poate fi alcătuită din unul sau mai multe minerale.
Cum se formează mineralele?
Majoritatea mineralelor se formează din magma care iese la suprafaţă prin unele crăpături ale straturilor mai puţin profunde, deci nu atât de fierbinţi, ale scoarţei şi se cristalizează formând rocile compuse din asocieri de minerale. În stadiul final al cristalizării se formează un reziduu magmatic, combinat cu gaze, vapori de apă şi elemente volatile. Acest reziduu se cristalizează, ducând la formarea de roci poli-minerale (alcătuite din mai multe minerale). Spunem despre aceste minerale că au origine magmatică. Minerale de origine magmatică sunt turmalina, berilul sau mica. Prin răcire, soluţiile se pot depune în fisurile rocilor, ducând la formarea de noi minerale. Despre aceste minerale spunem că sunt de origine hidrotermală. Prin procese hidrotermale se formează minerale de toate tipurile.
La suprafaţa Terrei rocile şi mineralele sunt supuse proceselor de degradare. Acţiunea diverşilor factori fizici, chimici şi biologici asupra mineralelor duce la formarea unor minerale noi.
Anumite minerale provin din apele sărate atât datorită evaporării apei, cât şi datorită variaţiei compoziţiei sale chimice. Astfel se formează minerale precum sarea gemă, silvina, gipsul sau calcarul.
Proprietăţile fizice
Pe lângă modul de formare şi compoziţia chimică, mineralele se caracterizează prin anumite proprietăţi fizice precum culoarea, duritatea sau luciul.
Culoarea variază la diferite minerale. Unele minerale au culori atât de puternice şi pure încât sunt folosite ca coloranţi pentru vopseluri. Culoarea nu este un criteriu prea bun de recunoaştere a mineralelor, multe minerale extrem de diferite prezentând aceeaşi culoare. Malachitul este verde, cinabrul roşu, iar cupritul roşu închis. Unele minerale precum diamantul sau cuarţitul sunt incolore. Mineralele precum fluorita există în diverse culori.
Duritatea reprezintă rezistenţa exercitată de mineral la deformarea lui. Duritatea se exprimă pe baza scării lui Mohs, care prezintă 10 grade de duritate. Mineralele de gradul 1 şi 2 pot fi zgâriate cu unghia, mineralele de gradul 3 pot fi zgâriate cu o bucată de aramă, iar mineralele de gradul 4 şi 5 pot fi zgâriate de un briceag. Mineralele cu o duritate de 6-7 pot zgâria sticla, iar minerale cu o duritate de 8-10 nu pot fi zgâriate de briceag.
Luciul reprezintă proprietatea mineralelor de a reflecta lumina. Acesta poate fi metalic sau nemetalic. Termeni des utilizaţi pentru definirea luciului sunt adamantin (ca al diamantului), sidefos, mătăsos şi pământos sau mat (pentru mineralele cu o putere mică de reflecţiei).
Cristalele
Cristalele sunt corpuri ai căror atomi sunt dispuşi în structuri tridimensionale, care se repetă periodic, denumite sisteme de cristalizare. Știința care se ocupă cu studiul cristalelor este cristalografia. Cristalografia studiază o mare varietate de cristale, de la anumite substanţe organice cu structură cristalină precum proteinele şi până la mineralele cu o structură cristalină. De asemenea, tehnologia ne permite acum să creăm diverse cristale în laborator. În continuare vom vorbi despre mineralele cu structură cristalină.
Date generale despre cristale
Precum am menţionat şi mai sus cristalele sunt minerale, ai căror atomi sunt dispuşi sub forma unor structuri tridimensionale.
Să luăm exemplul apei şi al gheţii. Ambele substanţe au aceeaşi compoziţie chimică, dar structuri diferite. În cazul gheţii atomii sunt dispuşi ordonat după un model strict şi sunt strâns legaţi unii de alţii. În cazul apei în stare lichidă atomii sunt dispuşi la distanţe mari unii de alţii şi între ei nu există legături atât de puternice ca în cazul gheţii. Atunci când gheaţa este supusă unei temperaturi mari, se topeşte, atomii se îndepărtează unii de alţii, iar structura cristalului se dezbină. Dacă apa îngheaţă vorbim despre un proces de formare a cristalelor, denumit cristalizare.
Majoritatea substanţelor solide au structură cristalină, chiar dacă acest lucru nu se observă cu ochiul liber, dar experimentele cu raze X au demonstrat acest lucru. Cristalele pot avea numeroase forme: cuburi, coloane, prisme, piramide etc.
Structura şi forma cristalelor
Cristalele sunt formate din atomi dispuşi în structuri tridimensionale. Legătura dintre aceşti atomi este o legătură puternică denumită legătură ionică. Legătura ionică se formează prin cedarea de electroni. Această legătură chimică se formează în felul următor: unul din cei doi atomi care intră în legătură îi cedează celuilalt unul sau mai mulţi electroni. Cel de-al doilea atom atrage spre el electronii cedaţi de către de primul, astfel că între cei doi se formează o legătură ionică. Legătura ionică este specifică doar cristalelor, atomii substanţelor fără structură ionică sunt legaţi între ei prin legături specifice.
Spunem despre atomul care cedează electronii că este electronegativ, iar despre cel care acceptă electronic că este electropozitiv. Electronegativitatea unui atom este proprietatea acestuia de a atrage electronii altui atom şi variază foarte mult de la atomii unui element chimic la atomii altui element. Atomii nemetalelor sunt de obicei electronegativi, în timp ce atomii metalelor sunt electropozitivi.
La formare, cristalele iau o formă geometrică, fiind compuse din planuri netede denumite faţete, care sunt dispuse regulat. Faţetele reprezintă aspectul exterior al regularităţii atomice şi se îmbină între ele printr-o mare varietate de unghiuri. După simetria geometrică, sistemele cristaline se clasifică în şase tipuri principale: triclinic, monoclinic, ortorombic, tetragonal, trigonal, hexagonal şi cubic.
Noţiuni din mineralogie
În continuare, o scurtă prezentare a unor noţiuni deosebit de importante din mineralogie, precum clivajul, ruperea, maclele, agregatele sau gemele.
Clivajul
În urma unei lovituri sau a unei presiuni, la unele cristale are loc separarea planurilor de simetrie, pe o direcţie denumită direcţie de clivaj. Clivajul se produce pe suprafeţele cu coeziune minimă.. Unele minerale precum fluorina, sarea gemă sau galena prezintă mai multe direcţii de clivaj.
Ruperea
Numeroase minerale, precum cuartul sau opalul, nu se pot cliva în nicio direcţie, de aceea la exercitarea unei forţe mecanice asupra lor, acestea se rup neregulat. În funcţie de suprafaţa de rupere, aceasta poate fi plană, neregulată, curbă, semicurbă sau aspră. Modalitatea de rupere poate fi folosită ca criteriu de determinare a unui anumit mineral.
Agregatele
Deseori, cristalele datorită lipsei de spaţiu, se înghesuie unele în altele formând blocuri neregulate sau agregate. În crăpăturile rocilor se dezvoltă pe un support comun, formând druze sau în cavităţi geode. Datorită structurii lor, aceste aggregate pot prezenta aspecte foarte diferite.
Maclele
Maclele se formează prin unirea a două cristale, contopirea acestora având loc după anumite reguli.
Clasificarea mineralelor
În continuare vom clasifica mineralele şi vom începe să prezentăm o serie de minerale mai cunoscute. Mineralele sunt alcătuite din două componente: componenta negativă din punct de vedere electric şi componenta pozitivă din punct de vedere electric, care se află într-un anumit echilibru. De obicei componenta pozitivă este reprezentată de atomi pozitivi ai diferitelor metale, în timp ce componenta negativă este alcătuită din atomi ai negativi ai diferitelor nemetale. Precum am explicat anterior, când am vorbit despre legătura ionică, electronegativitatea este proprietatea atomilor de a atrage electroni cedaţi de alţi atomi, în timp ce electropozitivitatea este proprietatea atomilor de a ceda electroni. Metalele sunt elemente electropozitive, în timp ce nemetalele sunt elemente electronegative.
După elementele chimice componente, mineralele se clasifică în elemente native, sulfuri, carbonaţi, oxizi, hidroxizi, molibdaţi, wolframaţi, boraţi, fosfaţi, vanadaţi, silicaţi, sulfaţi, halogenuri şi fluoruri.
Elementele native sunt minerale formate din atomii unui singur element chimic. Exemple de elemente native sunt aurul, argintul şi platina.
Sulfurile sunt minerale în care sulful se combină cu elemente metalice. Exemple de sulfuri sunt: cinabrul, galena, calcopirita şi pirita. Majoritatea sulfurilor sunt opace, cu culori distinctive.
Carbonaţii sunt minerale în care un metal se combină cu radicalul CO3. De obicei nu conţin apă, o excepţie fiind azuritul. Exemple de carbonaţi sunt calcitul, malachitul şi dolomitul.
Molibdaţii sunt minerale în care molibdatul (MoO4) se combină cu diverse elemente metalice.
Wolframaţii sunt minerale, în care wolframatul (WO4) se combină cu diverse elemente metalice.
Oxizii şi hidroxizii sunt două grupe înrudite, în care elementele metalice se combină cu oxigenul (O2) sau cu hidroxilul (OH). Exemple de oxizi sunt hematitul, opalul şi cuarţul, iar ca hidroxizi menţionăm: diasporul, limonitul sau manganitul.
Boraţii sunt minerale în care elementele metalice se combină cu boratul (BO3). Menţionăm boraxul, boracitul şi hidroboracitul.
Fosfaţii sunt minerale în care elementele metalice se combină cu fosfatul (PO4). Exemple sunt braziliantul, apatitul şi autunitul.
Vanadaţii sunt minerale în care elementele metalice se combină cu radicalul VO3. Vanadinitul este cel mai cunoscut vanadat.
Halogenurile sunt minerale în care fluorul, clorul, bromul şi iodul se combină cu calciul sau sodiul.
Sulfaţii sunt minerale în care elementele metalice se combină cu radicalul SO4 (sulfat). Exemple de sulfaţi sunt: anhidritul, brocantitul şi gipsul.
Silicaţii sunt minerale în care elementele metalice se combină cu oxigenul şi siliciul. Dintre silicaţi amintim: albitul, serpentinul şi talcul.
