البـــــوابـــة
بسم الله الرحمن الرحيم
المعادن
تتكون صخور القشرة الأرضية من معادن ، و المعدن مركب كيميائي له تركيب بلوري خاص يوجد في الطبيعة و ليس للإنسان شأن في تكوينه .
و بالرغم من أن العناصر التي تدخل في تكوين القشرة الأرضية كثيرة فإن عشرة عناصر فقط تكون أكثر من 99 % من محتويات القشرة الأرضية ، و هي
الأكسجين
السليكون
الألمونيوم
الحديد
الكالسيوم
الصوديوم
البوتاسيوم
الماغنيسيوم
التيتانيوم
الهيدروجين
و حيث نجد أن الأكسجين و السليكون أكثر العناصر انتشارا في القشرة الأرضية ، و هما يدخلان في تركيب الكثير من المعادن ، و جميع هذه العناصر لا توجد حرة في القشرة الأرضية و لكنها توجد في الصخور المختلفة متحدة مع العناصر الأخرى اتحادا كيميائيا .
أولاـ التركيب الكيميائي للمعادن :-
جميع العناصر المذكورة سابقا فيما عدا الأكسجين و السليكون عبارة عن فلزات metals ، و لكن السليكون له خواص مميزة تضعه بين الفلزات و اللافلزات non-metals ، و له ميل للاتحاد بالفلزات .
و تتحد جميع العناصر المذكورة سابقا كيميائيا مع الأكسجين مكونة الأكاسيد oxides ، و المعروف أن أكاسيد الفلزات تعطي مواد قاعدية basic substances و مثال ذلك هيدروكسيد الكالسيوم الناتج عن تفاعل أكاسيد الكالسيوم بالماء كما في المعادلة التالية :_
CaO + H2O ===> Ca(OH)2
أما أكاسيد اللافلزات فتعطي مواد حمضية acidic substances ، و مثال ذلك حمض الكربونيك الناتج عن تفاعل ثاني أكسد الكربون بالماء ، كما في المعادلة التالية :-
CO2 + H2O ===> H2CO3
و تتفاعل المواد القاعدية مع المواد الحمضية لتعطي أملاح ssalts بعد فقدان عدد مناسب من جزيئات الماء ، كما في المعادلة التالية :_
Ca(OH)2 + H2CO3 ====> CaCO3 + 2H2O
ثانيا – تكون المعادن :-
هناك عدة طرق مختلفة تتكون بواسطتها المعادن الموجودة في القشرة الأرضية :-
1. التبلور المباشر من الصهارة direct crystallization from magma و تكون هذه المعادن التي تتبلور من الصهارة الصخور النارية igeous rocks .
2. التبلور من محاليل مائية crystallization from aqueous solutions و يمكن أن تكون هذه المحاليل المائية موجودة على سطح القشرة الأرضية ، و هي تكون الغلاف المائي ، فالمعادن التي تتبلور من هذه المحاليل تكون الصخور الرسوبية الكيميائية chemically fromed sedimentary rocks و إذا كان للكائنات الحية نصيب في تبلور هذه المعادن فتتكون الصخور الرسوبية العضوية organically fromed sedimentary rocks . و يمكن أيضا أن تكون هذه المحاليل المائية الناتجة من بقايا تبلور الصهارة ، و في هذه الحالة تسمى هذه المحاليل محاليل حارة أو صهارية hydrothermal solutions or juvenile waters . و تكون المعادن المتبلورة من هذه المحاليل الحارة الكثير من الخامات الفلزية الاقتصادية metallic ores .
3. يمكن أن تتكون بعض المعادن من إعادة ترتيب الذرات في بلورات المعادن السابقة التكوين ، و يمكن أن يصحب إعادة الترتيب هذا إزالة أو إضافة بعض الذرات عند تكون المعدن الجديد ، و في كثير من الحالات تساعد المحاليل التي تتخلل الشقوق الموجودة في الصخور هذا التغير من معدن إلى معدن جديد .
و إذا تم هذا التغير في إعادة النظام البلوري للمعادن تحت ظروف من الضغط العالي و الحرارة العالية ، فإن المعادن الجديدة تكون صخورا متحولة metamorphic rocks . و لكن يمكن أيضا أن يتم هذا التغير فوق سطح الأرض نتيجة لهذه العمليات تتكون الرسوبيات المتبقية residual deposits و المعادن الطينية clay minerals .
ثالثا – التصنيف الكيميائي للمعادن :-
جرت العادة على أن تصنيف المعادن بحسب تركيبها الكيميائي و بحسب تركيب الشق الحمضي لجزيئاتها خاصة ، و هناك في الطبيعة أكثر من 2000 معدن معروف لدى الإنسان ، و لكن المعادن التي تكون معظم صخور القشرة الأرضية لا يتجاوز عددها الثلاثين ، و تقع هذه المعادن في سبع مجموعات أساسية بحسب تركيبها الكيميائي و هي :-
1. المعادن العنصرية Native elements :-
و أشهرها الذهب ( Au ) و الفضة ( Ag ) و النحاس ( Cu ) ، و هي فلزات ، و هناك أيضا عنصر الكربون الذي يوجد في نوعين من الترتيب البلوري و هما الألماس diamond و الجرافيت graphite .
و تتكون معادن الذهب و الفضة و النحاس في العادة بجوار المناطق المتأثرة بنشاط صهاري magmatic activity . أما الألماس فيتبلور من الصهارة في باطن الأرض تحت ظروف من الضغط العالي و الحرارة العالية ، و أما الجرافيت فهو معدن يتكون في الصخور المتحولة .
ألماس
ذهب
جرافيت
فضة
نحاس
2. الأكاسيد Oxides :-
و أكسيد السليكون المكون لمعدن الكوارتز quartz أكثر الأكاسيد انتشارا ، و لكن بسبب تركيبه البلوري الخاص المتعلق بتركيب معادن السليكات يصنف مع السليكات في العادة .
أما أكاسيد الحديد فهي أكثر الأكاسيد الفلزية انتشارا في الطبيعة ، و أهمها الهيماتيت hematite ، و هو معدن أحمر اللون مكون من أكاسيد الحديد الذي يحمل ثلاث شحنات موجبة Fe+++ ( أيون حديديك ) فتركيبه الكيميائي Fe2O3 .
و معدن الليمونت limonite يحتوي على عدة جزيئات من الماء في تركيبه البلوري و يتراوح لونه بين الأصفر و البني .
و كل هذه الأكاسيد تتكون على سطح الأرض مع الصخور الرسوبية ، و هي سبب الأوان الحمراء و الصفراء و البنية في الكثير من الصخور الرسوبية .
و هناك أيضا معدن الماجنتيت magnetite الأسود اللون ، و هو يتبلور من الصهارة في درجات عالية من الحرارة و تحت ضغط شديد ، و يحتوي جزيء الماجنتيت أيونا من الحديد ثنائي التكافؤ Fe++ ( أيون حديدوز ) ، و أيونين من الحديد الثلاثي التكافؤ و يمكن تمثيله كيميائيا كما يلي Fe3O4 و هذا المعدن يتأثر أيضا بالمجالات المغناطيسية .
كوارتز
هيماتيت
ليمونت
. الكبريتيدات Sulfides :-
إن الكثير من المعادن الفلزية الاقتصادية هي كبريتيدات ، و أشهرها البيريت pyrite المعروف أحيانا باسم ذهب البلهاء و ذلك بالنسبة للونه الذهبي ، و هو يتكون من كبرتيد الحديدوز Fe2S2 ، و هناك أيضا الكالكوبيريت chalcopyrite الذي يحتوي أيضا على النحاس CuFeS2 ، و الجالينا galena الذي يحتوي الرصاص Pbs ، و السفاليريت sphalerite الذي يحوي الزنك ZnS ، و كل هذه المعادن تتبلور من محاليل حارة .
البيريت
كالكوبيريت
جالينا
سفاليريت
4. الكبريتات :-
و تتكون من محاليل مائية فوق سطح الأرض ( صخور رسوبية كيميائية ) ، و أهمها الجبس gypsum و هو كبريتات الكالسيوم الحاوي جزئين من الماء CaSo4.2H2O ، و الانهيدريت anhydrite الذي لا يحتوي ماء CaSO4 .
الجبس
الانهيدريت
. الكربونات Carbontes :-
و هي أيضا تتكون من محاليل مائية فوق سطح الأرض مكونة صخورا رسوبية كيميائية و عضوية ، و أكثر هذه المعادن انتشارا هو الكالسيت CaCO3 calcite ، و الدولوميت dolomite CaMg ( CO3 )2 .
و هذه صور للكالسيت
و هذه صورة للدولوميت
. الفوسفات Phosphates :-
و هي معادن تتكون في العادة من تراكم هياكل الفقاريات ، و لذلك فهي معادن رسوبية عضوية ، و معدن الأباتيت apatite مثال لهذه المجموعة من المعادن ، و تركيبه الكيميائي Ca5 ( Fe3Cl3OH ) ( PO4 )3 .
الأباتيت
المعادن
تتكون صخور القشرة الأرضية من معادن ، و المعدن مركب كيميائي له تركيب بلوري خاص يوجد في الطبيعة و ليس للإنسان شأن في تكوينه .
و بالرغم من أن العناصر التي تدخل في تكوين القشرة الأرضية كثيرة فإن عشرة عناصر فقط تكون أكثر من 99 % من محتويات القشرة الأرضية ، و هي
الأكسجين
السليكون
الألمونيوم
الحديد
الكالسيوم
الصوديوم
البوتاسيوم
الماغنيسيوم
التيتانيوم
الهيدروجين
و حيث نجد أن الأكسجين و السليكون أكثر العناصر انتشارا في القشرة الأرضية ، و هما يدخلان في تركيب الكثير من المعادن ، و جميع هذه العناصر لا توجد حرة في القشرة الأرضية و لكنها توجد في الصخور المختلفة متحدة مع العناصر الأخرى اتحادا كيميائيا .
أولاـ التركيب الكيميائي للمعادن :-
جميع العناصر المذكورة سابقا فيما عدا الأكسجين و السليكون عبارة عن فلزات metals ، و لكن السليكون له خواص مميزة تضعه بين الفلزات و اللافلزات non-metals ، و له ميل للاتحاد بالفلزات .
و تتحد جميع العناصر المذكورة سابقا كيميائيا مع الأكسجين مكونة الأكاسيد oxides ، و المعروف أن أكاسيد الفلزات تعطي مواد قاعدية basic substances و مثال ذلك هيدروكسيد الكالسيوم الناتج عن تفاعل أكاسيد الكالسيوم بالماء كما في المعادلة التالية :_
CaO + H2O ===> Ca(OH)2
أما أكاسيد اللافلزات فتعطي مواد حمضية acidic substances ، و مثال ذلك حمض الكربونيك الناتج عن تفاعل ثاني أكسد الكربون بالماء ، كما في المعادلة التالية :-
CO2 + H2O ===> H2CO3
و تتفاعل المواد القاعدية مع المواد الحمضية لتعطي أملاح ssalts بعد فقدان عدد مناسب من جزيئات الماء ، كما في المعادلة التالية :_
Ca(OH)2 + H2CO3 ====> CaCO3 + 2H2O
ثانيا – تكون المعادن :-
هناك عدة طرق مختلفة تتكون بواسطتها المعادن الموجودة في القشرة الأرضية :-
1. التبلور المباشر من الصهارة direct crystallization from magma و تكون هذه المعادن التي تتبلور من الصهارة الصخور النارية igeous rocks .
2. التبلور من محاليل مائية crystallization from aqueous solutions و يمكن أن تكون هذه المحاليل المائية موجودة على سطح القشرة الأرضية ، و هي تكون الغلاف المائي ، فالمعادن التي تتبلور من هذه المحاليل تكون الصخور الرسوبية الكيميائية chemically fromed sedimentary rocks و إذا كان للكائنات الحية نصيب في تبلور هذه المعادن فتتكون الصخور الرسوبية العضوية organically fromed sedimentary rocks . و يمكن أيضا أن تكون هذه المحاليل المائية الناتجة من بقايا تبلور الصهارة ، و في هذه الحالة تسمى هذه المحاليل محاليل حارة أو صهارية hydrothermal solutions or juvenile waters . و تكون المعادن المتبلورة من هذه المحاليل الحارة الكثير من الخامات الفلزية الاقتصادية metallic ores .
3. يمكن أن تتكون بعض المعادن من إعادة ترتيب الذرات في بلورات المعادن السابقة التكوين ، و يمكن أن يصحب إعادة الترتيب هذا إزالة أو إضافة بعض الذرات عند تكون المعدن الجديد ، و في كثير من الحالات تساعد المحاليل التي تتخلل الشقوق الموجودة في الصخور هذا التغير من معدن إلى معدن جديد .
و إذا تم هذا التغير في إعادة النظام البلوري للمعادن تحت ظروف من الضغط العالي و الحرارة العالية ، فإن المعادن الجديدة تكون صخورا متحولة metamorphic rocks . و لكن يمكن أيضا أن يتم هذا التغير فوق سطح الأرض نتيجة لهذه العمليات تتكون الرسوبيات المتبقية residual deposits و المعادن الطينية clay minerals .
ثالثا – التصنيف الكيميائي للمعادن :-
جرت العادة على أن تصنيف المعادن بحسب تركيبها الكيميائي و بحسب تركيب الشق الحمضي لجزيئاتها خاصة ، و هناك في الطبيعة أكثر من 2000 معدن معروف لدى الإنسان ، و لكن المعادن التي تكون معظم صخور القشرة الأرضية لا يتجاوز عددها الثلاثين ، و تقع هذه المعادن في سبع مجموعات أساسية بحسب تركيبها الكيميائي و هي :-
1. المعادن العنصرية Native elements :-
و أشهرها الذهب ( Au ) و الفضة ( Ag ) و النحاس ( Cu ) ، و هي فلزات ، و هناك أيضا عنصر الكربون الذي يوجد في نوعين من الترتيب البلوري و هما الألماس diamond و الجرافيت graphite .
و تتكون معادن الذهب و الفضة و النحاس في العادة بجوار المناطق المتأثرة بنشاط صهاري magmatic activity . أما الألماس فيتبلور من الصهارة في باطن الأرض تحت ظروف من الضغط العالي و الحرارة العالية ، و أما الجرافيت فهو معدن يتكون في الصخور المتحولة .
ألماس
ذهب
جرافيت
فضة
نحاس
2. الأكاسيد Oxides :-
و أكسيد السليكون المكون لمعدن الكوارتز quartz أكثر الأكاسيد انتشارا ، و لكن بسبب تركيبه البلوري الخاص المتعلق بتركيب معادن السليكات يصنف مع السليكات في العادة .
أما أكاسيد الحديد فهي أكثر الأكاسيد الفلزية انتشارا في الطبيعة ، و أهمها الهيماتيت hematite ، و هو معدن أحمر اللون مكون من أكاسيد الحديد الذي يحمل ثلاث شحنات موجبة Fe+++ ( أيون حديديك ) فتركيبه الكيميائي Fe2O3 .
و معدن الليمونت limonite يحتوي على عدة جزيئات من الماء في تركيبه البلوري و يتراوح لونه بين الأصفر و البني .
و كل هذه الأكاسيد تتكون على سطح الأرض مع الصخور الرسوبية ، و هي سبب الأوان الحمراء و الصفراء و البنية في الكثير من الصخور الرسوبية .
و هناك أيضا معدن الماجنتيت magnetite الأسود اللون ، و هو يتبلور من الصهارة في درجات عالية من الحرارة و تحت ضغط شديد ، و يحتوي جزيء الماجنتيت أيونا من الحديد ثنائي التكافؤ Fe++ ( أيون حديدوز ) ، و أيونين من الحديد الثلاثي التكافؤ و يمكن تمثيله كيميائيا كما يلي Fe3O4 و هذا المعدن يتأثر أيضا بالمجالات المغناطيسية .
كوارتز
هيماتيت
ليمونت
. الكبريتيدات Sulfides :-
إن الكثير من المعادن الفلزية الاقتصادية هي كبريتيدات ، و أشهرها البيريت pyrite المعروف أحيانا باسم ذهب البلهاء و ذلك بالنسبة للونه الذهبي ، و هو يتكون من كبرتيد الحديدوز Fe2S2 ، و هناك أيضا الكالكوبيريت chalcopyrite الذي يحتوي أيضا على النحاس CuFeS2 ، و الجالينا galena الذي يحتوي الرصاص Pbs ، و السفاليريت sphalerite الذي يحوي الزنك ZnS ، و كل هذه المعادن تتبلور من محاليل حارة .
البيريت
كالكوبيريت
جالينا
سفاليريت
4. الكبريتات :-
و تتكون من محاليل مائية فوق سطح الأرض ( صخور رسوبية كيميائية ) ، و أهمها الجبس gypsum و هو كبريتات الكالسيوم الحاوي جزئين من الماء CaSo4.2H2O ، و الانهيدريت anhydrite الذي لا يحتوي ماء CaSO4 .
الجبس
الانهيدريت
. الكربونات Carbontes :-
و هي أيضا تتكون من محاليل مائية فوق سطح الأرض مكونة صخورا رسوبية كيميائية و عضوية ، و أكثر هذه المعادن انتشارا هو الكالسيت CaCO3 calcite ، و الدولوميت dolomite CaMg ( CO3 )2 .
و هذه صور للكالسيت
و هذه صورة للدولوميت
. الفوسفات Phosphates :-
و هي معادن تتكون في العادة من تراكم هياكل الفقاريات ، و لذلك فهي معادن رسوبية عضوية ، و معدن الأباتيت apatite مثال لهذه المجموعة من المعادن ، و تركيبه الكيميائي Ca5 ( Fe3Cl3OH ) ( PO4 )3 .
الأباتيت
