خصائص التعريف للمعادن

استكشاف الخط، الصلابة، الانقسام، الكسر، الكثافة، والمغنطيسية في تحديد المعادن

لتحديد وتوصيف عينات المعادن، يُعتبر عادةً شكلها، وخصائصها الفيزيائية والكيميائية، وميزاتها.

شكل المعادن

1. شكل المعادن الفردية

يمكن أن تظهر المعادن الفردية أشكالًا متنوعة. بعض المعادن تمتد في اتجاه واحد، مكونة أشكالًا عمودية أو على شكل إبرة. أخرى تمتد في اتجاهين، مما يؤدي إلى أشكال لوحية أو مستطيلة. بعض المعادن لها أطوال متساوية في ثلاثة اتجاهات ويمكن أن تتخذ أشكال مكعبة أو ثمانية السطوح.

بالإضافة إلى نمو البلورات المفردة، يمكن أن تتزاوج البلورات أيضًا، حيث تنمو بلورتان أو أكثر من نفس النوع معًا في اتجاه معين. هذا التزاوج ينتج أشكالًا مميزة، مثل التزاوج على شكل ذيل البجعة في الجبس (الشكل 1-1A) أو التزاوج على شكل صليب في الستولوليت (الشكل 1-1B).

2. شكل المعادن المجمعة

المجمعة تتكون من وحدات معدنية فردية. غالبًا ما يظهر كل تجمع معدني شكلًا معتادًا. إذا امتد المعدن في اتجاه واحد، فإن تجمعه غالبًا يكون ليفيًا أو على شكل إبرة.

إذا امتد في اتجاهين، يميل التجمع إلى أن يكون لوحيًا أو ذو قشور. إذا كانت له أطوال متساوية في ثلاثة اتجاهات، يظهر التجمع حبيبيًا (عندما تكون حدود الحبيبات مرئية بالعين المجردة) أو كتليًا (عندما لا تكون حدود الحبيبات واضحة). داخل التجمعات الكتلية، يُشار إلى الأكثر كثافة بأنها مضغوطة، والأقل كثافة تُسمى ترابية. بالإضافة إلى ذلك، هناك أشكال خاصة من التجمعات، مثل:

مشع: معادن طويلة على شكل عمود أو إبرة مرتبة شعاعيًا من نقطة مركزية، كما هو الحال في الرودوكروسيت (الشكل 1-1C).

دريوز: تجمعات بلورية كاملة تنمو في شقوق أو تجاويف الصخور، مثل الكوارتز أو الكالسيت الدريوز.

أوليتيك وبيسوليتيك: تجمعات مكونة من معادن كروية. التجمعات الأوليتيكية لها طبقات متحدة المركز تشبه بيض السمك، بينما التجمعات البيسوليتية على شكل حبة فول.

ستالاكتيتي: تشبه مخاريط الثلج التي تتشكل تحت حواف الأسقف في الشتاء، مع مقاطع عرضية دائرية وطبقات داخلية متحدة المركز، وأحيانًا تظهر هياكل شعاعية.

بوتريودالي ورينيفورم: الأشكال على شكل عنب تسمى بوتريودالي، والأشكال على شكل كلية تسمى رينيفورم. كلاهما يظهر هياكل داخلية متحدة المركز أو شعاعية.

نودولار: أجسام كروية أو بيضاوية غير منتظمة الشكل ذات هياكل داخلية متحدة المركز أو شعاعية.

الخصائص الفيزيائية للمعادن

تشمل الخصائص الفيزيائية للمعادن الخصائص البصرية، والخصائص الميكانيكية، والمغنطيسية، والموصلية الكهربائية. تشير الخصائص البصرية إلى كيفية تصرف المعادن تحت الضوء المرئي، بما في ذلك الشفافية، واللمعان، واللون، والعصا. تصف الخصائص الميكانيكية كيفية استجابة المعادن للقوى الخارجية، مثل الصلابة، والانقسام، والكسر.

1. الشفافية:

تشير إلى قدرة المعدن على تمرير الضوء المرئي. تُسمى المعادن التي تسمح بمرور الضوء من خلال شرائح رقيقة (سمكها 0.03 مم) شفافة، بينما تُسمى تلك التي لا تسمح بذلك غير شفافة.

2. اللمعان

يشير اللمعان إلى قدرة المعادن على عكس الضوء المرئي. ويمكن تصنيفه بناءً على قوة الانعكاس على النحو التالي:

اللمعان المعدني: انعكاس قوي يشبه انعكاس الضوء على سطح معدني مطلي بالكروم، مثل لمعان الجالينا.

اللمعان شبه المعدني: انعكاس معتدل يشبه انعكاس المعادن النموذجية، مثل لمعان الماغنيتيت.

اللمعان غير المعدني: ينقسم إلى اللمعان الألماسي واللمعان الزجاجي استنادًا إلى خصائصها الانعكاسية: (1) اللمعان الألماسي: انعكاس قوي ومبهر، مثل لمعان الماس. (2) اللمعان الزجاجي: انعكاس ضعيف نسبيًا يشبه الانعكاس على سطح زجاجي، مثل لمعان الكالسيت أو وجوه الكوارتز البلورية. تشير اللمعانات المذكورة إلى اللمعان الذي يظهره المعادن الطازجة على وجوه البلورات المسطحة أو أسطح الانقسام أو الأسطح المصقولة. إذا لم يكن سطح المعدن مسطحًا أو كان يشكل تجمعات، قد يضعف اللمعان أو يظهر لمعانات محددة مثل اللمعان الدهني أو الترابي.

3. اللون

لون الجسم عادةً يشير إلى اللون الذي يعرضه تحت الضوء الأبيض. في علم المعادن، يمكن تصنيف الألوان إلى ثلاثة أنواع: اللون الذاتي، اللون الخارجي، واللون الزائف.

اللون الذاتي: يشير إلى اللون المرتبط مباشرةً بالتركيب الكيميائي الكامن للمعدن. وهو مستقر نسبيًا ويميز معدنًا معينًا، مثل اللون الأحمر الكرزي للهماتيت.

اللون الخارجي: يشير إلى الألوان الناتجة عن عوامل غير التركيب الكيميائي الكامن للمعدن. يمكن أن يكون ناتجًا عن شوائب ميكانيكية صغيرة مخلوطة داخل المعدن، استبدال عناصر الشوائب الدقيقة أثناء عمليات الحل الصلب، أو وجود عيوب في شبكة البلورات داخل المعدن. على سبيل المثال، الكوارتز النقي عديم اللون، لكنه يمكن أن يظهر ألوانًا مختلفة مثل البنفسجي (بسبب وجود الحديد الثلاثي) عند احتوائه على شوائب دقيقة.

اللون الزائف: يشير إلى التلوين الناتج عن عمليات بصرية فيزيائية مثل التداخل والانحراف الضوئي. يمكن ملاحظة الألوان الزائفة على أسطح المعادن بسبب تكوين طبقات أكسيد.

4. الخط المائي

الخط المائي يشير إلى لون مسحوق المعدن. وهو مهم بشكل خاص لتحديد بعض المعادن المعدنية. على سبيل المثال، يمتلك البيريت خطًا مائيًا أخضر-أسود، بينما يظهر الهيماتيت ألوانًا حمراء أو سوداء أو رمادية فولاذية، ولكن دائمًا لديه خط أحمر. عادةً يكون خط المعادن الشفافة أبيض أو شبه أبيض ولا يحمل دلالة تشخيصية.

5. الصلابة

الصلابة تشير إلى مقاومة المعدن للقوى الخارجية. في التعريف البصري، تشير بشكل رئيسي إلى قدرة المعدن على مقاومة الخدش. يتم تحديد الصلابة بشكل أساسي بواسطة قوة الروابط الذرية أو الأيونية أو الجزيئية داخل المعدن. يُستخدم مقياس موس للصلابة كمقياس قياسي. يتكون مقياس موس من 10 معادن ذات صلابة متفاوتة (الجدول 2-1). التلك هو الأقل صلابة بقيمة 1، بينما الماس هو الأعلى بقيمة 10. لتحديد صلابة المعدن، يُقارن بالمعدنات القياسية في مقياس الصلابة بمحاولة خدشها. على سبيل المثال، إذا كان المعدن يمكنه خدش الكالسيت ولكنه يمكن خدشه بواسطة الفلورايت، فإن صلابته ستكون بين 3 و4.

الجدول 2-1: مقياس موس للصلابة

يمكن أيضًا استخدام أشياء أخرى شائعة الاستخدام كبدائل للمعادن في مقياس الصلابة. على سبيل المثال، صلابة الظفر حوالي 2-2.5، مفتاح نحاسي 3، سكين حديدي صغير حوالي 5-5.5، وزجاج النافذة 6.

مقياس الصلابة لموس يمكنه فقط تحديد الصلابة النسبية للمعادن المختلفة ولا يمكنه تقديم قيم مطلقة. على سبيل المثال، التلك له صلابة 1، والكوارتز له صلابة 7، لكن هذا لا يعني أن الكوارتز أضعاف التلك سبع مرات من حيث الصلابة. من حيث القيم المقاسة للصلابة، التلك حوالي 2.3، والكوارتز حوالي 300، مما يجعل الأخير أضعاف تقريبًا 130 مرة أكثر صلابة من الأول.

6. الانقسام

يشير الانقسام إلى قدرة البلورة على الانقسام على طول اتجاهات بلورية محددة عند تعرضها لقوى خارجية، مما يؤدي إلى أسطح مستوية تسمى مستويات الانقسام. يتم تحديد هذه الخاصية بواسطة البنية الداخلية للبلورة. نظرًا لعدم تساوي المسافات بين الذرات أو الأيونات أو الجزيئات في اتجاهات مختلفة داخل البلورة، فإن قوة الجذب بينها تختلف. دائمًا ما يحدث الانقسام على طول الاتجاهات التي تكون فيها القوى بين المستويات ضعيفة. المستوى ذو الكثافة الأعلى والمسافة الأكبر بين النقاط بين المستويات هو الأضعف في الترابط، مما يجعله عرضة للانقسام (الشكل 2-2).

يوضح الشكل ثلاثة اتجاهات بين المستويات عمودية على المستوى: ab، ac، و ad. من بين هذه الاتجاهات، النقاط بين المستويات على طول اتجاه ab لها أعلى كثافة وأكبر مسافة، مما يجعل الانقسام أكثر احتمالًا على طول هذا الاتجاه.

بعض المعادن لديها روابط ضعيفة في عدة اتجاهات، مما يؤدي إلى تكوين مستويات انقسام متعددة، كما هو الحال في الكالسيت. المعادن المرتبطة بروابط معدنية، مثل الذهب الطبيعي والنحاس الطبيعي، تحتوي على إلكترونات حرة موزعة داخل هياكلها. عند تعرض هذه المعادن لقوى خارجية، يحدث فقط انزلاق داخلي في الشبكة البلورية، ولا تنقسم في اتجاهات ثابتة. بدلاً من ذلك، تظهر مرونة عالية بدون انقسام.

تختلف اتجاهات ودرجة الانقسام بين المعادن المختلفة. استنادًا إلى كمال الانقسام، يمكن تصنيفه إلى أربع مستويات: كامل، جيد، عادل، وضعيف. الانقسام هو سمة أساسية لتحديد المعادن. على سبيل المثال، الميكا تظهر انقسامًا كاملًا في اتجاه واحد، مما يسهل تقسيمها إلى صفائح رقيقة على طول هذا الاتجاه. الكالسيت لديه ثلاثة اتجاهات من الانقسام الكامل، مما يؤدي إلى تكسرات على طول هذه الاتجاهات الثلاثة، وتشكيل سلسلة من القطع ذات شكل رباعي المضلعات.

7. الكسر

يشير الكسر إلى طريقة تكسر المعدن عند تعرضه لقوى خارجية دون الانقسام على طول اتجاهات بلورية ثابتة. لا توجد نمط معين لأسطح الكسر، ويمكن أن تتنوع أشكال الكسر، مثل الشكل الصدفي، غير المنتظم، المسنن، أو المسطح. يُلاحظ الكسر بشكل رئيسي في المعادن ذات الانقسام غير المتطور أو تجمعات المعادن، مثل الكوارتز.

8. الكثافة

بالنسبة للمعادن غير المعدنية، يمكن تصنيف الكثافة إلى ثلاثة مستويات: خفيف، بكثافة أقل من 2.5 جم/سم³، يُشعر به كخفيف عند الإمساك به باليد؛ متوسط، بكثافة بين 2.5 و4 جم/سم³، يُشعر به كمتوسط الوزن عند الإمساك به؛ ثقيل، بكثافة أكثر من 4.0 جم/سم³، يُشعر به كوزن ثقيل جدًا عند الإمساك به.

9. المغناطيسية

المغناطيسية أيضًا من الخصائص المهمة لتحديد بعض المعادن. على سبيل المثال، الماغنيتيت والبيروتيت يجذبان مغناطيسًا مشتركًا، بينما البزموت الطبيعي يرفضه المغناطيس.