الفصل الثالث: المعادن

ملخص شامل + اختبار تجريبي عشوائي

3-1 ما المعدن؟

المعدن: مادة صلبة غير عضوية، توجد في الطبيعة، لها تركيب كيميائي وشكل بلوري ثابت.

الأهداف

  • تتعرف على المعدن
  • تصف كيف تتكون المعادن
  • تصنف المعادن حسب خصائصها الكيميائية

حدد المعادن من المواد التالية

معادن الذهب، الثلج (إذا تكون بشكل طبيعي)، الملح الصخري

ليست معادن الماء (سائل)، الفحم الحجري والنفط (عضوية)

الخصائص العامة للمعادن

  • تتكون القشرة الأرضية من 3000 معدن تقريباً.
  • يتكون المعدن بشكل طبيعي وغير عضوي.
  • له بناء بلوري محدد (ذراته ترتب بشكل هندسي خاص).
  • مادة صلبة ذات تركيب محدد (الكوارتز SiO₂).

البلورة: جسم صلب ترتب فيه الذرات بنمط متكرر.

التغيرات في المكونات الكيميائية

  • عندما تتغير ظروف التبلور تختلف المكونات الكيميائية للمعدن.
  • مثال: الفلسبار البلاجوكليزي (الألبيت ← الأوليجوكليز ← اللابرادوريت).
  • تختلف مكوناته باختلاف درجة حرارة تبلوره، فيتغير التركيب طفيفاً وتتغير الخصائص، كالفرق بين الألبيت والأنورثيت.

الصخور تتكون من معادن

  • رغم وجود 3000 معدن تقريباً، فإن ثلاثين معدناً فقط هي الأكثر شيوعاً في صخور القشرة.
  • تشكل ثمانية عناصر فقط النسبة الأعظم: الأكسجين – السيليكون – الألمنيوم – الحديد – الكالسيوم – الصوديوم – البوتاسيوم – المغنسيوم.

تبلور المعادن

1) من الصهارة

  • عند انخفاض حرارة الصهارة تبدأ بالتبلور.
  • توجد علاقة بين عمق التبلور وحجم الحبيبات.
  • في الأعماق البعيدة: تبريد بطيء ← حبيبات كبيرة وبلورات أوضح.
  • قرب السطح: تبريد أسرع ← حبيبات أصغر وبلورات مشوهة.

2) من المحاليل

  • تذوب الأملاح في المحيط فيتكون محلول ملحي.
  • مع استمرار العملية (التبخر) يصل إلى التشبع ثم فوق المشبع، فتترابط الذرات لتكون بلورات.
  • إذا تبخر ماء البحر ترسبت المعادن المذابة وتسمى متبخرات (المعادن المتكونة من تبخر السوائل).

تعرّف المعادن (الخواص)

يتم التعرف على المعادن من خلال خواصها الفيزيائية والكيميائية، ومنها:

1- الشكل البلوري

شكل هندسي يوضح طريقة ترتيب الذرات في المعدن (مثل تركيب الألماس).

2- البريق

كيفية انعكاس الضوء الساقط على سطح المعدن.

فلزي (لامع) الذهب، الفضة، النحاس

لا فلزي (باهت) الكوارتز، الجبس، الكالسيت

5- المخدش

لون المسحوق الناعم للمعدن.

  • مخدش اللافلزية عادة أبيض، لذا يفيد في التعرف على الفلزية أكثر.
  • مخدش الفلزية قد يختلف عن لون المعدن الخارجي.

6- اللون

من أهم الخصائص الملاحظة، لكنه أقلها في تعرّف المعدن.

7- الوزن النوعي

النسبة بين كتلة المادة إلى كتلة حجمها من الماء في درجة حرارة 4°م.

D = M / V (الكثافة = الكتلة ÷ الحجم)

8- النسيج

ملمس المعدن (ناعم – خشن أو متعرج – صابوني).

3- القساوة

مقياس لقابلية المعدن للخدش. طوره الجيولوجي الألماني فريدريك موهس (من 1 إلى 10).

القساوةالمعدن
1التلك (الأضعف)
2الجبس
3الكالسيت
4الفلوريت
5الأباتيت
6الفلسبار
7الكوارتز
8التوباز
9الكورندوم
10الألماس (الأقسى)
المادة الشائعةقساوتها
ظفر الإصبع2.5
قطعة نحاسية3.5
مسمار حديدي4.5
الزجاج5.5
نصل السكين6.5
قطعة بورسلان7

4- الانفصام والمكسر

  • الانفصام: انقسام المعدن بشكل متساوٍ في اتجاه واحد أو أكثر. مثل: المايكا. (الكالسيت له ثلاثة مستويات انفصام).
  • المكسر: انكسار المعدن بحواف خشنة متعرجة. مثل: الكوارتز. (مكسر محاري، مكسر متعرج).

صفات خاصة ببعض المعادن (جدول 3-2)

  • الفوران: يحدث للكالسيت عند تفاعله مع حمض الهيدروكلوريك.
  • المغناطيسية: انجذاب المعدن للمغناطيس (المجنتيت، البيروتيت).
  • الانكسار المزدوج: رؤية صورتين عبر الكالسيت الشفاف.

3-2 أنواع المعادن وأهميتها

الأهداف

تتعرف مجموعات المعادن المختلفة – توضح مجسم السيليكا الرباعي الأوجه – تناقش كيف تستعمل المعادن.

صنفها الجيولوجيون إلى مجموعات، ولكل مجموعة طبيعة كيميائية وخصائص مميزة: السيليكات، الكربونات، الأكاسيد، الفوسفات، أخرى (الكبريتيدات، الكبريتات، الهاليدات، العناصر الحرة).

السيليكات

  • الأكسجين والسيليكون الأكثر شيوعاً في القشرة.
  • تشكل 96% من القشرة الأرضية.
  • مثل الفلسبار والكوارتز.

الكربونات

  • أيون فلز أو أكثر مع أيون الكربونات CO₃.
  • مثل الكالسيت والدولوميت.
  • تتميز بتعدد ألوانها.

الأكاسيد

  • تتكون من أكسجين وفلز.
  • الهيماتيت والماجنيتيت.
  • مصدر مهم للحديد.

الفوسفات

  • تحتوي أيون الفوسفات PO₄.
  • مثل الأباتيت.
  • صناعة الأسمدة.

السيليكات وأهرامات السيليكا

  • أكثر عناصر القشرة انتشاراً الأكسجين يليه السيليكون.
  • السيليكات: معادن تحتوي الأكسجين والسيليكون + عنصر آخر أو أكثر (غالباً).
  • تشكل حوالي 96% من معادن القشرة، والأكثر شيوعاً: الفلسبار والكوارتز.

الوحدة البنائية: سيليكا الهرم الرباعي الأوجه SiO₄، وهو جسم صلب محاط بأربعة أوجه من مثلثات متساوية الأضلاع على شكل هرم.

طريقة الاتحادالشكلالمعدن
هرمان متحدانسلسلة فرديةالبيروكسين
هرمان متحدانسلسلة زوجيةالأمفيبول
أهرام متحدة في ثلاثة اتجاهات أو أكثرصفيحةالمايكا
أهرام متحدة في ثلاثة اتجاهات أو أكثربناء ثلاثي الأبعادالكوارتز

تبدأ من هرم سيليكا منفرد ثم تتحد الأهرام بطرق مختلفة.

المعادن الاقتصادية

تستعمل المعادن في صناعات كثيرة مثل السيارات والحواسيب والدهانات والتلفزيونات.

الخامات

الخام: معدن يمكن استخلاص فلز أو أكثر منه وتكون مجدية اقتصادياً.
  • الحديد ← خام الهيماتيت
  • الألمنيوم ← خام البوكسيت
  • التيتانيوم ← خام الإلمنيت
  • تُستكشف الخامات بطرق منها الاستشعار عن بعد (الأقمار الاصطناعية أو طائرات خاصة).
  • خامات المملكة: الذهب، الفضة، النحاس، النيكل، الكروم، الزنك.

الأحجار الكريمة

معادن ثمينة نادرة وجميلة، تتميز بقساوتها ومقاومتها للخدش. مثل: الألماس، الياقوت، الزفير، الجمشت.

جدول 3-3: مجموعات المعادن الرئيسة

المجموعةالأمثلةالاستعمالات
السيليكاتالمايكا (بيوتيت)، الأوليفين Mg₂SiO₄، الكوارتز SiO₂، الفيرميكيوليتنوافذ الأفران، الأحجار الكريمة (بيرودوت)، صناعة الزجاج، يضاف لتربة الأصص
الكبريتيداتالبيريت FeS₂، المركزيت FeS₂، الجالينا PbS، السفاليريت ZnSصناعة حمض الكبريتيك، مجوهرات، خام الرصاص، خام الزنك
الأكاسيدالهيماتيت Fe₂O₃، الكورندم Al₂O₃، اليورانينيت UO₂، الإلمنيت FeTiO₃، الكروميت FeCr₂O₄خام حديد وصبغة حمراء، حجر جلخ ومجوهرات (ياقوت، زفير)، مصدر لليورانيوم، مصدر للتيتانيوم وصبغة، مصدر للكروم ووصلات سباكة
الكبريتاتالجبس CaSO₄·2H₂O، الأنهيدريت CaSO₄أعمال المسح، مثبط لتصلب الأسمنت
الهاليداتالهاليت NaCl، الفلوريت CaF₂، السلفيت KClملح الطعام، علف للمواشي، قاتل للأعشاب، حفظ الأطعمة، صناعة الفولاذ وأدوات الطهي، صناعة الأسمدة
الفوسفاتالأباتيت Ca₅(PO₄)₆(OH,F,Cl)₂صناعة الأسمدة
الكربوناتالكالسيت CaCO₃، الدولوميت CaMg(CO₃)₂صناعة الأسمنت والجير والطباشير، مصدر للكالسيوم والمغنسيوم في الفيتامينات
العناصر الحرة الطبيعية (الأصلية)الذهب Au، النحاس Cu، الفضة Ag، الكبريت S، الجرافيت Cالعملات والمجوهرات، الأسلاك الكهربائية، التصوير، الأدوية والصناعات الكيميائية (أعواد الثقاب)، أقلام الرصاص والتشحيم

اختبر نفسك