Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education
Earth Science

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

תכונות פיזיות של מינרלים II
 
Click here for the English version

תכונות פיזיות של מינרלים II: ניתוח פולימינרלי

Overview

מקור: המעבדה של אלן לסטר - אוניברסיטת קולורדו בולדר

המאפיינים הפיזיים של מינרלים כוללים תכונות מדידה ומובחנות שונות, כולל צבע, פס, תכונות מגנטיות, קשיות, צורת צמיחת גביש ומחשוף גביש. תכונות אלה הן ספציפיות למינרלים, והן קשורות ביסודם לאיפור הכימי של מינרל מסוים ומבנה אטומי.

סרטון זה בוחן מספר תכונות פיזיות שימושיות בזיהוי מינרלי מדגם שדה ויד – צבע, ברק, פס, קשיות, מגנטיות ותגובה עם חומצה. שלא כמו צורת גביש ומחשוף גביש, תכונות אלה קשורות באופן הדוק יותר להרכב כימי מינרלי מאשר למבנה אטומי, אך שניהם ממלאים תפקיד.

חשוב להכיר בכך שסלעים הם אגרגטים של גרגרים מינרליים. רוב הסלעים הם פולימינראליים (סוגים רבים של דגנים מינרליים) אך חלקם מונומינרליים ביעילות (המורכבים ממינרל יחיד). שלא כמו צורת גביש ומחשוף, שהם מונחים השמורים לדגימות מינרליות, גיאולוגים עשויים לעתים להתייחס לסלע כבעל סוג כללי של צבע, קשיות, מגנטיות או תגובה עם חומצה. במילים אחרות, המאפיינים הפיזיים שנבדקו כאן עשויים להתאים לשימוש עם סלעים, כמו גם עם מינרלים ספציפיים.

Principles

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

דגימה מינרלית אחת עשויה להציג מעט מאוד תכונות פיזיות מרכזיות, אם בכלל. עבור כל הדגמות או ניסויים המטפלים בתכונות פיזיות, יש צורך תחילה לבחור קבוצה מתאימה של דגימות מינרליות המציגות בפועל את התכונות או המאפיינים העיקריים הנחקרים. להלן, אנו מתייחסים להגדרות היסוד, בהקשר הגיאולוגי, למאפיינים הפיזיים – צבע, ברק, פס, קשיות, מגנטיות ותגובה עם חומצה.

צבע— צבע פשוט מתייחס לצבע הנראה לעין בעין בלתי כאשר מסתכלים על מינרל. בסופו של דבר, זוהי תוצאה של אורכי גל של אור המשתקפים באופן מועדף מפני השטח המינרליים. (איור 1)

פס— פס הוא צבע של אבקת אבקה, כלומר מדגם עדין מאוד של המינרל. זה נצפתה על ידי לקיחת דגימת מינרלים וגרירתו על פני צלחת חרסינה על מנת ליצור קו של חומר אבקת. (איור 1)

קשיות— קשיות היא למעשה עוצמת פני השטח של מינרל, או עמידות בפני פירוק, כלומר האם ניתן לשרוט אותו או לא. מינרל הוא אמר להיות קשה יותר מאשר מינרל אחר אם הוא מסוגל לגרד את פני השטח של המינרל האחר. סולם קשיות המינרלים, הנע בין 1-10, פותח בתחילתהמאה ה -19 על ידי מינרלוג פרידריך מוס, אך בהתבסס על מדע החומרים המודרניים, קנה המידה אינו ליניארי. (איור 2)

מגנטיות— מגנטיות מתייחסת ליכולתו של מינרל להשפיע על מגנט או מצפן. באופן כללי, מאפיין זה הוא בלעדי מגנטיט מינרלי (איור 3),אבל מינרלים אחרים יכולים להראות מגנטיות חלשה (במיוחד לאחר חימום), כגון המטיט ו bornite. בסופו של דבר, מגנטיות היא תוצאה של ארגון מרחבי של כיווני סיבוב אלקטרונים, או רגעים.

תגובה עם חומצה- גיאולוגים בודקים לעתים קרובות סלעים ומינרלים עם חומצה מדללת (כמעט תמיד 2-3% HCl) על מנת להעריך את נוכחותם של תרכובות פחמתיות. ישנם מינרלים פחמתיים רבים, אך הנפוצים ביותר הם קלציט (מרכיב מרכזי באבן הגיר הסלעית), אשר מתמלא במרץ עם HCl מדולל, ונדלומיט (מרכיב מרכזי של דולומיט הסלע), אשר מתפוגג חלש.

לוסטר— לוסטר הוא מדד סובייקטיבי לאופן שבו משטח מינרלי נוטה לשקף אור. הוא מחולק לשתי קטגוריות כלליות:
- מתכתי (מאוד רפלקטיבי ומבריק), כפי שניתן לראות במינרלים כגון פיריט (איור 4) וגלינה (איור 5)
- לא מתכתי (משעמם יותר במראהו), כפי שניתן לראות במינרלים כגון פצלת פריד(איור 6),קוורץ (איור 7)ומוסקוביט(איור 8).

כמו ברק הוא מאפיין סובייקטיבי (אולי מכונה טוב יותר "איכות"), ובדרך כלל יותר את הדאגה של גמולוגים המתנגדים גיאולוגים, שאר השיעור יתמקד במקום על המאפיינים צבע, פס, קשיות, מגנטיות, ותגובה עם חומצה.

Figure 1
איור 1. צבע, פס וברק. המטיט מינרלי הוא דוגמה טובה לאופן שבו צבע בתפזורת (במקרה זה, כסוף כהה) וצבע האבקה, אשר נקרא "פס" (במקרה זה אדמדם-כתום), יכול להיות שונה לגמרי. המטיט יכול לבטא סוגים שונים של ברק, אבל כאן זה מראה ברק מתכתי.

Figure 2
איור 2. סולם קשיות. סולם הקשיות הוא דרך להשוות מינרלים על בסיס הקלות שבה משטח מינרלי יכול להיות מפורק, כלומר שרוט. מינרל "קשה יותר" ישרוט מינרל "רך יותר".

Figure 3
איור 3. דגימת מינרל מגנטיט. מגנטיט הוא תחמוצת ברזל. למרות ברזל הוא המרכיב העיקרי של כדור הארץ, הוא קיים רק בצורה בסיסית טהורה באזור המרוחק של ליבת כדור הארץ (כ -2,900 ק"מ מתחת לפני השטח). בקרום כדור הארץ ועל פני השטח, ברזל קשור לקבוצות חמצן והידרוקסיל כדי ליצור את המינרלים הנפוצים מגנטיט, המטיט ולימון. מגנטיט הוא המגנטי ביותר מכל המינרלים הטבעיים על פני כדור הארץ.

Figure 4
איור 4. פיריט. הפיריט ידוע גם כזהב של שוטים בשל הברק המתכתי והגוון החיוור שלו.

Figure 5
איור 5. גלינה. גלינה (המכונה לעתים מבט עופרת) היא דוגמה נוספת של מינרל עם ברק מתכתי. זהו עפרת העופרת העיקרית, מקור כסף (לפעמים מכיל עד 1-2% כסף), ויש לו נקודת התכה נמוכה.

Figure 6
איור 6. פלדספר. פצלת-אדמה היא קבוצה של מינרלים היוצרים סלעים המהווים עד 60% מקרום כדור הארץ. הם דוגמה טובה של מינרל המציג ברק לא מתכתי.

Figure 7
איור 7. קוורץ. קוורץ הוא דוגמה טובה נוספת של מינרל עם ברק לא מתכתי. זהו המינרל השני בשכיתונותו בקרום כדור הארץ אחרי פצלת-אדמה.

Figure 8
איור 8. מוסקוביט. ידוע בכינויו נציץ, muscovite הוא מינרל נוסף המציג ברק לא מתכתי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Procedure

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

הכנה

על מנת לבחון ולנתח את המאפיינים הפיזיים של מינרלים כפי שנעשה בסרטון זה, ישנם כמה צעדי הכנה שיש לנקוט. ראשית, לאסוף קבוצה של דגימות מינרלים. הדגימות המוצעות כוללות המטיט, מגנטיט, קלציט, דולומיט וגלינה. להקים משטח לבדיקת הדגימות. שולחן נקי מתאים, אולי עם פיסת נייר לבן על משטח השולחן. להשיג צלחת פס פורצלן, ערכת קשיות, מגנט ומצפן, לדלל HCl (2-5%).

1. התבונן וניתח צבע

  1. לבחון מבחר של דגימות מינרליות ולהתבונן בצבע לכאורה.
  2. שים לב אם קיימת וריאציית צבע בתוך המדגם עצמו.
  3. שים לב אם יש וריאציית צבע בתוך דגימות שונות של אותו מינרל.

2. התבונן וניתח פס

  1. קח דגימת מינרלים וגרור אותה על פני צלחת הפס.
  2. השווה את הצבע בתפזורת של מדגם המינרלים עם צבע הרצף שנותר על הצלחת.
  3. ברוב המקרים יהיה הבדל קטן בין הצבע בתפזורת לבין צבע הרצף, אולם כמה מינרלים שונים במיוחד, למשל galena, המטיט.
    פס, כלומר צבע של אבקת דגנים מיקרוסקופיים, שונה מדי פעם מצבע בתפזורת, בגלל אפקטים רפלקטיביות או שליטה מוגבלת של זיהומים על צבע בסולם דגנים קטנים.
  4. חזור על הפעולה 2.1-2.3 עם דגימות מינרליות אחרות

3. התבונן וניתח קשיות

  1. כצעד ראשוני, לקחת כל דגימה מינרלית ולנסות לגרד את צלחת הזכוכית עם זה.
  2. להפריד דגימות אלה לתוך אלה לגרד זכוכית ואלה שלא.
    1. לוח זכוכית נמצא בסמוך לאמצע סולם הקשיות של מוס (קשיות 5.5). זה מפריד את הקבוצה למה גיאולוגים מכנים בדרך כלל קשה, לעומת מינרלים רכים בדרך כלל.
  3. בתוך כל קבוצה (מינרלים קשים, מינרלים רכים) לבדוק אילו הם קשים יותר או רכים יותר. זה נעשה על ידי ראייה איזה מינרל ישרוט אחר.

4. להתבונן ולנתח מגנטיות

  1. מגנטיות ניתנת למדידה וקלה לזיהוי מוגבלת לקבוצה המגנטית המכונה פרומגנטיות (בניגוד לפרמגנטיות או דיאגמגנטיות, שהן חלשות מאוד וקשה למדידה).
  2. המינרלים שבהם אנו יכולים להעריך מגנטיות הם מגנטיט, ובמידה מסוימת המטיט ו Bornite.
  3. בעזרת מסמר בנייה, פתית כמה גרגרי מגנטיט מהדגימה.
  4. ראה אם מגנט הבר (ferromagnet חזק) יהיה להרים את הגרגרים של המינרלים שהוזכרו לעיל, ב 4.2.
  5. ראה אם אחד המינרלים לעיל (4.2) ישפיע על מחט מצפן.
    1. מניחים את דגימת המינרלים ואת המצפן זה לצד זה עם כ -6 אינץ 'של רווח ביניהם.
    2. להקטין לאט את החלל המפריד בין המדגם והמצפן על ידי הזזת אחד לכיוון השני.
    3. המחט של המצפן צריך להתחיל להצביע לכיוון המדגם, יותר ויותר, כך החלל המפריד בין המצפן המדגם הוא ירד.

5. להתבונן ולנתח את התגובה עם חומצה

  1. מינרלים המגיבים עם חומצה הידרוכלורית מדללת הם קרבונטים. דוגמאות הן קלציט – CaCO3; dolomite — CaMg(CO3)2. אלה הם המרכיבים העיקריים של סלעי קרבונט חשובים ונפוצים, אבן גיר ונדלומיט.
  2. קח את בקבוק טפטפת של HCl לדלל בזהירות למקם טיפה אחת עד שתיים על פני השטח של המדגם.
    הערה: למרות DCl לדלל הוא לא מסוכן במיוחד, עדיף לא לקבל את החומצה על העור של אחד (פריחה אפשרית), או על הבגדים של אחד (כתמים אפשריים), ולאחר בדיקה, זה רעיון טוב לשטוף את המדגם.
  3. שים לב איך קלציט תוססת במרץ עם HCl לדלל.
  4. קח את דגימת הדולומיט, ועל ידי גרירתו לאורך צלחת החרסינה או גירוד עם מסמר הבנייה, ליצור קצת אבקה / פתיתים.
  5. חזור על שלב 5.2 אך הפעם מניחים את דגימת הדולומיט (לא האבקה/פתיתים) לתוך ה- HCl.
  6. שים לב איך דולומיט בקושי מגיב עם HCl לדלל.
  7. עכשיו למקם כמה אבקת דולומיט / פתיתים ב HCl, ולשים לב תגובתיות מוגברת כאשר אבקה.

המאפיינים הפיזיים של מינרלים כוללים תכונות מדידה שונות ומובחנות ייחודיות וספציפיות למינרלים.

סלעים הם אגרגטים של גרגרים מינרליים. רוב הסלעים הם פולימינראליים, כלומר הם מורכבים מסוגים רבים של דגנים מינרליים. סלעים מסוימים הם מונומינרליים, והם מורכבים ביעילות ממינרל אחד. ניתוח של צורת גביש ומחשוף קריסטל משמש בדרך כלל לסווג תרכובות monomineralic. עם זאת, גיאולוגים מסווגים לעתים קרובות סלעים פולימינרליים על פי תכונות פיזיות אחרות כגון צבע, קשיות, מגנטיות, ותגובה עם חומצה. וידאו זה יציג את התכונות הפיזיות של מינרלים, ולהדגים סיווג מינרלי באמצעות בדיקות סטנדרטיות פשוטות.

דגימה מינרלית אחת מציגה מספר תכונות פיזיות ייחודיות המשמשות לזיהוי וסיווג. ראשית, מינרלים מציגים מגוון רחב של צבעים, לעתים קרובות הנובעים ממתכות מעבר עקבות. צבע מינרלי פשוט מתייחס לצבע הנראה לעין של המינרל הנובע מאורכי הגל של האור המשתקפים באופן מועדף מפני השטח המינרליים.

פס מתייחס לצבע של אבקת המדגם של המינרל. פס הוא ציין על ידי גרירת מדגם מינרלי על פני צלחת פורצלן מחוספס על מנת ליצור קו של חומר אבקת. הצבע הנראה לעין של מינרל יכול להשתנות, בשל זיהומים לספוג או לשקף אור. עם זאת, צבע הפס ניתן לשחזור יותר, שכן הגרגרים העדינים מכוונים באופן אקראי ומושפעים פחות ממבנה הגביש והה טומאות.

לאחר מכן, ברק מינרלי ניתן ללמוד. לוסטר הוא מדד סובייקטיבי לאופן שבו מינרל משקף אור. הוא מחולק לשתי קטגוריות כלליות; חומרים מתכתיים מבריקים ומהורהרים, ומינרלים לא מתכתיים שנראים משעממים.

קשיות, או עמידות של מינרל לפירוק, הוא מאפיין נוסף המשמש לסיווג. קשיות נמדדת על פי סולם הקשיות של מוס, שהוא קבוצה של עשרה מינרלים התייחסות המדורגים על סמך קשיותם. מינרלים מדורגים בסולם זה על ידי היכולת שלהם לגרד חומר אחר או להיות שרוט על ידי חומר אחר. יכולת מינרלים לגרד חומר התייחסות מרמזת כי זה קשה יותר מאשר ההתייחסות, ולהיפך.

מינרלים מסוימים מפגינים מגנטיות, ומאפשרים לה להשפיע על מגנט או מצפן. באופן כללי, נכס זה הוא בלעדי מגנטיט מינרלי, אולם כמה מינרלים אחרים יכולים להפגין מגנטיות חלשה לאחר חימום. לבסוף, תגובתיות של מינרל עם חומצה מדללת נמדדת כדי לבדוק את נוכחותם של תרכובות פחמתיות. ישנם מינרלים פחמתיים רבים: הנפוץ ביותר הוא קלציט.

עכשיו שראיתם את העקרונות מאחורי המאפיינים האלה, בואו נראה איך חלקם נבדקים במעבדה.

כדי לנתח צבע מינרלי, ראשית מניחים את כל דגימות המינרלים על שולחן נקי מכוסה נייר לבן. לבחון כל מינרל ולהתבונן בצבעו לכאורה. שים לב אם קיימות וריאציות צבע בתוך המדגם עצמו. שים לב דגימות שונות של אותו מינרל, ולשים לב אם יש שינוי צבע בין דגימות. וריאציות יכולות להצביע על זיהומים במינרל. לאחר מכן, התבונן בפס מינרלי על ידי גרירת דגימת מינרלים על פני צלחת פס פורצלן. השווה את צבע הפס לצבע המינרלי. ברוב המקרים, צבע הרצף דומה לצבע המינרלי. עם זאת, מינרלים מסוימים מציגים הבדלים בין צבע פס וצבע כולל. חזור על שלבים אלה עם דגימות מינרליות אחרות.

כדי לנתח קשיות מינרלית, תחילה לנסות לגרד צלחת זכוכית עם דגימות מינרליות. הזכוכית קרובה לאמצע סולם הקשיות של מוס. מינרלים המסוגלים לגרד זכוכית מסווגים בדרך כלל כחומרים קשים. להפריד את הדגימות על ידי היכולת לגרד זכוכית. בדוק חומרים בתוך הקבוצות הקשות והרכות על ידי גירוד המינרלים אחד נגד השני. אלה המסוגלים לגרד מינרל קשים יותר מאלה שנשרטו. דרג את המינרלים לפי קשיותם.

לאחר מכן, ferromagnetism ניתן למדוד על ידי תחילה flaking כמה גרגרים של המינרל, מגנטיט בדוגמה זו, באמצעות מסמר בנייה. באמצעות מגנט בר, התבונן בהתנהגות של פתיתי המינרלים עם המגנט. אם המגנט מרים את הפתיתים, המינרל מציג פרומגנטיות. לאחר מכן, בדוק אם יש אינטראקציה עם מחט מצפן. מניחים את דגימת המינרלים זה לצד זה עם כ -15 ס"מ של רווח ביניהם. להקטין לאט את הרווח בין המינרל למצפן. אם המדגם מגנטי, המחט של המצפן תצביע לכיוון המדגם, הגדלת ככל שהרווח יורד. חזור על שלבים אלה עבור דגימות מינרליות אחרות.

זיהוי המאפיינים הפיזיים של סלעים ומינרלים הוא צעד ראשון מפתח בזיהוי מינרלים. בעוד שבדיקות רכוש פיזי אלה הן כלים בעלי ערך לזיהוי מינרלים בתחום, קיימות כיום טכניקות מעבדה המאפשרות אפיון מפורט של חומרים. לדוגמה, האפיון המפורט של חומרים לשימוש ביישומים כגון סוללות ליתיום יון יכול להתבצע באמצעות עקיפה של קרני רנטגן, או XRD. XRD משתמש בתבנית עקיפה רגילה של קרני רנטגן כדי לקבוע מבנה גביש חומרים, ולאפשר אפיון מבני מפורט.

תאי סדן יהלום הם מכשירים המסוגלים להגיע ללחץ גבוה במיוחד, בשל קשיותם הקיצונית של יהלומים. בדוגמה זו, תא סדן יהלום שימש לסנתז ולנתח שלבי חומר חדשים בלחץ גבוה מאוד. הדגימה הועמסה לתוך תא סדן יהלום, והותקנה בתוך תא נחושת מקורר מים. לאחר מכן הותקן המכשיר על במה בהתאם למקור רנטגן סינכרוטרון.

סינתזת חומרים ב 15 GPa ו 1,700 קלווין נמדד באמצעות עקיפה רנטגן.

הרגע צפית בסרטון השני של ג'וב על התכונות הפיזיות של המינרלים. כעת עליכם להבין את מבחני השטח הבסיסיים באמצעות צבע, פס, קשיות, מגנטיות ותגובה עם חומצה כדי לזהות ולאפיין דגימת מינרלים.

תודה שצפיתם!

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Applications and Summary

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

מבחינה היסטורית, הערכת התכונות הפיזיות של מינרלים הייתה צעד ראשון מפתח בזיהוי מינרלים. מכיוון שמכונסים אנליטיים מיקרוסקופיים ומודרניים (למשל מיקרוסקופיה פטרוגרפית, עקיפה של קרני רנטגן, פלואורסצנטיות של קרני רנטגן וטכניקות מיקרו-פרופורציה אלקטרוניות) אינם זמינים בשטח, זיהוי ושימוש בתכונות פיזיות שנצפו יכולים להיות כלי אבחון חשובים.

הערכה והתבוננות בתכונות הפיזיות של מינרלים היא אמצעי מצוין להדגים כיצד התכונות המקרוסקופיות של מינרלים הן למעשה הביטוי החיצוני של מבנה ברמה אטומית או הרכב כימי. תהליך זה מספק תובנות לגבי:

1) כיצד הרכב כימי משפיע על יחסי הגומלין של האור עם משטחים מחזירי אור.
2) כיצד הרכב כימי וכוחות קשר אטומיים משפיעים על עמידות המינרל לפילוג (גירוד).
3) כיצד הרכב כימי וקנה מידה אטומי מזמינים תכונות השפעה כגון מגנטיות(למשל נוכחות של חומרים נושאי Fe) ותגובה עם חומצה מדוללת (למשל נוכחות של CO3 2- קבוצת אניון).

ישנם גם יישומי תעשייה והנדסה הדורשים ידע מסוים על המאפיינים הפיזיים הנדונים בסרטון זה. לדוגמה, מכונות שצריכות לחתוך או לטחון עשויות להשתמש בחומרים מינרליים כדי לסייע בתהליך. בנוסף, גמולוגים (שבדרך כלל מזהים ומכינים מינרלים באיכות פנינה למכירה) עשויים להיות מודאגים עם תכונות כמו צבע וברק.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter