المعدنية (Mineral)

في الجيولوجيا وعلم المعادن، يتم تعريف المعدن أو الأنواع المعدنية عمومًا على أنها مادة صلبة تحدث بشكل طبيعي وتتميز بتركيبة كيميائية متميزة وبنية بلورية محددة.

في الجيولوجيا وعلم المعادن، المعدن أو الأنواع المعدنية هي، بشكل عام، مادة صلبة ذات تركيبة كيميائية محددة جيدًا وبنية بلورية محددة تحدث بشكل طبيعي في شكل نقي.

عادةً، يستبعد التعريف الجيولوجي للمعدن المركبات الموجودة حصريًا داخل الكائنات الحية. ومع ذلك، فإن بعض المعادن، مثل الكالسيت، غالبًا ما تكون حيوية المنشأ، في حين أن البعض الآخر، مثل الميليت، عبارة عن مركبات عضوية كيميائيًا. علاوة على ذلك، تقوم الكائنات الحية عادة بتصنيع المعادن غير العضوية، مثل الهيدروكسيلاباتيت، والتي توجد أيضًا في التكوينات الجيولوجية.

يختلف مفهوم المعدن بشكل أساسي عن مفهوم الصخور، والتي يتم تعريفها على أنها أي مادة جيولوجية صلبة كبيرة الحجم تظهر تجانسًا نسبيًا على نطاق واسع بما فيه الكفاية. يمكن أن تتكون الصخور من نوع معدني واحد أو تمثل مجموعة من نوعين أو أكثر من أنواع المعادن المتميزة، مفصولة مكانيًا إلى مراحل منفصلة.

يُطلق على المواد الصلبة الطبيعية التي تفتقر إلى بنية بلورية محددة، مثل الأوبال أو السج، مصطلح أشباه المعادن بشكل أكثر دقة. عندما يظهر مركب كيميائي بشكل طبيعي في هياكل بلورية متعددة، يتم تصنيف كل بنية مميزة على أنها نوع معدني منفصل. على سبيل المثال، يتم التعرف على الكوارتز والاستيشوفيت، وكلاهما يتكون من ثاني أكسيد السيليكون، كمعدنين متميزين نظرًا لاختلاف بنيتهما البلورية.

تعمل الرابطة الدولية للمعادن (IMA) كهيئة موثوقة لوضع تعريفات وتسميات الأنواع المعدنية. اعتبارًا من مايو 2025، اعترف IMA رسميًا بوجود 6,145 نوعًا معدنيًا متميزًا.

يمكن أن يظهر التركيب الكيميائي للأنواع المعدنية المحددة اختلافات طفيفة بسبب وجود كميات صغيرة من الشوائب. قد تمتلك أصناف محددة ضمن نوع ما تسمياتها التقليدية أو الرسمية؛ على سبيل المثال، يتم التعرف على الجمشت باعتباره مجموعة متنوعة من الكوارتز الأرجواني. علاوة على ذلك، فإن بعض الأنواع المعدنية تستوعب نسبًا متفاوتة من عنصرين كيميائيين أو أكثر يشغلان مواقع هيكلية متساوية. على سبيل المثال، يتم تمثيل صيغة ماكيناويت بالشكل (Fe,Ni)
₉S
§1516§، مما يدل على Fe
_xNi
_9-xS
§4849§، حيث x هو تتراوح قيمة متغيرة من 0 إلى 9. في بعض الأحيان، يتم تقسيم المعادن ذات التركيبات المتغيرة بشكل تعسفي إلى حد ما إلى أنواع منفصلة، وبالتالي تشكل مجموعة معدنية، كما يتضح من مجموعة سيليكات الزبرجد الزيتوني Ca
_xMg
_yFe
_2-x-ySiO
§9697§.

إلى جانب تركيبها الكيميائي الأساسي وبنيتها البلورية، فإن توصيف الأنواع المعدنية يشمل عادةً سماتها الفيزيائية المشتركة. تشمل هذه الخصائص العادة، والصلابة، واللمعان، والشفاف، واللون، والخطوط، والمثابرة، والانقسام، والكسر، والنظام البلوري، والتقسيم إلى مناطق، والفراق، والجاذبية النوعية، والمغناطيسية، والتألق، والنشاط الإشعاعي، إلى جانب الخصائص الحسية مثل الطعم أو الرائحة، وتفاعلها مع الحمض.

يعتمد تصنيف المعادن على المكونات الكيميائية الرئيسية، مع كون نظامي دانا وسترونز هما المنهجيتان السائدتان. تشكل معادن السيليكات حوالي 90% من القشرة الأرضية. وتشمل المجموعات المعدنية الهامة الأخرى العناصر الأصلية، التي تتكون من عنصر نقي واحد، ومركبات مختلفة. تشمل هذه المركبات الكبريتيدات (مثل Galena PbS)، والأكاسيد (مثل الكوارتز SiO§34§)، والهاليدات (مثل الملح الصخري NaCl)، والكربونات (مثل الكالسيت CaCO§9_10§)، والكبريتات (مثل الجبس). CaSO§1314§·2H§1516§O)، والسيليكات (على سبيل المثال، أورثوكلاز KAlSi§19_{20§O§2122§)، والموليبدات (على سبيل المثال، ولفينيت PbMoO§25}26§)، و الفوسفات (على سبيل المثال، البيرومورفيت Pb§2930§(PO§3132§)§33_34§Cl).

التعريفات

الرابطة الدولية لعلم المعادن

لقد حددت الجمعية المعدنية الدولية المعايير اللاحقة للمادة التي يتم الاعتراف بها كمعدن متميز:

1. يجب أن تكون المادة موجودة بشكل طبيعي، وتكونت من خلال العمليات الجيولوجية على الأرض أو غيرها من الأجسام خارج كوكب الأرض. يستثني هذا المعيار صراحة المركبات المنتجة فقط عن طريق الأنشطة البشرية (البشرية) أو الموجودة داخل الكائنات الحية (الحيوية)، والتي تتمثل في كربيد التنغستن، وحصوات المسالك البولية، وبلورات أكسالات الكالسيوم في الأنسجة النباتية، والأصداف البحرية. ومع ذلك، يمكن تصنيف المواد الناشئة من هذه المصادر على أنها معادن إذا ساهمت العمليات الجيولوجية في تكوينها، كما هو الحال مع الإيفنكايت (المشتق من المواد النباتية)، أو التراناكيت (من ذرق الخفافيش)، أو الألبرسايت (من مخلفات المناجم). علاوة على ذلك، فإن المواد الافتراضية، حتى تلك التي يُفترض وجودها في بيئات طبيعية يتعذر الوصول إليها مثل باطن الأرض أو الكواكب الأخرى، لا تعتبر معادن.
2. يجب أن يوجد المعدن كمادة صلبة في حالته الطبيعية. والاستثناء الملحوظ لهذا المبدأ هو الزئبق الأصلي، الذي يواصل IMA تصنيفه كمعدن على الرغم من تبلوره فقط تحت درجة حرارة -39 درجة مئوية، وهو تصنيف يسبق وضع اللوائح الحالية. في حين أن الماء وثاني أكسيد الكربون موجودان في كثير من الأحيان كشوائب ضمن معادن أخرى، إلا أنهما لا يعتبران معادن في حد ذاتها؛ ومع ذلك، يتم التعرف على الجليد المائي كمعدن.
3. يجب أن يمتلك المعدن بنية بلورية محددة جيدًا، أو على نطاق أوسع، ترتيبًا ذريًا منظمًا. تدعم هذه الخاصية العديد من الخصائص الفيزيائية العيانية، بما في ذلك الشكل البلوري والصلابة والانقسام. وبالتالي، فإن هذا التعريف يستثني المواد الجيولوجية غير المتبلورة (غير البلورية) مثل الأوزوكريت، والليمونيت، والسبج.
4. يجب أن يحمل المعدن تركيبًا كيميائيًا محددًا جيدًا نسبيًا. ومع ذلك، يمكن تصنيف بعض المواد البلورية ذات البنية الثابتة ولكن التركيبة المتغيرة على أنها أنواع معدنية واحدة. تمثل المحاليل الصلبة، مثل الماكيناويت (Fe, Ni)₉S₈، مثالاً على ذلك، كونها في المقام الأول كبريتيد الحديدوز حيث يتم استبدال نسبة ملحوظة من ذرات الحديد بذرات النيكل. تشتمل الأمثلة الإضافية على بلورات ذات طبقات ذات ترتيبات تراص متنوعة أو بلورات تتميز فقط بالتكوين المنتظم للوظائف الشاغرة والبدائل. على العكس من ذلك، يمكن تقسيم المواد التي تعرض نطاقًا مستمرًا من التركيبات بشكل تعسفي إلى معادن متعددة. التوضيح الرئيسي هو مجموعة الزبرجد الزيتوني (Mg, Fe)§6_{7§SiO§89§، حيث يتم التعرف على أعضائها النهائيين الغنيين بالمغنيسيوم والغنيين بالحديد، الفورستيريت والفاياليت، كمعادن متميزة.}

تظل المعايير المحددة لهذه القواعد خاضعة لبعض النقاش. على سبيل المثال، لم تحظ العديد من المقترحات الحديثة التي تدعو إلى تصنيف المواد غير المتبلورة كمعادن بقبول من IMA.

يُظهر IMA أيضًا إحجامًا عن الاعتراف بالمعادن التي توجد بشكل طبيعي حصريًا كجسيمات نانوية، يبلغ قطرها عادةً بضع مئات من الذرات، ومع ذلك لم يحدد حدًا أدنى محددًا لحجم البلورة.

بينما ينص بعض الباحثين على أن المادة يجب أن تكون صلبة أو شبه مستقرة في درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية)، فإن متطلبات IMA هي مجرد أن تمتلك المادة ثباتًا كافيًا لتوصيف بنيتها وتكوينها بدقة. على سبيل المثال، الميريديانيت، وهو هيدرات كبريتات المغنيسيوم التي تحدث بشكل طبيعي، تم الاعتراف به كمعدن على الرغم من تكوينه وبقاءه مستقرًا حصريًا عند درجة حرارة أقل من 2 درجة مئوية.

اعتبارًا من مايو 2025، وافق IMA رسميًا على 6,145 نوعًا معدنيًا متميزًا. أسماء المعادن مشتقة في الغالب من الأفراد، تليها مواقع اكتشافهم. يشكل التركيب الكيميائي أو الخواص الفيزيائية الفئتين الأساسيتين الأخريين لأصول أسماء المعادن. غالبية هذه الأسماء تنتهي بـ "-ite" ؛ تتضمن الاستثناءات عادة أسماء، مثل جالينا والماس، والتي تم تأسيسها بشكل ثابت قبل التنظيم الرسمي لعلم المعادن كنظام أكاديمي.

المعادن الحيوية

لقد أثار استبعاد IMA للمواد البلورية الحيوية جدلًا كبيرًا بين الجيولوجيين وعلماء المعادن. على سبيل المثال، لاحظ لوينستام (1981) أن "الكائنات الحية قادرة على تكوين مجموعة متنوعة من المعادن، بعضها لا يمكن أن يتشكل بشكل غير عضوي في المحيط الحيوي".

يفترض سكينر (2005) أن جميع المواد الصلبة هي معادن محتملة، وتتضمن المعادن الحيوية - تلك التي تنتجها الأنشطة الأيضية للكائنات الحية - في المملكة المعدنية. قام سكينر بتوسيع التعريف التقليدي للمعدن ليشمل أي "عنصر أو مركب، غير متبلور أو بلوري، يتكون من خلال عمليات كيميائية جيوكيميائية حيوية."

تقدم التطورات الحديثة في علم الوراثة عالي الدقة والتحليل الطيفي لامتصاص الأشعة السينية رؤى حول التفاعلات البيوجيوكيميائية بين الكائنات الحية الدقيقة والمعادن، والتي قد توضح هذه الظاهرة. على سبيل المثال، يقوم "فريق العمل المعني بعلم المعادن البيئية والكيمياء الجيولوجية" بتكليف من IMA بفحص المعادن داخل الغلاف المائي والغلاف الجوي والمحيط الحيوي. تشمل مهمة هذه المجموعة الكائنات الحية الدقيقة المكونة للمعادن، والتي توجد في كل مكان عبر الصخور والتربة وأسطح الجسيمات على مستوى العالم، وتمتد إلى أعماق لا تقل عن 1600 متر تحت قاع البحر وتصعد 70 كيلومترًا إلى طبقة الستراتوسفير، ومن المحتمل أن تصل إلى طبقة الميزوسفير.

لعبت الدورات البيوجيوكيميائية دورًا في تكوين المعادن على مدى مليارات السنين. الكائنات الحية الدقيقة قادرة على ترسيب المعادن من المحاليل المائية، مما يسهل تكوين رواسب الخام. علاوة على ذلك، فهي تمتلك القدرة على تحفيز تحلل المعادن.

قبل التعداد الرسمي الذي أجرته جمعية المعادن الدولية، تم تحديد أكثر من 60 من المعادن الحيوية، وتم تسميتها رسميًا، وتوثيقها. هذه المواد، والتي تم فهرسة مجموعة فرعية منها بواسطة Lowenstam (1981)، تتوافق مع تعريف سكينر (2005) للمعادن المناسبة. في حين أن هذه المعادن الحيوية غائبة عن التسميات المعدنية الرسمية للجمعية المعدنية الدولية، فقد تم تصنيف العديد من الممثلين ضمن 78 فئة معدنية موضحة في مخطط تصنيف دانا.

يتضمن تعريف سكينر (2005) للمعدن هذا الاعتبار من خلال افتراض أن المعادن قد تظهر إما هياكل بلورية أو غير متبلورة. على الرغم من أنها ليست الشكل المعدني السائد، إلا أن المعادن الحيوية تساهم في رسم حدود ما يشكل المعدن المناسب. على العكس من ذلك، حدد التعريف الرسمي للنيكل (1995) بوضوح التبلور كمعيار حاسم لتصنيف المعادن. في عام 2011، صنفت مقالة الإيكوساهدريت، وهي سبيكة من الألومنيوم والحديد والنحاس، كمعدن. سميت هذه المادة بهذا الاسم نسبة إلى تماثلها العشروني الوجوه الطبيعي المميز، وهي شبه بلورة تتميز بترتيب ذري منظم ولكن غير دوري، مما يميزها عن البلورات الحقيقية.

التجميع المعدني

يوصف موقع Mindat.org التجمع المعدني بأنه "أي مجموعة من المعادن الموجودة في الصخر، سواء كانت في حالة توازن [كيميائي] أم لا." في المقابل، تشير الموسوعة البريطانية إلى أنه على الرغم من أن المصطلح غالبًا ما يتم تطبيقه على نطاق واسع على جميع المعادن الموجودة داخل الصخر، إلا أنه مخصص بشكل أكثر دقة لتلك المعادن الموجودة في حالة توازن، والتي يطلق عليها على وجه التحديد "تجميع التوازن".

يسبق هذا المصطلح في كثير من الأحيان معدلات وصفية تشير إلى نشوئه.

الصخور والخامات والأحجار الكريمة

تشكل الصخر مجموعة تشتمل على واحد أو أكثر من المعادن أو أشباه المعادن. تكون بعض الصخور، مثل الحجر الجيري أو الكوارتزيت، في الغالب أحادية المعدن؛ الحجر الجيري، على سبيل المثال، يتكون بشكل رئيسي من الكالسيت أو الأراغونيت، في حين يتكون الكوارتزيت بشكل أساسي من الكوارتز. وعلى العكس من ذلك، تتميز أنواع الصخور الأخرى بالنسب النسبية لمعادنها الأساسية؛ الجرانيت، على سبيل المثال، يتم تعريفه من خلال نسب محددة من الكوارتز، والفلسبار القلوي، والفلسبار بلاجيوجلاز. يتم تصنيف المعادن الإضافية الموجودة على أنها معادن ثانوية، والتي عادةً ما يكون لها تأثير ضئيل على التركيب الإجمالي للصخور. علاوة على ذلك، قد تتكون الصخور بالكامل من مكونات غير معدنية؛ الفحم، على سبيل المثال، هو صخرة رسوبية تتكون في الغالب من الكربون المشتق عضويًا.

في الصخور، تظهر بعض الأنواع والمجموعات المعدنية وفرة أعلى بكثير من غيرها، والمعروفة مجتمعة باسم المعادن المكونة للصخور. وتشمل الأمثلة البارزة الكوارتز، والفلسبار، والميكا، والأمفيبولات، والبيروكسينات، والزبرجد الزيتوني، والكالسيت؛ باستثناء الكالسيت، كلها سيليكات. يعتبر ما يقرب من 150 معدنًا مهمًا بشكل عام، إما بسبب انتشارها أو جاذبيتها الجمالية لهواة الجمع.

يتم تصنيف المعادن والصخور ذات القيمة التجارية، باستثناء الأحجار الكريمة أو الخامات المعدنية أو الوقود المعدني، على أنها معادن صناعية. على سبيل المثال، يوجد المسكوفيت، وهو ميكا بيضاء، في تطبيقات كمادة نافذة (المعروفة تاريخيًا باسم isinglass)، أو حشو، أو عازل كهربائي.

يتم تعريف الخامات على أنها معادن تظهر تركيزًا عاليًا من عنصر معين، عادةً معدن. وتشمل الأمثلة التوضيحية الزنجفر (HgS)، وهو خام الزئبق؛ السفاليريت (ZnS)، وهو خام الزنك؛ حجر القصدير (SnO₂)، وهو خام القصدير؛ والكولمانيت، وهو خام البورون.

الأحجار الكريمة على أنها معادن ذات قيمة زخرفية، وتتميز في المقام الأول عن المعادن الأخرى بجمالها المتأصل ومتانتها وندرتها في كثير من الأحيان. يتم تصنيف ما يقرب من 20 نوعًا معدنيًا متميزًا على أنها معادن جوهرية، وتشكل مجتمعة حوالي 35 نوعًا من الأحجار الكريمة الأكثر انتشارًا. يظهر نوع معدني واحد في كثير من الأحيان في أصناف متعددة، مما يؤدي إلى إنتاج عدة أحجار كريمة متميزة؛ على سبيل المثال، يعتبر كل من الياقوت والياقوت من أشكال اكسيد الالمونيوم (Al₂O§45§).

أصل الكلمة

ظهر مصطلح "معدن" لأول مرة في اللغة الإنجليزية خلال القرن الخامس عشر، وتحديدًا في اللغة الإنجليزية الوسطى. تعود جذورها الاشتقاقية إلى المصطلح اللاتيني في العصور الوسطى minerale، والذي نشأ من minera، مما يدل على "منجم" أو "خام".

كلمة "أنواع" مشتقة من المصطلح اللاتيني الأنواع، الذي يشير إلى "نوع أو نوع أو نوع معين يتميز بمظهر مميز". أو المظهر."

الكيمياء

يخضع انتشار المعادن وتنوعها بشكل مباشر إلى تركيباتها الكيميائية، والتي بدورها تعتمد على وفرة العناصر داخل الأرض. معظم المعادن المرصودة تنشأ من القشرة الأرضية. تشكل ثمانية عناصر محددة المكونات الأساسية لمعظم المعادن، وذلك بسبب وفرتها الكبيرة في القشرة الأرضية. هذه العناصر الثمانية، التي تشكل مجتمعة أكثر من 98% من وزن القشرة الأرضية، هي، بترتيب تنازلي من حيث وفرتها: الأكسجين، السيليكون، الألومنيوم، الحديد، المغنيسيوم، الكالسيوم، الصوديوم، والبوتاسيوم. يمثل الأكسجين والسيليكون العنصرين الأكثر أهمية، حيث يشكل الأكسجين 47% والسيليكون 28% من وزن القشرة الأرضية، على التوالي.

تتبلور المعادن بناءً على ثباتها تحت ظروف درجة حرارة وضغط محددة، مقيدة بالكيمياء السائبة للمادة الأم. على سبيل المثال، في معظم الصخور النارية، تتواجد معادن الألومنيوم والقلويات المتاحة (الصوديوم والبوتاسيوم) في الغالب بالاشتراك مع الأكسجين والسيليكون والكالسيوم، وتشكل معادن الفلسبار. على العكس من ذلك، إذا أظهرت صخرة تركيزًا عاليًا بشكل غير عادي من الفلزات القلوية، فلن يكون هناك ما يكفي من الألومنيوم ليتحد مع كل الصوديوم مثل الفلسبار، مما يؤدي إلى ترسيب الصوديوم الزائد على شكل أمفيبولات صودية مثل الريبيكايت. إذا كانت وفرة الألومنيوم مرتفعة بشكل استثنائي، فإن فائض الألومنيوم سوف يتبلور إلى موسكوفيت أو معادن أخرى غنية بالألمنيوم. علاوة على ذلك، يؤدي النقص في السيليكون إلى الاستبدال الجزئي للفلسبار بمعادن الفلسباثويد. إن التنبؤ بدقة بالمعادن المحددة الموجودة في صخرة ذات تركيبة معينة، والتي تتشكل تحت درجة حرارة وضغط معينين، يتطلب حسابات ديناميكية حرارية معقدة. ومع ذلك، يمكن استخلاص تقديرات تقريبية من مبادئ توجيهية تجريبية بسيطة نسبيًا، مثل معيار CIPW، الذي يوفر تنبؤات معقولة للصخور البركانية الناشئة عن الصهارة الجافة.

يمكن أن يظهر التركيب الكيميائي تباينًا عبر الأنواع النهائية ضمن سلسلة المحاليل الصلبة. على سبيل المثال، يشكل الفلسبار بلاجيوجلاز سلسلة من المحاليل الصلبة المستمرة تتراوح من عنصر الألبيت الغني بالصوديوم (NaAlSi₃O₈) إلى الأنورثيت الغني بالكالسيوم (CaAl§4_{5§Si§67§O8)، ويشمل أربعة أصناف وسيطة معترف بها مدرجة بالتسلسل من الصوديوم إلى الكالسيوم الغني: أوليجوكلاز، أنديسين، لابرادوريت، وبيتاونيت. تشمل الأمثلة الإضافية لهذه السلاسل سلسلة الزبرجد الزيتوني، التي تشتمل على الفورستيريت الغني بالمغنيسيوم والفاياليت الغني بالحديد، وسلسلة الولفراميت، التي تشتمل على الهوبنيريت الغني بالمنغنيز والفيربريت الغني بالحديد.}

يتم توضيح هذه الخاصية المشتركة للمعادن من خلال مبادئ الاستبدال الكيميائي وتنسيق متعددات الوجوه. نادراً ما تكون المعادن الموجودة طبيعياً عبارة عن مركبات نقية؛ بدلا من ذلك، فإنها في كثير من الأحيان تتضمن عناصر أخرى موجودة داخل بيئتها الكيميائية المحددة. وبالتالي، فإن استبدال العناصر هو ظاهرة شائعة. تتضمن هذه العملية عادةً أيونات ذات حجم وشحنة مماثلة. على سبيل المثال، لا يمكن لـ K⁺ أن يحل محل Si⁴⁺ بسبب التباينات الكبيرة في كل من الحجم والشحن، مما يؤدي إلى عدم التوافق الكيميائي والهيكلي. من الأمثلة السائدة على الاستبدال الكيميائي استبدال Si⁴⁺ بـ Al³⁺، نظرًا لتشابه شحنتها وحجمها ووفرة القشرة الأرضية. يمثل الفلسبار بلاجيوجلاز ثلاث آليات استبدال متميزة. جميع الفلسبارات عبارة عن سيليكات إطارية تتميز بنسبة 2:1 من السيليكون إلى الأكسجين. يتم تسهيل دمج العناصر الإضافية عن طريق استبدال Si⁴⁺ بـ Al³⁺، مما يشكل وحدة أساسية من [AlSi§1213§O§14^{15§]−. بدون هذا الاستبدال، ستكون الصيغة متوازنة الشحن مثل SiO§1819§، الموافق للكوارتز. سيتم توضيح الآثار المترتبة على هذه الخاصية الهيكلية بشكل أكبر من خلال مفهوم متعددات الوجوه التنسيقية. يتضمن الاستبدال الثاني Na+ وCa2+؛ ومع ذلك، فإن اختلال الشحن الناتج عن هذا التبادل يستلزم استبدال Si4+ بـ Al3+.}

توفر متعددات الوجوه التنسيقية تصويرًا هندسيًا لترتيب الأنيونات حول كاتيون مركزي. في علم المعادن، يكون الأكسجين عادةً هو الأنيون الذي يتم التركيز عليه في متعددات الوجوه التنسيقية نظرًا لوجوده المنتشر في القشرة الأرضية. الوحدة الهيكلية الأساسية لمعادن السيليكات هي رباعي السطوح السيليكا، الذي يشتمل على أيون Si⁴⁺ واحد منسق بواسطة أربعة أيونات O²⁻. وبدلاً من ذلك، يمكن قياس تنسيق السيليكات بواسطة رقم التنسيق؛ بالنسبة لرباعي السطوح السيليكا، يُظهر السيليكون رقم تنسيق قدره 4. تمتلك الكاتيونات المختلفة نطاقات متميزة من أرقام التنسيق المحتملة. السيليكون، على سبيل المثال، يُظهر دائمًا تقريبًا رقم التنسيق 4، باستثناء المعادن شديدة الضغط حيث يجبر الضغط السيليكون على التنسيق بستة أضعاف (ثماني السطوح) مع الأكسجين. تميل الكاتيونات الأكبر حجمًا إلى إظهار أرقام تنسيق أعلى بسبب زيادة حجمها النسبي مقارنة بالأكسجين، وهو عامل يتأثر أيضًا بالحاوية الفرعية المدارية الأخيرة المميزة للذرات الأثقل. تؤدي الاختلافات في أرقام التنسيق إلى حدوث تغييرات فيزيائية ومعدنية كبيرة. على سبيل المثال، في ظل ظروف الضغط العالي، مثل تلك الموجودة في وشاح الأرض، تتحول العديد من المعادن، وخاصة السيليكات مثل الزبرجد الزيتوني والعقيق، إلى بنية البيروفسكايت، حيث يتبنى السيليكون تنسيق ثماني السطوح. تشتمل الرسوم التوضيحية الإضافية على سيليكات الألومنيوم الكيانيت والأندلوسيت والسيليمانيت، وهي أشكال متعددة تشترك في الصيغة الكيميائية Al§4^{5§SiO§67§. وتتميز هذه المعادن برقم التنسيق Al3+ وتتحول فيما بينها استجابة للتغيرات في الضغط ودرجة الحرارة. بالنسبة لمركبات السيليكات، فإن استبدال Si4+ بـ Al3+ يسهل تكوين مجموعة متنوعة من المعادن، مدفوعة في المقام الأول بضرورة الحفاظ على حيادية الشحنة.}

وبالنظر إلى أن العناصر الثمانية الأكثر وفرة تشكل أكثر من 98% من قشرة الأرض، عادةً ما يتم دمج كميات صغيرة من العناصر الأخرى كبدائل داخل المعادن الشائعة المكونة للصخور. تعتبر المعادن الفريدة المرتبطة بمعظم العناصر نادرة إلى حد كبير، وتتواجد حصريًا في المواقع التي تؤدي فيها العمليات الجيولوجية، مثل الدورة الحرارية المائية، إلى تركيز هذه العناصر بشكل كافٍ، مما يحول دون اندماجها في الهياكل المعدنية الأكثر شيوعًا.

تؤدي التغيرات في درجة الحرارة والضغط والتركيب الكيميائي إلى تعديل الخصائص المعدنية لعينة الصخور بشكل كبير. قد تنشأ التغيرات في التركيب الكيميائي من عمليات مثل التجوية أو التحول، والذي يتضمن التغير الحراري المائي. تحدث التحولات في درجة الحرارة والضغط عندما تتعرض الصخور الأم للإزاحة التكتونية أو المنصهرة إلى بيئات فيزيائية متميزة. تعمل التغييرات في الظروف الديناميكية الحرارية على تعزيز التفاعلات بين التجمعات المعدنية الموجودة، مما يؤدي إلى تكوين معادن جديدة. وبالتالي، يمكن لصخرتين أن تمتلكا تركيبات كيميائية متطابقة أو متشابهة إلى حد كبير ولكنهما تظهران معادن متباينة. وترتبط ظاهرة التحول المعدني هذه ارتباطًا وثيقًا بدورة الصخور. يتم توضيح سلسلة من التفاعلات المعدنية أدناه.

الفلسبار أورثوكلاز (KAlSi₃O₈) هو أحد المكونات المعدنية السائدة للجرانيت، وهو نوع من الصخور البركانية الجوفية. عند التعرض للعوامل الجوية، يخضع الفلسبار أورثوكلاز لتفاعل، مما ينتج عنه الكاولينيت (Al§4_{5§Si§67§O§89§(OH)§1011§)، وهو معدن رسوبي، إلى جانب حمض السيليسيك.}

2 KAlSi₃O₈ + 5 H§4_{5§O + 2 H⁺ → Al§89§Si§1011§O§1213§(OH)§1415§ + 4 H§1617§SiO§1819§ + 2 K⁺}

في البيئات المتحولة منخفضة الدرجة، يخضع الكاولينيت للتفاعل مع الكوارتز، مما يؤدي إلى تكوين البيروفيلايت (Al₂Si₄O₁₀(OH)§6_7§):

Al₂Si₂O₅(OH)§6_{7§ + SiO§89§ → Al§1011§Si§1213§O§1415§(OH)§1617§ + H§1819§O}

مع تصاعد درجة التحول، يخضع البيروفيلايت للتحول، وينتج الكيانيت والكوارتز:

Al₂Si₄O₁₀(OH)§6_{7§ → Al§89§SiO§1011§ + 3 SiO§1213§ + H§1415§O}

على العكس من ذلك، يمكن أن يخضع التركيب البلوري للمعدن للتغيير بسبب التغيرات في درجة الحرارة والضغط، بغض النظر عن التفاعلات الكيميائية. على سبيل المثال، يتحول الكوارتز إلى أشكال متعددة من SiO₂، بما في ذلك الترايديميت والكريستوبالايت تحت درجات حرارة مرتفعة، والكوزيت عند تعرضه لضغوط عالية.

الخصائص الفيزيائية

يمثل تصنيف المعادن نطاقًا واسعًا من التعقيد، بدءًا من البساطة وحتى التحدي. يمكن التعرف على المعادن من خلال خصائص فيزيائية مختلفة، وبعضها كافٍ لتحديد هويتها بشكل لا لبس فيه. ومع ذلك، في حالات أخرى، يتطلب تصنيف المعادن تحليلات حيود بصرية أو كيميائية أو أشعة سينية أكثر تعقيدًا؛ ومع ذلك، فإن هذه التقنيات المتقدمة غالبًا ما تنطوي على تكاليف كبيرة والتزامات زمنية. تشمل السمات الفيزيائية الرئيسية المستخدمة في التصنيف البنية البلورية والعادة والصلابة واللمعان والشفافية واللون والخط والانقسام والكسر والجاذبية النوعية. تشمل الاختبارات الإضافية الأقل تطبيقًا عالميًا التألق، والتفسفر، والمغناطيسية، والنشاط الإشعاعي، والمثابرة (التي تُعرف بأنها استجابة المادة للتغيرات المستحثة ميكانيكيًا في الشكل أو الشكل)، والكهرضغطية، والتفاعل مع الأحماض المخففة.

البنية البلورية والعادة

ينشأ التركيب البلوري للمعدن من الترتيب المكاني الهندسي الدقيق والمنظم للذرات داخل إطاره الداخلي. يعتمد هذا الهيكل على تكوين ذري أو أيوني داخلي منتظم، والذي يتجلى في كثير من الأحيان في الشكل الهندسي العياني للبلورة. حتى عندما تكون الحبيبات المعدنية الفردية غير محسوسة أو تظهر أشكالًا غير منتظمة، فإن البنية البلورية الأساسية تظل منظمة بشكل دوري ويمكن توضيحها من خلال حيود الأشعة السينية. تتميز المعادن بشكل تقليدي بتماثلها المتأصل. تقتصر البلورات على 32 مجموعة نقطية، تتميز كل منها بتناسقها الفريد. يتم تصنيف هذه المجموعات النقطية لاحقًا إلى تصنيفات أوسع، حيث تمثل العائلات البلورية الست أكثر هذه التقسيمات شمولاً.

تتميز هذه العائلات البلورية بالأطوال النسبية لمحاورها البلورية الثلاثة والزوايا الواقعة بينها؛ ترتبط هذه العلاقات بشكل مباشر بعمليات التماثل التي تحدد مجموعات النقاط الأكثر تحديدًا. يوجد ملخص أدناه، حيث تشير a وb وc إلى المحاور، وتشير α وβ وγ إلى الزوايا المقابلة للمحاور البلورية الخاصة بها (على سبيل المثال، α هي الزاوية المقابلة للمحور a، وتحديدًا الزاوية المتكونة بين المحورين b وc):

تنقسم عائلة البلورات السداسية أيضًا إلى نظامين نظامين بلوريين متميزين: النظام الثلاثي، الذي يتميز بمحور تناظر ثلاثي الأبعاد، والنظام السداسي، الذي يمتلك محور تناظر سداسي الأضلاع.

يتم تحديد هوية المعدن بشكل مشترك من خلال تركيبه الكيميائي والبلوري. ونظرًا للقيود المتمثلة في 32 مجموعة نقطية، فمن الممكن للمعادن ذات التركيبات الكيميائية المتباينة أن تظهر هياكل بلورية متطابقة. على سبيل المثال، الهاليت (NaCl)، الجالينا (PbS)، والبيريكلاز (MgO) جميعهم أعضاء في مجموعة النقاط السداسية الأوكتاهدرا (ضمن عائلة متساوي القياس)، وذلك بسبب قياس العناصر المتفاعلة لديهم مقارنة بين العناصر المكونة لها. على العكس من ذلك، تمثل الأشكال المتعددة مجموعات معدنية تشترك في صيغة كيميائية مشتركة ولكنها تمتلك ترتيبات هيكلية متباينة. على سبيل المثال، يشترك البيريت والماركاسيت، وكلاهما كبريتيدات الحديد، في الصيغة FeS₂؛ ومع ذلك، البيريت متساوي القياس، في حين أن ماركاسيت هو تقويم العظام. يتم ملاحظة ظاهرة تعدد الأشكال هذه أيضًا في الكبريتيدات الأخرى التي تتوافق مع صيغة AX₂ العامة، مع تحديد هاتين الفئتين بشكل جماعي باسم مجموعتي البيريت والماركاسيت.

يشمل تعدد الأشكال أكثر من مجرد التناظر البلوري. تشكل سيليكات الألومنيوم، التي تشتمل على الكيانيت والأندلوسيت والسيليمانيت، مجموعة معدنية تتميز بالصيغة الكيميائية المشتركة Al₂SiO₅. يُظهر الكيانيت نظامًا بلوريًا ثلاثي الميل، في حين أن كلاً من الأندلوسيت والسيليمانيت عبارة عن معينين متعامدين ومصنفين ضمن مجموعة نقاط ثنائي الهرم. تُعزى هذه الفروق الهيكلية إلى الاختلافات في بيئة التنسيق للألمنيوم داخل الشبكات البلورية الخاصة بها. ومن خلال كل هذه المعادن، يحافظ أيون ألومنيوم واحد باستمرار على تنسيق ستة أضعاف مع الأكسجين. يُظهر السيليكون عادةً تنسيقًا رباعيًا في جميع المعادن، مع ستيشوفيت (SiO§4_{5§)، وهو متعدد أشكال كوارتز عالي الضغط يتبنى بنية الروتيل، وهو بمثابة استثناء ملحوظ. بالنسبة للكيانيت، تحتل ذرة الألومنيوم الثانية أيضًا موقع تنسيق ستة أضعاف؛ وبالتالي يتم تمثيل صيغته الكيميائية كـ Al^[6]Al^[6]SiO§10}11§، مما يشير بوضوح إلى بنيته البلورية. في الأندلوسيت، توجد ذرة الألومنيوم الثانية بتنسيق خمسة أضعاف (Al^[6]Al^[5]SiO§1617§)، بينما في السليمانيت، تكون بتنسيق رباعي (Al^[6]Al^[4]SiO§2223§).

الاختلافات في التركيب البلوري والتركيب الكيميائي تؤثر بشكل عميق على الخواص الفيزيائية للمعادن. على سبيل المثال، يُظهر الماس والجرافيت المتآصلان للكربون خصائص متباينة بشكل ملحوظ: الماس، وهو أصلب مادة طبيعية، يمتلك بريقًا صلبًا ويتبلور في النظام متساوي القياس، في حين أن الجرافيت ناعم بشكل استثنائي، ويظهر بريقًا دهنيًا، ويشكل بلورات سداسية. وتعزى هذه التفاوتات إلى الاختلافات الأساسية في الترابط الذري. في الماس، تشغل ذرات الكربون مدارات هجينة sp³، مما يشكل إطارًا قويًا ثلاثي الأبعاد حيث يرتبط كل كربون رباعي السطوح بأربع ذرات مجاورة. على العكس من ذلك، يتكون الجرافيت من صفائح مستوية من ذرات الكربون في مدارات هجينة sp²، حيث يرتبط كل كربون تساهميًا بثلاثة جيران فقط داخل مستواه. ترتبط هذه الأوراق الفردية ببعضها البعض بواسطة قوى فان دير فالس الأضعف بشكل ملحوظ، وهو تمييز هيكلي يفسر الاختلافات الكبيرة في خصائصها العيانية.

تشير التوأمة إلى ظاهرة النمو المشترك التي تتضمن بلورتين أو أكثر تنتمي إلى نفس النوع المعدني. يتم تحديد الهندسة المحددة للتوأمة من خلال التماثل المتأصل للمعدن. وبالتالي، توجد أنواع مختلفة من التوائم، مثل التوائم المتصلة، والتوائم الشبكية، والتوائم المركبة، وتوائم الاختراق، والتوائم الدورية، والتوائم متعددة التخليق. التوائم الاتصالية، والمعروفة أيضًا بالتوائم البسيطة، تتضمن بلورتين ملتصقتين على طول مستوى معين، وهو التكوين الذي يتم ملاحظته بشكل متكرر في الإسبنيل. تظهر التوائم الشبكية، المميزة للروتيل، على شكل بلورات متشابكة تشكل نمطًا يشبه الشبكة. تتميز التوائم الجينية بانحناء مركزي ينشأ من نقطة البدء في التوأم. يتألف التوائم المخترقة من بلورتين فرديتين متداخلتين؛ تشمل الأمثلة البارزة توائم ستيوروليت صليبي الشكل وتوأمة كارلسباد في أورثوكلاز. تنتج التوائم الدورية من عمليات التوأمة المتكررة التي تحدث حول محور الدوران. تتجلى آلية التوأمة هذه حول محاور ثلاثية، أو أربعة أضعاف، أو خمسة أضعاف، أو ستة أضعاف، أو ثمانية أضعاف، مما ينتج أنماطًا تسمى على التوالي ثلاثيات، وأربعة، وخمسة، وستة، وثمانية. كثيرًا ما يتم ملاحظة ستة فراخ في الأراغونيت. تتشابه التوائم متعددة التخليق مع التوائم الدورية بسبب طبيعة التوأمة المتكررة. ومع ذلك، على عكس التوأمة الدورية حول محور الدوران، تتطور التوأمة متعددة الاصطناعية على طول مستويات متوازية، وعادة ما تكون بدقة مجهرية.

تشير العادة البلورية إلى الشكل العياني المميز للبلورة الكلية للمعادن. يتم استخدام مصطلحات متخصصة مختلفة لوصف هذه الخاصية. تشمل العادات السائدة بلورات حادة، تصف الإبرة مثل النيتروليت؛ شجيري، يتميز بنمط يشبه الشجرة، وغالبًا ما يتم ملاحظته في النحاس الأصلي أو الذهب الأصلي داخل الكتلة الأرضية؛ إيكوانت، نموذجي من العقيق؛ موشوري، يشير إلى الاستطالة في اتجاه واحد، كما يظهر في الكونزيت أو الاستيبنيت؛ نباتي، يشبه عنقود العنب، موجود في العقيق الأبيض؛ ليفية، وتتميز ببلورات تشبه الألياف، كما هو الحال في الولاستونيت؛ جدولي، وهو مسطح ومتميز عن عادة النصل التي تظهر استطالة محددة، تتمثل في المسكوفيت؛ وضخمة، تفتقر إلى الشكل الخارجي المحدد، كما لوحظ في الكارناليت. إن جودة الوجوه البلورية، المرتبطة بشكل جوهري بالشكل البلوري، هي بمثابة ميزة تشخيصية لبعض المعادن، خاصة عند فحصها تحت المجهر الصخري. تمتلك بلورات الأوهيدرال جوانب خارجية محددة جيدًا، في حين تفتقر البلورات الأوهيدرالية إلى مثل هذه الأشكال المميزة؛ يتم تعيين التشكلات المتوسطة على أنها تحت السطوح.

الصلابة

تحدد صلابة المعدن مدى مقاومته للخدش أو المسافة البادئة. تخضع هذه الخاصية الفيزيائية الجوهرية للتركيب الكيميائي للمعادن وبنيته البلورية الداخلية.

المقياس السائد لقياس صلابة المعادن هو مقياس صلابة موس الترتيبي، والذي يحدد مقاومة الخدش. تتألف المعادن ذات المؤشر المتفوق من عشرة مؤشرات متميزة، وتتخلص من تلك الموجودة في مكان أدنى على المقياس. يمتد هذا المقياس من التلك، وهو عبارة عن سيليكات ورقية، إلى الماس، وهو شكل متعدد الأشكال من الكربون يُعرف بأنه أصلب مادة موجودة في الطبيعة.

ترتبط صلابة المعادن بشكل جوهري بتركيبتها الهيكلية. ومع ذلك، فإن الصلابة ليست متسقة بشكل موحد عبر جميع التوجهات البلورية؛ يمكن أن تؤدي نقاط الضعف البلورية المتأصلة إلى ظهور اتجاهات معينة لمقاومة منخفضة. يتجسد هذا التباين في الصلابة في الكيانيت، الذي يسجل صلابة موس تبلغ 51⁄§34§ عند قياسها بالتوازي مع [001]، ومع ذلك يظهر صلابة قدرها 7 موازية لـ [100].

تشمل المقاييس الإضافية لقياس الصلابة ما يلي:

• اختبار صلابة شور، الذي يقيم متانة المعدن عن طريق قياس المسافة البادئة الناتجة عن جهاز محمّل بنابض.
• مقياس روكويل.
• اختبار صلابة فيكرز.
• مقياس برينل.

تعتبر خصائص اللمعان والشفاف أساسية في التعرف على المعادن.

يصف اللمعان الطريقة التي يتفاعل بها الضوء مع سطح المعدن وينعكس منه، بما في ذلك جودته وكثافته. تتميز هذه الخاصية بمجموعة متنوعة من المصطلحات النوعية، والتي يتم تصنيفها على نطاق واسع إلى تصنيفات معدنية وغير معدنية. تظهر المعادن ذات اللمعان المعدني وشبه المعدني انعكاسية عالية، على غرار المعادن المصقولة؛ تشمل الأمثلة البارزة الجالينا والبيريت. يشمل اللمعان غير المعدني عدة أنواع: الأدامنتين، المتمثل في الماس؛ زجاجي، وهو مظهر زجاجي يُلاحظ بشكل متكرر في معادن السيليكات؛ لؤلؤي، يظهر في التلك والأبوفيليت؛ راتنجية، مميزة لمجموعة العقيق؛ وحريري، السائد في المعادن الليفية مثل الكريسوتيل الأسبستي.

يشير الشفافية إلى قدرة المعدن على نقل الضوء. تسمح المعادن الشفافة بمرور الضوء دون تخفيف كبير لشدته. يعد المسكوفيت (البوتاسيوم ميكا) بمثابة مثال على المعدن الشفاف؛ تتمتع بعض الأصناف بالوضوح الكافي لاستخدامها تاريخياً كزجاج للنوافذ. تسمح المعادن الشفافة بنقل الضوء بشكل جزئي، وإن كان بدرجة أقل من نظيراتها الشفافة. الجاديت والنفريت، وهما شكلان معدنيان من اليشم، يجسدان المعادن التي تظهر الشفافية. وعلى العكس من ذلك، يتم تصنيف المعادن التي تعيق مرور الضوء تمامًا على أنها معتمة.

تتوقف شفافية المعدن على سمك العينة. على سبيل المثال، قد يُظهر المعدن الذي تم إعداده كقطعة رفيعة بدرجة كافية للتحليل الصخري شفافية، حتى لو لم تكن هذه الخاصية واضحة في العينة اليدوية المجهرية. وعلى العكس من ذلك، فإن بعض المعادن، بما في ذلك الهيماتيت والبيريت، تحتفظ بطبيعتها المعتمة حتى عند ملاحظتها في أجزاء رقيقة.

اللون والخطوط

على الرغم من أن اللون يمثل الخاصية الأكثر وضوحًا للمعدن، إلا أن فائدته التشخيصية تكون محدودة في كثير من الأحيان. ينشأ التلوين المعدني من تفاعل الإشعاع الكهرومغناطيسي مع الإلكترونات، باستثناء الوهج، الذي لا علاقة له بالمعادن. يتم تصنيف العناصر التي تساهم في لون المعدن على نطاق واسع إلى فئتين: ثنائية اللون ومتباينة الألوان. تشكل العناصر ثنائية اللون جزءًا لا يتجزأ من التركيب الكيميائي للمعادن، وبالتالي فإن تأثيرها على اللون يعد تشخيصيًا. ومن الأمثلة التوضيحية الملكيت، وهو أخضر، والأزوريت، وهو أزرق. على العكس من ذلك، توجد عناصر متباينة اللون في المعادن كشوائب ضئيلة. تعد أصناف الياقوت والياقوت من اكسيد الالمونيوم بمثابة أمثلة رئيسية للمعادن الملونة بعناصر متباينة اللون. التلوين الملحوظ في المعادن الكاذبة ينشأ من تداخل موجات الضوء. يعتبر اللابرادوريت والبورنيت من الأمثلة البارزة.

بخلاف لون الجسم الأساسي، قد تظهر المعادن مجموعة من الظواهر البصرية المميزة الأخرى، بما في ذلك تلاعب الألوان، والنجمة، والتشاتويانس، والتقزح اللوني، والتشوه، وتعدد الألوان. تتضمن العديد من هذه الخصائص اختلافات في اللون المدرك. يظهر التلاعب بالألوان، المتمثل في الأوبال، في العينة التي تعرض ألوانًا متنوعة عند تدويرها، في حين يشير تعدد الألوان إلى تحول في اللون عندما يعبر الضوء المعدن على طول محاور بلورية مختلفة. يحدث التقزح اللوني، وهو شكل من أشكال التلاعب بالألوان، عندما ينثر الضوء من الطبقات السطحية على البلورات، أو مستويات الانقسام، أو من الطبقات التي تظهر اختلافات كيميائية دقيقة. على العكس من ذلك، فإن تلاعب الألوان الذي لوحظ في الأوبال ينتج عن انكسار الضوء الناتج عن كرات السيليكا المجهرية المرتبة المدمجة داخل بنيته الداخلية. يتم تقديم Chatoyancy، المعروف باسم تأثير "عين القطة"، على شكل شريط متموج من الضوء ينتقل عبر العينة عند الدوران؛ النجمية، وهي مظهر محدد من مظاهر التشاتويانس، تنتج تألقًا يشبه النجم على السطح المعدني. وتنتشر هذه الخاصية الأخيرة بشكل ملحوظ في اكسيد الالمونيوم عالي الجودة.

يشير خط المعدن إلى لون المعدن عند سحقه، والذي قد يختلف عن لونه العياني. يتم تقييم هذه الخاصية عادةً باستخدام لوحة متقطعة، مكونة من الخزف غير المزجج، والمتوفر باللون الأبيض أو الأسود. يظل خط المعدن غير متأثر بوجود العناصر النزرة أو التجوية السطحية. تشمل الأمثلة التوضيحية الهيماتيت، الذي يظهر باللون الأسود أو الفضي أو الأحمر في شكله الطبيعي ولكنه ينتج خطًا مميزًا من الأحمر الكرزي إلى البني المحمر، والكالكوبايرايت، الذي يتميز بلون ذهبي نحاسي ولكنه ينتج خطًا أسود. هذه الخاصية عمومًا أكثر تشخيصًا للمعادن المعدنية، على عكس المعادن غير الفلزية التي غالبًا ما ينتج لونها المتأصل عن شوائب متباينة اللون. ومع ذلك، فإن اختبار الخط محدود بسبب صلابة المعادن؛ العينات التي تتجاوز درجة صلابة موس 7 ستؤدي إلى تآكل لوحة الخطوط بدلاً من ترك مسحوق.

الخصائص المعدنية: الانقسام، والتقسيم، والكسر، والمثابرة

تتميز المعادن بشكل أساسي بترتيب ذري محدد. تؤدي نقاط الضعف الجوهرية داخل هذه الشبكة البلورية إلى ظهور مستويات محددة من الضعف الهيكلي. يتم تعريف ميل المعدن إلى التكسر على طول هذه المستويات على أنه انقسام. يتم تقييم جودة الانقسام من خلال الدقة والسهولة التي ينكسر بها المعدن، مع التصنيفات القياسية، من الأعلى إلى الأقل جودة، بما في ذلك "الكمال"، و"الجيد"، و"المتميز"، و"الرديء". في المعادن شديدة الشفافية أو تحت المجهر ذي المقطع الرقيق، يظهر الانقسام كسلسلة من السمات الخطية المتوازية التي تحدد الأسطح المستوية عند ملاحظتها أفقيًا. الانقسام ليس خاصية في كل مكان في جميع الأنواع المعدنية. على سبيل المثال، الكوارتز، الذي يتكون من رباعيات السطوح السيليكا المترابطة على نطاق واسع، يفتقر إلى نقاط الضعف البلورية اللازمة للانقسام. على العكس من ذلك، فإن الميكا، التي تظهر انقسامًا قاعديًا مثاليًا، مكونة من صفائح السيليكا رباعية السطوح التي تكون مرتبطة بشكل ضعيف فقط.

نظرًا لأن الانقسام يرتبط بشكل جوهري بعلم البلورات، توجد أنواع متنوعة من الانقسام. تظهر مستويات الانقسام عادةً في اتجاه واحد، أو اثنين، أو ثلاثة، أو أربعة، أو ستة اتجاهات مميزة. الانقسام القاعدي أحادي الاتجاه هو السمة المميزة للميكا. يتم تصنيف الانقسام ثنائي الاتجاه على أنه منشوري، ويتمثل في المعادن مثل الأمفيبولات والبيروكسينات. تظهر المعادن مثل الجالينا والهاليت انقسامًا مكعبًا (أو متساوي القياس)، يتميز بثلاثة اتجاهات تتقاطع عند 90 درجة. على العكس من ذلك، عندما تكون هناك ثلاثة اتجاهات للانقسام ولكنها لا تتقاطع عند 90 درجة، كما لوحظ في الكالسيت أو الرودوكروزيت، فإن هذه الظاهرة تسمى انقسام معيني السطوح. يُظهر الفلوريت والماس انقسامًا ثماني السطوح (أربعة اتجاهات)، بينما يُظهر السفاليريت انقسامًا ثنائي السطوح سداسي الاتجاهات.

قد لا تظهر المعادن التي تمتلك مستويات انقسام متعددة جودة كسر موحدة في جميع الاتجاهات. على سبيل المثال، يُظهر الكالسيت انقسامًا جيدًا في ثلاثة اتجاهات، في حين يُظهر الجبس انقسامًا مثاليًا في اتجاه واحد وانقسامًا سيئًا في الاتجاهين الآخرين. العلاقات الزاوية بين مستويات الانقسام خاصة بالمعادن. على سبيل المثال، نظرًا لبنيتها الخاصة مثل سيليكات مزدوجة السلسلة (أمفيبولات) وسيليكات أحادية السلسلة (بيروكسينات)، تختلف الزوايا بين مستويات انقسامها. تنقسم البيروكسينات عادةً في اتجاهين بزاوية 90 درجة تقريبًا، بينما تتشقق الأمفيبولات بشكل مميز في اتجاهين مفصولين بزوايا تبلغ حوالي 120 درجة و60 درجة. يمكن قياس زوايا الانقسام هذه بدقة باستخدام مقياس الزوايا التلامسي، وهو أداة مشابهة للمنقلة.

يشبه الانفصال، الذي يشار إليه أحيانًا باسم "الانقسام الزائف"، بصريًا الانقسام الحقيقي ولكنه ينشأ من عيوب هيكلية داخل المعدن بدلاً من نقاط الضعف المنهجية المتأصلة. على عكس الانقسام، والذي يعد خاصية ثابتة عبر جميع بلورات معدن معين (بالنظر إلى التركيب الذري المناسب)، فإن الانفصال يُظهر التباين بين البلورات الفردية. بشكل عام، ينتج الانفصال عن الضغط المطبق على البلورة. يمكن أن تنشأ مثل هذه الضغوط من التشوه (على سبيل المثال، الضغط المرتفع)، أو الانحلال، أو التوأمة. تشمل المعادن التي تظهر التفرق في كثير من الأحيان البيروكسينات والهيماتيت والمغنتيت والأكسيد الألمونيوم.

عندما ينكسر المعدن في اتجاه لا يتماشى مع مستوى الانقسام، تسمى هذه الظاهرة بالكسر. توجد فئات مختلفة من الكسور غير المستوية. التوضيح الجوهري هو الكسر الصدفي، وهو سمة من سمات الكوارتز؛ ينتج هذا النوع أسطحًا مستديرة محددة بخطوط منحنية ناعمة. ويلاحظ هذا الكسر حصرا في المعادن المتجانسة للغاية. تشمل أنواع الكسور الإضافية الكسور الليفية والشظية والكسرية. يشير الكسر المخترق، على وجه التحديد، إلى كسر يتميز بسطح خشن خشن. وتتجسد هذه الخاصية في النحاس الأصلي.

ترتبط المثابرة ارتباطًا جوهريًا بكل من الانقسام والكسر. في حين أن الكسر والانقسام يميزان الأسطح المتكونة عند كسر المعدن، فإن المثابرة تقيس مقاومة المعدن لمثل هذا الاضطراب الميكانيكي. يتم تصنيف المعادن حسب صلابتها إلى هشة، أو قابلة للطرق، أو قابلة للطرق، أو مرنة، أو مرنة.

الثقل النوعي

توفر الجاذبية النوعية تمثيلا عدديا لكثافة المعدن. يتم التعبير عن الكثافة أبعاديًا بالكتلة لكل وحدة حجم، بوحدات قياسية مثل كجم/م³ أو جم/سم³. يتم تعريف الثقل النوعي بدقة على أنه نسبة كثافة المعدن إلى كثافة الماء عند 4 درجات مئوية، مما يجعلها كمية بلا أبعاد متسقة عبر جميع أنظمة الوحدات. ويتضمن قياسها حساب حاصل كتلة العينة والفرق بين وزنها في الهواء ووزنها عند غمرها في الماء. بالنسبة لغالبية المعادن، هذه الخاصية ليست مميزة بما فيه الكفاية لتحديد الهوية. ومع ذلك، فإن المعادن الشائعة المكونة للصخور، وفي الغالب السيليكات وأحيانًا الكربونات، تظهر عادةً جاذبية محددة تتراوح من 2.5 إلى 3.5.

على العكس من ذلك، غالبًا ما تكون الثقل النوعي العالي بمثابة خاصية تشخيصية لبعض المعادن. التغيرات في التركيب الكيميائي للمعدن، وبالتالي فئته المعدنية، ترتبط ارتباطًا مباشرًا بالتغيرات في جاذبيته النوعية. من بين المعادن السائدة، تمتلك الأكاسيد والكبريتيدات عمومًا جاذبية محددة مرتفعة بسبب احتوائها على عناصر ذات كتل ذرية أكبر. الملاحظة العامة هي أن المعادن التي تظهر بريقًا معدنيًا أو أدامنتينيًا عادةً ما تظهر جاذبية محددة أعلى مقارنة بتلك التي لها بريق غير معدني أو باهت. على سبيل المثال، يتمتع الهيماتيت (Fe₂O₃) بثقل نوعي يبلغ 5.26، في حين يتراوح وزن الجالينا (PbS) من 7.2 إلى 7.6، وهو فرق يعزى إلى محتواهما العالي من الحديد والرصاص. تعتبر الجاذبية النوعية العالية بشكل استثنائي من سمات المعادن الأصلية؛ على سبيل المثال، الكاماسيت، وهو عبارة عن سبيكة من الحديد والنيكل توجد بشكل متكرر في النيازك الحديدية، تبلغ جاذبيتها النوعية 7.9، ويظهر الذهب جاذبية نوعية ملحوظة تتراوح بين 15 و19.3.

خصائص أخرى

يمكن استخدام خصائص إضافية، على الرغم من أنها أقل قابلية للتطبيق عالميًا، لتشخيص معادن معينة.

يسهل تطبيق الحمض المخفف، عادةً حمض الهيدروكلوريك (HCl) بنسبة 10%، تمييز الكربونات عن فئات المعادن الأخرى. يتفاعل هذا الحمض مع مجموعة الكربونات ([CO₃]²⁻)، مما يؤدي إلى فوران في المنطقة المصابة بسبب إطلاق غاز ثاني أكسيد الكربون. يمكن إجراء هذا الإجراء التشخيصي على المعدن إما في حالته البلورية أو المسحوقة الأصلية. يتضمن التطبيق الشائع تمييز الكالسيت عن الدولوميت، خاصة داخل الصخور المضيفة لها، الحجر الجيري والدولوستون. يُظهر الكالسيت فورانًا فوريًا عند إضافة الحمض، في حين يتطلب الدولوميت وضع الحمض على شكله المسحوق، وغالبًا ما يتم ذلك عن طريق خدش سطح الصخر، للحصول على تفاعل مماثل. وعلى العكس من ذلك، فإن معادن الزيوليت لا تتفاعل في الحمض؛ وبدلاً من ذلك، فإنها تتطور إلى مظهر متجمد خلال 5-10 دقائق، وإذا تعرضت للحمض لفترة طويلة (يوم واحد تقريبًا)، فإنها إما تذوب أو تتحول إلى هلام السيليكا.

تمثل المغناطيسية خاصية يمكن تمييزها بدرجة كبيرة في عدد محدود من المعادن. من بين المعادن التي يتم مواجهتها بشكل متكرر، يظهر الماجنتيت خصائص مغناطيسية واضحة، في حين يظهر البيروتيت والإلمنيت أيضًا مغناطيسية، وإن كان بدرجة أقل. تمتلك بعض المعادن خواصًا كهربائية؛ على سبيل المثال، الكوارتز كهرضغطية. ومع ذلك، نادرًا ما يتم استخدام الخصائص الكهربائية كمعايير تشخيصية للمعادن بسبب عدم كفاية البيانات والتقلب الطبيعي المتأصل.

قد تخضع المعادن أيضًا للتقييم الحسي للطعم أو الرائحة. الهاليت (NaCl) مطابق كيميائيًا لملح الطعام الشائع، في حين أن نظيره البوتاسيوم، السلفيت، يمتلك طعمًا مريرًا بشكل واضح. عادة ما تنبعث معادن الكبريتيد رائحة مميزة، خاصة عند كسرها أو تفاعلها أو سحقها.

يشكل النشاط الإشعاعي خاصية غير شائعة يتم ملاحظتها في المعادن التي تتضمن عناصر مشعة. يمكن أن تكون هذه العناصر إما مكونات أولية، كما يتضح من اليورانيوم الموجود في اليورانيت والأوتونيت والكارنوتيت، أو تحدث كشوائب ضئيلة، كما هو الحال في الزركون. تؤدي عملية التحلل الإشعاعي إلى تلف البنية البلورية للمعدن، مما يؤدي إلى تحول موضعي، يُعرف باسم الحالة الفوقية. يمكن اكتشاف الظاهرة البصرية الناتجة، والتي يشار إليها باسم الهالة المشعة أو الهالة متعددة الألوان، من خلال طرق تحليلية مختلفة، بما في ذلك تصوير الصخور ذات المقطع الرقيق.

التصنيف

التصنيفات الأقدم

في عام 315 قبل الميلاد، قدم ثيوفراستوس نظام تصنيف المعادن الخاص به ضمن أطروحته الرائدة، عن الحجارة. تم تشكيل إطار التصنيف هذا بشكل كبير من خلال المبادئ الفلسفية لمعلميه، أفلاطون وأرسطو. قام ثيوفراستوس بتصنيف المعادن إلى ثلاث مجموعات أساسية: الحجارة، والأتربة، والمعادن.

في عام 1546، قدم جورجيوس أجريكولا تصنيفًا للمعادن ضمن منشوره De Natura Fossilium. قام هذا النظام بتصنيف المعادن إلى ثلاثة أنواع أساسية من المواد: بسيطة (تشمل الحجارة والأتربة والمعادن والعصائر المتجمدة)، ومركبة (تتميز بمخاليط حميمة)، ومركبة (يتم تحديدها بواسطة قابلية الانفصال).

لينيوس

قدم كارل لينيوس تصنيفًا مبكرًا للمعادن في عمله المؤثر عام 1735، Systema Naturae. لقد قام بتنظيم العالم الطبيعي إلى ثلاث ممالك - النباتات والحيوانات والمعادن - مطبقًا نظامًا هرميًا ثابتًا على كل منها. يتضمن هذا التسلسل الهرمي، بالتسلسل التنازلي، الشعبة والطبقة والنظام والعائلة والقبيلة والجنس والأنواع. في حين أن نظرية تشارلز داروين حول تكوين الأنواع أثبتت صحة نظام لينيوس لاحقًا، مما أدى إلى اعتماده على نطاق واسع وتوسيع نطاقه من قبل علماء الأحياء على مدى القرون اللاحقة (الذين استمروا في استخدام تسمياته ذات الحدين المشتقة من اليونانية واللاتينية)، فقد حصد الحد الأدنى من القبول بين علماء المعادن، على الرغم من التعيين الرسمي لكل معدن متميز باعتباره نوعًا معدنيًا.

التصنيف الحديث

يتم تصنيف المعادن بشكل منهجي إلى أصناف وأنواع وسلاسل ومجموعات، مع التقدم من تصنيفات محددة إلى تصنيفات أكثر عمومية. الوحدة الأساسية للتعريف هي الأنواع المعدنية، التي تتميز كل منها بشكل فريد بخصائصها الكيميائية والفيزيائية المميزة. على سبيل المثال، يتميز الكوارتز بصيغته الكيميائية SiO₂، وبنية بلورية معينة، مما يميزه عن المعادن الأخرى التي تمتلك التركيب الكيميائي المماثل (المعروف باسم الأشكال المتعددة). يتم إنشاء سلسلة معدنية عند وجود سلسلة متصلة تركيبية بين نوعين معدنيين؛ سلسلة البيوتيت، على سبيل المثال، توضح ذلك من خلال نسب متفاوتة من أعضائها النهائيين: الفلوجوبايت، السيدوفيليت، الأنيت، والإيستونيت. على العكس من ذلك، تشمل المجموعة المعدنية مجموعة من الأنواع المعدنية التي تشترك في خصائص كيميائية محددة وبنية بلورية مشتركة. مجموعة البيروكسين، على سبيل المثال، تلتزم بالصيغة العامة XY(Si,Al)₂O₆، حيث يمثل كل من X وY الكاتيونات، مع X عادةً أكبر من Y؛ هذه البيروكسينات عبارة عن سيليكات أحادية السلسلة تتبلور إما في الأنظمة المعينية أو أحادية الميل. وأخيرًا، يشير الصنف المعدني إلى نوع معين من الأنواع المعدنية التي تتميز بخصائص فيزيائية معينة، مثل اللون أو العادة البلورية. يعد الجمشت، وهو البديل الأرجواني للكوارتز، بمثابة مثال رئيسي.

يمثل نظاما دانا وسترونز منهجيتين شائعتين لتصنيف المعادن، وكلاهما يعتمد بشكل أساسي على السمات التركيبية، وخاصة المجموعات الكيميائية المهمة، والخصائص الهيكلية. جيمس دوايت دانا، الجيولوجي البارز في عصره، نشر في البداية عمله الرائد، نظام علم المعادن، في عام 1837؛ بحلول عام 1997، وصل هذا النظام إلى نسخته الثامنة. يعين تصنيف دانا معرفًا رقميًا مكونًا من أربعة مكونات لكل نوع من أنواع المعادن. يُشتق رقم الفئة من المجموعات التركيبية الرئيسية، ويحدد النوع نسبة الكاتيون إلى الأنيون داخل المعدن، ويصنف الرقمان الأخيران المعادن بناءً على أوجه التشابه الهيكلية ضمن نوع أو فئة معينة. في المقابل، فإن تصنيف سترونز، الذي سمي على اسم عالم المعادن الألماني كارل هوغو سترونز والذي يستخدم بشكل أقل، يعتمد على نظام دانا ولكنه يدمج المعايير الكيميائية والهيكلية، مع التركيز بشكل خاص على توزيع الروابط الكيميائية.

نظرًا للتركيبة السائدة لقشرة الأرض من السيليكون والأكسجين، تمثل السيليكات الطبقة المعدنية الأكثر أهمية فيما يتعلق بتكوين الصخور وتنوعها. ومع ذلك، فإن المعادن غير السيليكات لها قيمة اقتصادية كبيرة، خاصة كمصادر للخام. يتم تصنيف المعادن غير السيليكاتية إلى عدة فئات بناءً على تركيبها الكيميائي الأساسي، والتي تشمل العناصر الأصلية والكبريتيدات والهاليدات والأكاسيد والهيدروكسيدات والكربونات والنترات والبورات والكبريتات والفوسفات والمركبات العضوية. في حين أن معظم أنواع المعادن غير السيليكاتية غير شائعة، وتشكل مجتمعة 8٪ من قشرة الأرض، إلا أن بعض الأمثلة مثل الكالسيت والبيريت والمغنتيت والهيماتيت منتشرة نسبيًا. تظهر اللاسيليكات ترتيبين هيكليين أساسيين: التعبئة المتقاربة ورباعي الأسطح المرتبط، المماثل للسيليكات. تعمل الهياكل المتراصة على تسهيل الترتيب الكثيف للذرات، وبالتالي تقليل الفراغات الخلالية. تتضمن التعبئة المغلقة السداسية تسلسل تكديس طبقة "أبباب"، بينما تستخدم التعبئة المغلقة المكعبة تسلسل "abcabcabc" من مجموعات ثلاثية الطبقات. تشمل النظائر البنيوية لرباعي الأسطح السيليكا المرتبطة SO⁴⁻
§67§ (كبريتات)، PO style="font-size:inherit;line-height:inherit;vertical-align:baseline">4−
§1718§ (الفوسفات)، AsO⁴⁻
§2829§ (الزرنيخ) وVO⁴⁻
§3940§ (vanadate) الهياكل. تنبع الأهمية الاقتصادية الكبيرة للمواد غير السيليكات من قدرتها على تركيز العناصر بشكل أكثر فعالية من معادن السيليكات.

تشكل السيليكات المجموعة المعدنية الأكثر شمولاً؛ تتكون غالبية الصخور من أكثر من 95% من معادن السيليكات، وتشكل هذه المعادن أكثر من 90% من القشرة الأرضية. السيليكون والأكسجين، العنصران الأكثر وفرة في القشرة الأرضية، هما المكونات الأساسية للسيليكات. العناصر الإضافية التي توجد بشكل متكرر في معادن السيليكات، مثل الألومنيوم والمغنيسيوم والحديد والكالسيوم والصوديوم والبوتاسيوم، ترتبط مع العناصر القشرية السائدة الأخرى. وتشمل السيليكات المكونة للصخور البارزة الفلسبار، والكوارتز، والأوليفينات، والبيروكسينات، والأمفيبولات، والعقيق، والميكا.

السيليكات

الوحدة الهيكلية الأساسية لمعدن السيليكات هي [SiO₄]⁴⁻ رباعي الأوجه. عادة، يُظهر السيليكون تنسيقًا رباعيًا أو رباعيًا مع الأكسجين. ومع ذلك، في ظل ظروف الضغط العالي للغاية، يمكن للسيليكون أن يتبنى التنسيق سداسي الأوجه أو ثماني السطوح، كما لوحظ في بنية البيروفسكايت أو ستيشوفيت الكوارتز متعدد الأشكال (SiO§4^{5§). في مثل هذه الحالات، ينحرف المعدن عن بنية السيليكات، وبدلاً من ذلك يتبنى بنية الروتيل (TiO§67§) والمجموعة المرتبطة بها، والتي تصنف على أنها أكاسيد بسيطة. تخضع رباعيات السطوح السيليكا لدرجات متفاوتة من البلمرة، وتشكل هياكل متنوعة مثل السلاسل أحادية البعد، والصفائح ثنائية الأبعاد، والأطر ثلاثية الأبعاد. يتطلب معدن السيليكات الأساسي الذي يفتقر إلى بلمرة رباعي السطوح عناصر أخرى لتحييد شحنته الأربعة المتأصلة. بالنسبة لهياكل السيليكات الأخرى، يلزم وجود مجموعات عناصر متميزة لموازنة الشحنة السالبة الناتجة. يعد استبدال Si4+ بـ Al3+ أمرًا شائعًا بسبب أنصاف أقطارها وشحناتها الأيونية القابلة للمقارنة؛ في هذه الحالات، تشكل رباعيات الأسطح [AlO§12_{13§]5− هياكل مماثلة لنظيراتها غير المستبدلة، على الرغم من اختلاف متطلبات موازنة الشحن الخاصة بها.}}

يمكن تحديد مدى البلمرة من خلال كل من الترتيب الهيكلي الناتج وعدد زوايا رباعي السطوح المشتركة (أو تنسيق ذرات الأكسجين) التي تتضمن الألومنيوم والسيليكون. في المواقع رباعية السطوح.

الأورثوسيليكات (النيسوسيليكات)

لا تظهر هذه المعادن أي رابط بين متعددات الوجوه، مما يعني أن رباعيات الأسطح الخاصة بها لا تشترك في أي زوايا.

السيليكات (السوروسيليكات)

يتكون هذان من رباعيين يشتركان في ذرة أكسجين واحدة.

إينوسيليكات (سيليكات السلسلة)

تتميز السيليكات أحادية السلسلة بزاويتين مشتركتين، بينما تمتلك السيليكات مزدوجة السلسلة إما زاويتين أو ثلاث زوايا مشتركة.

فيلوسيليكات

تشكل هذه المعادن هيكلًا صفائحيًا يتطلب ثلاث ذرات أكسجين مشتركة. ومع ذلك، في السيليكات مزدوجة السلسلة، يجب أن تشترك بعض رباعيات الأسطح في زاويتين بدلاً من ثلاث؛ وإلا، سيتم تشكيل بنية الورقة.

سيليكات الإطار (تكتوسيليكات)

تحتوي هذه السيليكات على رباعيات الأسطح التي تشترك في زواياها الأربعة.

السيليكات الحلقية (السيكلوسليكات)

لتأسيس بنيتها الدورية، تتطلب هذه السيليكات أن تتشارك رباعيات الأسطح في زاويتين فقط.

توضح الأقسام التالية بالتفصيل فئات السيليكات الفرعية، معروضة حسب ترتيب البلمرة المتناقصة.

التكتوسيليكات

تظهر السيليكات التكتوسية، المعروفة أيضًا باسم سيليكات الإطار، أعلى درجة من البلمرة. هذا الترتيب الهيكلي، حيث يتم مشاركة جميع زوايا رباعي الأسطح، يؤدي إلى نسبة السيليكون إلى الأكسجين بنسبة 1:2. وتشمل الأمثلة البارزة الكوارتز، الفلسبار، الفلسباثويدات، والزيوليت. تساهم الروابط التساهمية القوية داخل السيليكات الهيكلية في استقرارها الكيميائي الاستثنائي.

يشكل الكوارتز (SiO₂) 12% من القشرة الأرضية، وهو أكثر الأنواع المعدنية انتشارًا، ويتميز بمقاومته الكيميائية والفيزيائية الرائعة. يُظهر الكوارتز أشكالًا متعددة، مثل الترايديميت والكريستوبالايت، والتي تتشكل تحت درجات حرارة عالية؛ كويزيت، الذي يتشكل تحت ضغط مرتفع؛ والستيشوفيت، الذي يتشكل تحت ضغط عالٍ للغاية. ينشأ معدن ستيشوفيت، وهو المعدن الأخير، حصريًا على الأرض من خلال اصطدامات النيزك، ويخضع لضغط شديد بحيث يتحول هيكله من ترتيب سيليكات نموذجي إلى ترتيب يشبه الروتيل (TiO₂). يمثل ألفا كوارتز (α-quartz) أشكال السيليكا الأكثر استقرارًا في ظل ظروف سطح الأرض. على العكس من ذلك، يوجد بيتا كوارتز (β-quartz) فقط عند درجات حرارة وضغوط مرتفعة، ويتحول إلى α-quartz أقل من 573 درجة مئوية عند 1 بار. يكمن التمييز بين هذين الشكلين المتعددي الأشكال في "التواء" روابطهما الذرية؛ يضفي هذا التغيير الهيكلي تماثلًا أكبر على الكوارتز بيتا مقارنة بالكوارتز ألفا، مما يؤدي إلى تصنيف كل منهما على أنه كوارتز عالي (β) وكوارتز منخفض (α).

يشكل الفلسبار المجموعة المعدنية الأكثر انتشارًا داخل القشرة الأرضية، حيث يمثل حوالي 50% من تركيبها. داخل بنية الفلسبار، يؤدي استبدال Al³⁺ بـ Si⁴⁺ إلى خلل في توازن الشحنة، والذي يتم تحييده لاحقًا عن طريق دمج كاتيونات إضافية. تؤدي هذه العملية إلى وحدات هيكلية أساسية مثل [AlSi§45§O₈]⁻ أو [Al§10^{11§Si§1213§O§1415§]2−. تضم مجموعة الفلسبار 22 نوعًا معدنيًا متميزًا، مقسمة إلى مجموعتين فرعيتين أساسيتين - القلويات والبلاجيوكلاز - ومجموعتين أقل شيوعًا: السيلزية والبانالسيت. يشكل الفلسبار القلوي عادة سلسلة من المحاليل الصلبة تمتد من الأورثوكلاز الغني بالبوتاسيوم إلى الألبيت الغني بالصوديوم. على العكس من ذلك، تمتد سلسلة بلاجيوجلاز عادةً من الألبيت إلى الأنورثيت الغني بالكالسيوم. التوأمة البلورية هي ظاهرة متكررة في الفلسبار، ولا سيما التوائم متعددة التخليق في البلاجيوجلاز وتوأم كارلسباد في الفلسبار القلوي. عندما يخضع الفلسبار القلوي للتبريد البطيء من الحالة المنصهرة، فإنه يطور صفائح انحلال بسبب عدم استقرار الأورثوكلاز والألبيت في المحلول الصلب. يمكن أن يظهر هذا الإعفاء على نطاقات تتراوح من المجهرية إلى العيانية، ويمكن ملاحظتها في العينات اليدوية. ينشأ النسيج البرثيتي عندما ينحل الفلسبار الغني بالصوديوم داخل مضيف غني بالبوتاسيوم. يعتبر النسيج العكسي، المعروف باسم مضاد التعرق، حيث يذوب الفلسبار الغني بالبوتاسيوم داخل مضيف غني بالصوديوم، أمرًا غير شائع على الإطلاق.}

تشترك الفلدسباتويدات في التشابه الهيكلي مع الفلسبار ولكنها تتميز بتكوينها تحت ظروف نقص السيليكون، مما يسهل الاستبدال الإضافي بواسطة Al³⁺. ونتيجة لذلك، نادرا ما يتم ملاحظة الفلسباثويدات في عملية التكوّن مع الكوارتز. يعمل Nepheline ((Na, K) AlSiO₄) كممثل للفلسباثويد؛ والجدير بالذكر أن نسبة Al§4_5§O§67§:SiO§8_{9§ هي 1:2، على النقيض من نسبة 1:6 الموجودة في الفلسبار القلوي. تظهر الزيوليتات في كثير من الأحيان عادات بلورية مميزة، حيث تظهر على شكل إبر، أو صفائح، أو كتل ممتلئة. ويحدث تكوينها في البيئات المائية عند درجات حرارة وضغوط منخفضة، وينتج عنها هياكل تتميز بوجود قنوات وفراغات داخلية. يمتلك الزيوليت فائدة صناعية متنوعة، خاصة في مجال معالجة مياه الصرف الصحي.}

الفيلوسيليكات

تتميز الفيلوسيليكات بتركيبها من صفائح رباعية السطوح مبلمرة. ترتبط رباعيات الأسطح هذه في ثلاثة مواقع للأكسجين، مما يؤدي إلى نسبة مميزة من السيليكون إلى الأكسجين تبلغ 2:5. تشمل الأمثلة الرئيسية مجموعات معادن الميكا والكلوريت والكاولينيت-السربنتين. بالإضافة إلى صفائح رباعي السطوح، تشتمل السيليكات الورقية أيضًا على صفائح ثماني السطوح، حيث يتم تنسيق العناصر بواسطة ست ذرات أكسجين، مما يعمل على تحييد الشحنة السالبة لوحدات رباعي السطوح الأساسية (على سبيل المثال، [Si₄O₁₀]⁴⁻). يتم ترتيب صفائح رباعي السطوح (T) وثمانية السطوح (O) في تسلسلات تراص مختلفة لتشكيل طبقات السيليكات الورقية المميزة. داخل لوحة ثماني السطوح، يحتوي هيكل الوحدة على ثلاثة مواقع ثماني السطوح؛ ومع ذلك، ليست كل هذه المواقع مشغولة بالضرورة. يتم تصنيف المعادن ذات المواقع غير المأهولة على أنها ثنائية السطوح، بينما تسمى المعادن ذات المواقع المشغولة بالكامل ثلاثية السطوح. يتم ربط الطبقات معًا بواسطة قوى ضعيفة نسبيًا، بما في ذلك قوى فان دير فالس، أو الروابط الهيدروجينية، أو الروابط الأيونية النادرة. هذا الضعف البلوري المتأصل يفسر الانقسام القاعدي البارز الذي لوحظ في السيليكات الورقية.

تتكون مجموعة الكاولينيت-السربنتين، التي تتميز بمعادن طينية بنسبة 1:1، من مداخن T-O، والتي تظهر نطاق صلابة من 2 إلى 4 بسبب الترابط الهيدروجيني بين الصفائح. في المقابل، فإن المعادن الطينية 2:1، مثل البيروفيليت-التلك، تتميز بمكدسات T-O-T ولكنها أكثر ليونة إلى حد كبير، مع صلابة من 1 إلى 2، حيث يعتمد تماسكها على قوى فان دير فال الأضعف. يتم تصنيف هاتين المجموعتين المعدنيتين أيضًا بناءً على احتلالهما ثماني السطوح: الكاولينيت والبيروفيليت هما ثنائيات السطوح، في حين أن السربنتين والتلك ثلاثي السطوح.

الميكا هي أيضًا صفائح سيليكاتية مكدسة T-O-T، ومع ذلك فهي تميز نفسها عن الفئات الفرعية الأخرى المكدسة T-O-T وT-O من خلال دمج الألومنيوم داخل رباعي السطوح. صفائح، في حين تحتوي المعادن الطينية عادة على Al³⁺ في مواقع ثماني السطوح. ومن الأمثلة البارزة على الميكا المسكوفيت وسلسلة البيوتيت. ترتبط طبقات T-O-T في الميكا ببعضها بواسطة أيونات معدنية، مما يضفي صلابة أكبر مقارنة بمعادن السيليكات الورقية الأخرى، على الرغم من انقسامها القاعدي المثالي المميز. تشترك مجموعة الكلوريت في علاقة هيكلية مع مجموعة الميكا ولكنها تتميز بطبقة إضافية تشبه البروسيت (Mg(OH)₂) موضوعة بين أكوام T-O-T الخاصة بها.

ينتج عن التركيب الكيميائي المميز للفيلوسيليكات عادةً طبقات مرنة ومرنة وشفافة تعمل كعوازل كهربائية ويمكن تقسيمها بسهولة إلى رقائق رقيقة بشكل استثنائي. تجد الميكا تطبيقات في الإلكترونيات كعوازل، وفي البناء، كحشوات بصرية، وحتى في مستحضرات التجميل. يمثل الكريسوتيل، وهو أحد الأنواع السربنتينية، المعدن السائد المستخدم في الأسبستوس الصناعي، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى أنه يشكل مخاطر صحية أقل مقارنة بأسبستوس الأمفيبول.

Inosilicates

تتميز الإينوسيليكات بأنها رباعية الأسطح والتي ترتبط بشكل متكرر بسلاسل الشكل. يمكن أن تكون هذه السلاسل إما مفردة، حيث يتصل كل رباعي الأسطح باثنين آخرين، لتشكل بنية خطية مستمرة، أو مزدوجة، ناتجة عن اندماج اثنتين من هذه السلاسل. تظهر السيليكات أحادية السلسلة نسبة السيليكون إلى الأكسجين 1:3، والتي تتمثل في [Si₂O₆]⁴⁻، في حين تمتلك الأصناف مزدوجة السلسلة نسبة 4:11، كما هو موضح في [سي₈O₂₂]¹²⁻. ضمن فئة الإينوسيليكات، تم تحديد مجموعتين معدنيتين مهمتين لتشكيل الصخور: السيليكات أحادية السلسلة هي في الغالب بيروكسينات، في حين أن السيليكات مزدوجة السلسلة غالبًا ما تكون أمفيبولات. على الرغم من وصف السلاسل ذات الترتيب الأعلى، مثل التكوينات المكونة من ثلاثة أعضاء أو أربعة أعضاء أو خمسة أعضاء، إلا أن حدوثها غير شائع.

تشمل مجموعة البيروكسين 21 نوعًا معدنيًا متميزًا. تلتزم البيروكسينات بالصيغة الهيكلية العامة لـ XY(Si₂O₆)، حيث يحتل X موقع ثماني السطوح، ويمكن أن يظهر Y رقم تنسيق يتراوح من ستة إلى ثمانية. تشتمل غالبية أصناف البيروكسين على مجموعات مختلفة من Ca²⁺، وFe²⁺، وMg²⁺ لتحييد الشحنة السالبة الكامنة في العمود الفقري الهيكلي. البيروكسينات هي مكونات سائدة في قشرة الأرض، وتشكل حوالي 10%، وتعمل كمكونات أساسية للصخور النارية المافية.

تظهر الأمفيبولات تقلبًا كيميائيًا كبيرًا، وغالبًا ما توصف مجازيًا بأنها "سلة قمامة معدنية" أو "قرش معدني يسبح في بحر من العناصر". الوحدة الهيكلية الأساسية للأمفيبولات هي [Si₈O₂₂]¹²⁻، والتي تتم موازنة شحنتها بواسطة الكاتيونات التي تشغل ما يصل إلى ثلاثة مواقع متميزة؛ ومع ذلك، لا يتم استخدام الموقع الثالث دائمًا، وقد يشغل عنصر واحد كلا الموقعين المتبقيين. علاوة على ذلك، يتم ترطيب الأمفيبولات عادةً، وتحتوي على مجموعة الهيدروكسيل ([OH]⁻)، والتي يمكن استبدالها بأيونات الفلورايد أو الكلوريد أو الأكسيد. يمثل هذا التنوع الكيميائي الواسع أكثر من 80 نوعًا معروفًا من الأمفيبولات، مع وجود اختلافات شائعة، تشبه البيروكسينات، والتي تتضمن في المقام الأول مجموعات من Ca²⁺، وFe²⁺، وMg²⁺. يمكن لبعض أنواع معادن الأمفيبول أن تطور عادة بلورية أسبستيفورمية، وتشكل أليافًا طويلة ورقيقة ومرنة وقوية. تمتلك معادن الأسبستوس هذه خصائص مثل العزل الكهربائي، والخمول الكيميائي، ومقاومة الحرارة، مما يجعلها مناسبة لمختلف التطبيقات، وخاصة في مواد البناء. ومع ذلك، يعتبر الأسبستوس مادة مسرطنة معروفة ويتسبب في العديد من الأمراض الأخرى، بما في ذلك داء الأسبستوس. تعتبر أصناف الأمفيبول الأسبستوس (الأنثوفيليت، والتريموليت، والأكتينوليت، والجرونيريت، والريبكيت) بشكل عام أكثر خطورة من أسبست الكريسوتيل السربنتين.

Cyclosilicates

تتميز السيكلوسيليكات، المعروفة أيضًا باسم السيليكات الحلقية، بنسبة سيليكون إلى أكسجين تبلغ 1:3. يتضمن التكوين الأكثر شيوعًا حلقات مكونة من ستة أعضاء، وتتميز ببنية أساسية من [Si₆O₁₈]¹²⁻؛ وتشمل الأمثلة البارزة مجموعة التورمالين والبريل. في حين تم توثيق الهياكل الحلقية الأخرى، مثل تلك التي تحتوي على 3 أو 4 أو 8 أو 9 أو 12 عضوًا، إلا أنها أقل شيوعًا. تظهر السيكلوسيليكات عادة خصائص قوية وتشكل بلورات مخططة ممدودة.

يتم تمثيل التركيب الكيميائي المعقد للتورمالين بالصيغة العامة XY₃Z₆(BO§45§)§67§T§8_9§O18V§1213§W. هيكل الحلقة الأساسية، T§14_{15§O18، يحتوي عادةً على السيليكون (Si⁴⁺) في موقع T، على الرغم من أن الألومنيوم (Al3+) أو البورون (B³⁺) يمكن أن يحل محله. يتضمن تصنيف التورمالين تجميعًا فرعيًا أوليًا استنادًا إلى إشغال الموقع X، يليه تقسيم فرعي إضافي وفقًا للخصائص الكيميائية لموقع W. مواقع Y وZ قادرة على استضافة كاتيونات متنوعة، وخاصة المعادن الانتقالية المختلفة، وهذا التباين الهيكلي في محتوى المعادن الانتقالية يفسر مجموعة واسعة من الألوان التي لوحظت داخل مجموعة التورمالين. تشتمل السيكلوسيليكات الإضافية على البيريل (Al§2425§Be§2627§Si§2829§O§30^{31§)، والذي يتضمن أنواع الأحجار الكريمة الزمرد (الأخضر) والزبرجد (المزرق). يُظهر الكورديريت، وهو معدن متحول سائد، تشابهات هيكلية مع البيريل.}}

السوروسيليكات

تتميز السوروسيليكات، والمعروفة أيضًا باسم السيليكات، بترابط رباعي السطوح من خلال ذرة أكسجين واحدة، مما ينتج عنه نسبة سيليكون إلى أكسجين تبلغ 2:7. يشكل تكوين الترابط هذا الوحدة الهيكلية المميزة [Si₂O₇]⁶⁻. تشكل مجموعة epidote السليكات السائدة. تحدث Epidotes عبر بيئات جيولوجية متنوعة، بما في ذلك التلال وسط المحيط، والتطفلات الجرانيتية، والصخور الميتابيليتية. الإطار الهيكلي الأساسي للحلقات هو وحدة [(SiO§6^{7§)(Si§8_9§O§1011§)]10−؛ على سبيل المثال، يحقق معدن الأنواع إيبيدوت توازن الشحنة من خلال دمج الكالسيوم والألمنيوم والحديد الحديديك، كما تمثله الصيغة Ca§16_{17§Al§1819§(Fe3+، آل)(SiO§2223§)(Si§2425§O§2627§)O(OH). يساهم تعايش الحديد في كل من حالتي الأكسدة Fe3+ وFe2+ في تقليل زوال الأكسجين، وهو محدد حاسم في العمليات الصخرية.}}

تشمل الأمثلة الأخرى على السوروسيليكات اللاوسونيت، وهو معدن متحول مميز للسحنات الزرقاء (بيئة منطقة الاندساس تتميز بانخفاض درجة الحرارة). والضغط العالي)، والفيسوفيانيت، المعروف بدمج كميات كبيرة من الكالسيوم في إطاره الكيميائي.

الأرثوسيليكات

تتميز الأرثوسيليكات بأنها رباعية الأسطح معزولة، وهي متوازنة الشحن بواسطة الكاتيونات المختلفة. يشار إليها أيضًا باسم النيسوسيليكات، تعرض فئة السيليكات هذه نسبة السيليكون إلى الأكسجين بنسبة 1:4 (على سبيل المثال، SiO₄). تتبلور السيليكات الأورثوسيليكات عادةً على شكل أشكال ممتلئة ومتساوية وتمتلك صلابة كبيرة. تشتمل هذه الفئة الفرعية على العديد من المعادن المهمة المكونة للصخور، بما في ذلك سيليكات الألومنيوم ومجموعة الزبرجد الزيتوني ومجموعة العقيق.

تتميز سيليكات الألومينيوم - الكيانيت والأندلوسيت والسيليمانيت، وجميعها تشترك في الصيغة Al₂SiO₅ - بنيويًا بواسطة كاتيون واحد [SiO₄]⁴⁻ رباعي السطوح وAl³⁺ واحد بتنسيق ثماني السطوح. يمكن لكاتيون Al³⁺ المتبقي أن يشغل مواقع التنسيق ذات ستة أضعاف (الكيانيت)، أو خمسة أضعاف (الأندلوسيت)، أو أربعة أضعاف (السيليمانيت)؛ يعتمد المعدن المحدد الذي يتشكل في بيئة معينة على ظروف الضغط ودرجة الحرارة السائدة. ضمن بنية الزبرجد الزيتوني، تشتمل سلسلة الزبرجد الزيتوني الأولية، الممثلة بـ (Mg, Fe)§12_{13§SiO§1415§، على فورستريت غني بالمغنيسيوم وفاياليت غني بالحديد. يتم تنسيق كل من الحديد والمغنيسيوم ثماني السطوح بواسطة الأكسجين. تشمل الأنواع المعدنية الأخرى التي تظهر هذا الهيكل التفرويت (Mn§1617§SiO§1819§). يتم تعريف مجموعة العقيق من خلال الصيغة العامة X§2021§Y§2223§(SiO§2425§)§2627§، حيث يشير X إلى كاتيون كبير بتنسيق ثمانية أضعاف، ويمثل Y كاتيون أصغر بتنسيق ستة أضعاف. تم التعرف على ستة أعضاء نهائيين مثاليين للعقيق، وتم تصنيفهم إلى مجموعتين متميزتين. يحتوي عقيق البيرالسبيت على Al³⁺ في الموضع Y، ويشمل البيروب (Mg§3031§Al§3233§(SiO§3435§)§3637§)، والألماندين (Fe§3839§Al§4041§(SiO§4243§)§4445§)، والسبيسارتين (Mn§4647§Al§4849§(SiO§5051§)§5253§). على العكس من ذلك، يشتمل العقيق الأوجرانديت على Ca²⁺ في الموضع X، بما في ذلك اليوفاروفيت (Ca§5657§Cr§5859§(SiO§6061§)§6263§)، الإجمالي (Ca§6465§Al§6667§(SiO§6869§)§7071§)، والأندراديت (Ca§7273§Fe§7475§(SiO§7677§)§7879§). على الرغم من وجود مجموعتين فرعيتين متميزتين من العقيق، فقد لوحظت حلول صلبة بين جميع الأعضاء النهائيين الستة.}

تشمل أورثوسيليكات إضافية الزركون والستوروليت والتوباز. يعتبر الزركون (ZrSiO₄) ذا قيمة خاصة في علم التاريخ الجغرافي نظرًا لاحتمال استبدال U⁶⁺ بـ Zr⁴⁺؛ علاوة على ذلك، فإن هيكلها المرن بشكل استثنائي يجعل من الصعب إعادة معايرتها ككرونومتر. يعمل Staurolite كمعدن مؤشر متوسط ​​الدرجة ضمن البيئات المتحولة. لم يتم وصف تركيبه البلوري المعقد بشكل كامل حتى عام 1986. التوباز (Al§6^{7§SiO§89§(F, OH)§1011§)، يتم تحديده بشكل متكرر في البغماتيت الجرانيت بالارتباط مع التورمالين، وهو معدن من الأحجار الكريمة المعترف به على نطاق واسع.}

غير السيليكات

العناصر الأصلية

يتم تعريف العناصر الأصلية على أنها مواد غير مرتبطة كيميائيًا بعناصر أخرى. تشمل هذه المجموعة المعدنية المعادن الأصلية وشبه المعادن واللافلزات ومختلف السبائك والمحاليل الصلبة. يمنح الترابط المعدني داخل هذه العناصر خصائص فيزيائية مميزة، بما في ذلك اللمعان المعدني المميز، والليونة، والقدرة على التحمل، والتوصيل الكهربائي. يتم تصنيف العناصر الأصلية أيضًا إلى مجموعات فرعية بناءً على سماتها الهيكلية أو الكيميائية.

تتكون مجموعة الذهب، التي تتميز ببنية مكعبة متراصة، من معادن مثل الذهب والفضة والنحاس. تُظهر المجموعة البلاتينية تشابهًا هيكليًا مع المجموعة الذهبية. يتم تعريف مجموعة الحديد والنيكل من خلال العديد من أنواع سبائك الحديد والنيكل. يتم التمييز بين الكاماسيت والتينيت، وهما مثالان تم تحديدهما في النيازك الحديدية، من خلال محتواهما من النيكل؛ يحتوي الكاماسيت على أقل من 5-7% من النيكل وهو عبارة عن مجموعة متنوعة من الحديد الأصلي، في حين أن محتوى النيكل في التينيت يتراوح بين 7-37%. تتكون معادن مجموعة الزرنيخ من أشباه معادن، تمتلك خصائص معدنية جزئية فقط، وتفتقر بشكل خاص إلى القابلية للطرق الموجودة في المعادن الحقيقية. يظهر الكربون الأصلي في شكلين متآصلين: الجرافيت والماس؛ ويتشكل الأخير تحت الضغوط العالية للغاية السائدة في وشاح الأرض، مما يمنحها بنية أكثر قوة بكثير من الجرافيت.

الكبريتيدات

تشكل معادن الكبريتيد مركبات كيميائية تتكون من واحد أو أكثر من المعادن أو أشباه المعادن مع الكالكوجين أو البنكتوجين، والأكثر شيوعًا الكبريت. يمكن أن يحل التيلوريوم أو الزرنيخ أو السيلينيوم محل الكبريت داخل هذه الهياكل. توجد الكبريتيدات عمومًا على شكل معادن ناعمة وهشة تمتلك ثقلًا محددًا عاليًا. العديد من مسحوق الكبريتيدات، مثل البيريت، تنبعث منها رائحة كبريتية مميزة. الكبريتيدات عرضة للعوامل الجوية، حيث يذوب الكثير منها بسهولة في الماء؛ يمكن إعادة ترسيب هذه المكونات الذائبة لاحقًا، مما يؤدي إلى تكوين رواسب خام ثانوية غنية. يعتمد تصنيف الكبريتيد على نسبة المعدن أو شبه المعدن إلى الكبريت، والتي تتمثل في نسب M:S 2:1 أو 1:1. العديد من معادن الكبريتيد لها أهمية اقتصادية مثل خامات المعادن؛ تشمل الأمثلة البارزة السفاليريت (ZnS)، وخام الزنك؛ غالينا (PbS)، خام الرصاص؛ الزنجفر (HgS)، وهو خام الزئبق؛ والموليبدينيت (MoS₂)، وهو خام الموليبدينوم. البيريت (FeS₂) هو الكبريتيد الأكثر انتشارًا، ويتواجد في نطاق واسع من البيئات الجيولوجية. وعلى الرغم من وفرته، فإنه ليس خام الحديد ولكن يمكن أن يخضع للأكسدة لإنتاج حمض الكبريتيك. ترتبط الكبريتيدات بأملاح الكبريت النادرة، حيث يرتبط عنصر معدني بكل من الكبريت وشبه المعدن مثل الأنتيمون أو الزرنيخ أو البزموت. ومثل الكبريتيدات، تكون أملاح الكبريتات عادةً معادن ناعمة وكثيفة وهشة.

أكاسيد

تصنف معادن الأكاسيد إلى ثلاث مجموعات متميزة: الأكاسيد البسيطة، والهيدروكسيدات، والأكاسيد المتعددة. يتم تعريف الأكاسيد البسيطة من خلال وجود O²⁻ باعتباره الأنيون الأساسي ويظهر رابطة أيونية في الغالب. تعتمد التقسيمات الفرعية الإضافية داخل الأكاسيد البسيطة على نسبة الأكسجين إلى الكاتيون. تمتلك المعادن التي تنتمي إلى مجموعة البيريكليز نسبة أكسجين إلى كاتيون 1:1. تتضمن أمثلة الأكاسيد التي تحتوي على نسبة 2:1 الكوبريت (Cu₂O) وجليد الماء. تشتمل مجموعة اكسيد الالمونيوم على معادن بنسبة 2:3، مثل اكسيد الالمونيوم (Al§4_5§O§67§) والهيماتيت (Fe§8_9§O§1011§). المعادن في مجموعة الروتيل تظهر نسبة 1:2؛ الأنواع التي تحمل الاسم نفسه، الروتيل (TiO§12_{13§)، بمثابة الخام الأساسي للتيتانيوم، في حين تشمل الحالات الأخرى حجر القصدير (SnO§1415§)، وخام القصدير، والبيرولوسيت (MnO§1617§)، وخام المنغنيز. بالنسبة للهيدروكسيدات، يعمل أيون الهيدروكسيل، OH⁻، كالأنيون السائد. يشكل البوكسيت، الذي يمثل الخام الرئيسي للألمنيوم، مزيجًا غير متجانس من معادن الهيدروكسيد المشتتة والجيبسايت والبوهميت. تنشأ هذه عادة في المناطق التي تعاني من التجوية الكيميائية الشديدة، في الغالب في ظل الظروف المناخية الاستوائية. وأخيرًا، يتم تعريف الأكاسيد المتعددة على أنها مركبات تحتوي على معدنين متميزين مدمجين مع الأكسجين. تشكل الإسبنيل مجموعة مهمة ضمن هذا التصنيف، وتتميز بالصيغة العامة X²⁺Y³⁺§2425§O§2627§. تشمل الأمثلة التوضيحية للأنواع الإسبنيل (MgAl§2829§O§3031§)، والكروميت (FeCr§3233§O§3435§)، والمغنتيت (Fe§3637§O§3839§). يمكن التعرف بسهولة على المغنتيت من خلال مغناطيسيته الواضحة، وهي خاصية تنشأ من وجود الحديد في حالتين أكسدة متميزتين (Fe²⁺Fe³⁺§4445§O§4647§)، وبالتالي تصنيفه على أنه أكسيد متعدد وليس أكسيد بسيط. أكسيد.}

معادن الهاليد

يتم تعريف معادن الهاليد على أنها مركبات يكون فيها عنصر الهالوجين (الفلور أو الكلور أو اليود أو البروم) بمثابة الأنيون الأساسي. تظهر هذه المعادن عادةً خصائص مثل النعومة والضعف والهشاشة والقابلية للذوبان في الماء. تشمل الأمثلة السائدة للهاليدات الهاليت (NaCl، المعروف باسم ملح الطعام)، والسيلفيت (KCl)، والفلوريت (CaF₂). ينشأ الهاليت والسيلفيت في كثير من الأحيان كمتبخرات ويمكن أن يشكلا مكونات معدنية مهيمنة داخل الصخور الرسوبية الكيميائية. يلعب الكريوليت (Na₃AlF₆) دورًا حاسمًا في الاستخلاص الصناعي للألمنيوم من البوكسيت؛ ومع ذلك، نظرًا لاستنفاد الرواسب الطبيعية الهامة الوحيدة في إيفيتوت، جرينلاند، والموجودة داخل بيغماتيت الجرانيت، يتم الآن إنتاج الكريوليت الصناعي من الفلوريت.

معادن الكربونات

تتميز معادن الكربونات بمجموعة الكربونات، [CO₃]²⁻، التي تعمل بمثابة الأنيون الرئيسي. تظهر الكربونات عمومًا هشاشة، وكثيرًا ما تظهر انقسامًا معينيًا، وتتفاعل بشكل عام مع الأحماض. وبالتالي، يستخدم الجيولوجيون الميدانيون عادةً حمض الهيدروكلوريك المخفف لتمييز الكربونات عن المعادن غير الكربونية. يعد التفاعل الحمضي مع الكربونات، والذي يتم ملاحظته بشكل أساسي في أشكال الكالسيت والأراجونيت المتعددة الأشكال (CaCO§45§)، أمرًا أساسيًا لعمليات ذوبان المعدن وهطول الأمطار، والتي تعد ضرورية لنشأة كهوف الحجر الجيري، وتكويناتها الداخلية مثل الهوابط والصواعد، والأشكال الأرضية الكارستية الأوسع. تنشأ الكربونات في الغالب على شكل رواسب حيوية أو كيميائية داخل البيئات البحرية. من الناحية الهيكلية، تشكل مجموعة الكربونات تكوينًا مثلثًا، مع كاتيون C⁴⁺ مركزي محاط بثلاثة أنيونات O²⁻؛ تؤدي الاختلافات في ترتيب هذه المثلثات إلى ظهور مجموعات معدنية متميزة. يشكل الكالسيت، وهو معدن الكربونات الأكثر انتشارًا، المكون الأساسي لكل من الحجر الجيري الرسوبي والرخام المتحول. قد يشتمل الكالسيت (CaCO§1011§) على نسبة كبيرة من المغنيسيوم الذي يحل محل الكالسيوم. في الظروف التي تتميز بتركيزات عالية من المغنيسيوم، فإن متعدد أشكاله، الأراغونيت، سوف يتشكل بشكل تفضيلي؛ غالبًا ما يتم تصنيف الجيوكيمياء البحرية في مثل هذه السياقات على أنها بحر أراغونيت أو بحر كالسيت، اعتمادًا على المعروضات المعدنية التي تفضل التكوين. يتم تصنيف الدولوميت على أنه كربونات مزدوجة، تمتلك الصيغة الكيميائية CaMg(CO§1213§)§14^{15§. الدلومتة الثانوية للحجر الجيري هي عملية جيولوجية متكررة، تنطوي على تحويل الكالسيت أو الأراغونيت إلى الدولوميت؛ يعزز هذا التفاعل مساحة المسام (حيث يبلغ حجم خلية الدولوميت 88% من حجم الكالسيت)، مما قد يشكل خزانات للنفط والغاز الطبيعي. ينتمي هذان النوعان المعدنيان إلى مجموعات معدنية تحمل نفس الاسم: تشتمل مجموعة الكالسيت على كربونات بالصيغة العامة XCO§16}17§، بينما تشتمل مجموعة الدولوميت على معادن ملتصقة بالصيغة العامة XY(CO§1819§)§20^21§.

معادن الكبريتات

تتميز معادن الكبريتات بوجود أنيون الكبريتات، [SO₄]²⁻. تظهر هذه المعادن عادةً شفافية إلى الشفافية، وتمتلك ملمسًا ناعمًا، وغالبًا ما تكون هشة. ويحدث تكوينها عادةً على شكل متبخرات تترسب من المياه المالحة أثناء التبخر. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تحديد الكبريتات داخل أنظمة الأوردة الحرارية المائية، غالبًا بالتزامن مع الكبريتيدات، أو كمنتجات ناتجة عن أكسدة الكبريتيد. يقسم التصنيف الكبريتات إلى فئات لا مائية ومائية. يمثل الجبس (CaSO₄⋅2H§6^{7§O) الكبريتات المائية الأكثر انتشارًا، والتي تتشكل كمتبخر إلى جانب المعادن مثل الكالسيت والهاليت. عندما يتبلور الجبس ويدمج حبيبات الرمل، فإنه يمكن أن يتطور إلى "ورود الصحراء". إن موصليته الحرارية المنخفضة بشكل استثنائي وقدرته على الحفاظ على درجة حرارة منخفضة عن طريق التجفيف عند تسخينه تجعل الجبس ذا قيمة كمواد عازلة في منتجات مثل الجبس والجدران الجافة. الأنهيدريت، النظير اللامائي للجبس، يمكن أن يترسب مباشرة من مياه البحر في ظل ظروف شديدة الجفاف. تلتزم مجموعة الباريت بالصيغة العامة XSO§8_{9§، حيث تشير X إلى كاتيون كبير بتنسيق 12 ضعفًا. تشمل الأمثلة البارزة الباريت (BaSO§1011§)، والسيلستين (SrSO§1213§)، والأنجلسيت (PbSO§1415§). يتم استبعاد الأنهيدريت من مجموعة الباريت نظرًا لأن أيون Ca2+ الأصغر يُظهر تنسيقًا ثمانية أضعاف فقط.}}

الفوسفات

يتم تعريف معادن الفوسفات من خلال وجود وحدة رباعي السطوح [PO₄]³⁻، على الرغم من أن هذا الشكل الهيكلي يمكن تعميمه ليشمل البدائل حيث يتم استبدال الفوسفور بالأنتيمون أو الزرنيخ أو الفاناديوم. تشكل مجموعة الأباتيت معادن الفوسفات الأكثر انتشارًا، وتشمل أنواعًا مثل الفلوراباتيت (Ca₅(PO§6_{7§)§89§F)، والكلورباتيت (Ca§10}11§(PO§12_{13§)§1415§Cl)، والهيدروكسيلاباتيت. (Ca§16}17§(PO§18_{19§)§2021§(OH)). تشكل هذه المعادن المكونات البلورية الأساسية لأسنان وعظام الفقاريات. تعرض مجموعة المونازيت، وهي وفيرة نسبيًا، بنية عامة لـ ATO§2223§، حيث يمثل T الفوسفور أو الزرنيخ، وA غالبًا ما يكون عنصرًا أرضيًا نادرًا (REE). يحمل المونازيت أهمية لسببين رئيسيين: أولاً، قدرته على العمل بمثابة "حوض" للعناصر الأرضية النادرة يسمح له بتركيز هذه العناصر بشكل كافٍ لتكوين خامات قابلة للحياة اقتصاديًا؛ ثانيًا، يمكن لمعادن مجموعة المونازيت أن تحتوي على كميات كبيرة من اليورانيوم والثوريوم، مما يتيح تطبيقها في علم التاريخ الجيولوجي للمونازيت لتأريخ الصخور بناءً على التحلل الإشعاعي لليورانيوم والثوريوم إلى رصاص.}

المعادن العضوية

يتضمن نظام تصنيف سترونز فئة للمعادن العضوية. هذه المركبات غير المألوفة، على الرغم من احتوائها على الكربون العضوي، يمكن أن تنشأ من خلال العمليات الجيولوجية. على سبيل المثال، يمكن ترسيب الوويلايت (CaC₂O₄⋅H§4_{5§O)، وهو أكسالات، داخل عروق الخام الحرارية المائية. على الرغم من وجود أكسالات الكالسيوم المائية في طبقات الفحم والتكوينات الرسوبية الأخرى المرتبطة بالمادة العضوية، إلا أن وجودها في البيئات الحرارية المائية لا يعزى إلى النشاط البيولوجي.}

التطورات الحديثة

تتطور أطر تصنيف المعادن والتعاريف المرتبطة بها باستمرار لدمج التقدم المعاصر في علم المعادن. تشمل التعديلات الأخيرة إدخال فئة عضوية ضمن نظامي تصنيف Dana وStrunz المحدثين. تشتمل هذه الفئة العضوية على فئة غير شائعة جدًا من المعادن التي تحتوي على الهيدروكربونات. في عام 2009، اعتمدت لجنة IMA المعنية بالمعادن الجديدة وأسماء المعادن رسميًا نظامًا هرميًا لتسمية وتصنيف المجموعات المعدنية وأسماء كل منها. تضمنت هذه المبادرة إنشاء سبع لجان وأربع مجموعات عمل مكلفة بمراجعة وتصنيف المعادن من أجل التجميع الرسمي لتسمياتها المنشورة. بموجب هذه اللوائح المنقحة، "يمكن تجميع الأنواع المعدنية بعدة طرق مختلفة، على أساس الكيمياء، أو البنية البلورية، أو التواجد، أو الارتباط، أو التاريخ الجيني، أو الموارد، على سبيل المثال، اعتمادًا على الغرض الذي يخدمه التصنيف."

علم الأحياء الفلكي

تم اقتراح المعادن الحيوية كمؤشرات مهمة للحياة خارج كوكب الأرض، مما يشير إلى وظيفة حاسمة في البحث عن حياة موجودة أو منقرضة على المريخ. علاوة على ذلك، من المفترض أن تكون المكونات العضوية، والتي غالبًا ما يطلق عليها اسم البصمات الحيوية، والتي ترتبط في كثير من الأحيان بالمعادن الحيوية، فعالة في كل من العمليات الكيميائية الحيوية والبريبايوتيك.

في يناير 2014، أعلنت وكالة ناسا أن التحقيقات التي أجرتها مركبات كيوريوسيتي وأبورتيونيتي على المريخ تهدف إلى تحديد مؤشرات الحياة القديمة، بما في ذلك المحيط الحيوي المحتمل الذي تدعمه الكائنات الحية الدقيقة ذاتية التغذية، أو ذاتية التغذية، أو كيميائية. سعت هذه الدراسات أيضًا إلى الحصول على أدلة على وجود مياه تاريخية، خاصة في البيئات النهرية والبحيرات (السهول المرتبطة بالأنهار أو البحيرات القديمة) التي كان من الممكن أن تدعم الحياة. وبالتالي، تم تأسيس استكشاف علامات الصالحية للسكن، ودراسة التحجر (دراسة التحجر)، والكربون العضوي على المريخ كهدف أساسي لناسا.

المراجع

المراجع

المراجع العامة

• Busbey, A.B.; كوينرادس، R.E.؛ الجذور، د.؛ ويليس، ب. (2007). الصخور والحفريات. سان فرانسيسكو: مطبعة مدينة الضباب. رقم ISBN 978-1-74089-632-0.Chesterman, C.W.; Lowe, K.E. (2008). الدليل الميداني لصخور ومعادن أمريكا الشمالية. تورونتو: Random House of Canada. ISBN 978-0-394-50269-4.دكتور ديار; غونتر، إم إي (2008). علم المعادن وعلم المعادن البصري. شانتيلي، فيرجينيا: جمعية المعادن الأمريكية. رقم ISBN 978-0-939950-81-2.نيسي، ويليام د. (2000). مقدمة في علم المعادن. نيويورك: مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN 978-0-19-510691-6. هازن، آر إم؛ جرو، إدوارد س.؛ اوريجلييري، ماركوس J .؛ داونز ، روبرت ت. (مارس 2017). “حول علم المعادن في عصر الأنثروبوسين‘“ (PDF). عالم المعادن الأمريكي. 102 (3): 595. بيب كود:2017AmMin.102..595H. دوى:10.2138/صباحا-2017-5875. S2CID 111388809. تم الاسترجاع في 14 آب (أغسطس) 2017. تتناول هذه المقالة تكوين معادن جديدة ناتجة عن الأنشطة البشرية.
  • Hazen, R.M.; جرو، إدوارد س.؛ اوريجلييري، ماركوس J .؛ داونز ، روبرت ت. (مارس 2017). "في علم المعادن في عصر الأنثروبوسين" (PDF). عالم المعادن الأمريكي. 102 (3): 595. بيب كود:2017AmMin.102..595H. دوى:10.2138/صباحا-2017-5875. S2CID 111388809. تم الاسترجاع في 14 أغسطس، 2017.
    • قاعدة بيانات ميندات المعدنية، أكبر قاعدة بيانات معدنية على الإنترنت
    • "مفتاح تحديد المعادن II" جمعية المعادن الأمريكية
    • المعادن وأصول الحياة (روبرت هازن، ناسا) (فيديو، 60 دقيقة، أبريل 2014).
    • الحياة الخاصة للمعادن: رؤى من علم المعادن ذو البيانات الضخمة (روبرت هازن، 15 فبراير 2017)