Википедија

Минералогија

(Пренасочено од Квантна минералогија)

Минералогија — гранка на геологијата кое ги изучува хемијата, кристалната структура и физичко-оптичките својства на минералите. Одделни дисциплини ги разгледуваат потеклото на минералите и нивното образување, класфикацијата, географска распространетост и примена.

Минералогијата ги применува начелата на хемијата, геологијата, физиката и науката за материјалите во изучувањето на минералите

Историја

уреди
 
Страница од „Расправа за минералогијата“ од Фридрих Мос (1825)

Најстарите пишани дела за минералогијата, особено за драгите камења се создадени во Вавилон, стариот грчко-римски свет, старовековна и средновековна Кина, во санскритските текстови од древна Индија и во стариот исламски свет.[1] Попознати книги на оваа тема се „Природознание“ (Naturalis Historia) на Плиниј Постариот, кој не само што опишува многу видови минерали, туку ги објаснува и нивните својства, и „Книга за драгите камења“ (Китаб ел-Џевахир) од персискиот научник ел-Бируни. Германскиот ренесансен стручњак Георгиј Агрикола произвел дела како „За металите“ (De re metallica, 1556) и „За природата на камењата“ (De Natura Fossilium, 1546) со кои започнал научниот приод кон оваа проблематика. Систематски изучувања на минералите и карпите се развиле во постренесансна Европа.[1] Современата минералогија се заснова на начелата на кристалографијата (самата геметриска кристалографија води потекло од XVIII и XIX век) и на проучување на пресеци со воведувањето на микроскопот во XVII век.[1]

Данскиот научник Николас Стено прв во 1669 г. го открил законот за постојаноста на аглите кај плоските (наречен и прв закон на крисалографијата) при проучување на кварцни кристали.[2]:4 Оваа појава подоцна ќе биде воопштена и опитно утврдена од францускиот минералог Жан Батист Ром Делил во 1783 г.[3] Неговиот сонародник Рене Жист Ауи, наречен „татко на современата кристалографија“, покажал дека кристалите се периодични и утврил дека насоченоста на плоските може да се изрази со рационални броеви, подоцна формализирана во Милеровите показатели.[2]:4 Во 1814 г. шведскиот хемичар Јакоб Берцелиус вовел класификација на минералите според нивната хемија наместо според кристалната структура.[4] Во 1827–1828 г. изучувајќи фосилизирано дрво, шкотскиот геолог Вилијам Никол ја осмилил неговата Николова призма која ја полазирира светлината. Англискиот металург Хенри Клифтон Сорби покажал дека тенките пресеци (резниња) на минералите можат да се разпознаат според нивните оптички својства користејќи поларизирачки микроскоп.[2]:4[4]:15 Американскиот минералог Џејмс Двајт Дана во 1837 г. го објавил неговиот „Минералошки систем“ (A System of Mineralogy), и во подоцнежно издание ја вовел хемиската класификација која е стандардна до денес.[2]:4[4]:15 Појавата на скршнување (дифракција) под дејство на рендгенски зраци прв ја покажал германскиот физичар Макс фон Лауе во 1912 г. Од овој пронајдок произлегла алатката за анализа на кристалната структура на минералите, осмислена од англиските физичари Вилијам Хенри Брег и Вилијам Лоренс Брег, кои биле татко и син.[2]:4

Во поново време, со напредокот во опитната техника (како неутронско расејување) и моќта на сметачите (која овозможува крајно прецизни симулации во атомски размери), минералогијата се занимава и со поопшти проблеми од областа на неорганската хемија и физиката на тврдите тела. Сепак, таа и понатаму се задржува на кристалните структури на карпообразувачките минерали (како перовскитите, глинестите минерали и рамковните силикати). Особено голем напредок е постигнат во сознанијата за односот помеѓу атомската структура на минералите и нивната функција; поистакнати примери би биле точното мерење и предвидување на еластичните својства на минералите, кој дава нов увид во сеизмолошкото поведение на карпите и длабински поврзаните дисконтинуитети во сеизмограмите на Земјиниот плашт. Во контекст на врската помеѓу атомските појави и макроскопските својства, минералните науки имаат поголем преклоп со науката за материјалите отколку со други дисциплини.

Физички својства

уреди
 
Калцит — карбонатен минерал (CaCO3) со ромбоедарска кристална структура.
 
Арагонит — орторомпски полиморф на калцитот.

Прв чекор во препознавањето на еден минерал е разгледување на неговите физички својства. Тие се густина (често изразена во специфична тежина); механичка целовитост (тврдост, издржливост, цепливост, прелом, двоење); макроскопски визуелни својства (сјај, боја, огреб/ трага, луминисценција, светлопропусност); магнетни и електрични својства; радиоактивност и растворливост во хлороводород (HCl).[2]:97–113[5]:39–53

Тврдоста се одредува со споредба со други минерали. Мосовата скала има реперни минерали кои носат броеви според нивната тврдост — од 1 (талк) до 10 (дијамант). Потврдиот минерал гребе помек, така што на оваа скала можеме да ставиме и непознат минерал, гледајќи кои минерали ги гребе, а кои го гребат него. Неколку минерали како калцитот и кијанитот имаат тврдост која е значително зависна од насоката.[6]:254–255 Тврдоста може да се изрази и на апсолутна скала користејќи склерометар; во споредба со апсолутната, Мосовата скала е нелинеарна.[5]:52

Издржливоста се однесува на поведението на минералот кога ќе се скрши, здроби, свитка или раскине. Минералот може да биде кршлив, ковлив, пресеклив (сектилнен), растеглив, свитлив или еластичен. Важно влијание на издржливоста а видот на присутната хемиска врска (на пр. јонска или метална).[6]:255–256

Меѓу другите мерки за механичка целовитост, цепливоста е склоноста кон кршење долж извесни кристалографски рамнини. Се опишува по одликата (на пр. совршена или добра) и по насоченоста на рамнината според кристалографска номенклатура.

Двоењето е склоноста за кршење по рамнини на слабост под дејство на притисок, близнење или езгорастворање. Кога кршењето не се одвива по рамнини, тогаш тоа има понеуреден облик на прелом кој може да биде школкест, влакнест, игличест, жилетен или нерамномерен.[6]:253–254

Ако минералот е добро кристализиран, тој ќе има и карактеристичен хабитус (на пр. шестаголен, стоплчест, гроздест) кој ја одразува неговата кристалната структура или внатрешното устројство на атомите.[5]:40–41 Тој е засегнат и од негостатоците на кристалот како и од близнењето. Многу кристали се полиморфни, т.е. имаат повеќе од една можна кристална структура зависно од чинители како притисокот и температурата.[2]:66–68[5]:126

Кристална структура

уреди
 
Кристална структура на перовскитот. Црвените топчиња се кислород, сините се силициум, а зелените се магнезиум или железо.
Главна статија: Кристална структура
Поврзано: Кристалографија

Кристалната структура е распоредот на атомите во кристалот. Таа се претставува со решетка на точки која повторува основна шема наречена единична ќелија во три димензии. Решетката се одликува со нејзините симетрии и димензиите на едиичната ќелија. Овие димензии се претставени со три Милерови показатели.[7]:91–92 Решетката останува непроменета со извесни симетриски операции околу некоја точка на решетката: одразување, вртење, превртување и вртежно превртување, комбинација од вртење и превртување. Заедно тие го сочинуваат математичкиот објект наречен кристалографска точковна група или кристална класа. Постојат 32 можни кристални класи. Покрај тоа, постојат операции кои ги поместуваат сите точки: транслација, завојна оска и лизговна рамнина. Во комбинација со точковните симетрии, тие сочинуваат 230 можни просторни групи.[7]:125–126

Установите имаат опрема за рендгенска анализа на прашоци со кои ја одредуваат кристалната стуктура на минералите.[5]:54–55 Рендгенските зраци имаат бранови должини од ист величински ред како растојанијата меѓу атомите. Скршнувањето (дифракцијата) констуктивната и деструктивна интерференција помеѓу брановите расеани по разни атоми, дава карактеристични шеми на голема и мала густина кои зависат од геометријата на кристалот. Кај еден примерок здробен во прашок, рендгенските зраци примерочат произволна распределба на сите кристални насоки.[8] Свивањето на прашокот ги разликува минералите кои делуваат исто на око, како на пример кварцот и неговите полимофри тридимитот и кристобалитот.[5]:54

Изоморфните минерали со различен состав имаат слични шеми на прашочно скршнување, при што главната разлика е во просторот меѓу линиите и нивната јачина. на пример, кристалната структура на халитот (NaCl) е од просторната група Fm3m; оваа структура ја дели со силвитот (KCl), перикласот (MgO), бунзенитот (NiO), галенитот (PbS), алабандитот (MnS), хлораргиритот (AgCl), и озборнитот (TiN).[6]:150–151

Хемиски елементи

уреди
Поврзано: Аналитичка хемија
 
Пренослива рендгенофлуоресцентна микросондажна машина

Иако некои минерали се сами по себе хемиски елементи (сулфурот, бакарот, среброто и златото), речиси сите се соединенија. Класичниот метод за утврдување на составот е мокра хемиска анализа, која подразбира растворање на минералот во киселина, како на пример хлороводородната (HCl). Потоа елементите во растворот се утврдуваат по пат на колориметрија, зафатнинска или гравиметриска анализа.[6]:224–225

Од 1960 г. наваму највеќето хемиски анализи се вршат со инструменти. Еден од нив, наречен атомовпивна спектрометрија, е сличен на мократа хемија по тоа што примерокот мора да се раствори, но постапката е многу побрза и поевтина. Растворот се испарува и спектарот на нафатената супстанција се мери во видливиот и ултравиолетовиот спектар.[6]:225–226 Други техники се рендгенофлуоресцентна анализа, електронска микросондажна анализа, атомска сондажна топографија и оптичка оддавна спектрографија.[6]:227–232

Оптика

уреди
 
Фотомикрографија на оливински збир од архаички коматит од Егну, Западна Авсралија.

Покрај макроскопските својства како боја или сјај, минералите имаат својства за чие набљудување е потребен поларизирачки миксорскоп.

Пренос на светлина

уреди

Кога светлината преминува од воздух или вакуум во проѕирен кристал, дел од неа се одбива од површината, а друг се прекршува. Второспоменатото е закривување на нејзината патека кое се појавува бидејќи брзината на светлината се менува кога минува низ кристал; Снеловиот закон вели дека аголот на закривување е зависен од показателот на прекршување — соодносот помеѓу брзината во вакуум и брзината во кристал. Кристалите чија група на точковна симетрија спаѓа во коцкест систем се изотропни: показателот не зависи од насоката. Сите други кристали се анизотропни: светлината која минува низ нив се двои на два рамнински поларизирани зрака кои патуваат со различни брзини и се прекршуваат под различни агли.[6]:289–291

Поларизирачкиот микрископ е сличен на обичниот микроскоп со таа разлика што има два рамнински полазирирани филтри, (поларизатор) од примерокот и анализатор над него, поларизирани под меѓусебно прав агол. Светлината последователно минува низ поларизаторот, примерокот и анализаторот. Ако нема примерок, анализаторот ја попречува сета светлина од поларизаторот. Меѓутоа, анизотропниот примерок ја менува поларизацијата, пропуштајќи дел од светлината. Како примероци се користат тенки пресеци и прашоци.[6]:293–294

Кога се набљудува изотропен кристал, тој изгледа темен бидејќи не ја менува поларизацијата на светлината. Меѓутоа, кога истиот ќе се потопи во избаждарена течност со понизок показател на прекршување, а микроскопот не е изострен, околу рабовите на кристалот се јавува сјајна линија наречена Бекеова линија. Присуството или отсуството на вакви линии во течностите со различни показатели ни дава да го процениме показателот на кристалот, обично до точност од ± 0,003.[6]:294–295

Систематика

уреди
 
Ханксит, Na22K(SO4)9(CO3)2Cl, еден од малкуте минерали кој истовремено се смета за карбонат и за сулфат.

Под систематска минералогија се подразбира препознавањето и класификацијата на миералите според нивните својства. Во минатото минералогијата посветувала многу внимание на таксономијата на карпообразувачките минерали. Во 1959 г. Меѓународното минералошко здружение почнало со рационализација на номенклатурата и уредување на воведувањето на нови имиња.[9] Денес има преку 6.000 именувани и неименувани минерали, а секоја година се откриваат нови 100.[10] Прирачникот за минералогија ги дели минералите на следниве класи: самородни елементи, сулфиди, сулфосоли, оксиди и хидроксиди, халиди, карбонати, нитрати и борати, сулфати, хромати, молибдати и волфрамати, фосфати, арсенати и ванадати и силикати.[6]

Средини на образување

уреди

Минералите се образуваат и развиваат во многу различни средини. Примерите се движат од местата на кристализација при високи температура и притисок во магматска топеница длабоко во Земјината кора, па сè до нискотемпературното таложење од пресолените води на Земјината површина.

Можни начини на образба:[11]

Биоминералогија

уреди

Биоминералогијата е поле кое ги вкрстува минералогијата, палеонтологијата и биологијата. It is the study of how растенијата и животните ги стабилизираат минералите под биолшка контрола, како и низообразбата на минералната замена на тие минерали по таложењето.[12] Се служи со приоди од хемиската минералогија (особено со проучување на изотопите) за да ги одреди растежните облици на живите растенија и животни[13][14] како и изворните минерални состојки на фосилите.[15]

Новиот приод наречен минерална еволуција ја истражува коеволуцијата на геосферата и биосферата, вклучувајќи ја улогата на минералите во настанокот на живиот свет и процеси како минерално катализирана органска синтеза и селективното нафаќање на органски молекули на минерални површини.[16][17]

Примена

уреди

Минералите играат суштинска улога за разни потреби на човечкото општество. Такви се рудите од кои се прават важни делови на метални производи во разни стоки и машинерија, но и неопходни составници на градежни материјали како варовникот, мермерот, гранитот, грагорот, стаклото, гипсот, цементот итн.[11] МИнералите се користат и како ѓубрива за збогатување на приносите на земјоделството.

Збирки

уреди
 
Минералошка збирка во Природонаучниот музеј во Берлин

Најзначајна минералошка поставка во Македонија е Минералошката збирка во Одделението за геологија и палеонтологија на Природонаучниот музеј во Скопје. Во неа се опфатени многу минерали кои автохтони за државата, но има разни други минерали од општо значење. Музејот поседува околку 2.190 видови минерали и карпи, од кои 108 се постојано изложени.[18]

Најпосетувани големи збирки во светот се сместени во Салата на геологијата, драгите камења и минерали на Смитсоновата установа во Вашингтон, Природонаучниот музеј во Лос Анџелес, Карнегиевиот природонаучен музеј во Питсбург, Природонаучниот музеј во Лондон и приватниот музеј „Мим“ во Бејрут, Либан,[19][20][21]

Поврзано

уреди

Наводи

уреди
  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 Needham, Joseph (1959). Science and civilisation in China. Cambridge: Cambridge University Press. стр. 637–638. ISBN 978-0521058018.
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 Nesse, William D. (2012). Introduction to mineralogy (2. изд.). New York: Oxford University Press. ISBN 978-0199827381.
  3. ↑ „Law of the constancy of interfacial angles“. Online dictionary of crystallography. International Union of Crystallography. 24 август 2014. Посетено на 22 септември 2015.
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 Rafferty, John P. (2012). Geological sciences (1. изд.). New York: Britannica Educational Pub. in association with Rosen Educational Services. стр. 14–15. ISBN 9781615304950.
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 Klein, Cornelis; Philpotts, Anthony R. (2013). Earth materials : introduction to mineralogy and petrology. New York: Cambridge University Press. ISBN 9780521145213.
  6. ↑ 6,00 6,01 6,02 6,03 6,04 6,05 6,06 6,07 6,08 6,09 6,10 Klein, Cornelis; Hurlbut, Cornelius S. Jr. (1993). Manual of mineralogy : (after James D. Dana) (21. изд.). New York: Wiley. ISBN 047157452X.
  7. ↑ 7,0 7,1 Ashcroft, Neil W.; Mermin, N. David (1977). Solid state physics (27 препеч. изд.). New York: Holt, Rinehart and Winston. ISBN 9780030839931.
  8. ↑ Dinnebier, Robert E.; Billinge, Simon J.L. (2008). „1. Principles of powder diffraction“. Во Dinnebier, Robert E.; Billinge, Simon J.L. (уред.). Powder diffraction : theory and practice (Препеч. изд.). Cambridge: Royal Society of Chemistry. стр. 1–19. ISBN 9780854042319.
  9. ↑ Parsons, Ian (октомври 2006). „International Mineralogical Association“. Elements. 2 (6): 388. doi:10.2113/gselements.2.6.388.
  10. ↑ Higgins, Michael D.; Smith, Dorian G. W. (октомври 2010). „A census of mineral species in 2010“. Elements. 6 (5): 346.
  11. ↑ 11,0 11,1 Moses, Alfred J. (1918–1920). „Mineralogy“. Во Ramsdell, Lewis S. (уред.). Encyclopedia Americana: International Edition. 19. New York: Americana Corporation. стр. 164–168.
  12. ↑ Scurfield, Gordon (1979). „Wood Petrifaction: an aspect of biomineralogy“. Australian Journal of Botany. 27 (4): 377–390. doi:10.1071/bt9790377.
  13. ↑ Christoffersen, M.R.; Balic-Zunic, T.; Pehrson, S.; Christoffersen, J. (2001). „Kinetics of Growth of Columnar Triclinic Calcium Pyrophosphate Dihydrate Crystals“. Crystal Growth & Design. 1 (6): 463–466. doi:10.1021/cg015547j.
  14. ↑ Chandrajith, R.; Wijewardana, G.; Dissanayake, C.B.; Abeygunasekara, A. (2006). „Biomineralogy of human urinary calculi (kidney stones) from some geographic regions of Sri Lanka“. Environmental Geochemistry and Health. 28 (4): 393–399. doi:10.1007/s10653-006-9048-y. PMID 16791711. S2CID 24627795.
  15. ↑ Lowenstam, Heitz A (1954). „Environmental relations of modification compositions of certain carbonate secreting marine invertebrates“. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 40 (1): 39–48. Bibcode:1954PNAS...40...39L. doi:10.1073/pnas.40.1.39. PMC 527935. PMID 16589423. Архивирано од изворникот на 2015-10-16. Посетено на 2023-01-13.
  16. ↑ Amos, Jonathan (13 февруари 2016). „Earth's rarest minerals catalogued“. BBC News. Посетено на 17 септември 2016.
  17. ↑ Hazen, Robert M.; Papineau, Dominic; Bleeker, Wouter; Downs, Robert T.; Ferry, John M.; и др. (ноември–декември 2008). „Mineral Evolution“. American Mineralogist. 93 (11–12): 1693–1720. Bibcode:2008AmMin..93.1693H. doi:10.2138/am.2008.2955. S2CID 27460479.
  18. ↑ „Одделение за геологија и палеонтологија“. Природонаучен музеј на Македонија. Архивирано од изворникот на 2023-01-12. Посетено на 13 јануари 2023.
  19. ↑ Wilson, W (2013). „The Opening of the Mim Mineral Museum in Beirut, Lebanon“. The Mineralogical Record. 45 (1): 61–83.
  20. ↑ Lyckberg, Peter (16 октомври 2013). „The MIM Museum opening, Lebanon“. Mindat.org. Посетено на 19 октомври 2017.
  21. ↑ „Gems and Minerals“. Natural History Museum of Los Angeles. Посетено на 22 мај 2010.

Надворешни врски

уреди
Преземено од „https://mk.wikipedia.org/w/index.php?title=Минералогија&oldid=5143082“