Minerály

Čo sú minerály?



Minerály sú základom stavebného, ​​spracovateľského a poľnohospodárskeho priemyslu.


Rodochrozit: Vzorka rodochrosite z bane Sunnyside v San Juan County, Colorado. Rhodochrosite je minerál uhličitanu mangánu (MnCO3), ktorá sa používa ako ruda mangánu a je tiež rezaná ako drahokam. Obrázok USGS.

Používame minerály každý deň!

Každý človek používa výrobky vyrobené z minerálov každý deň. Soľ, ktorú pridávame do nášho jedla, je minerálny halit. Antacidové tablety sa vyrábajú z minerálneho kalcitu.

Vytvorenie niečo tak jednoduchého ako drevená ceruzka si vyžaduje veľa minerálov. „Olovo“ je vyrobené z grafitových a ílových minerálov, mosadzná páska je vyrobená z medi a zinku a farba, ktorú obsahuje, obsahuje pigmenty a plnivá vyrobené z rôznych minerálov. Mobilný telefón sa vyrába pomocou desiatok rôznych minerálov, ktoré pochádzajú z baní na celom svete.

Autá, ktoré riadime, cesty, po ktorých cestujeme, budovy, v ktorých žijeme, a hnojivá používané na výrobu potravín sú vyrobené z minerálov. V Spojených štátoch sa ročne spotrebuje asi tri bilióny ton nerastných surovín na podporu životnej úrovne 300 miliónov občanov. To je asi desať ton minerálnych materiálov spotrebovaných na každú osobu každý rok.

Bežné predmety vyrobené z minerálov: Väčšina vecí, ktoré používame v našom každodennom živote, sa vyrába z minerálov alebo sa vyrába pomocou minerálnych výrobkov. Antacidové tablety sa vyrábajú z kalcitu, stolová soľ je rozdrvený halit, na výrobu drevených ceruziek sa používa niekoľko minerálov a na výrobu mobilných telefónov sa používajú desiatky minerálov z mnohých rôznych krajín.

Vedel si? Biely "m" na kúsku cukrovinky M&M je pigment z oxidu titaničitého, ktorý sa pravdepodobne vyrába z minerálneho rutilu.

Štruktúra minerálneho halitu: Minerálny „halit“ má chemické zloženie NaCl. To znamená, že obsahuje rovnaké počty atómov sodíka a chloridu. V tomto prípade sú to elektricky nabité atómy, známe ako ióny. Tieto ióny sú usporiadané v kubických vzorcoch, ktoré sa opakujú vo všetkých smeroch. Malé sodné ióny sú umiestnené medzi väčšími chloridovými iónmi.

Čo sú minerály?

Aby látka spĺňala definíciu „minerálu“ používanú väčšinou geológov, musí spĺňať päť požiadaviek:

  • prirodzene sa vyskytujúce
  • anorganické
  • tuhý
  • konečné chemické zloženie
  • usporiadaná vnútorná štruktúra

„Prirodzene sa vyskytujúce“ znamená, že to ľudia neurobili. Oceľ nie je minerál, pretože je to zliatina vyrábaná ľuďmi. „Anorganický“ znamená, že látku nevytvára organizmus. Drevo a perly sú produkované organizmami, a preto nie sú minerálmi. „Tuhá látka“ znamená, že nejde o kvapalinu alebo plyn pri štandardnej teplote a tlaku.

„Definitívne chemické zloženie“ znamená, že všetky výskyty tohto minerálu majú chemické zloženie, ktoré sa mení v konkrétnom obmedzenom rozsahu. Napríklad: minerálny halit (známy ako „kamenná soľ“, keď sa ťaží) má chemické zloženie NaCl. Skladá sa z rovnakého počtu atómov sodíka a chlóru.

„Usporiadaná vnútorná štruktúra“ znamená, že atómy v mineráli sú usporiadané systematicky a opakovane. Štruktúra halitu minerálov je znázornená na obrázku na tejto stránke. Halite je zložený z rovnakého pomeru atómov sodíka a chlóru usporiadaných v kubických vzorcoch.

Vedel si? Kvapalná voda síce nie je minerál, ale keď zamrzne, je to minerál. Ľad je prírodná anorganická tuhá látka s určitým chemickým zložením a usporiadanou vnútornou štruktúrou. Uč sa viac.

Slovo „minerál“

Slovo „minerál“ sa používa mnohými rôznymi spôsobmi. Uvedená definícia je formálnou definíciou preferovanou geológmi.

Slovo má tiež výživový význam. Používa sa vo vzťahu k mnohým anorganickým chemikáliám, ktoré organizmy potrebujú na rast, opravu tkaniva, metabolizáciu a vykonávanie ďalších procesov v tele. Minerálne živiny pre ľudské telo zahŕňajú: železo, vápnik, meď, síru, fosfor, horčík a mnoho ďalších.

Archaické použitie slova „minerál“ pochádza z linnianskej taxonómie, v ktorej možno všetko priradiť k živočíšnym, rastlinným a minerálnym kráľovstvám.

Slovo „minerál“ sa v geológii používa nekonzistentne. V ťažbe sa všetko, čo človek získa zo zeme a ktorý používa človek, považuje za „minerálnu komoditu“ alebo „minerálny materiál“. Patria sem: drvený kameň, ktorý je vyrobený z drvených hornín; vápno, ktoré je vyrobeným výrobkom z vápenca alebo mramoru (obidva pozostávajú z minerálneho kalcitu); organické uhlie; ropa a plyn, ktoré sú organickými tekutinami; horniny ako žula, ktoré sú zmesou minerálov; a horniny ako obsidián, ktoré nemajú definitívne zloženie a usporiadanú vnútornú štruktúru.

Minerály v horninách: Väčšina hornín sú zhluky minerálov. Táto hornina, žula pegmatit, je zmesou minerálnych zŕn. Obsahuje ružovú ortoklasu, mliečny kremeň, hornblende a čierny biotit.

Minerálne komodity v priemysle


2010 Minerálna komoditná spotreba Spojených štátov
Minerálna komoditaMilióny metrických ton
Rozdrvený kameň1,200.0
Piesok a štrk786.1
soľ55.8
Železná ruda48.0
Fosfátová hornina30.5
sadra22.5
íly21.3
Dimension Stone14.0
vápno18.5
síra11.30
bauxit8.4
potaš5.6
Soda Ash5.2
baryt2.66
meď1.74
Lead1.40
Vyššie uvedené hodnoty sú odhady spotreby minerálnych komodít z Geologického prieskumu Spojených štátov. Do tejto tabuľky by sa mohlo pridať mnoho ďalších komodít.

Stavebný priemysel je najväčším spotrebiteľom minerálnych komodít. Drvený kameň sa používa na základy, základňu vozovky, betón a drenáž. Piesok a štrk sa používajú v betóne a základoch. Íly sa používajú na výrobu cementu, tehál a dlaždíc. Železná ruda sa používa na výrobu výstužných prútov, oceľových nosníkov, klincov a drôtov. Sadra sa používa na výrobu sadrokartónu. Dimenzný kameň sa používa na obkladanie, obrubovanie, podlahy, schodiskové stupne a iné architektonické práce. Toto je len niekoľko z mnohých použití týchto komodít v stavebníctve.

V poľnohospodárstve sa na výrobu hnojív používajú fosfátové horniny a potaš. Vápno sa používa na ošetrenie pôdy neutralizujúce kyseliny. Do krmiva pre zvieratá sa pridávajú minerálne živiny.

Chemický priemysel používa veľké množstvo popola zo soli, vápna a sódy. Pri výrobe sa používa veľké množstvo kovov, hliny a minerálnych plnív / nastavovadiel.

Mohsova stupnica tvrdosti je súbor referenčných minerálov používaných na testovanie tvrdosti v triede. Stanovenie tvrdosti minerálu je jedným z najdôležitejších testov použitých pri identifikácii minerálov.

Najlepší spôsob, ako sa dozvedieť o mineráloch, je študovať so zbierkou malých vzoriek, s ktorými môžete zaobchádzať, skúmať ich a pozorovať ich vlastnosti. Lacné minerálne zbierky sú k dispozícii v obchode Geology.com.

Test kyseliny: Geológovia používajú na identifikáciu uhličitanových minerálov zriedenú kyselinu chlorovodíkovú. Uhličitanové minerály budú pri kontakte s kyselinou šumiť s rôznymi úrovňami sily.

Fyzikálne vlastnosti nerastov

Existuje približne 4000 rôznych minerálov a každá z týchto minerálov má jedinečnú skupinu fyzikálnych vlastností. Patria sem: farba, pruh, tvrdosť, lesk, diafanita, špecifická hmotnosť, štiepenie, zlomenina, magnetizmus, rozpustnosť a mnoho ďalších. Tieto fyzikálne vlastnosti sú užitočné na identifikáciu minerálov. Sú však oveľa dôležitejšie pri určovaní potenciálneho priemyselného využitia nerastu. Pozrime sa na niekoľko príkladov.

Minerálny mastenec, keď sa melie na prášok, je dokonale vhodný na použitie ako prášok na nohy. Je to mäkký, klzký prášok, takže nespôsobuje oderu. Má schopnosť absorbovať vlhkosť, oleje a zápach. Priľne na pokožke a vytvára adstringentný efekt - napriek tomu sa ľahko zmýva. Žiadny iný minerál nemá súbor fyzikálnych vlastností, ktoré sú na tento účel vhodné.

Minerálny halit, keď sa rozdrví na malé zrná, sa výborne hodí na ochutenie potravín. Má slanú chuť, ktorú väčšina ľudí považuje za príjemnú. Rýchlo a ľahko sa rozpúšťa, čím sa jeho chuť šíri potravou. Je mäkký, takže ak sa niektorý nerozpustí, nepoškodí vaše zuby. Žiadny iný minerál nemá fyzikálne vlastnosti, ktoré sú pre toto použitie vhodnejšie.

Minerálne zlato sa výborne hodí na použitie v šperkoch. To môže remeselník ľahko tvarovať do šperkov na mieru. Má príjemnú žltú farbu, ktorú si väčšina ľudí užíva. Má žiarivý lesk, ktorý nepoškodí. Jeho vysoká špecifická hmotnosť mu dáva peknú „krádež“, ktorú väčšina ľudí uprednostňuje pred ľahšími kovmi. Na výrobu šperkov sa dajú použiť aj iné kovy, ale vďaka týmto vlastnostiam je zlato obrovskou obľubou. (Niektorí ľudia môžu dodať, že vzácnosť a hodnota zlata sú dve ďalšie vlastnosti, vďaka ktorým je šperky žiaduce. Rarita však nie je majetkom a jej hodnota závisí od ponuky a dopytu.)

Hviezdny zafír: Tmavo modrá hviezda zafír 8 mm x 6 mm z Thajska. Zahrnutie rutilu v kameni je v súlade s kryštalografickou osou korundu, čím vzniká hviezda - čo je jasne viditeľné a centrované, keď je zadná časť kameňa odrezaná v uhle 90 stupňov od osi C kryštálu. Tento kameň bol tepelne spracovaný na stmavenie kameňa a zvýšenie viditeľnosti hviezdy.

Minerálne informácie
1 Minerály na Geology.com: Odkazy na obsah minerálov na webovej stránke geology.com.
2 USGS Minerálne informácie: Odkazy na informácie o mineráloch na webovej stránke Geologického prieskumu Spojených štátov.
3 Štátne a národné geologické prieskumy: Odkazy na webové stránky geologického prieskumu, z ktorých väčšina obsahuje informácie o mineráloch nájdených a vyprodukovaných v ich lokalite.
4 Program minerálnych zdrojov USGS: Jediný federálny zdroj vedeckých informácií o minerálnom potenciáli, produkcii, spotrebe a environmentálnych účinkoch.
5 Databáza minerálov a lokalít: Najväčšia mineralogická databáza a referenčná webová stránka na internete.

Dôležitosť fyzikálnych vlastností

Primárne charakteristiky minerálu, ktorý určuje jeho fyzikálne vlastnosti, sú jeho zloženie a sila väzieb v usporiadanej vnútornej štruktúre. Tu je niekoľko príkladov:

Galena, sulfid olova, má oveľa vyššiu špecifickú hmotnosť ako bauxit, hydroxid hlinitý. Tento rozdiel je spôsobený ich zložením. Olovo je oveľa ťažšie ako hliník.

Diamant aj grafit pozostávajú z čistého uhlíka. Diamant je najťažší prírodný minerál a grafit je jedným z najjemnejších. Tento rozdiel sa vyskytuje kvôli typom väzieb spájajúcich atómy uhlíka v ich minerálnych štruktúrach. Každý atóm uhlíka v diamantu je viazaný na štyri ďalšie atómy uhlíka so silnými kovalentnými väzbami. Grafit má štruktúru listu, v ktorej sú atómy vo vrstvách navzájom spojené silnými kovalentnými väzbami, ale väzby medzi vrstvami sú slabé elektrické väzby. Keď je grafit poškriabaný, slabé väzby ľahko zlyhajú, takže sa stáva mäkkým minerálom.

Drahokamy rubín a zafír sú farebné variácie minerálneho korundu. Tieto farebné rozdiely sú spôsobené zložením. Ak korund obsahuje stopové množstvá chrómu, vykazuje červenú farbu rubínu. Ak však obsahuje stopové množstvo železa alebo titánu, vykazuje modrú farbu zafíru. Ak je v čase kryštalizácie prítomný dostatok titánu na vytvorenie malých kryštálov minerálneho rutilu, môže sa vytvoriť hviezdicový zafír. K tomu dochádza, keď sa drobné kryštály rutilu systematicky zarovnávajú v kryštalickej štruktúre korundu, čím sa získa hodvábny lesk, ktorý by mohol vytvárať „hviezdu“, ktorá je zarovnaná s primárnou kryštalografickou osou (pozri fotografiu).