Minerály

Co jsou minerály?



Minerály jsou základem stavebního, zpracovatelského a zemědělského průmyslu.


Rhodochrosite: Ukázka rodochrosite z dolu Sunnyside, San Juan County, Colorado. Rhodochrosite je minerál uhličitanu manganu (MnCO)3), který se používá jako ruda manganu a je také řezán jako drahokam. USGS obrázek.

Používáme minerály každý den!

Každý člověk používá produkty vyrobené z minerálů každý den. Sůl, kterou přidáváme do našeho jídla, je minerální halit. Antacidové tablety se vyrábějí z minerálního kalcitu.

Vyrobit něco tak jednoduchého jako dřevěná tužka vyžaduje mnoho minerálů. "Olovo" je vyrobeno z grafitových a jílových minerálů, mosazná páska je vyrobena z mědi a zinku a barva, kterou barvy obsahují, obsahuje pigmenty a plniva z různých minerálů. Mobilní telefon je vyráběn pomocí desítek různých minerálů, které pocházejí z dolů po celém světě.

Auta, která řídíme, cesty, po kterých cestujeme, budovy, ve kterých žijeme, a hnojiva používaná k výrobě potravin jsou vyrobena z minerálů. Ve Spojených státech je každý rok spotřebováno asi tři biliony tun nerostných komodit na podporu životní úrovně 300 milionů občanů. To je asi deset tun minerálních materiálů spotřebovaných na každého člověka každý rok.

Běžné předměty z minerálů: Většina věcí, které používáme v našem každodenním životě, je buď vyrobena z minerálů, nebo vyrobena pomocí minerálních produktů. Antacidové tablety se vyrábějí z kalcitu, stolní sůl je rozdrcený halit, několik minerálů se používá k výrobě dřevěné tužky a desítky minerálů z mnoha různých zemí se používají k výrobě mobilního telefonu.

Věděl jsi? Bílý "m" na kousku cukrovinky M&M je pigment z oxidu titaničitého, pravděpodobně vyrobený z minerálního rutilu.

Struktura minerálního halitu: Minerální „halit“ má chemické složení NaCl. To znamená, že obsahuje stejný počet atomů sodíku a chloridu. V tomto případě se jedná o elektricky nabité atomy, známé jako ionty. Tyto ionty jsou uspořádány v krychlovém vzoru, který se opakuje ve všech směrech. Malé sodné ionty jsou umístěny mezi větší chloridové ionty.

Co jsou minerály?

Aby byla splněna definice „minerálu“ používaná většinou geologů, musí látka splňovat pět požadavků:

  • přirozeně se vyskytující
  • anorganický
  • pevný
  • konečné chemické složení
  • uspořádaná vnitřní struktura

„Přirozeně se vyskytující“ znamená, že to lidé neudělali. Ocel není minerál, protože je to slitina vyráběná lidmi. „Anorganický“ znamená, že látka není vyrobena organismem. Dřevo a perly jsou produkovány organismy, a proto nejsou minerály. "Pevná látka" znamená, že se nejedná o kapalinu nebo plyn při standardní teplotě a tlaku.

„Definitivním chemickým složením“ se rozumí, že všechny výskyty tohoto minerálu mají chemické složení, které se mění v konkrétním omezeném rozsahu. Například: minerální halit (známý jako „kamenná sůl“, když se těží) má chemické složení NaCl. Skládá se ze stejného počtu atomů sodíku a chloru.

„Objednaná vnitřní struktura“ znamená, že atomy v minerálu jsou uspořádány systematicky a opakovaně. Struktura minerálního halitu je znázorněna na obrázku na této stránce. Halite je složen ze stejného poměru atomů sodíku a chloru uspořádaných v krychlovém vzoru.

Věděl jsi? Ačkoli kapalná voda není minerál, je to minerál, když mrzne. Led je přirozeně se vyskytující anorganická pevná látka s určitým chemickým složením a uspořádanou vnitřní strukturou. Další informace.

Slovo "minerální"

Slovo „minerální“ se používá mnoha různými způsoby. Výše uvedená definice je formální definicí preferovanou geology.

Slovo má také nutriční význam. Používá se v souvislosti s mnoha anorganickými chemikáliemi, které organismy potřebují růst, opravovat tkáň, metabolizovat a provádět další tělesné procesy. Minerální živiny pro lidské tělo zahrnují: železo, vápník, měď, síru, fosfor, hořčík a mnoho dalších.

Archaické použití slova “nerostný” přijde z linnaeanské taxonomie ve kterém všechny věci mohou být přiřazeny k zvířeti, zelenině a nerostným království.

Slovo “nerostný” je také používán nekonzistentně v geologii. Při těžbě je vše, co člověk získá ze země a používá člověk, považováno za „minerální komoditu“ nebo „minerální materiál“. Patří sem: drcený kámen, který je vyrobeným výrobkem z drcených hornin; vápno, které je vyrobeným výrobkem z vápence nebo mramoru (oba složené z minerálního kalcitu); uhlí, které je organické; ropa a plyn, které jsou organickými tekutinami; horniny, jako je žula, které jsou směsí minerálů; a horniny jako obsidián, které nemají definitivní složení a uspořádanou vnitřní strukturu.

Minerály ve skalách: Většina hornin jsou agregáty minerálů. Tato hornina, žula pegmatit, je směsí minerálních zrn. Obsahuje růžovou ortoklasu, mléčný křemen, černý hornblende a černý biotit.

Minerální komodity v průmyslu


2010 Minerální komoditní spotřeba Spojených států
Minerální komoditaMiliony metrických tun
Rozbitý kámen1,200.0
Písek a štěrk786.1
Sůl55.8
Železná Ruda48.0
Fosfátová hornina30.5
Sádra22.5
Hlíny21.3
Dimension Stone14.0
Limetka18.5
Síra11.30
Bauxit8.4
Potaš5.6
Soda Ash5.2
Barite2.66
Měď1.74
Vést1.40
Hodnoty uvedené výše jsou odhady spotřeby minerálních komodit z Geologického průzkumu Spojených států. Do této tabulky lze přidat mnoho dalších komodit.

Stavebnictví je největším spotřebitelem minerálních komodit. Drcený kámen se používá pro základy, podklad vozovky, beton a drenáž. Písek a štěrk se používají v betonu a základech. Jíly se používají k výrobě cementu, cihel a dlaždic. Železná ruda se používá k výrobě výztužných tyčí, ocelových nosníků, hřebíků a drátů. Sádra se používá k výrobě sádrokartonu. Dimenzní kámen se používá pro obklady, obrubníky, podlahy, schodišťové stupně a další architektonické práce. Toto je jen několik z mnoha použití pro tyto komodity ve stavebnictví.

V zemědělství se fosfátová hornina a potaš používají k výrobě hnojiv. Vápno se používá jako ošetření půdy neutralizující kyseliny. Do krmiv pro zvířata se přidávají minerální živiny.

Chemický průmysl používá velké množství popela ze soli, vápna a sody. Při výrobě se používá velké množství kovů, hlíny a minerálních plniv / plniv.

Mohsova stupnice tvrdosti je sada referenčních minerálů používaných pro testování tvrdosti ve třídě. Stanovení tvrdosti minerálu je jedním z nejdůležitějších testů používaných při identifikaci minerálů.

Nejlepší způsob, jak se dozvědět o minerálech, je studovat se sbírkou malých vzorků, které můžete zpracovat, zkoumat a pozorovat jejich vlastnosti. Levné sbírky minerálů jsou k dispozici v obchodě Geology.com.

Test kyseliny: Geologové používají zředěnou kyselinu chlorovodíkovou k identifikaci uhličitanových minerálů. Uhličitanové minerály budou při kontaktu s kyselinou šumit při různých úrovních intenzity.

Fyzikální vlastnosti minerálů

Existuje přibližně 4000 různých minerálů a každá z těchto minerálů má jedinečnou sadu fyzikálních vlastností. Mezi ně patří: barva, pruh, tvrdost, lesk, diaphaneity, měrná hmotnost, štěpení, zlomenina, magnetismus, rozpustnost a mnoho dalších. Tyto fyzikální vlastnosti jsou užitečné pro identifikaci minerálů. Jsou však mnohem důležitější při určování potenciálního průmyslového využití minerálu. Podívejme se na několik příkladů.

Minerální mastek, pokud je rozemlet na prášek, se dokonale hodí pro použití jako prášek pro nohy. Je to měkký, kluzký prášek, takže nezpůsobí otěry. Má schopnost absorbovat vlhkost, oleje a zápach. Přilne k pokožce a vytváří svíravý efekt - přesto se snadno omývá. Žádný jiný minerál nemá řadu fyzikálních vlastností, které jsou pro tento účel vhodné.

Minerální halit, když je rozdrcen na malá zrna, se dokonale hodí k ochucení jídla. Má slanou chuť, kterou většina lidí považuje za příjemnou. Rozpouští se rychle a snadno, což umožňuje, aby se jeho chuť rozšířila potravou. Je měkká, takže pokud se některá nerozpustí, nepoškodí vaše zuby. Žádný jiný minerál nemá fyzikální vlastnosti, které jsou pro toto použití vhodnější.

Minerální zlato se dokonale hodí pro použití v špercích. To může být snadno tvarován do vlastní položky šperky od řemeslníka. Má příjemnou žlutou barvu, kterou si většina lidí užívá. Má jasný lesk, který neposkvrňuje. Jeho vysoká měrná hmotnost mu dává pěknou „krádež“, kterou většina lidí dává přednost před lehčími kovy. K výrobě šperků lze použít i jiné kovy, ale díky těmto vlastnostem je zlato nesmírně oblíbené. (Někteří lidé mohou dodat, že vzácnost a hodnota zlata jsou dvě další vlastnosti, díky nimž je šperk žádoucí. Rarita však není majetkem a její hodnota je určována nabídkou a poptávkou.)

Hvězdný safír: Tmavě modrá hvězda safír 8 mm x 6 mm cabochon z Thajska. Inkluze rutilu v kameni se vyrovnají s krystalografickou osou korundu, čímž se vytvoří hvězda - což je jasně viditelné a vystředěné, když je zadní strana kamene odříznuta pod úhlem 90 stupňů k ose C krystalu. Tento kámen byl tepelně zpracován, aby stmavil kámen a zlepšil viditelnost hvězdy.

Minerální informace
1 Minerály na Geology.com: Odkazy na obsah minerálů na webu geology.com.
2 USGS Minerální informace: Odkazy na informace o minerálech na webu Geologického průzkumu Spojených států.
3 Státní a národní geologické průzkumy: Odkazy na webové stránky geologického průzkumu, z nichž většina obsahuje informace o minerálech nalezených a vyprodukovaných v jejich lokalitě.
4 USGS Program nerostných zdrojů: Jediný federální zdroj vědeckých informací o minerálním potenciálu, výrobě, spotřebě a dopadech na životní prostředí.
5 Databáze minerálů a lokalit: Největší mineralogická databáze a referenční web na internetu.

Význam fyzikálních vlastností

Primární charakteristikou minerálu, který určuje jeho fyzikální vlastnosti, je jeho složení a síla vazeb v uspořádané vnitřní struktuře. Zde jsou nějaké příklady:

Galena, sirník olova, má mnohem vyšší měrnou hmotnost než bauxit, hydroxid hlinitý. Tento rozdíl je způsoben jejich složením. Olovo je mnohem těžší než hliník.

Diamant i grafit se skládají z čistého uhlíku. Diamant je nejtvrdší přírodní minerál a grafit je jedním z nejměkčích. Tento rozdíl nastává kvůli typům vazeb spojujících atomy uhlíku v jejich minerálních strukturách. Každý atom uhlíku v diamantu je spojen se čtyřmi dalšími atomy uhlíku se silnými kovalentními vazbami. Grafit má strukturu listu, ve které jsou atomy uvnitř listů navzájem spojeny silnými kovalentními vazbami, ale vazby mezi listy jsou slabými elektrickými vazbami. Když je grafit poškrábán, slabé vazby snadno selhávají, což z něj dělá měkký minerál.

Drahokamy rubín a safír jsou barevné variace minerálního korundu. Tyto barevné rozdíly jsou způsobeny složením. Pokud korund obsahuje stopová množství chrómu, vykazuje červenou barvu rubínu. Pokud však obsahuje stopové množství železa nebo titanu, vykazuje modrou barvu safíru. Pokud je v době krystalizace dostatek titanu k vytvoření malých krystalů minerálního rutilu, může se vytvořit hvězdný safír. K tomu dochází, když se drobné krystaly rutilu systematicky zarovnávají v krystalické struktuře korundu, aby jí poskytly hedvábný lesk, který by mohl produkovat „hvězdu“, která se vyrovná s primární krystalografickou osou (viz foto).