„Minerał” jest substancją nieorganiczną, która składa się z jednego lub więcej pierwiastków chemicznych. Z definicji minerał musi być:

Skład chemiczny minerału jest znany jako jego skład pierwiastkowy. Większość minerałów występuje jako związki (połączenie kilku różnych elementów). Jednakże, niektóre minerały występują jako pierwiastki chemiczne same w sobie. Są one znane jako minerały rodzime.

Czym są kryształy?

Kryształy są substancjami stałymi, które posiadają zorganizowaną strukturę krystaliczną, która jest utworzona z atomów. Wewnętrzne ułożenie atomów często skutkuje zewnętrznymi płaszczyznami, takimi jak te widoczne na krysztale kwarcu, jednak nie jest to wymóg konieczny, aby być sklasyfikowanym jako kryształ. Kryształy mogą być klasyfikowane inaczej niż minerały ze względu na fakt, że niektóre materiały mogą być uważane za kryształy organiczne. Ponieważ minerały są czysto nieorganiczne, kryształ organiczny nie może być minerałem. Na przykład, białka i cukry są ciałami stałymi, które mogą tworzyć kryształy, jednak ponieważ są to substancje organiczne, nie mogą być sklasyfikowane jako minerały.

Zanieczyszczenia w roztworach tworzących kryształy mogą powodować zmiany koloru, jak również znaczące zmiany struktury kryształu. Zbyt wiele zanieczyszczeń w sieci krystalicznej podczas krystalizacji może produkować kryształy z małymi lub dużymi wtrąceniami. Wtrącenia te mogą również zmienić kształt kryształu.

Minerały, kryształy czy skały?

Większość minerałów występuje naturalnie jako kryształy, jednak nie wszystkie kryształy są minerałami, ponieważ kryształy organiczne nie są w ogóle minerałami. Minerał o tej samej formule chemicznej może tworzyć więcej niż jeden typ kryształu. Na przykład, istnieją trzy polimorfy (ten sam wzór chemiczny, różne struktury krystaliczne) węglanu wapnia, które są znane jako kalcyt, aragonit i vateryt. Kryształy kalcytu występują w układzie trygonalnym, kryształy aragonitu należą do układu ortorhombicznego, a kryształy vaterytu tworzą się w układzie heksagonalnym. Te struktury krystaliczne mogą zmieniać się podczas formowania w wyniku kilku czynników, które obejmują zanieczyszczenia hamujące wzrost, temperaturę środowiska podczas formowania, nasycenie minerałów w roztworze, geometrię wiązań kowalencyjnych i zmiany w ruchu roztworu.

Minerały mają naturalnie uformowaną, zorganizowaną strukturę atomową o określonym składzie chemicznym. Kryształy w przeważającej części będą dzielić te cechy, jednak atomy są ułożone w powtarzający się wzór, który powoduje powstanie siatki krystalicznej, często prezentującej się z kryształowymi twarzami.
Wiele razy usłyszysz, jak ludzie nazywają minerały lub kryształy, skałami, jednak „skała” jest zdefiniowana jako związany agregat minerałów, mineraloidów lub fragmentów innych skał. Słowo „związane” oznacza, że agregacja minerałów musi być w pewnym sensie scementowana razem. Na przykład piasek nie jest uważany za skałę, mimo że w większości przypadków ziarna piasku są połączone razem. Piaskowiec na przykład stał się skałą, ponieważ ziarna piasku zostały scementowane razem przez drobniejsze minerały i/lub materiał organiczny, tworząc względnie stałą masę.
Trzy główne klasyfikacje skał to skały iglaste, metamorficzne i osadowe.
Skała iglasta – skała powstała w wyniku ochłodzenia i krystalizacji magmy w obrębie litosfery (skorupy ziemskiej) lub ponad nią. Kryształy tworzą się w magmie, gdy zaczyna ona krzepnąć, a szybkość chłodzenia może decydować o wielkości tworzących się kryształów.

Widok z bliska granitu porfirytowego, rodzaju skały płonnej. Granit porfirytowy powstaje, gdy temperatura chłodzenia magmy szybko się zmienia. W tym przypadku duże kryształy mogły się formować przy powolnym chłodzeniu, a następnie zostały przerwane przez nagłą zmianę temperatury, która przyspieszyła proces krystalizacji, w wyniku czego powstały mniejsze kryształy.

Skała osadowa – skała, która powstała w wyniku erozji materiałów z wcześniej powstałych skał, osadzających się wzdłuż dna oceanów, koryt rzek, jezior itp. Z biegiem lat te depozycje są zagęszczane przez siły naturalne, później zestalają się w stałą masę (skałę).

This is a sedimentary rock formation that’s part of Zabriskie Point, located within Death Valley, California. Składa się z osadów z Furnace Creek Lake, który wyschnął około 5 milionów lat temu. Miliony lat erozji pozostawiły warstwy osadów odsłonięte.

Skała metamorficzna – Skała, która powstała, gdy istniejące skały osadowe lub iglaste zostały wystawione na działanie ciśnień, a w niektórych przypadkach zmian temperatury, które zmieniły ich pierwotną mineralogię.

Skała metamorficzna znana jako „gnejs granitowy”. Powstaje ze zmetamorfizowanego granitu.

How Do Inorganic Crystals Form?

Kryształy mogą powstawać w wyniku wielu różnych procesów, w tym:
Złoża ewaporytowe – Są to formacje mineralne, które powstają w wyniku procesów zachodzących na powierzchni Ziemi. Kryształy powstają z roztworów zawierających minerały, które ulegają zagęszczeniu w wyniku odwodnienia/odparowania roztworu wodnego. Gdy płyn jest powoli usuwany przez parowanie, skoncentrowane minerały gromadzą się i wytrącają z wody w uporządkowany wzór, który przekształca się w kryształ. Przykładem osadów opadowych są różowe kryształy halitu z Seamless Lake w Trona, Kalifornia.

Podstawowe złoża mineralne – powstają w wyniku kontaktu wody z rudami pierwotnymi, w wyniku osadzania się roztworów hydrotermalnych lub w wyniku krystalizacji magmy.

• Ekspozycja na rudy pierwotne – woda wprowadzona do rud pierwotnych (zazwyczaj w obrębie wnęki) poprzez przesiąkanie w dół przez skały. Może to zapoczątkować procesy chemiczne, które rozbijają rudę i redystrybuują minerały wzdłuż otwartych ścian wnęki. Azuryt i malachit są tego dobrymi przykładami, gdzie roztwory wodne przeszły przez obszary pierwotnej rudy miedzi i rozprowadziły je jako kryształy azurytu i malachitu, których wymagania formacyjne obejmują wodę, węglany i miedź.
• Złoża płynów hydrotermalnych – w większości przypadków występują jako płyny hydrotermalne, które torują sobie drogę w górę przez skałę, zbierając minerały z otaczającej skały. Kiedy otwarta jama jest wystawiona na działanie tych płynów, może nastąpić wytrącenie minerałów w postaci kryształów i/lub stałej masy. Czasami minerały w otaczającej skale mogą zostać zastąpione, zjawisko to znane jest jako depozyt zastępczy.
• Krystalizacja magmy – zachodzi, gdy magma stygnie, a minerały w magmie zaczynają się rozdzielać na grupy podobnych i zgodnych minerałów. W zależności od szybkości chłodzenia, składu i atmosfery rozmiary kryształów mogą się znacznie różnić. Czasami chłodzenie może nastąpić zbyt szybko, co skutkuje brakiem struktury pierwiastkowej, czego przykładem jest obsydian (szkło wulkaniczne). Pierwotnie składający się z SiO₂ (kwarc w większości przypadków), obsydian ma wzór chemiczny z potencjałem do bycia kryształem/minerałem, jednak brak struktury krystalicznej i zmienność składu powoduje jego klasyfikację jako mineraloid zamiast tego.

Minerałoid, obsydian.

Klasy minerałów

Skład chemiczny minerału dyktuje sposób jego występowania w przyrodzie. Niektóre z powszechnych klas minerałów przez ich skład chemiczny są:
Naturalne minerały – elementy, które występują naturalnie z wyraźną strukturę mineralną i nie połączenie z innym elementem. Niektóre przykłady elementów, które są znane do tworzenia jako rodzime minerały to złoto (Au), srebro (Ag), siarka (S), miedź (Cu), grafit ((C) – luźno upakowany węgiel) i diamenty ((C) – gęsto upakowany węgiel – zazwyczaj zawiera pewne zanieczyszczenia).

Szorstki diament naturalny

Srebro rodzime

Miedź rodzima

Tlenki – Klasa związków chemicznych, w których jon tlenu (O2-) łączy się w pary z pierwiastkiem, w wielu przypadkach dodatnio naładowanym metalem. Niektóre przykłady to SiO₂ – kwarc, Fe₂O₃ – hematyt, Cu₂O – kupryt, itp.

Węglany – minerały charakteryzujące się obecnością jonu węglanowego (CO₃2-). Zazwyczaj łączy się z kationami metali, które w większości przypadków tworzą związki nierozpuszczalne (nie mogą być rozpuszczone w wodzie). Niektóre przykłady to CaCO₃ – Kalcyt/Aragonit, FeCO₃ – Syderyt, ZnCO₃ – Smithsonit, itd.
Krzemiany – Minerały z rodziny anionów, które zawierają zarówno krzem (Si) jak i tlen (O). Sól ta stanowi główny składnik skał w całej litosferze (skorupie ziemskiej). Niektóre przykłady krzemianów to SiO₂ – kwarc, AlKO₆Si₂ – krzemian glinowo-potasowy, (Fe,Mg)₂SiO₄ – oliwin, itp.
Siarczek (Sulphide) – nieorganiczny anion siarki, który posiada wzór chemiczny S^2- i może brać udział w reakcjach uważanych za dość złożone. Wytrącanie siarczków może obejmować reakcje z metalami ciężkimi, w których tworzą się nierozpuszczalne osady metali. Niektóre przykłady tych metali ciężkich, które tworzą się z jonów siarczkowych to FeS₂ – piryt, CuFeS₂ – chalkopiryt, PbS – galena, itd.
Siarczany (Sulphates) – sole, które tworzą się, gdy kwas siarkowy (H₂SO₄) reaguje z innym związkiem chemicznym. Niektóre przykłady siarczanów są (Ba,Sr)SO₄ – Baryt (Baryte), CaSO₄- 2H₂O – Gips, SrSO₄ – Celestyn (Celestite), itp.
Fosforany – Minerały charakteryzujące się obecnością anionu kompleksowego (PO₄)^3-., z których większość jest uważana za dość rzadkie w przyrodzie. Niektóre przykłady fosforanów to Ca5(PO₄)(OH,F,CL) – Apatyt, CuAl₆(PO₄)₄(OH)₈ – 4H₂O – Turkus, Fe(II)3(PO4)₂- 8H2O – Wiwianit itp.

Ekonomia kryształów i minerałów

W czasach współczesnych, aby minerał mógł być uznany za ekonomicznie wart wydobycia, musi istnieć jako koncentracja użytecznych minerałów, które mogą być obrabiane (wydobywane) przy jednoczesnym uzyskiwaniu zysku. Koncentracja musi być również wystarczająco wysoka, aby wydobycie stało się opłacalnym procesem. Niekiedy wyczerpanie się minerału w kopalni może doprowadzić do jej natychmiastowego zamknięcia. Z tego powodu, górnictwo może być bardzo ryzykownym biznesem, jeśli chodzi o ekonomię.
Metale są obecnie najważniejszymi ekonomicznymi minerałami, ponieważ są używane do wielu nowoczesnych zastosowań. Metale te są wydobywane ze złóż metalonośnych, które składają się z rudy (poszukiwane minerały) i w większości przypadków niechcianych, mniej ekonomicznych minerałów otaczających, znanych jako „skała płonna”.

Terminologia i ilustracje

Pierwiastek chemiczny – pierwiastek chemiczny jest substancją materii, której wszystkie atomy zawierają tę samą liczbę protonów, zwaną liczbą atomową. Układ okresowy jest w pewnym sensie kluczem, który został ułożony przez Dimitrija Mendelejewa, rosyjskiego chemika, w celu sklasyfikowania tych atomów w kategorie pierwiastków na podstawie ich liczby protonów. Na przykład, atom wodoru (H) zawiera jeden proton, atom helu (He) zawiera dwa protony, atom litu (Li) zawiera trzy protony i tak dalej, i tak dalej.

Tablica okresowa

Związek chemiczny – składa się z cząsteczek. Aby cząsteczka mogła być uznana za związek chemiczny, musi składać się z co najmniej dwóch różnych pierwiastków chemicznych, które są ze sobą połączone.
Atom – Najmniejsza jednostka pierwiastka chemicznego. Atom składa się z protonu(ów), elektronu(ów) i neutronu(ów), które razem określają ładunek atomu. Atomy mogą tracić lub zyskiwać elektrony, co powoduje powstawanie dodatnich i ujemnych ładunków zwanych jonami.

To jest ilustracja atomu węgla.
Niebieski – Elektrony.
Czerwony &Szary – Neutrony & Protony.

Jon – atom lub cząsteczka o ładunku elektrycznym, który powstał w wyniku utraty lub zyskania jednego lub więcej elektronów.
Kation – dodatnio naładowany jon, który jest przyciągany przez ujemnie naładowane jony. Przykład – jon wodorowy H+.
Anion – ujemnie naładowany jon, który jest przyciągany przez dodatnio naładowane jony. Przykład – Jon węglanowy to CO₃2-.

Wzór chemiczny jonu węglanowego.

Ten rysunek ilustruje strukturę molekularną jonu węglanowego (CO₃2-) na poziomie atomowym.

.