المعدن (Mineral) هومركب طبيعي يتكون خلال عمليات جيولوجية. ولا تعود الحدثة على المركب الكيميائي فقط، ولكن على البناء المعدني أيضا. تتغاير المعادن في الهجريب من عناصر نقية، وأملاح بسيطة، إلى سليكات غاية في التعقيد بآلاف التكوينات المعروفة. والفهم الذي يفهم المعادن يسميفهم المعادن.

التعريف

المعدن مادة صلبة، متجانسة، تحدث طبيعيا، متبلورة,غير عضوية عامة, ولها بناء كريستالي وهجريب كيميائي معروف. وفي عام 1995 وضعت منظمة المعادن العالمية تعريفاً أخراً يقول أن : المعدن هوتعبير عن عنصر أومركب كيميائي كريستالي بطبيعته متكون كناتج عمليات جيولوجية. مثل الكالسيت, والماسات المستخرجة من مناجم الماس في إفريقيا. والمعادن تكون متجانسة, ولا يمكن تقسيمها بالطرق الميكانيكية إلى مكونات أصغر. ومعظم المعادن بالتحليل نجد أنها تتكون جميعأً من عناصر كيمائية متحدة مع بعضها البعض وتختلف في نسبها من معدن إلى آخر.

تتميز المعادن metals من اللامعادن عادة بخواص يمكن تقسيمها إلى نوعين: فيزيائية وكيمياوية.

من الوجهة الفيزيائية تتميز المعادن من اللامعادن عامة بكونها صلبة في الدرجة العادية من الحرارة، وبمتانتها وقابليتها للطرق والسحب وبالبريق المعدني وبدرجات انصهار ودرجات غليان عالية، كما تتميز بوزن نوعي مرتفع وناقلية جيدة للحرارة والكهرباء. أما من الوجهة الكيميائية، فالمعادن تشكل أكاسيد أساسية، وتذوب عادة في الحموض مطلقة الهدروجين. وبتعبير آخر تتميز المعادن بكهرجابية عالية فتعطي عند تحليل أملاحها تحليلاً كهربائياً أيونات ions بسيطة موجبة تنطلق على الكاثود (المهبط). وهي لا تشكل مع الهدروجين، بعكس اللامعادن، مركبات ثابتة وطيارة. أما اللامعادن فتشكل أكاسيد حمضية وتتحول إلى أيونات بسيطة سالبة تنطلق على الأنود (المصعد) لدى تحليل مركباتها تحليلاً كهربائياً.

وتكوِّن المعادن ثلاثة أرباع العناصر في الجدول الدوري. وتقع المعادن النموذجية في القسم الأيسر والسفلي منه. وهناك خاصتان رئيسيتان تميزان العناصر المعدنية جميعها: أولاهما انخفاض طاقة التأين للذرة الحرة في المعدن، وهذه الطاقة هي الطاقة اللازمة لإزاحة أضعف الإلكترونات ارتباطاً في الذرة وهي بالحالة الغازية وتحويلها إلى أيون موجب بالحالة الغازية. وبصورة عامة لا تزيد طاقة التأين على 919.6 كيلوجول/مول. ويشذ عن ذلك الزئبق الذي تبلغ طاقة تأينه 1003.2 كيلوجول/مول. أما الخاصة الثانية التي تميز الذرة المعدنية فهي حتى عدد إلكتروناتها التكافؤية أقل من عدد مداراتها التكافؤية.

إن انخفاض طاقة التأين يعني حتى للذرة قوة جذب ضعيفة للإلكترونات التكافؤية وإلفتها لإلكترونات أخرى ضعيفة جداً.

تتفق الرابطة المعدنية مع الرابطة المشهجرة المميزة لللامعادن من حيث الطبيعة، إذ إذا كلاً من الرابطتين يتولد من اشتراك الذرات فيما بينها بإلكترونات التكافؤ. إلا حتى الرابطة المشهجرة رابطة متموضعة تنشأ فقط بين ذرتين متجاورتين وتبقى الإلكترونات المشهجرة في جوارهما المباشر، مرتبطة بهما ارتباطاً متيناً. أما في حالة الرابطة المعدنية، فإن ذرات كتلة المعدن تضع إلكتروناتها التكافؤية مشاعاً فيما بينها؛ لذا فإن الرابطة المشهجرة بين ذرات الجسم الصلب لا تسمح بانزلاق الذرات حول بعضها من دون تفكك الرابطة وتخرّب بنيان هذا الجسم، في حين حتى هذا الانزلاق ممكن في حالة الرابطة المعدنية من دون تفكك الرابطة. وهذا ما يفسر كون البلورات الملحية واللامعادن الصلبة ذات الروابط المشهجرة هشة تقبل الكسر بعكس المعادن التي تتصف بلدونة كبيرة بفضل الرابطة المعدنية.

تُقاس قوة الرابطة المعدنية بحرارة التصعّد وهي الطاقة التي يجب صرفها لفصل المعدن الصلب إلى ذرات معزولة، عندما يصبح بخاراً. وتبلغ هذه الطاقة قيماً كبيرة، خاصة في حالة المعادن الثقيلة، مما يشير على كبر قوة الرابطة واستقرار المعادن وهي في الحالة الصلبة أوالسائلة.

إن تكوّن المعدن من أيونات موجبة تتخلّلها إلكترونات حرة يتفق مع أشكال نماذج الشبكات البلورية التي يمكن تعيينها بوساطة أشعة إكس X-rays. فبخلاف الأملاح التي تتناوب في عقد شبكاتها البلورية الأيونات الموجبة والسالبة؛ فإن الشبكات البلورية للمعادن تتكون من الأيونات الموجبة التي تتماسك بفضل الغاز الإلكتروني. وبما حتى الإلكترونات لا تشغل مكاناً يُذكر بسبب ضآلة أبعادها، فإن الأيونات المعدنية تتوزع وفق بنيانقد يكون فيه تراصها أعظم ما يمكن في معظم الحالات. وإذا عُدّت هذه الأيونات كرات أنصاف أقطارها متساوية فإنه يوجد نموذجان من البنيان البلوريقد يكون فيه تراص الكرات أعظم ما يمكن، تتوزع الكرات في أحدهما وفق رؤوس مكعب ومراكز وجوهه. ويُسمّى هذا النمط بالنمط المكعبي المركزي الوجوه.

أما في النمط الثاني فإن الكرات تتوزع وفق موشور قاعدته مسدس تقع الكرات في رؤوسه ومركزي قاعدتيه ومراكز ثلاثة من وجوهه.

إلا حتى هناك كثيراً من المعادن التي تتبلور وفق نمط بلوري لاقد يكون فيه التراصّ أعظمياً. فالصوديوم والبوتاسيوم، والفاناديوم على سـبيل المثال، ذات بلـورات تتـوزع فيها الـذرات وفق رؤوس مكعبات ومراكزها. ويُسمّى نمطها البلوري النمط المكعبي المركزي .

التطورات الحديثة

الصخور والخامات، والأحجار الكريمة

[[File:Sillimanite-199671.jpg|thumb|upright|Schist is a metamorphic rock

أقسام المعادن

المعادن تنقسم إلى معادن فلزية ومعادن لافلزية (أومواد أرضية مثل الفحم, والصلصال, والبترول).

المعادن الفلزية

مثل المضى والنحاس والحديد والنيكل فهي ذات ألوان طبيعية ثابتة, كما حتى لها بريقاً معدنياً, ولها شكل خاص , فهي إما كلوية الشكل مثل بعض معادن الحديد, أوشجرية مثل معادن المنجنيز. وتتميز المعادن الفلزية أيضاً بأنها ذات صفات خاصة من حيث الصلادة, فالمعدن الصلد يمكن حتى يخدش ما أقل منه صلادة.

المعادن اللافلزية

فتختلف عن الفلزات في أنها تستخدم وهي على صورتها التي تستخرج بها من الطبيعة, فالصلصال مثلأً يستخدمه الإنسان لخواصه الطبيعية وليس لإحتوائه على الألومنيوم, كما حتى الأسبستوس (الصخر الحريري) يستخدمه الإنسان لبريقه الحريري ,ولشكله الليفي, ولا للحصول على الماغنسيوم الداخل في تكوينه.

فالمعادن اللافلزية تستخدم في الحقيقة لما لها من خصائص ومميزات طبيعية وليس لخصائصها الكيمائية.

معادن أولية

ويقصد بها تلك المعادن التي تكونت أول ما تكونت أثناء فترة تكوين المعادن في فجر حياة الكرة الأرضية، وقد كان تكوينها (المعادن) نتيجة صعود محاليل كيمائية مركزة من باطن الأرض إلى قشرتها الخارجية, وترسبها بعد ذلك.

معادن ثانوية

وتضم المعادن التي تعدلت, وتغيرت طبيعتها الأولى نتيجة تأثر المعادن الأولية الآنفة الذكر بعوامل التعرية, أوالتحول . . . إلخ.

طرق تكون المعادن

أجريت في السنوات الأخيرة أبحاث عديدة لغرض فهم الطرق المتنوعة التي تكونت بها معادن قشرة الأرض, وقد تمحضت هذه البحوض عن فهم طرائق عديدة وفيما يلي بعضها:

1-طريقة الضغط والحرارة: فمن المعروف حتى أي معدن من المعادن - قبل حتى يتخذ شكله الحالي - وقد مر من الحالة الغازية إلى المنصهرة إلى الصلبة, وأن أي إنخفاض في درجة الحرارة تتعرض له مادة "الصهير" لابد حتى يؤدي إلى إرساب بعض المعادن التي تدخل في تكوينها, وأول ما يرسب من هذه المعادن هواقلها إنصهاراً, وهذا يفسر تتباع العناصر المعدنية في بعض الخامات .ويؤثر عامل الضغط أيضاً على إنصهار المعادن المخلفة, إذ تؤدي زيادة الضغط إلى زيادة الإنصهار, كما يؤدي نقصانه - الذي قد ينتج عن صعود المحاليل المنصهرة إلى سطح الأرض خلال الشقوق والمفاصل التي توجد في الصخر - إلى الإرساب .

2-التبلور مباشرة من الصهير فعندما تبرد مادة الصهير (التي هي تعبير عن كتلة مائعة شبه منصهرة تتألف من مركبات السيلكا) إزاء إنخفاض درجة الحرارة, بحيث يصاحب البرودة تشبع الصهير من عنصر معين, لابد أ، يتبلور هذا العنصر بالبرودة. ولهذا نجد أنبعض المعادن الإقتصادية مثل الماجنيتايت , والكرومايت قد تكونت نتيجة تبلورها مباشرة من الصهير بعمل البرودة.

3-التسامي , إذ تتكون بعض المعادن بعمل الحرارة الشديدة التي قد تؤدي إلى تطاير بعض الفلزات واللافلزات مباشرة, أي تحولها من الحالة الصلبة إلى الغازية, ثم ترسب هذه المعادن مرة أخرى إذا ما إنخفضت درجة الحرارة, أوتغير الضغط , وهذا ما يحدث عادة عند فوهات البراكين. ومن أبرز العناصر "المتسامسة" زهر الكبريت.

4-التقطير , إذ يعتبر بعض الجيولوجيين حتى تكون البترول وما يرتبط يه من غازات طبيعية قد تم في الحقيقة فيباطن الأرض عن طريق عملية التقطير بطئ للمواد العضوية التي ترسب خلال الرواسب البحرية التي تتألف منها الصخور الرسوبية الساحلية.

5-الإفراط في التشبع والتبخر عندما تتعرض بعض المحاليل للتبخر, لابد حتى يعقب هذا زيادة درجة تشبعها وبالتالي ترسب العناصر المذابة, وقد تكونت بهذه الطريقة قشور الكبريتات (مثل كبريتات النحاس, أوالزنك, أوالماغنسيوم, أوالكالسيوم) فوق سطح الأرض في المناطق الجافة, كما هي الحال في شيلي حيث تراكمت قشور من كبريتات النحاس في تشوكيكاماتا , ورانكاجوا في شمال شيلي, كما تراكمت في نفس هذا البلد, ونحن نفس اظروف رواسب النترات الهائلة في تاراباكا في مقاطعة أنتوفاجاستا, وفي شمال أتاكاما.

6-إرساب المعادن بواسطة البكتيريا: ومن أبرز المعادن التي تترسب بهذه الطريقة, الحديد الخام, إذ توجد ثلاثة أنواع من البكتيريا المرسبة الحديد أشهرها النوع المعروف بإسم , ويعتقد عدد كبير من الفهماء حتى هذا النوع من أنواع البكتيريا هواذلي ساعد على ترسيب تكوينات الحديد في مناطق شاسعة من العالم.

كما أنبكتيريا التربة العادية تعمل هي الأخرى على ترسيب المنجنيز الموجود في المياه الباطنية, وهذا هوعملاً ما يسبب إنسداد عيون الآبار الإرتوازية في كثير من من جهات العالم.

وهنالك نوع ثان من البكتيريا يعيش تحت الماء ويساعد على ترسيب الكبريتات, أما النوع الثالث, وهوالبكتيريا النباتية فيعد عاملاً رئيسياً في ترسيب السيلكا, وهذا ما يحدث في خزان أسوان في فترة التحاريق عندما ترتفع نسبة البكتيريا وتصبح عاملاً من العوامل التي تؤدي إلى زيادة معد الإرساب.

7-أثر التعرية : وهي من العمليات الهامة التي تساعد على تكوين المعادن الرئيسية. وتنقسم عمليات التعرية إلى قسمين: تعرية ميكانيكية وتعرية كيمائية, وعلى الرغم من أهمية التعرية الميكانيكية في نقل المعادن وهجريزها في أماكن وهجريزها في أماكن معينة, إلا أنها لا تعمل على خلق معادن جديدة مختلفة في صفاتها الكيمائية.

أما التعرية الكيمائية فتعمل على:

(أ) التأثير في المعادن الموجودة سواء في باطن الأرض أم على سطحها, وذلك عن طريق المياه (الباطنية أوالسطحية) أوالأكسجين وثاني أكسيد الكربون. وقد تتغير خصائص بعض المعادم موضعياً , وقد تحمل المياه بعضها الآخر على شكل محاليل (أي وهي مذابة) ثم يتم ترسيبها بعد ذلك.

(ب) تؤثر التعرية الكيمائية في المعادن الهامشية - أي التي تعتبر في الأحوال العادية عديمة الجدوى من الناحية الإقتصادية - مثل ال (خام ردئ للنحاس) فتحولها وتغير طبيعتها وتصبح من المعادن التجارية الهامة.

(ج) تؤثر على الشوائب المعدنية مثل السيدارايت (كربونات الحديد) الذي يتحول إلى حديد بعد إذابة الكربونات.

(د) تؤثر التعرية الكيمائية تأثيراً مباشراً على الصخور, فالصخور التي تحتوي على عنصر الألومنيوم - مثلأً والتي توجد في الأنطقيم المدارية تتحول إلى بوكسايت وهوالخام الرئيسي للألومنيوم, كما حتى صخر السربنتين في جزيرة كيوبا, يتحول هوالآخر بواسطة العمليات الكيمائية الجوية إلى طبقة هشة تعهد باللاترايت الحديدي ويستخرج منها الحديد بكميات كبيرة في منطقة ماياري , كما حتى لاترايت المنجنيز قد تكون بنفس الطريقة في شمال غرب الهند.

8-أثر عمليات التحول , إذ يؤدي الضغط أوالحرارة أوكلاهما معاً, إلى إعادة تشكيل وبلورة بعض العناصر المعدنية, وتحويلها إلى عناصر أخرى في خصائصها تمام الإختلاف. ولكثير من الصخور المتحولة أهمية إقتصادية كبيرة مثل العقيق (الذي يهجرب من سليكات الحديد والألومنيوم, ويستخدم في أعمال الصقل), والجرافيت (الذي يستخدم في خلق أقلام الرصاص) والأردواز .

رؤية المعادن بالعين المجردة

يمكن أحيانأً رؤية المعادن المكونة لنوع معين من الصخر بواسطة العين المجردة, فإذا نظرنا مثلأً إلى بترة من الجرانيت لاستطعنا حتى نعهد تكوينها المعدني, ولاستطعنا حتى نميز بين معدن الفلسبار - الذي يتكون من خليط من عناصر الصوديوم, والكالسيوم, والبوتاسيوم, بالإضافة إلى السيلكا وهويتكون من بلورات بيضاء, أورمادية, أووردية اللون. الميكا الذي هوتعبير عن شظايا سمراء براقة. وبين معدن الكوارتز ذي اللون الأبيض وهوالذي يملأ الفراغ بين المعدنين الأولين. ولهذا نجد حتى صخر الجرانيت يتكون من ثلاثة معادن رئيسية هي: الكوارتز ونسبته 31.3%, والفلسبار ونسبته 52.3%, والميكا 11.5%.

وتمييز معادن الصخر بواسطة العين كثيراً ما تحول دونه صعوبات عديدة, وذلك لأن المعدن عادة مايكون مختلطاً ببعض الشوائب الأخرى , كما حتى معظم المعادن توجد في مركبات, إذ نجد بعضها مختلطاً بالكبريت, وبعضها الآخر متحداً مع بخار الماء اوالجير, ولهذا يصعب تمييز المعدن وتشخصيه من وسط جميع هذه الشوائب.

الهجريب المعدني للحجر الرملي بواسطة العين المجردة

إنه تعبير عن ذرات من الكوارتز ملتحمة ببعضها البعض, ولهذا نجد حتى الكوارتز يؤلف 70% تقريباً من الهجريب المعدني للحجر الرملي, مع ملاحظة حتى الكالسيت والدلومايت يتبعان الكوارتز في الأهمية إذ يعتبران بمثابة المواد اللاحمة التي عملت على تماسك ذرات معدن الكوارتز.

المعادن الرئيسية التي تتكون منها الصخور المتنوعة

على الرغم من حتى المعروف منها يزيد على 2000 معدن إلا أنه يمكن القول بأن الهجريب المعدني لكثير من الأنواع الصخرية يمكن الإلمام به في حدود فهم ما يقرب من 12 معدناً.

وتتكون معظم هذه المعادن من أكثر من عنصر كيمائي واحد (ولوحتى بعضها مثل المضى والنحاس والكبريت يمثل عنصراً واحداً) فالكوارتز مثلأً يتكون من عنصري الأوكسجين, والسيلكون, وهويدخل في هجريب الرجانيت والصخورالرملية والجيرية.

تشخيص المعادن

هنالك بضع طرق يمكن بواسطتها تشخيص المعادن منها:

1- فهم بريق المعادن , فبعض المعادن لها بريق معدني مثل المضى, والجالينا (خام الرصاص), وبعضها الآخر ليس له بريق معدني بل قد تكون زجاجية الملمس (مثل ملح الطعام, والكالسيت), أوشحمية (مثل الكبريت), أوحريرية (مثل الأسبستوس والجبس).

2-فهم شكل المعدن, فقد تكون بعض المعادن على هيئة عنقودية مثل الكالسيدوني, أوشجرية مثل المنجنيز, أوليفية مثل الأسبستوس, أوكلوية مثل بعض خامات الحديد (الليمونايت).

3-فهم درجة الصلادة , إذ حتى المعادن الصلدة تخدش الأقل صلادة’ فالماس يخدش الياقوت (الكورندوم), والياقوت يخدشض التوباز, والتوباز يخدش الكوارتز, والكوارتز يخدش أكسيد الحديد الأحمر (الهيماتيت) وهذا بدوره يخدش الكالسايت, والكالسايت أكثر صلادة من الجبس, والأخير أكثر صلابة من التلك.

4-فهم التشقق , فالميكا مثلأً على شكل شرائح رقيقة جداً في إتجاه واحد, والكوارتز لا يتشقق, والهورنبلند يتشقق في أكثر من إتجاه.

5-فهم الكثافة النوعية , إذ قد تتشابه المعادن في اللون أوالبريق أوالشكل, ولكنها تختلف في كثافتها النوعية (التي هي تعبير عن النسبة بين وزن المعدن في الهواء, والفرق بين وزنه في الهواء والماء).

6-فهم التكسر , إذ إذا بعض المعادن إذا ما تكسرت يصبح سطحها أملس ويصبح بعضها أيضاً ذا سطح خشن غير منتظم.

7-فهم الشكل البلوري , وهذه أبرز وسيلة من وسائل تشخيص المعادن, فكل معدن من المعادن المتبلورة تنتظم ذراته في أشكال هندسية معينة, أما المعادن غير المتبلورة فليس لذراتها نظام معين, والفرق بين هذين النوعين يشبه الفرق بين جيش إنتظم جنوده في كتائب وتشكيلات مرسومة وفق خطة معينة, وبين جموع من المتظاهرين المتناثرين هنا وهناك.

وقد كان "نيكولاوس ستينو", أول من أرسى قواعد فهم البلورات (سنة 1669) مما أدى بعد ذلك إلى القانون المعروف بقانون ثبات السطوح البللورية , فبلورة الملح مثلاً تبدوعلى شكل مكعب وبلورة الكوراتز أوالكالسايت سداسية وبلورة القصدير رباعية وهلم جرا.

تقسيم المعادن في المعتاد

تنقسم المعادن في المعتاد إلى قسمين رئيسيين:

معادن أولية

يقصد بها تلك المعادن التي تكونت أول ما تكونت أثناء فترة تكوين المعادن في فجر حياة الكرة الأرضية, وقد كان تكوينها (المعادن) نتيجة صعود محاليل كيمائية مركزة من باطن الأرض إلى قشرتها الخارجية, وترسبها بعد ذلك.

معادن ثانوية

تضم المعادن التي تعدلت, وتغيرت طبيعتها الأولى نتيجة تأثر المعادن الأولية الآنفة الذكر بعوامل التعرية, أوالتحول . . . إلخ.

طرق تكوين المعادن

أجريت في السنوات الأخيرة أبحاث عديدة لغرض فهم الطرق المتنوعة التي تكونت بها معادن قشرة الأرض, وقد تمحضت هذه البحوث عن فهم طرائق عديدة وفيما يلي بعضها:

طريقة الضغط والحرارة

من المعروف حتى أي معدن من المعادن - قبل حتى يتخذ شكله الحالي - وقد مر من الحالة الغازية إلى المنصهرة إلى الصلبة, وأن أي إنخفاض في درجة الحرارة تتعرض له مادة "الصهير" لابد حتى يؤدي إلى إرساب بعض المعادن التي تدخل في تكوينها, وأول ما يرسب من هذه المعادن هواقلها إنصهاراً, وهذا يفسر تتباع العناصر المعدنية في بعض الخامات .ويؤثر عامل الضغط أيضاً على إنصهار المعادن المخلفة, إذ تؤدي زيادة الضغط إلى زيادة الإنصهار, كما يؤدي نقصانه - الذي قد ينتج عن صعود المحاليل المنصهرة إلى سطح الأرض خلال الشقوق والمفاصل التي توجد في الصخر - إلى الإرساب .

التبلور مباشرة من الصهير

عندما تبرد مادة الصهير (التي هي تعبير عن كتلة مائعة شبه منصهرة تتألف من مركبات السيلكا) إزاء إنخفاض درجة الحرارة, بحيث يصاحب البرودة تشبع الصهير من عنصر معين, لابد حتى يتبلور هذا العنصر بالبرودة. ولهذا نجد حتى بعض المعادن الإقتصادية مثل الماجنيتايت , والكرومايت قد تكونت نتيجة تبلورها مباشرة من الصهير بعمل البرودة.

التسامي

تتكون بعض المعادن بعمل الحرارة الشديدة التي قد تؤدي إلى تطاير بعض الفلزات واللافلزات مباشرة, أي تحولها من الحالة الصلبة إلى الغازية, ثم ترسب هذه المعادن مرة أخرى إذا ما إنخفضت درجة الحرارة, أوتغير الضغط , وهذا ما يحدث عادة عند فوهات البراكين. ومن أبرز العناصر "المتسامسة" زهر الكبريت.

التقطير

يعتبر بعض الجيولوجيين حتى تكون البترول وما يرتبط يه من غازات طبيعية قد تم في الحقيقة في باطن الأرض عن طريق عملية التقطير بطئ للمواد العضوية التي ترسب خلال الرواسب البحرية التي تتألف منها الصخور الرسوبية الساحلية.

الإفراط في التشبع والتبخر

عندما تتعرض بعض المحاليل للتبخر, لابد حتى يعقب هذا زيادة درجة تشبعها وبالتالي ترسب العناصر المذابة, وقد تكونت بهذه الطريقة قشور الكبريتات (مثل كبريتات النحاس, أوالزنك, أوالماغنسيوم, أوالكالسيوم) فوق سطح الأرض في المناطق الجافة, كما هي الحال في شيلي حيث تراكمت قشور من كبريتات النحاس في تشوكيكاماتا , ورانكاجوا في شمال شيلي, كما تراكمت في نفس هذا البلد, وتحت نفس الظروف رواسب النترات الهائلة في تاراباكا في مقاطعة أنتوفاجاستا, وفي شمال أتاكاما.

إرساب المعادن بواسطة البكتيريا

من أبرز المعادن التي تترسب بهذه الطريقة, الحديد الخام, إذ توجد ثلاثة أنواع من البكتيريا المرسبة الحديد أشهرها النوع المعروف بإسم Crenothrix, ويعتقد عدد كبير من الفهماء حتى هذا النوع من أنواع البكتيريا هوالذي ساعد على ترسيب تكوينات الحديد في مناطق شاسعة من العالم.

كما حتى بكتيريا التربة العادية تعمل على ترسيب المنجنيز الموجود في المياه الباطنية, وهذا هوعملاً ما يسبب إنسداد عيون الآبار الإرتوازية في كثير من من جهات العالم.

وهنالك نوع ثان من البكتيريا يعيش تحت الماء ويساعد على ترسيب الكبريتات, أما النوع الثالث, وهوالبكتيريا النباتية فيعد عاملاً رئيسياً في ترسيب السيلكا, وهذا ما يحدث في خزان أسوان في فترة التحاريق عندما ترتفع نسبة البكتيريا وتصبح عاملاً من العوامل التي تؤدي إلى زيادة معد الإرساب.

أثر التعرية

هي من العمليات الهامة التي تساعد على تكوين المعادن الرئيسية. وتنقسم عمليات التعرية إلى قسمين:

تعرية ميكانيكية

على الرغم من أهمية التعرية الميكانيكية في نقل المعادن وهجريزها في أماكن وهجريزها في أماكن معينة, إلا أنها لا تعمل على خلق معادن جديدة مختلفة في صفاتها الكيمائية.

تعرية كيمائية

التعرية الكيمائية تعمل على:

(أ) التأثير في المعادن الموجودة سواء في باطن الأرض أم على سطحها, وذلك عن طريق المياه (الباطنية أوالسطحية) أوالأكسجين وثاني أكسيد الكربون. وقد تتغير خصائص بعض المعادن موضعياً , وقد تحمل المياه بعضها الآخر على شكل محاليل (أي وهي مذابة) ثم يتم ترسيبها بعد ذلك.

(ب) تؤثر التعرية الكيمائية في المعادن الهامشية - أي التي تعتبر في الأحوال العادية عديمة الجدوى من الناحية الإقتصادية - مثل ال (خام ردئ للنحاس) فتحولها وتغير طبيعتها وتصبح من المعادن التجارية الهامة.

(ج) تؤثر على الشوائب المعدنية مثل السيدارايت (كربونات الحديد) الذي يتحول إلى حديد بعد إذابة الكربونات.

(د) تؤثر التعرية الكيمائية تأثيراً مباشراً على الصخور, فالصخور التي تحتوي على عنصر الألومنيوم - مثلأً والتي توجد في الأنطقيم المدارية تتحول إلى بوكسايت وهوالخام الرئيسي للألومنيوم, كما حتى صخر السربنتين في جزيرة كيوبا, يتحول هوالآخر بواسطة العمليات الكيمائية الجوية إلى طبقة هشة تعهد باللاترايت الحديدي ويستخرج منها الحديد بكميات كبيرة في منطقة ماياري , كما حتى لاترايت المنجنيز قد تكون بنفس الطريقة في شمال غرب الهند.

8-أثر عمليات التحول , إذ يؤدي الضغط أوالحرارة أوكلاهما معاً, إلى إعادة تشكيل وبلورة بعض العناصر المعدنية, وتحويلها إلى عناصر أخرى في خصائصها تمام الإختلاف. ولكثير من الصخور المتحولة أهمية إقتصادية كبيرة مثل العقيق (الذي يهجرب من سليكات الحديد والألومنيوم, ويستخدم في أعمال الصقل), والجرافيت (الذي يستخدم في خلق أقلام الرصاص) والأردواز .

مجموعة معدنية

وهي تصف المعدن الذي يحدث فيه إحلال كاتيوني, دون تغير في نسبة الكاتيونات إلى الأنيونات.

أشباه المعادن

ويكون هجريبه الكيمائي غير ثابت ومتغير وغير متبلور مثل الزجاج الموجود في الطبيعة. وقد يحدث له هجريب كيمائي ثابت ولكنه غير متبلور مثل الأوبال.

[[Image:Halite(Salt)USGOV.jpg|thumb|Halite]]

الخواص الفيزيائية للمعادن

البنية البلورية

الصلابة

Lustre and diaphaneity

Colour and streak

Cleavage, parting, fracture, and tenacity

الجاذبية النوعية

خصائص أخرى

الناقلية الحرارية والكهربائية

إن سهولة تنقل الإلكترونات في كتلة المعدن تولد ناقليـة جيدة للحرارة والكهرباء. فالمعادن جيدة النقـل للحرارة تكون جيدة النقل للكهربـاء أيضـاً. وإن الفضـة والنحاس من أجود المعادن ناقلية للحرارة والكهرباء في حين يعدّ الرصاص والزئبق من أسوئها.

تعلَّل الناقلية الحرارية والكهربائية في المعادن وانخفاضها في أشباه المعادن واللامعادن بأن حالة الإلكترونات الخارجية في الذرة الحرة لعنصر تختلف عن حالتها عندما تتجمع ذرات العنصر لتشكل كتلة متراصة، في حين تحافظ الإلكترونات الداخلية على حالتها الطاقية. ففي الذرات الحرة تكون الإلكترونات الخارجية (إلكترونات التكافؤ) ذات طاقات محددة، أوبتعبير آخر، تشغل سويات طاقة محددة. أما في كتلة العنصر عندما تصبح هذه الإلكترونات خاضعة لتأثير عدد كبير من النوى تزداد السويات الطاقية الممكنة لهذه الإلكترونات حتى قيم أعلى، أوبتعبير آخر، تشغل هذه الإلكترونات منطقة طاقية عريضة محدّدة أعلى من سويات الطاقة الموافقة في الذرات الحرة، ومن ثم تصبح الطاقة اللازمة لتهييج الإلكترون الخارجي كي ينتقل إلى حالة طاقية أعلى أولخروجه من الغلاف الإلكتروني أصغر بكثير، ويكفي لذلك حقل صغير أوطاقة حرارية صغيرة. وحدثا كان الفرق بين سويتي الطاقتين الموافقتين للحالة العادية والحالة المهيَّجة صغيراً (في حالة وجود مناطق طاقية شاغرة) كانت الناقلية الحرارية والكهربائية كبيرة، وهذه هي الحال في حالة المعادن بعكس اللامعادن.

تتميز المعادن النموذجية من اللامعادن أيضاً بخاصة اصدار إلكترونات عند تسخينها. وهي تُقسم حسب كتلتها الحجمية إلى قسمين: معادن خفيفة لا تزيد كتلتها الحجمية على 5غرام/السنتمتر المكعب، ومعادن ثقيلة وهي المعادن الأخرى. وتكون المعادن الخفيفة عموماً سهلة الانصهار والغليان بعكس المعادن الثقيلة التي درجات انصهارها ودرجات غليانها عالية. وأخفض درجة انصهار بعد درجة انصهار الزئبق - 38.87 ْس، هي للسيزيوم 28 ْس، وأعلاها للتنغستن 3410 ْس. وأبخرة المعادن النموذجية، غالباً، تكون في الحالة الذرية بخلاف اللامعادن في الحالة الغازية (باستثناء الغازات الخاملة).

الخواص الكيمياوية المعدنية

تتحدُّد كهرجابية العناصر كمياً بقيم كمون المسرى النظامي الموافقة لها مقدرة بالڤولط، وتنظم هذه القيم في جدول هوالجدول الكهرحركي.

Li+/Li

-3.045

Rb+/Rb

-2.925

Ba2+/Ba

-2.90

Al3+/Al

-1.7

2H+/H2

0.00

Bi3+/Bi

+0.20

Cu2+/Cu

+0.34

F2/2F-

+2.87

قيم كمونات المساري النظامية لبعض العناصر

للجدول الكهرحركي أهمية بالغة في كيمياء المعادن. فكل معدن في الجدول يزيح مبدئياً المعادن التي تليه من محاليلها. فالليثيوم يزيح الألمنيوم من محاليله. وبصورة عامة تتفاعل المعادن التي تقع فوق الهدروجين (أي التي كمونات مساريها سالبة) مع الحموض الممددة مطلقة الهدروجين، أما المعادن التي تليه فلا تتفاعل في الشروط نفسها، كما حتى المعادن شديدة الكهر جابية تزيح الهدروجين من الماء أيضاً.

المعادن الانتنطقية

هي العناصر التي تحتوي في هجريبها الإلكتروني في الحالة الأساسية على طبقات ثانوية d و/أوf مملوءة جزئياً (غير مشبعة)، وهي تشكل ثلاث مجموعات من الجدول الدوري.

أ - تضم المجموعة الأولى ثلاث سلاسل:

1- السلسة الأولى: تمتد من الاسكنديوم Sc إلى النيكل ويجري فيها إشباع الطبقة الثانوية 3d.

2- السلسلة الثانية: تضم العناصر من الإتريوم إلى البلاديوم ويجري فيها إشباع الطبقة 4d.

3- السلسلة الثالثة: وتبدأ باللانثانوم وتنتهي بالبلاتين ويدخل فيها الإلكترون الأول الطبقة الإلكترونية 4f ثم يجري إشباع الطبقة 5d.

ب - تضم المجموعة الثانية العناصر من اللانثانوم إلى اللوتيسيوم ويتم فيها إشباع الطبقة الثانوية 4f تدريجياً وتدعى هذه المجموعة «اللانتانيدات».

ج- تبدأ المجموعة الثالثة بالأكتينيوم وتنتهي بعنصر اللورنسيوم (عدده الذري 103). ويتم في هذه المجموعة ملء الطبقة 5f من الأكتينيوم إلى اللورنسيوم، ويُطلق عليها اسم فصيلة الأكتينيدات، ومن ثم يستمر امتلاء الطبقة 6d جزئياً في العناصر التي تلي زمرة الأكتينيدات إلى آخر الجدول الدوري.

- إذا أضيف إلى العناصر السابقة العناصر التي لها أيونات ذات طبقات إلكترونية d غير مشبعة؛ فيمكن عدّ النحاس والفضة والمضى عناصر انتنطقية أيضاً.

- بالرغم من وجود فصيلة الزنك في آخر السلاسل d لايمكن عدّ عناصرها انتنطقية.

- بالرغم من الهجريب الإلكتروني الخارجي لكل من اللانثانيوم (6s25d1) (واللوتيسيوم) (6s25d14f14) والذي يجعل تلك العناصر انتنطقية فمن المستحسن، بالاعتماد على خواصها الكيمياوية، دراستهما في زمرة «اللانتانيدات» وكذلك الأمر بالنسبة إلى الأكتينيوم.

العناصر الانتنطقية d معادن نموذجية بخواصها الفيزيائية؛ فهي ناقلة للحرارة والكهرباء وقابلة للسحب والطرق، وتكوِّن سبائك، مثل باقي المعادن، مع المعادن الأخرى. وحجوم ذراتها (نظراً لامتلاء المدارات الداخلية بالإلكترونات) صغيرة إذا ما قورنت بعناصر الفصيلتين القلوية والقلوية الترابية لذا فإن كثافتها عالية.

تتميز المعادن الانتنطقية بارتفاع درجات غليانها وانصهارها. فجميعها باستثناء الفضه واللانثانوم تنصهر فوق الدرجة 1000 ْس(تنصهر الفضة بالدرجة 961). كما حتى قيم كمون تأين العناصر الانتنطقية وسط بين قيم كمون تأين عناصر المجموعتين s وp الكائنتين في الدور ذاته، وهذا يجعل تلك العناصر أقل كهر جابية من عناصر المجموعة s.

تتصف العناصر الانتنطقية بصورة عامة بعدة درجات أكسدة، ويرجع هذا إلى إمكان نزع الإلكترونات من الطبقتين الثانويتين d أوs التي لها مستويات طاقة متقاربة.قد يكون عدد الأكسدة الأعلى رقم الفصيلة بالجدول الدوري، أما القيمة الدنيا لهذا العدد فهي تساوي 2. وتشكل العناصر الانتنطقية روابط أيونية عندما تكون هذه العناصر في أدنى درجة أكسدة. أما في درجات الأكسدة الأعلى، فتكون الروابط مشهجرة.

تكوِّن معظم العناصر الانتنطقية أيونات ملّونة ويعلّل ذلك بتقارب مستويات الطاقة d وs؛ إذ يمكن للإلكترون d الانتنطق من مستوى طاقة منخفض إلى مستوى طاقة أعلى منه. ويكون هذا التحول إما من d إلى s أومن nd إلى nd آخر نتيجة انقسام سويات الطاقة d تحت تأثير الحقل البلوري أونتيجة تشكل مدارات جزيئية رابطة أوغير رابطة. وينتقل الإلكترون من سوية طاقة إلى أخرى بامتصاصه جزءاً فقط من طاقة الضوء المرئي ويصبح الأيون ملوناً باللون المتمم للضوء الممتَص.

تتصف العناصر الانتنطقية وكذلك أيوناتها بوجه عام بمغناطيسية طردية، ويرجع ذلك إلى وجود إلكترونات عازبة في الطبقات غير المشبعة لتلك العناصر أوالأيونات.

وتتصف أيونات العناصر الانتنطقية بميلهـا الواضح إلى تشـكيل معقـدات[ر. المعقَّد]، ويُعزى هذا الميل إلى وجود مدارات شاغرة في بنيتها الإلكترونية.

للعناصر d أهمية خاصة في المتعضيات الحية، وفي عمليات صناعية كثيرة، وكمواد للاستعمال. مثال ذلك الكوبلت الذي يؤدي دوراً حفّازاً مهماً في الفيتامين B12. والحديد عنصر رئيسي في عمليات الأكسدة - إرجاع الكيمياوية الحيوية باستعمال الهيموجلوبين أوالمايوجلوبين. المولبدن والحديد، مع الكبريت، يكوِّنان الجزء الفعّال من النتروجيناز، وهوحفّاز حيوي تستعمله النباتات لتحويل الآزوت الجوي إلى أمونيا]]، والنحاس والزنك عنصران مهمان في حفّازات بيولوجية أخرى. كما تقوم بعض هذه العناصر بدور حفّازات في تفاعلات غير بيولوجية، مثال ذلك الحديد الذي يستعمل حفّازاً في صناعة الأمونيا، والنيكل يستعمل حفّازاً في هدرجة الزيوت.

تُستعمل مركبات هذه العناصر في الدهانات والأصبغة والملوِّنات pigments لكونها ملوّنة. وتُستعمل ضروب السيليكات وأكسيد الألمنيوم عند احتوائها أيونات المعادن الانتنطقية أحجاراً كريمة. فمثلاً ضروب الياقوت rubies تحوي Cr3+التي حلّت محل أيونات Al3+في الشبكة البلورية لـ Al2O3، فالمعدن الانتنطقي يمنح اللون الأحمر إلى المادة، ولهذا السبب تستعمل ضروب الياقوت ليزرات. ويلوَّن الزجاج باللون الأزرق بإضافة كميات صغيرة من ملح CO2+

للمعادن الانتنطقية وسبائكها استعمالات كثيرة في الصناعة. فمنها تصك النقود في كثير من البلاد، كما تدخل في صناعة السيارات والأجهزة المتنوعة. يصنّع سنوياً ما يزيد على 700 مليون طن من الفولاذ، وأكثر من ثمانية ملايين طن من النحاس، وأكثر من 750 ألف طن من النيكل عالمياً لسد حاجة الصناعات المتنوعة.

الطبقات المعدنية

سيليكات

Tectosilicates

Phyllosilicates

Inosilicates

Cyclosilicates

Sorosilicates

Orthosilicates

غير سيليكات

العناصر الأصلية

كبريتيدات

أكاسيد

الهاليدات

الكربونات

الكبريتات

الفوسفات

المعادن العضوية

القيمة الحيوية للمعادن

الأملاح المعدنية عناصر أساسية لقيام الجسم بوظائفه الحيوية على الرغم من وجودها في الجسم بكميات ضئيلة ، مثل الكالسيوم والحديد والنحاس والزنك والمنجنيز والكوبلت واليود وغيرها. ونقص أحد هذه الأملاح يسبب تأثيرات فسيولوجية كبيرة ، فمثلا غياب اليود من جسم الإنسان يسبب عدم قيام الغدة الدرقية بإنتاح الهرمون المنظم لعملية الهضم وهوالثيروكسين والذيقد يكون اليود 56ِ% من وزنه ، كما ينتج من نقص الحديد في الجسم سقم الأنيميا كما يدخل الحديد في هجريب الهيموگلوبين.

انظر أيضاً

• فهم المعادن
• قائمة المعادن
• أساسيات الجيولوجيا الفيزيائية
• Dietary mineral
• Mineral collecting
• Nonmineral

• A list of minerals with associated Wikipedia articles
• A comprehensive list of minerals
• Tucson Gem & Mineral Show
• Industrial minerals
• مياه معدنية
• Mineral processing
• صوف معدني
• تعدين
• Norman L. Bowen
• Quarry
• عنصر القلة
• صخور
• Strunz classification

قائمة المراجع

• Busbey, A.B.; Coenraads, R.E.; Roots, D.; Willis, P. (2007). Rocks and Fossils. San Francisco: Fog City Press. ISBN .
• Chesterman, C.W.; Lowe, K.E. (2008). Field guide to North American rocks and minerals. Toronto: Random House of Canada. ISBN .
• Dyar, M.D.; Gunter, M.E. (2008). Mineralogy and Optical Mineralogy. Chantilly, Virginia: Mineralogical Society of America. ISBN .

وصلات خارجية

مشاع الفهم فيه ميديا متعلقة بموضوع [[commons: Category:Minerals | Minerals ]].

• mindat.org Mindat database
• Webmineral.com
• Mineral atlas with properties, photos
• Ontogeny of minerals in drawings. Drawings of crystals, druses, and mineral aggregates. Every work here may illustrate genetic features of minerals (their history, or ontogenesis, and formative processes).
• "Mineralogy Database" by David Barthelmy (2009)
• "Mineral Identification Key II" Mineralogical Society of America
• "American Mineralogist Crystal Structure Database"

المصادر

• [1]