المعادن

 
المعادن

ما المعادن التي تراها؟ ما الأشكال البلورية التي توجد فيها؟ ومم تتكون؟ وكيف نشأت؟

الفصل الثاني عشر

المعادن والبلورات

يتبادر إلى أذهان الناس أن المعدن والصخر مصطلحان يعبران عن شيء واحد. كما أن الكثيرين يخلطون بين المعدن والفلز. والسؤال الذي يُطرح في هذا المجال هو: كيف نميز بين المعدن والصخر أو بين المعدن والفلز؟

ما المقصود بالمعادن؟ وكيف نميز بينها؟ هذا ما ستدرسه في هذا الفصل، أما الصخور فهي موضوع الوحدة الخامسة.

ويتوقع منك بعد دراسة هذا الفصل أن تكون قادراً على أن:

1-      توضح المقصود بالمعدن.

2-      تفسر كيفية تشكل المعادن في الطبيعة.

3-      تتعرف على نظام تبلور المعادن.

4-      تتعرف على الخصائص الفيزيائية للمعادن.

12-1

ما المعدن؟

تتكون جميع المواد من عناصر بما في ذلك المعادن والصخور المكونة للقشرة الأرضية. والذي يجعل المعادن مختلفة عن بقية أشكال المادة هي مجموعة من الخصائص، بمعنى ان مجموعة من الخصائص لا بد من توفرخا في المادة التي نسميها معدنا، وهذه الخصائص هي:

1-      مادة طبيعية: أي أنها توجد ف يالطبيعة بصورة تلقائية دون أن يكون للإنسان دور في تكوينها.

2-      صلب متجانس في تركيبه: أي أنك لو قمت بتحليل جزئين مختلفين من جسم المعدن فستحصل على التركيب الكيميائي نفسه. كما أن مادة توجد في الحالة السائلة أو في الحالة الغازية لا يمكن أن تسمى معدناً.

3-      يمتلك بناءاً داخيلياً منتظماً: أي أن ذرات عناصره مرتبة في الأبعاد الثلاثة ترتيبا هندسياً مما يكسبه خصائص بلورية وجمالية، ويسمى هذا الترتيب بالبنية البلورية.

4-      ذو طبيعة غير عضوية: أي أن جميع المركبات العضوية لا تعتبر معادن. ومما يجدر ذكره أن المعادن غالباً ما تتكون بفعل العمليات غير العضوية.

وكل مادة تنطبق عليها الخصائص السابقة تسمى معجناً. والسؤال الذي يُطؤح في هذا الصدد: أيُّ مواد الأرض تعتبر معادن؟ من الأمثلة الشائعة على المعادن الكوارتز والهيماتيت والمايكا والذهب والماس. وكل هذه المعادن موجودة في القشرة الأرضية بصورة طبيعية، وكل منها صلب في ظروف درجة حرارة سطح الأرض،وكل منها له تركيب كيميائي محدد. والذرات في هذه المعادن مرتبة ترتيباً منتظماً، أي أن لها خصائص بلورية. وكذلك هي مواد غير عضوية، بمعنى أن المواد العضوية المكونة لأجسام الكائنات الحية ليست معادن.

ومن المواد الأرضية غير المعدنية الماء، لأنه سائل، والزجاج البركاني، لأنه لا يمتلط تركيباً داخلياً منتظماً، والفحم الحجري الذي تكوّن من بقايا نباتية. والبترول أيضاً ليس معدناً لأنه سائل ومكوّن أصلاً من مواد عضوية.

سؤال

صنّف المواد الآتية إلى مواد معدنية ومواد غير معدنية؟

الفضة، القصدير، الألومنيوم، الغرافيت، السكر، بلورات الجليد، الزئبق.

12-2

المعادن إما عناصر أو مركبات

هناك ثمانية من العناصر من بين جميع العناصر المكونة للقشرة الأرضية تشكل ما مجموعه 98,5% من كتلة القشرة الأرضية، وهذه العناصر هي الأكسجين والسيلكون والألومنيوم والحديد والكالسيوم والصوديوم والبوتاسيوم والمغنيسيوم. وتوجد هذه العناصر متحدة مع بعضها بعضا على شكل مركبات كيميائية، والعنصران الأكثر شيوعا هما الأكسجين والسليكون يشكلان 74% من كتلة القشرة الأرضية.

ومعظم المعادن مركبات كيميائية، فالكوارتز على سبيل المثال يتكون من السليكون والأكسجين، والهاليت يتكون من الصوديوم والكلور، ومعدن الغالينا الذي يستخدم في استخلاص عنصر الرصاص والكبريت، وهكذا.

كما يوجد في الطبيعة معادن تتكون من عناصر منفردة تسمى المعادن الحرة، أو المعادن العنصرية. ومن أمثلة ذلك الذهب والنحاس والفضة والكبريت والماس الذي يتكون من الكربون، والعناصر كما تعلم إما فلزات كالذهب والنحاس، ولا فلزات كالكبريت والكربون.

12-3

كيف تتشكل المعادن في الطبيعة.

تنشأ المعادن بطرق متعددة ستدرسها في مواضع مختلفة من هذه الوحدة والوحدة التالية. فبعض منها يتكون من مواد أرضية مصهورة أو من سليكاتي يسمى الماغما. ففي الماغما مثلا تتحرك الذرات بحرية حول بعضها ومع التبريد تقترب هذه الذرات من بعضها بحيث تتمكن من الاتحاد وتكوين مركبات معدنية. ويمكن أن ينشأ من مادة الماغما الواحدة الكثير من المعادن اعتمادا على نوع العناصر المكونة لها وكميتها. وسرعة التبريد هي العامل الرئيسي الذي يحدد حجم حبيبات المعادن الناتجة. وسنناقش في الوحدة الخامسة بالتفصيل كيفية تنشأة المعادن المختلفة من الماغما الواحدة وهذه المجموعة هي بالتأكيد الأكثر أهمية.

وهناك بعض المعادن التي تنشأ من تبخير الماء الحاوي على مواد مذابة، كمياه البحر الميت والبحار الأخرى، فمعدن الهاليت مثلا ينشأ من تبخر مياه مالحة. فمع تبخر جزيئات الماء تقترب أيونات الصوديوم والكلور من بعضها بعضا إذ

ترتب نفسها لتكوين معدن الهاليت كما هو موضح في الشكل (12-1). وتسمى هذه العملية عملية التبلور.

ومع بدء عملية التبلور تصطف أيونات الصوديوم والكلور بحيث يكون كل أيون صوديوم مرتبطا مع ستة أيونات كلور تحيط بأيون الصوديوم من جميع الجهات.

والبناء الناتج يمثله الشكل (12-1) يجسد البناء البلوري لملح الطعام (الهاليت). ويمكن أن تنشأ المعادن من معادن أخرى في الحالة الصلبة بفعل درجة الحرارة والضغط العاليين في وجود وسط ناقل كالماء. أما نشأة التجمعات المعدنية فسيأتي ذكرها لاحقا. الشكل (12-1): رسم توضيحي لبنية معدن الهاليت البلورية.

12-4

المعادن لها بناء بلوري

جميع المعادن مواد متبلورة. بمعنى أن جميع المعادن مكونة من ذرات مرتبة في ثلاثة اتجاهات ترتيبا هندسيا منتظما. فمعدن الهاليت الذي ورد ذكره يتكون من أيونات الصوديوم وأيونات الكلور. وأيونات الصوديوم موجبة الشحنة وأيونات الكلور سالبة الشحنة.

ومع بدء عملية التبلور ترتبط الأيونات  الموجبة مع الأيونات السالبة في البناء الهندسي الناتج بحيث يكون كل أيون صوديوم محاطا بستة أيونات كلور.

وجميع المعادن توجد بأشكال بلورية جميلة. والبلورة جسم صلب ذو تركيب كيميائي محدد، وتكون محاطة من الخارج بأسطح ملساء ناعمة تسمى الأوجه البلورية ولها بناء داخلي ذري منتظ بزوايا محددة كما في الشكل (12-2).

والبناء الداخلي المنتظم للذرات والأيونات في جسم البلورة يحدد الشكل الخارجي لجسم البلورة. وكل نوع من المعادن له شكل بلوري خاص به كمعدن الغرافيت في الشكل (12-2). أما معدن الهاليت فشكل بلوراته   الشكل (12-2): بلورة معدن الغرافيت.

مكعب كما في الشكل (12-1). والشكل المكعب لبلورات معدن الهاليت يظهر أوجها بلورية مربعة متعامدة على بعضها بعضا. أما شكل معدن الغرافيت فإنه يظهر أوجها بلورية مستطيلة، تنحصر بين كل وجهين منها زاوية مقدارها 120◦ كما هو الحال بالنسبة للأوجه الرأسية. وبه أوجه سداسية متعامدة مع الأوجه المستطيلة.

1-بعض المصطلحات البلورية

لو نظرت إلى بلورة مكعبة الشكل كبلورة معدن الهاليت الموضحة في الشكل (12-3) لأمكنك ملاحظة أجزاء البلورة التالية:

أ-الوجه البلوري: وهو مسطح أملس ناعم يحد البلورة من الخارج وقد يكون له أوجه بلورية مشابهة أخرى.

ب-الحافة البلورية: تسمى الحافة الناتجة من تقاطع وجهين بلوريين متجاورين حافة بلورية كما في الشكل (12-3).

ج-الزاوية المجسمة: تسمى الزاوية الناتجة من تقاطع ثلاثة أوجه بلورية أو أكثر بالزاوية المجسمة.        الشكل (12-3): بلورة مكعبة لمعدن الهاليت

د-الزاوية بين الوجهين: وهي الزاوية المحصورة بين عمودين مقامين على وجهين متجاورين في البلورة.

نشاط 12-1

التعرف على أجزاء البلورة:

أحضر نموذجا لبلورة (أية بلورة) وأجب عما يلي:

1-ما عدد الأوجه في هذه البلورة؟

2-هل جميع الأوجه من نوع واحد؟ ما اسم الأوجه؟

3-ما مقدار الزاوية بين كل نوعين من الأوجه؟

4-ما عدد الحواف البلورية؟

5-هل تلاحظ تناظرا بين الأوجه والزوايا؟

أعد تطبيق هذا النشاط على بلورة أخرى.

وفي كل البلورات نلاحظ معالم خاصة بسبب البناء الداخلي المنتظم تتمثل قي توزع أوجه بلورية متشابهة، وحواف بلورية، وزوايا بلورية مكررة نفسها قي أوضاع تناظر حول البلورة. وهذه المعالم الخاصة نسميها عناصر التناظر (Elements of Symmetry).

2-عناصر التناظر (Elements of Symmetry)

تعتبر عناصر التناظر انعكاسا للبناء الداخلي المنتظم. وهنالك ثلاثة أنواع من عناصر التناظر، وهي:

أ-مستويات التناظر (Planes of Symmetry):

وهي مستويات وهمية تقسم البلورة إلى نصفين متساويين أحدهما صورة مرآة للآخر كما هو موضح في الشكل (12-4). وتبعا لهذا التعريف فإن كل وجه أو حافة أو زاوية بلورية في جهة من هذا المستوى سيكون لها وجه أو حافة أو زاوية بلورية مناظرة لها في الجهة الثانية من هذا المستوى.

ب-محور التناظر (Axis of symmetry):

ومحور التناظر خط أو محور وهمي يمر في مركز البلورة، فإذا أدريرت البلورة حوله دورة كاملة مقدارها 360◦ اتخذت أوضاعا متشابهة. بمعنى أن الأوجه المتشابهة ستحتل الأوضاع نفسها. وحسب عدد المرات التي تظهر فيها الأوجه المتشابهة في الوضع نفسه    الشكل (12-4): بلورة تظهر مستوى تناظر يقسمها إلى نصفين أحدهما صورة مرآة للآخر.

في دورة كاملة يمكن تمييز أربعة أنواع من محاور التناظر كما في الشكل (12-5) وهي:

1-محور تناظر ثنائي: يسمى محور التناظر محور تناظر ثنائيا إذا اتخذت البلورة نفسها وضعين متناظرين عند إدارتها حوله دورة كاملة مقدارها 360◦ ويرمز له بشكل إهليلجي.

2-محور تناظر ثلاثي: في هذه الحالة تتخذ البلورة ثلاثة أوضاع متناظرة في الدورة الكاملة، ويرمز لهى بمثلث متساوي الإضلاع.     الشكل (12-5): محاور التناظر.

3-محور تناظر رباعي: وفي هذا النوع من المحاور تتخذ البلورة حوله أربعة أوضاع متشابهة في دورة مكتملة، ويرمز له بشكل مربع.

4-محور تناظر سداسي: وهو محور تتخذ البلورة حوله ستة أوضاع متشابهة في دورة كاملة. ويرمز له بشكل سداسي.

ج-مركز التناظر (Center of Symmetry): وهو نقطة وهمية في مركز البلورة. فلو تخيلنا خطا وهميا يصل بين منتصف وجهين متماثلين على سطح البلورة مارا بمركزها، فإن المركز سيكون على بعدين متساوين من منتصفي الوجهين المتماثلين. لاحظ أن جميع الأوجه والزوايا والحواف يجب أن يكون لها وجه أو زاوية أو حافة مناظرة عبر هذا المركز على الجهة الأخرى من البلورة.

3-الفصائل البلورية (Crystal Systems)

اعتمادا على عدد عناصر التناظر وأنواعها في البلورات وعلى الرغم من الكم الهائل من الأشكال البلورية يمكن تصنيف البلورات في سبع فصائل، ويوضح الشكل (12-6) ستا منها.

قاعدة: جميع البلورات في الفصيلة الواحدة لها العدد ذاته من عناصر التناظر.

وفيما يلي وصف مقتضب للفصائل البلورية الموضحة في الشكل (12-6).

الشكل (12-6): الفصائل البلورية

أ-الفصيلة المكعبة (Cubic System): جميع البلورات التابعة لهذه الفصيلة لها ثلاثة محاور تناظر رباعية، وأربعة محاور تناظر ثلاثية وعدد من مستويات التناظر. ومن معادن هذه الفصيلة: الهاليت والماس، وأشكالها الطبيعية عادة مكعبة أو متساوية الأبعاد

ب-الفصيلة البلورية المعينة القائمة (Orthorhombic System): البلورات التابعة لهذه الفصيلة لها ثلاثة محاور تناظر ثنائية وعدد من مستويات التناظر. ومن معادن هذه الفصيلة معدن الكبريت، وبلوراتها تكون عادة منشورية.

ج-الفصيلة الرباعية (Tetragonal System): تمتاز بلورات هذه الفصيلة بوجود محور تناظر رباعي واحد فقط وعدد من مستويات التناظر. ومن أمثلة المعادن التي تتبلور ضمن هذه الفصيلة معدن الكالكوبيريت، وتكون أشكال بلوراتها منشورية.

د-الفصيلة السداسية (Hexagonal System): وبلورات هذه الفصيلة تمتاز بوجود محور تناظر سداسي في وضع رأسي وعدد من مستويات التناظر. ومن أمثلة المعادن التي تتبلور في هذه الفصيلة معدن الغرافيت.

ه-الفصيلة البلورية أحادية الميل (Monoclinic): تمتاز البلورات التابعة لهذه الفصيلة بوجود محور تناظر ثنائي في وضع أفقي. ومن أمثلة المعادن التابعة لهذه الفصيلة معدن الجبس.

و-الفصيلة البلورية ثلاثية الميل (Triclinic): وبلورات هذه الفصيلة لا تحتوي على محاور تناظر ولا على مستويات تناظر، ولكنها تحتوي على مركز تناظر. ومن أمثلة المعادن التابعة لهذه الفصيلة التركواز.

12-5

التعرف على المعادن (الخصائص الفيزيائية)

بالنظر إلى خصائص المعادن السابق ذكرها نستطيع أن نقرر أن بعضا منها كالبناء الداخلي المنتظم والتركيب الكيميائي المحدد أمور يصعب تحديدها والتعرف عليها دون الاستعانة بتقنيات وأجهزة معقدة. أما ما تبقى من الخصائص قيمكن اعتبارها خصائص فيزيائية يسهل التعرف عليها. وحتى الخصائص التي يصعب تحديدها لها انعكاسات على شكل خصائص فيزيائية يسهل تحديدها. وفيما يلي سنورد لك وصفا لأهم هذه الخصائص الفيزيائية.

1-الخصائص الفيزيائية للمعادن

إن أول مهارة يمكن أن يكتسبها الراغب في التعرف على المعادن في الطبيعة هي مقدرته على تحديد خصائصها الفيزيائية التي منها:

أ-اللون (Colour): ـول ما يمكن تسجيله من ملاحظات عن المعادن هو لونها. إذ توجد معادن لها ألوان مميزة مثل الكبريت ذي اللون الأصفر والملاكيت ذي اللون الأخضر، ومن سوء حظنا أن هذه الخاصية أقلها استخداما في التعرف على المعادن، والسبب في ذلك كثيرة المعادن التي لها أولان متشابهة مثل الغرافيت

والماغنيتيت، وكلاهما أسود اللون، والكوارتز والكالسيت والجبس وجميعها بيضاء اللون. ثم إن المعدن الواحد يمكن أن يوجد بألوان عديدة مثل الكوارتز الذي يوجد بألوان متعددة منها: الأبيض المعتاد، والأصفر والبنفسجي والشفاف والدخاني والأحمر، كما في الشكل (12-7). إلا أن هناك قلة من المعادن يعتبر لونها خاصية مميزة مثل معدن

الأوليفين ذي اللون الأخضر الزيتوني ومعدن الكبريت ذي اللون الأصفر ومعدن الهيماتيت الذي يشبه لونه لون هيموجلوبين الدم، ولكن لاحظ أن هناك أنواعا من الهيماتيت لونها رمادي. ومما يجدر ذكره أن خاصية اللون تحدد عادة من سطح حديث القطع في جسم المعدن في ضوء النهار العادي، وذلك خشية أن تكون عوامل التجوية بدور في تغيير لون المعدن.

ب-الحكاكة (Streak): إن الكتابة بالطباشير على اللوح الأسود تترك أثرا ذا لون أبيض هو لون مسحوق الطباشير. وهذا ما يسمى خكاكة الطباشير على اللوح. فحكاكة المعدن إذا هي لون مسحوقه. وعادة يجري تحديد هذه الخاصية باستخدام فطعة من الخزف الأبيض حيث نقوم بحك قطعة المعدن بقطعة الخزف الأبيض ثم نقارن بين لون المعدن الأصلي ولون حكاكته.

نشاط 12-2

الحكاكة

تحتاج في هذا النشاط إلى قطعة خشنة من الخزف الأبيض ومعدنين أحدهما ذهبي وهو البيريت، والآخر بني وحمر أو سكني هو الهيماتيت. قم بحك المعدنين بقطعة الخزف الأبيض ثم قارن بين اللون الأصلي للمعدن ولون حكاكته.

ج-البريق (Luster):هل لفت انتباهك في يوم من الأيام بريق بعض المعادن كالذهب مثلا أو الماس؟ يمكن تعريف بريق المعدن بأنه الكيفية التي ينعكس بها الضوء عن سطح المعدن. فإذا تألق المعدن كال1هب كان بريقه فلزيا، وإذا تألق كالشمع أو الزجاج أو الماس كان بريقه لا فلزيا.

سؤال

ما أوجه التشابه والختلاف بين اللون والبريق؟

د-القساوة (Hardness): وهي أكثر الخصائص الفيزيائية استخداما في التعرف على المعادن، وتعرف بأنها مقاومة المعدن للخدش. وهي خاصية نسبية يمكن تحديدها بحك معدن معلوم القساوة بآخر مجهول القساوة أو العكس. وقد طور مقياس عددي لقياس هذه الخاصية سمي مقياس موهس (Mohs Scale)، ويحتوي هذا المقياس على عشرة معادن مرتبة من الألين إلى الأقسى كما في الشكل (12-8).

الشكل (12-8): صورة معادن سلم القساوة لموهس.

سؤال

إذا أعطيت المعادن الثلاثة: كوارتز، وكالسيت، وجبس جون أنت تعرفها، فكيف يمكن أن تعرف كل معدن منها دون أن تستخدم مقياس موهس أو أية مادة أخرى؟

وعند مقارنة معدل مجهول القساوة بمعادن هذا السلم المعروفة قساوتها أمكن تحديد قساوة المعدن. وفي حالة عدم توفر المعادن الستة الأولى يمكن استخدام المواد التالية واالمعلومة القساوة لإجراء المقارنة كما في الشكل (12-1).

الجدول (12-1): قساوة بعض المواد حسب قياس موهس

المادة   القساوة المادة   القساوة

ظفر الإصبع

العملة النحاسية         2.5

3       القطعة الزجاجية

نصل السكين الفولاذي         5.5

6.5

نشاط 12-3

عمل مقياس لقساوة المعادن

تحتاج في هذا النشاط إلى قلم رصاص، طباشير، قرش.

1-      حاول خدش قلم الرصاص بظفرك. أيهما أقسى الخشب أم الظفر؟

2-      حاول خدش قطعة الطباشير بظفرك. أيهما أقسى الطباشير أم ظفر الأصبع. كرر هذه الخطوة مستخدماً القرش.

3-      رتب المواد التي قمت باستخدامها من عملية نحاسية (القرش) وظفر إصبع وطباشير وخشب في قائمة ترتيباً تصاعدياً مبتدئاً بالألين ثم الأقسى.

يشير للنشاط السابق إلى أن المواد المختلفة لها قساوات مختلفة، ويمكن استخدام خاصية القساوة كوسيلة في التعرف على المعادن.

هـ- للمكسر (Fracture): بالإضافة إلى ما مر ذكره من خصائص فيزيائية تستخدم للتعرف على المعادن يمكن بيان الكيفية التي ينكسر بها المعدن وتميزه بها، والمكسر هو السطح الناتج عن كسر المعدن صناعياً، وهو إما أن يكون سطحاً مستوياً أو متعرجاً، أو محارباً كما في الشكل (12-9).

و- سطوح الانفصام (Cleavage Planes): هي سطوح مقررة محددة في المعدن بسبب بنيته البلورية، ينكسر المعدن على أساسها إلى

سطوح ملساء وناعمة، وتسمى هذه الخاصية بالانفصام. والانفصام عادة يحدث في اتجاه واحد أو اثنين أو ثلاثة أو أكثر. فمعدن المايكا كما في الشكل (12-10) ينفصم في اتجاه منتجاً رقائق صغيرة. والفرق بين المكسر والانفصام واضح إذ ينتج المكسر عندما يُحدثه المرء بمطرقة مثلاً، بينما سطوح الانفصام موجودة أصلاً في المعدن، وعندما نكسره فإنه في كثير من الحيان ينفصل إلى أجزاء حسب هذه السطوح لأنها قائمة وموجودة.

الشكل (12-10): انفصام باتجاه واحد لمعدن المايكا.

نشاط 12-4

ملاحظة سطوح الانفصام

تحتاج في هذا النشاط إلى بلورات ملح طعام، بلورات غالينا، وعدسة مكبرة، وأداة حادة دقيقة (مفط مثلاً).

1-      لاحظ باستخدام العدسة المكبرة شكل حبيبات (بلورات) ملح الطعام والغالينا. وهل يوجد بها سطوح انفصام؟ ستلاحظ أن البلورات مكعبة الشكل وأن بها سطوح انفصام.

2-      قم بتكسير إحدى البلورات باستخدام أداة حادة دقيقة. هل حافظت القطع الصغيرة الناتجة من للتكسير على الشكل الخارجي للبلورة الصلبة؟

نستنتج من النشاط السابق أن هناك معادن بها سطوح انفصام مقررة بطبيعتها في اتجاهات مختلفة، ويحدث على امتدادها الانفصام عندما يتعرض المعدن للضغط. والقطع الناتجة من التكسير عادة لها الشكل الأصلي ذاته (المقررة). وهذا يوضح سطوح الانفصام الموجودة في المعادن.

ز- الوزن النوعي (Specific Gravity): يعرف الوزن النوعي للمعدن على أنه النسبة بين كتلة المعدن إلى كتلة حجم من الماء مساوٍ لحجم كتلة المعدن. فمثلاً إذا كانت كتلة معدن ما أربعة أضعاف كتلة حجمه من الماء، قيل إن وزنه النوعي يساوي أربعة.

سؤال

ماذا تقترح لحساب الوزن النوعي لمعدن مجهول؟

صندوق معلومات

البيروني: 362- 443هـ/ 973- 1051م

هو أبو ريحان محمد بن أحمد البيروني ولد في منطقة خوارزم. يقول عنه جورج سارتون في كابه (المدخل إلى تاريخ العلوم): "كان البيروني باحثاً وفيلسوفاً ورياضياً وجغرافياً وعالماً من أصحاب الثقافة الواسعة، بل إنه ن أعظم علماء الإسلام، ومن أكابر علماء العالم".

ومن أشهر كتبه في المعادن "الجماهر في معرفة الجواهر". ومن أشهر تجاربه حسابه للوزن أو الثقل النوعي لثمانية عشر حجراً كريماً وفلزاً بدقة.

ح- المغناطيسية (Magnetism): لمعدن الماغنيتيت خاصية هي انجذابه نحو المغناطيس. وبعض الأنواع من الماغنيتيت والمسمى (Lodestone) يعتبر مغناطيساً طبيعياً. وفي مجال مغناطيسي قوي تنجذب الكثير من المعادن وبخاصة تلك الحاوية على الحديد منها، مثل الهيماتيت والإلمنيت (FeTiO3). وتستخدم هذه الخاصية في فصل المعادن عن بعضها بعضاً بهدف استخلاصها اقتصادياً.

هل ينجذب الكوارتز والمسكوفيت إلى المغناطيس؟

ط- التضوّء (Flourescence): تمتلك المعادن التي تصدر ضوءاً إذا ما تعرضت للأشعة السينية أو فوق البنفسجية خاصية التضوء. وتحدث هذه الخاصية عادة عندما تمتص الطاقة ذات لموجات القصيرة من بعض العناصر المكوّنة للمعدن. وأشهر معدن يظهر هذه الخاصية هو معدن الفلوريت.

ك- الشكل الطبيعي للمعدن (Habit): أو هيئة المعدن؛ وهو الشكل الذي نجد به المعدن في الطبيعة. وهو من أهم الصفات الفيزيائية التي نميّز المعادن بها بعضها من بعض. وقد عرفت أن الشكل الخارجي لبلورة المعدن هو انعكاس للبناء الذري الداخلي. ولذا فإن عملية التبلور المسؤولة عن ترتيب ذرات المعدن داخلياً هي التي ينتج عنها في النهاية أشكال خارجية مميزة لذلك المعدن. وعلى ذلك فإن من الطبيعي أن نذكر أن كل معدن من المعادن الموجودة في القشرة الأرضية يقع فيل إحدى الفصائل البلورية. ومن المثلة على ذلك:

1.      الفصيلة المكعبة أو متساوية الأبعاد مثل الغالينا والألماس والهاليت.

2.      الفصيلة المنشورية مثل الكوارتز والروتيل والتورمالين.

3.      الفصيلة الخيطية أو الليفية مثل الجبس.

4.      الفصيلة الصفائحية مثل المايكا.

3-      اللبورات والخصائص الفيزيائية

إن فهمنا للكيفية التي تصطف بها الأيونات أو الذرات لإنتاج بناء هندسي منتظم يسمى المعدن يساعدنا في تفسير بعض خصائص هذا المعدن بالإضافة إلى شكله الخارجي.

فكون المعدن صلباً مثلاً مردّه إلى ترتيب الأيونات أو الذرات بكثافة، وإلى قوى التلاصق بينها، وحيث أن زيادة درجة الحرارة تضعف الروابط وقوى التلاصق فإنه يمكن للمعادن أن تنصهر.

أما القساوة فتعتمد على كيفية ترتيب الأيونات أو الذرات مع بعضها بعضاً، وعلى القوى الكهربائية بينها. وأحسن مثال على ذلك عنصر الكربون الذي يمكن أن ينتج معدنين على طرفي نقيض من حيث القساوة هما الألماس والغرافيت. فالألماس –كما تعلم- هو أقسى المعادن ويتكون من كربون متبلور في الفصيلة البلورية المكعبة، بينما الغرافيت معدن طري نسبياً، وينفصم بسهولة كمعادن المايكا ويتكون من ذرات من الكربون مرتبة على شكل صفائح كما هو واضح في الشكل (12-11).

الشكل (12-11): (أ) الألماس يشكل طبقة مكعبة من ذرات الكربون.

(ب) الغرافيت ويتكون من طبقات من ذرات الكربون مرتبطة مع بعضها على شكل حلقات سداسية ومرتبة طبقياً.

والانفصام في المعدن خاصية تبين ميله لأن ينشطر عبر سطوح ملساء، والمستويات التي ينفصم على طولها المعدن تمثل مستويات تكون الروابط بين أيوناته أو دراته على امتدادها ضعيفة. فملح الطعام مثلاً ينقصم على شكل مكعبات صغيرة، ومعدن المايكا ينقصم على شكل صفائح، أما معدن الكوارتز فمبني من شبكة قوية من الذرات، لذا لا يظهر هذه الخاصية.

الأسئلة

1-      عرف الفلز والمعدن.

2-      ما الفرق بي خاصية الحكاكة واللون.

3-      ما ألوان المعادن التالية:

4-      ما الخاصية الأكثر استخداماً في التعرف على المعادن؟

5-      لماذا تعتبر المعادن مواد بلورية؟

6-      ما المقصود بعنصر التناظر؟ عدّد عناصر التناظر في البلورات.

7-      ما هي خصائص الفصيلة البلورية المكعبة؟

8-      ما هي البلورة؟

9-      كيف يفسر البناء البلوري للمعدن الخصائص التالية:

أ- القساوة          ب- الانفصام        ج- كون المعدن مادة صلبة

10- اختر تتمة الجمل التالية من الخيارات المتاحة تحت كل جملة:

1) تحتوي الفصيلة البلورية الرباعية على:

أ) محور تناظر رباعي واحد        ب) ثلاثة محاور تناظر ثنائية

ج) ثلاثة محاور تناظر رباعي        د) محور تناظر ثلاثي واحد.

2) بريق الذهب:

أ) فلزي            ب) زجاجي

ج) شمعي          د) لؤلؤي

3) تعادل قساوة معدن الكوارتز:

أ) 4              ب) 5

ج) 6            د) 7

4) أكثر العناصر شيوعاً في القشرة الرضية هو:

أ) السليكون          ب) الألومونيوم

ج) الأكسجين         د) المغنسيوم

5) أي من المعادن التالية تبدي خاصية التضوء:

أ) الأباتيت          ب)الكورندم

ج) الفلوريت         د) الجبس

6) الصفة المميزة لمعدن الملاكيت هي:

أ) القساوة العالية       ب) اللون الطبيعي               

ج) البرق الفلزي       د) الوزن النوعي العالي