ĆWICZENIE 1 OZNACZANIE MINERAŁÓW GLEBOTWÓRCZYCH METODĄ ORGANOLEPTYCZNĄ

Transkrypt

1 ĆWICZENIE 1 OZNACZANIE MINERAŁÓW GLEBOTWÓRCZYCH METODĄ ORGANOLEPTYCZNĄ Minerały - pierwiastki lub związki chemiczne o stałym składzie chemicznym i tych samych właściwościach fizycznych. Występują w przyrodzie w stanie stałym i w formie krystalicznej. Powstają: - w czasie krzepnięcia magmy - krystalizują z wody morskiej po jej wyparowaniu - krystalizują po ochłodzeniu z wód juwenilnych - krystalizują z gazów drogą sublimacji (bezpośrednie przejście gazu w stan stały) Źródłem wszystkich pierwiastków wchodzących w skład minerałów jest magma. Gdy osiąga ona temp. krzepnięcia poszczególnych minerałów, pierwiastki łączą się ze sobą w związki - minerały. W minerałach występują wszystkie znane pierwiastki, w tym ok. 20 w postaci rodzimej ( C, S, Au ), większość minerałów to związki chemiczne, przeważnie sole wyprowadzane od kwasów, w których jon wodoru został zastąpiony przez metal. Znanych jest prawie 3000 minerałów, w tym niewiele ponad 100 najczęściej buduje skały, jako tzw. minerały skałotwórcze (stanowią 99,9% masy wszystkich skał).najpospolitszymi m. s. są kwarc, skalenie i miki. Wszystkie występujące w przyrodzie minerały można podzielić na:' - bezpostaciowe (izotropowe): ciecze, gazy, szkliwa, żele - atomy, jony lub cząsteczki nie mają geometrycznego uporządkowania, dlatego nie mogą tworzyć postaci ograniczonych krawędziami i płaszczyznami - nie tworzą, więc brył geometrycznych ( stąd są bezpostaciowe) - krystaliczne (anizotropowe): ciała o uporządkowanym ułożeniu atomów, jonów i cząsteczek w postaci sieci krystalicznej (prawidłowej budowie wewnętrznej). W morfologii kryształów można wyróżnić elementy graniczne (ściany, krawędzie, naroża) oraz elementy symetrii ( oś, płaszczyznę i środek). Duża różnorodność form kryształów zmusza do łączenia ich w grupy. Każda z form może być zaliczona do jednego z 7 układów krystalograficznych. Układy te różni między sobą kształt "równoległościanu elementarnego" (najmniejszej formy powstałej ze związania ze sobą atomów lub jonów):

2 układ regularny długości boków i wielkości kątów są równe halit, granat, piryt, magnetyt, wulfenit układ tetragonalny równoległościan jest słupem prostym o podstawie kwadratu chalkopiryt, cyrkon układ rombowy słup prosty o podstawie prostokąta aragonit, baryt, oliwin, siarka układ jednoskośny słup skośny o podstawie prostokąta ortoklaz, amfibole, pirokseny, biotyt, muskowit, gips, talk układ trójskośny słup skośny o podstawie równoległoboku plagioklazy układ heksagonalny słup prosty o podstawie sześcioboku kwarc(powyżej C), apatyt, układ trygonalny regularnego romboedr, z których każda z 6 ścian jest rombem Zewnętrzny kształt minerałów jest odbiciem ich wewnętrznej struktury. neflin, beryl, kalcyt, dolomit, syderyt, kwarc (w niskich temp.) Właściwości fizyczne minerałów Właściwości optyczne Barwa Wrażenie wzrokowe wywołane odbiciem widzialnej części promieniowania słonecznego. Zależy od rodzaju i sposobu ułożenia atomów w przestrzeni, które w odpowiedni sposób wpływają na pochłanianie i odbijanie promieni świetlnych. Wyróżnia się: - minerały barwne: barwa niezmienna, charakterystyczna dla danego zawiązku chemicznego (minerał po sproszkowaniu zachowuje swoją barwę lub po sproszkowaniu I rysie na płytce porcelanowej barwa jest inna, lecz sobie właściwa - stała barwa rysy). Np.: piryt - barwa jasnozłocista, rysa - czarna, hematyt - barwa ciemnoszara, rysa - wiśniowa - minerały bezbarwne: brak barwy, są zazwyczaj przezroczyste, o rysie białej, nie są białej barwy, choć niekiedy mają biały wygląd np.: kalcyt, kwarc mleczny. Barwa biała jest tu złudzeniem wywołanym istnieniem w minerale drobnych próżni, szczelinek, które powodują zmętnienie lub zanik przezroczystości. - minerały zabarwione: nie mają barw własnych, ale mogą wykazywać domieszki, które je barwią - do sieci kryształu wbudowane są obce atomy zaburzające jego strukturę. Np.: kwarc i kalcyt mogą być zabarwione na żóho, szaro, czerwono, Najczęstszymi barwiącymi domieszkami są tlenki lub wodorotlenki żelaza: Fe w domieszkach zabarwienie żóhe, brunatne, czerwone; Fe zielonkawe, niebieskawe.

3 Rysa Barwa sproszkowanego minerału. Pozwala odróżnić minerał barwny od zabarwionego. Minerały barwne mają rysę barwną, choć niekoniecznie tego samego koloru, minerały zabarwione - rysa biała, szarawa lub lekko zabarwiona. Minerały bezbarwne - rysa biała. Uzyskuje się ją przez potarcie miner. o twardą, szorstką powierzchnię lub zarysowanie miner. ostrzem. Miner. b. twarde nie dają rysy. Połysk Zjawisko wywołane odbiciem fal świetlnych od powierzchni miner. Im powierzchnia bardziej gładka tym połysk silniejszy. Fale świetl. mogą wnikać do wnętrza minerału, odbijać się od jego warstw wewn. powodując słabszy połysk. Rodzaje połysku: - diamentowy - charakt. dla minerałów przezrocz. i półprzezrocz. b. załamujących światło (diament) - metaliczny i półmetaliczny - charakt. dla metali i miner. kruszcowych; Miner. nieprzezr. o intens. zabarwionej rysie. Półmetaliczny jest. słabszy od metal. (piryt, galena). - szklisty - charakt. dla minerałów przezrocz. - tłusty - przypomina powierzchnię posmarowaną cienką warstwą tłuszczu (siarka, kwarc). - perłowy - podobny do połysku wew. strony skorupy mięczaków. Towarzyszą mu często kolory tęczowe spowodowane interferencją fal świetlnych. Występ. u miner. o budowie blaszkowatej (muskowit, lablador). - jedwabisty - przypomina połysk jedwabiu. Cechuje miner. o pokroju drobnowłóknistym (azbest, gips włóknisty). Minerały bez połysku określamy jako matowe. Właściwości mechaniczne Twardość Opór, jaki stawia minerał podczas zarysowywania go narzędziem lub innym minerałem. Do oznaczania twardości służy skala Mohsa. Opracowana została na pocz. XIXw przez Friedricha Mohsa. Wybrał on 10 wzorcowych minerałów o wzrastającej twardości, do których porównał twardość innych minerałów. Skala podaje tylko następstwo twardości, a więc szereg minerałów rysujących kolejno wszystkie poprzednie (10 uporządkowanych minerałów, z których 1 oznacza najniższy stopień twardości, a 10 najwyższy). Aby wyznaczyć względną twardość dowolnego minerału, należy sprawdzić, którym z kolei minerałem wzorcowym badany minerał daje się jeszcze zarysować. Np. jeśli badany minerał zarysuje apatyt, a sam może być zarysowany przez ortoklaz, ma twardość mieszczącą się między stopniowa skala Mohsa, używana od 1812 r, pozwala określać twardość z dokładnością do 0,5 stopnia, przy czym różnice w twardości między kolejnymi minerałami skali nie są proporcjonalne, np. apatyt, mający 5 stopień twardości nie jest 5 razy twardszy od talku. W rzeczywistości różnice dochodzą do tysięcy razy. W praktyce skala Mohsa jest rzadko stosowana, a twardość określa się pośrednio. Twardość określamy badając minerał w stanie świeżym, nie zmienionym przez procesy wietrzenia.

4 NAZWA WZÓR CHEMICZNY MINERAŁU STOPIEŃ TWARDOŚCI UWAGI MINERAŁY PRZYKŁADOWE Talk Mg 3 [ (OH) 2 Si 4 O 10 ] 1 rysuje się grafit, kaolin Gips CaSO 4 *2H 2 O 2 paznokciem mika, Kalcyt CaC0 3 3 rysuje się paznokciem i ostrzem stalowym bez trudu kainit, halit Fluoryt CaF 2 4 langbajnit rysuje się ostrzem 3Ca Apatyt 3 (PO 4 ) 2 CaF 2 5 noża hornblenda inny wzór CaF(PO 4 ) 3 Ortoklaz K[AlSi 3 O 8 ] 6 opal, piryt Kwarc Si0 2 7 rysuje szkło granat Topaz Al 2 (F,OH) 2 *SiO 4 8 Korund Al Diament C 10 przecinają szkło Oznaczanie stopnia twardości przeprowadza się rysując narożem lub krawędzią minerału o znanej twardości oznaczany minerał. Minerał o wysokim stopniu twardości pozostawia rysę na powierzchni wszystkich minerałów o niższym stopniu twardości. Łupliwość Zdolność minerału do pękania i oddzielania się fragmentów po wpływem nacisku (uderzenia) lub gwałtownej zmiany temperatury, wzdłuż tzw. "płaszczyzn łupliwości". Powstawanie gładkich, lśniących płaszczyzn łupliwości jest uwarunkowane wewnętrzną budową minerału Gego strukturą): kryształ może się łupać wzdłuż tych płaszczyzn, które odpowiadają większym niż inne odległością między atomami, to znaczy - im większa odległość (czyli słabsze wiązanie), tym doskonalsza łupliwość. Łupliwości nie wykazują np. kryształy kwarcu. Łupliwość może być jedno- (muskowit) lub wielokierunkowa (dwu- (skalenie: ortoklaz) lub trój kierunkowa (kalcyt). W zależności od łatwości pękania i gładkości powstałych powierzchni wyróżnia się łupliwość: - doskonałą - płaszczyzny po przełupaniu są równe, gładkie i lśniące (łyszczyki) - dokładną - wyraźną - płaszczyzny są gładkie, lecz są wyraźnie widoczne ( skalenie) - niewyraźną - powierzchnie gładkie są małe, uzyskujemy ją nie przy każdym rozbiciu minerału (oliwin) Przełam Powstaje, gdy minerał po uderzeniu rozpada się na fragmenty o powierzchniach nieregularnych, wzdłuż powierzchni zupełnie przypadkowych. Łupliwość i przełam to cechy wykluczające się wzajemnie. Powierzchnia przełamu może być różna.

5 Wyróżnia się rodzaje przełamu: - muszlowy - powierzchnia falista, gładka, kształtem przypominająca muszlę (kwarc, chalcedon). - zadziorowy - powierzchnia pokryta drobnymi występami i wgłębieniami zw. zadziorami (krzemień) - haczykowaty - powierzchnia pokryta nierównościami przypominającymi haczyki (metale rodzime: Cu, Ag, Au) - ziarnisty - na powierzchni dostrzegamy mniejsze I większe ziarna. Gdy nie możemy odróżnić ziaren mówimy o przełamie zbitym. - ziemisty - typowy dla minerałów o budowie ziemistej - nierówny, równy - pojęcia pomocnicze np. przełam nierówny ziarnisty oznacza powierzchnie ziarnistą wykazującą wybrzuszenia i zagłębienia. Spójność Sposób zachowania się minerału pod wpływem czynników mechanicznych. Wyróżnia się minerały: - sprężyste - powracają do kształu pierwotnego po usunięci nacisku (mika) - giętkie - pozostają w stanie odkształcenia (talk) - kruche - nie odkształcają się, ale kruszą (sól kamienna= halit) - strugalne - dają się strugać na wióry (ołów) - kowalne - po uderzeniu nie rozpadają się, ale rozpłaszczają Gęstość (ciężar właściwy) Określa się liczbą, która podaje ile razy minerał jest cięższy od tej samej objętości wody, innymi słowy jest to waga 1 cm 3 minerału. Większość minerałów ma gęstość w granicach 2,5-3,5 g I cm 3 Lekkie (o niskiej gęstości) są minerały rozpuszczalne w wodzie np. halit, wysoką gęstość mają metale rodzime i związki metali ciężkich tzw. kruszce. Właściwości morfologiczne Pokrój kryształu (minerału) Określa charakterystyczny kształt minerału. Cecha ta zależy od szybkości wzrostu kryształów w różnych kierunkach. Uwzględniając trójwymiarowość brył jakie stanowią kryształy wyróżnia się pokrój: - izometryczny - szybkość narastania kryształu jest we wszystkich kierunkach jednakowa. Najlepiej widać to w kryształach układu regularnego - wydłużony - szybkie narastanie kryształu w jednym kierunku. Kryształy przybierają wtedy postać pręcików, włókien, słupków - tabliczkowy i blaszkowaty - szybkość narastania w dwóch kierunkach jest jednakowa, w trzecim szybkość wzrostu jest mniejsza. Kryształy przybierają postać łusek blaszek tabliczek

6 Postać skupienia Formy, w jakich minerały występują najczęściej. Często są charakt. dla danego minerału. Wyróżnia się skupienia: - kryształy - formy dobrze wykształcone pod względem geometrycznym (kryształ górski) - szczotki krystaliczne (druzy) -nieprawidłowe skupienia minerałów narastających blisko siebie od wspólnej podstawy - geody- odmiana szczotki, ale w przekroju kształt owalny - dendryty - krzewiaste rozgałęzienia minerałów, często są to naloty tlenków manganu i żelaza - ziarniste - skupienia ziaren minerałów krystalicz. nie wykazujących własnych, charakter. pełnych postaci kryształu - naciekowe - formy nacieków z krążących w skorupie ziemskiej roztworów. Różny kształt. Charakter. są stalaktyty (na sklepieniu groty) i stalagmity - na dnie grot wapiennych - kształt sopli, zbudow, z kalcytu wytrąconego z wody. - wykwity- nagromadzenie minerałów drobnoziarnistych na powierz. innych minerałów i skał. Są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Powstają po odparowaniu wody. - konkrecje- skupienia kształtu kulistego lub owalnego, luźno rozmieszczone w skałach. - oolity - skupienia w postaci kuleczek - bliźniaki - wzrosty lub przerosty dobrze wykształconych pojedynczych kryształów. Często składają się z 2 kryształów stąd nazwane są bliźniakami. Cechą charakterystyczną bliźniaków są kąty wklęsłe na bryle kryształu. W gipsie mają kształt rozwidlony (jaskółcze ogony) - pseudomorfozy - minerały przybierają postać innego minerału. Tempo uwalniania składników mineralnych zależy od odporności minerału BARDZO ODPORNE ODPORNE ŚREDNIO ODPORNE MAŁO ODPORNE NIETRWAŁE, ŁATWO WIETRZEJĄCE ROZPUSZCZALNE W WODZIE NAWOZY MINERALNE korund rutyl kwarc chlcedon opal granat magnetyt getyt hematyt limonit syderyt muskowit albit ortoklaz mikroklin kalcyt aragonit anortyt dolomit gips biotyt piryt wiwianit oliwiny pirokseny amfibole halit sylwin kainit saletra sodowa i potasowa

7 Minerały pierwotne - powstają z magmy w wyniku krystalizacji Minerały wtórne - powstają w wyniku wietrzenia, głównie chemicznego, z krzemianów pierwotnych (przede wszystkim z krzemianów warstwowych i przestrzennych) Ortoklaz kaolinit składnik pokar. kwarc Jest to reakcja kaolinizacji lub desilikacji, (ponieważ z ortoklazu zostają odłączone 4 cz. kwarcu). W sklad budowy przestrzennej krzemianów wchodzą, tetra- i oktaedry. Warstwy tetra- i oktaedrów tworzą pakiety, pomiędzy nimi jest szczelina międzypakietowa. Kaolinit Al 2 (OH) 3 Si 4 O l0 lub inny wzór Al 2 O 3 *2SiO 2 *2 H 2 O - warstwa ośmiościanów z Al jako atomem centralnym warstwa czworościanów z Si. Układ warstw w pakiecie l: l. Odległość miedzy pakietami (warstwami) b. mała, stąd drobiny wody nie mogą się przecisnąć, dlatego jest mała kurczliwość i zdolność pęcznienia. Słabo rozwinięte zdolności sorpcyjne (sorpcja kationów w drodze wymiennej). Pospolity produkt wietrzenia skaleni. Tworzeniu kaolinitu sprzyja umiarkowanie kwaśny odczyn środowiska. Główny minerał gleb tropikalnych silnie wypłukanych z zasad. Illit - (K, H)Al 2 [(OH) 2 A1Si 3 O l0 ] - 15% Si w warstwach krzemowych jest zastąpiona przez Al, a powstałe wolne wartościowości przyciągają jony potasu - usztywnia to siec krystaliczna, dlatego jest mniej uwodniony i ma mniejszą pojemność sorpcyjną niż w/w. Innymi słowy przestrzenie międzypakietowe są częściowo wypełnione potasem, który dość silnie wiąże sąsiadujace ze sobą pakiety nie dopuszczając drobin wody do wchodzenia i rozciągania. Wem1ikulit ma luźniejsza siatkę krystaliczną. Dużo illitu występuje w lessach i glinach zwałowych. Układ warstw w pakiecie 2: l (w. tetra: w. okta). Montmorylonit (smektyt) - Al 2 (OH) 2 Si 4 O l0 lub Al 2 O 3 *4SiO 2 *H 2 O cześć jonów Al może być zastąpiona przez Mg lub Fe. Budowa warstwowa: 2 warstwy tetraedryczne Si, l warstwa oktaedryczna Al Warstwy związane są przez wspólne atomy tlenu - dość luźno - cała sieć łatwo się rozszerza pod wpływem wody, powodując pęcznienie montmorylonitu. Ma duża plastyczność i lepkość oraz pojemn. sorpc... Tworzy się w obecności zasad w strefie klimatu umiarkowanego. Montmorylonit (smektyt) - budowa 2: l ( na 2 atomy krzemu przypada l atom glinu) Illit - budowa 2: l (na 2 atomy krzemu przypada l atom glinu, przestrzenie wypełnione też potasem) Kaolinit - budowa l: l (na l atom krzemu przypada l atom glinu) Minerały ilaste charakteryzują się następującymi właściwościami: Silnym rozdrobnieniem (mniejszym od 2 um) Ładunkami elektrycznymi (dominują ładunki ujemne) Pojemnością sorpcyjną kationów Chłonnością wody (pęcznienie), przy suszeniu kurczeniem się Dużą lepkością i plastycznością Dużą powierzchnią właściwą (suma powierzchni wew. i zew.) Minerały ilaste są produktami wietrzenia skał.

8 PODZIAŁ MINERAŁÓW I. Pierwiastki rodzime Pt, Ag, Au, Hg, Cu, S, C II. Siarczki Piryt Galena Molibdenit Cynober III. Chlorowce i solowce Halit Sylwin Karnalit Fluoryt IV. Tlenki i wodorotlenki V. Sole kwasów tlenowych VI. Minerały organiczne Tlenki krzemu Tlenki żelaza i glinu Azotany Węglany Siarczany Fosforany Krzemiany i glinokrzemiany Pierwotne: Wtórne: minerały ilaste (krzemiany wtórne): (Al 2 O 3 *nsio 2 *nh 2 O) Kwarc Chalcedon Agat Opal Ametyst Hematyt Limonit Getyt Magnetyt Korund Gipsyt Nitratyn (NaN0 3 ) Nitryt (KN0 3 ) Kalcyt Magnezyt Dolomit Syderyt Malachit Gips Anhydryt Kainit Apatyty, Fosforyty, Wiwianit wyspowe: grupowe: łańcuchowe: warstwowe: przestrzenne: grupa kaolinitu: grupa illitu: grupa montmorylonitu: Bursztyn, Torf, Węgiel, Ropa (FeS 2 ) (PbS) (MoS 2 ) (HgS 2 ) (NaCI) (KCl) (MgCl 2 *KCl *6H 2 O) (CaF 2 ) (SiO 2 ) (SiO 2 ) (Fe 2 O 3 ) (Fe 2 O 3 * nh 2 O) (Fe 2 O 3 * H 2 O) (Fe 3 O 4 ) (Al 2 O 3 ) (Al 2 O 3 *3H 2 0) (CaCO 3 ) (MgCO 3 ) CaMg(CO 3 ) (FeCO 3 ) CuCO 3 * Cu(OH) 2 (CaS04*2H20) (CaS04) (MgSO 4 *KCl*3H 2 O) Oliwin, Cyrkon, Granaty Beryl Pirokseny, Amfibole Muskowit, Biotyt Skalenie: Ortoklaz, Anortyt, Albit, Mikroklin Skaleniowce: Leucyt, Nefelin Kaolinit, Diktit, Nakryt, Haloizyt Illit, Glaukonit, Serycyt, Wennikulit, Profilit, Talk Montmorylonit, Beidelit, Nontronit

9 Minerały wnoszące do gleby potas, fosfor, wapń, magnez i żelazo NAZWA MINERAŁU WZÓR CHEMICZNY MINERAŁU K P CA MG FE muskowit K 2 0 3Al Si0 2 2H 2 O + kalcyt CaC0 3 + dolomit CaMg(C0 3 ) gips CaS0 4 2H 2 O + anhydryt CaS0 4 + talk 3MgO 4Si0 2 H 2 O + anortyt CaO Al Si0 2 + fosforyt Ca 3 (P0 4 ) sylwin KCl + kainit KMgS0 4 Cl 2H 2 O + + ortoklaz K 2 O Al Si0 2 + biotyt K 2 0 6(Mg,Fe )0 Al Si0 2 2H 2 O hornblenda (Ca, Na, K) 2-3 (Mg, Fe, Al) 5 [(OH, F) 2 /(Si, Al.) 2 Si ] augit (Ca, Mg, Fe) 2 [(Si, Al) ] oliwin (Mg, Fe) 2 Si serpentyn Mg 6 [(OH) 9 /Si ] + minerały ilaste Al nsi0 2 nh 2 O