کانی ها چیستند؟ – ساختار، ویژگی ها و انواع آن ها
موادی که تشکیل دهنده ی ترکیبات سنگ های موجود در پوسته زمین هستند، کانی ها می باشند. کانی ماده ای طبیعی بوده که دارای ساختمان اتمی مشخصی است که متشکل از یک یا چند عنصر می باشد. کانی ماده ای جامد و غیرآلی است که از معدن به دست می آید. این مواد از لحاظ ترکیبات و ظاهر با هم تفاوت دارند. کانی ها را برای اولین بار دانش آموزان در کتاب علوم پایه هشتم می شناسند. برای این که با این مواد طبیعی و مهم که در زندگی انسان ها کاربرد زیادی دارند، بیشتر آشنا شویم این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک را همراه می شویم.
فهرست مطالب :
۱- کانی چیست؟
۲- خواص فیزیکی کانی ها
۳- شناسایی کانی ها
۳-۱- رنگ شعله
۳-۲- طیف نور
۳-۳- میکروسکوپ پلاریزان
۳-۴- میکروسکوپ الکترونی
۳-۵- پرتو ایکس
۴- ویژگی های کانی ها
۵- تشکیل کانی
۶- طبقه بندی کانی های سنگ ساز
۶-۱- کانیهای سیلیکاتی
۶-۱-۱- سیلیکات تک زنجیره ای
۶-۱-۲- سیلیکات دو زنجیره ای
۶-۱-۳- سیلیکات های ورقه ای
۶-۱-۴- سیلیکات های شبکه ای
۶-۲- کانیهای غیرسیلیکاتی
۷- کاربرد کانیها
۱- کانی چیست؟
کانی ماده ای جامد و جزء کوچک یک ماده معدنی است که ترکیب سنگ های پوسته زمین، از این ماده تشکیل شده است. چون ساختار و ترکیب شیمیایی کانی ها خاص است، بنابراین در ترکیب سنگ ها باعث تفاوت آن ها از یکدیگر می شوند. کلمه کانی از کان عربی به معنای معدن گرفته شده است. این مواد دارای ساختار منظم و ترکیب شیمیایی مشخصی هستند. همچنین کانیها ترکیبات همگنی هستند که نباید با سنگ ها اشتباه گرفته شوند. چون از یک یا چند کانی، سنگ ها به وجود می آیند. مثلا کوارتز، فلدسپات، میکا، زیرکن و آپاتیت کانیهای تشکیل دهنده گرانیت هستند.
۲- خواص فیزیکی کانی ها :
کانیها دارای خواص فیزیکی هستند که می توان آن ها را شناسایی کرد. اولین خصوصیت کانیها شکل بلوری آن هاست که نتیجه قرار گرفتن منظم ذرات کانی کنار هم می باشد. اندازه بلورها خیلی بزرگ یا خیلی کوچک است اما زاویه ای که بین سطوح یکسان وجود دارد، همواره یکی می باشد.
دومین خاصیت از کانی ها که به شناسایی آن ها کمک می کند جلای آن هاست که نشان می دهد چقدر یک کانی می تواند نور را جذب، منعکس و یا متفرق کند. جلای کانیها فلزی یا غیرفلزی است. مقدار نوری که از یک کانی می تواند عبور کند، شفافیت کانی را نشان می دهد. از دیگر خواص فیزیکی کانی، سختی آن است که به مقاومتی که در مقابل خراش دارد، اشاره می کند. سختی یک کانی با ساختار و قدرت پیوندهای آن تعیین می شود و بین ۱ (تالک نرم ترین کانی) تا ۱۰ (الماس سخت ترین کانی) درجه بندی شده است.
در ادامه :
کانیهای مختلف رنگ های مختلفی دارند. مثلا گالن خاکستری و اولیوین سبز است. این کانیها چون یک رنگ دارند، رنگ ذاتی آن ها محسوب می شود. اما کانی مثل کوارتز دارای رنگ های مختلف قرمز، سفید، مشکی، ارغوانی یا بی رنگ است. کلیواژ که به معنی شکستن کانی در صفحات معین با ضربه ای مثل ضربه چکش گفته می شود و در همه ی کانیها وجود ندارد. میکا در یک جهت و نمک خوراکی در سه جهت قائم شکسته می شود.
گسیختگی یعنی شکستن کانی از دیگر خواص فیزیکی است. وزن مخصوص کانیها ۲,۷ است. اما وزن مخصوص گالن ۷,۵ می باشد. وقتی یک کانی روی یک سمباده یا لوح چینی بدون لعاب کشیده می شود اثری با رنگ متفاوت از خود کانی، روی آن می گذارد که به آن رنگ خاکه می گویند. اگر کانی جلای فلزی داشته باشد رنگ خاکه اش تیره و اگر جلای غیر فلزی داشته باشد، رنگ خاکه آن سفید یا رنگی می باشد. مثلا پیریت اثر سیاه به جا می گذارد.
۳- شناسایی کانی ها :
علاوه بر خواص فیزیکی که برای شناسایی کانی ها به کار می رود و در بالا گفته شد، یک سری روش های دیگری نیز وجود دارد که در زیر به آن ها می پردازیم.
۳-۱- رنگ شعله :
تست شعله یکی از این روش هاست. اگر تکه ای از کانی روی شعله گرفته شود، بعد از دمیدن در آن، به شعله رنگ می دهد. به عنوان مثال مس رنگ شعله را سبز، کلسیم نارنجی و منیزیم آن را قرمز می کند.
۳-۲- طیف نور :
بعد از بخار کردن کانی تحت فشار زیاد و جرقه الکتریکی در یک دستگاه، طول موج خاصی توسط اتم های عناصر آن کانی ساطع می شود. به این ترتیب با تصویر آن ها می توان عناصر را شناسایی کرد.
۳-۳- میکروسکوپ پلاریزان :
بعد از این که از یک سنگ لایه بسیار نازک شفافی تهیه کردند، با نگاه زیر میکروسکوپ کانیهای آن شناسایی می شود. این تشخیص از روی خواصی چون ظاهر، ضریب شکست نور، رنگ و … انجام می شود.
۳-۴- میکروسکوپ الکترونی :
اگر لایه نازکی از کانی زیر این میکروسکوپ قرار داده شود، بخشی از باریکه الکترونی تابانده شده به آن، جذب کانی شده و با بررسی سایه ی تشکیل شده روی صفحه می توان کانی را شناسایی کرد.
۳-۵- پرتو ایکس :
با تاباندن پرتو ایکس به کانی، قسمتی که بعد از برخورد به برخی قسمت های کانی منعکس شده، عکسی می دهد که با آن کانی را شناسایی می کنند.
۴- ویژگی های کانی ها :
یکی از ویژگی های مهم کانیها همگن بودن آن هاست یعنی یک یک ذرات تشکیل دهنده ی آن ها دارای خواص فیزیکی و شیمیایی یکسانی هستند. از ویژگی های دیگر آن ها می توان یک یا چند عنصری بودن را بیان کرد. مثلا طلا یک عنصری ولی کوارتز چند عنصری می باشد. همچنین ترکیب شیمیایی یک کانی ثابت است. مثلا ترکیب پیریت همیشه FeS۲ می باشد.
۵- تشکیل کانی :
هر کانی از ترکیب عناصر مختلف و برقراری پیوند بین اتم های آن ها شکل می گیرد. اختلاف های فیزیکی که بین کانیهای مختلف وجود دارد مانند رنگ، اندازه و شکل ظاهری آن ها، به دلیل تفاوت در نحوه تشکیل آن ها می باشد. به عنوان مثال کانی هایی مثل سنگ های آذرین، از خنک و سرد شدن مواد مذاب تشکیل می شوند. سرد شدن بخار در سطوح و شکاف سنگ ها، مانند گوگرد در قله های آتشفشانی، روش دیگر تشکیل کانیها می باشد. یکی دیگر از راه های تشکیل کانی، تبخیر محلول های سیر شده و اشباع می باشد.
نمک و گچ در دریاچه های مرکزی ایران از این راه به دست می آیند. همچنین ترکیب یون های مختلف با هم در آب می تواند کانی تشکیل دهد. مثلا کانی کلسیت (CaCO۳) از ترکیب یون های کلسیم و کربنات به وجود می آید. از تخریب و تجزیه ی کانیهای دیگر، کانی جدید تشکیل می شود. مثلا کانیهای رستی از تخریب فلدسپات به دست می آید.
۶- طبقه بندی کانی های سنگ ساز :
تعداد کمی از ۳۵۰۰ کانی که در زمین است، بیشتر سنگ ها را به وجود می آورد. کانیهای سنگ ساز به دو گروه سیلیکات ها و غیرسیلیکات ها تقسیم می شوند.
۶-۱- کانیهای سیلیکاتی :
بیشتر از ۹۰٪ پوسته زمین از کانیهای سیلیکاتی تشکیل شده است. سیلیکات ها از یک واحد سازنده کوچکی تشکیل شده اند که چهاروجهی متشکل از سیلیسیم و اکسیژن است. در این چهاروجهی سیلیسیم از طریق پیوند کووالانسی با چهار اتم اکسیژن پیوند یافته و کل چهاروجهی دارای بار یونی ۴- است. پس می تواند با کاتیون هایی مثل آهن و منیزیم پیوند یونی برقرار کنند و کانی های سیلیکاتی تیره تشکیل دهند. اگر به جای آهن و منیزیم از یون های آلومینیم و پتاسیم استفاده شود کانی های ایجاد شده، رنگ روشنی خواهند داشت. سیلیکات ها با توجه به نحوه اتصال چهاروجهی ها به هم می توانند ساختارهای مختلف زنجیره ای، حلقه ای، ورقه ای، جزیره ای و شبکه ای تشکیل دهند.
۶-۱-۱- سیلیکات تک زنجیره ای :
در این نوع سیلیکات هر چهاروجهی به چهاروجهی دیگر با یک اتم اکسیژن خود متصل می شود. چون مجموعه دارای بار منفی است برای جلوگیری از دافعه و همچنین قرار گرفتن آن ها در کنار هم، کاتیون ها با پیوند یون به آن ها متصل می شوند. کانی پیروکسین که یک کانی تیره و سخت است دارای ساختار تک زنجیره ای است و یون اتصال دهنده ی آن، آهن می باشد. کانی آگات نیزنمونه ای از این نوع سیلیکات است.
۶-۱-۲- سیلیکات دو زنجیره ای :
در این نوع ساختار، زنجیره های تکی که در ساختار تک زنجیره ای تشکیل شده با یک اتم اکسیژن خود با اتم اکسیژن زنجیره مجاور خود پیوند کووالانسی می دهد. در این جا نیز برای کنار هم قرار گرفتن این ساختار، کاتیون ها دخالت می کنند. آمفیبول ها نمونه ای از این نوع کانی هاست.
۶-۱-۳- سیلیکات های ورقه ای :
در این جا نیز اتم های اکسیژن کناری زنجیره ها با تشکیل پیوند کووالانسی، ورقه هایی را ایجاد می کنند. رس ها نمونه ای از کانیهای دارای این ساختار است. ورقه های سیلیکاتی منفی می توانند از سر مثبت مولکول آب جذب آن شوند.
۶-۱-۴- سیلیکات های شبکه ای :
در این نوع از کانی ها تمامی اتم های اکسیژن چهاروجهی های مجاور با هم به اشتراک گذاشته می شوند و پیوند کووالانسی تشکیل می دهند. چون در این نوع ساختار همه ی پیوندها کووالانسی است، ساختار محکمی می باشد. کوارتز نمونه ای از این نوع کانی هاست. فلدسپار نیز یکی دیگر از کانیها با ساختار شبکه ای سه بعدی است و تفاوت آن با کوارتز جایگزین شدن اتم های سیلیسیم با آلومینیم است.
۶-۲- کانیهای غیرسیلیکاتی :
کانیهای غیرسیلیکاتی که با نوع آنیون هایی که در ساختار آن ها وجود دارند، دسته بندی می شوند، عبارتند از :
سولفات ها :
در ترکیب آن ها که ۱۵۰ کانی است، گوگرد و اکسیژن وجود دارد و انیدریت نمونه ای از آن است.
کربنات ها :
یون های بی کربناتی که از اسید کربنیک (حاصل از ترکیب دی اکسید کربن و آب) به دست می آید، با کاتیون های فلزی، کربنات ها را می دهد. کلسیت و دولومیت نمونه از این نوع کانی هاست که در کل ۷۰ گونه است.
فسفات ها :
ترکیب اکسیژن، فسفر و فلز فسفات و آپاتیت نمونه از این نوع کانی است.
هالیدها :
هالیت و سلویت نمونه ای از کانی های هالیدی است که از ترکیب هالوژن ها با فلز به دست می آید.
سولفیدها :
در کل ۲۰۰ نوع سولفید وجود دارد که از ترکیب گوگرد با فلز به دست می آید و گالن و پیریت نمونه ای از این نوع کانی است.
اکسیدها :
هماتیت و لیمونیت نمونه ای از اکسیدهاست که از ترکیب اکسیژن با فلز حاصل می شود.
عنصرها :
طلا، نقره و مس نمونه ای از عنصرهایی است که کانی هستند و در حدود ۲۰ نوع هستند.
۷- کاربرد کانی ها :
امروزه بیشتر از ۴۰ نوع کانی و ترکیبات آن ها مورد استفاده قرار می گیرد. بسیاری از کانیهای قیمتی بعد از صیقل و تراش دادن مورد استفاده قرار می گیرند مانند الماس، فیروزه، زمرد، عقیق و …
گرافیت و الماس :
از کانی گرافیت در رنگ سازی، ساخت مداد، نیروگاه های هسته ای استفاده می شود. از الماس علاوه بر ساخت جواهر در ابزارهای ساینده و برنده و همچنین به عنوان سرمته در حفاری به کار گرفته می شود.
آزبست و میکا :
در ساخت عایق حرارتی، لنت ترمز و پارچه های نسوز استفاده می شود. از میکا در لاستیک سازی، شیشه دریچه های کوره های ذوب فلز، کاغذ دیواری، روغن نسوز و…به کار گرفته می شود.
کوارتز و کلسیت :
از کوارتز در ساخت شیشه، سمباده، ساعت سازی، کاغذ و … و از کلسیت در مجسمه سازی، سیمان، چرم سازی، شیشه سازی، تصفیه آب و سنگ نمای ساختمان به کار گرفته می شود.
هالیت و باریت :
از این کانی برای تهیه شوینده ها، چوب بری، چرم سازی، کودسازی، پارچه بافی، رنگرزی و خنک کننده موتور یخچال استفاده می شود. از باریت در ساخت دارو، مواد عایق، رنگ، پلاستیک و … استفاده می شود.
