از فرآیند تشکیل کانی ها در طبیعت چه می دانید؟
تشکیل کانی ها (Formation of minerals) در طبیعت به صورت خود به خودی صورت می گیرد. کانی ها را می توان در سراسر جهان در پوسته زمین یافت. مقادیر کانی ها در پوسته زمین بسیار اندک است بنابراین ارزش استخراج ندارد. تنها با کمک برخی فرایندهای زمین شناسی، کانی ها در ذخایر اقتصادی مقرون به صرفه متمرکز می شوند.
برخی از کانی ها هنگام تبخیر آب روی سطح زمین تشکیل می شوند. برخی دیگر در ترکیب با آب ایجاد می شوند. انواعی از آنها نیز هنگامی که سنگ مذاب سرد می شود، شکل می گیرند. شما با روش تشکیل کانی ها در درس علوم هشتم آشنا شده اید برای کسب اطلاعات بیشتر درباره چگونگی تشکیل کانی ها و انواع آنها تا انتهای این مقاله با ما در نشریه جهان شیمی فیزیک همراه باشید.
فرآیند تشکیل کانی ها
سنگ ها عمدتا از کانی ها تشکیل شده اند. کانی ها با ارزش ترین عناصر روی کره زمین هستند. با وجود فراوانی کانی ها در کره زمین، حدود ۹۰ درصد پوسته زمین از کانی هایی تشکیل شده که عمدتا حاوی سیلیکون و اکسیژن هستند و به عنوان کانی های سیلیکونی شناخته می شوند.
تاریخچه سنگ ها از حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش آغاز شده است زمانی که گرد و غبار و گاز با هم ترکیب شدند و سنگ های سیاره زیبای ما را تشکیل دادند. سنگ ها از آنجایی که از عناصر مهار شده در سطح کهکشان ایجاد شده اند حاوی اجزا و عناصر ستارگان هستند. سنگ ها و کانی های مختلف، تاریخ سیاره ما را روایت می کنند.
کانی چیست
کانی ها اصلی ترین ترکیبات تشکیل دهنده سنگ هستند. برای اینکه یک ماده به عنوان کانی شناخته شود، باید ویژگی های زیر را داشته باشد:
در شرایط عادی زمین به صورت جامد وجود داشته باشد. اگر ماده ای در حالت گاز یا مایع باشد، به عنوان کانی طبقه بندی نمی شود.
باید به طور طبیعی وجود داشته باشند، به این معنی که نباید توسط انسان تولید شود. به عنوان مثال، پلاستیک را نمی توان به عنوان کانی طبقه بندی کرد زیرا توسط انسان تولید می شود.
باید معدنی باشد، یعنی نباید از موجودات زنده سرچشمه گرفته یا ساخته شده باشند. به عنوان مثال، برگ ها و شاخه های درختان را نمی توان به عنوان کانی طبقه بندی کرد زیرا از موجودات زنده ناشی می شوند. همچنین مرجان را نمی توان یک کانی دانست، زیرا توسط موجودات کوچک دریایی ساخته شده است.
باید یک ترکیب شیمیایی متمایز یا ثابت داشته باشد. به این معنی که دارای فرمول شیمیایی خاصی باشد که در کل کانی یکسان باشد. به عنوان مثال، کوارتز یک کانی است که از یک قسمت سیلیکون و دو قسمت اتم های اکسیژن تشکیل شده است. تمام کوارتز های موجود در جهان از این فرمول تشکیل شده اند.
اتم های تشکیل دهنده کانی باید در ساختار خاصی چیده شوند. به عنوان مثال، اکثر کانی های موجود در کره زمین سیلیکات هستند، به این معنی که آنها تا حدی از سیلیکون و اکسیژن تشکیل شده اند.
چگونگی تشکیل کانی ها
کانی ها می توانند در هر نقطه از زمین، حتی در سطح زمین نیز ایجاد شوند. نحوه تشکیل کانی ها عمدتا به شرایط فیزیکی و شیمیایی محیط تشکیل آن ها بستگی دارد. انواع محیط تشکیل کانی ها عبارتند از:
محیط های گرمابی
حتی در خشک ترین نقاط کره زمین، آب در تشکیل کانی ها نقش دارد. فرآیندهای گرمابی نیاز به آب داغ دارند که کانی ها را حل کرده و اجزای آنها را به جایی که آب، در امتداد شکستگی ها و از طریق سنگ های متخلخل عبور کرده، منتقل می کند.
وقتی آب در حال حرکت است، سرد می شود و مواد حل شده می توانند در فضاهای صخره ای اطراف رسوب کرده و رگه ها یا توده کانی ها را تشکیل دهند.
محیط های دگرگونی
سنگ های دگرگونی همگی دارای پیشینه ای تاریخی بوده اند. کانی های موجود در سنگ اصلی در مجموعه ای از شرایط مختلف در دوران قدیم تشکیل شده اند، اما پس از آن تحت شرایط دیگری از جمله گرما و فشار قرار گرفته اند. این سنگ ها با تغییر به کانی های پایدار، به شرایط جدید واکنش نشان دادند. سنگ ها و کانی های تشکیل شده در محیط های دگرگونی، تاریخ پویای زمین را ثبت می کنند.
محیط های آذرین
منشاء سنگ ها و کانی های آذرین از سنگ های مذاب زیر پوسته زمین است که هنگام جریان گدازه در بالای سطح زمین سرد و تشکیل می شوند. این سنگ ها و اجزای معدنی آن ها، حاصل فرایندهایی هستند که زمین را تشکیل داده اند. محیط های آذرین جزء بافت پوسته زمین هستند. آنها سنگ های گرانیتی صفحات قاره ای و سنگ های بازالتی را در زیر اقیانوس ها بوجود آورده اند. محیط های آذرین به محیط های زیر تقسیم می شوند.
محیط های پگماتیت
پگماتیت ها نوع خاصی از سنگ های آذرین هستند که با کریستال های بزرگ و گاه عظیم در هم تنیده مشخص می شوند. کریستال های بزرگ معمولا به این معنی است که ماگما به آرامی سرد می شود و اجازه می دهد بلورها برای مدت طولانی رشد کنند.
در شرایط خاص، به ویژه شرایط غنی از H۲O، به سنگ ها اجازه داده می شود به سرعت، گاهی اوقات فقط در طی چند روز، سفت شوند. پگماتیت ها منبعی از کانی ها برای سنگ های قیمتی، صنعتی و سنگ معدن عناصر کمیاب هستند.
محیط های آب و هوایی
زمین همیشه در حال تغییر است. هنگامی که سنگ ها و کانی ها در سطح زمین قرار می گیرند، روند هوازدگی آن ها را تغییر می دهد. آب و هوا اغلب با فرسایش یا حمل مواد هوازدگی با جریان آب، باد، یخ و گرانش همراه است.
تفاوت بین کانی و سنگ چیست؟
یک کانی از یک ماده معدنی ساخته شده است، به این معنی که خالص است. سنگ ها حاوی ترکیباتی جامد بیش از یک ماده معدنی هستند. برخی از کانی ها دارای کریستال هستند، در حالی که سنگ ها کریستال ندارند. کانی ها معمولا برای چشم جذاب هستند. اما سنگ ها همیشه زیبا نیستند. ارزش تجاری کانی ها بسیار زیاد است.
سنگ ها معمولا برای بدست آوردن کانی ها استخراج می شوند. این نوع سنگ ها که به طور خاص برای استخراج کانی ها استفاده می شوند، سنگ معدن نامیده می شوند. کانی ها به طور معمول شکل مشخصی دارند. اما سنگ ها شکل مشخصی ندارند. برخی از سنگ ها فسیل هایی دارند که قدمت آنها به صدها یا هزاران سال قبل باز می گردد، اما کانی ها این چنین نیستند و خالص هستند.
خواص کانی ها
خواص کانی ها به کانی شناسان کمک می کند تا هویت آنها را تعیین کنند. برخی از آزمایشات هویت در میدان انجام می شود، در حالی که برخی دیگر به تجهیزات تخصصی در آزمایشگاه نیاز دارند. خواص فیزیکی که می تواند به شناسایی یک نوع کانی کمک کند، عبارتند از:
رنگ
اگرچه رنگ خاصیت آشکاری از خواص کانی ها است، اما برای شناسایی از کمترین قابلیت اطمینان برخوردار است. به این دلیل که کانی های شفاف یا نیمه شفاف به دلیل ترکیبات خاص رنگ های متنوعی دارند.
سختی
سختی معیار مقاومت کانی در برابر خراش یا سایش است. مقدار عددی سختی یک کانی را می توان با مقیاس Moh تعیین کرد. مقیاس Moh گروهی از ۱۰ کانی مختلف است که سختی آنها تأیید شده است. تالک که نرم ترین کانی است، دارای مقیاس Mohs یک است. سخت ترین کانی روی زمین الماس است و دارای مقیاس Mohs 10 است. کانی های نرم تر به راحتی توسط کانی های سخت تر خراشیده می شوند، زیرا نیروی کلی که این کانی ها را به هم پیوند می دهد، ضعیف تر است. مقیاس سختی Moh برخی از کانی ها براساس مقیاس موس برای شما ارائه شده است.
رگه
رگه به سادگی رنگ هر کانی به شکل پودر است. رگه با مالیدن کانی روی کاشی پرسلان بدون لعاب به دست می آید. پس از این تماس مقداری پودر از کانی دریافت کرده و از پودر برای شناسایی آن استفاده می کنید.
سرسختی
سرسختی یعنی ذرات هر کانی چگونه در کنار هم قرار می گیرند یا در برابر جداسازی مقاومت می کنند.
مغناطیس
مغناطیس ویژگی است که یک کانی را قادر به جذب یا دفع سایر مواد مغناطیسی می کند. تعیین ناهماهنگی بین مغناطیس های موجود می تواند دشوار باشد، اما باید دانست که می توان تمایزهایی قائل شد.
بو
درصد بسیار زیادی از کانی ها فاقد بو هستند، مگر اینکه با حرارت دادن، مرطوب کردن یا مالش روی آنها اثر بگذارید.
درخشندگی
درخشندگی نور منعکس شده از سطح یک کانی است. درخشندگی یک کانی به روش های زیر توضیح داده شده است:
متالیک – کانی های مات هستند و مانند فلز نور را منعکس می کنند.
غیر متالیک – کانی های کدر و مات و در اصل دارای رنگ تیره هستند.
غیر فلزی – کانی های که نور را منعکس نمی کنند.
مومی – کانی های که خاصیت موم یا پارافین را تقلید می کنند.
آدامانتین – کانی های مانند الماس که درخشندگی بسیار زیادی دارند.
ابریشمی – کانی هایی که مانند فیبر به نظر می رسند
مزه
به ندرت می توان کانی ها را با مزه واقعی تشخیص داد. در واقع، بسیاری از آنها طعم ندارند. فقط کانی های محلول طعم خاصی دارند.
ساختار بلوری
کریستال های کانی در اشکال و اندازه های مختلف وجود دارند. هر شکل با آرایش اتم ها، یون ها یا مولکول های تشکیل دهنده بلور و نحوه اتصال آن ها تعیین می شود. ساختار کریستالی یک کانی درجات متفاوتی دارد، جایی که دیدن الیاف کریستال با لنزهای دستی و چشم غیر مسلح غیرممکن می شوند. ساختارهای کریپتو کریستالی و ریز بلوری فقط با بزرگنمایی زیاد قابل مشاهده هستند. اگر کانی هیچ ساختار بلوری نداشته باشد، آن را بی شکل یا آمورف می نامند. بلورهای آمورف فقط با بزرگنمایی زیاد قابل مشاهده هستند.
شکاف و شکستگی
شکاف عبارت است از تمایل یک کانی به شکستن در امتداد یک صفحه و ایجاد یک سطح صاف. صفحه برش یک ضعف ساختاری است که در آن احتمال بیشتری وجود دارد که یک کانی به طور هموار تقسیم شود. انواع مختلف کانی های در شکل های مختلف شکسته می شوند، بنابراین انواع مختلفی از شکاف و شکستگی را نشان می دهند.
کانی ها جدا نمی شوند، بلکه شکسته می شوند. هنگامی که یک کانی شکسته یا خرد می شود، می شکند. سطوح شکسته در برخی کانی ها ممکن است ظاهر مشخصی را نشان دهند که می تواند در شناسایی آن ها به شما کمک کند. انواع شکستگی های کانی عبارتند از:
مخروطی – منجر به مجموعه ای از حلقه های مرکزی با انحنای هموار در اطراف نقطه تنش می شود و ظاهری شبیه به پوسته ایجاد می کند.
نامنظم – این شکستگی سطحی ناهموار را ایجاد می کند
مضرس (Hackly) – یک سطح شکستگی با بی نظمی های کوچک تیز و دندانه دار است.
انواع کانی ها و کاربرد آنها
کانی ها مواد جامدی هستند که به طور طبیعی در زمین شکل گرفته اند. آنها دارای خصوصیات شیمیایی و فیزیکی مشخص و معمولا ساختار بلوری منظم هستند. اکثر سنگ هایی که امروزه می بینیم از کانی ساخته شده اند. بیش از ۳۰۰۰ کانی شناخته شده در جهان وجود دارد. برخی از رایج ترین انواع کانی و موارد استفاده آن ها عبارتند از:
آزبست شهرت نامطلوبی در ایجاد سرطان در افرادی دارد که با آن کار می کنند. این کانی، فیبر مانند است و دارای خواص باورنکردنی مهار آتش است. اگرچه آزبست شهرت بدی دارد، اما وقتی صیقل داده شود به سنگ معروف و محبوب چشم ببر تبدیل می شود.
بوکسیت یک سنگ رسوبی است که سنگ معدنی مهم آلومینیوم است. کبالت به دلیل رنگ آبی باورنکردنی که به شیشه و رنگدانه می بخشد، بسیار مشهور است. این کانی شکننده بوده و شبیه آهن است.
فلوریت (فلورسپات) معمولا برای ایجاد رنگدانه فلورسنت استفاده می شود و از آنجا که بسیار زیبا است، برای تزیین استفاده می شود. این کانی در سراسر جهان استخراج می شود.
طلا برای اکثر مردم آشنا ترین کانی است. از آن برای جواهرات، دندانپزشکی، لوازم الکترونیکی و بسیاری از کاربردهای دیگر استفاده می شود. این فلز خاصیت چکش خواری دارد که نحوه استفاده از آن را افزایش می دهد.
هالیت (کانی کلرید سدیم) برای چاشنی غذا و نرم کردن آب استفاده می شود. همچنین از آن برای تولید برخی اسیدها، در کپسول آتش نشانی و ذوب یخ در جاده استفاده می شود.
آهن امروز به اندازه طلا برای تمدن اهمیت دارد. این کانی در انواع ساخت و ساز ها از وسایل نقلیه گرفته تا ساختمان ها استفاده می شود. سرب به دلیل قابلیت مسمومیت شهرت بدی دارد. سرب نمی تواند توسط پوست یا از طریق تنفس جذب شود، اما در صورت تماس با غذا یا نوشیدنی ها، می تواند بسیار مضر باشد. زمانی از این کانی در تولید رنگ ها، مدادها و ظروف غذا استفاده می شده است.
لیتیوم در ساخت باتری ها بسیار استفاده می شود. لیتیوم با ظهور خودروهای برقی بسیار محبوب شده است. منگنز با ناخالصی های آهن می تواند کمی مغناطیسی شود. این کانی در فرآیند تولید فولاد ضروری است.
میکا کانی است که باعث ایجاد درخشش بر روی بسیاری از سنگ ها می شود. این کانی بسیار انعطاف پذیر است و در گذشته از ورقه های بزرگ آن به عنوان شیشه پنجره استفاده می شده است. نیکل یک فلز رایج در زندگی روزمره است. از آن در ساخت جواهرات و ظروف گران قیمت غذا استفاده می شود و در آلیاژها نیز استفاده می شود.
پتاس اصطلاح قدیمی پتاسیم است. پتاسیم جزء اصلی کودهای گیاهی در سراسر جهان است. این کانی در بدن انسان نیز وجود دارد و بسیار مهم است، زیرا فشار داخل و خارج دیواره های سلولی بدن را تنظیم می کند. همچنین در تولید صابون استفاده می شود.
پیریت معمولا به عنوان طلای احمق ( fools gold ) شناخته می شود. این کانی اغلب در سنگ های گرانیتی دیده می شود و به این سنگ ها درخشندگی می بخشد. بومیان آمریکایی آن را به عنوان آینه جلا دادند و گهگاه در جواهرات استفاده می شود.
کوارتز(سیلیس) فراوان ترین کانی روی زمین است. این نام برای خانواده بزرگی از سنگ ها از جمله عقیق، اونیکس و سنگ چخماق است. کوارتز در بتن، شیشه، ابزارهای علمی و ساعت استفاده می شود. مهمتر از همه امروزه، از آن برای ساخت نیمه هادی های سیلیکونی استفاده می شود. از سیلیس در خشک کن ها برای حذف رطوبت هوا استفاده می شود. همچنین از آن در ساخت کاغذ سنباده و شیشه نیز استفاده می شود.
نقره یکی از فلزات گرانبها است. از این کانی در ساخت جواهرات استفاده می شود. همچنین به دلیل خواص ضد میکروبی در پزشکی نیز کارایی دارد. کربنات سدیم (خاکستر سودا) برای کنترل pH محصولات استفاده می شود. از این کانی برای ساخت شیشه، کاغذ، مواد شوینده و نرم کننده نیز استفاده می شود.
گوگرد یکی از تنها کانی هایی است که به شکل خالص در طبیعت یافت می شود. این کانی، ماده اصلی باران های اسیدی است، اما در تهیه شراب و نگهداری میوه نیز استفاده می شود.
گچ یک کانی تبخیری و رایج ترین کانی سولفات در جهان است. از این کانی به طور گسترده ای در صنعت ساختمان سازی به شکل تخته گچ و گچ مرطوب استفاده می شود. گچ یک کانی بسیار نرم با کاربردهای گوناگون است و بیشتر در ساخت دیوارهای گچی استفاده می شود.
مس یک فلز نرم، چکش خوار و شکل پذیر با هدایت حرارتی و الکتریکی بسیار بالا است. این کانی به طور گسترده ای در صنایع الکترونیک به ویژه برای استفاده در تولید سیم استفاده می شود. مس یکی دیگر از کانی های رایج در سراسر جهان است. از این کانی در ساخت جواهرات، لوله کشی و هدایت برق استفاده می شود.
سخن پایانی
کانی ها بسته به اینکه در کجا و چگونه تشکیل می شوند، اشکال و اندازه های مختلفی دارند. کانی ها توسط سه فرآیند آذرین، رسوبی و دگرگونی تشکیل می شوند ما از آن ها برای ساخت خانه، رایانه و حتی دکمه های شلوار استفاده می کنیم. انواع مختلفی از کانی ها بر روی زمین وجود دارد و همه آن ها به یک شکل تشکیل نمی شوند.
