5. előadás AZ ÁSVÁNYOK RENDSZEREZÉSE TERMÉSELEMEK, SZULFIDOK, HALOGENIDEK
AZ ÁSVÁNYOK RENDSZEREZÉSE A mai ásványrendszerezés alapja a kristálykémia. A rendszer vázát az egyszerű és összetett anionok által meghatározott osztályok jelentik. Az ásványok tíz osztálya (a jellemző kationokkal): I. Terméselemek II. Szulfidok S 2 III. Halogenidek Cl IV. Oxidok és hidroxidok O 2, (OH) V. Karbonátok és nitrátok (CO 3 ) 2, (NO 3 ) VI. Borátok (B x O y ) z VII. Szulfátok (SO 4 ) 2 VIII. Foszfátok és arzenátok (PO 4 ) 3, (AsO 4 ) 3 IX. Szilikátok (Si x O y ) z (SiO 4 ) 4 X. Szerves ásványok
AZ ÁSVÁNYOK RENDSZEREZÉSE OSZTÁLYOK ALOSZTÁLYOK CSOPORTOK (IZOMORF SOROK, CSALÁDOK) ÁSVÁNYOK VÁLTOZATOK Az ásványok legfontosabb adatai: Név, kémiai képlet, kristályrendszer Kristálytani adatok Fizikai tulajdonságok Kémiai tulajdonságok Előfordulások (földtani környezet) Felhasználás Környezeti hatások
Terméselemek (fémek) Jelenleg közel száz természetes állapotban előforduló kémiai elemet és rokon vegyületet ismerünk, mennyiségük azonban nem haladja meg a földkéreg tömegének 0,1%-át. A fémek viszonylag egységes szerkezetűek, melyekre a legtömöttebb rácsilleszkedés (koordinációs szám: 12), illetve a fémes kötés jellemző. A félfémek átmenetet jelentenek a nemfémek irányába. Kitűnően alakíthatók, nagy sűrűségűek, nem hasadnak, erős fémfényűek, átlátszatlanok, jó elektromos és hővezetők. termésréz, (termésarany, termésezüst) köbös minden lapon centrált rácsa termésréz
Terméselemek (fémek) Termésarany - Au, köbös termésarany Termésezüst Ag, köbös
Termésvas Fe ; köbös Terméselemek (fémek) Termésvas, köbös térben centrált rácsa termésvas (meteorvas)
Terméselemek (nemfémek) A nemfémek szerkezetében részben kovalens kötés, részben van der Waals kötés ismert. A nemfémek atomrácsot és molekularácsot alkotnak. Fizikai tulajdonságaik a kémiai kötéseknek és a rácsszerkezetnek megfelelően eléggé különbözőek. Kis vagy nagy keménységűek, kémiailag nagyon vagy kevéssé stabilak. A nyomás-hőmérséklet viszonyoknak megfelelően különböző szerkezetű módosulataik ismertek (polimorf módosulatok). Terméskén S, rombos
Terméselemek (gyémánt) Gyémánt C, köbös A legkeményebb anyag
Grafit C, hexagonális Terméselemek (grafit)
Terméselemek az emberiség életében A terméselemeknek különös jelentőségük van az emberiség történetében, a rezet, aranyat, ezüstöt és vasat ilyen formában ismerte meg és hasznosította először az ember. Ezeknek a fémeknek az ismerete szinte egyidős az emberiséggel. termésarany rög meteorvas csiszolt felülete kelta bronzfej
Szulfidok A természetben jelenleg mintegy 500 szulfidásványt ismerünk. Átlagos eloszlásuk a földkéregben 0,2%-ot tesz ki. A leggyakoribb szulfid a pirit. Alapvetően fémeknek kénnel alkotott vegyületei. A szulfidokban szinte mindenféle kémiai kötés megtalálható. A szulfidok változékonyságának oka a kémiai kötéseken kívül, hogy bennük a nemfémes kénen kívül félfémek (Se, Te, As, Sb, Bi) szerepelhetnek. Az As, Bi, Sb, Te szerkezetben történő változatos megjelenésével intermetallikus vegyületekhez hasonló fémes rácsúak, kettős szulfidok, kénnel trigonális piramisos felépítésű csoportokat tartalmazó vegyületek (szulfosók), végül kénnel nemfémes jellegű szulfidok jönnek létre.
Szulfidok fizikai-kémiai sajátságai A szerkezeti változatosság miatt a szulfidokat kémiai és fizikai szempontból átmeneti bélyegek jellemzik. A fémgazdagok fémes külsejűek, elektromos vezetők, de vannak közöttük félvezetők és szigetelők is. Optikailag zömmel opak ásványok, kivéve a nemfémes szulfidokat. Keménységük kicsi vagy közepes (2 4 közötti). Néhány kivétel a tömött rácsilleszkedés miatt van. Az átmeneti jellegre példa a kis vagy közepes olvadáspont, hevítéskor a kénnek a szublimációja, a szulfidok levegőn tapasztalható kis stabilitása. fémes jellegű (galenit) nemfémes jellegű (realgár) Csoportosításuk a fém : kén arány alapján történik, a fémgazdagoktól a fémszegényekig.
A szulfidok képződése A legtöbb szulfid magmás folyamatok során keletkezik. Az előkristályosodás során főként réz- és nikkelszulfidok, míg a legtöbb fém szulfidja az utómagmás folyamat hidrotermás szakaszában jön létre. A Föld gazdaságilag fontos szulfidos érctelepei ide tartoznak. hintett szulfidok teléres szulfidok De képződhetnek szulfidok üledékes viszonyok között is, reduktív körülmények között (elsősorban vas- és rézszulfidok). Végül metamorf folyamatokhoz is kapcsolódhatnak szulfidos érctelepek.
Néhány fontos szulfid Galenit - PbS; köbös Az ólom legfontosabb ércásványa. Kalkopirit - CuFeS 2 ; tetragonális A réz legfontosabb ércásványa.
Néhány fontos szulfid Szfalerit - ZnS; köbös A cink legfontosabb ércásványa Cinnabarit - HgS; trigonális A higany legfontosabb ásványa, porát vörös festékként használták (cinóber)
Antimonit - Sb 2 S 3 ; rombos Néhány fontos szulfid Molibdenit - MoS 2 ; hexagonális
A két leggyakoribb szulfid Pirit - FeS 2 ; köbös Markazit - FeS 2 ; rombos
A pirit és markazit változatossága
Szulfidok mállása, savas jelenségek Oxidatív környezetben (felszínen, felszín közelben) a szulfidok instabilak, könnyen szulfátokká oxidálódnak. Alapvető folyamat a pirit vagy markazit oxidációja: FeS 2 + 15/4 O 2 + 7/2 H 2 O Fe(OH) 3 + 2 SO 4 - + 4 H + A közben képződő kénsav miatt a környezet savas kémhatású lesz. Az alacsony ph következménye: - a vízi és szárazföldi élet tönkremegy (bioszféra veszélybe kerül), - fémek oldékonysága jelentősen megnő, toxikus mennyiségben jelennek meg a környezetben (pl. Pb, Zn, Cu, Cd, Ni, Co, As).
Pirit és markazit mállása
Szulfidok az emberiség történetében A szulfidok (az oxidokkal együtt) a legfontosabb ércásványok közé tartoznak, évezredek óta a bányászat tárgyát képezik. A réz, ezüst, ólom, cink, antimon, higany, bizmut fémeket főként szulfidokból nyerik ki. Rudabánya
Halogenidek A halogenidek felépítésében az anion mindig halogén elem (F, Cl, Br, I). Ehhez legtöbbször alkáli- vagy alkáliföldfém kationok kapcsolódnak. A gyakori halogenidek szerkezetében az ionos kötés meghatározó fontosságú. Alapvető szerkezeti típust képvisel közöttük a kősó- és a fluorit-rács. kősó rácsa fluorit rácsa
Halogenidek Kémiai szempontból sószerű vegyületek, jobbára színtelen vagy gyengén színezettek. Kis sűrűségűek és keménységűek, vízben többé-kevésbé oldódnak, fénytörésük gyenge. Stabilitásuk az anion függvényében változik, a fluoridoktól a jodidokig csökkenő tendenciát mutat. A természetben jelenleg kb. 220 halogenidet ismerünk. A fluoritot kivéve többnyire üledékes körülmények között képződnek. Legnagyobb tömegekben sótelepekben (evaporitokban) halmozódnak fel. kősó, NaCl, köbös fluorit, CaF 2, köbös
Fluorit lumineszcenciája
Sótelepek, sóbányák a Kárpátokban