6. előadás AZ ÁSVÁNYOK RENDSZEREZÉSE OXIDOK, HIDROXIDOK, KARBONÁTOK
Oxidok Fémeknek oxigénnel alkotott vegyületei. Szerkezetükben főleg ionos kötés érvényesül. Az összetett oxidokban két vagy több kation található. Ezekben a kationok koordinációs száma lehet azonos, de lehet különböző is. A gyakori oxidok a szulfidokhoz képest jobbára tömöttebb rácsszerkezetet építenek föl, ami a kémiai és fizikai tulajdonságokban jut kifejezésre: nagyobb keménység, magasabb olvadáspont, nagyobb stabilitás, kisebb oldhatóság.
Oxidok Az oxidok csoportosítása a fém/kation : oxigén arányt követi. Jelenleg 450 oxidot és rokon vegyületet ismerünk a természetben. Egyesek igen gyakoriak, mint a kvarc, jég. Legnagyobb mennyiségben a földkéregben találhatók, átlagos mennyiségüket 17 %-ra becsülik (ebből kb. 13% esik a kvarcra). Gazdasági és történeti szempontból fontos ásványok tartoznak az oxidok közé. A vas, mangán, króm, ón, titán, alumínium és az urán döntő részét oxidokból nyerik ki. Sok oxid ismert a drágakövek világában is. De gondoljunk a jégre, az szintén ásvány és az oxidok közé tartozik.
Jég-Ih H 2 O, hexagonális Néhány fontos oxid jégcseppkövek Jég vázkristály
Spinell MgAl 2 O 4 ; köbös Néhány fontos oxid fontos kőzetalkotó (magmás, üledékes), megbecsült drágakő Magnetit Fe 2+ Fe 3+ 2 O 4 ; köbös Gyakori kőzetalkotó (magmás, metamorf üledékes), fontos érce a vasnak, ferromágneses sajátságú. Ferritek az elektronikában
Korund - Al 2 O 3 ; trigonális Néhány fontos oxid fontos kőzetalkotó (metamorf, üledékes) nagy keménység és kémiai stabilitás, drágakőváltozatok: (rubin, zafir)
Néhány fontos oxid Hematit - Fe 2 O 3 ; trigonális fontos kőzetalkotó (magmás, metamorf, üledékes) a vas ércásványa (limonit) vörösbarna pora korábban fontos festékalapanyag volt Ilmenit - FeTiO 3 ; trigonális fontos kőzetalkotó (magmás, üledékes), a titán ércásványa
Néhány fontos oxid Rutil - TiO 2, tetragonális gyakori kőzetalkotó (magmás, metamorf, üledékes), nagy keménység, kémiai stabilitás, a titán ércásványa, fehér festék alapanyaga Piroluzit - MnO 2, tetragonális a mangán legfontosabb ércásványa, üledékes eredetű, fekete pora kedvelt festékföld volt
A földkéreg legfontosabb oxidja: kvarc Kvarc - SiO 2 ; trigonális, hexagonális Tridimit - SiO 2 ; monoklin, rombos Cristobalit - SiO 2 ; tetragonális, köbös az egyik leggyakoribb kőzetalkotó (magmás, metamorf, üledékes), 7-es keménység, nagy kémiai stabilitás, nem hasad, allokrómás szín sokféle szín- és alakváltozat (drágakövek), változatos felhasználás: üvegipar, építőipar, kohászat, elektronikai és optikai ipar, tűzállóanyagipar, az őskorban eszközkészítés nyersanyaga (kőkorszak) SiO 2 módosulatok stabilitási tartományai
Kvarc: kristályformák, ikrek
Kvarc: jól kristályos változatok ametiszt ametiszt prázem hegyikristály rózsakvarc citrin füstkvarc
Kvarc: mikrokristályos változatok kalcedon- és jáspisfélék achátok
Egy rövid távon rendezett szerkezetű vagy amorf ásvány: opál Opál - SiO 2. nh 2 O amorf vagy rövid távon rendezett szerkezetű kagylós törés, változó víztartalom, felszínközeli képződés (magmás, üledékes eredet) üvegopál faopál nemesopál
Hidroxidok, oxid-hidroxidok A hidroxidokban a hidroxil-csoport egyedül vagy az oxigénnel együtt tölti be az anionhelyeket (hidroxidok és oxi-hidroxidok). Szerkezetük jelentősen különbözik az oxidokétól. Zömmel rétegrácsos felépítésűek. A hidroxidok sokkal kevéssé stabil vegyületek, mint az oxidok. A rétegrácsokban a rétegek között gyenge van der Waals kötés vagy hidrogénkötés van. Jellemző a hidroxidokra: kristályok táblás, lemezes termete, a rétegekkel párhuzamos kiváló hasadás és kis keménység. Legtöbbször a felszín közelben vagy a felszínen képződnek, kémiai mállási folyamatok során. Az alumínium, vas, mangán fontos ércásványai tartoznak közéjük.
A leggyakoribb vas-oxid-hidroxid: goethit Goethit - -FeO(OH); rombos roppant elterjedt kőzetalkotó, a felszínen minden vastartalmú ásvány döntően goethitté (vagy rosszul kristályos vas-oxiddá) mállik el, A limonit (vas-oxidok keveréke) legfontosabb komponense a vas évezredek óta ismert ércásványa, porát festékföldként hasznosítják.
Gyakori alumínium-hidroxidok Gibbsit - -Al(OH) 3 ; monoklin a felszínen más Al-tartalmú ásványokból képződik; kristályai mikroszkopikusak, a bauxit fontos ércásványa Böhmit - -AlO(OH); rombos a bauxit legfontosabb ércásványa, kristályai majdnem mindig mikroszkopikusak: földes aggregátuma jellemző
Környezetünkben képződő oxidok, hidroxidok Sokszor rövid távon rendezett szerkezetűek vagy amorfak; nagy fajlagos felülettel, nagy adszorpciós képességgel rendelkeznek Fe-oxidok Al-oxidok Fe-Mn-oxidok Fe-oxidok
Karbonátok A karbonátokra a CO 3 összetett anion jelenléte jellemző. A karbonát anionban lévő kötések sokkal erősebbek, mint a szerkezetben lévő többi kötéstípus. A karbonát anion legtöbbször közepes vagy nagy ionrádiuszú, két vegyértékű kationokkal (Ca, Mg, Fe, Mn, Pb, Ba, Sr) kapcsolódik össze. A kisebb ionméretű fémek karbonátokban ritkábbak, és általában más fémekkel együtt épülnek be a szerkezetbe. kalcit elemi cellája és hasadása
Karbonátok A vízmentes, vízben nem oldódó karbonátok 3 5 közötti keménységűek. A vízben főként az OH-csoportot tartalmazó, vagy a víztartalmú karbonátok oldódnak. Hidrogén-ion jelenlétében a karbonátok instabilakká válnak és elbomlanak (pl. sósavban pezsgéssel oldódnak). A karbonátok a földkéreg felső zónáiban, illetve a Föld felszínén elterjedt ásványok. Karbonátokból áll számos igen elterjedt üledékes (pl. mészkő, márga, dolomit) és metamorf (márvány) kőzet. Jelenleg kb. 200 karbonátásványt ismerünk. Gyakoriságuk és gazdasági jelentőségük miatt a kalcit-, az aragonit- és a dolomit-csoport ásványai a legfontosabbak. A karbonátokat a víztartalom, illetve a pótanionok hiánya vagy jelenléte alapján csoportosítjuk.
A leggyakoribb karbonát: kalcit Kalcit - CaCO 3 ; trigonális a leggyakoribb kőzetalkotó karbonát (magmás, üledékes, metamorf), romboéder szerinti kitűnő hasadás, közepes keménység, savakkal szembeni instabilitás, változatos felhasználás: építőipar, mész- és cementgyártás, kohászat, cukoripar, talajjavítás, festékipar, díszítőkőipar
A kalcitkristályok változatossága
Kalcit aggregátumok változatossága
Sziderit - FeCO 3 ; trigonális gyakori kőzetalkotó (magmás, üledékes); a vas egyik ércásványa, barna szín, romboéder szerint kitűnő hasadás Néhány fontos karbonát Magnezit - MgCO 3 ; trigonális a magnézium legfontosabb ércásványa, tűzállóipar, építőanyagipar (speciális cementek)
Dolomit - CaMg(CO 3 ) 2 ; trigonális Néhány fontos karbonát gyakori üledékes kőzetalkotó, közepes keménység, savakkal szemben instabilitás, romboéder szerinti kitűnő hasadás, Kohászati adalék, tűzállóanyag-ipar, talajjavítás, vegyipar
Aragonit - CaCO 3 ; rombos Néhány fontos karbonát A CaCO 3 nagynyomású polimorfja üledékes, ritkábban magmás, metamorf kőzetalkotó, közepes keménység, savakkal szemben instabilitás, prizma szerint közepesen hasad (ellentétben a kalcittal)
Malachit - Cu 2 (CO 3 )(OH) 2 ; monoklin rézérctelepek oxidációs zónája, zöld, közepes keménység, a réz ércásványa, pora korábban fontos festékföld volt, díszítőkő Néhány fontos karbonát Azurit - Cu 3 (CO 3 ) 2 (OH) 2 ; monoklin rézérctelepek oxidációs zónája, kék, közepes keménység, a réz ércásványa, pora korábban fontos festékföld volt
Környezetünkben képződő karbonátok