7. elıadás AZ ÁSVÁNYOK RENDSZEREZÉSE OXIDOK, HIDROXIDOK, KARBONÁTOK
Oxidok Fémeknek oxigénnel alkotott vegyületei. Szerkezetükben fıleg ionos kötés érvényesül. A koordinációt tekintve a nagy koordinációs számú ionrácsok az uralkodók, míg a közepes koordinációs számú, kovalens kötéseket tartalmazó, illetve kis koordinációs számú molekularácsú oxidok ritkábbak. Az összetett oxidokban két vagy több kation található. Ezekben a kationok koordinációs száma lehet azonos, de lehet különbözı is. Az oxidok a szulfidokhoz képest jobbára tömöttebb rácsszerkezetet építenek föl, ami a kémiai és fizikai tulajdonságokban kifejezésre jut: nagyobb keménység, magasabb olvadáspont, kisebb oldhatóság.
Oxidok Az oxidok csoportosítása a fém/kation : oxigén arányt követi. Jelenleg kb. 450 oxid és rokon vegyületet ismerünk a természetben. Egyesek igen gyakoriak, mint a kvarc. Legnagyobb mennyiségben a földkéregben találhatók, átlagos mennyiségüket 17 %-ra becsülik (ebbıl azonban 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 döntı részét oxidokból nyerik ki. Sok oxid ismert a drágakövek világában is. De gondoljunk a jégre, hiszen az szintén ásvány és az oxidok közé tartozik.
Spinell MgAl 2 O 4 ; köbös Néhány fontos oxid fontos kızetalkotó (magmás, üledékes) megbecsült drágakı Magnetit Fe 2+ Fe 3+ 2 O 4 ; köbös gyakori kızetalkotó (magmás, metamorf üledékes), fontos érce a vasnak, ferromágneses sajátságú
Korund - Al 2 O 3 ; trigonális Néhány fontos oxid fontos kızetalkotó (metamorf, üledékes) nagy keménység és kémiai stabilitás, drágakıváltozatok: (rubin, zafir)
Néhány fontos oxid Hematit - Fe 2 O 3 ; trigonális fontos kızetalkotó (magmás, metamorf, üledékes) a vas fontos ércásványa, pora korábban fontos festékföld volt Ilmenit - FeTiO 3 ; trigonális fontos kızetalkotó (magmás, üledékes), a titán ércásványa
Néhány fontos oxid Rutil - TiO 2, tetragonális gyakori kızetalkotó (magmás, metamorf, üledékes), nagy keménység, kémiai stabilitás, a titán fontos ércásványa, fehér festék alapanyaga Piroluzit - MnO 2, tetragonális a mangán legfontosabb ércásványa, leginkább üledékes eredető, 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 kızetalkotó (magmás, metamorf, üledékes), 7-es keménység, nagy kémiai stabilitás, nem hasad sokféle szín- és alakváltozat (drágakövek), változatos felhasználás: üvegipar, építıipar, kohászat, elektronikai és optikai ipar, tőzállóanyagipar, korábban eszközkészítés (kıkorszakok) SiO 2 módosulatok stabilitási tartományai
A földkéreg legfontosabb oxidja: kvarc formák, ikrek, jól kristályos változatok ametiszt rózsakvarc füstkvarc
kalcedon- és jáspisfélék Mikrokristályos kvarcváltozatok
Egy rövid távon rendezett szerkezető és amorf ásvány: opál Opál - SiO 2. nh 2 O amorf vagy rövid távon rendezett szerkezető kagylós törés, változó víztartalom, felszínközeli képzıdés (magmás, üledékes eredet)
Hidroxidok, oxid-hidroxidok A hidroxidokban a hidroxil-csoport egyedül vagy az oxigénnel együtt tölti be az anionhelyeket. Szerkezetük jelentısen különbözik az oxidokétól. Az OH-ionok koordinációs száma leginkább 3-as vagy 6-os és zömmel rétegrácsos felépítést eredményez. A hidroxidok sokkal kevéssé stabil vegyületek, mint az oxidok. A rétegrácsokban a rétegek között gyenge van der Waals kötés vagy hidrogénkötés van. Jellemzı a hidroxidokra: kristályok táblás, lemezes termete, a rétegekkel párhuzamos kiváló hasadás és kis keménység. Legtöbbször a felszín közelben vagy a felszínen képzıdnek, mállási folyamatok során. Az alumínium, vas, mangán fontos ércásványai tartoznak közéjük.
A leggyakoribb vas-oxid-hidroxid: goethit Goethit - α-feo(oh); rombos roppant elterjedt kızetalkotó, a felszínen minden vastartalmú ásvány döntıen goethitté (vagy rosszul kristályos vas-oxiddá) mállik el, a vas évezredek óta felhasznált ércásványa, porát festékföldként hasznosítják.
Gyakori alumínium-hidroxidok Gibbsit - γ-al(oh) 3 ; monoklin a felszínen más Al-tartalmú ásványokból gyakran képzıdik; kristályai mindig szubmikroszkopikus méretőek, a bauxit fontos ércásványa Böhmit - γ-alo(oh); rombos a bauxit legfontosabb ércásványa, kristályai mikroszkopikus méretőek
Környezetünkben képzıdı oxidok, hidroxidok Sokszor rövid távon rendezett szerkezetőek 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 jellemzı. A karbonát anionban lévı kötések sokkal erısebbek, mint a szerkezetben lévı többi kötéstípus. A karbonát anion legtöbbször közepes vagy nagy ionrádiuszú, két vegyértékő kationokkal (Ca, Mg, Fe, Mn, Pb, Ba, Sr) kapcsolódik össze. A kisebb ionmérető fémek karbonátokban ritkábbak, és általában más fémekkel együtt épülnek be a szerkezetbe. kalcit rácsa és hasadása
Karbonátok A vízmentes, vízben nem oldódó karbonátok 3 5 közötti keménységőek. A vízben fıként 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 felsı zónáiban, illetve a Föld felszínén elterjedt ásványok. Karbonátokból áll számos igen elterjedt üledékes (pl. mészkı, márga, dolomit) és metamorf (márvány) kızet. Jelenleg kb. 200 karbonátásványt ismerünk. Gyakoriságuk és gazdasági jelentıségük 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 kızetalkotó karbonát (magmás, üledékes, metamorf), romboéder szerinti kitőnı hasadás, közepes keménység, savakkal szembeni instabilitás, változatos felhasználás: építıipar, mész- és cementgyártás, kohászat, cukoripar, talajjavítás, festékipar, díszítıkıipar
A kalcit formai változatossága
Sziderit - FeCO 3 ; trigonális Néhány fontos karbonát gyakori kızetalkotó (magmás, üledékes); a vas egyik ércásványa, barna szín, romboéder szerint kitőnı hasadás Magnezit - MgCO 3 ; trigonális a magnézium legfontosabb ércásványa, tőzállóipar, építıanyagipar (speciális cementek)
Dolomit - CaMg(CO 3 ) 2 ; trigonális Néhány fontos karbonát gyakori üledékes kızetalkotó, közepes keménység, savakkal szemben instabilitás, romboéder szerinti kitőnı hasadás, Kohászati adalék, tőzállóanyag-ipar, talajjavítás, vegyipar
Aragonit - CaCO 3 ; rombos Néhány fontos karbonát üledékes, ritkábban magmás, metamorf kızetalkotó, közepes keménység, savakkal szemben instabilitás, nem jó a hasadása (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, díszítıkı 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 képzıdı karbonátok