5. elıadás AZ ÁSVÁNYOK RENDSZEREZÉSE TERMÉSELEMEK, SZULFIDOK, HALOGENIDEK
AZ ÁSVÁNYOK RENDSZEREZÉSE A mai ásványrendszerezés alapja a kristálykémia. A rendszer vázát az egyszerő és összetett anionok által meghatározott osztályok jelentik. Az ásványok tíz osztálya (a jellemzı 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 X. Szerves ásványok
AZ ÁSVÁNYOK RENDSZEREZÉSE A rendszertan felépítése: OSZTÁLYOK ALOSZTÁLYOK CSOPORTOK (IZOMORF SOROK, CSALÁDOK) ÁSVÁNYOK (FAJOK) VÁLTOZATOK Az ásványok legfontosabb adatai: Név, kémiai képlet, kristályrendszer Kristálytani adatok Fizikai tulajdonságok Kémiai tulajdonságok Elıfordulások (földtani környezet) Felhasználás Környezeti hatások
Terméselemek (fémek) Jelenleg közel száz természetes állapotban elıforduló kémiai elemet és rokon vegyületet ismerünk, mennyiségük azonban nem haladja meg a földkéreg tömegének 0,1%-át. A fémek viszonylag egységes szerkezetőek, melyekre a legtömöttebb rácsilleszkedés (koordinációs szám: 12), illetve a fémes kötés jellemzı. A félfémek átmenetet jelentenek a nemfémek irányába. Kitőnıen alakíthatók, nagy sőrőségőek, nem hasadnak, erıs fémfényőek, átlátszatlanok, jó elektromos és hıvezetık. termésréz, (termésarany, termésezüst) köbös lapon centrált rácsa termésréz
Terméselemek (fémek) termésarany termésezüst 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 megfelelıen eléggé különbözıek. Kis vagy nagy keménységőek, kémiailag nagyon vagy kevéssé stabilak. A P - t viszonyoknak megfelelıen különbözı szerkezető módosulataik ismertek (polimorf módosulatok). szén fázisdiagramja rombos terméskén
Terméselemek (grafit és gyémánt) Feltőnıen ellentétes tulajdonságaikat a rácsszerkezet és a kémiai kötések közötti lényeges különbségek okozzák. hexagonális grafit köbös gyémánt
Terméselemek az emberiség életében A terméselemeknek különös jelentıségük van az emberiség történetében, a rezet, aranyat, ezüstöt és vasat ilyen formában ismerte meg és hasznosította elıször az ember. Ezeknek a fémeknek az ismerete szinte egyidıs 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. Alapvetıen 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 történı változatos megjelenésével intermetallikus vegyületekhez hasonló fémes rácsúak, kettıs szulfidok, kénnel trigonális piramisos felépítéső csoportokat tartalmazó vegyületek (szulfosók), végül kénnel nemfémes jellegő szulfidok jönnek létre.
Szulfidok fizikai-kémiai sajátságai A szerkezeti változatosság miatt a szulfidokat kémiai és fizikai szempontból átmeneti bélyegek jellemzik. A fémgazdagok fémes külsejőek, elektromos vezetık, de vannak közöttük félvezetık és szigetelık 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 levegın tapasztalható kis stabilitása. fémes jellegő (galenit) nemfémes jellegő (realgár) Csoportosításuk a fém : kén arány alapján történik, a fémgazdagoktól a fémszegényekig.
A szulfidok képzıdése A legtöbb szulfid magmás folyamatok során keletkezik. Az elıkristályosodás során fıként 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 képzıdhetnek szulfidok üledékes viszonyok között is, reduktív körülmények között (elsısorban vas- és rézszulfidok). Végül esetenként metamorf folyamatokhoz is kapcsolódhatnak szulfidos érctelepek.
Néhány fontos szulfid Galenit - PbS; köbös Az ólom legfontosabb ásványa. Kalkopirit - CuFeS 2 ; tetragonális A réz legfontosabb ásványa.
Néhány fontos szulfid Szfalerit - ZnS; köbös A cink legfontosabb ásványa 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 változatossága
Szulfidok mállása, savas jelenségek Oxidatív környezetben (felszínen, felszín közelben) a szulfidok instabilak, könnyen szulfátokká oxidálódnak. Alapvetı 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 képzıdı kénsav miatt a környezet savas kémhatású lesz. Az alacsony ph következménye: - a vízi és szárazföldi élet tönkremegy (bioszféra veszélybe kerül), - fémek oldékonysága jelentısen megnı, toxikus mennyiségben jelennek meg a környezetben (pl. Pb, Zn, Cu, Cd, Ni, Co, As).
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 fıként 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. Alapvetı szerkezeti típust képvisel közöttük a kısó- és a fluorit-rács. kısó rácsa fluorit rácsa
Halogenidek Kémiai szempontból sószerő vegyületek, jobbára színtelen vagy gyengén színezettek. Kis sőrőségőek és keménységőek, vízben többé-kevésbé oldódnak, fénytörésük gyenge. Stabilitásuk az anion függvényében változik, a fluoridoktól a jodidokig csökkenı tendenciát mutat. A természetben jelenleg kb. 220 halogenidet ismerünk. A fluoritot kivéve többnyire üledékes körülmények között képzıdnek. Legnagyobb tömegekben sótelepekben (evaporitokban) halmozódnak fel. kısó, NaCl, köbös fluorit, CaF 2, köbös
Sótelepek, sóbányák a Kárpátokban