zaterdag, augustus 07, 2010

Het rijk der mineralen



Alle stoffen die in de natuur voorkomen, kunnen worden ingedeeld in drie hoofdgroepen: het rijk der planten, het dierenrijk en het rijk der mineralen. Alles wat niet tot de eerste twee groepen behoort, wordt ingedeeld bij de derde. Het rijk der mineralen bestaat dus uit alle levenloze materie die we op de aarde vinden. Ook de levenloze stoffen in het heelal behoren hiertoe, evenals alle organische en anorganische overblijfselen van levende schepselen, met de verscheidene resultaten van de inwerkingen van elementaire deeltjes, licht, elektrische verschijnselen enzovoorts.

Binnen deze groep, die zeer groot is en zeer uiteenlopende stoffen en verschijnselen omvat, vinden we de mineralen, die het product zijn van bepaalde natuurkundige en scheikundige inwerkingen op en veranderingen in materie.

Mineralen kunnen worden beschouwd als de kleinste eenheid binnen het gigantische geologische beeld, ontstaan tijdens de geschiedenis van de aardkorst. Met elkaar vermengde mineralen vormen namelijk de stof waaruit gesteenten bestaan. We dienen echter mineralen niet te verwarren met het minerale rijk, of het zuivere mineraal met minerale stoffen. Maar wat is dan een mineraal?

De beste manier om te bezien of een stof al dan niet een mineraal is, bestaat ongetwijfeld uit het identificeren van de algemene eigenschappen die op zich voldoende zijn om mineralen te onderscheiden van andere levenloze stoffen.

Twee van deze eigenschappen komen onmiddellijk naar voren: om een stof te kunnen kenmerken als een mineraal, moet deze homogeen van samenstelling zijn, en bij normale temperatuur en druk in vaste toestand zijn. Onder 'homogeen' verstaan we een stof die overal uit dezelfde elementen of combinatie van elementen bestaat. Wanneer we dus twee stukken van twee verschillende pyrietblokken losmaken en analyseren, moeten deze dezelfde chemische samenstelling hebben. Zelfs wanneer de twee stukken van verschillende werelden afkomstig zouden zijn, dienen ze toch dezelfde chemische samenstelling te hebben om als een mineraal beschouwd te kunnen worden. Wanneer we echter dezelfde proeven zouden uitvoeren met andere stoffen, zoals bauxiet, porfiriet, graniet of zand, dan zouden we opmerken dat de samenstelling van deze gesteenten aan éénzijde van het monster sterk afwijkt van de samenstelling aan de andere zijde, en dat deze zeer verschillend kan zijn binnen monsters van één en dezelfde soort.

Heterogene massa's als gesteenten die uit meer dan één mineraal bestaan, behoren dan ook niet tot de groep der echte mineralen.

Uit de elementaire natuurkunde weten we dat 'vaste' lichamen gevormd worden door stoffen die een inwendige structuur bezitten waarbij de atomen in een vast en geordend netwerk verbonden zijn, zodat ze een bepaalde, kenmerkende driedimensionale opstelling hebben. Een dergelijke stof wordt 'kristallijn' genoemd, want 'kristallen' zijn de natuurlijke meetkundige vormen die voortkomen uit deze netwerkstructuur.

Een aantal natuurkundige eigenschappen is het gevolg van deze inwendige opbouw van stoffen. Een van de belangrijkste hiervan betreft het smeltpunt. Echte vaste stoffen zijn te herkennen aan het feit dat ze, wanneer ze voldoende verhit worden, plotseling van een vaste in een vloeibare toestand overgaan. De temperatuur waarbij dit gebeurt is voor alle stoffen verschillend maar is per stof steeds gelijk.

Andere, schijnbaar vaste stoffen, zijn in werkelijkheid alleen maar harde stoffen. Wanneer men bijvoorbeeld glas, hars of amorfe (niet kristallijne) stoffen verhit, blijken ze geen bepaald smeltpunt te hebben. Ze veranderen van hard in kneedbaar, worden dan zacht en ten slofte vloeibaar.

Stoffen die op deze wijze reageren, zijn geen mineralen. We kunnen gassen, vloeistoffen en de hierboven genoemde groepen van stoffen dan ook uitsluiten van de mineralengroep. En hoewel van oudsher stoffen als kwikzilver, opaal en chrysocolla tot de mineralen gerekend worden, zouden we deze strikt genomen niet als zodanig moeten beschouwen.

Voorts moeten mineralen natuurlijk gevormde stoffen in de aardkorst zijn. Ze moeten dus ontstaan zijn door natuurlijke verschijnselen en niet door toedoen van de mens. Mineralen zijn dus betrouwbare getuigen van de geschiedenis van onze planeet. Ze zijn van onschatbare waarde omdat ze ons, door het bestuderen van de gesteenten, duidelijk maken welke ingewikkelde veranderingen binnen de aardkorst hebben plaatsgevonden.

De anorganische zouten die door de chemische industrie geproduceerd worden, kunnen we dus niet tot de mineralen rekenen, zelfs al hebben ze dezelfde samenstelling en natuurkundige eigenschappen als mineralen. Zout afkomstig uit de houtindustrie kan dus niet beschouwd worden als een mineraal, al is het scheikundig gesproken volkomen getij k aan steenzout. Dit laatste is ontstaan door een bepaald soort geologisch proces dat zich afspeelde tijdens de geschiedenis van de aarde. Dit zout neemt een logische plaats in binnen de opeenvolging van veranderingen die de aardkorst ondergaan heeft en waarin het een zeer belangrijke rol speelt. Het kunstmatig verkregen product kan een dergelijke betekenis nooit hebben.

Een interessant punt is dat de mineralen in meteorieten - dat zijn door het zonnestelsel bewegende lichamen die op onze planeet gevallen zijn - beschouwd worden als echte mineralen, hoewel ze niet afkomstig zijn van onze eigen planeet. Dit wordt echter begrijpelijk wanneer we het begrip 'natuurlijke stof in de aardkorst' uitbreiden tot natuurlijke stoffen in andere hemellichamen. Overigens is het redelijk op de aarde gevallen meteorieten te beschouwen als een deel van onze aardkorst.

In aansluiting op de in het begin genoemde indeling, waardoor levende organismen niet behoren tot het rijk der mineralen, kunnen we zeggen dat mineralen voortgebracht worden door anorganische processen. De voortbrengselen van plantaardige afscheidingen en de opeenhoping van organismen behoren daarom niet tot de categorie der mineralen. Barnsteen, hars, koolwaterstof en bitumen zijn dan ook geen mineralen.

PbS, bevat 86,6C procent lood en 13,40 procent zwavel. Zoals reeds vermeld zijn de scheikundige elementen gerangschikt in een atoomstructuur die verschillend is voor elk mineraal. Deze structuur bepaalt de kristallijne aard die de grondslag is voor de natuurkundige eigenschappen. De structuur is voor elk mineraal vast bepaald en onveranderlijk. Tot de aard van het mineraal behoren eigenschappen als meetkundige vorm, soortelijk gewicht, brekingsindex, smeltpunt enzovoorts.

Laten we tot slot mineralen definiëren als homogene vaste lichamen die op natuurlijke wijze in de aardkorst voorkomen, die ontstaan zijn door anorganische processen en gekenmerkt worden door een aantal onveranderlijke natuurkundige eigenschappen. Er zijn ongeveer 1900 verschillende soorten mineralen bekend.

Classificatie der mineralen
De definitie van mineralen, die we in het vorige hoofdstuk gegeven hebben, heeft nog een bijzonder belangrijk aspect. Dit houdt in dat de gegeven beschrijving ons niet alleen in staat stelt om mineralen te onderscheiden van andere niet biologische elementen uit het mineralenrijk, maar ons ook een middel verschaft om mineralen in te delen in klassen of families, al naar gelang de mate waarin ze op elkaar lijken.

De kenmerken die de grondslag vormen voor deze indeling, zijn de scheikundige samenstelling en de kristalstructuur. De eerste wordt verkregen door scheikundige analyse en de tweede door onderzoek met behulp van röntgenstralen.

Mineralen hebben, als samenstellingen van scheikundige elementen, de volgende eigenschap: ze bestaan uit een groot aantal atomen met positieve lading (kationen), als ijzer, magnesium, zink, koper, lood, natrium en kalium, maar bezitten slechts weinig atomen met negatieve lading (anionen) zoals zwavel, fluor en zuurstof. Het is dan ook het eenvoudigst om mineralen in te delen naar hun anionen - deze worden hierdoor de samenbindende factor voor stoffen die op hel eerste gezicht sterk van elkaar lijken te verschillen.

Verder begint de classificatie of indeling naar soorten van mineralen, evenals bij andere natuurwetenschappen, plant- en dierkunde, bij de eenvoudigste eenheden om geleidelijk aan uit te komen bij verbindingen met ingewikkelder samenstelling.

In overeenstemming met deze regel bevat de eerste minerale klasse dan ook uitsluitend eenvoudige stoffen waarin slechts scheikundige elementen te vinden zijn als koper, zilver enzovoorts. Hierna gaan we verder naar meer samengestelde klassen waarin elementen te vinden zijn in verbinding met zwavel (sulfiden), fluor, chloor, broom of jodium (halogeniden) of met zuurstof (oxyden). Hier wordt de samenstelling van de stoffen nog ingewikkelder: het kationisch element kan zich namelijk binden aan meer dan een anion. Bijvoorbeeld met zwavel en zuurstof dan ontstaat er een sulfaat. Met koolstof en zuurstof ontstaan er carbonaten, met fosfor en zuurstof ontstaan er fosfaten. Ten slofte zijn er verbindingen met silicium en zuurstof, de zogenaamde silicaten. Binnen elke klasse is er een verdere indeling, afhankelijk van de stijgende complexiteit in de samenstelling van de mineralen. In het geval van de silicaten is er een stijgende lijn van de meest eenvoudige nesosilicaten tot de meest ingewikkelde tektosilicaten.            

De indeling of classificatie van mineralen is als volgt:

klasse I : natuurlijke elementen
klasse II: sulfiden, seleniden, telluriden, arseniden, antimoniden, bismutiden
klasse III: halogeniden, te weten fluoriden, chloriden, bromiden, jodiden
klasse IV:  oxyden en hydroxyden
klasse V: carbonaten, boraten, nitraten
klasse VI: sulfaten, telluraten en chromaten, molybdaten en wolframaten
klasse VII: fosfaten, arsenalen, vanadaten
klasse VIII: silicaten, met de subgroepen: nesosilicaten, sorosilicaten, cyclosilicaten, inosilicaten, fyllosilicaten, tektosilicaten

De naam van elk mineraal wordt gewoonlijk gevolgd door de scheikundige formule, vervolgens door de kristalvorm, het soortelijk gewicht (s.g.) en de hardheid.




Geen opmerkingen:

Een reactie posten