Mineraalit - Teoria

Määritelmä

Arkikielessä sanaa mineraali käytetään sellaisissa yhteykissä kuin mineraalivilla (kivivilla, palamaton kiviaineksesta tehty eristevilla) ja mineraalivesi. Molemmat viittaavat kallioperän ainekseen.

Geologiassa mineraali määritellään luonnossa esiintyväksi, kiinteäksi, yleensä epäorgaaniseksi kiteiseksi aineeksi, jolla on tietty koostumus ja atomiensa määrittämä kidehila. Mineraalit koostuvat yleensä useammasta kuin yhdestä alkuaineesta ja niitä koossa pitävät sidokset ovat pääosin ionisidoksia, toisinaan kovalenttisia (mm. hiilen esiintymismuodot, rikki) ja toisinaan metallisia (puhtailla metalleilla ja sulfideilla).

Synty

Mineraaleja syntyy liuoksista ja kivisulista lämpötilan laskiessa, jolloin atomit alkavat muodostaa sidoksia. Liuoksista voi syntyä mineraaleja myös haihduntaprosessissa. Se millaiseen järjestykseen ionit asettuvat - jä näin mitä mineraalia syntyy - riippuu niiden koosta ja lukumääristä sekä ympäröivistä olosuhteista kuten paineesta, lämpötilan muutoksesta ja muutosnopeudesta.

Diadokia ja polymorfia

Jotkin ionit ovat suunnilleen samankokoisia ja täten voivat korvata toisiaan mineraaleissa. Tätä kutsutaan diadokiaksi. Esimerkiksi oliviinissa rauta ja magnesium täyttävät saman paikan ionihilassa:
Mg₂SiO₄ - (Mg,Fe)₂SiO₄ - Fe₂SiO₄

Eri muodoissa esiintyvät saman/samojen alkuaineen muodostamat mineraalit ilmentävät polymorfiaa. Esimerkiksi hiili voi luonnossa esiintyä sekä pehmeänä liuskeisena grafiittina että kovalenttisesti sitoutuneena timanttina. Hematiittityypit muodostuvat samoista ioneista mutta sillä voi olla useita eri kidemuotoja punamullasta tiukan kiteiseen.

Polymorfisen aineen eri muodot ovat keskenään heteromorfisia. Ne voivat olla ominaisuuksiltaan

• hyvin erilaisia - hiili ja timantti
• melko samanlaisia - kuutiollinen rikkikiisu ja rombinen markasiitti (FeS₂)
• erittäin samanlaisia, jolloin erottamiseen vaaditaan optinen tutkiminen polarisaatiomikroskoopilla - monokliininen ortoklaasi ja trikliininen mikrokliini (KAlSi₃O₈)

Mineraalispesies

Mineraalispesies on luonnossa esiintyvä homogeeninen epäorgaaninen aine, jonka kemiallinen koostumus on määrätty tai vaihtelee tietyissä rajoissa ja jolla on luonteenomaiset fysikaaliset ominaisuudet ja yleensä kiteinen rakenne. (Mineralogical Society of America) Arkikielessä käytettävät mineraalien nimet viittaavat usein mineraalispesiekseen, eivät täsmällisesti juuri yhteen sen muodostamaan tarkasti määritettyyn mineraaliin. Esimerkiksi oliviini on spesies, jonka jäseniä eli alaspesieksiä ovat forsteriitti Mg₂SiO₄ ja faijaliitti Fe₂SiO₄. Granaatti on myös spesies, vaikka arkikielessä nimitystä käytetään tarkoittamaan lähinnä punaista almandiinia, joka on spesieksen yleisin jäsen.

Mineraalien luokittelu

Alkuaineet muodostavat pienehkön mutta merkittävän osan mineraaleista. Teollisesti merkittäviä alkuaineita ovat mm. rikki (S), kupari (Cu), kulta (Au), platina (Pt), grafiitti (C), timantti (C), ja elohopea (Hg).

Sulfidit ovat mineraaleja, joissa metalli-ioni on sitoutunut rikkiin tai rikkiryhmään. Näitä ovat mm lyijyhohde, sinkkivälke, molybdeenihohde, kuparikiisu (CuFeS₂), rikkikiisu (FeS₂), magneettikiisu ja arseenikiisu.

Oksidit ovat mineraaleja, joissa metalli-ioni on sitoutunut happeen. Esimerkkejä oksideista ovat hematiitti, magnetiitti, kromiitti, limoniitti ja kvartsi.

Kvartsi (SiO₂ on kova (Mohsin asteikolla 7.), simpukkamaisesti lohkeava, yleensä kirkas tai valkoinen rasvakiiltoinen mineraali. Kvartsi värjääntyy helposti muiden alkuaineiden sitoutuessa sen hilaan, joten siitä on monia värimuunnoksia. Monet värimuunnokset ovat puolijalokiviä - sitriini, ametisti, vuorikristalli, savutopaasi. Kvartsista on myös useita tiiviitä muotoja jotka myös ovat arvostettuja korukivinä: kalsedoni, akaatti, jaspis ja heliotrooppi. Kivikaudella kvartsilimsiöitä käytettiin paljon leikkaavien terien raaka-aineena.

Karbonaatit CO₃ muodostuvat usein saostumalla ja ovat usein hyvin pehmeitä. Tähän ryhmään kuuluvat mm. kalsiitti, dolomiitti, magnesiitti ja sideriitti.

Sulfaatit SO₄ ovat myös pehmeitä mineraaleja. Tämän ryhmän tärkein mineraali on kipsi, joka voi esiintyä sekä kiteisenä että levymäisenä. Levymäisessä muunnoksessa kipsin kiderakenne erottuu hyvin selvästi.

Fosfaatit PO₄ ovat mineraaleja, joiden perustana on neljään happiatomiin sitoutunut fosfori. Tämän ryhmän merkittävin mineraali on Suomessakin louhittava apatiitti.

Silikaattiryhmä

Silikaatit muodostavat kivilajien rungon. Arviolta 95 prosenttia maankuoresta koostuu silikaattimineraaleista, joista noin 60% on maasälpiä ja 12 % kvartsia. Silikaatit ovat piihapon suoloja, joissa runkona on SiO₄-ryhmiä. Piin ja hapen koordinaatiotapa on tetraedrinen, ja ryhmät liittyvät toisiinsa hapen välityksellä. Silikaatit ovat erittäin vaikealiukoisia, liueten vain fluorivetyhappoon eikä aina siihenkään. Eri silikaattiryhmät luokitellaan sen mukaan, miten nämä pii-happi -tetraedrit suhtautuvat toisiinsa.

• Orto- eli nesosilikaatit koostuvat yksittäisistä SiO₄-ryhmistä - oliviini
• Rengas- eli jalosilikaatit koostuvat rengasmaisista rakenteista - kordieriitti
• Ketjusilikaatit koostuvat ketjumaisesti toisiinsa liittyneistä SiO₄-ryhmistä - pyrokseenit ja amfibolit
• Verkkosilikaatit koostuvat toisiinsa liittyneistä silikaattiketjuista - kiilteet
• Hohkasilikaateissa SiO₄-ryhmät ovat kolmiulotteisessa hilassa - kvartsi, kalimaasälpä, plagioklaasi

Teoriaa mineraaleista..