*•.¸(*•.¸♥ التعليم في الجزائر 2015 ♥¸.•*´)¸.•*´


عزيزي الزائر/عزيزتي الزائرة يرجي التكرم بتعريف نفسك الينا بالدخول الي منتدي اذا كنت عضو او التسجيل ان لم تكن عضو وترغب في الأنضمام الي أسرة المنتدي
التسجيل سهل جدا وسريع وفي خطوة واحدة
وتذكر دائما أن باب الأشراف مفتوح لكل من يريد
شكرا
ادارة المنتدي


أهلا بكم في منتداكم التعليمي الترفيهي ***تجدون كل ما يخص التعليم في الجزائر***
 
الرئيسيةالبوابةس .و .جبحـثالأعضاءالمجموعاتالتسجيلدخول
السلام عليكم و رحمة الله و بركاته *** تحية طيبة من إدارة المنتدى لجميع أعضائه و زواره الكرام ***نتمنى الإقامة الطيبة معنا و أهلا بعودة طلابنا بعد طول غياب و إن شاء الله التوفيق في النتائج البكالوريا *** تقبلوا تحيات زاد و سفيان

شاطر | 
 

 علم المعادن

اذهب الى الأسفل 
كاتب الموضوعرسالة
AL7 HaliM
عضو مبتدء
عضو مبتدء


تاريخ التسجيل : 12/09/2009
ذكر عدد المساهمات : 13
السٌّمعَة : 0
نقاط تميز : 37
المهنة أو العمل :
الهواية :

مُساهمةموضوع: علم المعادن   السبت سبتمبر 12, 2009 6:22 pm

بحث عن علم المعادن

المعادن عبارة عن مواد طبيعية غير عضوية لها تركيب كيميائي محدد وشكل بلوري منتظم ..

و يمكننا التعرف على هذه المعادن بواسطة خواصها الطبيعية كاللون و المخدش و الانفصام والصلادة والبريق ومن خلال هذه الهواص نستطيع أن نفؤق بين المعادن المختلفة
فمثلاً معدن الكوارتز عرفناه بلونه الأبيض الحليبي وميزناه بصلابته التي تبلغ 7 درجات على مقياس موهو للصلابة ..
أيضاً معادن الميكا عرفنا منها معدن المسكوفايت بلونه الفاتح ومعدن البيوتيت بلونه الأسود وميزناهم بمستويات الانفصام الموازية للمحور B ..
لاحظ أننا قد نستخدم حواسنا لمعرفة المعادن بصفاتها الطبيعية فنستخدم اللمس لمعرفة الملمس الصابوني لمعدن التلك أو الشم لتمييز رائحة الكبريت المميزة لمعدن الفوسفات أو التذوق لمعرفة معدن الهاليت ..
وبذلك استخدمنا الصفات الطبيعية للمعادن في تعريفها والتفريق فيما بينها ..

إذن فالصفات الطبيعية ناجحة في عمليات تعريف المعادن لكنها غير كافية للتعرف على المعدن بدقة فاللون وحده لا يكفي للتفريق بين المعادن فقد يشترك أكثر من معدن في نفس اللون مثل معدني الكاسيت والكوارتز وحتى في الصلابة فمن الصعب جداً التفريق بين معدني الكوارتز والفلدسبار بواسطة الصلابة لكونهم متقاربين في درجتها ..
لذلك اهتم العلماء بدراسة الخواص البصرية للمعادن لتساعد أكثر في التعرف على المعادن بدقة أكبر ...


بالإضافة إلى ذلك لاحظنا أن المعادن كلها تظهر في أشكال منتظمة ومحددة وقد لاحظ ذلك كل اللذين قاموا بدراسة المعادن من القرن الثامن عشر وحتى الآن واستنتجوا بأنه لا يمكن أن يكون هذا الشكل الخارجي المنتظم للمعادن سوى انعكاس للتركيب الداخلي لهذا المعدن ..

فمثلاً لو كان لدينا معدن على شكل مكعب .. هذا الشكل المنتظم ما هو إلا انعكاس للانتظام في التركيب الداخلي لهذا المعدن وتطلق على هذا الشكل المنتظم اسم البلورة ..

ويمكننا تعريف البلورة بأنها شكل هندسي منتظم محدد بأسطح ملساء ويحتل جزءاً من الفراغ .. والبلورة عبارة عن عدد لانهائي من الذرات المرتبطة مع بعضها البعض وبشكل منتظم وتذكر أنه يمكننا قياس أقطار هذه الذرات بوحدة الأنجستروم حيث أن 1 ملم = 10000000 أنجستروم فلو تخيلنا وجود بلورة من معدن الهاليت NaCl فهذه البلورة تحتوي على عدد لانهائي من ذرات الـ Na و الـ Cl المرتبطة مع بعدها برابطة كيميائية والموزعة بشكل منتظم .. لذلك عندما قلنا أن البلورة تحتوي على أوجه ملساء فلم يكن وجود كلمة ملساء في التعرف مجازاً وإنما لها مدلولها الخاص الذي يدل على أن هذه الذرات مترتبة في صف واحد منتظم ...

ومنذ القرن الثامن عشر حتى عام 1912 م كان الناس يعرفون أن الشكل المنتظم للبلورة ماهو إلا انعكاس لانتظام المكونات الداخلية للبلورة إلا أنهم لم يعرفوا شكل هذا الانتظام حتى أتى عالم ألماني وقدم للعالم أول نموذج للتركيب الداخلي لبلور معدن الهاليت ( ملح الطعام ) وحصل عليها على جائزة نوبل حيث قام بتسليط أشعة اكس على بلورة الهاليت واستقبل الانعكاس على فيلم أبيض وأسود ورسم أول نموذج للتركيب الداخلي لبلورة الهاليت ( ملح الطعام ) ...






ذكرنا فيما سبق أنه لا يمكن أن يكون الشكل المنتظم للبلورة إلا انعكاس لانتظام الترتيب الداخلي لهذه البلورة ..ومعنى ذلك أن ذرات العناصر التي تكون المعدن موزعة في الفراغ الهندسي بشكل منتظم

هذا التوزيع لذرات العناصر في الفراغ الهندسي لا يمكن أن يكون متطابق في جميع المعادن .. بمعنى آخر أن كل معدن في هذا الكون له ترتيب ذري داخلي يميزه عن بقية المعادن لذلك وجب علينا دراسة هذا الترتيب حتى نتمكن من التعرف على المعدن بدقة ..

قبل أن ننطلق لدراسة الترتيب الذري الداخلي للمعادن يجب علينا أن نعرف ما هو المعدن ..

يمكننا تعريف المعدن بأنه مادة طبيعية صلبة غير عضوية ومتجانسة لها تركيب كيميائي معين وترتيب ذري داخلي منتظم ..

لكن مالذي يحكم انتظام ذرات العناصر في الفراغ الهندسي .. ؟

مالذي يحكم انتظام الذرات في الفراغ الهندسي ..؟

لو أعطيتك مجموعة من الكرات وطلبت منك توزيعها في الفراغ الهندسي في بعد واحد وبشكل منتظم .. فسترتبها وبكل تأكيد كما في الشكل التالي






لاحظ أن المسافة بين كل كرة والأخرى متطابقة ولنعطي هذه المسافة القيمة a ، وتذكر بأن الانتظام في الترتيب الداخلي للذرات يعني أن تكون الظروف المحيطة يالذرات المتشابهة متطابقة . لاحظ الشكل التالي






قد يبدو لك هذا الترتيب عشوائياً للوهلة الأولى إلى أنه في الواقع ليس كذلك فلو دققت النظر النقاط الخضراء فستجد أن كل نقطة خضراء تحيط بها أربع نقاط اثنين منهما باللون الأحمر والأخرى باللون الأزرق ( الرسم غير دقيق لكن الهدف منه إعطائك فكرة عن كيفية انتظام هذه النقاط التي تمثل الذرات في الفراغ )

نعود للعوامل التي تحكم انتظام البلورات في الفراغ الهندسي .. والآن سأعطيك مجموع جديدة من الكرات وأطلب منك ترتيبها في الفراغ الهندسي بشكل منتظم وفي بعدين ، بكل تأكيد سترتبها كما في الشكل التالي :






وستخبرني بأن هذا الترتيب منتظم ويحكمه المسافات a و b بكونها متساوية ..إذن ما رأيك لو وزعتها كما في الشكل التالي ..






ليس هذا الترتيب ترتيباً منتظماً ..؟

إذن ما يحكم توزيع الذرات في الفراغ الهندسي في بعدين وبشكل منتظم المسافة a و b والزاوية بينهما ولتكن α ..

ولترتيب الكرات بشكل منتظم في الأبعاد الثلاث فإننا سنرتبها كما في الشكل التالي ..






إذن ينتج من انتظام الكرات في الأبعاد الثلاثة أشكال متعددة الأوجه Polyhedral ويحكم انتظامها المسافة a و b والزاوية بينهما α بالإضافة إلى المسافة الجديدة c والزاوية β بين a و c والزاوية γ بين b و c ...

من ذلك نعلم أن ما يحكم توزيع ذرات العناصر في الفراغ الهندسي بشكل منتظم : أطوال الأبعاد a و b و c والزوايا بينهما α و β و γ ..

ومن خلالها تم تقسيم جميع الأشكال البلورية إلى سبعة أنظمة هي :

1- ثلاثي الميل Triclinic
2- أحادي الميل Monoclinic
3- المعيني القائم Orthorhombic
4- الرباعي Tetragonal
5- الثلاثي Trigonal
6- السداسي Hexagonal
7- المكعب Cubic ...

من أبسط أنواع الانتظام أن تكون أطوال a و b و c متساوية والزوايا بينهم قائمة كما في الشكل التالي ...






لاحظ كيف انتظمت الذرات في الفراغ الهندسي لتعطينا بلورة على شكل مكعب ..

هذا الشكل الكبير يوجد بداخله أشكال أصغر منه تشبهه وتمثله تسمى الوحدة الخلية Unit cell تجمع هذه الوحدات الصغيرة يعطي البلورة الكبيرة ..

إذن كل بلورة معدن مكونة عدد كبير من وحدات الخلية المتشابهة التي تتجمع مع بعضها لتعطي الشكل البلوري .

ويمكننا تعريف الوحدة الخلية Unit cell بأنها شكل هندسي متعدد الأوجه وله عدة أركان ، يحتل كل ركن ذرة عنصر أو أيون أو كاتيون تعدد هذه الوحدة الخلية وتجمعها مع بعضها هو الذي يعطي الشكل الخارجي للمعدن ..

أبسط أشكال الخلية الوحدة هي تلك الخلية التي تشكل البلورة الموضحة في الأعلى حيث أنها تتكون من ثمانية أركان يحتل كل ركن منها ذرة عنصر وتسمى Primitive ويرمز لها بالرمز p وتظهر كما في الشكل التالي :






وهناك شكل آخر يعتبر من أبسط الأشكال أيضاً ويشبه الـ Primitive إلا أن زواياه غير قائمة ويسمى Rhombohedral ويظهر كما في الشكل التالي :






مما سبق عرفنا أن الوحدة الخلية Unit cell عبارة عن شكل هندسي متعدد الأوجه وعلى قمته ثماني ذرات ، إذا كانت أبعاده متساوية وزواياه قائمة يسمى Primitive وإذا كانت الزوايا متساوية ولكن لا تساوي 90 يسمى Rhombohedral .

جميعنا يعلم أن البلورة لها ثلاثة محاور بلورية هي a و b و c وتظهر كما في الشكل التالي ..






ويسمى الوجه المقابل للمحور a بالوجه a أو a face والوجه المقابل للمحور b بالوجه b أو b face والوجه المقابل للمحور c بالوجه c أو c face

نعود لموضوعنا ...

ماذا لو كان عدد الذرات في الخلية الوحدة الـPrimitive أكثر من ثمانية ذرات ..؟

في هذه الحالة نطلق عليها اسم Non-primitive ولها عدة حالات هي كالتالي ..

1- خلية وحدة لا أولية ممركزة على الوجه a وفيها يصل عدد الذرات إلى عشرة ذرات تتوزع ثمانية منها على الأركان كالـ Primitive أما الذرتين الباقيتين فتتوزع في مركز الوجه a كما في الشكل التالي ..






2- خلية وحدة لا أولية ممركزة على الوجه b وهي مثل الخلية السابقة وإنما تكون الذرتين الإضافيتين في وسط الوجه b
3- خلية وحدة لا أولية ممركزة على الوجه c وفيها تكون الذرات الإضافية في وسط الوجه c
4- خلية وحدة لا أولية تتوزع فيها 14 ذرة 8 منها على الأركان و6 في أوساط الأوجه ويرمز لهذه الخلية بالرمز f .
5- خلية وحدة ممركزة على الجسم وفيها 9 ذرات 8 منها على الأركان والتاسعة عند تقاطع المحاور البلورية ويرمز لهذه الوحدة الخلية بالرمز I ..

ومن خلال هذه الذرات ( التي يمثل الخط الواصل بين بعضها محاور للتناظر ) تم تقسيم الأنظمة البلورة إلى اثنين وثلاثين شكلاً بلورياً .

عرفنا مما سبق بأن المعدن هو عبارة عن مادة صلبة متجانسة طبيعية غير عضوية لها تركيب كيميائي معين وتركيب ذري داخلي محدد ..

وعرفنا أن البلورة عبارة عن جسم صلب يتميز بتركيب كيميائي معين وترتيب ذري داخلي محدد ويتحدد شكل البلورة في الفراغ بأوجه بلورة يتحدد عددها بحسب ظروف تكونها ..

وتحدثنا أيضاً وأنه بعد اكتشاف الأشعة السينية فقد استخدمت في دراسة البناء البلوري الداخلي للمعادن لاكتشاف مواقع الذرات وأحجامها ونوعية الروابط الكيميائية فيما بينها وتأكد العلماء من خلالها أن المعادن تتميز بترتيب ذري داخلي منتظم وأن هذه المعادن تتكون من لبنات متشابهة تتكرر في الفراغ الهندسي لتعطينا الشكل الخارجي لبلورة المعدن وأُطلق على هذه اللبنات اسم الخلية الوحدة Unit cell ..

وذكرنا أن الخلية الوحدة عبارة عن شكل هندسي متعدد الأوجه Polyhedral له ثمانية أركان- يحتلها ذرة عنصر أو أيون أو كاتيون - أبعاده متساوية والزوايا في بينها قائمة ، هذا في حالة الـ Primitive أما في حالة الـ Non-primitive فتتمركز ذرات إضافية على أوجه أو في وسط البلورة ..

عند دراستنا للبناء البلوري الداخلي يهمنا جداً معرفة نوعية الرابطة التي تربط بين الذرات ومدى قوة الرابطة ..

فالرابطتين الأيونية والتساهمية تعتبر من أقوى الروابط الكيميائية تليها الرابطة الهيدروجينية ثم رابطة فاندرفالز التي تظهر عندها مناطق الضعف و الانفصام Cleavage وهناك بعض القوانين التي تحكم ارتباط الذرات والأيونات مع بعضها ..

فالأيونات السالبة تنجذب نحو الأيونات الموجبة والأيونات الموجبة تنجذب نحو الأيونات السالبة بمعنى آخر أن الأيونات المختلفة الشحنة تتجاذب مع بعضها والأيونات المتشابهة تتنافر ..

تذكر أن الأيونات إما أن تكتسب أو تفقد إلكتروناتها .. ففي حالة الفقد تصبح موجبة الشحنة ويصغر حجمها وتسمى كاتيون وفي حالة الكسب تصبح سالبة الشحنة ويزيد حجمها وتسمى آنيون والفرق الجوهري بين هذه الأيونات يعتمد على كمية الشحنة على النواة ويتحدد مقدار هذه الشحنة بعدد الالكترونات التي تفقد أو تكتسب ..

بالنسبة للروابط يمكن تقدير طول الرابطة بالمسافة بين مركزي نواتي الذرتين فإذا كانت الذرتين متساويتين في الحجم يكون طول الرابطة ضعف طول نصف قطر الذرة ..


وتحدد أنصاف أقطار الأيونات بوحدة الأنجستروم ..
ترتب الأيونات أو الذرات في البناء البلوري لا يعتمد على شحنة الأيون ونوعية الرابطة فقط وإنما يعتمد أيضاً على حجم الأيون ..

وفي أي جزيء أو بناء بلوري فإن أي ذرة أي أيون تكون محاطة بأيونات أو ذرات أخرى مخالفة لها في الشحنة لذلك فإن عدد الذرات أو الأيونات المحيطة بالذرة المركزية يسمى عدد التناسق Coordination Number ..

إذن عندما ترتبط ذرات العناصر مع بعضها بقوى اكتروستاتيكية فإن أي أيون مركزي يحاول أن يجمع حوله أكبر عدد من الأيونات أو الذرات المخالفة له في الشحنة ، هذا العدد من الأيونات المنجذبة إلى الذرة المركزية يسمى عدد التناسق ..

ويعتمد عدد التناسق على كمية الشحنة ونصف قطر الأيون ..

* أنواع التناسق :

1- غير مستقر Unstable
ويحدث إذا كانت الذرة المركزية أصغر من الذرات المحيطة به وتتلامس معه مباشرة لكن الذرات المحيطة لا تتلامس مع بعضها ويحتاج إلى طاقة أقل للتفكك ..

2- most stable أكثر استقراراً
وفيه يتلامس الأيون المركزي مع الأيونات المحيطة به والأيونات المحيطة تتلامس مع بعضها ويحتاج إلى طاقة كبيرة جداً حتى يتفكك

3- stable مستقر
وفيه تتلامس الأيونات المحيطة مع بعضها ولا تتلامس مع الأيون المركزي ..

* كيفية تمثيل عدد التناسق ..

أولاً تذكر أن كمية الشحنة التي تشارك بها الذرة المركزية تساوي كمية الشحنة التي تشارك بها الذرات المحيطة ..

فمثلا لو كانت شحنة الذرة المركزية +2 ومحاطة بأربعة أيونات شحنة كل منها -1 فعندها تتوزع شحنة الذرة المركزية بالتساوي على الأيونات الأربعة ليحصل كل أيون على نصف شحنة وفي نفس الوقت يشارك الأيون المحيط بنصف شحنته ليبقى النصف الآخر نشطاً قابلاً للارتباط بأيونات أخرى ..

لذلك ومع هذا التساوي في الشحنات تكون المسافات بين الذرة المركزية والأيونات المحيطة متساوية وبالتالي فإن ارتباط هذه الأيونات مع بعضها يعطي أشكالاً هندسية منتظمة

فعندما يكون عدد التناسق 4 ( الذرة المركزية محاطة بأربعة أيونات ) فيمكن تمثيل ذلك بواسطة الشكل الهندسي ثلاثي الأوجه Tetrahedron كما في الشكل التالي





وعندما يكون عدد التناسق 6 فيمكن تمثيله بثماني الأوجه Octahedron

وعندما يكون عدد التناسق 8 فيمكن تمثيله بالشكل المكعب كما في الشكل التالي






أما أعداد التناسق التي لايمكن تمثيلها بشكل هندسي فتسمى بأرقامها مثل التناسق الثلاثي والعشري ..

وتتدخل في كثير من الأحيان الرابطة الكيميائية في تغيير نصف قطر الأيون وبالتالي تغير عدد التناسق .. فمثلاً أيون الأكسجين يعطي عدد تناسق ثنائي عندما يكون نصف قطره 1.35 انجستروم ويعطي تناسق مكعب عندما يكون نصف قطره 1.42 أنجستروم

قواعد باولينج Pauling rules *

تظهر المواد الجامدة المرتبطة أيونياً وخاصة البنيات البسيطة منها بعض الخصائص التي لخصها باولينج Pauling في النقاط التالية والمعروفة بقواعد باولينج Pauling rules

1- تنتظم الأيونات في التناسق المتعدد الأوجه حول كل كاتيون بحيث تكون المسافة بين مركز كل من الكاتيون والآنيون ( طول الرابطة الكيميائية ) مساوية لمجموع أنصاف أقطارهما ويمكن تعيين عدد التناسق للكاتيون عن طريق نسب أنصاف الأقطار ..

كيف يمكن تعيين عدد التناسق للكاتيون عن طريق نسب أنصاف الأقطار ..؟

يعتمد عدد الأنيونات حول أي كاتيون على النسبة بين نصف قطر الكاتيون إلى نصف قطر الآنيون فحول الكاتيونات الكبيرة الحجم يزداد عدد الآنيونات ويقل هذا العدد حول الكاتيونات ذات الأحجام الصغيرة وتميل الأنيونات إلى الارتباط ببعضها بشكل ملتصق ما أمكن ذلك ..
ويعرض الجدول التالي ( عن : ماسون Mason 1966 ) أعداد التناسق المقترحة والتنظيم المستقر للأنيونات حول كل كاتيون وذلك تبعاً لقيمة النسبة بين نصفي القطرين






ولقد بينت الدراسات وجود توفق جيد بين أعداد التناسق المتوقعة ( المحسوبة ) والملاحظة للكاتيونات الأكثر انتشاراً في معادن الصخور المختلفة كما في الجدول التالي ...






تعطي بعض العناصر قيماً لنسبة نصف القطر تؤهلها لوجود تناسقين بدلاً من تناسق واحد فقط ..

فمثلاً عنصر الألمنيوم الذي يعطي قيمة نسبة نصف القطر بينه وبين الأكسجين 0.38 كما هو موضح بالجدول في الأعلى وهذه القيمة تقترب من نسبة نصف القطر 0.41 المميزة للتناسقين السداسي والرباعي ، وفعلا نجد الألمنيوم موجود في الطبيعة في هذين التناسقين وذلك تبعاً لدرجات الحرارة السائدة أثناء دخوله في المركبات المختلفة . فيوجد الألمنيوم في التناسق الرباعي وذلك بالإحلال محل السيلكون في معادن الفلسبارات ، أما في المعادن المتكونة عند درجات الحرارة المنخفضة فيوج الألمنيوم في التناسق السداسي كم في معدن الجبسيت Al(OH)3 ..

وللضغط تأثير كبير على أعداد التناسق أمكن ملاحظته في معادن أكسيد السيلكون SiO2 المتعددة الشكل حيث يوجد السيلكون في معدن الإستيشوفيت الذي يتكون في ظروف الضغوط العالية في تناسق أعلى من التناسق الرباعي المعروف للسيلكون في المعادن السيلكاتية الأخرى مثل الكوارتز

مازلنا نتحدث عن القاعدة الأولى من قواعد باولينج

في الجدول المدرج في الرد السابق لاحظنا أن علاقة نصف القطر أو نسبة نصف القطر دائماً ماتكون قيمتها أقل من الواحد الصحيح .. وهذا يدل على أن نصف قطر الكاتيون أصغر من نصف قطر الآنيون ..

لكن في حالة كانت أنصاف الأقطار متساوية فتكون قيمة نسبة نصف القطر مساوية للواحد الصحيح وتكون عادة في المعادن الغير سليكاتية ويكون عدد التناسق لها 12 ..

تلاقي الذرات المتساوية في الحجم يعطي فراغات فيما بينها على شكل مثلثات تسمى B-Void أو C-Voide كما في الشكل التالي






وإذا جاءت طبقة أخرى من الذرات المتساوية في نصف القطر فإنها ستترتب في الفراغات B أو C فإذا سقطت في الفراغ B ثم تلتها طبقة أخرى من الذرات موازية للطبقة الأولى ولتكن A فيكون الترتيب A,B,A و يسمى في هذه الحالة hexagonal closest packing أما لو سقطت الطبقة الثالثة في الفراغ C فيكون الترتيب A , B , C ويسمى في هذه الحالة Cubic closest packing وتظهر كما في الشكل التالي






مازلنا نتحدث عن القوانين والقواعد التي تحكم انتظام وترابط الأيونات في الفراغ الهندسي ..

في الرد السابق تحدثنا عن علاقة نصف القطر وعرفنا أنه وعندما تكون علاقة نصف القطر تساوي واحد فإن التناسق سيكون اثنا عشري ويندر وجود هذا التناسق إلا في الفلزات الطليقة والسبائك ..

لاحظ أن قيمة نسبة نصف القطر متناقصة فهي تبدأ من 1 بعدد تناسق اثنا عشري وتبدأ في التناقص لأقل من الواحد لينقص معها عدد التناسق ..

لاحظ أيضاً أنه كلما صغر حجم الأيون المركزي ( نصف قطره ) فبالتالي سيقل عدد التناسق حيث تقل عدد الأيونات المحيطة بالأيون المركزي ..

وتكون الأيونات المحيطة مستقرة عندما يكون الأيون المركزي صغير لدرجة أن الأيونات المحيطة تتلامس معه بالإضافة إلى أنها تتلامس مع بعضها ، وتتحقق هذه الحالة عندما يحيط بالأيون المركزي 8 أيونات وهي التناسق الأكثر استقراراً بعد التناسق الإثنى عشري ويكون عندها نسبة نصف القطر تساوي 0.732 ..

وهذا يعني أنه توجد تناسقات عشرية وأحد عشرية إلى أنها غير مستقرة أي أنها غير محققة لشروط الاستقرار ..

وشرط الاستقرار كما ذكرنا سابقاً أن يكون الأيون المركزي صغير لدرجة أنه يتلامس مع الأيونات المحيطة به وتتلامس هذه الأيونات مع بعضها البعض ..

وإذا كان التناسق Octahedron أي عدد التناسق 6 ففي هذه الحالة تكون نسبة نصف القطر 0.414 وإذا كان عدد التناسق أربعة فإن نسبة نصف القطر تساوي 0.224 من ذلك نلاحظ أن عدد التناسق يتناقص بتناقص نسبة نصف القطر وقد لاحظنا ذلك في الجدول السابق الذي يعرض نسبة نصف القطر لبعض الكاتيونات مع الأكسجين ...

وتتأثر أعداد التناسق بقوة الشحنة الكهربية وخصائص الأيون المركزي وهناك بعض الكاتيونات التي يختلف حجمها ومع اختلاف حجمها تتغير نسبة نصف القطر وبالتالي تتغير أعداد التناسق كما ذكرنا سابقاً ويرجع سبب تغير حجم الكاتيونات إلى القوة المحيطة بها ونوعية الروابط الكيميائية ..

تابع قواعد باولينج Pauling rules :

2- يساوي تكافؤ أي أنيون في البنيات الأيونية الثابتة بالضبط أو تقريباً مجموع الروابط الالكتروستاتيكية المؤثرة عليه من الكاتيونات المجاورة ( طبعاً مع اختلاف الشحنة ) وتضع هذه القاعدة في الاعتبار أن البلورات يجب أن تكون متعادلة الكتروستاتياً وقد سبق أن تحدثنا عن هذا سابقاً وذكرنا مثالاً فقلنا لو كانت شحنة الذرة المركزية +2 ومحاطة بأربعة أيونات شحنة كل منها -1 فعندها تتوزع شحنة الذرة المركزية بالتساوي على الأيونات الأربعة ليحصل كل أيون على نصف شحنة وفي نفس الوقت يشارك الأيون المحيط بنصف شحنته ليبقى النصف الآخر نشطاً قابلاً للارتباط بأيونات أخرى ..
..

3- يقلل وجود حواف مشتركة أو على وجه الخصوص أوجه مشتركة في البنيات المتناسقة من استقراريتها ويكون هذا التأثير كبيراً بالنسبة للكاتيونات ذات التكافؤات العالية والأعداد التناسقية المنخفضة ويعود سبب ذلك إلى ميول الكاتيونات إلى الابتعاد عن بعضها ما أمكن ذلك ( الشحنات المتشابهة تتنافر ) وعندما يحدث اشتراك في الحواف أو الأوجه فإن الكاتيونات تصبح بذلك متلاصقة تقريباً مما يؤدي إلى حدوث التنافر فيما بينهم وبالتي تتعرض البنيات البلورية للتشوه وتقل إضافة إلى ذلك استقراريتها ..

4- في الأشكال المتعددة الأوجه التي تحتوي بلوراتها على كاتيونات متنوعة لا تميل الأجزاء التي تحتوي على الكاتيونات عالية التكافؤ إلى اقتسام الأركان أو الحواف أو الأوجه وهذا يعكس التنافر المتبادل بينهم ليعطي بنيات أكثر استقراراً ..

5- يميل عدد المكونات في البنية البلورية إلى أن يكون أقل ما يمكن وتعني هذه القاعدة أن التنظيم البلوري لأي آنيون أو أي كاتيون يميل لأن يكون متجانساً في جميع أجزاء البلورة أي أن كل عنصر يميل إلى نوع واحد من التناسق غير أن هذه القاعدة لا تنطبق على العديد من المعادن حيث نجد أيونات الأكسجين أكثر الأيونات انتشاراً في المواد الجيولوجية حيث أنها توجد في بيئات بنائية مختلفة ..

علاقة التركيب الكيميائي بالشكل الخارجي للمعدن

يوجد في الطبيعة مجموعة كبيرة من المعادن التي تتشابه في شكلها البلوري وبناءها الداخلي إلى أنها تختلف في تركيبها الكيميائي وتسمى هذه الظاهرة ( التشابه في الشكل الخارجي والاختلاف في التركيب الكيميائي بـ Isomorphism

عكسها على النقيض

الـ Polymorphism

وهي التشابه في التركيب الكيميائي والاختلاف في الشكل الخارجي فمثلاً معادن الفلسبار البوتاسي ( الساندين ، الميكروكلين ، الأورثوكليز ) تركيبها الكيميائي KAlSi3O8 ولكنها تختلف عن بعضها في الشكل الخارجي ..

إذن مما سبق نعلم أنه يمكن لذرات عناصر مختلفة أن تترتب في نفس النظام البلوري ويمكن أيضاً أن توجد ذرات عناصر متشابهة إلا أنها تترتب في أنظمة مختلفة ويعتمد ذلك على ظروف تكونها وسنتحدث عن ذلك بالتفصيل لاحقاً ..

وهذا يعني أن الذرات على الرغم من اختلافها إلا أنها قد تتشابه في أحجامها ومواقعها داخل البناء البلوري وبالتالي يصبح بالإمكان أن تحل محل بعضها ويسمى المكان الذي تحل فيه الذرة بمكان التسكين Ionic site ويمكن تعريفه بأنه المكان الذي يمكن أن يشغله أيون معين في مركب كيميائي معين ذو بناء بلوري محدد ..

مثلاً الألمنيوم في KAlSi3O8 يختلف عن الألمنيوم الموجود في CaAl2Si2O8 وذلك طبقاً لملائمة شحنته ونصف قطره لأن يتواجد في هذا المكان ..

تذكر أن كل مكان تسكين له حجمه وشحنته ولذلك يجب أن يتوائم الأيون المراد تسكينه مع حجم مكان التسكين وشحنته بحيث يكون حجم الأيون في نفس حجم مكان التسكين ويختلف عنه في الشحنة ..

ومما سبق نعلم أن التركيب الكيميائي لا يكفي لتحديد ماهية المعدن إذ لابد من معرفة الشكل الخارجي لتحديد المعدن بدقة ..

سننتقل الآن للحديث عن مبادئ تصنيف المعادن ..

نظرياً يوجد لدينا حوالي 3000 معدن والمعروف منها والمتأكد من وجوده حوالي 200 معدن ، وتنقسم هذه المعادن المتأكد من وجودها إلى قسمين هما
1- معادن واسعة الانتشار .
2- معادن قليلة الانتشار .

أيضاً في الـ 200 معدن وجد أن بعض المعادن تتشابه ولها أصول مختلفة فمثلاً قد نجد معدن ما له أصل بركان يتشابه مع معدن آخر له أصل رسوبي لاحظ أن لها أصول مختلفة إلا أنها تتشابه في الصفات ، وأحياناً أخرى نجد معادن ذو أصول مشتركة إلا أنها تختلف عن بعضها في الصفات ..

هذا الاختلاف دعى العلماء إلى دراسة الصفات المشتركة وترتيبها حسب أهميتها ومن ثم استخدام هذا الترتيب في بناء نمط تقسيمي للمعادن فقسمت بناءً على شكلها الخارجي ثم قسمت بناء على الصفات الطبيعية وأخيراً قسمت حسب تواجدها وأصولها المشتركة ..

وفي منتصف القرن التاسع عشر الميلادي ظهر لنا التركيب الكيميائي كنمط للتقسيم والذي أصبح أكثر استعمالاً من جميع الأنماط السابقة و بها قسمت المعادن حسب تركيبها الكيميائي Chemical classification الذي يعطي مدلولاً على أصول هذه المعادن وتواجدها في الطبيعة وعلى هذا النمط قسمت المعادن اعتماداً على المجموعة الأنيونية السائدة فنحن نعلم أن كل معدن مكون من شقين ( آنيون ، كاتيون ) فقسمت جميع المعادن على حسب شقها الآنيوني فمثلاً المعادن التي يكون شقها الأيوني هو الأكسجين جمعت في رتبة واحدة وسميت رتبة الأكاسيد Oxides Class والمعادن التي شقها الآنيوني CO3 جمعت في رتبة واحدة وسميت رتبة الكربونات Carbonate Class وهكذا وبذلك قسمت المعادن إلى رتب Classes اعتماداً على الآنيون أو المجموعة الأنيونية السائدة وتقسم هذه الرتب إلى تحت رتب Subclass بناءً على البناء البلوري للمعدن ..

وظل هذا التقسيم هو التقسيم السائد حتى يومنا هذا وذلك لأن :
1- جميع المعادن التي تشترك في نفس الآنيون لها صفات عامة مشتركة ( عائلية ) وهذه الصفات أكثر وضوحاً من الصفات التي تظهر في المعادن المشتركة في الكاتيونات .
2- المعادن ذات الآنيون المشترك تتواجد عادة في بيئة جيولوجية متشابهة .
3- أن هذا النمط من التقسيم يتوافق مع التقسيم الكيميائي العلمي لتسمية وتصنيع المركبات الكيميائي الغير عضوية .

وبعد أن ظهرت تقنية دراسة المعادن بواسطة المجهر الالكتروني أضيف إلى التقسيم عامل آخر وهو البناء البلوري بالإضافة إلى التركيب الكيميائي وسمي هذا التقسيم Crystal Chemical Classification وهي الأساس في علم كيمياء البلورة Crystal Chemistry وهو العلم الذي يبحث في التركيب الكيميائي والصفات الطبيعية للمعدن مع البناء الداخلي و بها قسمت الرتب إلى تحت رتب ...
وقد قسمت المعادن إلى مجموعة من الرتب منها :

1- Elements Class
2- Sulfides Class
3- Halides Class
4- Oxides Class
5- Carbonates Class
6- Sulfates Class
7- Phosphates Class
8- Silicates Class
9- The Organics Class

وقد أفردت رتبة السيليكات Silicates Class لوحدها في بعض التقسيمات لكونها الوحيدة التي تحتوي على السيلكون في تركيبها الكيميائي لذلك في الدراسات العامة تقسم المعادن إلى مجموعتين :
1- معادن سيليكاتية
2- معادن غير سليكاتية

أيضاً من الدوافع التي أدت إلى دراسة معادن السيليكات بتفصيل أكبر انتشارها الواسع في الصخور حيث أنها تمثل 25% من المعادن المعروفة و40% من المعادن الأكثر انتشاراً و90% من المعادن المكونة لصخور القشرة الأرضية ..

وكما ذكرنا سابقاً ما يميز هذه المجموعة هو وجود عنصر السليكون فيها المرتبط مع الأكسجين .. ولاحظ أن نصف قطر أيون السيلكون يساوي 0.42 أنجستروم ونصف قطر الأكسجين 1.4 أنجستروم وبذلك تكون علاقة نصف القطر 0.3 والبناء البلوري SiO4 ويظهر كما في الشكل التالي ..






كيميائيا فإن تكافؤ السيلكون يساوي +4 أما الأكسجين فيساوي -2 وبذلك وحسب قواعد باولينج Pauling rules فإن كل شحنة موجبة في السليكون ترتبط بأخرى سالبة في الأكسجين وبالتالي تظل الـ SiO4 نشطة لوجود الشحنات السالبة الحرة من شحنات الأكسجين قابلة للارتباط بأيون موجب آخر وهذا ما أعطانا التعددية في تحت الرتب Subclass بالنسبة لرتبة السيلكون ..

إذن المدخل لتقسيم رتبة السليكات إلى تحت رتب هو الشحنات السالبة الموجودة على أطراف وحدة رباعي الأوجه السليكاتي وبالتالي طريقة ارتباط هذه الوحدات مع بعضها
الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل
معاينة صفحة البيانات الشخصي للعضو
 
علم المعادن
الرجوع الى أعلى الصفحة 
صفحة 1 من اصل 1

صلاحيات هذا المنتدى:لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى
*•.¸(*•.¸♥ التعليم في الجزائر 2015 ♥¸.•*´)¸.•*´ :: قسم البكالوريا والتوجيهات :: طلبات البحوث-
انتقل الى: