Genel Gener Mineraloji Cumhuriyet Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü Cumhuriyet Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü Mineraloji Mineraloji- -Petrografi Anabilim Dalı Petrografi Anabilim Dalı JEO 2001 GENEL MİNERALOJİ (202) JEO 2001 GENEL MİNERALOJİ (202) Ders Notları Ders Notları Prof.Dr.Hüseyin YALÇIN Prof.Dr.Hüseyin YALÇINGİRİŞ GİRİŞ Mineraloji Mineraloji sözcüğü sözcüğü mineralis mineralis veya veya mineral mineral (Latince (Latince yerkabuğundan yerkabuğundan çıkarılan çıkarılan madde) madde) ve ve logos logos (eski (eski Yunanca Yunanca bilim) bilim) sözcüklerinden sözcüklerinden türetilmiştir türetilmiştir. . Mineraloji, Mineraloji, minerallerin minerallerin geometrik geometrik şekillerini, şekillerini, iç iç yapılarını, yapılarını, fiziksel fiziksel- -kimyasal kimyasal özelliklerini özelliklerini ve ve bunlar bunlar arasındaki arasındaki ilişkileri ilişkileri ve ve yasaları, yasaları, ayrıca ayrıca endüstriyel endüstriyel kullanımlarını kullanımlarını ve ve uygulamalarını uygulamalarını inceleyen inceleyen bir bir bilim bilim dalıdır dalıdır. . Mineraloji Mineraloji üç üç bölüme, bölüme, bu bu bölüm bölüm de de alt alt bölümlere bölümlere ayrılmaktadır ayrılmaktadır: : 1 1. .Kristalbilim Kristalbilim a a. .Kristalgeometri Kristalgeometri (Kristalografi) (Kristalografi) b b. .Kristalkimya Kristalkimya (Katı (Katı Kimyası) Kimyası) c c. .Kristalfizik Kristalfizik (Katı (Katı Fiziği) Fiziği) 2 2. .Mineralbilim Mineralbilim a a. .Jeokimya Jeokimya b b. .Özel Özel Mineraloji Mineraloji (Sistematik (Sistematik Mineraloji) Mineraloji) c c. .Uygulamalı Uygulamalı Mineraloji Mineraloji 3 3. .Kayaçbilim Kayaçbilim a a. .Petrografi Petrografi b b. .Petroloji Petroloji Mineraloji Mineraloji; ; jeoloji, jeoloji, matematik, matematik, kimya kimya ve ve fizik fizik ile ile doğrudan, doğrudan, coğrafya, coğrafya, biyoloji, biyoloji, fizikokimya, fizikokimya, metalurji, metalurji, ziraat, ziraat, topografya, topografya, teknoloji, teknoloji, jeofizik, jeofizik, astrofizik, astrofizik, inşaat, inşaat, zeminbilimi, zeminbilimi, tıp tıp ve ve eczacılık eczacılık ile ile yakından yakından ilişkilidir ilişkilidir. .KRİSTALGEOMETRİ KRİSTALGEOMETRİ 1. MİNERAL, KRİSTAL VE AMORF 1. MİNERAL, KRİSTAL VE AMORF > > Doğal Doğal olarak olarak oluşan, oluşan, katı, katı, homojen, homojen, genellikle genellikle inorganik, inorganik, oldukça oldukça düzenli düzenli atom atom dizilimine dizilimine ve ve belirli belirli bir bir kimyasal kimyasal bileşime bileşime sahip sahip olan olan maddelere maddelere mineral mineral denir denir. . > > Homojen Homojen nitelikteki nitelikteki katı katı maddeler maddeler amorf amorf ve ve kristalin kristalin olmak olmak üzere üzere iki iki gruba gruba ayrılırlar ayrılırlar. . > > Doğal Doğal olarak olarak oluşmuş oluşmuş amorf amorf katılara katılara dar dar anlamda anlamda mineraloyid mineraloyid adı adı verilmektedir verilmektedir. . > > Amorf Amorf (camsı) (camsı) veya veya izotrop izotrop maddelerde maddelerde gaz gaz ve ve sıvılarda sıvılarda olduğu olduğu gibi, gibi, kimyasal kimyasal yapıtaşlarının yapıtaşlarının (atom, (atom, iyon iyon ve ve molekül) molekül) dizilişinde dizilişinde bir bir düzensizlik düzensizlik bulunmaktadır bulunmaktadır. . > > İkinci İkinci grubu grubu oluşturan oluşturan kristalin kristalin veya veya anizotrop anizotrop maddeler maddeler, , amorf amorf maddelerden maddelerden farklı farklı olarak olarak fiziksel fiziksel ve ve kimyasal kimyasal özellikleri özellikleri bakımından bakımından yönlere yönlere göre göre bağımlılık bağımlılık gösterirler gösterirler. . Kristaller Kristaller, , yapıtaşları yapıtaşları üç üç boyutlu boyutlu düzenli düzenli bir bir geometrik geometrik dizilim dizilim gösteren gösteren homojen homojen bileşimdeki bileşimdeki katı katı maddelerdir maddelerdir. .1.1. Kristallerde Kafes Yapısı 1.1. Kristallerde Kafes Yapısı > > Kristallerdeki kimyasal unsurların düzenli sıralanışı üç boyutlu Kristallerdeki kimyasal unsurların düzenli sıralanışı üç boyutlu hacim hacim kafes (nokta kafes) kafes (nokta kafes) ilkesine uymaktadır. Eşdeğer yapıtaşlarının veya ilkesine uymaktadır. Eşdeğer yapıtaşlarının veya noktaların bir yönde eşit aralıklarla dizilmesi sonucu bir noktaların bir yönde eşit aralıklarla dizilmesi sonucu bir noktalar dizisi noktalar dizisi meydana gelir (Şekil 1). meydana gelir (Şekil 1). > > Eşdeğer noktaların iki boyutta periyodik olarak sonsuza kadar Eşdeğer noktaların iki boyutta periyodik olarak sonsuza kadar tekrarlanması ile tekrarlanması ile yüzeysel ağ yüzeysel ağ oluşur. Yüzeysel ağın en küçük birimine oluşur. Yüzeysel ağın en küçük birimine birim ağ birim ağ denir. Bunlar büyüklük ve şekillerine göre iki yönde sonsuza denir. Bunlar büyüklük ve şekillerine göre iki yönde sonsuza kadar paralel kayma (translasyon) ile yüzeysel kafesi oluşturur (Şekil 2). kadar paralel kayma (translasyon) ile yüzeysel kafesi oluşturur (Şekil 2).> > Yüzeysel Yüzeysel ağlardaki ağlardaki eşdeğer eşdeğer noktalar noktalar bir bir üçüncü üçüncü yönde yönde de de periyodik periyodik olarak olarak tekrarlanırsa, tekrarlanırsa, üç üç boyutlu boyutlu bir bir kafes kafes olan olan hacimsel hacimsel kafes kafes elde elde edilmiş edilmiş olur olur. . Hacimsel Hacimsel kafesin kafesin en en küçük küçük birimine birimine birim birim hücre hücre denir denir. . 1.2. Kristallerde Anizotropi > Katı, ısı iletkenliği, optik, renk ve morfolojik anizotropidir. > Ayrıca, darbe figürleri, kimyasal reaktiflerle çözünme ve aşınma, manyetik anizotropisiKatı Anizotropi Katı Anizotropi > > Sağlamlık Anizotropisi Sağlamlık Anizotropisi > Büyük bir kayatuzu, galenit veya kalsit kristali çekiçle parçalanacak olursa, meydana gelen parçaların gelişigüzel olmadığı, düzgün yüzeylerden oluştuğu görülür (Şekil 5). > Sertlik Anizotropisi > Kristallerde rastlanan katı anizotropi kendini sertlikle de gösterir. Örneğin disten kristali c- ekseni yönünde çakı ile çizilebilmesine rağmen, buna dik yönde çakı ile çizilemez. Çünkü bu mineralin uzun ekseni yönünde sertliği 4-4.5, diğer yönde ise 6-7 arasındadır (Şekil 6).> > Isı İletkenliği Anizotropisi Isı İletkenliği Anizotropisi > > Bu anizotropi türünün de kristallerin ısı iletme yetenekleri Bu anizotropi türünün de kristallerin ısı iletme yetenekleri yönlere bağlı olarak değişmektedir. yönlere bağlı olarak değişmektedir. > > Optik Optik Anizotropi Anizotropi > > Birçok Birçok kristal kristal optik optik özellikleri özellikleri bakımından bakımından da da anizotropi anizotropi gösterirler gösterirler. . Örneğin Örneğin kalsit kalsit kristaline kristaline giren giren bir bir ışık ışık çift çift kırılma kırılma sonucu sonucu iki iki ışın ışın unsuruna unsuruna ayrılır ayrılır (Şekil (Şekil 8 8a) a). . Bunların Bunların yayılma yayılma yüzeyleri yüzeyleri birbirine birbirine dik dik olup, olup, yayılma yayılma hızları hızları birbirinden birbirinden oldukça oldukça farklıdır farklıdır (ne= (ne=1 1. .485 485, , no= no=1 1. .6584 6584) ). . > > Şeffaf Şeffaf bir bir kalsit kalsit kristalinin kristalinin romboeder romboeder dilinim dilinim yüzeyine yüzeyine dik dik yönde yönde bakılacak bakılacak olursa, olursa, kristalin kristalin altındaki altındaki bir bir obje obje çift çift görünür görünür (Şekil (Şekil 8 8b) b). .> > Renk Anizotropisi Renk Anizotropisi > > Bu aniztropi türüne göre Bu aniztropi türüne göre kristaller, farklı yönlerde farklı kristaller, farklı yönlerde farklı renklerde görünürler. Şekil 9 da renklerde görünürler. Şekil 9 da görüldüğü gibi, kordiyerit kristali görüldüğü gibi, kordiyerit kristali muhtelif yönlerde muhtelif muhtelif yönlerde muhtelif renklerde görünür. Örneğin renklerde görünür. Örneğin kristale yukarıdan (c kristale yukarıdan (c- -ekseni) ekseni) bakıldığında açık sarı, önden (a bakıldığında açık sarı, önden (a- - ekseni) bakıldığında gri mavi, ekseni) bakıldığında gri mavi, yandan (b yandan (b- -ekseni) bakıldığında ekseni) bakıldığında ise mavi renklerde görünür. Bu ise mavi renklerde görünür. Bu olay kordiyerit kristalinin ışığı olay kordiyerit kristalinin ışığı farklı yönlerde farklı miktarlarda farklı yönlerde farklı miktarlarda absorbe etmesinden ileri absorbe etmesinden ileri gelmektedir. gelmektedir.> > Morfolojik Anizotropi Morfolojik Anizotropi > > Kristaller yeterli hacim buldukları veya ortamda Kristaller yeterli hacim buldukları veya ortamda herhangi bir engel olmadığı takdirde düzgün herhangi bir engel olmadığı takdirde düzgün yüzeyler ve doğru kenarlardan oluşmuş düzgün yüzeyler ve doğru kenarlardan oluşmuş düzgün şekillerde meydana gelirler. Yeterli serbest hacim şekillerde meydana gelirler. Yeterli serbest hacim bulamazlarsa veya ortamda serbest büyümelerine bulamazlarsa veya ortamda serbest büyümelerine engel olacak bir etken mevcut ise, dış görünüşleri engel olacak bir etken mevcut ise, dış görünüşleri bakımından düzgün yüzeylere sahip olmazlar. Hatta bakımından düzgün yüzeylere sahip olmazlar. Hatta bazen tamamen şekilsiz oluşumlar halinde bazen tamamen şekilsiz oluşumlar halinde karşımıza çıkarlar. Fakat bunların iç yapıları, hacim karşımıza çıkarlar. Fakat bunların iç yapıları, hacim kafes karakterleri yine anizotropi özelliğine sahiptir. kafes karakterleri yine anizotropi özelliğine sahiptir.1.3. Kristalleşme 1.3. Kristalleşme > > Kristalleşme çözeltiden buharlaşma, çözeltinin soğutulması, çözeltilerden Kristalleşme çözeltiden buharlaşma, çözeltinin soğutulması, çözeltilerden çözücü madde miktarının azaltılması ve çözeltiye madde eklenmesi ile çözücü madde miktarının azaltılması ve çözeltiye madde eklenmesi ile meydana gelmektedir. meydana gelmektedir. > > Soğuma hızına göre birbirinden çok farklı atom yapı düzeni gösteren iki Soğuma hızına göre birbirinden çok farklı atom yapı düzeni gösteren iki madde meydana gelmektedir. Eriyik hızlı soğutulduğunda bir viskozite madde meydana gelmektedir. Eriyik hızlı soğutulduğunda bir viskozite artması görülür, karışık bir yapıya sahip olur ve sonunda elde edilen cam artması görülür, karışık bir yapıya sahip olur ve sonunda elde edilen cam viskozitesi çok yüksek bir sıvı olarak kabul edilebilir. Camın oluşumu viskozitesi çok yüksek bir sıvı olarak kabul edilebilir. Camın oluşumu esnasında sıcaklık/zaman ilişkisi (Şekil 10a), kristal oluşumundaki esnasında sıcaklık/zaman ilişkisi (Şekil 10a), kristal oluşumundaki sıcaklık/zaman ilişkisinden farklı bir durum gösterir (Şekil 10b). Sıcaklık sıcaklık/zaman ilişkisinden farklı bir durum gösterir (Şekil 10b). Sıcaklık kristalleşmenin başladığı (A) noktasından son bulduğu (B) noktasına kadar kristalleşmenin başladığı (A) noktasından son bulduğu (B) noktasına kadar sabit kalmaktadır. (B) noktasında sıvı tükenmiştir ve meydana gelen sabit kalmaktadır. (B) noktasında sıvı tükenmiştir ve meydana gelen kristalin sıcaklığı düşmeye başlamıştır. (A) noktasının üzerinde ise madde kristalin sıcaklığı düşmeye başlamıştır. (A) noktasının üzerinde ise madde yalnız sıvı halde bulunmaktadır. Bu olayda ısı düşerken sıvının bazı yalnız sıvı halde bulunmaktadır. Bu olayda ısı düşerken sıvının bazı nokatalarında birden bire küçük kristal tanecikleri meydana gelmeye nokatalarında birden bire küçük kristal tanecikleri meydana gelmeye başlar. Bunlara başlar. Bunlara Tohumcuk Tohumcuk veya veya kristal çekirdeği kristal çekirdeği ismi verilir. ismi verilir.1.4. Kristal Oluşumu ve Büyümesi 1.4. Kristal Oluşumu ve Büyümesi > > Kristallerin oluşumunda iki ayrı evre vardır. Bunlardan birincisi Kristallerin oluşumunda iki ayrı evre vardır. Bunlardan birincisi "kristalin doğuşu" "kristalin doğuşu", ikincisi ise , ikincisi ise "kristalin büyümesi“ "kristalin büyümesi“ dir. dir. > > Şap çözeltisinden kristalleşme izlenecek olursa, Şekil 11'de Şap çözeltisinden kristalleşme izlenecek olursa, Şekil 11'de görüldüğü gibi oktaeder (sekiz yüzeyli) şeklinde küçük görüldüğü gibi oktaeder (sekiz yüzeyli) şeklinde küçük kristallerin oluştuğu görülür. kristallerin oluştuğu görülür. > > Büyüme yönleri tohumcuk merkezinden kristal yüzeylerine dik Büyüme yönleri tohumcuk merkezinden kristal yüzeylerine dik düşürülen normallerdir (Şekil 12). düşürülen normallerdir (Şekil 12). > > Kristallerde büyüme hızı yüzey yönlerinde en küçük, köşe Kristallerde büyüme hızı yüzey yönlerinde en küçük, köşe yönlerinde ise en büyüktür (Şekil 13). yönlerinde ise en büyüktür (Şekil 13). > > . Keza küp şeklindeki şap kristali şap çözeltisine daldırıldığında . Keza küp şeklindeki şap kristali şap çözeltisine daldırıldığında koşullar normal olduğu takdirde tekrar oktaeder şeklinde koşullar normal olduğu takdirde tekrar oktaeder şeklinde büyümeye devam eder (Şekil 14). büyümeye devam eder (Şekil 14). > > Kristalin ideal büyümesi için Kristalin ideal büyümesi için ortam koşulları normal ortam koşulları normal değilse, bir veya bir kısmı değilse, bir veya bir kısmı noksan ise kristal yüzeyleri noksan ise kristal yüzeyleri genellikle eşit büyüklükte genellikle eşit büyüklükte oluşmaz. Bunun nedeni oluşmaz. Bunun nedeni örneğin ortam koşullarından örneğin ortam koşullarından madde yığılmasının farklı madde yığılmasının farklı olması olabilir. Bu takdirde, olması olabilir. Bu takdirde, ideal kristalde olduğu gibi ideal kristalde olduğu gibi aynı durumda ve aynı sayıda aynı durumda ve aynı sayıda yüzey meydana gelir, fakat yüzey meydana gelir, fakat bu yüzeylerin şekli ve bu yüzeylerin şekli ve büyüklüğü birbirinden büyüklüğü birbirinden farklıdır. Bu tip kristallere farklıdır. Bu tip kristallere çarpık kristaller çarpık kristaller denir denir (Şekil 15). (Şekil 15).