Mineraloji Minerallerin Fiziksel Özellikleri Silikatlar - 1 MİNERALOJİ DERS NOTLARI - 1 Minerallerin Fiziksel Özellikleri Silikatlar Eşref AYLAN aylanes@itu.edu.tr• Mineralleri arazide tanımanın yolu fiziksel özelliklerini bilmektir. ANCAK ŞU HATIRDAN ÇIKARILMAMALIDIR: İSTİSNAİ HALLER DIŞINDA HİÇBİR JEOLOG ARAZİDE UZUN UZUN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİNİ KONTROL EDEREK MİNERAL TAYİNİ YAPMAZ. MİNERALE ŞÖYLE BİR BAKAN TECRÜBELİ JEOLOG ONUN NE OLDUĞUNU BİLİR. ÇÜNKÜ PEK ÇOK ÖRNEĞİNİ DAHA ÖNCE GÖRMÜŞTÜR. DOLAYISIYLA ARAZİDE BAŞARILI MİNERAL TAYİNİNİN ANAHTARI BOL BOL MİNERAL GÖRMÜŞ OLMAKTIR! • Mineral görmenin iki safhası vardır. Önce iyi örnekleri tek tek görmek, sonra bunları doğal kayaç ortamında görmek gerekir.MİNERALLERİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİMalzeme Davranışı (Tenacity) • Gevreklik (Brittleness): Kolay kırılan veya pudralaşan mineraller gevrektir. Ör. Nâbit bizmut (Bi). • Dövülebilirlik (Malleability): Çekiçle dövülerek ince tabakalar haline getirilebilen mineraller dövülebilirdir. Ör: Nâbit demir (Fe) • Traşlanabilirlik (Sectility): Bir bıçakla kıyılabilme özelliğine sahip mineraller traşlanabilirdir. Ör. Lületaşı (Sepiolit: Mg 2 (SiO 4 O 10 )(OH) 8 ) • Sünümlülük (Ductility): Bir tel gibi çekilebilen mineraller sünümlüdür. Ör: Nâbit bakır (Cu), nâbit altın (Au), nâbit gümüş (Ag). • Bükülebilirlik (Flexibility): Bükülebilen, fakat büküldükten sonra eski halini alamayan minerallere bükülebilir denir. Ör: Grafit (C). • Esneklik (Elasticity): Büküldükten sonra bırakıldığında eski haline dönebilen mineraller esnektir. Ör: Orpiment (As 2 S 3 ).Pek çok mineral birden fazla davranış gösterebilir. Örneğin talk hem gevrek hem traşlanabilirdir. Muskovit, hem bükülebilir, hem esnektir. Nâbit altın, bakır ve gümüş hem sünümlü hem dövülebilirdir. Bazı mineral aileleri içerisinde çok çeşitli davranış görülebilir. Muskovit ve biyotit bükülebilir ve kısmen elastik oldukları halde, klorit ne bükülür ne de elastiktir.Sertlik Mineral yüzeyinin çizilmeye karşı gösterdiği dirençtir. Bu direnç, mineral yapısının strese karşı kırılma olmaksızın gösterdiği reaksiyondur. Sertlik mineral yapısındaki zayıf bağların tayin ettiği bir özelliktir. Örneğin SiO 4 tetrahedronlarının çeşitli düzenlerde bir araya gelmesiyle oluşan silikat grubu minerallerinde sertlik çok değişkendir (talk: 1, kuvars: 7, topaz: 8...). Öyleyse bu çeşitlilik Si ve O arasındaki bağların değil, mineral yapısındaki diğer bağların bir fonksiyonudur. Bir mineralin sertlik derecesi, bir başka mineral ile çizilip çizilmediğine bakılarak, mukayese ile anlaşılır. Mohs Sertlik Skalası (F. Mohs, 1824) 1. Talk 6. Ortoz 2. Jips 7. Kuvars 3. Kalsit 8. Topaz 4. Florit 9. Korund 5. Apatit 10. ElmasKırılma Bazi minerallerde iç yapıyı oluşturan bağların dayanıklılığı her yönde aynıdır; bu nedenle kırılma belli bir kristalografik yönü izlemez. Mineraldeki klivaj veya ayrılma yüzeyleri gibi süreksizliklere bağlı olmayan bu tür kırılmanın farklı çeşitleri vardır.. Konkoidal: Bir kabuğun iç yüzeyini andıran düzgün satıhlı, eğrisel kırılmalardır. İğsi (Fibrous and splintery): İnce uzun parçalara ayıran türde kırılmalardır. Testere dişi şeklinde (Hackly) Düzensiz (Uneven or irregular): Düzensiz yüzeyler oluşturan kırılmalardır.Klivaj Minerallerin iç yapılarında bulunan atomik düzlemlere paralel olarak kırılma eğilimleridir. Bu düzlemlerin arasında kalan levhalar içinde atomlar güçlü kovalent bağlarla birarada bulunurken, düzlemlerin kendileri levhalar arasındaki zayıf van der Waals bağlarını karakterize ederler. Çekim kuvvetleri levhaları birbirlerine yeterince yakın tutamadığı için, zayıf bir bağ aynı zamanda levhalar arası bir boşluk olarak da düşünülebilir. Bu nedenle kırılma bir mineralde önce bu boşluklar boyunca gelişir. Klivaj bazı minerallerde çok iyi gelişmişken ( mika, piroksen), bazılarında oldukça zayıftır (beril, apatit), bazılarında ise hiç görülmez (kuvars).Bağıl Yoğunluk (Spesifik Gravite) Bir maddenin ağırlığı ile ona eşit hacimde ve 4 o C sıcaklıkta olan suyun ağırlığı arasındaki orandır. Örneğin bağıl yoğunluğu 2 olan bir mineral kendisi ile aynı hacimdeki suyun 2 katı ağırlığa sahiptir. Mineralin bağıl yoğunluğu onun iki özelliğine bağlıdır. 1. Bileşim: Minerali oluşturan atomların cinsi, atom ağırlıklarına bağlı olarak yoğunluğa da etki eder: Mineral Katyonun Atomik Ağırlığı Bağıl Yoğunluk Aragonit (CaCO 3 ) 40.08 2.94 Strontianit (SrCO 3 ) 87.62 3.78 Vitherit (BaCO 3 ) 137.34 4.31 Cerussite (PbCO 3 ) 207.19 6.582. Mineral Yapısı: Aynı bileşime sahip mineraller, bu sabit bileşimde yeralan atomların paketlenmesine bağlı olarak değişik yoğunlukta olabilirler. Örneğin Karbon’dan oluşan elmasın atomları sıkı paketlendiği için yoğunluğu aynı bileşimdeki grafitten daha yüksektir. Mineral Bağıl Yoğunluk Elmas (C) 3,5 Grafit (C) 2,23Renk ve Parlaklık Gerçek renk: Başta değerli taşlar (gem stones) olmak üzere birçok mineral kendine özgü bir renge sahiptir ve ve ilk bakıştya bu özellikleriyle ayırd edilebilirler. Çizgi rengi: Mineral, sertliği 7 olan parlatılmamış bir porselene sürtüldüğünde, porselenin üzerinde pudra gibi ince bir kalıntı bırakır. Bunun rengi o mineralin çizgi rengidir. Bu yöntemle ancak porselenden daha düşük sertliğe sahip minerallerin çizgi rengi görülebilir. Parlaklık: Mineral yüzeyinin ışık altındaki genel görünümüdür. Metalik (galen, pirit), camsı (kuvars), reçinemsi (sfalerit, sülfür), inci (talk), yağsı (nefelin), ipeksi (serpantin), elmas parlaklığı gibi türleri vardır.Işık Yayma Özellikleri Lüminesans: Kuvvetli ışığa maruz bırakılan bazı minerallerin karanlıkta ışık yayma özellikleridir. Fluoresans: Ultraviyole, katot ve X ışınlarına maruz kalan bir mineralin, ışık kaynağının açık olduğu süre böyunca ışık yaymasıdır. Fosforesans: Işınına maruz kaldığı kaynak kesildiğinde de mineralin ışık yaymaya devam etme özelliğidir. Kalsit, aragonit, fluorit, sfalerit gibi mineraller lüminesan özelliğe sahiptirler. Termolüminesans: Minerallerin ısı etkisiyle ışık yayma özelliğidir (fluorit, kalsit, apatit, lepidolit). Tribolüminesans: Minerallerin kırılma, sürtünme ya da çizilme ile ışık yaymaya başlayan özelliğidir (fluorit, sfalerit, lepidolit)Manyetik Özellikler Mineraller manyetik alan etkisi altında gösterdikleri davranışlara göre sınıflandırılabilir: Diamanyetik mineraller (albit, kalsit, kuvars),: Bazı elementlerde atomlar, her bir orbitalde, birbirlerinin manyetik momentini ortadan kaldıran “elektron çiftleri” barındırdıkları için, bunların net manyetik momentleri sıfırdır. Dışarıdan uygulanan bir manyetik alan, bu tip elementleri içeren mineraller üzerinde çekim etkisine yolaçmaz, aksine bunları hafifçe iter. Paramanyetik mineraller (olivin, ojit): Bu tür mineralleri oluşturan atomların bazı orbitallerinde tek elektronlar bulunduğu için, bu elektronların kendi çevrelerinde dönmesiyle (spinning) oluşan manyetik moment ( m b = 9 . 2 7x10 -24 Am 2 ) , mineralin manyetik davranışını belirler. Mineralin yapısında bu tek elektronlardan ne kadar çok varsa manyetik moment de o kadar fazla olur. Paramanyetik mineraller manyetik alana maruz kaldıkları süre boyunca mıknatıslık özelliği kazanırlar, manyetik alan ortadan kalkınca bu özelliklerini korumazlar.Skandiyum (Sc): 1 m b Titan (Ti): 2 m b Vanadyum (V): 3 m b Krom (Cr): 4 m b Mangan (Mn): 5 m b Demir (Fe): 4 m b Kobalt (Co): 3 m b Nikel (Ni): 2 m b Bakır (Cu): 1 m b Çinko (Zn): 0 Manyetik özelliğe sahip minerallerin yapısında bulunan elementlerin manyetik momentleri:Ferromanyetik mineraller (nâbit demir): Manyetik alan içerisinde, bu alana paralel mıknatıslık özelliği kazanırlar ve bu özellik manyetik alan ortadan kalktığında da devam eder. Ancak bu mineraller ısıtıldıklarında, belli bir sıcaklığın (Curie sıcaklığı) üzerinde manyetik alana paralel olan mıknatıslık özelliği tamamen kaybolur. Nâbit demir için Curie sıcaklığı: 770 o C Ferrimanyetik mineraller (hematit, manyetit, ilmenit): Bu minerallerin Curie sıcaklıkları daha düşüktür. Örneğin, Manyetit için: 580 o C.Elektriksel Özellikler: Piezoelektrik: Minerallerin basıç altında kutuplanma özelliğidir (kuvars ve turmalin). Piroelektrik: Minerallerin ısıtıldıklarında kutuplanma özelliğidir (kuvars).SİLİKATLARtetrahedron oksijen silisyum oksijen oksijenSi +4 O 2- (SiO 4 ) 4- e.v.=1 e.v.=1 e.v.=1 e.v.=1NEZOSİLİKATLAR (SiO 4 ) 4-Olivin Grubu • (Mg,Fe) 2 SiO 4Mg 2 SiO 4 Forsterit Fe 2 SiO 4 Fayalit CaFeSiO 4 Kirştenit CaMgSiO 4 Montisellit katı eriyik serileri Ca 2 SiO 4OLİVİNOlivin yapısı Spinel yapısıGranat Grubu A 3 B 2 (SiO 4 ) 3 A: Ca +2 , Mg +2 ,Fe +2 , Mn +2 B: Al +3 , Fe +3 , Cr +3 Pi ra l s p i t U g ra n d i t Pirop: Mg 3 Al 2 Si 3 O 12 Uvarovit: Ca 3 Cr 2 Si 3 O 12 Almandin: Fe 3 Al 2 Si 3 O 12 Grossular: Ca 3 Al 2 Si 3 O 12 Spessartin: Mn 3 Al 2 Si 3 O 12 Andradit: Ca 3 Fe 2 +3 Si 3 O 12dodekahedron trapezohedron HegzaoktahedronALMANDİNANDRADİT (Asbest ile birlikte)GROSSULARUVAROVİTZirkon Grubu ZrSiO 4ZİRKONWillemit (Zn 2 SiO 4 ) Fenasit (Be 2 SiO 4 ) Fenasit GrubuAl 2 SiO 5 Grubu Disten: Al [6] Al [6] SiO 5DİSTENSilimanit: Al [4] Al [6] SiO 5 SiO 4 AlO 4Andalusit: Al [5] Al [6] SiO 5ANDALUSİTSTAVROLİT DİSTEN Mikaşist üzerinde Disten ve prizmatik Stavrolit kristalleriSICAKLIK ( o C) BASINÇ (Kb) Disten: Al [6] Al [6] SiO 5 Silimanit: Al [4] Al [6] SiO 5 Andalusit: Al [5] Al [6] SiO 5• Topaz: Al 2 SiO 4 (F,OH) 2 • Stavrolit: Fe 2 +2 Al 9 O 6 (SiO 4 ) 4 (O,OH) 2TOPAZSTAVROLİTHumit Grubu • Norberjit: Mg 3 (SiO 4 )(F,OH) 2 Mg 2 SiO 4 . Mg(F,OH) 2 • Kondrodit: Mg 5 (SiO 4 ) 2 (F,OH) 2 • Humit: Mg 7 (SiO 4 ) 3 (F,OH) 2 • Klinohumit: Mg 3 (SiO 4 ) 4 (F,OH) 2HUMİTSOROSİLİKATLAR (Si 2 O 7 ) -6Yalnızca Si 2 O 7 içeren Sorosilikatlar • Hemimorfit: Zn 4 (Si 2 O 7 )(OH) 2 .H 2 O • Lavsonit: CaAl 2 (Si 2 O 7 )(OH) 2 .H 2 OHEMİMORFİTSiO 4 ve Si 2 O 7 içeren Sorosilikatlar Epidot Grubu X 2 Y 3 Si 2 O 7 X: Ca Y: Al (Klinozoisit) Al,Fe +3 (Epidot) AlO 6 zinciri Al 4 (OH) 2 zinciri SiO 4 tetrahedronu• Klinozoisit Ca 2 Al 3 O(SiO 4 )(Si 2 O 7 )(OH) • Epidot Ca 2 (Fe +3 ,Al)Al 2 O(SiO 4 )(Si 2 O 7 )(OH) • Allanit: (Ca,Ce) 2 (Fe +2 ,Fe +3 )Al 2 O(SiO 4 )(Si 2 O 7 )(OH)EPİDOT (kuvars ile beraber)EPİDOTSİKLOSİLİKATLAR (Si 6 O 18 ) -12Beril: Be 3 Al 2 Si 6 O 18BERİL