Mineraloji Yer Malzemeleri ( mineraller ) Prof. Dr. Mefail YEN İYOLTANIM Mineral • tanımlanmı ş bir kimyasal bile şimi • düzenli bir iç atomik yapısı • do ğal ve homojen katı cisimler • genellikle inorganik olarak meydana gelirler Kayaçlar Çe şitli minerallerin veya tek türdeki bir mineralin çok sayıda bir araya gelmesi ile meydana gelen katılardır Örne ğin: granitMinerallerin olu şması o Çözeltilerden o Ergiyiklerden o Buharlardan meydana gelirler Bu ortamlarda atomlar düzensiz olarak yer alırlar ve geli şigüzel bir da ğılım gösterirler. Sıcaklık, basınç ve konsantrasyon’daki de ği şmelerle: atomlar birbirine eklenerek düzenli bir dizilim kazanırlar Kolloidal çözeltiler •B a z ı eriyiklerdeki tanecikler, bunları eriten bir sıvı içinde atom ve iyonlardan daha iri taneler halinde bulunurlar. – Kolloidal eriyik veya sol denilen bu eriyiklerin pıhtıla şmasıyla önce jel, daha sonra jelin kurumasıyla amorf mineral olu şur.Bile şim • Minerallerin en küçük yapısal bile şenleri; atom ve iyon gibi kimyasal bile şenlerdir. ? Minerallerin özelliklerinin ço ğu, büyük ölçüde kimya bile şimlerine ba ğlıdır ve kimyasal bile şim, temel önem ta şır. ? Ancak minerallerin özellikleri, kimyasal bile şimden ba şka, minerali meydana getiren atom ve iyonların geometrik düzenlemeleri ile bunları bir arada tutan elektriksel yüklerin tabiatına da ba ğlıdırATOM ? Atom, maddenin karakteristik element özelliklerini taşıyan en küçük parçasıdır ? Çekirdek: Proton ve nötronlar Proton; + yüklü Nötron; nötr Etrafında: elektronlar Elektron; - yüklü 3. Enerji seviyesi 2. Enerji seviyesi 1. Enerji seviyesiİYON • Bir atomun elektron konfigürasyonundan bir veya daha fazla elektron eksilirse katyon, eklenirse bir anyon meydana gelir X atom – e – ? X + katyon X atom + e – ? X – anyon • Elementler, elektron vermeye e ğilimli olanlar ve elektron alma yetene ği olanlar olmak üzere iki gruba ayrılırlar Metaller elektron verici Metal olmayanlar elektron alıcıKimyasal Ba ğlar •K r i s t a l y a p ılarında atomları, iyonları veya iyonik grupları elektriksel nitelikteki ba ğlar bir arada tutar. – İyonik – Kovalent – Metalik – van der Waals – Hidrojen ba ğlarİyonik Ba ğ • Atomlar en dı ş kabuklarındaki valans elektronlarını alarak veya vererek iyonları meydana getirirler. • Zıt yüklü iyonlar arasındaki çekimle iyonik (veya elektrostatik) ba ğ meydana gelir. Na ClHalit (NaCl)-iyonik ba ğlantıya örnek İyonik ba ğlı mineraller: orta derecede sertlik ve özgül a ğırlıkta, ergime noktaları oldukça yüksek, ısı ve elektri ği zayıf iletirler Cl iyonu Na iyonuKovalent Ba ğ • Atomlar elektronları ortak kullanarak elektriksel nötürlük kazanırlar •E n güçlü ba ğ türüdür. •Kovalent ba ğlantılı mineraller: Çözünmezler, büyük kararlılık ve yüksek ergime noktaları gösterirler, elektri ği iletmezlerElmas (C): kovalent ba ğlantıya örnek Karbon atomları Kovalent ba ğlar ElmasMetalik Ba ğ • Elektron yörüngeleri dolu olan çekirdekler ve serbest olarak hareket eden valans elektron bulutu arasındaki çekici güçler, yapıyı bir arada tutar • Metalik ba ğlantılı olan metaller: yüksek plastiklik, dövülebilme, çekilebilme, iletkenlik ve dü şük sertlik özellikleri gösterirler van der Waals ba ğları • Nötr molekülleri ve yüksüz yapısal birimleri yüzeylerindeki zayıf kalıntı yüklerle bir yapıda tutan zayıf ba ğlara van der Waals ba ğları denir •B u n l a r en zayıf kimyasal ba ğlardır. Minerallerde seyrek olarak bulunurlarHidrojen ba ğları • + yüklü H iyonu ile O 2– / N 3– gibi - iyonlar arasında bulunan bir ba ğdır •B u b a ğ, van der Waals ba ğlarından daha güçlüdür + _ + _ + _ + _ + _ + _ + _ + _ + _ + _ + _ + _ + _ + _ + _ + _ () a 104 40 o H H O H Tetraeder () b () d () cMinerallerin Özellikleri Kristal şekli ve biçim: • Mineraller, atomların / iyonların çe şitli ba ğ güçleriyle ba ğlanarak üç boyutta düzenli dizilmesiyle meydana gelirler. Kristalleri meydana getiren atom ve iyonların düzenlenmesi • Düzenli iç yqpısal düzenlenme Bu iç yapısal düzene ba ğlı olarak düzgün yüzey, kenar ve kö şelerle çevrelenmi ş kristaller halinde görünürler. Bu kristaller gösterdikleri simetrileri itibariyle: Küp, heksagonal, trigonal, teragonal, rombusal, monoklinal veya triklinal kristal sınıflarından birine ait kristal şekillerinde bulunurlar. • İçya p ısal düzeni yanında; sıcaklık, basınç, çözeltinin tabiatı, akma yönü ve serbest büyüme için gerekli olan açık hacmin varlı ğı gibi kristalin büyüme ko şullarına ba ğlı olarak: olu şan kristaller ideal şekillerinden az-çok farklı olarak çarpık, prizmatik, uzamı ş veya yassıla şmı ş biçimlerde görünürler.• Düzenli bir iç atomik düzenlenme göstermeyen minerallerin düzgün bir geometrik şekli yoktur. Amorf opal (hiyalit)Fiziksel özellikler Dilinim Minerallerin atomik düzlemlerine paralel olarak gösterdikleri düz yüzeyli levhalara ayrılma e ğilimine dilinim denirKırılma: Bir mineralin dilinim ve yarılma yüzeyleri dı şında kalan yüzeyler boyunca ayrılmasına kırılma denir Konkoidal (midye kabu ğu biçimli): cam ve kuars Lifsel ve kıymıklı: Lifli minerallerde, asbest Çengelli: Di şli ve keskin kenarlı yüzey, metaller Pürüzlü / düzensiz: Pürüzlü / düzensiz yüzeySertlik: Bir mineralin düzgün bir yüzeyinin çizilmeye kar şı gösterdi ği dirence sertlik denir Mohs cetveli (skalası) / sertlik cetveli 1 Talk 2 Jips Tırnak 2.5 3 Kalsit Bakır para 3 4 Florit 5 Apatit Çakı, cam 5.5 6 Ortoklas 7 Kuars 8 Topaz 9 Korund 10 ElmasÖzgül a ğırlık: Bir mineralin havadaki a ğırlı ğı / aynı hacimdeki sudaki a ğırlı ğı Özel yaylı terazi, piknometre, a ğır sıvılar-Westfal terazisiyle tayin edilir.Renk: •B e y a z ı şık mineralin yüzeyine çarptı ğı zaman; mineralden geçer, saçılır, yansır, kırılır / emilir •I şı ğın saçılması ve yansıması, kısmen mineralin cila özelli ği olarak algılanır •G e ç e n ı şık mineral tarafından emilmezse bu mineral yansıyan / geçen ı şıkta saydam görünür • Mineralden geçen ı şı ğın belirli dalga boyları emilir, Algılanan ı şık, mineralden geçerek göze ula şan geride kalan dalga boylarındaki ı şınların bir kombinasyonudurÇizgi rengi: Çok ince toz haline gelmi ş bir mineralin gösterdi ği renge çizgi rengi denirDi ğer fiziksel özellikler: • Cila • Pleokroizma • Katoyans ve asterizm • Lüminesans • Elastiklik •M ıknatıslık • Elektriksel • Optik ÖzelliklerMinerallerin Sınıflandırılması • Yer kabu ğunda 4000’e yakın mineral tayin edilmi ştir. • Kayaç yapıcı mineraller – Yer kabu ğununu meydana getiren ba şlıca minerallerdir. –B u n l a r ın sayısı sadece birkaç düzinedir.Kıtasal kabu ğu meydana getiren ba şlıca elementler 100 Toplam 1.7 Di ğerleri 2.1 Magnezyum (Mg) 2.6 Potasyum (K) 2.8 Sodyum (Na) 3.6 Kalsiyum (Ca) 5.0 Demir (Fe) 8.1 Alüminyum (Al) 27.7 Silisyum (Si) 46.6 Oksijen (O) Yakla şık a ğırlık % ElementSilikatlar En önemli mineral grubudur – Kayaç yapıcı minerallerin ço ğunu kapsar – O ve Si’un varlı ğına ba ğlı olarak yer kabu ğunda büyük miktardaki ve çok bol olarak bulunurlar. – Bunlarda temel yapısal birim Si - O tetraederidir. – Bu birim daha küçük olan Si ile bunu çevreleyen 4 O iyonundan meydana gelir.Silikat yapıları • Tetraederler birbirine ba ğlanarak çe şitli yapılar olu ştururlar: Nezosilikatlar (Ortosilikatlar) -Ada silikatlar Sorosilikatlar(Disilikatlar) -Grup silikatlar Siklosilikatlar -Halka silikatlar İnosilikatlar -Zincir silikatlar Tek zincir Çift zincir Fillosilikatlar -Yaprak silikatlar Tektosilikatlar -Çerçeve silikatlarBa şlıca silikat grupları Olivin • Yüksek sıcaklıklarda olu şan Fe-Mg silikatlardır (tipik bir manto minerali - 100 km’nin üstündeki derinliklerde olu şurlar) • Dilinim göstermeyen küçük ve yuvarlak kristaller meydana gelir.Piroksen Grubu • Demir ve magnezyumlu tek zincirli yapılıdırlar. •Y a k l a şık 90 o ile kesi şen iki yönde dilinim gösterirler • Ojit, piroksen grubundaki en yaygın mineraldir. OjitAmfibol Grubu •Ç e şitli iyonlar içeren çift zincirli silikatlar • 124 o ve 56 o açılarla kesi şen iyi geli şmi ş iki dilinim yönü gösterirler • Hornblendler amfibol grubundaki en yaygın bulunan minerallerdir. HornblendMika Grubu •K a t m a n l ı yapı tek yönde mükemmel dilinim meydana getirir. • Muskovit en yaygın açık renkli mika. • Biyotit en yaygın koyu renkli mika. Muskovit BiyotitFeldspat Grubu • En yaygın bulunan mineral grubudur •9 0 o açı yapan iki yönde mükemmel dilinim gösterir. •O r t o k l a s (K- feldspat) ve plajioklas (Na ve Ca- feldspat) en yaygın iki feldspat mineralidir. Ortoklas PlajioklasKil mineralleri • Kil mineralleri, Al veya Mg içeren çok küçük kristalli (-2 µ) sulu fillosilikatlardır. • Bu mineraller katmanlı yapı gösterirler. •Ç o ğu, kimyasal bozu şma ürünü olarak meydana gelirler. Kaolinit SmektitÖnemli silikatlar dı şı mineraller Ba şlıca mineral grupları: •D o ğal elementler •S ü l f ü r l e r • Oksitler • Halitler • Karbonatlar • Sülfatlar • FosfatlarÖnemli silikatlar dı şı mineraller Karbonatlar Ba şlıca türler, kireçta şı ve dolomitleri meydana getiren önemli iki karbonat minerali –Kalsit (CaCO 3 ) ve dolomit [CaMg(CO 3 )] Kalsit DolomitSilikat dı şı minerallerin ço ğu ekonomik de ğer ta şırlar Örne ğin: • Kalkopirit (bakır cevheri) • Galenit (kur şun cevheri) • Sfalerit (çinko cevheri) • Hematit (demir cevheri)