کانیها: شناسنامههای رنگارنگ زمین
ویژگیهای فیزیکی: شناسنامه ظاهری کانیها
ویژگیهای فیزیکی، آن دسته از خصوصیات یک کانی هستند که بدون تغییر دادن ماهیت شیمیایی آن، قابل مشاهده یا اندازهگیری هستند. این ویژگیها که بیشتر به ساختار درونی بلور وابستهاند، ابزار اصلی زمینشناسان برای شناسایی اولیه کانیها در طبیعت محسوب میشوند.
| درجه سختی | کانی نمونه | روش آزمایش ساده |
|---|---|---|
| 1 (نرمترین) | تالک[2] | با ناخن به راحتی خط میافتد. |
| 2 | گچ[3] | با ناخن خط میافتد. |
| 3 | کلسیت[4] | با یک سکه مسی خط میافتد. |
| 5 | آپاتیت[5] | با چاقوی فولادی خط میافتد. |
| 7 | کوارتز[6] | شیشه را خط میاندازد. |
| 10 (سختترین) | الماس | همه مواد دیگر را خط میاندازد. |
یکی از معروفترین ویژگیها، سختی است که به معنای مقاومت کانی در برابر خراشیده شدن است. برای اندازهگیری آن از مقیاس موس[7] استفاده میکنند که از عدد 1 برای نرمترین (تالک) تا 10 برای سختترین (الماس) مرتب شده است. شما میتوانید با وسایل سادهای مانند ناخن (سختی حدود 2.5)، سکه مسی (سختی حدود 3) یا یک میخ فولادی (سختی حدود 5.5) سختی نسبی یک کانی ناشناس را تخمین بزنید.
رنگ خاکه[8] یکی از مطمئنترین راههای شناسایی است. اگر یک کانی را روی یک صفحه سرامیکی سفید و بدون لعاب بکشید، پودر رنگی بر جای میگذارد. جالب است که رنگ این پودر همیشه با رنگ ظاهری کانی یکسان نیست. مثلاً هماتیت[9] که ممکن است خاکستری متالیک به نظر برسد، همیشه خاکهای قرمز-قهوهای از خود به جای میگذارد.
شکل بلور و رَخ[10] نیز بسیار مهم هستند. رخ به تمایل طبیعی یک کانی برای شکستن در امتداد سطوح صاف و جهتیدار گفته میشود که ناشی از ساختار اتمی داخلی آن است. مثلاً کانی میکا به راحتی به ورقههای نازک و انعطافپذیر تقسیم میشود (رخ کامل در یک جهت)، در حالی که کوارتز چنین رخی ندارد و به شکل نامنظم میشکند.
ویژگیهای شیمیایی و آزمایش با اسید
ویژگیهای شیمیایی به ترکیب اتمی یک کانی و واکنشهایی که میتواند انجام دهد مربوط میشود. سادهترین و جذابترین آزمایش شیمیایی که میتوان روی برخی کانیها انجام داد، آزمایش واکنش با اسید است.
اگر قطرهای از اسید کلریدریک رقیق را روی کانی کلسیت (ترکیب شیمیایی: $CaCO_3$) بچکانید، بلافاصله میبینید که کانی به شدت شروع به جوشیدن و ایجاد حباب میکند. این حبابها گاز دیاکسید کربن هستند که در اثر واکنش اسید با کربنات کلسیم آزاد میشود. این واکنش شیمیایی به شکل زیر است:
$CaCO_3_{(s)} + 2HCl_{(aq)} → CaCl_2_{(aq)} + H_2O_{(l)} + CO_2_{(g)}$
اما اگر همان اسید را روی کانی کوارتز (ترکیب شیمیایی: $SiO_2$) بریزید، هیچ واکنش مشهودی رخ نمیدهد. این تفاوت در رفتار، به دلیل تفاوت در ترکیب شیمیایی این دو کانی است. از این آزمایش ساده میتوان برای تشخیص کانیهای خانواده کربنات (مانند کلسیت و دولومیت) از دیگر کانیها استفاده کرد.
کانیها در زندگی روزمره ما
شاید باور نکنید، اما از لحظه بیدار شدن تا زمان خواب، با دهها محصول ساخته شده از کانیها سر و کار داریم. این مواد معدنی تنها در موزهها یا معادن نیستند، بلکه بخشی جداییناپذیر از تمدن مدرن هستند.
صبح که مسواک میزنید، ماده ساینده خمیردندان ممکن است از کانی فلوئوریت یا کلسیم کربنات به دست آمده باشد. نمک صبحانه شما، همان کانی هالیت است. ساختمان مدرسه شما احتمالاً با گچ (ژیپس) سفیدکاری شده و شیشه پنجرهها از ذوب کردن ماسه (کانی کوارتز) ساخته شده است. در وسایل الکترونیکی مثل تلفن همراه نیز از دهها کانی مانند مس (برای مدارها)، سیلیکون (برای تراشه) و کانیهای خاصی برای ساخت صفحه نمایش استفاده میشود.
| کانی | کاربردهای شناخته شده | ویژگی مورد استفاده |
|---|---|---|
| گرافیت | مغز مداد | نرمی و توانایی پوستهپوسته شدن |
| تالک | پودر بچه و لوازم آرایشی | نرمی و حالتی لطیف |
| کوارتز | ساعتهای کوارتزی، شیشه | ویژگی پیزوالکتریک[11] (تولید جریان برق تحت فشار) |
| هماتیت | مهمترین سنگ معدن آهن | وجود درصد بالای آهن در ترکیب شیمیایی |
| مس | سیمها و کابلهای برق | رسانایی الکتریکی بالا |
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
خیر. رنگ ممکن است گمراهکننده باشد. یک کانی مثل کوارتز بسته به ناخالصیها، میتواند بیرنگ، صورتی (کوارتز صورتی)، بنفش (آمیتیست) یا دودی رنگ باشد. به همین دلیل، زمینشناسان همیشه بر ویژگیهای قابل اطمینانتری مانند سختی، رنگ خاکه و رخ تکیه میکنند.
خیر. برای اینکه مادهای کانی باشد، باید چند شرط اصلی داشته باشد: ۱) طبیعی باشد (ساخته دست بشر نباشد). ۲) جامد باشد. ۳) ساختار بلوری مشخصی داشته باشد. ۴) ترکیب شیمیایی نسبتاً ثابتی داشته باشد. بنابراین، شیشه (که ساختار بلوری منظم ندارد)، فولاد (که توسط انسان ساخته میشود) و صدف (که منشأ زیستی دارد) کانی نیستند.
این آزمایش مخصوص کانیهایی است که در ترکیب شیمیایی خود، یون کربنات ($CO_3^{2-}$) دارند. اسید با این یون واکنش داده و گاز دیاکسید کربن تولید میکند. کانیهایی مانند کوارتز یا فلدسپات که از دسته سیلیکاتها هستند، چنین یونی ندارند، بنابراین با اسید رقیق واکنش مشهودی نشان نمیدهند.
پاورقی
[1] کانی (Mineral): مادهای طبیعی، غیرآلی، جامد و بلوری با ترکیب شیمیایی نسبتاً ثابت.
[2] تالک (Talc): نرمترین کانی با فرمول شیمیایی $Mg_3Si_4O_{10}(OH)_2$.
[3] گچ (Gypsum): کانی سولفاتی با فرمول $CaSO_4·2H_2O$.
[4] کلسیت (Calcite): کانی کربناتی با فرمول $CaCO_3$ که با اسید واکنش میدهد.
[5] آپاتیت (Apatite): کانی فسفاتی، منبع اصلی فسفر.
[6] کوارتز (Quartz): کانی سیلیکاتی با فرمول $SiO_2$، فراوانترین کانی پوسته زمین.
[7] مقیاس موس (Mohs Scale): مقیاس نسبی برای سنجش سختی کانیها از ۱ تا ۱۰، ابداع شده توسط فردریک موس.
[8] رنگ خاکه (Streak): رنگ پودر یک کانی.
[9] هماتیت (Hematite): اکسید آهن با فرمول $Fe_2O_3$، مهمترین سنگ معدن آهن.
[10] رَخ (Cleavage): تمایل کانی به شکستن در امتداد سطوح صاف و معین.
[11] پیزوالکتریک (Piezoelectric): خاصیت برخی کانیها برای تولید جریان الکتریکی کوچک هنگام وارد کردن فشار مکانیکی.
