الخصائص الفيزيائية للمعادن

ما هي المعادن 

توجد المعادن بشكل طبيعي وهي مواد صلبة غير عضوية ذات تركيبة كيميائية محددة وبنية شبكية بلورية ، على الرغم من تحديد آلاف المعادن الموجودة في الأرض ، إلا أن عشرة معادن فقط تشكل معظم حجم قشرة الأرض هم بلاجيوجلاز ، كوارتز ، أورثوكلاز ، أمفيبول ، بيروكسين ، أوليفين ، كالسيت ، بيوتايت ، عقيق ، وطين.

يمكن التعرف على المعادن من خلال خصائصها الفيزيائية، حيث تترابط هذه الخصائص بتركيب المعادن الكيميائي وصلابتها، وعلى سبيل المثال، فإن صلابة المعدن تلعب دورًا كبيرًا في تحديد نوع وفئة المعدن.

شرح الخواص الفيزيائية للمعادن

اللون

اللون هو أول ما يلاحظه أي شخص عندما يرى معدنًا ، يعد اللون أيضًا أحد الأسباب الرئيسية التي تجذب الناس للمعادن ، ولكن بشكل عام اللون ليس خاصية جيدة لاستخدامها في تحديد المعادن ، عادة ما تكون الخاصية الأولى التي تربك جامع المبتدئين في تحديد هوية غير صحيحة ، العديد من المعادن لها ألوان مختلفة وبعض ألوان المعادن متطابقة مع ألوان المعادن الأخرى من المهم فهم أسباب اللون في المعادن لفهم هذه الخاصية المعدنية.

ينتج لون المعادن عن امتصاصها أو عدم امتصاصها لأطوال موجية مختلفة من الضوء، ويتم تحديد لون الضوء من خلال طوله الموجي. عندما يدخل الضوء الأبيض النقي، الذي يحتوي على جميع أطوال موجية الضوء المرئي، إلى البلورة، فقد يتم امتصاص بعض الأطوال الموجية وينبعث أطوال موجية أخرى. إذا حدث ذلك، فلن يكون الضوء الذي يخرج من البلورة أبيض بعد الآن، بل سيكون له لون معين.

اللمعان

اللمعان هو وصف للطريقة التي يتفاعل بها الضوء مع سطح البلورة، وهي خاصية تميز المعادن.

الشفافية 

الشفافية هي خاصية تتعلق بكيفية تفاعل الضوء مع سطح المادة. يمكن أن يكون هناك ثلاثة تفاعلات ممكنة: إذا دخل الضوء وخرج من سطح المادة بشكل سلس وغير مشوه، يعتبر المادة شفافة. إذا كان الضوء يتسلل ويخرج من سطح المادة بشكل مشوه ومشوه، يعتبر المادة شفافة. إذا لم يتمكن الضوء من اختراق سطح المادة، يعتبر المادة غير شفافة. قد تحتوي المواد الشفافة على عيوب وتشوهات تؤثر على انتقال الضوء عبر المادة وتجعلها غير شفافة بسهولة.

البلورة 

عادة ما تشكل المعادن بلورات مميزة ، وجد أن شكل البلورات يلعب دورًا مهمًا في تحديد المعادن ، وتسمى دراسة البلورات علم البلورات وهي مجال مهم للدراسة ، لا يدرس العلماء في هذا المجال البلورات الطبيعية فحسب ، بل يدرسون أيضًا البلورات المكونة من السبائك المعدنية والمواد الكيميائية والمواد الاصطناعية الأخرى ، وغالبًا ما يكون استخدام أدوات التصوير البلوري ، مثل مطياف الأشعة السينية ، هو الذي يبحث عن المعادن الجديدة ويميزها بالإضافة إلى التحقق من تحديد العينات أو تصحيحها ، من خلال استخدام هذه الأدوات يمكن استخلاص بنية البلورة.

الكرستالية

الخاصية الكريستالية هي وصف للأشكال والتجمعات التي قد يتكون منها معدن معين. وعادة ما تعتبر هذه هي أهم الخصائص التي يجب فحصها عند تحديد نوع المعدن. على الرغم من أن لدى معظم المعادن أشكالا متنوعة، إلا أن بعضها قد يكون له أشكال فريدة ومميزة تنتمي إلى معدن واحد أو حتى عدد قليل من المعادن. وهواة جمع العينات المعدنية يسعون إلى جمع عينات تمتاز بأشكال معدنية نموذجية وغير تقليدية.

توأمة المعادن

تظهر توأمة المعادن في هواية جمع المعادن، حيث يمكن لهذه الخاصية إضفاء جانب رائع على المعادن المملة أو زيادة تعقيد معدن مثل الكالسيت. وهناك العديد من المعادن التي تشكل توائما كلاسيكية مثل الكالكوسيت والفلوريت والساندين والميكروكلين والهارموتوم والستوروليت والجبس والزنجفر والإسبنيل والروتي.

وتتشكل التوائم نتيجة خطأ أثناء التبلور  فبدلاً من البلورة الأحادية الطبيعية ، غالبًا ما يظهر التوائم بشكل مضاعف حيث يبدو أن بلورتين ينموان من بعضهما البعض أو داخل بعضهما البعض ، ومع ذلك لا يمكن التعرف على بعض التوائم ظاهريًا ، وقد تم العثور على بعض المعادن في الواقع لتكون مجرد مجموعة مزدوجة من معدن آخر ، لا تعتبر العلاقات العرضية توأمًا ، كما هو الحال عندما تنمو بلورتان منفصلتان بشكل عشوائي أو أكثر جنبًا إلى جنب أو تجاه بعضهما البعض.

الكسر

الكسر هو الطريقة التي ينكسر بها المعدن، ويختلف عن الانقسام الذي عادة ما يكون شقوقا مستقيمة واضحة في اتجاهات محددة. يحدث الكسر في جميع المعادن، حتى تلك التي تحتوي على شقوق، على الرغم من أن العديد من اتجاهات الانقسام يمكن أن تقلل من وضوح سطح الكسر. تختلف المعادن المختلفة في كيفية تكسيرها وتترك سطحا يمكن وصفه بطريقة معينة.

الصلابة

الصلابة هي إحدى الخصائص المميزة للمعادن، وتستخدم لتحديد المعادن ولا تختلف بين المعادن المختلفة. تعد الصلابة واحدة من أفضل الخصائص الفيزيائية للمعادن، وقد تختلف العينات الفردية قليلا من عينة إلى أخرى، ولكنها بشكل عام متسقة تماما. تحدث التناقضات عندما تكون العينة غير نقية، أو تكون سيئة التبلور، أو في الواقع مركبة وليست بلورة فردية

الصلابة هي أحد مقاييس قوة بنية المعدن بناءً على قوة روابطه الكيميائية، ولا تشابه الهشاشة التي تعد مقياسًا آخر للقوة، والتي تتعلق ببنية المعدن بشكل خاص. وتميل المعادن ذات الذرات الصغيرة والمعبأة بإحكام مع روابط تساهمية قوية في جميع أنحاءها إلى أن تكون أقسى المعادن.

الخط

الخط يعتبر خاصية مرتبطة ارتباطا وثيقا باللون، ولكنه يختلف عن اللون الذي يظهره المعدن. في الواقع، الخط هو لون مسحوق المعدن الذي يستخدم عادة لاختباره عن طريق فركه على بلاطة بورسلين بيضاء غير مطلية وفحص لون الخط الناتج. يعتبر هذا خاصية قوية، حيث تكون متسقة جدا من عينة إلى أخرى لنفس المعدن، حتى إن المعادن التي لها لون خارجي مشابه يمكن أن تظهر ألوانا مختلفة عند الفحص.

اللمعان الحراري

اللمعان الحراري هي خاصية لبعض المعادن التي تتوهج عند تسخينها ، وتحتوي المعادن على روابط كيميائية تبعث الضوء عند تطبيق الطاقة الحرارية عليها ومن المعروف جيدًا أن الفولاذ يصبح مضيئًا عند تسخينه ، وتتوهج بعض المعادن عندما تتعرض لدرجات حرارة تتراوح بين 50 و 475 درجة مئوية ، يجب أن تتواجد عناصر المنشط في هذه المعادن تمامًا كما هو الحال في مضان الأشعة فوق البنفسجية ،  في بعض المعادن ، تتوهج مرة واحدة فقط أثناء التسخين ثم لا تتوهج مرة أخرى ، وذلك لأن الإلكترونات المثارة كانت محاصرة في حالة أعلى أثناء التبلور وفقط عندما يتم تسخينها تم السماح لها بتخفيض حالة طاقتها عن طريق إصدار فوتونات الضوء.