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.

ويمكن التعرف على المعادن من خلال خصائصها الفيزيائية ، حيث ترتبط الخصائص الفيزيائية بتركيبها الكيميائي وترابطها  ، وفمثلا صلابة المعدن تكون لها دور كبير في تحديد المعادن.

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.

اللون في المعادن ناتج عن امتصاص أو نقص امتصاص أطوال موجية مختلفة من الضوء ، يتم تحديد لون الضوء من خلال طوله الموجي ، عندما يدخل الضوء الأبيض النقي الذي يحتوي على جميع الأطوال الموجية للضوء المرئي إلى بلورة ، فقد يتم امتصاص بعض الأطوال الموجية بينما قد تنبعث أطوال موجية أخرى   إذا حدث هذا فلن يكون الضوء الذي يترك البلورة أبيض بعد الآن ولكن سيكون له بعض الألوان.

اللمعان

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

الشفافية

الشفافية والمعروفة أيضًا باسم diaphaneity ، هي وظيفة للطريقة التي يتفاعل بها الضوء مع سطح المادة ، ولا يوجد سوى ثلاثة تفاعلات ممكنة ، إذا دخل الضوء وخرج إلى سطح المادة بطريقة غير مضطربة نسبيًا ، فيُشار إلى المادة على أنها شفافة ، إذا كان الضوء يمكن أن يدخل ويخرج من سطح المادة ، ولكن بطريقة مضطربة ومشوهة ، فيشار إلى المادة على أنها شفافة إذا لم يتمكن الضوء من اختراق سطح المادة ، فيُشار إلى المادة على أنها غير شفاف يمكن أن تحتوي العديد من المواد الشفافة بسهولة على عيوب وتشوهات تحد من انتقال الحزمة الضوئية عبر المادة وتجعلها شفافة.

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 من المحتمل أن يتكون منها معدن معين ، غالبًا ما تكون هذه هي أهم خاصية يجب فحصها عند تحديد معدن ما ، على الرغم من أن معظم المعادن لها أشكال مختلفة ، إلا أنها في بعض الأحيان تكون مميزة تمامًا وتكون مشتركة فقط في معدن واحد أو حتى معادن قليلة ، ويسعى العديد من هواة الجمع جمع عينات معدنية من عادات نموذجية وغير طبيعية معينة.

توأمة المعادن

تظهر توأمة المعادن في هواية جمع المعادن ، يمكن أن تضيف هذه الخاصية جانبًا رائعًا إلى المعادن المملة أو يمكن أن تضيف بعدًا آخر إلى معدن معقد بالفعل مثل الكالسيت ، هناك العديد من المعادن التي تشكل التوائم الكلاسيكية مثل الكالكوسيت ، الفلوريت ، السانيدين ، الميكروكلين ، الهارموتوم ، الستوروليت ، الجبس ، الزنجفر ، الإسبنيل والروتيل.

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 هي الطريقة التي يميل بها المعدن إلى الانكسار ، وتختلف عن الانقسام التي عادة ما تكون فواصل شقة نظيفة على طول الاتجاهات المحددة ، يحدث الكسر في جميع المعادن حتى تلك التي بها انشقاق ، على الرغم من أن الكثير من اتجاهات الانقسام يمكن أن تقلل من ظهور أسطح الكسر ، تتكسر المعادن المختلفة بطرق مختلفة وتترك سطحًا يمكن وصفه بطريقة يمكن التعرف عليها.

الصلابة

الصلابة هي أشهر  خصائص المعادن وهي خاصية جيدة في تحديد المعادن ولا تختلف من معدن إلى أخرى ، وتعتبر الصلابة هي واحدة من أفضل الخصائص الفيزيائية للمعادن ، وقد تختلف عينات من نفس المعدن قليلاً من واحدة إلى أخرى ، لكنها بشكل عام متسقة تمامًا ، تحدث التناقضات عندما تكون العينة غير نقية ، أو سيئة التبلور ، أو في الواقع مجمعة وليست بلورة فردية.

الصلابة هي أحد مقاييس قوة بنية المعدن بالنسبة لقوة روابطه الكيميائية ، إنها ليست مثل الهشاشة والتي هي مقياس آخر للقوة ، والتي ترتبط بحتة ببنية المعدن ، تميل المعادن ذات الذرات الصغيرة والمعبأة بإحكام مع روابط تساهمية قوية في جميع أنحاءها إلى أن تكون أقسى المعادن.

الخط

الخط هي الخاصية التي ترتبط ارتباطًا وثيقًا باللون ، ولكنه خاصية مختلفة لأن لون المعدن قد يكون مختلفًا عن لون الخط ، الخط هو في الواقع لون مسحوق المعدن ، يطلق عليه اسم خط لأن الطريقة الصحيحة لاختبار الخط هي فرك معدن عبر بلاط من البورسلين الأبيض غير المطلي وفحص لون “الخط” المتخلف ، لقد ثبت أنها خاصية قوية لأنها بشكل عام متسقة للغاية من عينة إلى عينة لمعدن معين ، وقد يكون للمعادن التي لها لون خارجي متشابه ألوان مختلفة عند المسحوق.

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