7. elıadás AZ ÁSVÁNYOK RENDSZEREZÉSE OXIDOK, HIDROXIDOK, KARBONÁTOK
Oxidok Fémeknek oxigénnel alkotott vegyületei. Szerkezetükben fıleg ionos kötés érvényesül. A koordinációt tekintve a nagy koordinációs számú ionrácsok az uralkodók, míg a közepes koordinációs számú, kovalens kötéseket tartalmazó, illetve kis koordinációs számú molekularácsú oxidok ritkábbak. Az összetett oxidokban két vagy több kation található. Ezekben a kationok koordinációs száma lehet azonos, de lehet különbözı is. Az oxidok a szulfidokhoz képest jobbára tömöttebb rácsszerkezetet építenek föl, ami a kémiai és fizikai tulajdonságokban kifejezésre jut: nagyobb keménység, magasabb olvadáspont, kisebb oldhatóság.
Oxidok Az oxidok csoportosítása a fém/kation : oxigén arányt követi. Jelenleg kb. 450 oxid és rokon vegyületet ismerünk a természetben. Egyesek igen gyakoriak, mint a kvarc. Legnagyobb mennyiségben a földkéregben találhatók, átlagos mennyiségüket 17 %-ra becsülik (ebbıl azonban kb. 13% esik a kvarcra). Gazdasági és történeti szempontból fontos ásványok tartoznak az oxidok közé. A vas, mangán, króm, ón, titán, alumínium és az urán döntı részét oxidokból nyerik ki. Sok oxid ismert a drágakövek világában is. De gondoljunk a jégre, hiszen az szintén ásvány és az oxidok közé tartozik.
Néhány fontos oxid Spinell – MgAl2O4; köbös fontos kızetalkotó (magmás, üledékes) megbecsült drágakı
Magnetit – Fe2+Fe3+2O4; köbös gyakori kızetalkotó (magmás, metamorf üledékes), fontos érce a vasnak, ferromágneses sajátságú
Néhány fontos oxid Korund - Al2O3; trigonális fontos kızetalkotó (metamorf, üledékes) nagy keménység és kémiai stabilitás, drágakıváltozatok: (rubin, zafir)
Néhány fontos oxid Hematit - Fe2O3; trigonális fontos kızetalkotó (magmás, metamorf, üledékes) a vas fontos ércásványa, pora korábban fontos festékföld volt
Ilmenit - FeTiO3; trigonális fontos kızetalkotó (magmás, üledékes), a titán ércásványa
Néhány fontos oxid Rutil - TiO2, tetragonális gyakori kızetalkotó (magmás, metamorf, üledékes), nagy keménység, kémiai stabilitás, a titán fontos ércásványa, fehér festék alapanyaga Piroluzit - MnO2, tetragonális a mangán legfontosabb ércásványa, leginkább üledékes eredető, pora kedvelt festékföld volt
A földkéreg legfontosabb oxidja: kvarc Kvarc - SiO2; trigonális, hexagonális Tridimit - SiO2; monoklin, rombos Cristobalit - SiO2; tetragonális, köbös
az egyik leggyakoribb kızetalkotó (magmás, metamorf, üledékes), 7-es keménység, nagy kémiai stabilitás, nem hasad sokféle szín- és alakváltozat (drágakövek), változatos felhasználás: üvegipar, építıipar, kohászat, elektronikai és optikai ipar, tőzállóanyagipar, korábban eszközkészítés (kıkorszakok)
SiO2 módosulatok stabilitási tartományai
A földkéreg legfontosabb oxidja: kvarc formák, ikrek, jól kristályos változatok
ametiszt rózsakvarc
füstkvarc
Mikrokristályos kvarcváltozatok kalcedon- és jáspisfélék
Egy rövid távon rendezett szerkezető és amorf ásvány: opál
Opál - SiO2 . nH2O
amorf vagy rövid távon rendezett szerkezető kagylós törés, változó víztartalom, felszínközeli képzıdés (magmás, üledékes eredet)
Hidroxidok, oxid-hidroxidok A hidroxidokban a hidroxil-csoport egyedül vagy az oxigénnel együtt tölti be az anionhelyeket. Szerkezetük jelentısen különbözik az oxidokétól. Az OH-ionok koordinációs száma leginkább 3-as vagy 6-os és zömmel rétegrácsos felépítést eredményez. A hidroxidok sokkal kevéssé stabil vegyületek, mint az oxidok. A rétegrácsokban a rétegek között gyenge van der Waals kötés vagy hidrogénkötés van. Jellemzı a hidroxidokra: kristályok táblás, lemezes termete, a rétegekkel párhuzamos kiváló hasadás és kis keménység. Legtöbbször a felszín közelben vagy a felszínen képzıdnek, mállási folyamatok során. Az alumínium, vas, mangán fontos ércásványai tartoznak közéjük.
A leggyakoribb vas-oxid-hidroxid: goethit Goethit - α-FeO(OH); rombos roppant elterjedt kızetalkotó, a felszínen minden vastartalmú ásvány döntıen goethitté (vagy rosszul kristályos vas-oxiddá) mállik el, a vas évezredek óta felhasznált ércásványa, porát festékföldként hasznosítják.
Gyakori alumínium-hidroxidok Gibbsit - γ-Al(OH)3; monoklin a felszínen más Al-tartalmú ásványokból gyakran képzıdik; kristályai mindig szubmikroszkopikus méretőek, a bauxit fontos ércásványa
Böhmit - γ-AlO(OH); rombos a bauxit legfontosabb ércásványa, kristályai mikroszkopikus méretőek
Környezetünkben képzıdı oxidok, hidroxidok • Sokszor rövid távon rendezett szerkezetőek vagy amorfak; nagy fajlagos felülettel, nagy adszorpciós képességgel rendelkeznek
Fe-oxidok
Fe-Mn-oxidok
Al-oxidok
Fe-oxidok
Karbonátok A karbonátokra a CO3 összetett anion jelenléte jellemzı. A karbonát anionban lévı kötések sokkal erısebbek, mint a szerkezetben lévı többi kötéstípus. A karbonát anion legtöbbször közepes vagy nagy ionrádiuszú, két vegyértékő kationokkal (Ca, Mg, Fe, Mn, Pb, Ba, Sr) kapcsolódik össze. A kisebb ionmérető fémek karbonátokban ritkábbak, és általában más fémekkel együtt épülnek be a szerkezetbe.
kalcit rácsa és hasadása
Karbonátok A vízmentes, vízben nem oldódó karbonátok 3–5 közötti keménységőek. A vízben fıként az OH-csoportot tartalmazó, vagy a víztartalmú karbonátok oldódnak. Hidrogén-ion jelenlétében a karbonátok instabilakká válnak és elbomlanak (pl. sósavban pezsgéssel oldódnak). A karbonátok a földkéreg felsı zónáiban, illetve a Föld felszínén elterjedt ásványok. Karbonátokból áll számos igen elterjedt üledékes (pl. mészkı, márga, dolomit) és metamorf (márvány) kızet. Jelenleg kb. 200 karbonátásványt ismerünk. Gyakoriságuk és gazdasági jelentıségük miatt a kalcit-, az aragonit- és a dolomit-csoport ásványai a legfontosabbak. A karbonátokat a víztartalom, illetve a pótanionok hiánya vagy jelenléte alapján csoportosítjuk.
A leggyakoribb karbonát: kalcit Kalcit - CaCO3; trigonális a leggyakoribb kızetalkotó karbonát (magmás, üledékes, metamorf), romboéder szerinti kitőnı hasadás, közepes keménység, savakkal szembeni instabilitás, változatos felhasználás: építıipar, mész- és cementgyártás, kohászat, cukoripar, talajjavítás, festékipar, díszítıkıipar
A kalcit formai változatossága
Néhány fontos karbonát Sziderit - FeCO3; trigonális gyakori kızetalkotó (magmás, üledékes); a vas egyik ércásványa, barna szín, romboéder szerint kitőnı hasadás
Magnezit - MgCO3; trigonális a magnézium legfontosabb ércásványa, tőzállóipar, építıanyagipar (speciális cementek)
Néhány fontos karbonát Dolomit - CaMg(CO3)2; trigonális gyakori üledékes kızetalkotó, közepes keménység, savakkal szemben instabilitás, romboéder szerinti kitőnı hasadás, Kohászati adalék, tőzállóanyag-ipar, talajjavítás, vegyipar
Néhány fontos karbonát Aragonit - CaCO3; rombos üledékes, ritkábban magmás, metamorf kızetalkotó, közepes keménység, savakkal szemben instabilitás, nem jó a hasadása (ellentétben a kalcittal)
Néhány fontos karbonát Malachit - Cu2(CO3)(OH)2; monoklin rézérctelepek oxidációs zónája, zöld, közepes keménység, a réz ércásványa, pora korábban fontos festékföld volt, díszítıkı
Azurit - Cu3(CO3)2(OH)2; monoklin rézérctelepek oxidációs zónája, kék, közepes keménység, a réz ércásványa, pora korábban fontos festékföld volt
Környezetünkben képzıdı karbonátok
