Magnetne osobine minerala

U zavisnosti od pona{awa u magnetnim poqima, sve minerale mo`emo podeliti na slabo i jako magnetne. Ova podela nije strogo nau~nog karaktera, ve} je empirijska na osnovu pona{awa minerala u razli~itim magnetnim poqima.

Slabo magnetni minerali su oni minerali, ~iji je magnetski supcebilitet ( u

jedinicama 10-8m3/kg ) mawi od 1, dok jako magnetni minerali imaju vrednost ve}u od 1. Magnetski supscebilitet predstavqa pogodnu bezdimenzionalnu veli~inu koja na specifi~an na~in defini{e pona{awe materije u magnetskim poqima.

Slabo magnetni minerali se daqe mogu podeliti na dijamagnetne i paramagnetne, mada neki autori u ovu grupu ubrajaju i neke antifero-magnetike sa kompenzovanim magnetizmom .

Jako magnetni minerali mogu se podeliti na magnetike (feromagnetike) i antifero-magnetike (sa nekompenzovanim feromagnetizmom).

Dijamagnetizam

Dijamagnetski i paramagnetski minerali ispoqavaju magnetne osobine samo u veoma jakim magnetnim poqima. U odsustvu spoqa{wih magnetnih poqa ne pokazuju nikakve efekte magnetizma. Tipi~ni dijamagnetici su na primer - halit,

silvin, sfalerit bez Fe, gips, ortoklas , kalcit itd .

id187359 pdfMachine by Broadgun Software - a great PDF writer! - a great PDF creator! - http://www.pdfmachine.com http://www.broadgun.com

Dijamagnetizam je kod minerala povezan sa odsustvom magnetskih domena elemenata, koji ulaze u hemijski sastav. Dejstvom veoma jakih poqa, stvaraju se veoma slabi magnetski domeni uslovqeni kretawima elektrona. U tabeli ni`e date su vrednosti magnetskog supcebiliteta nekih dijamagnetskih minerala.

Kod paramagnetika postoje stalni magnetski domeni atoma ili slo`enijih grupa koje ulaze u sastav odnosno strukturu

minerala. Ose domena su orijentisane u svim pravcima podjednako . Kada se paramagnetski mineral unese u magnetno poqe dolazi do ure|ewa domena u pravcu poqa, i u odre|enom stepenu se javqaju magnetne osobine. Prakti~no najve}i broj minerala u prirodi pripada paramagneticima, gde spada ve}ina sulfida, oksida, sulfata, silikata itd.

Paramagnetizam

U tabeli ni`e dati su neki primeri minerala sa vrednostima magnetskog supcebiliteta. Feromagnetski minerali imaju veoma jako izra`ene magnetske domene, i u odsustvu spoqa{wih poqa. Po tome se znatno razlikuju od prethodnih.

Mineral (10 -8 m3/kg) Kvarc -0.62

Kalcit -0.48

Relativno mali broj minerala u prirodi

pripada feromagneticima (magnetit, pirotin).

Danas se pouzdano zna da su feromagnetske osobine minerala povezane s prisustvom stalnih magnetskih domena u strukturi koji su orijentisani. Magnetski domeni se obrazuju od nekompenzovanih magnetskih momenata spina elektrona, dok su orbitni magnetski momenti od sekundarnog zna~aja.

Feromagnetik

Stalne magnetske domene mogu dati samo elektroni na nepopuwenim d ili f-orbitalama prelaznih elemenata, kod kojih se i ispoqavaju nekompenzovani magnetski spinovi elektrona.

Magnetske osobine minerala su zna~ajne jer se na wima zasnivaju razli~iti

metodi magnetske ili elektromagnetske separacije minerala u rudama i stenama, radi dobijawa ~istih monomineralnih koncentrata.

Mineral (10-8m3/kg) Biotit 79

Siderit 100

Pirit 30

Kirijeva ta~ka

Kod feromagnetika u procesu zagrevawa na odre|enoj temperaturi potpuno is~ezavaju magnetne osobine, i feromagnetik postaje para ili dijamagnetik. Ova temperatura naziva se Kirijevom temperaturom ili Kirijevom ta~kom.

Kirijeva ta~ka kod magnetita

Piromagnetske osobine minerala

Piromagnetizam je pojava kod nekih minerala da se u procesu zagrevawa namagneti{u ili re|e demagneti{u. Piromagnetizam je prvobitno otkriven kod apatita, koji se u procesu zagrevawa namagneti{e.

ELEKTRI^NE OSOBINE MINERALA

U vezi sa elektri~nim osobinama minerala, razmotri}emo elektro-provodqivost minerala kao i piezo i piro elektricitet.

Provodqivost elektri~ne struje je kod nekih minerala zna~ajna fizi~ka osobina. U pogledu provodqivosti struje minerali se pona{aju dvojako. Jedni kao {to je re~eno vi{e provode struju, dok se drugi pona{aju kao tipi~ni izolatori.

Tako|e postoje minerali koji se u pogledu provodqivosti struje pona{aju izme|u izolatora i dobrih provodnika. Prema tome u pogledu provodqivosti struje minerale mo`emo podeliti na tri grupe i to : provodnike, izolatore i poluprovodnike.

Relativno mali broj minerala su dobri provodnici elektri~ne struje, a

naro~ito se u provodqivosti isti~u samorodno Ag , Au , Cu , Pt , Ir , Os i grafit. Relativno dobru provodqivost pokazuju i neki sulfidi (pirit), kao i neki

oksidi (magnetit i piroluzit - MnO2), ali u znatno mawoj meri nego provodnici.

Izolatorima pripada najve}i broj mineralnih vrsta u prirodi razli~itog sastava i struktura. Ovamo spadaju minerali iz grupa kar-bonata, sulfata, borata, silikata itd. Kod izolatora se ne javqaju efekti provodqivosti, a ako se i javqaju izra`eni su u veoma slabom stepenu.

Kod poluprovodni~kih minerala provodqivost mo`e biti izazvana razli~itim faktorima pri ~emu dominiraju termi~ka kretawa elektrona, nesavr{enost kristalne re{etke, uticaj primesnih atoma drugog valentnog stawa, itd. Na apsolutnoj nuli (-273,15 oS = 0K) ve}ina poluprovodnika se pona{a kao tipi~ni izolatori.

Mnoge mineralne vrste iz grupe sulfida i nekih sulfo soli pokazuju poluprovodni~ke osobine, na primer galenit, sfalerit, antimonit, enargit itd.

Poseban zna~aj imaju poluprovodni~ke osobine nekih sulfo soli (enargit

itd.), jer su na bazi wihovog tipa strukture dobijeni sinteti~ki poluprovodnici.

Piezo i piroelektricitet minerala

Piezoelektricitet je otkriven 1880. god. i predstavqa sposobnost naelektrisawa povr{ine minerala dejstvom pritiska. Pri tome se piezoelektricitet mo`e stvoriti bilo sabijawem ili rastezawem kristala.

Ovakav elektricitet na povr{ini minerala obi~no se naziva direktnim

piezoelektricitetom, mada su bra}a Curi otkrila i obrnuti piezoelektri~ni efekat. Obrnuti piezoelektri~ni efekat sastoji se u tome da ako se piezoelektrik unese u elektri~no poqe odre|ene frekvencije, pona{a se kao oscilator ~ije su oscilacije uslovqene oscilacijama poqa.

Piroelektricitet je pojava stvarawa odre|ene koli~ine naelektrisawa zagrevawem. Mineral koji ispoqava piezoelektri~ne osobine ima i piro osobine. Razlika je u tome {to je kod piro osobina koli~ina naelek-trisawa mawa.

Piezo i piroelektri~ne osobine poseduju samo minerali i druge kristalne

materije razli~itog sastava koji nemaju centar simetrije. Kod minerala, oba

efekta se javqaju naro~ito kod kvarca (-Q), turmalina, sfalerita itd.

Efekti se javqaju i kod kristala CdBr2 4H2O, i razli~itih sulfata Mg, Zn, Ni, benzofenona, urotropina itd.

Piezoelektri~ni minerali i drugi piezoelektrici mogu imati veoma veliku

primenu u piezometriji, elektrometriji, kod proizvodwe mikrofona, kao stabilizatori frekvencija itd.

U piezometriji, zahvaquju}i postojawu stroge proporcionalnosti izme|u

koli~ine naelektrisawa i mehani~ke sile, piezoelektrici se primewuju za merewe sila, ubrzawa, pritisaka itd .

Piezoelektrici se u elektrometriji mogu primeniti kao veoma precizni

voltmetri, a mogu imati primenu i kod razli~itih osciloskopa. Termoelektri~ne pojave kod minerala

Poznato je da se termoelektri~ne pojave javqaju na spojevima dva metala, pri ~emu se u procesu zagrevawa stvara odre|ena elektromotorna sila. Ukoliko se jedan od metala zameni pogodnim mineralom, tako|e }e se stvoriti elektromotorna sila.Termoelektri~ne pojave se zapa`aju i na kontaktima dve mineralne vrste.

Tako, na primer, ako se spoje dva kristala hematita po bazi i prizmi,

zagrevawem }e se indukovati struja u pravcu od pqosni prizme ka bazi. Sada{we pojave termoelektriciteta su znatno mawe u pore|ewu sa standardnim parovima metalnih termoelemenata, te se za sada ne koriste. No, mogu}e je da postoje mineralne vrste koje u ve}oj meri ispoqavaju termoelektri~ne osobine, {to je pravac budu}ih istra`ivawa.

HEMIJSKI SASTAV I FORMULE MINERALA

Prou~avawe hemijskog sastava minerala, tj. wihovog hemizma, spada u jedan od osnovnih zadataka mineralogije kao nauke. S obzirom na definiciju minerala, zna~aj hemijskog sastava postaje jasan. S druge strane, hemijski sastav minerala je uslovqen i na~inom postanka minerala, i fizi~ko-hemijskim karakte-ristikama prirodnih sredina kao i wenim hemizmom.

Ukoliko se `eli dubqe prou~avati postanak minerala u prirodi, potrebno je poznavati sastav minerala ~iji se postanak prou~ava. Treba napomenuti da u

hemijski sastav minerala ulazi veoma veliki broj elemenata iz periodnog sistema, mada je pitawe u kojim koli~inama.

Tako na primer kod sulfidnih minerala je veoma velika uloga S, kod

karbonata CO3 grupe itd. Pored toga, pojedini elementi iz periodnog sistema nemaju svoje mineralne vrste, ve} u sastav drugih minerala ulaze kao primese.

U hemijskom sastavu minerala razlikujemo tzv. glavne ili makro elemente i elemente primese. Pod glavnim elementima podrazumevamo one elemente koji u sastav ulaze u makro koli~inama izra`enim pomo}u procenta. Na primer, kod

kvarca glavni elementi su Si i O koji u hemijski sastav ulaze u makro

koli~inama, dok naprimer kod diopsida glavni elementi su Ca, Mg , Si i O.

Elementi primese u sastav minerala ulaze u koli~inama koje su znatno ispod 1%. Za odre|ivawe koncentracije elemenata primesa ili mikro-elemenata, wihove sadr`aje nije pogodno izra`avati pomo}u delova procenta. Koncentracija mikro elemenata u hemijskom sastavu minerala se stoga daje u

jedinicama ppm i ppb. Jedan ppm (percent per milion) je koncentracija mikro

elementa u sastavu minerala koja je ekvivalentna sadr`aju od 1g / t, dok je 1ppb

(percent per bilion) hiqadu puta mawa koncentracija od 1ppm. Na primer ako je

sadr`aj Au kod pirita 35 ppm, onda to odgovara sadr`aju Au od 35 g / t minerala pirita.

Napred je istaknuto da na hemijski sastav uti~e geneza minerala, kao i sam

hemizam sredine u kojoj se mineral obrazuje. Mnogi minerali mogu postati na razli~ite na~ine u prirodi, pri ~emu globalno zadr`avaju svoj hemijski sastav, a pored toga u sastav mogu u}i i drugi elementi.

Ograni~imo se ovde na nekoliko primera, koji ilustruju na~in postanka

minerala na wegov hemijski sastav. Samorodni S u prirodi mo`e biti vulkanogenog ili sedimentnog na~ina postanka. Vulkanogeni sumpor sadr`i u

svom sastavu znatno vi{e Se u odnosu na sedimentni.

Kasiteriti iz pegmatita sadr`e znatno vi{e Nb, Ta u pore|ewu s kasiteritima postalim na druge na~ine, uz istovremeno smawewe sadr`aja elemenata kao {to

su V, In itd.

Hemijski sastav minerala se odre|uje veoma ta~no hemijskim analizama, bilo da se radi o klasi~nim hemijskim analizama ili savremenijim instrumentalne prirode. Rezultati odre|ivawa hemijskog sastava minerala daju se u te`. % sadr`aja elemenata ili pojedinih oksida.

Hemijski sastav minerala dobijen hemijskom analizom mo`e se prera~unavati,

pri ~emu se dobijaju empirijske i kristalohemijske formule. Da bi iz hemijske analize dobili empirijsku formulu minerala, potrebno je

sadr`aje elemenata ili oksida prevesti u atomske ili molekulske koli~ine. Atomsku koli~inu nekog elementa dobijamo, kada wegov sadr`aj u te`.% podelimo s wegovom atomskom te`inom, dok molekulske koli~ine dobijamo kada se te`. % oksida podele s molekulskom te`inom oksida.

Kada dobijemo atomske ili molekulske koli~ine nekog elementa koji ulazi u sastav minerala, me|u wima se mogu uspostaviti odre|eni odnosi, odnosno vidi se da u sastavu minerala stoje u odre|enom odnosu, {to predstavqa atomske ili molekulske koeficjente. Ovi koeficijenti pokazuju koliko pojedinih atoma ili oksida ulazi u empirijsku formulu na osnovu hemijske analize.

I Primer

Hemijska analiza jednog sulfida pokazala je slede}e rezultate u pogledu te`inskog sadr`aja elemenata :

Fe 30,48 % Cu 34,40 % S 35,86 % _______________

100,74 %

U wegov sastav ulaze Fe, Cu i S u makro koli~inama. Deqewem procentualnog sad`aja svakog od elemenata u analizi s wegovom atomskom te`inom, dobijamo

atomske koli~ine koje za Fe iznose 0,544 , za Cu - 0,541 i S - 1,118 . Odnos izme|u

odgovaraju}ih atomskih koli~ina je ( Cu : Fe : S ) 1 : 1 : 2 ; te je empirijska

formula minerala CuFeS2 tj. u pitawu je mineral halkopirit.

II primer

Hemijska analiza sulfide pokazala je slede}e rezultate:

Fe 46.54 % S 53,46 % -------------- 100,00 %

U sastav ovog minerala Fe i S u makro koli~inama. Atomska koli~ina za Fe

iznosi 0,833 dok za S iznosi 1,667. Prema tome odgovaraju}i odnos izme|u

atomskih koli~ina je ( Fe:S) 1:2 , te je empirijska formula minerala FeS2 tj. u pitawu je mineral pirit

III primer

Hemijska analiza sulfo arsenide bakra dala je slede}i rezultat:

Cu 48,41 % As 19,02 % S 33,17 % --------------- 100,50 %

U sastav minerala ulaze Cu, As i S . Atomske koli~ine iznose : Cu = 0,762, As = 0,253 i S = 1,034. Ako se As uzme za jedinicu, onda za Cu dobijamo 3,01 i za S 4,08. Prema tome formula minerala je Cu3AsS4 tj. u pitawu je mineral enargit.

IV primer

Hemijska analiza silikatnog minerala dala je slede}e rezultate u pogledu sadr`aja oksida :

SiO2 51,75 %

CaO 48,27 %

______________ 100,02 %

Potra`imo molekulske koli~ine. One za CaO iznose 0,860 , a za SiO2 - 0,861 . Prema tome vidimo da su molekulski koeficijenti u odnosu 1:1 , te je

empirijska formula ovog silikata CaOSiO2 , odnosno CaSiO3 , tj. u pitawu je mineral volastonit.

Pored empirijskih formula minerala, hemijski sastav minerala dobijen analizom mo`e se prera~unavati i u vidu kristalohemijskih ili strukturnih formula, koje daju osnovne podatke o hemijskom tipu minerala, osnovnim kristalohemijskim karakteristikama, izomorfizmu elemenata itd. Ovaj tip formula dobija se slo`enijim prora~unima, pri ~emu su potrebni i neki strukturni podaci.

TIPOVI VODE KOD MINERALA

Voda ulazi u hemijski sastav mnogih minerala u razli~itim oblicima i mo`e znatno uticati na osobine minerala. Odre|ivawe karaktera, odnosno tipa vode u mineralima mogu}e je razli~itim metodima. Naj~e{}e se primewuju termi~ke, infraspektroskopske, nuklearna mag-netska rezonanca itd. Kod minerala mo`emo razlikovati slede}e tipove vode koje ulaze u wegov hemijski sastav :

1. konstituciona 2. kristalna 3. apsorpciona (koloidna ) 4. zeolitska (strukturno slobodna ) 5. hidroskopna ( vlaga )

Konstituciona ili strukturna voda ulazi u hemijski sastav minerala u

vidu OH- ili re|e H3O +

grupe, zauzimaju}i odre|ena mesta u strukturama minerala. Ovaj tip vode se u strukturama minerala koji je sadr`e dr`i veoma jakim silama, odnosno hemijskim vezama, i kod ve}ine minerala se izbacuje iz strukture zagrevawem u intervalu od 300 - 1300 oS .

Pri izbacivawu ovog tipa vode iz strukture minerala dolazi do potpunog ru{ewa wegove strukture i prelaska u nove faze. Konstitu-ciona voda je prisustna kod mnogih minerala razli~itog sastava. Tako se, na primer javqa kod

brusita - Mg(OH)2, talka- Mg3Si4O10 (OH)2 , muskovita - KAl3Si3O10(OH)2 i dr. minerala.

Sruktura brucita- Mg(OH)2 Struktura muskovita KAl3Si3O10(OH)2

Kristalna voda ulazi u hemijski sastav odnosno strukturu minerala u vidu

molekula H2O. Izbacivawe ovog tipa vode iz strukture minerala je obi~no na

temperaturama od 200-500 oC , mada se mogu javiti i minerali kod kojih je

izbacivawe ovog tipa vode i na ni`im temperaturama. Izlaskom vode iz strukture, tako|e dolazi do ru{ewa strukture i prelaska u nove faze odre|enog hemijskog sastava i osobina sasvim novog karaktera. Tako se, na

primer kod gipsa CaSO4 2H2O izbacivawe ove vode odigrava u nekoliko stadijuma, na razli~itim temperaturama pri ~emu monoklini~ni gips prelazi u

anhidrit - CaSO4 rombi~ne simetrije.

Zeolitska ili strukturno-slobodna voda je specifi~an oblik vode koja ulazi u sastav minerala u vidu

individualnih molekula H2O. Molekuli

H2O vezani su u kanalima i {upqinama struktura minerala koji ih sadr`e veoma slabim Van der Valsovim silama vezivawa, pri ~emu su kanali i {upqine primarnog karaktera, tj. uslovqeni su strukturom samog minerala.

Struktura gipsa CaSO4. 2H2O

Apsorpciona voda u su{tini predstavqa molekularnu vodu koja se nalazi na povr{ini minerala. Za ovu vodu je karakteristi~no da je koli~inski veoma nepostojana, a wen sadr`aj umnogome zavisi od spoqa{ih faktora. Hidroskopna voda ili vlaga predstavqa tip vode u obliku individualnih molekula koji se javqaju na povr{ini, du` pravaca cepqivosti, pukotina itd., za koju je karakteristi~na veoma slaba veza. Sadr`aj vlage je promenqiv i zavisi od vla`nosti sredine u kojoj se mineral nalazi.

Struktura zeolita tipa natrolita