الدرس ١: المعادن - جواهر الأرض

المعدن مادة صلبة غير عضوية موجودة في الطبيعة، ذراتها مرتبة بشكل منتظم، وله تركيب كيميائي محدد. تختلف المعادن عن بعضها بخواص فيزيائية يمكن ملاحظتها دون تغيير ماهيتها، مثل الشكل البلوري، والانفصام، والمكسر، واللون، والمخدش، واللمعان، والقساوة التي يقيسها مقياس موس من واحد إلى عشرة. تتشكل المعادن بطرائق متعددة كتبريد الصههير الصخري أو تبخر ماء البحر. كمثال، قلم الرصاص يحتوي على معدن الجرافيت وليس الرصاص. بعض المعادن تشكل أجزاء من الصخور، وبعضها نادر وثمين يسمى أحجاراً كريمة كالألماس. كما توجد خامات تحتوي على مواد مفيدة يمكن استخراجها لتحقيق أرباح.

الفكرة الأساسية

المعادن هي مواد صلبة أساسية غير عضوية في الطبيعة، تتكون من ذرات مرتبة بانتظام وتتميز بتركيب كيميائي وخصائص فيزيائية فريدة تميزها عن الصخور.

الشرح

المعدن مادة صلبة غير عضوية، أي أنها لم تنشأ عن نبات أو حيوان. ذرات المعدن مرتبة بترتيب منتظم ومتكرر يشكل مظهراً بلورياً جميلاً. أما الصخر فهو مكون من معدن واحد أو أكثر. تتشكل المعادن بطرائق عدة، منها التبريد البطيء للصهير الصخري في باطن الأرض لتكون بلورات منتظمة، أو التبريد السريع على سطح الأرض عندما يخرج على شكل لابة، أو التبخر مثل تبخر ماء البحر لتشكل بلورات الملح والجبس، أو بطريقة الترسيب مثل معدن المنجنيز في قاع المحيطات.

لدينا خصائص فيزيائية عديدة لتعرف المعادن دون تغيير ماهيتها. الشكل البلوري يظهر سطوحاً ملصاء تسمى السطوح البلورية. الانفصام هو تكسر المعدن على طول سطوح مسطحة بسبب وجود مناطق ضعف، مثل المايقا التي تنفصل إلى صفائح، والهاليت الذي له ثلاثة اتجاهات انفصام متعامدة. أما المكسر فيحدث عندما ينكسر المعدن إلى قطع ذات سطوح خشنة غير منتظمة ومنحنية مثل الكوارتز. اللون قد يكون خادعاً لأن المعدن قد تظهر له ألوان مختلفة بسبب الشوائب، مثل معدن البيريت الأصفر اللامع الذي يخدع المنقبين فيظنونه ذهباً، ومعدن الكالسيت الذي يتشكل بألوان مختلفة. المخدش هو الفتات الناعم الملون الذي ينتج عن حك المعدن بلوح خدش أبيض، وهو أدق أحياناً من اللون نفسه للتمييز بين المعدن والذهب. اللمعان يصف كيفية انعكاس الضوء عن سطح المعدن، كأن يكون فلزياً أو لؤلؤياً أو زجاجياً أو باهتاً أو ترابياً. القساوة تميز بعض المعادن بأنها طرية يمكن خدشها بالظفر مثل التلك، أو قاسية جداً كالألماس، وقد صنفها الجيولوجي موس عام ١٨٢٢م في مقياس من واحد إلى عشرة.

على الرغم من وجود أكثر من أربعة آلاف معدن، فإن المعادن المكونة للصخور قليلة جداً وتسمى المعادن المكونة للصخور، وأكثر من نصف المعادن في قشزة الأرض هي من نوع المعادن السليكاتية، مثل الكوارتز الذي يتكون من عنصري السيليكون والأكسجين. الأحجار الكريمة هي معادن نادرة وثمينة تستخدم في صناعة الحلي لجمالها ونقاورتها وخلوها من الشقوق، مثل الألماس الذي يتكون من عنصر الكربون تحت ضغوط مرتفعة جداً في قشرة الأرض ويخرج للسطح بثوران بركاني. الخام هو المعدن الذي يحوي ما يكفي من مادة مفيدة يمكن بيعها وتحقيق أرباح منها، ويتم استخراج الفلورات من الأرض بطريقة التعدين ثم معالجتها وصهرها وتنقيتها.

مثال محلول خطوة بخطوة

إذا أعطيت معدن الكالسيت ومعدن الفلوريت، وأردت معرفة أيهما أقسى باستخدام جدول مقياس موس للقساوة: الخطوة الأولى: ابحث عن قساوة الفلوريت في جدول مقياس موس، فتجد أنها تساوي أربعة. الخطوة الثانية: ابحث عن قساوة الكالسيت في الجدول، فتجد أنها تساوي ثلاثة. الخطوة الثالثة: قارن بين الرقمين، أربعة أكبر من ثلاثة، إذن معدن الفلوريت أقسى من معدن الكالسيت، وهذا يعني أن الفلوريت يمكنه خدش الكالسيت ولن يستطيع الكالسيت خدش الفلوريت.

أخطاء شائعة

الاعتقاد بأن لون المعدن هو الوسيلة الوحيدة والقطعية لتحديده، بينما الصحيح أن اللون قد يكون خادعاً بسبب الشوائب، ويجب الاعتماد على المخدش والخواص الأخرى كالقساوة والانفصام. الظن بأن المادة الموجودة داخل قلم الرصاص هي معدن الرصاص، بينما هي معدن الجرافيت وليست عنصراً ساماً كالرصاص. الخلط بين المعدن والصخر، مع أن الصخر قد يتكون من معدن واحد أو أكثر.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: ما الفرق بين الانفصام والمكسر في المعادن؟ الإجابة: الانفصام هو تكسر المعدن على طول سطوح مسطحة وناعمة ومنتظمة بسبب وجود مناطق ضعف في ترتيب الذرات، بينما المكسر هو تكسر المعدن إلى قطع ذات سطوح خشنة غير منتظمة أو منحنية.

السؤال الثاني: لماذا يعد الاعتماد على المخدش أفضل أحياناً من الاعتماد على لون المعدن نفسه للتمييز بين المعادن؟ الإجابة: لأن لون المعدن قد يكون خادعاً بسبب وجود شوائب تتسبب في تغيير مظهره الخارجي كما يحدث في معدن البيريت الذي يشبه الذهب، بينما مخدش المعدن وهو الفتات الناعم على لوح الخدش يظل ثابتاً ويعطي دلالة أدق على هوية المعدن الحقيقية.