صفحة ٨٦
انظر إلى أعلى الصفحة، الأكسجين هو العنصر الأكثر شيوعاً في القشرة الأرضية، يليه السيليكون. عندما تتحد ذرة سيليكون واحدة مع أربع ذرات أكسجين، يتكون ما يسمى أيون السيليكا ، والذي يُعرف بالهرم الرباعي الأوجه أو هرم السيليka. هذا الهرم هو وحدة البناء الأساسية لمعادن السيليكات التي تشكل تقريباً 96% من معادن القشرة الأرضية. انظر إلى الشكلين الأسفلين، أحدهما يوضح منظماً مصمتاً لهرم رباعي الأوجه تظهر فيه ذرة السيليكون في المركز محاطة بذرات الأكسجين الأربع، والآخر يوضح نموذج هرم رباعي الأوجه بكرات مجسمة. تذكر أن عدد إلكترونات التكافؤ يحدد عدد الروابط، ولهذا ترتبط ذرة السيليكون بأربع ذرات أكسجين برابطة تساهمية.
صفحة ٨٧
انظر إلى الشكل: عندما ترتبط أهرامات السيليكا بعضها ببعض، تتنوع التراكيب الناتجة بناءً على طريقة الارتباط. هرم السيليكا المنفرد يحتوي على ذرة سيليكون مرتبطة بأربعة أيونات أكسجين. إذا اتحد هرمان فيتحولان إلى سلسلة زوجية تعطينا معدن الأمفيبول، أو سلسلة فردية تعطينا معدن البيروكسين. أما إذا اتحدت الأهرامات في ثلاثة اتجاهات أو أكثر، فينتج لدينا صفيحة تعطي معدن المايكا، أو بناء ثلاثي الأبعاد يعطي معدن الكوارتز. هكذا تتشكل سلاسل وصفائف وتراكيب معقدة تنظم معادن السيليكات المتنوعة في قشرة الأرض.
صفحة ٨٨
تختلف المعادن السيليكاتية باختلاف ترتيب أهرامات السيليكا فيها، فمثلاً ترتبط أهرامات السيليكا على شكل سلاسل زوجية في الإسبستوس بينما ترتبط على شكل صفائح في المايكا. تذكر أن هناك مجموعات معدنية رئيسية أخرى غير السيليكات؛ فالكربونات مثل الكالسيت والدولوميت تتكون باتحاد فلز مع أيون الكربونات سالب الشحنة. والأكسيد مثل الهيماتيت والماجنييت واليورانيينيت تعد مصدراً أساسياً للحديد وللطاقة النووية. والفوسفات مثل الأباتيت تحتوي على أيون الفوسفات . انظر إلى المخطط الزمني في أسفل الصفحة لترى كيف تغيرت قيم المعادن واستعمالاتها عبر التاريخ منذ آلاف السنين قبل الميلاد وحتى فجر الإمبراطوريات القوية.
صفحة ٨٩
تابع معنا المخطط الزمني لاستعمال المعادن عبر التاريخ وصولاً إلى العصر الحديث وعام 2006 حيث وجدت مئات محطات الطاقة النووية التي تستخدم اليورانيوم. انظر إلى قسم المعادن الاقتصادية: المعادن تستعمل في كل شيء حولنا، ويسمى المعدن خاماً إذا احتوى على مواد قيمتها الاقتصادية عالية يمكن تعدينها، مثل الهيماتيت كمصدر للحديد. لاستكشاف هذه المعادن الاقتصادية يتم استخدام طرق مختلفة منها الاستشعار عن بعد Remote Sensing الذي يجمع البيانات من الأقمار الاصطناعية وطائرات تحمل معدات خاصة لقياس الطاقة الكهرومغناطيسية المنبعثة أو المعاكسة من الأجسام، ثم معالجتها برمجياً. تذكر أيضاً أن المملكة العربية السعودية تحتوي على خامات اقتصادية كثيرة منها الذهب والفضة والنحاس والحديد.
صفحة ٩٠
انظر إلى الجدول الذي يلخص مجموعات المعادن الرئيسية واستعمالاتها الاقتصادية. مجموعة السيليكات تضم المايكا، والأوليڤين برودوت بصيغة ، والكوارتز بصيغة ، وتستعمل في صناعة الزجاج وأحجار الكريمة ونوافذ الأفران. مجموعة الكبريتيدات تضم البيريت والمركازيت بصيغة والجالينا والسفاليريت، وتستعمل في صناعة حمض الكبريتيك وخام الرصاص والزنك. مجموعة الأكسيد تضم الهيماتيت بصيغة والكوروندوم واليورانيينيت والإلمينيت، وتستعمل في صباغة الحديد وحجر الجلخ وصناعة الطلاء والسبائك. مجموعة الكبريتات تضم الجبس والأنهيدريت، بينما الهاليدات تضم الهاليت والفلوريت. مجموعة الفوسفات تضم الأباتيت، والكربونات تضم الكالسيت والدولوميت. وأخيراً مجموعة العناصر الحرة الأصلية تضم الذهب والنحاس والفضة والكبريت والجرافيت.
صفحة ٩١
انظر إلى صورة الأحجار الكريمة Gems التي يعود جمالها وسحرها إلى ندرتها وقساوتها ومقاومتها للخدش وصلابتها. لاحظ كيف يؤدي وجود بعض الشوائب أحياناً إلى جعل المعادن ذات لون مختلف وأغلى ثمناً من المعدن النقي نفسه، فمثلاً الكوارتز النقي لا يحتوي على شوائب، بينما الكوروندوم الذي يستعمل في صنع أدوات القطع يوجد في شكلين من الأحجار الكريمة هما الياقوت ruby والزفير sapphir؛ حيث يحتوي الياقوت على كميات ندرة من عنصر الكروم ليعطي اللون الأحمر، بينما يحتوي الزفير على مقدار ضئيل من الكوبالت والتيتانيوم ليعطي لوناً مختلفاً. انظر إلى أسئلة التقويم وأجب عنها بتركيز.
صفحة ٩٢
انظر إلى صورة الدحول في السياحة الجيولوجية بالمملكة العربية السعودية؛ الدحول جمع دحل، وهي فتحات في الأرض تشبه الأنفاق يصل قطر فوهة بعضها إلى حوالي 20 متراً، وتكونت نتيجة تسرب المياه عبر الشقوق في الصخور مع مرور الزمن ليذوب الصخر. تنمو في الدحول بلورات من معدني الكالسيت والجبس بأشكال وألوان مميزة، وتختلف البلورات في أطوالها. لتحتوي هذه الدحول على بلورات، تحتاج أولاً إلى فراغ وهو الدحل، وتحتاج مصدراً من الماء الغني بالمعادن الذائبة، مع عوامل أخرى كالضغط ودرجة الحرارة. اقرأ صندوق الكتابة في الجيولوجيا وابحث في الإنترنت عن دحل سلطان لتكتب تقريراً وثائقياً مدعوماً بالصور.
صفحة ٩٣
هذا اختبار معملي لخصائص المعادن. المطلوب منك هو تطبيق الخطوات المكتوبة لتفحص عينات معادن مثل الملح الصخري، الجير، الجرانيت، والكوارتز. ابدأ بتجهيز الجدول المقابل لتسجيل الملاحظات، ثم افحص كل عينة بالعين المجردة ومن خلال العدسة المكبرة أو المجهر المستقطب. ضع رأس المفك على العينة واطرق المقبض بخفة لتختبر الانفصال والكسر. بعد ذلك، اخدش كل عينة بقطعة البورسلان لتتعرف على المخدش واللون. تذكر أن تقارن قساوة كل عينة مع مقياس موس للقساوة في الجدول 3-1، وناقش نتائجك مع أقرانك في الصف.
صفحة ٩٤
انظر إلى دليل مراجعة الفصل الثالث. في قسم 3-1 المتعلق بما المعدن؟ تراجع المفاهيم الرئيسية التي تصف المعدن بأنه مادة صلبة طبيعية غير عضوية لها مكونات كيمياوية معينة وبناء بلوري محدد تتترتب فيه الذرات بنمط متكرر. وفي قسم 3-2 المتعلق بأنواع المعادن وأهميتها، تراجع فكرة تحاط ذرة السيليكون بأربع ذرات أكسجين لتشكل هرم السيليكا. تذكر أن المجموعات الرئيسية هي السيليكات والكربونات والأكسيد والفوسفات والكبريتيدات والهاليدات والعناصر الحرة. تذكر أيضاً مفهوم الخام الذي يحتوي على مواد قيمة يمكن تعدينها اقتصادياً، والأحجار الكريمة النادرة والثمينة.
صفحة ٩٥
هذه صفحة تقويم الفصل وتحتوي على أسئلة مراجعة المفردات وتثبيت المفاهيم الرئيسية. في الأسئلة من 1 إلى 3 مطلوب تحديد المصطلح الذي يصف كل عبارة مثل العنصر أو المركب غير العضو الصلب الذي يوجد في الطبيعة وهو المعدن. وفي الأسئلة من 4 إلى 7 مطلوب توضيح العلاقة بين المصطلحات وإكمال الجمل بالمفردات المناسبة. في الأسئلة من 8 إلى 12 اختر الإجابة الصحيحة بناءً على ما درست؛ فمثلاً السؤال 11 يعطيك معدناً كتلته 100 جرام وحجمه 50 سنتيمتر مكعب، ولحساب الكثافة تقسم الكتلة على الحجم أي 100 تقسيم 50 لتجد الناتج الصحيح من الخيارات الأربعة.
صفحة ٩٦
تابع حل أسئلة تقويم الفصل في هذه الصفحة. في الأسئلة من 13 إلى 20 اختر الإجابة الصحيحة بالاعتماد على الأشكال والنصوص السابقة؛ فمثلاً السؤال 18 يطلب منك معرفة أي معدن تتصاعد منه فقاعات غازية فوران عند ملامسته حمض الهيدروكلوريك، تذكر تفاعل الكالسيت مع الأحماض. في قسم الأسئلة البنائية من 21 إلى 25، اقرأ السؤال بتمعن واكتب إجابتك العلمية الواضحة؛ مثلاً السؤال 21 يطلب منك تفسير سبب اختلاف لون حجر الياقوت عن لون الزفير مع أنهما شكلان لمعدن الكوروندوم، تذكر تأثير الشوائب والكميات الضئيلة من العناصر مثل الكروم أو الكوبالت.
صفحة ٩٧
هنا مزيد من أسئلة التفكير الناقض وخريطة المفاهيم وسؤال تحفيز. في السؤال 26، انظر إلى الصورة أدناه وتخيل كيف يكون التركيب الذري لبلورة هذا المعدن إذا كان شكل البلورة انعكاساً خارجياً لها. وفي السؤال 27، اقترح أفضل المعادن ما عدا الألماس التي يمكن أن تستخدم في صنع ورق الصنفرة مستخدماً الجدول 3-1. في السؤال 28، قرر أي المواد الآتية ليست معادن ووضح لماذا. في خريطة المفاهيم بالسؤال 33، ارسم خريطة مفاهيمية مستعملاً المصطلحات المذكورة: سيليكات، أكسيد، هاليدات، كبريتات، كبريتيدات، فوسفات، وعناصر حرة أصلية. وفي سؤال التحفيز 34، رتب بالإافة إلى السيليكات الصفائحية: سلاسل، سيليكات ثلاثية الأبعاد، وسيليكات حلقية.
صفحة ٩٨
هذا اختبار مقنن يساعدك على التدرب على اختبارات تحصيل الفهم. انظر إلى الجدول الأول الخاص بترتيب عناصر القشرة الأرضية من حيث وفرتها وقساوتها، والجدول الثاني الخاص بخواص المعادن مثل البرق والقساوة والوزن النوعي. في السؤال الأول، استعن بجدول العناصر لتعرف أيها يأتي ثانيه من حيث وفرهته. في الأسئلة من 2 إلى 4، أجب عن أي المعادن أكثر قساوة أو ذات لمعان فلزي بالرجوع لبيانات الجداول. في الأسئلة من 5 إلى 7، حلل البيانات الواردة لتصف الألماس بدقة وتحدد المعدن الذي يخدش الفلسبار ولا يخدش التوباز اعتماداً على أرقام القساوة.
صفحة ٩٩
تابع حل الأسئلة القصيرة في الاختبار المقنن. في الأسئلة من 8 إلى 10، استخدم معامل التحويل المطبوع وهو واحد قيراط يساوي 0.2 جرام لتعبئة الفراغات في الجدول وحساب الأوزان بالجرام للمآس المذكورة. في الأسئلة من 11 إلى 13، اكتب إجابات قصيرة توضح لماذا يعاد تصنيف بعض المعادن من خام اقتصادي إلى معدن غير اقتصادي، وعرّف البرق وبين لماذا يصعب استعمال البرق في تعرف المعادن. في قسم القراءة والاستيعاب، اقرأ النص العلمي عن السيليكون الذي يعد ثاني أكثر العناصر انتشاراً في القشرة الأرضية، ثم أجب عن الأسئلة من 14 إلى 16 المتعلقة بخصائص السيليكون وصناعته.
صفحة ١٠٠
انظر إلى افتتاحية الفصل الرابع وعنوانه الصخور. تظهر في الصورة الكعبة المشرفة وحولها المعتمرون، وتبرز دوائر توضيحية لعينات صخرية مأخوذة منها ومقسّمة إلى معادنها الأساسية مثل البيروكسين، والأوليڤين، والبلاجيوكليز. انظر إلى الأفكار الرئيسية لهذا الفصل: تقسم الصخور إلى ثلاثة أنواع هي الصخور النارية، والصخور الرسوبية، والصخور المتحولة. الصخور النارية تتكون عندما تبرد المواد المنصهرة في باطن الأرض أو على سطحها ثم تتبلور. الصخور الرسوبية تنشأ عن تصخر الرسوبيات الناتجة عن عمليتي التجوية والتعرية. أما الصخور المتحولة فتنشأ عندما تتعرض صخور سابقة لزيادة الضغط والحرارة والمحلال الحرارية المائية. في أسفل الصفحة تجد حقائق جيولوجية عن مساحة الكعبة المشرفة وارتفاعها واستخدام الصخور البازلتية في بنائها.
صفحة ١٠١
هذه صفحة نشاط لتبدأ بها تجربة استهلالية بعنوان كيف نتعرف الصخور؟ تذكر أن الصخور النارية تتكون من معادن مختلفة، ويمكن تمييز تلك المعادن في بعض أنواع الصخور التي تتكون من بلورات معدنية كبيرة. في خطوات العمل، ابدأ بقراءة تعليمات السلامة، ثم افحص عينة من الجرانيت بالعين المجردة وسجل ملاحظاتك. بعد ذلك، استخدم عدسة مكبرة أو مجهراً مستقطباً لمشاهدة عينة الجرانيت وشرائح رقيقة منه لتعرف المحتوى المعدني. في قسم المطويات، اصنع مطوية تنافسية للمقارنة بين أنواع الصخور الثلاثة باتباع الخطوات المذكورة لطي الورقة وقصها وعمل جيوب للصخور النارية والرسوبية والمتحولة مع إعطاء أمثلة.
