GaPs.ir - Geology and Petroleum Science - آرشیو 1392/10

 

 

از جمله کانی هایی که دراین سیستم متبلور می گردند می توان :
گارنت ها ( Garnets ) فلوریت ( Fluorite )
الماس ( Diamond ) طلا ( Gold )
پیریت ( Pyrite ) نقره ( Silver )
سادولیت ( Sadolite ) شالریت ( Shalerite )
اسپینل ( Spinel )
را نام برد .



- تتراگونال Tetragonal :
این سیستم نیز دارای سه محور بوده که هر سه تحت زاویه 90 درجه یکدیگر را قطع می کنند . تفاوت این سیستم با سیستم کوبیک در این می باشد که در سیستم تتراگونال ، محور C ، بلندتر از محورهای B , A که دارای طول های مساوی هم هستند ، می باشد .

ساختار تتراگونال

 

 

از کانی هایی که در سیستم تتراگونال متبلور می شوند می توان :
آپوفیلیت ( Apophyllite ) ایدوکراز ( Idocrase )
روتیل ( Rutile ) اسکاپولیت ( Scapolite )
ولفنیت ( Wulfenite ) زیرکن ( Zircon )
را نام برد .



- اورترومبیک Orthrhombic :
در این سیستم سه محور وجود دارد . هر سه تحت زاویه 90 درجه با هم برخورد می کنند اما هر سه محور ، از نظر طول ، متفاوتند .

هر سه محور ، از نظر طول ، متفاوتند

 

 

از جمله کانی هایی که در سیستم اورترومبیک متبلور می شوند ، می توان :
آندالوزیت ( Andalusite ) سلستیت ( Celestite )
کریزوبریل ( Chrysoberyl ) کوردیریت ( Cordierite )
دنبوریت ( Danburite ) اپیدوت ( Epidote )
انستاتیت ( Enstatite ) همی مورفیت ( Hemimorphite )
سیلیمانیت ( Sillimanite ) هیپرستن ( Hypersthene )
اولیوین ( Olivine ) سولفور ( Sulfur )
توپاز ( Topaz ) زوئیزیت ( Zoisite )



- مونوکلینیک Monoclinic :
در این سیستم تبلور ، سه محور ، طول متفاوت دارند . دو محور ( محور A و محور C ) تحت زاویه 90 درجه یکدیگر را قطع می کنند اما محور B ، تحت زاویه متفاوت با آنها برخورد دارد .

در اين سيستم تبلور ، سه محور ، طول متفاوت دارند

 

 

از کانی هایی که در این سیستم متبلور می شوند می توان :
آزوریت ( Azurite ) دیوپسید ( Diopside )
تادئیت ( Tadeite ) مالاکیت ( Malachite )
فلدسپارهای ارتوکلاز ( Orthoclase Feldspare )
استارولیت ( Staurolite ) اسفن ( Sphene )
اسپودومن ( Spodumene )
را می توان نام برد .



- تری کلینیک Triclinic :
در این سیستم تبلور نیز طول سه محور C , B , A متفاوت بوده و هیچیک تحت زاویه 90 درجه برخورد نمی کنند .

طول سه محور C , B , A متفاوت بوده است

 

از کانی هایی که در این سیستم متبلور می شوند :
کیانیت ( Kyanite ) لابرادوریت ( Labradorite )
فلدسپارهای میکرولین ( Microline Feldspare )
فلدسپارهای پلاژیوکلاز ( Plagioclase Feldspare )
رودنیت ( Rhodenite )
را نام برد .


- هگزاگونال :
در این سیستم تبلور یک محور اضافی وجود دارد که وجه ششم بلور را تشکیل می دهد . سه محور دارای طول مساوی بوده و تحت زاویه 60 درجه یکدیگر را قطع می کنند . محور قائم یا محور C بر سه محور کوچکتر عمود می شود .
کانی شناسان گاهی این سیستم را به دو سیستم شامل : هگزاگونال و تریگونال تقسیم می کنند . این تقسیم بندی بر اساس شکل خارجی انها صورت می گیرد .

سه محور داراي طول مساوي بوده محور C بر سه محور کوچکتر عمود مي شود

 

 

از کانی هایی که در این سیستم متبلور می شوند می توان :
آپاتیت ( Apatite ) بریل ( Beryl )
را نام برد .




- تریگونال :
سیستم تریگونال در حقیقت یک زیر سیستم از سیستم هگزاگونال محسوب می گردد .

از جمله کانی هایی که در این سیستم متبلور می شوند می توان :
انواع متفاوت کوارتز ( Quartz )
شامل : آگات ( Agate ) ، کلسدنی ( Chalcedony ) ، ژاسپ ( Jasper ) ، آمیتیست ( Amethyst ) و .....
کروندوم ( Corundum ) هماتیت ( Hematite )
رودوکروزیت ( Rhodochrosite ) تورمالین ( Tourmaline )
را نام برد .


بخش عمده ای از اطلاعات اساسی در مورد ساختمان های بلوری ، بر پایه پراش اشعه X استوار و مبتنی است .
مفهوم بلور نخستین بار توسط Wilhelm Roentgen در سال 1895 مطرح شد . اما علم بلور شناسی ساختاری ( structural crystallography ) تنها پس از شناخت اشعه X و به کار گیری این روش مطرح گردید . در این روش فاصله های اتمی در واحد نانومتر که معادل با 1×10-9 m می باشد ، بیان می شوند . گاهی نیز فواصل در واحد آنگستروم ( Å ) بیان می شوند که هر آنگستروم معادل 1×10-10 m می باشد .
لذا 1 آنگستروم معادل 1/0 نانومتر است .

اشعه X یک واژه ژنتیکی است که به منظور شرح تابش الکترومگنتیک با طول موج تقریباً بین 01/0 تا 10 نانومتر استفاده می شود . این طول موج کوتاه تر از طول امواج ماوراء بنفش و بلندتر از طول اشعه گاما می باشد . از طرفی فاصله بین اتم های مجاور در ساختمان بلوری به طور معمول حدود 3/0 نانومتر می باشد و طول موج اشعه X ، نزدیک به فاصله بین اتمی در بلورها می باشد .
Max Vonlaue این مسأله را در سال 1912 مطرح نمود که یک نمونه بلوری می تواند سبب شکست اشعه X گردد و این مسأله را ثابت نمود . خیلی زود WL.Bragg یک تفسیر هندسی ساده به منظور اندازه گیری زاویه شکست با توجه به فواصل بین صفحه ای در ساختمان های بلوری ارائه نمود که به عنوان قانون براگ مطرح می گردد .
این قانون اساس آنالیز با استفاده از اشعه X محسوب می شود . در سال 1912 توسط براگ به صورت یک فرمول ارائه شد . در شکل زیر یک دستگاه پراش اشعه X ساده نشان داده شده است .

يک دستگاه پراش اشعه X ساده

 

در این دستگاه ، نمونه کریستال ، مورد بررسی قرار می گیرد . اما در بررسی نمونه های چند فازی به دلیل مشکل بودن بررسی نمونه متبلور از نمونه های پودر شده استفاده می گردد .
در شکل زیر یک دیفراکتومتر جهت آنالیزنمونه های پودر شده نشان داده شده است .

يک ديفراکتومتر جهت آناليزنمونه هاي پودر شده

   



انواع مختلف ساختارهای بلوری وجود دارند که چند مورد از ساختارهای بلوری ساده و مورد توجه همگانی عبارتند از:
•بلور مکعبی مرکز سطحی (fcc) :
در این حالت سلول یاخته بسیط ، لوزی رخ است. بردارهای انتقال بسیط نقطه شبکه واقع در مبدا را به نقاط شبکه واقع در مراکز وجوه وصل می‌کنند.

•بلور مکعبی مرکز حجمی (bcc) :
در این حالت یاخته بسیط لوزی رخی است که هر ضلع آن برابر است و زاویه بین اضلاع مجاور است.

•بلور کلرید سدیم Nacl :
در این حالت پایه شامل یک اتم Na و یک اتم Cl است که به اندازه نصف تعداد اصلی مکعب یکه از هم فاصله دارند.

•بلور کلرید سزیم CsCl :
در این حالت در هر یاخته بسیط یک مولکول وجود دارد. هر اتم در مرکز مکعبی متشکل از اتمهای نوع مخالف قرار دارد.

•ساختار بلوری تنگ پکیده شش گوش (hcp) :
در این ساختار مکان‌های اتمی یک شبکه فضایی را بوجود نمی‌آورند. شبکه فضایی یک شش گوشی ساده است که به هر نقطه شبکه آن پایه‌ای با دو اتم یکسان مربوط می‌شود.

•ساختار الماسی :
در این حالت شبکه فضایی fcc است. این ساختار نتیجه پیوند کووالانسی راستایی است.

•ساختار مکعبی سولفید روی zns :
ساختار الماس را می‌توان به صورت دو ساختار fcc که نسبت به یکدیگر به اندازه یک چهارم قطر اصلی جابجا شده‌اند، در نظر گرفت. ساختار مکعبی سولفید روی از قرار دادن اتمهای zn روی یک شبکه fcc و اتمهای S رویی شبکه fcc دیگر نتیجه می‌شود.

•ساختار شش گوشی سولفید روی ( و ورلستاین ) :
اگر فقط اتمهای همسایه اول را در نظر بگیرید، نمی‌توان بین دو حالت zns مکعبی و شش گوشی فرق گذاشت. اما اگر همسایه‌های دوم را در نظر بگیریم می‌توان این دو حالت را از هم تمییز داد.

   


بلور شناسي مدرن به آرايش ويژه اتم ها در مواد condense ، تغييرات ساختاري و همچنين خصوصيات فيزيكي ، شيميايي و تكنيكي جامدات مي پردازد.
شاخه هاي مختلفي از بلور شناسي متكامل شده اند كه از آن جمله مي توان به موارد زير اشاره كرد :
-بلور شناسي هندسي ( تقارن )
-شيمي ساختاري غير آلي
بلور شناسي كانيايي
-بلور شناسي زيستي
-رشد بلوري
-فيزيك بلوري
-فيزيك پراش
بلور شناسي در شاخه ها و علوم مختلف از جمله شيمي و فيزيك و كاني شناسي كاربرد دارد . كاربرد بلور شناسي در كاني شناسي و بطور كلي علوم زمين درك بهتر ساختار پوسته زمين و مانتل بالايي زمين ، ماه و متئوريت ها مي باشد .
ژئوشيمي از نتايج بلور شناسي براي درك بارومتر هاي حرارتي ، ايجاد مدل هايي براي ماه و سيارات و اخيرا" جهت درك محيط زيست استفاده مي كند .
مينرالوژي كاربردي از متدهاي بلور شناسي براي پيشرفت مواد و روش هاي تكنيكي استفاده مي كند .

بلور شناسی به سه بخش ( مبحث ) تقسیم می شود :
1)هندسی 2) فیزیکی 3) شیمیایی
بلور شناسی از علوم تجربی است که نحوه آرایش اتم ها را در مواد جامد مشخص می کند. در گذشته با استفاده از این علم به مطالعه بلور ها می پرداختند. تمام شیوه های بلور شناسی بر الگوهای پرانش استوار هستند که با تابش اشعه بر روی نمونه ایجاد می شود. این اشعه همیشه از نوع اشعه الکترو مغناطیسی نیست بلکه از اشعه های x نیز به طور متداول استفاده می شود.
بلور شناسان اغلب نوع پرانش را در یک شیوه مشخص می کنند مثلاً پرانش x-ray ، پرانش نوترونی و پرانش الکترونی. اشعهx برای تجسم ابر الکترونی اطراف اتم ها به کار می رود و پرانش نوترونی هسته های اتم ها را نشان می دهد در حالی که کاربرد پرانش الکترونی چندان وسیع نیست.
بلور شناسی تصویری از نحوه آرایش اتم ها را در یک کانی ایجاد می کند که برای این منظور متداولترین شیوه استفاده از لنز ها است مانند لنز هایی که برای دیدن نمونه های بسیار کوچک بکار می رود. اما طول موج اشعه میکروسکوپ با طول پیوندهای اتمی ونیز اندازه اتم ها مقایسه می شوند ،لذا نمی توان آنها را با تصاویر میکروسکوپ های الکترونی قدیمی و نوری تفکیک کرد. تفکیک پذیری تصاویر میکروسکوپی بستگی به ویژگیهای موادی دارد که برای متمرکز کردن طول موج ها مورد استفاده قرار می گیرند. عموماً در تصاویر پرانشی تنها طول موج هایی بکار می رود که بسیار کوتاه اند.
بلور شناسی نوعی ابزار است که اغلب توسط دانشمندان مواد بکار می رود. در یک تک بلور، تاثیر نحوه آرایش بلوری اتم ها را از نظر ماکروسکوپی به آسانی می توان بررسی کرد زیرا شکل طبیعی بلورها نشانی از ساختار اتمی آنهاست.
برخی ویژگیهای فیزیکی نیز به بلورشناسی کانی ها مربوط می شود برای مثال کانی های رسی ساختارهای کوچک و مسطح ایجاد می کنند که باعث می شوند رس ها به آسانی روی هم بلغزند.
بلورشناسی اشعه x نخستین شیوه ای است که برای تعیین شکل پروتئین ها و دیگر ماکرو ملکول های بیوزستی بکار می روند( ساختار مارپیچی DNA ،برای مثال ، بوسیله پرانش اشعه x مشخص شده است). الگوهای پرانش بلورهای پروتئینی بسیار پیچیده هستند و آنالیز آنها نیاز به تکنیک های کامپیوتری پیشرفته دارند.
سینکروترون ها به دلیل الگوهای کامل تری که ایجاد می کنند جزء منابع اشعه x به حساب می آیند.
شدت اشعه x در سینکروترون ها بسیار بالاتر است.

   


كاني

كاني عنصر يا تركيبات شيميايي، طبيعي، جامد، همگن، متبلور با تركيبات شيميايي نسبتاً معين است كه سازنده اصلي سنگهاي پوسته جامد زمين مي‌باشد.اين مواد كه بر اساس قوانين خاصي متبلور مي‌گردند بر اساس خواص فيزيكي، سيستم‌تبلور، ماكل يا دوقلويي و خواص شيميايي خود قابل شناسايي و تشخيص هستند.اين مواد علاوه بر زيبايي ظاهري خود به دليل دارا بودن ارزش اقتصادي و علمي از ديرباز مورد توجه خاص انسان بوده‌اند. چرا كه بسياري از جواهرات، سنگهاي معدني و ......... در واقع كاني هستند.

منشاء كانيها

كانيها از نظر تشكيل به سه دسته تقسيم مي‌شوند.
1- كانيهاي اوليه يا درون‌زاد كه خود مستقيماً تشكيل شده‌اند.
2- كانيهاي ثانويه كه از تغيير و تبديل كانيهاي دسته اول به وجود آمده‌اند.
3- كانيهاي دگرگوني كه از دگرگوني دو گروه ياد شده حاصل شده‌‌اند.

الف) كاني‌هاي اوليه يا درون‌زاد كه خود مستقيماً تشكيل شده‌اند: ماده اصلي تشكيل دهنده كانيهاي درون‌زاد به طور كلي در همه كانيها جسم سيال خميرمانندي به نام ماگما مي‌باشد. ماگما در محل تشكيل خود در داخل زمين به طرف بالا حركت مي‌كند. با توجه به نحوه تشكيل كانيهاي مختلف از ماگما مراحل ماگمايي را به چهار دسته اوليه، پگماتيتي، پنومانولتيك و گرمابي تقسيم مي‌كنند.
1) مرحله ماگمايي اوليه : در اين مرحله كانيها مستقيماً از ماگما تشكيل مي‌شوند و كليه كانيهاي سيليكاته از اليوين تا كوارتر تشكيل مي‌‌شود.
2) مرحله پگماتيتي : از ماگماي اوليه در اين مرحله جسم سيال و مذاب مانند باقي مانده است، كه حركت خود را به سمت بالا ادامه داده و شكستگي‌ها و فضاي خالي مخزن ماگما را پر مي‌كند. و كانيهاي جديدي متبلور مي‌شوند يكي از اختصاصات اين مرحله اين است كه عناصر در داخل كانيهاي تشكيل‌دهنده سنگها نفوذ مي‌كنند. از نظر درشتي بلورهاي پگماتيت مهم مي باشند و از ارزش اقتصادي بالايي برخوردار هستند.
3) مرحله پنوماتولتيك يا مرحله گازي : پس از جدا شدن كانيهاي ماگمايي ونيز تشكيل پگماتيت‌ها، قسمت گازي ماگما جدا شده و به سمت بالا در اطراف مسير خود سنگها را تغيير مي‌دهد كه فرآيند دگرساني اتفاق مي‌افتد. كه اين مرحله هم در سنگهاي آذرين دروني و هم در سنگهاي آذرين بيروني در مجاورت سطح زمين انجام مي‌گيرد.
4) مرحله گرمابي : در اين مرحله تنها چيزي كه از ماگما باقي مانده است محلولهاي گرمابي، آبهاي داغ محتوي تعداد زيادي كاني مي باشد كه از آنها جدا شده و به حركت خود ادامه مي‌دهند. و به تدريج كه به سطح زمين نزديكتر مي‌شوند سرد شده و به خلل و فرج سنگها وارده شده و كانيها در آنجا رسوب مي‌كنند و به همين دليل كانيهاي متشكله از قبل تشكيل ممكن است تغييري در آنها ايجاد كنند كه باعث جانشيني بعضي كانيها با يكديگر مي‌شود.


ب) كانيهايي كه از تغييرو تبديل كانيهاي دسته اول به وجود ‌آمده‌اند: مي‌‌دانيم كه كانيهاي گروه اول در شرايط تحت فشار و درجه حرارت بالا تشكيل شده‌اند و اين كاني‌ها در سطح زمين پايدار نبوده و خرد و تجزيه شده تحت عوامل مختلف چون رودخانه و باد حمل مي‌شوند و در حوضه‌هاي رسوبي ته‌نشست كرده و سنگهاي رسوبي را مي‌سازند.
عواملي كه در تشكيل كانيهاي ثانويه نقش دارند عبارتند از :
1- هوازدگي 2- فرآيندهاي رسوبي 3- فر آيندهاي حياتي
2) فرآيندهاي رسوبي :
به سبب اشباع آبها از مواد محلول موجب ته‌نشين شدن مواد مي‌شود كه مثلاً ته‌نشين شدن نمك در درياچه اروميه از منشاء رسوبي تشكيل شده است و همچنين كانيهايي چون ژيپس و ايندريت كه به همين صورت ته‌نشين و تشكيل مي‌شوند.
3) فرآيندهاي حياتي :
نقش حيوانات و گياهان در تشكيل مواد معدني بسيار مهم مي‌باشد و مواد اوليه تشكيل زغال‌سنگ و نفت‌ از موجودات زنده مي‌باشد. بعضي از پوسته آهكي يا سيليسي و همچنين صدف‌هاي موجودات پس از مرگشان كانيهاي سيليسي و كربناته را مي‌سازد.


ج) كانيهاي دگرگوني :
در اثر گرما و فشار تغييراتي در مشخصات كانيها و سنگها ايجاد مي‌شود كه دگرگوني مي‌ناميم. كانيها در اثر دگرگوني ممكن است شكل بلورين خود را از دست بدهند و به شكل جديدي متبلور شوند و همچنين تغيير در تركيب شيميايي آنها هم اتفاق مي‌افتد.

   

مواد تشکیل دهنده بلورها چیست و چه عاملی آنها را بهم متصل می کند؟
بلور از اتم تشکیل شده است . ذرات اصلی تشکیل دهنده اتم ها پروتون، نوترون، و الکترون هستند. اتم ها بر اساس تعداد پروتون هایشان در جدول تناوبی مرتب می شوند.
لازم است نام و علائم مربوط به عناصر سازنده جواهر سنگ ها را بشناسید.
عموماً عناصر یافت شده در جواهر سنگ ها به وفور در پوسته وجود دارند ( البته این در همه موارد صادق نیست ) .
یون ها چگونه تشکیل می شوند؟
یون ها زمانی تشکیل می شوند که کاتیون از دست بدهند و الکترون بگیرند.
کاتیون ها یون های با بار مثبت و آنیون ها یون هایی با بار منفی هستند.
اتم ها در شبکه بلوری بوسیله پیوند های اتمی به یکدیگر متصل می شوند که مهمترین این پیوند ها پیوند های یونی و کوالانسی هستند.
این کانی ها چگونه گروه بندی می شوند؟
بلور ها ابتدا بر اساس عناصر سازنده شان تقسیم بندی می شوند:
سیلیکات ها- کانی های غنی از سیلیکات
مثال: آمیتیست ( کوارتز)، تورمالین و بریل
اکسید ها- دارای آنیون های اکسیژن (o)
مثال: کواراندیم (یاقوتی) ،روتیل
کربنات ها- دارای کربن و اکسیژن(c)
مثال: کلیست و اراگونیت( در مرواریدها)
فسفات ها-حاوی فسفر(p)
بورات ها- حاوی برم(B)
سولفید ها و سولفات ها- حاوی سولفور(S)
هالید ها-حاوی کلرین(cl)و دیگر عناصر گروه VIIaدر جدول تناوبی
زمانی به یک ساختار بلور گفته می شود که اتم ها و یون های تشکیل دهنده آن با نظم خاصی آرایش یابند.(برای مثال یک بلور دارای نظمی است که بر اساس آرایش 3بعدی اتم ها ایجاد شود).
به جواهر سنگ های فاقد شبکه بلوری آریخت گفته می شود.
بلور ها بوسیله آرایش اتم ها و گروهی از آن ها بر طبق یک الگوی منظم ، برای مثال در مرکز یک منشور مکعبی یا راست گوشه ایجاد می شود.
در بلور ها تعداد بار های مثبت می باید با بار های منفی برابر باشد .
برای مثال O و Alکه به صورت O Al ترکیب می شوند (2 آلومینیم به ازای 3اکسیژن)
نحوه آرایش کاتیون ها و آنیون ها چگونه است؟
در ساختار اتمی، آنیون ها به طور منظم در اطراف یک کاتیون مرکزی قرار گرفته اند که این نحو آرایش را چند وجهی همارایی می گویند.
چند وجهی همارا چگونه آرایش پیدا می کنند؟
بلور ها با اتصال چند وجهی همارا ایجاد می شوند.
مثال: چند وجهی سیلیکات با اشتراک اتم های اکسیژن بین دو چهار وجهی مجاور ایجاد می شود.
با تغییر فشار و دما آرایش عناصر مشابه نیز تغیییر می کند.
واژه پلی مورف در مورد ساختار های بلوری متنوعی به کار می رود که ترکیب عناصری آن ها یکی باشد (آرایش این عناصر متنوع است )
تقارن و بلورها:
تمام کانی ها به یکی از 6سیستم بلوری تعلق دارند ( چنانچه ما سیستم رمبوهدرال و هگزانول را در یک گروه قرار بدهیم). این سیستم های بلوری بر اساس نحوه تقارن کانی ها تعیین می شوند.
مثال: کانی های بلوری اکسید و سیلیکات
کانی سیلیکاتی: سیلیکات ها ساختار هایی هستند با تعدادی سیلیس چهار وجهی مثلاً :یک چهار وجهی با یک سلیکات در مرکز که در اطراف آن 4آنیون اکسیژن قرا گرفته است.
کانی های اکسید:کانی های اکسید ساده از اکسیژن و فلزات تشکیل شده اند. مثلاً : کوراندیم O Al و هماتیت O Fe. این فلزات ( آلومینیوم یاآهن ) همراه با آنیون های اکسیژن یک ساختار چند وجهی همارا را بوجود می آورند.