انواع کانی ها و کاربرد آن‌ها + عکس و اسم

کانی‌ها، نوعی از مواد جامد، غیرآلی و طبیعی هستند که نقش بسیار مهمی در زندگی انسان‌ها دارند. این مواد، با ساختار اتمی منظم (مخصوصا ساختار بلوری) و ترکیب شیمیایی مشخص (نسبتا ثابت) شناخته می‌شوند. کانی‌ها در صنایع مختلفی نظیر خودروسازی، هواپیماسازی، ساختمان‌سازی، داروسازی، غذاسازی، کشاورزی و بسیاری دیگر از حوزه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. دلیل کاربرد وسیع این مواد، تنوع در مشخصات فیزیکی/شیمیایی آن‌ها است. به عنوان مثال، یک کانی، برای تولید کود شیمیایی و تقویت‌کننده رشد گیاهان استفاده می‌شود؛ در صورتی که کانی دیگر، برای تولید فولاد و ساخت ساختمان به کار می‌رود. کانی‌های مختلف، ارزش‌های متفاوت دارند. در مقاله از مجله فرادرس، به معرفی انواع کانی ها به همراه ارائه مشخصات فیزیکی/شیمیایی، کاربردها و تصاویر آن‌ها می‌پردازیم.

کانی چیست ؟

«کانی» (Mineral)، یک ماده غیر آلی است که با ترکیب شیمیایی نسبتا ثابت در طبیعت یافت می‌شود. این مواد، اجزای اصلی سنگ‌ها را تشکیل می‌دهند. به عبارت دیگر، سنگ‌ها، ترکیبی از دو یا چند کانی متفاوت هستند. کانی‌ها، به طور گسترده در زندگی روزمره انسان‌ها و صنایع مختلف نظیر خودروسازی، کشتی‌سازی، هوافضا، کشاورزی و غیره به کار گرفته می‌شوند.

به کانی‌های ارزشمند و قابل استفاده در صنایع مختلف، «کانه» (Ore Mineral) می‌گویند. کانه‌ها، از ذخایر معدنی یا اصطلاحا «کانسنگ» (Ore) استخراج می‌شوند و برای تبدیل شدن به ماده اولیه صنایع، در معرض فرآیندهای فرآوری و یا متالورژی قرار می‌گیرند. کانی‌های متنوعی بر روی پوسته زمین وجود دارند. وظیفه زمین‌شناسان، کانی‌شناسان و مهندسان اکتشاف معدن، مطالعه این کانی‌ها و شناسایی آن‌ها است.

کانی شناسی چیست ؟

«کانی‌شناسی» (Mineralogy)، مبحثی در زمین‌شناسی است که به مطالعه ترکیب شیمیایی، خواص فیزیکی و ساختار بلوری کانی‌ها برای شناسایی آن‌ها می‌پردازد. کانی‌شناسی، با استفاده از روش‌ها و ابزارهای مختلفی انجام می‌گیرد. شناسایی نسبتا دقیق ترکیب سنگ‌ها و کانی‌ها توسط میکروسکوپ پتروگرافی، با عنوان کانی‌شناسی نوری شناخته می‌شود.

فیلم آموزش کانی شناسی – جامع و با مفاهیم کلیدی در فرادرس

کلیک کنید

تاریخچه طبقه بندی انواع کانی ها

طبقه‌بندی انواع کانی، به منظور ساده‌سازی مطالعه و شناسایی آن‌ها انجام می‌گیرد. در سال ۱۷۶۸ میلادی (۱۱۴۷ شمسی)، گیاه‌شناس معروف سوئدی، «کارل لینه» (Carolus Linnaeus)، پیشنهاد طبقه‌بندی کانی‌ها بر اساس شکل بیرونی بلورهای آن‌ها را ارائه داد. این رویکرد، به نحوه طبقه‌بندی گیاهان و جانوران شباهت داشت. به این ترتیب، لینه، شروع به اندالزه‌گیری دقیق و رسم شکل بسیاری از کانی‌ها کرد. به دلیل تلاش‌های او در این زمینه، اغلب از او با عنوان پایه‌گذار علم بلورنگاری یاد می‌شود.

طبقه‌بندی لینه و دیگر محققان بر اساس «مورفولوژی» (Morphology) یا ریخت‌شناسی کانی‌ها، در اغلب موارد مبهم است. به همین دلیل، سنگ‌شناسان و زمین‌شناسان، تصمیم به گروه‌بندی کانی‌ها، بر اساس سنگ‌های حاوی آن‌ها گرفتند. به عنوان مثال، سنگ گرانیت از کانی‌های کوارتز و فلدسپات پتاسیم تشکیل می‌شوند. بنابراین، برای سنگ‌شناسان آذرین، کانی‌های کوارتز و فلدسپات پتاسیم، در گروه کانی‌های گرانیتی قرار می‌گیرند. متاسفانه، این نوع طبقه بندی کانی ها نیز مانند روش مورفولوژی، دارای ابهامات زیادی است؛ چراکه کانی‌های کوارتز و فلدسپات پتاسیم، در ماسه سنگ آرکوزی (نوعی سنگ رسوبی) و بسیاری از سنگ‌های دگرگونی نیز حضور دارند.

در اواسط دهه ۱۸۰۰ میلادی (اوایل دهه ۱۲۰۰ شمسی)، معیار تقسیم‌بندی انواع کانی ها از شکل ظاهری به خواص فیزیکی تغییر یافت. در این دوران، زمین‌شناسان از ویژگی‌هایی نظیر سختی (قابلیت خراش)، برای گروه‌بندی کانی‌ها استفاده می‌کردند. البته با وجود رواج بالای تقسیم‌بندی سنگ‌ها بر اساس سختی‌شان و باقی ماندن اصول مرتبط با آن تا به امروز، این رویکرد خالی از ایراد نبود. به عنوان مثال، بر اساس این سیستم، کرندوم و الماس، دو کانی با سختی نزدیک به هم هستند. در صورتی که در واقعیت، الماس سختی بسیار بیشتری نسبت به کرندوم دارد.

برخلاف سنگ‌شناسان، کانی‌شناسان، بر روی نحوه و دلیل برقراری پیوند بین عنصرهای مختلف برای تشکیل کانی‌ها تمرکز می‌کنند. کانی‌شناسان، کانی‌ها را بر اساس الگوهای مشترک بین ساختار و ترکیب شیمیایی‌شان تقسیم‌بندی می‌کنند. به عنوان مثال، برای کانی‌شناسان، میکا و دیگر سیلیکات‌های ورقه‌ای، به دلیل ساختار اتمی مشترک، در یک گروه قرار می‌گیرند.

سیستم‌های طبقه‌بندی متعددی در حوزه کانی‌شناسی ارائه شده‌اند. اغلب سیستم‌های استاندارد، بر پایه اصول «یونس یاکوب برسلیوس» (Jöns Jacob Berzelius)، شیمی‌دان برجسته سوئدی توسعه یافته‌اند.در بین سال‌های ۱۸۵۰ تا ۱۸۹۲ میلادی (۱۲۲۹ تا ۱۲۷۱ شمسی)، یک کانی‌شناس آمریکایی به نام «جیمز دوایت دانا» (James Dwight Dana)، یک سیستم طبقه‌بندی انواع کانی ها را بر اساس ترکیب شیمیایی معرفی کرد. در این سیستم، کانی‌های به دو گروه اصلی کانی‌های سیلیکاته (ترکیبات دارای -SiO₄⁴) و غیرسیلیکاته تقسیم می‌شوند. امروزه بسیاری از زمین‌شناسان از سیستم طبقه‌بندی دانا استفاده می‌کنند.

معیارهای مختلفی برای طبقه بندی انواع کانی ها وجود دارد. شکل ظاهری، خواص فیزیکی، ساختار بلوری و ترکیب شیمیایی از جمله معیارهای مورد استفاده برای این کار هستند. در بخش‌های بعدی، انواع کانی ها را بر اساس معیارهای مختلف معرفی و بررسی می‌کنیم.

طبقه بندی انواع کانی ها بر اساس ترکیب شیمیایی

اصلی‌ترین و دقیق‌ترین طبقه‌بندی موجود برای انواع کانی ها، طبقه‌بندی بر اساس ترکیب شیمیایی است. بخش عمده سنگ‌های پوسته کره زمین، از کانی‌های دارای $$Si O _ n ) ^ { ۴ - ۲ n }$$ تشکیل می‌شود. این کانی‌ها، کانی‌های سیلیکاته نام دارند. به طور کلی، کانی‌ها به دو نوع کانی‌های سیلیکاته و غیرسیلیکاته تقسیم‌بندی می‌شوند. جدول زیر، انواع کانی ها را بر اساس ترکیب شیمیایی نمایش می‌دهد.

اغلب کانی‌ها در گروه سیلیکات‌ها، اکسیدها، هیدروکسیدها، سولفیدها و سولفات‌ها قرار می‌گیرند. از میان بیش از 4000 کانی شناخته شده در طبیعت، حدود ۵۰۰ کانی در گروه اکسید و هیدروکسید قرار دارند. تعداد اعضای گروه سولفید و سولفات نیز به همین مقدار (۵۰۰ کانی) می‌رسد. سیلیکات‌ها، بیش از ۸۰۰ کانی را در گروه خود جای می‌دهند. در مقابل، تعداد کانی‌های حاضر در گروه عناصر آزاد، به 20 کانی هم نمی‌رسد. در ادامه به توضیح برخی از مهم‌ترین انواع کانی ها بر اساس فراوانی و اهمیت‌شان می‌پردازیم.

کانی های سیلیکاته

کانی «کوارتز» (Quartz) با ترکیب شیمیایی SiO_۲، در تمام سنگ‌های روی کره زمین وجود دارد. این کانی، به شکل ذرات ماسه در سنگ‌های رسوبی و به شکل بلور در سنگ‌های آذرین و دگرگونی ظاهر می‌شود. به دلیل فراوانی زیاد کوارتز بر روی پوسته زمین، تا اواخر دهه ۱۷۰۰ میلادی (اواخر دهه ۱۰۸۰ شمسی)، به این کانی، بلور سنگی می‌گفتند. امروزه، هنگام صحبت در مورد بلورها، اولین چیزی که به ذهن افراد می‌آید، کانی کوارتز است؛ حتی اگر نام کانی‌شناسی آن را ندانند.

کوارتز، در گروهی از انواع کانی ها با عنوان کانی‌های «سیلیکاته» (Silicate) قرار دارد. کانی‌های سیلیکاته، از ترکیب عنصر اکسیژن و سیلیسیم به وجود می‌آیند. این کانی‌ها، فراوان‌ترین کانی‌های موجود در پوسته و گوشته زمین هستند. به طور دقیق‌تر، کانی‌های سیلیکاته، ۹۵ درصد از پوسته زمین و ۹۷ درصد از گوشته زمین را تشکیل می‌دهند.

با وجود فراوانی بسیار زیاد و شباهت فرمول شیمیایی انواع کانی های سیلیکاته، این موارد از خواص فیزیکی متنوعی برخوردارند. به عنوان مثال، فرمول شیمیایی کوارتز و »الیوین» (Olivine) را در نظر بگیرید:

$$Quartz = Si O _ ۲$$

$$Olivine = ( Fe \, Mg ) _ ۲ Si O _ ۴$$

فرمول‌های بالا، شباهت زیادی به یکدیگر دارند. اگرچه، تفاوت‌های موجود، تاثیر بسیار زیادی بر روی ساختار بلوری و خواص فیزیکی کانی‌های مرتبط با آن‌ها می‌گذارند. به عنوان مثال، کوارتز ($$Si O _ ۲$$)، در دمای ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد ذوب می‌شود. در صورتی که دمای ذوب الیوین، تقریبا دو برابر این مقدار است. کوارتز، ظاهری شفاف و بی‌رنگ دارد. در صورتی که الیوین معمولا به رنگ سبز ظاهر می‌شود.

فراوانی و تنوع کانی‌های سیلیکاته، نتیجه ماهیت خاص اتم عنصر سیلیسیم و مخصوصا پایداری و تنوع پیوندهای آن با اتم اکسیژن است. فراوان‌ترین ترکیب سیلیسیم و اکسیژن، آنیون $$(Si O _ ۴ ) ^ ۴ -$$ است. این آنیون، به شکل چهاروجهی (تتراهدرون) ظاهر می‌شود.

پیوند اکسیژن و سیلیسیم در ساختار چهاروجهی بالا، به صورت یونی-کووالانسی است. این پیوندِ بسیار قوی، باعث اتصال چهاروجهی‌ها به یکدیگر و به کاتیون‌های مختلف با روش‌های بسیار متنوع می‌شود. به این ترتیب، دیگر کانی‌های سیلیکاته شکل می‌گیرند. در طبیعت، بیش از ۱۰۰ نوع کانی سیلیکاته وجود دارد. با این وجود، تنها ۲۵ مورد از این کانی‌ها به راحتی در طبیعت یافت می‌شوند.

آشنایی مناسب با کانی‌های سیلیکاته، به معنای آشنایی با ۹۵ درصد از کانی‌های سطح زمین است. از این‌رو، هنگام مطالعه انواع کانی ها، توجه ویژه‌ای بر روی کانی‌‌های سیلیکاته داشته باشید. در این مقاله، ما نیز بیشتر از هر چیزی، در مورد کانی‌های سیلیکاته صحبت خواهیم کرد.

فیلم آموزش زمین شناسی مهندسی – جامع و کاربردی در فرادرس

کلیک کنید

ساختار انواع کانی های سیلیکاته

در اوایل گسترش علم کانی‌شناسی، کانی‌ها بر اساس خواص فیزیکی‌شان دسته‌بندی می‌شدند. از این‌رو، سیلیکات‌ها، به دلیل خواص بسیار متنوع‌شان، در گروه‌های مختلفی قرار می‌گرفتند. در اوایل دهه ۱۸۰۰ میلادی (اوایل دهه ۱۱۹۰ شمسی)، شیمی‌دان معروف سوئدی، «یونس یاکوب برسلیوس» (Jöns Jacob Berzelius)، فعالیت خود برای طبقه‌بندی کانی‌ها بر اساس ترکیب شیمیایی‌شان را شروع کرد. این طبقه‌بندی‌ها شامل کانی‌های اکسیدی، سولفیدی و سیلیکاته می‌شدند.

برسلیوس، قادر به اندازه‌گیری نسبت‌های مطلق عنصرهای موجود در کانی‌ها بود. با این حال، او امکان مشاهده آرایش اتم‌های عنصرها در ساختار بلوری‌شان را نداشت. این امکان، در حدود ۱۰۰ سال بعد و با اختراع دستگاه پراش اشعه اکس (XRD) توسط فیزیکدان آلمانی به نام «ماکس فون لائو» (Max von Laue) فراهم شد. چند سال بعد، پدر و پسر فیزیکدان/شیمیدان بریتانیایی با نام‌های «ویلیام هنری براگ» (William Henry Bragg) و «ویلیام لارنس براگ» (William Lawrence Bragg)، توانستند به کمک دستگاه XRD فاصله بین اتم‌ها در یک ساختار بلوری را به دست بیاورند.

یافته‌های براگ‌ها، دروازه‌ای را به روی دنیای جدید کانی‌شناسی گشود. آن‌ها در سال ۱۹۱۵ میلادی (۱۲۹۴ شمسی)، به خاطر تعیین ساختار بلوری کانی‌های هالبت (NaCl)، اسفالریت (ZnS) و الماس (C)، موفق به دریافت جایزه نوبل شدند. دستگاه XRD، نشان داد که کانی‌های دارای فرمول شیمیایی یکسان نیز می‌توانند ساختار بلوری متفاوتی داشته باشند. این یافته، تاثیر ساختار بلوری بر روی خواص فیزیکی و شیمیایی انواع کانی ها را نیز مشخص کرد. با ثبت تصاویر XRD و تعیین ساختار اتمی کانی‌‌ها، امکان درک بهتر ماهیت پیوند بین اتم‌های سیلیکات‌ها و دیگر انواع بلورها فراهم شد.

در یک سیلیکات چهاروجهی (تتراهدرون)، هر پیوند Si-O، به نیمی از الکترون‌های پیوند یون ^-O^۲ نیاز دارد. به عبارت دیگر، هر ^-O^۲، به یون دیگری مانند یون ⁺S^۴، متصل می‌شود. به این ترتیب، امکان پلیمریزاسیون یا تشکیل ترکیب زنجیره‌ای سیلیکات چهاروجهی، با به اشتراک گذاشتن اتم‌های اکسیژن با سیلیسیم‌های مجاور به وجود می‌آید.تقسیم‌بندی انواع کانی های سیلیکاته، بر اساس شکل و الگوی پیوند همین پلیمرها صورت می‌گیرد: چراکه شکل پلیمرها، بر روی ساختار بلوری، سختی و کلیواژ، دمای ذوب و مقاومت در برابر هوازدگی تاثیر می‌گذارد. ساختارهای اتمی متفاوت، خواص فیزیکی ثابت و مشخصی را به وجود می‌آورند. این ویژگی، به درک ما از ساختار کانی‌ها در سطح اتمی برای شناسایی و طبقه‌بندی انواع کانی ها کمک می‌کند. شناسایی انواع کانی های موجود در یک سنگ، شروعی بر مطالعه تاریخچه تشکیل آن سنگ است.

انواع کانی های سیلیکاته چه هستند ؟

کانی‌های سیلیکاته، بر اساس ساختار بلوری، به گروه‌های سیلیکات‌های جزیره‌ای (منفرد)، دوتایی، حلقوی، تک‌زنجیری، دوزنجیری، ورقه‌ای و شبکه‌ای تقسیم می‌شوند. در ادامه، ویژگی‌های هر یک از انواع کانی های سیلیکاته را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

سیلیکات های جزیره ای

ساده‌ترین ساختار اتمی سیلیکات‌ها، ترکیب آنیون‌های سیلیکات با کاتیون‌های فلزی مانند آهن (Fe) یا منیزیوم (Mg) است. به این نوع از سیلیکات‌ها، «سیلیکات‌های جزیره‌ای» (Isolated Silica)، «نزوسیلیکات‌ها» (Nesosilicates) یا سیلیکات‌های منفرد چهاروجهی (تتراهدرون) می‌گویند. آهن و منیزیوم، معمولا به صورت یون‌های دارای دو بار مثبت (۲+) یافت می‌شوند. بنابراین، برای برقراری تعادل بین آن‌ها و آنیون سیلیکات با چهار بار منفی (۴-)، به دو اتم آهن (⁺Fe^۲) یا دو اتم منیزیوم (⁺Mg^۲) نیاز خواهد بود.

الیوین، متداول‌ترین سیلیکات جزیره‌ای است که بخش عمده گوشته زمین را تشکیل می‌دهد. حضور نسبت بالای فلزات آهن یا آلومینیوم در سیلیکات‌های جزیره‌ای، باعث بالا بودن وزن و تیره بودن رنگ این کانی‌ها می‌شود. به دلیل عدم پلیمریزاسیون، هیچ صفحه ضعیف و در نتیجه، هیچ کلیواژی در کانی‌های سیلیکات جزیره‌ای وجود ندارد.

از کانی‌های موجود در گروه سیلیکات‌های جزیره‌ای می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• گروه الیوین
• گروه گارنت
• گروه زیرکن
• گروه فناسیت
• گروه هیومیت
• گروه $$Al _ ۲ Si O _ ۵$$
  • آندلوزیت
  • کیانیت
  • سیلیمانیت
  • دومورتیریت
  • توپاز
  • استارولیت
• داتولیت
• تیتانیت
• کلریتوئید
• مولایت

مواردی که با عنوان گروه بیان شده‌اند، دارای چندین کانی زیرگروه هستند. به سیلیکات‌های جزیره‌ای، «ارتوسیلیکات» (Orthosilicate) نیز می‌گویند. در شیمی، آنیون $$Si O _ ۴ ^ { ۴ - }$$ یا تمام نمک‌ها و استرهای این آنیون، با عنوان ارتوسیلیکات شناخته می‌شوند. البته در برخی از مواقع، از این سیلیکات‌ها با عنوان آنیون یا گروه «سیلیسیم تتراکسید» (Silicon Tetroxide) نام می‌برند.

سیلیکات های دوتایی

از اتصال دو سیلیکات چهاروجهی، سیلیکات‌های دوتایی به وجود می‌آیند. در این نوع سیلیکات‌ها، یک اتم اکسیژن بین چهاروجهی‌ها به اشتراک گذاشته می‌شود. به ازای هر دو اتم سیلیسیم، هفت اتم اکسیژن در ساختار سیلیکات‌های دوتایی وجود دارد. به عبارت دیگر، نسبت اتم‌های سیلیسیم به اکسیژن در این کانی‌ها، دو به هفت ($$Si _ ۲ O _ ۷ ^ { ۶ - }$$) است.

سیلیکات‌های دوتایی با عنوان «سوروسیلیکات» (Sorosilicate) یا عنوان قدیمی «پیروسیلیکات» (Pyrosilicate) نیز شناخته می‌شوند. برخی از انواع کانی های سوروسیلیکات عبارت هستند از:

• تورت وئیتیت
• همی مورفیت
• لازونیت
• آکسینیت
• گروه کانی‌های اپیدت
• زوئیزیت
• کلینوزوئیست
• آلانیت
• دولازیت
• وزوویانیت

سیلیکات های حلقه ای

«سیلیکات حلقه‌ای» (Ring Silicate)، ساختاری شامل بیش از سه چهاروجهی است که در یک آرایش حلقه‌ای شکل، به یکدیگر متصل شده‌‌اند. هر چهاروجهی، دو اتم اکسیژن خود را با چهاروجهی‌های دیگر به اشتراک می‌‌گذارد. فرمول کلی سیلیکات‌های حلقه‌ای به صورت $$( Si _ x O _ { ۳ x } ) ^ { ۲ x - }$$ است. نسبت اتم سیلیسیم به اتم‌های اکسیژن در این نوع کانی‌ها، یک به سه و در نوع دوتایی آن‌ها، دو به پنج ($$( Si _ { ۲ x } O _ { ۵ x } ) ^ { ۲ x - }$$) است.

سیلیکات‌های حلقه‌ای با عناوین دیگری مانند «سیکلوسیلیکات» (Cyclosilicate) و «پلی‌سیلیکات» (Polysilicate) نیز شناخته می‌شوند. از انواع کانی های سیکلوسیلیکات بر اساس تعداد عضوهای حلقه و ساختار آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• حلقه منفرد با سه عضو
  • بتونیت
• حلقه منفرد با چهار عضو
  • پاپاگوئیت
• حلقه منفرد با شش عضو
  • بریل
  • بازیت
  • سوژیلیت
  • تورمالین
  • پزوتایت
  • کوردیریت
  • سکانینائیت
• حلقه منفرد با نُه عضو
  • اودیالیت
• حلقه دوتایی با شش عضو
  • میلاریت

سیلیکات های زنجیره ای

پلیمریزاسیون آنیون‌های سیلیکات، با به اشتراک گذاشتن یک اتم اکسیژن با چهاروجهی مجاور انجام می‌گیرد. به ابن ترتیب، یکی دیگر از انواع کانی های سیلیکاته با عنوان «سیلیکات‌های زنجیره‌‌ای» (Chain Silicates) یا «اینوسیلیکات‌ها» (Inosilicates) به وجود می‌آید. به طور معمول، هر چهاروجهی، دو اتم اکسیژن خود را با دیگر چهاروجهی‌ها به اشتراک می‌گذارد و یک ساختار زنجیره‌ای را تشکیل می‌دهد. با وجود به اشتراک‌گذاری اتم‌ها، بار خالص زنجیره، همچنان منفی باقی می‌ماند. اگرچه، زنجیره سیلیکاته، برای ایجاد تعادل بین بارها، با کاتیون‌های فلزی مانند آهن ($$Fe ^ { ۲ + }$$)، منیزیوم ($$Mg ^ { ۲ + }$$) و کلسیم ($$Ca ^ { ۲ + }$$) پیوند برقرار می‌کند.

کاتیون‌های فلزی مذکور، با چندین زنجیره وارد رابطه شده و باعث به وجود آمدن پل در بین آن‌ها می‌شوند. اگر نسبت اتم سیلیسیم به اکسیژن، یک به سه ($$S i O _ ۳$$) باشد، «سیلیکات تک‌زنجیری» (Single Chain Silicates) به وجود می‌آید. تصویر بالا، ساختار اتمی سیلیکات زنجیری منفرد و نمونه‌ای از یک کانی با این ساختار اتمی (پیروکسن) را نمایش می‌دهد.

گروه کانی‌های پیروکسن، متداول‌ترین انواع کانی های سیلیکات تک‌زنجیری به شمار می‌روند. این گروه، معمولا به رنگ تیره هستند. به دلیل قوی بودن پیوند بین چهاروجهی‌ها، صفحات ضعیف در ساختار اتمی، از زنجیره عبور نمی‌کند. در عوض، دو صفحه موازی با زنجیره و با زاویه ۹۰ درجه نسبت به یکدیگر، باعث شکست ساختار سیلیکات‌های تک‌زنجیری می‌شوند. بنابراین، این سیلیکات‌ها، دو کلیواژ دارند. از انواع کانی های سیلیکات تک‌زنجیری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• گروه پیروکسن
  • انستاتیت
  • پیژونیت
  • دیوپسید
  • سری پیروکسن سدیم مانند جدیت
  • اسپودومن
  • پایراکسفروات
• گروه پیروکسنوئید
  • ولاستونیت
  • رودونیت
  • پکتولیت

سیلیکات های دوزنجیری

اگر هر چهاروجهی در سیلیکات تک‌زنجیری، یون اکسیژن سوم خود را با زنجیره مجاور به اشتراک بگذارد، ساختار اتمی جدیدی با عنوان «سیلیکات دوزنجیری» (Double Chain Silicate) به وجود می‌‌آید. در این ساختار نیز به دلیل منفی بودن بار، اتم‌های زنجیره با کاتیون‌ها ترکیب می‌شوند تا بار کل به تعادل برسد. در اینجا نیز مانند سیلیکات‌های تک‌زنجیری، کاتیون‌ها، مانند پلی بین زنجیره‌‌های مجاور عمل می‌کنند.

به سیلیکات‌های دوزنجیری، «آمفیبول» (Amphibole) می‌گویند. این سیلیکات‌ها، میزبان طیف وسیعی از کاتیون‌ها از جمله  آهن ($$Fe ^ { ۲ + }$$)، منیزیوم ($$Mg ^ { ۲ + }$$)، کلسیم ($$Ca ^ { ۲ + }$$) ، آلومینیوم ($$Al ^ { ۳ + }$$) و سدیم ($$Na ^ { + }$$) هستند. به دلیل تنوع کاتیون‌ها، آمفیبول‌ها با رنگ‌های متنوع در طبیعت ظاهر می‌شوند. با این وود، «هورنبلاند» (Hornblende)، فراوان‌ترین آمفیبول و سیاه رنگ است. این کانی را می‌توان در سنگ‌های آذرین مانند «گرانیت» (Granite) و «آندزیت» (Andesite) مشاهده کرد. انواع کانی سیلیکات دوزنجیری، معمولا دارای ساختار بلوری منشوری به همراه دو صفحه کلیواژ با زاویه برخورد ۱۲۰ درجه هستند.

تشخیص سیلیکات‌های تک‌زنجیری (پیروکسن‌ها) از سیلیکات‌های دوزنجیری (آمفیبول‌ها)، کار ساده‌ای نیست؛ چراکه رنگ این کانی‌ها معمولا به رنگ‌های تیره و با ساختار بلوکی ظاهر می‌شوند. البته، با بررسی دقیق زاویه بین صفحه‌های کلیواژ این کانی‌ها، می‌توان گروه آن‌ها را شناسایی کرد. از انواع سیلیکات‌های دوزنجیری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• آنتوفیلیت
• مجموعه کومینگتونیت
• مجموعه ترمولیت
• هورنبلاند
• گروه آمفیبول سدیم

تصویر زیر، ساختار برخی از انواع کانی های سیلیکاته زنجیره‌ای را نمایش می‌دهد.

سیلیکات های ورقه ای

اگر سیلیکات‌های چهاروجهی، سه یون اکسیژن خود را با چهاروجهی‌‌های مجاور به اشتراک بگذارد، کانی‌های جدیدی با عنوان «سیلیکات‌های ورقه‌ای» (Sheet Silicates) یا «فیلوسیلیکات‌ها» (Phyllosilicates) به وجود می‌آیند. ورقه‌های سیلیکات در این کانی‌ها، از چهاروجهی‌های موازی با فرمول شیمیایی $$Si _ ۲ O _ ۵$$ (نسبت دو به پنج اتم سیلسیسم به اتم‌های اکسیژن) تشکیل می‌شوند.

کانی های گروه «میکا» (Mica)، از جمله «مسکوویت» (Muscovite) و «بیوتیت» (Biotite)، از فراوان‌ترین سیلیکات‌های ورقه‌ای به شمار می‌روند. شناسایی این کانی‌ها، معمولا از روی ویژگی منحصر به فرد آن‌ها، یعنی وجود یک کلیواژ کامل صفحه‌ای انجام می‌گیرد. این کلیواژ کامل، حاصل پیوند واندروالسی بین ورقه‌ها است. به دلیل ضعیف بودن این نوع پیوند اتمی، کلیواژ فیلوسیلیکات‌ها، همواره بین ورقه رخ می‌دهد.

کانی‌های رسی، از دیگر سیلیکات‌های ورقه‌ای مهم هستند. این کانی‌ها، آب درون ساختار اتمی خود جای می‌دهند. حضور آب، باعث روانی ورقه‌ها می‌شود. همین ویژگی، شکل‌پذیری این کانی‌ها برای ساخت اجسامی نظیر ظروف سفالی را بهبود می‌بخشد. افزایش حرارت (پختن) کانی‌های رسی، آب را از درون آن‌ها خارج می‌کند. به این ترتیب، ساختاری بادوام و صلب به دست می‌آید. برخی از انواع کانی های سیلیکات ورقه‌ای عبارت هستند از:

• زیرگروه سرپانتین
  • آنتی‌گوریت
  • کریزوتیل
  • لیزاردیت
• گروه کانی‌های رسی
  • کائولینیت
  • تالک
  • لیلیت
  • کلریت
  • ورمیکولیت
  • مونتموریلونیت
  • سپیولیت
  • و غیره
• گروه میکا
  • بیوتیت
  • فلوگوپیت
  • لپیدولیت
  • مارگاریت

فیلم آموزش علوم تجربی پایه هشتم – بخش زیست و زمین شناسی در فرادرس

کلیک کنید

سیلیکات های شبکه ای

اگر هر چهاروجهی سیلیکاته، تمام یون‌های اکسیژن خود را با چهاروجهی‌های مجاور به اشتراک بگذارد، یک شبکه سه‌بعدی بسیار مستحکم از پیوندهای Si-O به وجود می‌آید. به کانی‌های دارای این ساختار، «سیلیکات‌های شبکه‌ای» (Framework Silicates) یا «تکتوسیلیکات‌ها» (Tectosilicates)، می‌گویند. «کوارتز» (Quartz)، ترکیب خالص $$Si O ^ ۲$$ است. همان‌طور که مشاهده می‌کنید، در فرمول شیمیایی این کانی، یک سیلیسیم (چهار بارِ مثبت) و دو اکسیژن (مجموعا چهار بارِ منفی) وجود دارد. بنابراین، برای به تعادل رسیدن ترکیب، نیازی به یون‌های دیگر نخواهد بود.

در «فلدسپات‌ها» (Feldspars)، به ازای هر چهار یون $$Si ^ { ۴ + }$$، یک یا دو یون جای خود را به یون $$Al ^ { ۳ + }$$ می‌دهند. در این حالت، تعادل بارهای ترکیب به هم می‌خورد. به این ترتیب، برای بازگشت به حالت تعادل یونی، کاتیون‌های اضافی نظیر پتاسیم ($$K ^ +$$)، سدیم ($$Na ^ +$$) و کلسیم ($$Ca ^ { ۲ + }$$) به ترکیب اضافه می‌شوند. تقسیم‌بندی انواع کانی های فلدسپار به کاتیون‌های موجود در ساختار آنها بستگی دارد. به فلدسپارهای حاوی کاتیون $$K ^ +$$، «فلدسپار پتاسیم» (K-feldspar) یا «فدسپار قلیایی» (Alkali Feldspar) می‌گویند. به فلدسپارهای حاوی کاتیون‌های $$Na ^ +$$ و $$Ca ^ { ۲ + }$$، «فلدسپات پلاژیوکلاز» (Plagioclase Feldspar) گفته می‌شود. این تقسیم‌بندی، به دلیل اندازه بزرگ کاتیون $$K ^ +$$ است. حضور پتاسیم در ساختار سیلیکات‌ها، شبکه‌ای نسبتا منبسط را به وجود می‌آورد.

کوارتز نیز مانند الیوین، فاقد کلیواژ است؛ چراکه هیچ صفحه ضعیفی در شبکه سه‌بعدی این کانی وجود ندارد. در طرف مقابل، به دلیل ساختار نسبتا متفاوت فلدسپات‌ها، این کانی‌ها دارای دو کلیواژ خوب با زاویه برخورد تقریبا ۹۰ درجه هستند. رنگ کوارتز و فلدسپات، معمولا روشن بوده و از کانی‌های تیره مانند الیوین و پیروکسن، قابل تشخیص است. اغلب سنگ‌هایی روی سطح زمین، از این دو کانی تشکیل می‌شوند.

خانواده فلدسپات پلاژیوکلاز، فراوان‌‌ترین خانواده انواع کانی ها بر روی پوسته زمین است. کانی‌های موجود در این خانواده، حدود ۳۹ درصد از پوسته قاره‌ای و اقیانوسی زمین را تشکیل می‌دهند. کوارتز، فراوان‌ترین کانی روی سطح زمین است. این کانی، از مقاومت بسیار بالایی در برابر هوازدگی برخوردار است. حدود ۱۲ درصد از کل پوسته زمین، از کوارتز تشکیل می‌شود. از انواع کانی های سیلیکات شبکه‌ای می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• خانواده کوارتز
• گروه فلدسپات‌ها
  • فلدسپات پتاسیم
    • میکروکلاین
    • ارتوکلاز
    • آنورتوکلاز
    • سانیدین
  • فلدسپات پلاژیوکلاز
    • آلبیت
    • اولیگوکلاز
    • آندزیت
    • لابرادوریت
    • بیتونیت
    • آنورتیت
  • خانواده فلدسپاتوئید
  • گروه اسکاپولیت
  • خانواده زئولیت

جدول انواع کانی های سیلیکاته

جدول زیر، انواع کانی های سیلیکاته را به همراه ساختار کلی و الگوی فرمول شیمیایی آن‌ها نمایش می‌دهد.

کاربرد انواع کانی های سیلیکاته

هنگام بحث در مورد منابع طبیعی، بسیاری از افراد به یاد نفت یا زغال‌سنگ می‌افتند. با این وجود، کانی‌های سیلیکاته، یکی از مهم‌ترین منابع طبیعی به شمار می‌روند. زندگی بدون این کانی‌ها برای انسان‌ها ممکن نیست. بدون وجود کوارتز، هیچ شیشه‌ای وجود نخواهد داشت. بدون کانی‌های رسی، ساخت وسایل سرامیکی و سفالی غیرممکن می‌شود. کانی‌های سیلیکاته، در تولید مصالح ساختمانی نظیر آجر و بتن نیز کاربرد دارند. هوازدگی این کانی‌ها، تولید خاک بر روی سطح زمین و فراهم شدن محیطی برای رشد گیاهان را در پی دارد. بنابراین، ما برای ادامه حیات بر روی زمین، به سیلیکات‌ها نیاز داریم.

با وجود تعداد بسیار زیادی از انواع کانی های سیلیکاته در طبیعت، فراوانی اغلب این کانی‌ها به قدری است که به ندرت می‌توان آن‌ها را در سطح زمین مشاهده کرد. آشنایی با کانی‌هایی نظیر الیوین، گارنت، پیروکسن، هورنبلاند، مسکوویت، بیوتیت، فلدسپات پتاسیم، پلاژیوکلاز و کوارتز، شما را برای شناسایی اکثر سنگ‌های موجود بر روی سطح زمین آماده می‌کند.

کانی های اکسید و هیدروکسید

در اغلب موارد، کانی‌های «اکسید» (Oxide) و «هیدروکسید» (Hydroxide)، به دلیل شباهت بین ترکیب شیمیایی و ساختار اتمی‌شان، در یک گروه قرار می‌گیرند. این کانی‌ها، معمولا خواص مشابه و فرمول شیمیایی ساده و مرتبط به یکدیگر دارند. در ترکیب انواع کانی های اکسید، یک یا چند یون فلزی با یک اتم $$O ^ { ۲ - }$$ پیوند برقرار می‌کند. در کانی‌های هیدروکسید، به جای آنیون‌های $$O H ^ -$$، جایگزین تمام یا برخی از آنیون‌های $$O ^ { ۲ - }$$ می‌شوند. جدول زیر، انواع کانی اکسید و هیدروکسید را به همراه فرمول شیمیایی نمایش می‌دهد.

تفاوت اصلی بین کانی‌های اکسید و هیدروکسید، دمای تشکیل و پایداری آن‌ها است. کانی‌های هیدروکسید، در دماهای بالا ناپایدار می‌شوند. به همین دلیل، این کانی‌ها در محیط‌هایی با دمای پایین وجود دارند و معمولا، محصول دگرگونی و هوازدگی هستند. کوارتز، به عنوان فراوان‌ترین کانی اکسید به همراه کانی‌های سیلیکاته در نظر گرفته می‌شود. تشکیل کانی‌های اکسید نظیر مگنتیت و ایلمنیت، در دمای بالا صورت می‌گیرد. اغلب سنگ‌های آذرین و دگرگونی، حاوی انواع کانی های اکسید هستند. البته این کانی‌ها معمولا به مقدار کم در سنگ‌ها حضور دارند. همین موضوع، باعث نادیده گرفتن و دشوار بودن شناسایی آن‌ها می‌شود.

خواص اکسید و هیدروکسیدها، از خواص سیلیکات‌ها و سولفیدها متمایز است. اتصال اتم‌های این کانی‌ها، توسط پیوند یونی صورت می‌گیرد. با این وجود، برخلاف دیگر کانی‌ها، یون‌های $$O ^ { ۲ - }$$ و $$O H ^ -$$ در اکسیدها و هیدروکسیدها، ساختار اتمی و خواص آن‌ها را کنترل نمی‌کنند. همین موضوع، باعث تفاوت بین اکسید و هیدروکسیدها با کربنات‌ها، سولفات‌ها و دیگر کانی‌های یونی دارای قابلیت حلالیت بالا در آب شده است.

فیلم آموزش زمین شناسی – پایه یازدهم در فرادرس

کلیک کنید

انواع کانی های اکسید و هیدروکسید

کانی‌های اکسید و هیدروکسید، بر اساس ساختار اتمی‌شان به گروه‌های مختلف تقسیم می‌شوند. اکسیدهای ساده، دارای یک عنصر فلزی و فرمول‌های زیر هستند:

$$R _ ۲ O$$

$$R O$$

$$R _ ۲ O _ ۳$$

در فرمول‌های شیمیایی بالا، R، کاتیون فلز را نمایش می‌دهد. فرمول‌های متفاوت، بیانگر ظرفیت‌های مختلف فلزات هستند. اکسیدهای پیچیده‌تر، دو کاتیون فلزی متفاوت را در ترکیب خود جای می‌دهند. فرمول شیمیایی این کانی‌ها به صورت زیر است:

$$X Y O _ ۳$$

$$X Y _ ۲ O _ ۴$$

در فرمول‌های بالا، X و Y، عناصر فلزی متفاوت را نمایش می‌دهند. اکسیدهای دارای فرمول شیمیایی $$X Y _ ۲ O _ ۴$$، در گروه کانی‌های اسپینل قرار می‌گیرند. تمام این کانی‌ها، ساختار اتمی مشابه دارند. به عنوان مثال، اگر فرمول مگنتیت را به صورت $$Fe Fe _ ۲ O _ ۴$$ بازنویسی کنیم، به ساختار اتمی $$X Y _ ۲ O _ ۴$$ می‌رسیم. بنابراین، مگنتیت، یکی از کانی‌های متعلق گروه اسپینل است.

کانی های سولفیدی و سولفوسالتی

«کانی‌های سولفیدی» (Sulfide Minerals)، گروهی از انواع کانی ها هستند که از ترکیب آنیون گوگرد ($$S ^ { ۲ - }$$) با یک یا چند فلز تشکیل می‌شوند. اغلب کانی‌های سولفیدی، ساختاری ساده، بلورهای متقارن، جلای فلزی، وزن مخصوص بالا، رنگ خاکه تیره، قابلیت هدایت الکتریکی و سختی پایین دارند. تقریبا تمام کانی‌های سولفیدی، از اهمیت اقتصادی و صنعتی برخوردار هستند.

در اغلب موارد، اتم گوگرد با فلزهایی نظیر آهن، مس، نیکل، سرب، کبالت، نقره، روی و حدود ۱۵ فلز دیگر ترکیب شده و یک کانی سولفیدی را تشکیل می‌دهد. فرمول شیمیایی این کانی‌ها، معمولا به فرم کلی $$A _ m S _ n$$ است. در این فرمول، A، یک فلز و S، گوگرد را نمایش می‌دهد. پیوند بین اتم‌های کانی‌های سولفیدی، از نوع کووالانسی، فلزی یا ترکیبی از این دو است. برخی از کانی‌ها، به دلیل خواص‌شان، در گروه سولفیدها قرار می‌گیرند. در ترکیب این کانی‌ها، به جای عنصر گوگر، عناصر دیگری نظیر سلنیوم، تلوریوم یا بیسموت وجود دارند.

«کانی‌های سولفوسالتی» (Sulfosalt Minerals)، گروهی مشابه به کانی‌های سولفیدی هستند؛ با این تفاوت که در آن‌ها، عنصرهای نیمه‌فلز مانند آرسنیک و آنتیموان، جای اتم‌های فلزی را می‌گیرند. بسیاری از سولفیدها و کانی‌های مرتبط با آن‌ها، ساختار اتمی مشابه‌ای دارند. به همین دلیل، محلول‌های جامد آن‌ها یکسان هستند. بسیاری از انواع کانی های سولفیدی و سولفوسالتی در طبیعت یافت می‌شوند. با این وجود، فقط تعداد کمی از آن‌ها دارای فراوانی قابل توجه هستند.

سولفیدها، معمولا به صورت مجموعه‌ای از کانی‌های مشخص هستند. به عنوان مثال، پیریت، اسفالریت و پیروتیت، اغلب در کنار یکدیگر یافت می‌‌شوند. پیریت و بورنیت یا پیروتیت نیز همین ویژگی را دارند. در برخی از کانسارهای میزبان سنگ‌های کربناته، اسفالریت و گالن را می‌توان در کنار یکدیگر مشاهده کرد. اعضای موجود در مجموعه کانی‌های سولفیدی، در تصویر زیر نمایش داده شده‌اند.

در نمودار مثلثی بالا، خط مستقیم واصل دو ترکیب، مانند خط واصل اسفالریت به پیریت، ماده معدنی Fe-Zn-S را نمایش می‌دهد. کانی‌های احتمالی مرتبط با این ماده معدنی، مجموعه پیریت-اسفالریت-گوگرد، پیریت-اسفالریت یا پیریت-پیروتیت-اسفالریت است. احتمال وجود هر یک از این مجموعه‌ها، به میزان عنصر گوگرد بستگی دارد.

عناصر آزاد: کانی های فلزی، نیمه فلزی و نافلز

یکی از انواع باارزش کانی ها، عناصر آزاد در طبیعت هستند. این کانی‌ها را می‌توان بدون فرآوری یا با کمترین فرآوری، برای تولید یا هر هدف دیگری مورد استفاده قرار داد. اولین فلزات مورد استفاده توسط بشر، از انواع کانی های آزاد بودند. بعدها و با پیشرفت روش‌های فرآوری، انسان‌ها به استخراج عناصر از کانی‌های پیچیده‌تر پرداختند. زمین‌شناسان معدنی، عناصر آزاد را بر اساس خواص فیزیکی و شیمیایی‌شان به گروه‌های فلز، نیمه‌فلز و نافلز تقسیم می‌کنند.

کانی های فلزی

طلا، نقره، مس و پلاتینیوم، چهار کانی اصلی در گروه کانی‌های فلزی هستند. این چهار کانی، پیوند فلزی ضعیف دارند. طلا، نقره و مس، در یک ستون از جدول تناوبی قرار می‌گیرند. کانی الکتروم، آلیاژ طبیعی طلا و نقره (Au-Ag) است. ترکیب این کانی می‌تواند از طلای خالص به نقره خالص تغییر کند. به دلیل متفاوت بودن اندازه اتم‌های مس با اتم‌های طلا و نقره، محلول‌های حاوی ترکیب مس و فلزات گرانبها محدود است. طلا، نقره و مس آزاد، می‌توانند مقدار کمی از عناصر دیگر را به همراه داشته باشند.

مس آزاد، معمولا به همره آرسنیک، آنتیموان، بیسموت، آهن یا جیوه یافت می‌شود. در کنار پلاتینیوم آزاد، امکان حضور مقدار کمی از عناصر دیگر، مخصوصا پالادیوم وجود دارد. فراوانی پلاتینیوم، بسیار کمتر از طلا، نقره و مس است. نیمه‌فلزهایی نظیر آرسنیک، آنتیموان و بیسموت نیز از کانی‌های کمیاب به شمار می‌روند.

اتم چهار کانی اصلی گروه کانی‌های فلزی، در یک ساختار مکعبی شکل کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. ساختار اتمی عنصر آهن نیز به همین شکل است؛ با این تفاوت که آهن، معمولا به صورت آزاد در طبیعت یافت نمی‌شود. البته امکان یافتن آهن آزاد در شهاب‌سنگ‌ها وجود دارد. بلورهای خوش‌وجه، می‌توانند دارای ساختار مکعبی یا هشت‌وجهی (اکتاهدرال) باشند. اگرچه در اغلب موارد، این بلورها با شکل‌های دارای نظم کمتر به وجود می‌آیند. مس، به شکل توده‌ای یا ورقه، صفحه و مفتول‌های چندشاخه یافت می‌شود.

ساختار نقره، معمولا به شکل سیمی یا شاخه‌ای است. طلا نیز ساختار تکه‌ای، دانه‌ای یا کشیده دارد. البته، اغلب فلزات گرانبها در کانسارها، به صورت دانه‌های نیمه‌منظم ظاهر می‌شوند. در مقیاس میکروسکوپی، طلا، نقره، پلاتینیوم و مس، همگی دارای ساختار یکسان هستند. با وجود مکعبی بودن ساختار اتمی آهن، می‌توان این عنصر را از چهار کانی اصلی فلزی تشخیص داد. روی آزاد، یکی دیگر از کانی‌های فلزی کمیاب است. این کانی، ساختار اتمی شش‌وجهی دارد.

اغلب کانسارهای سنگ طلا و نقره، در رگه‌های هیدروترمال حاوی کوارتز فراوان هستند. پیریت (طلای احمقان) و دیگر کانی‌های سولفیدی، معمولا در کنار رگه‌های طلا و نقره آزاد یافت می‌شوند. از دیگر کانسارهای تشکیل طلا و نقره می‌توان به کانسارهای پلاسری (سنگدانه‌های رسوبی) اشاره کرد. البته، کانسارهای نقره، چندین نوع دیگر نیز دارند. استخراج پلاتینیوم آزاد، از سنگ‌های الترامافیک آذرین، ذخایر پلاسری یا فرآوری به عنوان کانی فرعی در سولفید نیکل و مس اجام می‌گیرد. مس آزاد، در کانسارهای مختلفی نظیر سنگ‌های مافیک و برخی از ماسه‌سنگ‌ها یافت می‌شود.

کانی های نافلز

گرافیت، الماس و گوگرد، شناخته شده‌ترین انواع کانی های نافلز هستند. گرافیت و الماس، از عنصر کربن تشکیل می‌شوند. گرافیت، یکی از کانی‌های دارای فراوانی کم در بسیاری از سنگ‌های دگرگونی نظیر مرمر، شیست و گنیس به شمار می‌رود. البته این کانی را می‌توان در برخی از انواع سنگ‌های آذرین و شهاب سنگ‌ها نیز مشاهده کرد. منشا اصلی کربن، مواد آلی موجود در رسوبات اولیه است.

گوگرد آزاد، در سنگ‌های آتشفشانی و نزدیکی دودخان‌ها یافت می‌شود. البته برخی از کانسارهای سولفیدی و سنگ‌های رسوبی مرتبط با کانی‌های هالیت، آنیدریت، ژیپس و کلسیت نیز می‌توانند حاوی گوگرد آزاد باشند. ذخایر آزاد گوگرد، تنها نیمی از نیازهای موجود به این عنصر را برطرف می‌کنند. باقی گوگردهای زمین، توسط جداسازی آن‌ها از کانی‌های سولفیدی در حین عملیات فرآوری برای بازیابی فلزات به دست می‌آید.

الماس آزاد، فقط تحت فشار بسیار بالای موجود در بخش پایینی پوسته یا بخش گوشته زمین تشکیل می‌شود. استخراج الماس، از تنوره‌های آتشفشانی کیمبرلیت صورت می‌گیرد. تنوره‌های آتشفشانی، مسیرهای خروج سریع یا انفجاری ماگماهای مافیک به سطح زمین هستند. در برخی از مواقع، الماس به صورت ذخایر پلاسری در رودها و بستر رودخانه‌ها جمع می‌شود. الماس‌ها، کیفیت لازم برای تبدیل شدن به جواهر را دارند. البته بسیاری از الماس‌ها، به دلیل کیفیت پایین، در گروه کانی‌های جواهری قرار نمی‌گیرند. به این الماس‌ها، بورت می‌گویند. بورت، معمولا برای شیشه‌بری به کار برده می‌شود.

فیلم آموزش علوم تجربی پایه نهم – بخش زیست و زمین شناسی در فرادرس

کلیک کنید

کانی های معدنی

تا به این جای مقاله، انواع کانی های سیلیکات، اکسید، هیدروکسید، سولفید، سولفوسالت و عناصر آزاد را معرفی کردیم. اکسیدها، هیدروکسیدها، سولفیدها، سولفوسالت‌ها و عناصر آزاد، در گروه دیگری از کانی‌ها با عنوان «کانی‌های معدنی» (Ore Minerals) قرار می‌گیرند. این کانی‌ها، ارزش اقتصادی بالایی دارند. جدول زیر، برخی از عناصر اقتصادی و کانی‌های معدنی مرتبط با آن‌ها را نمایش می‌دهد.

کانی های جواهر

«جواهر» (Gem)، کانی و سنگ قیمتی است که امکان تراش و صیقل دادن برای استفاده به عنوان اجسام تزئینی را دارد. جواهرات، به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم می‌شوند. گاهی اوقات، عبارت گوهر یا «سنگ جواهر» (Gemstone)، به منظور اشاره به انواع کانی جواهر مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخلاف کانی‌های معدنی، ارزش جواهر، به ترکیب آن وابستگی چندانی نداشته و ظاهر آن از اهمیت بالاتری برخوردار است. اغلب جواهرها، نوع خاصی از کانی‌های متداول بر روی پوسته زمین هستند که رنگ، شفافیت، درخشندگی یا دیگر ویژگی‌های ظاهری منحصر به فرد را از خود به نمایش می‌گذارند.

تراش و صیقل، ویژگی‌های کانی‌های جواهر را بهبود می‌بخشد. کهربا و مروارید (از جواهرهای غیرکانی)، با جلای منحصر به فردشان شناخته می‌شوند. هرچه سختی جواهر بالاتر باشد، ارزش آن افزایش می‌یابد؛ چراکه این مشخصه، به معنای دوام و طول عمر بالای جواهر خواهد بود. باقی کانی‌های جواهر، بر اساس فراوانی (کمیاب‌ بودنشان) قیمت‌گذاری می‌شوند. جدول زیر، برخی از متداول‌ترین کانی‌های جواهری را به همراه عنوان جواهر و کشور اصلی تولیدکننده نمایش می‌دهد.

فراوانی انواع کانی ها

بیش از ۹۰ عنصر در طبیعت یافت می‌شود. این عناصر می‌توانند به روش‌های مختلف با یکدیگر ترکیب شوند و کانی‌های متفاوت را تشکیل دهند. کانی‌شناسان تا کنون، در حدود ۳۰۰۰ تا ۴۰۰۰ کانی را شناسایی کرده‌اند. از این میان، فقط ۲۰۰ کانی بر روی پوسته زمین متداول هستند. علاوه بر این، فراوانی ۵۰ کانی به اندازه‌ای است که می‌توان آن‌ها را به عنوان کانی‌های اصلی در نظر گرفت. نمودار دایره‌ای زیر، فراوانی کانی‌های پوسته زمین را نمایش می‌دهد.

پلاژیوکلازها، بیشترین سهم از کانی‌های پوسته زمین را به خود اختصاص می‌دهند. این کانی‌ها، از انواع کانی های سیلیکاته هستند که در بخش‌های بعدی به طور مفصل به آن‌ها می‌پردازیم. در رده‌های بعدی کانی‌های رایج بر روی پوسته زمین، دیگر کانی‌های سیلیکاته قرار گرفته‌اند. کانی‌های غیرسیلیکاته، تنها ۸ درصد از پوسته زمین را تشکیل می‌دهند.

شاید اختلاف فراوانی کانی‌های سیلیکاته و غیرسیلیکاته، برایتان عجیب به نظر برسد. برای درک این موضوع، توجه داشته باشید که با وجود بیش از ۹۰ عنصر در طبیعت، فقط تعداد کمی از آن‌ها دارای فراوانی قابل توجه هستند. 13 عنصر اکسیژن، سیلیسیم، آلومینیوم، آهن، کلسیم، سدیم، پتاسیم، منیزیوم، تیتانیوم، هیدروژن، فسفر، منگنز و باریت، نزدیک به 99/5 درصد از وزن تمام عنصرها را به خود اختصاص می‌دهند. عنصرهای دیگر، مانند رقیق‌کننده‌های کوچک این 13 عنصر محسوب می‌شوند.

اکسیژن و سیلیسیم، فراوان‌ترین عنصرهای پوسته زمین هستند. طبیعتا این موضوع بر روی فراوانی بالای کانی‌های سیلیکاته تاثیر مستقیم می‌گذارد. به همین دلیل، هیچ تعجبی ندارد که دیگر انواع کانی ها یا کانی‌های دارای عناصر نادر، فراوانی بسیار پایینی دارند. مشخصات عناصر شیمیایی، نوع پیوند بین آن‌ها را تعیین می‌کند. به همین دلیل، پیوند برخی از عناصر مانند اکسیژن و سیلیسیوم، از پایداری بیشتری برخوردار است.

انواع کانی ها بر اساس نحوه تشکیل

فرآیندهای مختلفی باعث تشکیل انواع کانی ها می‌‌شوند. تبلور مواد مذاب، ته‌نشینی و تبلور مجدد، سه منشا اصلی تشکیل کانی‌ها هستند. در ادامه، به معرفی انواع کانی‌ها بر اساس نحوه به وجود آمدن آن‌ها می‌پردازیم.

کانی های آذرین

دمای بالای اعماق زمین، سنگ‌های این نواحی را ذوب می‌کند. به این ترتیب، سنگ‌های اعماق زمین، وارد فاز مایع می‌شوند و در مسیرهای زیرزمینی شروع به جریان یافتن می‌کنند. به این سنگ‌های مذاب، ماگما می‌گویند. با کاهش دمای ماگما، سرعت اتم‌های درون آن کاهش می‌یابد. این کاهش سرعت، باعث اتصال اتم‌ها به یکدیگر و تشکیل بلور می‌شود. «کانی‌های آذرین» (Igneous Minerals)، بلورهای ناشی از سرد شدن ماگما هستند.

ماگما، به دلیل دمای بالا و حالت مذاب، به راحتی به سمت سطح زمین حرکت می‌کند. به این ترتیب، دمای مواد مذاب کاهش می‌یابد و رشد بلورها آغاز می‌شود. اگر رشد بلورها به صورت یکنواخت باشد، سنگی با الگوی موزاییکی به وجود می‌آید. تصویر زیر، نمای میکروسکوپی از یک سنگ آذرین را نمایش می‌دهد.

فرآیندهای آذرین، نسبتا متغیر هستند. برخی از ماگماها، با سرعت پایین در زیر زمین سرد می‌شوند. در این حالت، بلورهای درشت به وجود می‌آیند. برخی دیگر از ماگماها، به صورت گدازه از درون زمین خارج شده و به سرعت سرد می‌شوند. در این حالت، سنگ‌های بیرونی با بلورهای کوچک به وجود می‌آیند. همان‌طور که در بخش‌های قبلی بیان کردیم، ترکیبات سیلیکاته، درصد زیادی از کانی‌های پوسته و گوشته زمین را به خود اختصاص می‌دهند. ماگما نیز از درصد زیاد سیلیسیم و اکسیژن (عنصرهای اصلی کانی‌های سیلیکاته) تشکیل می‌شود. با این وجود، به دلیل متفاوت و متغیر بودن ترکیب ماگماها، تمام سنگ‌های آذرین، حاوی کانی‌های یکسان نیستند.

فیلم آموزش کانی شناسی – جامع و با مفاهیم کلیدی در فرادرس

کلیک کنید

انواع کانی های آذرین

انواع کانی های به گروه‌های الیوین، پیروکسن، آمفیبول، میکا، فلدسپات، فلدسپاتوئید، سیلیکات (کوارتز)، اکسید (مگنتیت، لیمونیت)، سولفید (پیریت) و غیره (زیرکن، آپاتیت و تیتانیت) تقسیم می‌شوند.

کانی های رسوبی

بسیاری از انواع کانی ها، در محلول‌های آبی (آب‌های حاوی عناصر حل شده در آن‌ها) رشد می‌کنند. در محلول‌های غیراشباع، انرژی جنبشی، مانع پیوند بین اتم‌های حل شده می‌شود. کاهش دما یا تبخیر آب، نزدیکی مواد حل شده به یکدیگر را در پی دارد. به این ترتیب، غلظت محلول افزایش می‌یابد و محلول به حالت اشباع نزدیک می‌شود. در این شرایط، اتم‌ها با یکدیگر پیوند می‌دهند. طی این فرآیند، مواد جامد معمولا به صورت بلوری و منظم (کانی) ته‌نشین می‌شوند. به عنوان مثال، اگر غلظت یون‌های $$Ca ^ { ۲ + }$$ و $$C O _ ۳ ^ { ۲ - }$$ در آب به اندازه کافی بالا باشد، با ته‌نشینی ترکیب کربنات کلسیم، کانی کلسیت ($$Ca C O _ ۳$$) به وجود می‌آید.

کانی‌های کلسیت، هالیت، ژیپس و بسیاری دیگر از انواع کانی ها، بر اثر ته‌نشینی در آب دریاچه‌ها و دریاها تشکیل می‌شند. در برخی از نواحی زمین، تبخیر آب، باعث ته‌نشینی لایه‌های نمکی با ضخامت بیشتر از ۳۰۰ متر شده است. اگر مقیاس تشکیل کانی‌های رسوبی را دهیم، به فرآیند ته‌نشینی ذرات در آب‌های زیرزمینی می‌رسیم. حرکت آهسته این آب‌ها، باعث جابجایی ذرات و ته‌نشینی آن‌ها (تشکیل کانی) در حفره‌ها، شکستگی‌ها و ترک‌های درون سنگ‌ها می‌شود. در صورت تغییر محتویات آب در حین ته‌نشینی، لایه‌های مختلفی از کانی‌ها با ترکیب‌های متفاوت به وجود می‌آیند. به عنوان مثال، نحوه تشکیل کانی اسمیت زونیت به این شکل بوده است.

جدول زیر، انواع کانی های رسوبی را نمایش می‌دهد. فراوان‌ترین کانی‌های رسوبی، کلسیت، هالیت و دیگر نمک‌های دارای خاصیت حل‌شوندگی بالا در آب هستند. حل‌شوندگی دیگر کانی‌های این جدول، پایین بوده اما فراوانی عناصر تشکیل‌دهنده آن‌ها در طبیعت بسیار بالا است. کوارتز، یکی از همین کانی‌ها محسوب می‌شود. در دماهای پایین، محلول حاوی عناصر این کانی می‌تواند به شکل الماس هرکیمر یا بلورهای ژئود درآید.

ته‌نشینی در دماهای پایین، منجر به تشکیل کانی با ذرات بسیار ریز یا کانی‌های توده‌ای می‌شود. صفحات بلوری کمی در این کانی‌ها قابل مشاهده خواهند بود. سنگ آهک ریزدانه (حاوی کانی کلسیت)، حاصل ته‌نشینی در دمای پایین است. در برخی از مواقع، امکان تشکیل بلورهای درشت (مانند برخی از بلورهای کلسیت و کوارتز)، طی فرآیند ته‌نشینی در دمای پایین وجود دارد.

در صورت ته‌‌نشینی شیمیایی مواد در دماهای بالا، فرآیندی با عنوان فرآیند گرمابی یا «هیدروترمال» (Hydrothermal) رخ می‌دهد. آب‌های فرآیند هیدروترمال می‌توانند منشا شهابی، ماگمایی، دگرگونی یا اقیانوسی داشته باشند. دمای بالای آب، باعث جریان یافتن آن به سمت نواحی دارای دمای پایین‌تر می‌شود. در برخی از موارد، آب، مسیرهای طولانی را پیش از ته‌نشینی کانی‌ها طی می‌کند. سنگ‌های تراورتن و توفا، نمونه‌هایی از کانی‌های حاصل از این فرآیند هستند. کانی اصلی هر دوی این سنگ‌ها، کلسیت است. کانی‌های هیدروترمال، معمولا در اعماق زمین تشکیل می‌شوند و بسیاری از کانسارهای معدنی نظیر کانسارهای اکسیدی، سولفیدی و غیره را به وجود می‌آورند. جدول زیر، برخی از کانسارهای مهم با منشا هیدروترمال را نمایش می‌دهد.

کانی های دگرگونی

یکی دیگر از روش‌های تشکیل کانی‌ها، فرآیند دگرگونی است. گاهی اوقات، این فرآیند، به همراه تبلور مجدد و رشد دانه‌ای سنگ رخ می‌دهد؛ بدون اینکه تغییری در ترکیب کانی‌شناسی سنگ اتفاق بیافتد. با این وجود، در اغلب موارد، دگرگونی، با جایگزین شدن کانی‌های موجود توسط کانی‌های جدید رخ می‌دهد. در این حالت، پیوندها شکسته شده و اتم‌ها طی پدیده انتشار حالت جامد ادغام می‌شوند؛ یا توسط جریان‌های بین‌دانه‌ای به محل تشکیل و رشد کانی‌ها جدید منتقل می‌شوند. در سنگ‌های رسوبی، به فرآیند دگرگونی در دمای پایین، سنگ‌زایی یا «دیاژنز» (Diagenesis) می‌گویند.

در دگرگونی، امکان جایگزینی یک کانی با کانی دیگر وجود دارد. به عنوان مثال، کانی‌های کلسیت و آراگونیت می‌توانند طی فرآیند دگرگونی، جایگزین یکدیگر شوند. فرمول شیمیایی هر دوی این کانی‌ها، $$Ca C O _ ۳$$ بوده اما ساختار اتمی آن‌ها متفاوت است. تغییرات کانی‌شناسی ناشی از دگرگونی، معمولا چندین کانی را تحت تاثیر قرار می‌دهند. به عنوان مثال، طی فرآیند دگرگونی سنگ آهک حاوی کوارتز در دمای بالا، کلسیت ($$Ca C O _ ۳$$) و کوارتز ($$Si O _ ۲$$) می‌توانند واکنش داده و کانی جدیدی با عنوان ولاستونیت ($$Ca Si O _ ۳$$) را به وجود بیاورند.

مطالعه کانی‌های دگرگونی، بسیار گسترده‌تر از کانی‌های رسوبی یا آدرین است. تقریبا تمام کانی‌های سنگ‌های آذرین می‌توانند در سنگ‌های دگرگونی حاضر باشند.  بسیاری از این کانی‌ها، در سنگ‌های رسوبی نیز حضور دارند. دیگر کانی‌های کمیاب یا نایاب در سنگ‌های آذرین و رسوبی، طی فرآیند دگرگونی تشکیل می‌شوند. جدول زیر، برخی از کانی‌های دگرگونی را نمایش می‌دهد.

انواع کانی های رسوبی

در بخش انواع کانی ها بر اساس نحوه تشکیل، به برخی از کانی‌های رسوبی اشاره کردیم. در این بخش، قصد داریم به دسته‌بندی کانی‌های رسوبی بپردازیم. کانی‌های رسوبی، به انواع کانی‌های سیلیکاته، کربناته، سولفات، هالید و چرت تقسیم‌بندی می‌شوند.

کانی های سیلیکاته رسوبی

از لحاظ تئوری، تمام کانی‌های سیلیکاته می‌توانند در رسوبات و سنگ‌های رسوبی حضور داشته باشند. با این وجود، در عمل، قضیه تفاوت می‌کنند. اغلب سیلیکات‌ها به سرعت خرد می‌شوند و فرصت کافی برای هوازدگی و انتقال آن‌ها وجود ندارد. کوارتز، مقاوم‌ترین کانی سیلیکاته در برابر هوازدگی است. این کانی، در بسیاری از سنگ‌های آذرین و دگرگونی یافت می‌شود. از این‌رو، کوارتز به عنوان یکی از اجزای اصلی بسیاری رسوبات آواری به حساب می‌آید.

فیلم آموزش زمین شناسی مهندسی – جامع و کاربردی در فرادرس

کلیک کنید

فلدسپات‌ها نیز از دیگر کانی‌های سیلیکاته موجود در رسوبات آواری هستند. این کانی‌ها، معمولا از کوارتز پیروی می‌کنند.در رسوبات منتقل شده به فواصل دور یا رسوبات ناشی از هوازدگی‌های طولانی، فراوانی فلدسپات‌ها بسیار کم است. کانی‌های سیلیکاته مافیک (دارای منیزیوم بالا) نیز در سنگ‌های رسوبی اما به مقدار کم یافت می‌شوند. به غیر از کوارتز، از دیگر انواع کانی های سیلیکاته رسوبی می‌توان به کانی‌های رسی و زئولیت‌ها اشاره کرد.

کانی های رسی رسوبی

کانی‌های رسی، نزدیک به ۵۰ درصد از حجم سنگ‌های رسوبی را تشکیل می‌دهند. این کانی‌ها، معمولا بسیار ریز و در اندازه‌های کمتر از ۱ میکرومتر هستند. به علاوه، کانی‌های رسی، ترکیب شیمیایی پیچیده و ساختار اتمی متغیر دارند. این ویژگی‌ها، شناسایی تک تک کانی‌های رسی را دشوار می‌کند. بنابراین، شناسایی دقیق این کانی‌ها، توسط تحلیل اشعه ایکس انجام می‌گیرد. برخلاف کوارتز و فلدسپات‌ها، کانی‌های رسی در محیط‌های آذرین و دگرگونی به وجود نمی‌آیند. تبلور این کانی‌ها در محیط‌های رسوبی اتفاق می‌افتد. ترکیب آن‌ها نیز به منشا رسوبات بستگی دارد.

گروه کانی‌های رسی، تمام کانی‌های سیلیکات ورقه‌ای را در برمی‌گیرد. ساختار لایه‌ای این کانی‌ها، احساس لغزندگی را در هنگام مرطوب بودن منتقل می‌کند. با وجود ذرات ریز، سنگ‌های رسوبی حاوی کانی‌های رسی، ضخیم هستند. از کانی‌های رسی مهم می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• گروه کانی‌های کائولینیت
• ایلیت
• گروه کانی‌های اسمکتیت
  • مونتموریلونیت
  • ورمیکولیت

مونتموریلونیت، کانی غالب در رسوبات حاوی درصد بالایی از کانی‌های رسی و سنگ‌های رسوبی جوان است. ایلیت، کانی غالب در سنگ‌های رسوبی با عمر بیش از ۱۰۰ میلیون سال است. این کانی به همراه مونتموریلونیت و گروه کانی‌های کائولینیت، به عنوان مهم‌ترین انواع کانی های رسی در نظر گرفته می‌شوند. به گروه کائولینیت، کاندیت نیز می‌گویند. ترکیب شیمیایی و ساختار کانی‌های این گروه، تغییر کمتری نسبت به دیگر کانی‌های رسی دارد. این کانی‌ها، در ساخت پوشش‌های سرامیک مورد استفاده قرار می‌گیرند. مونتموریلونیت، به دلیل خاصیت جذب سیالات، برای تمیز کردن تمیز کردن لکه‌های روغن به کار برده می‌شود. ورمیکولیت نیز در نرم کردن خاک گلدان کاربرد دارد.

کانی های کربناته رسوبی

کانی‌شناسان تا کنون، بیش از ۵۰ نوع کانی کربناته را شناسایی کرده‌اند. ساختار اتمی تمام این کانی‌ها، دارای $$( C O _ ۳ ) ^ { ۲ - }$$ است. البته، برخی از کربنات‌ها، از آنیون‌ها یا گروه‌های آنیونی دیگر نیز تشکیل می‌شوند. تعداد کمی از کربنات‌ها، فراوان بوده و بسیاری از آن‌ها، دارای ترکیب و ساختار پیچیده هستند.

کلسیت و دولومیت، با اختلاف زیاد، فراوان‌ترین کانی‌های کربناته به حساب می‌آیند. هر دوی این کانی‌ها، به شکل بلورهای بزرگ، کانی‌های اصلی سنگ آهک یا ذرات آواری سنگ‌های آهکی یافت می‌شوند. البته کلسیت در سنگ‌های دگرگونی نظیر مرمر، برخی از ذخایر هیدروترمال و سنگ‌های آذرین کمیاب به نام کربناتیت‌ها نیز حضور دارد. دولومیت، کانی رایج در سنگ آهک و دولواستون است. این کانی، در ذخایر دگرگونی و هیدروترمال نیز یافت می‌شود.

درصد زیادی از دولومیت‌ها، حاصل فرآیندهای ثانویه و واکنش کلسیت با محلول‌های غنی از منیزیوم در حین فرآیند سنگ‌سازی (دیاژنز) هستند. منیزیت ($$Mg C O _ ۳$$)، از دیگر کانی‌های کربناته محسوب می‌شود. این کانی، محصول دگرگونی سنگ‌های مافیک و اولترامافیک است. تصویر زیر، انواع کانی های کربناته و فراوانی آن‌ها را نمایش می‌دهد.

کانی های سولفاته رسوبی

بیش از 100 کانی سولفاته تا کنون شناخته شده‌اند. انواع کانی های سولفاته، به دو گروه اصلی سولفات‌های بدونِ آب (انهیدروس) و سولفات‌های آبدار (هیدروس) تقسیم می‌شوند. از سولفات‌های بدون آب می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• آنیدریت
• باریت
• سلستین
• آنگلزیت

در گروه دوم کانی‌های سولفاته آبدار، ژیپس و برخی از کانی‌های کمیاب قرار دارد. ژیپس و آنیدریت می‌توانند از کانی‌های سنگ‌ساز اصلی باشند. ذخایر ضخیم یک یا هر دوی این کانی‌ها، در بسترهای سنگ آهک، دولواستون یا هالیت یافت می‌شوند.

احتمال حضور ژیپس و آندریت در کنار ذخایر گوگرد آزاد نیز وجود دارد. تمام کانی‌های سولفاته را می‌توان در تورفتگی یا شکستگی‌های سنگ‌های مختلف یافت. تعدادی از این کانی‌ها، در ترکیب خاک‌ها یافت می‌شوند. برخی از سولفات‌ها، به عنوان کانی‌های اولیه و برخی دیگر به عنوان کانی‌های ثانویه در ذخایر معدنی حضور دارند. این کانی‌ها، معمولا جایگزین کانی‌های اصلی سولفیدی هستند. به عنوان مثال، آنگلزیت ($$Pb S O _ 4$$)، طی هوازدگی یا دگرگونی برای جایگزینی گالن ($$Pb S$$) تشکیل می‌شود.

کانی های هالید رسوبی

به کانی‌هایی که عناصر هالوژن به عنوان آنیون اصلی در آن‌ها ظاهر می‌شوند، «هالید» (Halide) می‌گویند. کلر و فلوئور، از متداول‌ترین عناصر موجود در انواع کانی های هالید هستند. اتم‌های هالید، با پیوند یونی در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. به عنوان مثال، در کانی هالیت، اتم‌های سدیم ($$Na ^ +$$) و کلر ($$Cl ^ -$$)، با آرایش مکعبی در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. آرایش اتم‌های کانی فلوریت نیز به صورت مکعبی است؛ با این تفاوت که در این کانی، به ازای هر اتم کلسیم ($$Ca ^ { ۲ + }$$)، دو اتم فلوئور ($$F ^ -$$) وجود دارد.

با وجود چندین کانی هالید در طبیعت، فقط کانی‌های هالیت و سیلویت در سنگ‌های رسوبی رایج هستند. به غیر از کانی فلوریت ($$Ca F _ ۲$$)، هالیدهای دیگر، فراوانی بسیار کمی در تمام سنگ‌ها دارند. جدول زیر، برخی از انواع کانی های هالید و فرمول‌های شیمیایی آن‌ها را نمایش می‌دهد.

شناخته شده‌ترین کانی هالید، «هالیت» (Halite) یا همان «نمک خوراکی» است. این کانی، معمولا به صورت سنگ نمک در بسترهای نمکی توده‌ای و به همراه کانی‌های دیگری نظیر ژیپس یا آنیدریت و بعضا گوگرد یافت می‌شود. کانی سیلویت، فراوانی بسیار کمی نسبت به هالیت دارد. با این وجود، این کانی معمولا در کنار هالیت حضور پیدا می‌کند.

فیلم آموزش علوم تجربی پایه هشتم – بخش زیست و زمین شناسی در فرادرس

کلیک کنید

کانی رسوبی چرت

«چرت» (Chert)، شکل ریزدانه کانی کوارتز است. این عنوان، برای سنگ حاوی کوارتز ریزدانه نیز به کار می‌رود. کانی چرت، می‌تواند به صورت توده‌ای یا لایه‌ای باشد. این کانی، اغلب به صورت ندول (توده‌های کروی) یا متمرکز در سنگ آهک یافت می‌شود. در برخی از مواقع، چرت، توسط تبلور مجدد آمورف‌های سیلیکاته شکل می‌گیرد. این کانی، انواع مختلفی دارد. یشم یا «جاسپر» (Jasper)، یک چرت قرمز رنگ است.

فلینت، یک کانی چرت است که به دلیل مواد آلی، به رنگ تیره ظاهر می‌شود. اپال و کلسدونی، معمولا در کنار ذخایر چرت حضور دارند. در زمان‌های گذشته تا انقلاب صنعتی، چرت و فلینت، به عنوان اسلحه، ابزارآلات و آتش‌زنه مورد استفاده قرار می‌گرفتند.

انواع کانی های دگرگونی

احتمال حضور تمام کانی‌های رسوبی و آذرین در سنگ‌های دگرگونی وجود دارد. با این وجود، بسیاری از کانی‌ها، مخصوص سنگ‌های دگرگونی هستند. دو عامل مهم ترکیب سنگ و میزان دگرگونی، کانی‌شناسی را تعیین می‌کند. ما معمولا، ترکیب سنگ‌ها را با فهرست کردن ترکیبات شیمیایی آن‌ها یا گروه‌بندی آن‌ها به کلاس‌های شیمیایی مختلف توصیف می‌کنیم. جدول زیر، برخی از کلاس‌های متداول سنگ‌های دگرگونی را نمایش می‌دهد.

جدول زیر نیز، برخی از انواع کانی های دگرگونی را در سنگ‌های دگرگونی با ترکیب‌های مختلف نمایش می‌دهد. کانی‌های ردیف‌های بالایی، در سنگ‌های با عیار پایین و کانی‌های ردیف‌های پایینی، در سنگ‌های با عیار بالا فراوانی بیشتری دارند.

انواع کانی ها بر اساس پیوند اتمی

پیوند شیمیایی بین اتم‌های کانی‌ها، به سه گروه پیوند یونی، پیوند کووالانسی و پیوند فلزی تقسیم می‌شوند. اگرچه، پیوندهای هیچ از کانی‌ها به صورت صد در صد یونی، کووالانسی یا فلزی نیست. به عبارت دیگر، اغلب اتم‌های هر کانی، به یکی از این پیوندها، تمایل بیشتری دارند. تصویر زیر، انواع کانی ها را بر اساس تمایل اتم‌هایشان به پیوندهای شیمیایی نمایش می‌دهد.

در هالیت ($$Na Cl$$)، اتم‌های $$Na ^ +$$ و $$Cl ^ -$$ به گونه‌ای الکترون‌های خود را به اشتراک می‌گذارند که می‌توان این کانی را کاملا یونی در نظر گرفت. پیوند اتم‌های فلوریت ($$Ca F _ ۲$$) نیز مانند هالت، کاملا یونی در نظر گرفته می‌شود. در طرف دیگر، پیوند اتم‌های الماس ($$C$$)، به پیوند کووالانسی کامل و پیوند اتم‌های مس ($$Cu$$)، پیوند فلزی کامل نزدیک است.

پیوند شیمیایی در کانی‌ها، نوسط خواص زیادی کنترل می‌شود. پیوندهای کووالانسی، مستحکم‌تر از پیوندهای یونی و پیوندهای یونی، مستحکم‌‌تر از پیوندهای فلزی هستند. از این‌رو، کانی‌های کووالانسی، سختی و دوام بالاتری دارند. در طرف مقابل، سختی و دوام کانی‌های دارای پیوند فلزی، کمتر است. به این ترتیب، از نظر خواص مذکور، کانی‌های یونی بین کانی‌های دارای پیوند کووالانسی و فلزی قرار می‌گیرند. جدول زیر، برخی از خواص و ویژگی‌های کانی‌های کووالانسی، یونی و فلزی را با یکدیگر مقایسه می‌کند.

انواع کانی ها بر اساس زمان تشکیل چه هستند ؟

زمان تشکیل کانی‌ها، یکی از معیارهای کلی برای تقسیم‌بندی انواع آن‌ها است. بر این اساس، انواع کانی ها به دو دسته اصلی کانی‌های اولیه و کانی‌های ثانویه تقسیم می‌شوند.

کانی های اولیه چه هستند ؟

«کانی‌های اولیه» (Primary Minerals)، به کانی‌هایی گفته می‌شود که از ابتدای فرآیند تبلور اصلی سنگ میزبان (ابتدای تشکیل سنگ آذرین)، در آن حضور داشته‌اند. این کانی‌ها، به دو دسته کانی‌های اصلی و فرعی تقسیم می‌شوند.

کانی های اصلی

«کانی‌های اصلی» (Essential Minerals)، به کانی‌هایی می‌گویند وجود آن‌ها برای تشکیل یک سنگ ضروری است. به عنوان مثال، کلسیت یا دولومیت، کانی‌های اصلی سنگ آهک هستند. به عبارت دیگر، در تمام سنگ آهک‌ها، یکی از دو کانی کلسیت یا دولومیت حضور دارد. کوارتز و فلدسپات پتاسیم، کانی‌های اصلی گرانیت هستند. بنابراین، در تمام سنگ‌های گرانیت می‌توان بلورهای این دو کانی را مشاهده کرد. اغلب خواص سنگ‌ها، توسط کانی‌های اصلی آن‌ها تعیین می‌شوند.

فیلم آموزش زمین شناسی – پایه یازدهم در فرادرس

کلیک کنید

کانی های فرعی

«کانی‌های فرعی» (Accessory Minerals)، به کانی‌هایی گفته می‌شود که میزان کم در ترکیب سنگ‌ها حضور دارند. این کانی‌ها، بر روی اغلب خواص سنگ‌ها تاثیر نمی‌گذارند. کانی‌های فرعی، معمولا حاوی عناصر ناسازگار با کانی‌های اصلی هستند. به عنوان مثال، عنصر زیرکونیوم (Zr)، اغلب در کانی زیرکن ($$Zr Si O _ ۴$$) یافت می‌شود. زیرکن، یک کانی فرعی در بسیاری از سنگ‌ها است. عنصر فسفر (P)، می‌تواند منجر به تشکیل کانی‌های فسفاته مانند آپاتیت شود. آپاتیت نیز یکی از کانی‌های فرعی متداول در بسیاری از سنگ‌ها است. یک کانی اصلی در یک سنگ، می‌تواند کانی فرعی سنگ دیگر و یک کانی فرعی در یک سنگ می‌تواند کانی اصلی سنگ دیگر باشد.

کانی های ثانویه

به کانی‌هایی که پس از تشکیل یک سنگ و طی فرآیندهای فیزیکی یا شیمیایی به درون آن سنگ اضافه می‌شوند، «کانی‌های ثانویه» (Secondary Minerals) می‌گویند. هنگامی که کانی‌ها در معرض تغییرات دما و فشار مانند دگرگونی و هوازدگی قرار می‌گیرند، کانی‌های پایدار جدید به وجود می‌آیند. از متداول‌ترین انواع کانی های ثانویه و فرآیند تشکیل آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• کائولینیت: حاصل هوازدگی شیمیایی فلدسپات‌ها
• کلریت: حاصل هوازدگی بیوتیت، پیروکسن و آمفیبول‌ها
• سریسیت: حاصل هوازدگی فلدسپات‌ها
• سرپانتین: حاصل تغییرات هیدروترمال الیوین

طبقه بندی انواع کانی ها بر اساس ساختار بلوری

به نحوه اتصال بلورها یا ذرات بلورهای کانی‌ها، «ساختار بلوری» (Crystal Structure) یا «شکل بلوری» (Crystal Form) می‌گویند. ساختار بلوری کانی‌ها با اتصال مجموعه‌ای از صفحات صاف به وجود می‌آید. بلورهای برخی از کانی‌ها، ساختارهای منظمی مانند ساختار مکعبی یا هشت‌وجهی را از خود به نمایش می‌گذارند. این ویژگی، به ما در شناسایی کانی‌ها کمک می‌کند. به عنوان مثال، کانی گارنت، اغلب با بلورهای ۱۲ وجهی (دودکاهدرون) مشاهده می‌شود.

بیشتر کانی‌ها، تنها یک ساختار بلوری رایج دارند. در طرف مقابل، برخی از کانی‌ها، قادر به تشکیل بلور با چند شکل متفاوت هستند. به عنوان مثال، بلور کانی گالن، معمولا به شکل مکعبی (شش وجهی) یافت می‌شود. با این حال، این کانی می‌تواند دارای ساختار هشت‌وجهی (اکتاهدرال) نیز باشد.

با توجه به ساختار بلوری، انواع کانی ها به گروه‌های زیر تقسیم می‌شوند:

• کانی چهار وجهی یا «تتراهدرون» (Tetrahedron): مانند کوارتز
• کانی  پنج‌وجهی، هرمی یا «پیرامیدال» (Pyramidal):‌ مانند گوگرد
• کانی شش‌وجهی یا «رومبوهدرون» (Rhombohedron): مانند مرمر
  • کانی شش‌وجهی مکعبی: مانند گالن
• کانی هشت‌وجهی یا «اکتاهدرال» (Octahedral): مانند الماس
• کانی دوازده وجهی یا «دودکاهدرال» (Dodecahedral): مانند گارنت

توجه داشته باشید که ساختار یا اصطلاحا «فرم» (Form)، به معنی شکل بلورهای کانی نیست. یک بلور می‌تواند چندین فرم را در خود داشته و یک فرم می‌تواند تا 48 وجه داشته باشد. علاوه بر این، شکل دو بلور با فرم‌های یکسان، لزوما یکسان نیست. این ویژگی به ابعاد فرم‌ها بستگی دارد.

در کانی‌شناسی، از اصطلاح «عادت بلوری» (Crystal Habit)، برای اشاره به مشخصه‌های ظاهری بلورهای کانی استفاده می‌شود. عادت بلوری، به تقارن، تعداد و ابعاد فرم بلوری به همراه نحوه رشد بلور نسبت به بلورهای دیگر بستگی دارد. به عنوان مثال، پیریت، یکی از انواع کانی ها با عادت بلوری مکعبی است؛ چراکه بلورهای این کانی معمولا به صورت مکعبی شکل یا نزدیک به شکل مکعب رشد می‌کند. «سیستم مکعبی» (Cubic System) یا «سیستم ایزومتریک» (Isometric System)، ساختاری است که در آن، طول تمام لبه‌های یک بلور با یکدیگر برابرند و با زاویه ۹۰ درجه یکدیگر را قطع می‌کنند. فلوریت و هالیت، دو مورد دیگر از انواع کانی ها با عادت مکعبی هستند. برخی از کانی‌ها، عادت‌های بلوری مختلفی دارند. با این وجود، اغلب کانی‌ها با یک عادت بخصوص رشد می‌کنند.

در طبیعت، بلورها همیشه دارای وجه‌های کاملا صاف و مشخص نیستند. اتفاق‌ها و نقص‌های موجود در حین رشد بلورها، باعث تفاوت وجه‌ها می‌شوند. با این وجود، در اغلب موارد، ساختار اتمی کانی‌ها را می‌توان به راحتی تشخیص داد؛ چراکه عادت بلوری کانی‌ها، به ساختار اتمی آن‌ها وابسته بوده و ساختار اتمی نیز یک ویژگی ثابت برای هر کانی است. برخی از کانی‌ها دارای فرم باز و برخی دارای فرم بسته هستند. تصویر زیر، نمونه‌هایی از فرم بسته بلورهای کانی‌ها را نمایش می‌دهد. این فرم‌ها، نیازی به فرم‌های دیگر برای بستن فضا ندارند.

تصویر زیر، چند نمونه از فرم‌های باز در بلورهای انواع کانی ها است. این فرم‌ها، به تنهایی فضا را نمی‌بنند. قطعا بلورهای یک کانی نمی‌توانند به صورت باز باشند. از این‌رو، فرم‌های دیگر باعث تکمیل ساختار بلور می‌شوند.

فرم‌های احتمالی بلور کانی‌ها محدود و حداکثر تعداد آن‌ها برابر با 48 است. بلورشناسان، از عنوان‌های مختلفی برای اشاره به هر یک از این 48 فرم استفاده می‌کنند. در ابتدای این بخش، برخی از این نام‌ها را معرفی کردیم. جدول زیر، عنوان و ویژگی‌های ظاهری برخی دیگر از فرم‌های بلوری را نمایش می‌دهد.

ساختار اتمی سیلیکات‌ها: کانی های چهار وجهی یا تتراهدرون

کانی‌های سیلیکاته، از انواع کانی ها با ساختار تتراهدرون هستند. در ترکیب این کانی‌ها، یک اتم اکسیژن در مرکز چهار اتم سیلیسیم قرار دارد. به همین خاطر، بلورهای کانی‌های سیلیکاته، اغلب به شکل چهاروجهی یا تتراهدرون درمی‌آیند. به این بلورها، «سیلیکا تتراهدرون» (Silica Tetrahedron) نیز می‌گویند.

بلورهای چهاروجهی، همیشه به صورت تکی و مانند تصویر بالا ظاهر نمی‌شوند. این بلورها می‌توانند به صورت جفت، حلقه‌ای، تک زنجیری، دو زنجیری و ورقه‌ای نیز در کنار یکدیگر قرار گیرند.

فیلم آموزش علوم تجربی پایه نهم – بخش زیست و زمین شناسی در فرادرس

کلیک کنید

شاخص موس: طبقه بندی انواع کانی ها بر اساس سختی

«شاخص سختی موس» (Mohs Hardness Scale)، معیاری برای اندازه‌گیری سختی نسبی کانی‌ها و اجسام دیگر، در مقایسه با سختی ۱۰ کانی مرجع است. جدول زیر، کانی‌های مرجع برای تعیین سختی موس و عدد اختصاص‌یافته به آن‌ها را نمایش می‌دهد.

با توجه به شاخص موس، سختی هر کانی بین عدد ۱ (نرم‌ترین کانی) تا عدد ۱۰ (سخت‌ترین کانی) قرار دارد. سختی یک کانی، به عنوان مقاومت آن در برابر خراش در نظر گرفته می‌شود. تخمین سختی کانی‌ بر اساس روش موس، توسط کیت‌های مخصوص انجام می‌گیرد. این کیت‌ها، شامل سنگ‌های معرفی شده در جدول بالا هستند. البته به دلیل قیمت بالای الماس، این کانی در اغلب کیت‌ها قرار داده نمی‌شود.

در سال ۱۸۱۲ میلادی (۱۱۹۱ شمسی)، یک کانی‌شناس آلمانی به نام «فردریک موس» (Friedrich Mohs)، شاخص سختی کانی‌ها را ارائه داد. ماوس، شاخص مورد نظر بر مبنای ۱۰ کانی با سختی‌های کاملا متفاوت بنا کرد. در این شاخص، تالک، به عنوان نرم‌ترین کانی و الماس به عنوان سخت‌ترین کانی شناخته می‌شود. عملکرد شاخص ارائه شده توسط ماوس به قدری ساده، سریع و مناسب بود که حتی با گذشت بیش از ۲۰۰ سال، هنوز هم توسط زمین‌شناسان و دانجویان مورد استفاده قرار می‌گیرد. به غیر از الماس، تهیه باقی سنگ‌های مرجع موجود در شاخص سختی موس، دشوار نیست.

اندازه گیری سختی موس چگونه انجام می گیرد ؟

همان‌طور که در بخشی به آن اشاره کردیم، منظور از سختی در شاخص موس، توانایی یک جسم در ایجاد خراش بر روی جسم دیگر یا مقاومت یک جسم در برابر خراش است. بنابراین، برای تعیین سختی کانی‌ها با استفاده از شاخص موس، باید قسمت تیز یک نمونه را بر روی سطح سالم نمونه دیگر بکشیم و سعی کنیم بر روی نمونه دوم خراش ایجاد کنیم. به این ترتیب، سه حالت به وجود می‌آید:

1. نمونه اول بر روی نمونه دوم خراش می‌اندازد. بنابراین نمونه اول سخت‌تر از نمونه دوم است.
2. نمونه اول بر روی نمونه دوم خراش نمی‌اندازد و نوک تیز آن، با تکرار آزمایش کمی صاف می‌شود. بنابراین نمونه دوم سخت‌تر از نمونه اول است.
3. نمونه‌ها تاثیری بر روی یکدیگر نمی‌گذارند و شاید خراش‌های جزئی بر روی هر دو ایجاد شوند. بنابراین، سختی دو نمونه تقریبا با هم برابر است.

یک نمونه دیگر (نمونه سوم) را در نظر بگیرید. اگر نمونه اول، بر روی نمونه دوم خراش بیندازد اما قادر به ایجاد خراش بر روی نمونه سوم نباشد، نتیجه می‌گیریم که سختی آن بین نمونه دوم و سوم قرار دارد. در مجموع، شاخص موس، ابزار سریع و ساده‌ای برای مقایسه کانی‌ها از منظر سختی است. با این وجود، نباید از آن برای اظهار نظر قطعی در مورد انواع کانی ها استفاده کرد.

سوالات متداول در رابطه با انواع کانی ها

در این مطلب از مجله فرادرس در مورد کانی‌ها و انواع آن‌ها صحبت کردیم. در ادامه، به برخی از سوالات پرتکرار در رابطه با انواع کانی ها به طور مختصر پاسخ می‌دهیم.

تفاوت اصلی سیلیکات های تک زنجیری و دو زنجیری چیست ؟

تفاوت اصلی بین انواع کانی های سیلیکات تک‌زنجیری و سیلیکات دوزنجیری، زاویه بین صفحه کلیواژه‌های آن‌ها است. در سیلیکات‌های تک‌زنجیری، این زاویه تقریبا برابر با ۹۰ درجه و در سیلیکات‌های دوزنجیری، این زاویه برابر با ۱۲۰ درجه است.

فراوان ترین خانواده کانی ها بر روی زمین چیست ؟

فلدسپات پلاژیوکلاز، به عنوان فراوان‌ترین خانواده کانی‌های موجود در پوسته زمین شناخته می‌شود.

کانی یعنی چه؟

کانی، یک ماده جامد، غیرآلی (غیرارگانیک) با ترکیب شیمیایی نسبتا ثابت و مشخصات فیزیکی مشخص است. این ماده با عنوان بلور نیز شناخته می‌شود.

کانی ها بر اساس ترکیب شیمیایی به چند دسته تقسیم می شوند؟

انواع کانی ها بر اساس ترکیب شیمیایی به دو دسته کانی‌های سیلیکاتی و کانی‌های غیر سیلیکاتی تقسیم می‌شوند.

انواع کانی های سیلیکاتی چه هستند ؟

کانی‌های سیلیکاته به انواع جزیره‌ای (منفرد)، دوتایی، حلقوی، تک‌زنجیری، دوزنجیری، ورقه‌ای و شبکه‌ای تقسیم می‌شوند.

کانی های سیلیکاته از چه عناصری تشکیل می شوند ؟

کانی‌های سیلیکاته از ترکیب اکسیژن و سیلیسیم تشکیل می‌شوند.

انواع کانی های غیر سیلیکاتی چه هستند ؟

هالیدها، اکسیدها، هیدروکسیدها، کربنات‌ها، نیترات‌ها بورات‌ها، سولفات‌ها، کرومات‌ها، تنگستات‌ها، مولیبدات‌ها، فسفات‌ها، آرسنات، واندوات، سولفیدها، سولفوسالت‌ها و عناصر آزاد از انواع کانی‌های غیر سیلیکاتی هستند.

انواع کانی های فلزی چه هستنند ؟

کانی‌های فلزی، انواع مختلفی دارند. نقره، طلا، نیکل (پنتلاندیت)، مس (کالکوپیریت)، آهن (هماتیت)، سرب (گالن)، روی (اسفالریت) و غیره، نمونه‌هایی از کانی‌های فلزی هستند.

انواع کانی های آهن چه هستند ؟

هماتیت، مگنتیت، گوتیت و لیمونیت، از شناخته شده‌ترین انواع کانی های آهن هستند.

کانی های معدنی چه هستند ؟

به کانی‌های دارای ارزش اقتصادی، کانی معدنی می‌گویند.

انواع کانی های معدنی کدام هستند ؟

عناصر آزاد، سولفیدها، سولفوسالت‌ها، اکسیدها و هیدروکسیدها، از انواع کانی های معدنی هستند.

فراوان ترین انواع کانی ها چه هستند ؟

سیلیکات‌ها، فراوان‌ترین نوع کانی‌های موجود بر روی پوسته زمین هستند.

فراوان ترین کانی روی زمین چیست ؟

کوارتز، یکی از انواع کانی های سیلیکاتی، فراوان‌ترین کانی روی پوسته زمین است.

چرا کوارتز کلیواژ ندارد ؟

ساختار شبکه‌ای کوارتز، جای هیچ نقطه ضعفی را در ساختار اتمی آن باقی نمی‌گذارد. از این‌رو، این کانی هیچ کلیواژی (صفحه ضعیف در ساختار اتمی) ندارد.

ساختار اتمی کانی ها با چه دستگاهی بررسی می شود ؟

دستگاه XRD، ابزار مورد استفاده برای ارزیابی ساختار اتمی و شناسایی انواع کانی ها است.

نام دیگر سیلیکات های جزیره ای چیست ؟

سیلیکات‌های جزیره‌ای با عنوان ارتوسیلیکات نیز شناخته می‌شوند.

نام دیگر سیلیکات های دوتایی چیست ؟

سیلیکات‌های دوتایی با عنوان پیروسیلیکات نیز شناخته می‌شوند.

نام دیگر سیلیکات های حلقه ای چیست ؟

سیلیکات‌های حلقه‌ای با عنوان پلی‌سیلیکات نیز شناخته می‌شوند.

نام دیگر سیلیکات های تک زنجیری چیست ؟

سیلیکات‌های تک‌زنجیری با عنوان اینوسیلیکات‌ها نیز شناخته می‌شوند.

نام دیگر سیلیکات های دوزنجیری چیست ؟

سیلیکات‌های دوزنجیری با عنوان آمفیبول نیز شناخته می‌شوند.

نام دیگر سیلیکات های ورقه ای چیست ؟

سیلیکات‌های ورقه‌ای با عنوان فیلوسیلیکات‌ها نیز شناخته می‌شوند.

نام دیگر سیلیکات های شبکه ای چیست ؟

سیلیکات‌های ورقه‌ای با عنوان تکتوسیلیکات‌ها نیز شناخته می‌شوند.

سیلیکات چهاروچهی از چه اتم هایی تشکیل می شود ؟

ساختار اتمی یک واحد از کانی‌های سیلیکاته، از یک اتم سیلیسیم با چهار اتم اکسیژن در اطرافشان تشکیل می‌شوند.

انواع کانی های رسی چه هستند ؟

کائولینیت، اسمکتیت، ورمیکولیت، ایلیت و کلریت، از انواع کانی‌های رسی هستند.

انواع کانی های مس چه هستند ؟

آزوریت، مالاکیت، کلکسیت، آکانتیت، کالکوپیریت و بورنیت، از انواع کانی‌های مس به شمار می‌روند.