UVOD U MINERALOGIJU

1. MINERALOGIJA KAO NAUKA

Materijalni svet: organski i neorganski. Organski neorganski svet imaju jasno izra`enu

ure|enost na razli~itim nivoima. Ako se govori o ure|enosti neorganske materije, onda se mogu izdvojiti razli~iti sistemi ure|enosti po~ev od atoma pa do minerala. Na slici ni`e je {ematski prikazana ure|enost kod neorganske materije.

id1087000 pdfMachine by Broadgun Software - a great PDF writer! - a great PDF creator! - http://www.pdfmachine.com http://www.broadgun.com

TIPOVI NIVOA

ORGANIZOVANO-

STI

NEORGANSKE

MATE-

RIJE

STRUKTURNI

ELEMENAT

SISTEMA

STRUKTURNE

OSOBINE

SISTEMA

NIVO

URE\EWA

SISTEMA

PRIMER

MINERALNE

ASOCIJACI-

JE ( STENE, RUDE,

MINERA-

LNE @ICE )

MINERALI

KRISTALI

GEOMETRIJSKI

PRAVILAN ILI

NEPRAVILAN

SKUP MINERALA

STENE, KRISTALNE GRUPE, KRISTALNI

AGREGATI.

MINERAL

KRISTAL

ATOMI

MOLEKULI

SLO@ENE GRU-

PACIJE

KRISTALNA

RE[ETKA

PRAVILNA

STRUKTURA

HALIT-NaCl

GALENIT- PbS, itd.

AMORFNA

MATERIJA

ATOMI

MOLEKULI

NEURE\EN

RASPORED

ATOMA

OPAL - SiO2 nH2O

TE^NOSTI

MOLEKULI

NEURE\ENE

GRUPACIJE

MOLEKULA

VODA

GASOVI

MOLEKULI

STATISTI^KI

RASPORED

MOLEKULA

CO2 , H2S

MOLEKULI

ATOMI

OGRANI^EN

POLO@AJ

ATOMA

O2 , Cl2

ATOMI

ELEMENTARNE

^ESTICE

Mineralogija kao nauka prou~ava jedan visoki nivo ure|enosti neorganske materije sa svojim odre|enim osobinama i specifi~nim zakonitostima. Uzimaju}i u obzir napred iskazano, mo`e se dati jedna potpunija definicija mineralogije:

Mineralogija je nauka koja prou~ava zakonitosti jednog posebnog, tzv. mineralnog nivoa ure|enosti materije u prirodi, preko minerala kao kvalitativnog i kvantitativnog pokazateqa stepena ure|enosti, sa svim wegovim osobinama ukqu~uju}i i postanak.

Iz ove definicije mineralogije kao nauke neposredno proizilazi da je mineralogija nauka o mineralima, a da je objekat wenog istra`ivawa mineral. Minerali se javqaju kao sastavni delovi zemqine kore, ulaze}i u mineralo{ki sastav razli~itih vrsta magmatskih, metamorfnih i sedi-mentnih stena.

Minerali ulaze, tako|e u sastav razli~itih le`i{ta i mineralizacija. Minerali su prisutni i u razli~itim ve{ta~kim proizvodima kao {to su na primer, razli~ite vrste keramika, porcelana, vatrostalnih opeka, stakla, cementa itd.

S obzirom na razli~ito pojavqivawe minerala,mineralogija prou~ava kako prirodne minerale i wihoveasocijacije, a tako i ve{ta~ke minerale u razli~itim produktima.

U okviru geologije kao celine, mineralogija kao nauka ima svoje autonomno mesto fundamentalnog i primewenog karaktera. Fundamentalni karakter mineralogije kaonauke, ogleda se u prou~avawima zakonitosti pojavqivawa i obrazovawa minerala u prirodi, vezano za razli~ite geolo{ke procese. Ne mawi zna~aj ima i primeweni karak-

ter u drugim geolo{kim naukama i disciplinama, kao {to je to slu~aj sa rudnim le`i{tima, petrologijom, geohemijom itd. Posebno je izra`ena povezanost mineralogije s veoma srodnim naukama kao {to su kristalografija, petrologija i geohemija. U mnogim segmentima istra`ivawa ove nauke su u pro{losti bile veoma povezane sa mineralogijom, a neke od wih bile su i sastavni deo mineralogije iz koje su se izdvojile.

Glavni zadaci mineralogije:

1. Kompletno poznavawe morfolo{kih, hemijskih i struturnih karakteristika minerala.

2. Prou~avawe zakonitosti pojavqivawa minerala u prirodi pri razli~itim termodinami~kim i fizi~ko-hemijskim uslovima. 3. Eksperimentalna modelirawa postanka minerala u prirodi, u specifi~nim laboratorijskim usloima. 4. Prakti~na primena minerala kao sirovina u tehnologiji i tehnici razli~itih nivoa.

2. POJAM MINERALA Sama re~ mineral vodi poreklo od latinske re~i "minera", koja u prevodu ozna~ava komad rude. Fenomenolo{ki posmatrano, pojam minerala prolazio je kroz razli~ite evolucione stadijume u samom razvoju mineralogije.

Danas se u definiciji pojma mineral polazi od odre|enih atributa koje mineral poseduje : 1. hemijski sastav 2. struktura

3. fizi~ke osobine 4. postanak (geneza)

Definicija:

Pod mineralom se podrazumeva ~vrsta materija odre|enog hemijskog sastava, strukture i fizi~kih osobina koja je postala u zemqinoj kori pri odre|enim fizi~ko-hemijskim i termodinami~kim uslovima, gde se i nalazi.

Dijamant - S Grafit - S

Pirit- FeS2 Ortoklas � KAlSi3O8

3. KRATAK ISTORIJSKI RAZVOJ MINERALOGIJE Termin - mineralogija uveden je u nauku 1634. god. od strane

italijanskog nau~nika Bernarda Cesia. Prvi pisani podaci o mineralima javqaju se kod Aristotela. Wegov u~enik Teofast (384-322 god. p.n.e.) u svom delu "O kamewu" ve} raspoznaje 16-tak minerala uglavnom dragog kamewa.

Razvoj mineralogije od gvozdenog doba pa do sredweg

veka, ~esto se naziva i pra po~etkom mineralogije. Ovaj period se karakteri{e slede}im osobinama: 1. mineralima se uglavnom nazivaju rude i drago kamewe, 2. sistematika je veoma primitivna, 3. potpuno odsustvo poznavawa hemijskih, fizi~kih i strukturnih osobina minerala.

Doba renesanse zna~i veliki preporod nauke.

Oslobo|ena religijskih stega, kao i bo`anske slike o stvarawu sveta, nau~na misao sve vi{e po~iwe da se okre}e prou~avawu prirode i wenih zakona. Renesansa je pored ostalih nauka, ostavila vidan trag u mineralogiji i geologiji.

XVI vek Agrikola i Beringu~i

XVI do po~etka XIX veka Mineralogija je tipi~na meta nauka. Mi- neralogija ovog doba sastojala se iz: 1. oriktognozije 2. geognozije 3. palentologije (petromatognozije) . Oriktognozija je prou~avala minerale, geognozija rude i stene, dok je palentologija prou~avala fosilne ostatke biqaka i `ivotiwa. Sredina XIX veka - iz mineralogije se izdvajaju kristalog- rafija i palentologija, a ne{to kasnije petrografija i petrologija.

Kraj XIX i po~etak XX veka- iz mineralogije se izdvajaju geohemijai nauka o rudnim le`i{tima.

Razvoj mineralogije s kraja XIX veka pa do dana{wih dana, ~esto se

naziva i savremeni period u razvoju mineralogije kao nauke saslede}im najzna~ajnijim osobinama:

1. Minerali se u kristalografskom, hemijskom i drugom pogledu intenzivno prou~avavaju, sa otkrivawem mnogih osobina i zakonitosti koje nisu bile poznate ili su slabo prou~ene. Ovo se u prvom redu odnosi na morfolo{ka prou~avawa kristala, blizanaca, fizi~kih i hemijskih osobina, otkri}a izomorfizma i polimorfizma itd.

2. Otkri}e H-zraka od strane Röntgena 1895. god., omogu}ilo je 1912. Max von Laue-y difrakciju H-zraka sa kristalne re{etke, ~ime je u mineralogiju i nauku uop{te uveden strukturni aspekt prou~avawa. Prou~avawe strukture omogu}ilo je veoma brzi razvoj mineralogije, kristalografije, kao i drugih nauka.

3. Strukturna prou~avawa su omogu}ila razvoj strukturne krista-lografije, kristalohemije i kristalofizike u okviru mineralogije. Kod fizike se intenzivno razvija fizika ~vrstog stawa, elektronska

fizika, dok se kod hemije ubrzano razvija strukturna hemija -stereohemija.

4. U poznavawu geneze minerala tako|e je vidan napredak. Postanak minerala se sve vi{e prou~ava s termodinami~kog, dinami~kog ili kineti~kog aspekta u razli~itim geolo{kim procesima. Razvijaju se i mnogobrojne eksperimentalne metode prou~avawa postanka minerala u laboratorijskim uslovima,vezanim za razli~ite geolo{ke procese. Tako|e se razvijaju i industrijske metode sinteze mnogih minerala.

5. Ukupan razvoj mineralogije i tehnologije, rezultirao je primenom veoma velikog broja minerala kao mineralnih sirovina, ili primenom u razli~ite tehni~ke svrhe.

4. SPOQNE KARAKTERISTIKE KRISTALNE I AMORFNE MATERIJE

U spoqne osobine kristalne i amorfne materije spadaju masa, zapremina koju zauzima masa, spoqni morfolo{ki oblik,temperatura i pritisak pri kojima egzistiraju kristalna i amorfna materija.

U slu~aju kristalne materije wena masa zapremine (V), pri nekim vrednostima temperature i pritiska mo`e postojati u obliku kristalne individue. Kristalna individua se mo`e javiti u obliku kristala, kristalnog ili kristalastog agregata.

Pod kristalom se podrazumeva kristalna materija, koja ima vi{e ili mawe pravilan spoqa{wi poliedarski oblik, odre|eni sastav i pravilnu unutra{wu gra|u tj. strukturu.

Kristalni agregati predstavqaju vid pojavqivawa kristalne materije u obliku kristalnih grupa i kristalnih druza.

U morfolo{kom smislu kristalasti agregati predstavqaju nepravilne oblike pojavqivawa kristalne materije, pri ~emu se mogu razlikovati zrnasti, masivni, prizmati~ni i dr. kristalasti agregati.

Kod amorfne materije, wena masa odre|ene zapremine mo`e se javiti samo u vidu amorfnog agregata, nepravilnog spoqa{weg oblika.

Izraz F(p,t,V) = 0 naziva se jedna~ina stawa. Eksperimentalni podaci dozvoqavaju da se konstrui{u zavisnosti

izme|u p,T,V u vidu dijagrama, koji se nazivaju fazni dijagrami. P Faza B

Fazni dijagram Faza A T

5. UNUTRA[WE KARAKTERISTIKE KRISTALNE I AMORFNE MATERIJE

Osnovna unutra{wa karakteristika kristalne i amorfne materije je - wena struktura, odnosno unutra{wa gra|a. Kod kristalne materije, struktura se karakteri{e pravilno{}u u tom smislu {to su atomi, molekuli ili slo`enije grupe strogo periodi~no raspore|eni u kristalnoj re{etki. Pored periodi~nosti u razme{taju, kod kristalne materije se u strukturi zapa`a i stroga simetri~nost razme{taja elemenata strukture.

Kod amorfne materije ne postoje ove karakteristike, ve} su elementi strukture statisti~ki raspore|eni, {to zna~i da nema periodi~nosti niti postoji simetrija. Razvoj pojma kristalne re{etke u prou~avawima kristalne materije ima svoj teorijski i eksperimentalni karakter, koji }e ovde biti razmotren u kra}im crtama.

Rene Just Haji 1784.

Wolaston 1813. a1,a2 i a3 - vektori elementarne translacije

Dvodimenzionalna re{etka Trodimenzionalna re{etka r = n1a1 +n2a2 r = n1a1 + n2a2 + n3a3 r - ~vor re{etke, n1,n2 i n3 - celi brojevi

U ~vorovima se nalaze atomi, molekuli ili slo`enije grupacije. Elementarna }elija - osnovni strukturni element bilo koje kristalne materije

P - prosta

I - unutra{we centrirana C - bazno centrirana F - povr{inski centrirana

P I C F

Hemijske veze u kristalnoj re{etci jonska

Halit - NaCl Silvin - KCl kovalentna

Dijamant � C C3N4

metalna Samorodni Cu Samorodno Au jonsko - kovalentna Barit Cirkon BaSO4 ZrSiO4 - Ba2+ SO4

2- Zr4+ SiO44-

molekulska Ostvaruje se kod inertnih gasova kada su u ~vrstom stawu. Kod ove

veze u osnovi su prisutne Van der Valsove veze. Retka je kod minerala.

6. OSNOVNE KARAKTERISTIKE AMORFNE MATERIJE Za razliku od kristalne materije, amorfna materija ne pokazuje

unutra{wu pravilnost u strukturi, te prema tome nema strukturu u smislu kristalne materije. Raspored elemenata sastava kod amorfne materije potpuno je neure|en i statisti~kog je karaktera.

amorfna materija