Mineralien

Was sind Mineralien?

Was sind Mineralien?



Mineralien sind das Fundament der Bau-, Fertigungs- und Agrarindustrie.


Rhodochrosit: Exemplar von Rhodochrosit aus der Sunnyside Mine, San Juan County, Colorado. Rhodochrosit ist ein Mangancarbonatmineral (MnCO3), das als Manganerz verwendet und auch als Edelstein geschnitten wird. USGS-Bild.

Wir verwenden jeden Tag Mineralien!

Jeder Mensch verwendet täglich Produkte aus Mineralien. Das Salz, das wir unserem Essen hinzufügen, ist das Mineral Halit. Antacida-Tabletten werden aus dem Mineral Calcit hergestellt.

Es braucht viele Mineralien, um etwas so einfaches wie einen Holzstift zu machen. Das "Blei" besteht aus Graphit- und Tonmineralien, das Messingband aus Kupfer und Zink und die Farbe, die es färbt, enthält Pigmente und Füllstoffe aus einer Vielzahl von Mineralien. Für die Herstellung eines Mobiltelefons werden Dutzende verschiedener Mineralien verwendet, die aus Minen auf der ganzen Welt stammen.

Die Autos, die wir fahren, die Straßen, die Gebäude, in denen wir leben, und die Düngemittel, die zur Herstellung unserer Lebensmittel verwendet werden, werden alle aus Mineralien hergestellt. In den Vereinigten Staaten werden jährlich etwa drei Billionen Tonnen Mineralrohstoffe verbraucht, um den Lebensstandard von 300 Millionen Bürgern zu sichern. Das sind etwa zehn Tonnen Mineralstoffe, die jedes Jahr für jeden Menschen verbraucht werden.

Gemeinsame Gegenstände aus Mineralien: Die meisten Dinge, die wir in unserem täglichen Leben verwenden, werden entweder aus Mineralien hergestellt oder mit Mineralprodukten hergestellt. Antazida-Tabletten werden aus Kalzit hergestellt, Tafelsalz wird aus Halit zerkleinert, aus mehreren Mineralien wird ein Holzstift hergestellt und aus Dutzenden Mineralien aus vielen verschiedenen Ländern wird ein Handy hergestellt.

Wusstest du schon? Das weiße "m" auf einem Stück M & M-Bonbons ist ein Titanoxidpigment, das höchstwahrscheinlich aus dem Mineral Rutil hergestellt wird.

Struktur des Minerals Halit: Das Mineral "Halit" hat eine chemische Zusammensetzung von NaCl. Das heißt, es enthält die gleiche Anzahl von Natrium- und Chloridatomen. In diesem Fall handelt es sich um elektrisch geladene Atome, sogenannte Ionen. Diese Ionen sind in einem kubischen Muster angeordnet, das sich in alle Richtungen wiederholt. Die kleinen Natriumionen sind zwischen den größeren Chloridionen positioniert.

Was sind Mineralien?

Um die Definition von "Mineral" zu erfüllen, die von den meisten Geologen verwendet wird, muss ein Stoff fünf Anforderungen erfüllen:

  • natürlich vorkommend
  • anorganisch
  • solide
  • bestimmte chemische Zusammensetzung
  • geordnete interne Struktur

"Natürlich vorkommend" bedeutet, dass die Menschen es nicht geschafft haben. Stahl ist kein Mineral, weil er eine von Menschen hergestellte Legierung ist. "Anorganisch" bedeutet, dass der Stoff nicht von einem Organismus hergestellt wird. Holz und Perlen werden von Organismen hergestellt und sind daher keine Mineralien. "Fest" bedeutet, dass es bei Standardtemperatur und -druck keine Flüssigkeit oder kein Gas ist.

"Bestimmte chemische Zusammensetzung" bedeutet, dass alle Vorkommen dieses Minerals eine chemische Zusammensetzung haben, die in einem bestimmten begrenzten Bereich variiert. Zum Beispiel: Das Mineral Halit (bekannt als "Steinsalz", wenn es abgebaut wird) hat eine chemische Zusammensetzung von NaCl. Es besteht zu gleichen Teilen aus Natrium- und Chloratomen.

"Geordnete innere Struktur" bedeutet, dass die Atome in einem Mineral in einem systematischen und sich wiederholenden Muster angeordnet sind. Die Struktur des Minerals Halit ist in der Abbildung auf dieser Seite dargestellt. Halit besteht aus einem gleichen Verhältnis von Natrium- und Chloratomen, die in einem kubischen Muster angeordnet sind.

Wusstest du schon? Obwohl flüssiges Wasser kein Mineral ist, ist es ein Mineral, wenn es gefriert. Eis ist ein natürlich vorkommender anorganischer Feststoff mit einer bestimmten chemischen Zusammensetzung und einer geordneten inneren Struktur. Mehr erfahren.

Das Wort "Mineral"

Das Wort "Mineral" wird auf viele verschiedene Arten verwendet. Die oben angegebene Definition ist eine formale Definition, die von Geologen bevorzugt wird.

Das Wort hat auch eine ernährungsphysiologische Bedeutung. Es wird in Bezug auf die vielen anorganischen Chemikalien verwendet, die Organismen zum Wachsen, Reparieren von Gewebe, Metabolisieren und Ausführen anderer Körperprozesse benötigen. Mineralische Nährstoffe für den menschlichen Körper sind: Eisen, Kalzium, Kupfer, Schwefel, Phosphor, Magnesium und viele andere.

Eine archaische Verwendung des Wortes "Mineral" stammt aus der linnäischen Taxonomie, in der alle Dinge dem Tier-, Pflanzen- und Mineralreich zugeordnet werden können.

Das Wort "Mineral" wird auch in der Geologie uneinheitlich verwendet. Im Bergbau wird alles, was aus dem Boden gewonnen und vom Menschen verwendet wird, als "Mineralware" oder "Mineralmaterial" angesehen. Dazu gehören: Schotter, bei dem es sich um ein aus Schotter hergestelltes Produkt handelt; Kalk, bei dem es sich um ein aus Kalkstein oder Marmor hergestelltes Produkt handelt (beide bestehen aus dem Mineral Calcit); Kohle, die organisch ist; Öl und Gas, die organische Flüssigkeiten sind; Gesteine ​​wie Granit, die Gemische von Mineralien sind; und Gesteine ​​wie Obsidian, die keine bestimmte Zusammensetzung und geordnete innere Struktur haben.

Mineralien in Gesteinen: Die meisten Gesteine ​​sind Mineralaggregate. Dieses Gestein, ein Granit-Pegmatit, ist eine Mischung aus Mineralkörnern. Es enthält rosa Orthoklas, Milchquarz, schwarze Hornblende und schwarzen Biotit.

Mineralrohstoffe in der Industrie


2010 Mineralrohstoffverbrauch der Vereinigten Staaten
Mineral CommodityMillionen Tonnen
Splitt1,200.0
Sand und Kies786.1
Salz55.8
Eisenerz48.0
Phosphatstein30.5
Gips22.5
Tone21.3
Dimension Stein14.0
Limette18.5
Schwefel11.30
Bauxit8.4
Pottasche5.6
Soda5.2
Baryt2.66
Kupfer1.74
Führen1.40
Die obigen Werte sind Schätzungen des Mineralrohstoffverbrauchs aus dem United States Geological Survey. Viele andere Waren könnten zu dieser Tabelle hinzugefügt werden.

Die Bauindustrie ist der größte Abnehmer von Mineralwaren. Schotter wird für Fundamente, Straßensockel, Beton und Entwässerung verwendet. Sand und Kies werden in Beton und Fundamenten verwendet. Tone werden zur Herstellung von Zement, Ziegeln und Fliesen verwendet. Eisenerz wird zur Herstellung von Bewehrungsstäben, Stahlträgern, Nägeln und Draht verwendet. Aus Gips wird Trockenbau gemacht. Dimension Stone wird für Verblendungen, Bordsteine, Fußböden, Treppenstufen und andere architektonische Arbeiten verwendet. Dies sind nur einige der vielen Verwendungszwecke dieser Rohstoffe im Bauwesen.

In der Landwirtschaft wird aus Phosphatgestein und Kali Dünger hergestellt. Kalk wird als säureneutralisierende Bodenbehandlung eingesetzt. Mineralische Nährstoffe werden dem Tierfutter zugesetzt.

In der chemischen Industrie werden große Mengen Salz, Kalk und Soda verwendet. Bei der Herstellung werden große Mengen von Metallen, Ton und mineralischen Füllstoffen / Füllstoffen verwendet.

Mohs-Härteskala ist ein Satz von Referenzmineralien, die für Härtetests im Klassenzimmer verwendet werden. Die Bestimmung der Härte eines Minerals ist einer der wichtigsten Tests zur Mineralidentifizierung.

Am besten lernen Sie Mineralien kennen, indem Sie eine Sammlung kleiner Proben verwenden, die Sie handhaben, untersuchen und ihre Eigenschaften beobachten können. Preiswerte Mineraliensammlungen sind im Geology.com Store erhältlich.

Der Säuretest: Geologen verwenden verdünnte Salzsäure, um Carbonatmineralien zu identifizieren. Karbonatmineralien sprudeln bei Kontakt mit der Säure mit verschiedenen Stärkegraden.

Physikalische Eigenschaften von Mineralien

Es gibt ungefähr 4000 verschiedene Mineralien, und jedes dieser Mineralien hat einen einzigartigen Satz physikalischer Eigenschaften. Dazu gehören: Farbe, Streifen, Härte, Glanz, Durchsichtigkeit, spezifisches Gewicht, Spaltung, Bruch, Magnetismus, Löslichkeit und vieles mehr. Diese physikalischen Eigenschaften sind nützlich zur Identifizierung von Mineralien. Sie sind jedoch viel wichtiger für die Bestimmung der potenziellen industriellen Verwendung des Minerals. Betrachten wir einige Beispiele.

Das zu Puder gemahlene Mineral Talk eignet sich hervorragend als Fußpuder. Es ist ein weiches, rutschiges Pulver, das keinen Abrieb verursacht. Es hat die Fähigkeit, Feuchtigkeit, Öle und Gerüche aufzunehmen. Es haftet auf der Haut und wirkt adstringierend - lässt sich aber leicht abwaschen. Kein anderes Mineral hat eine Reihe von physikalischen Eigenschaften, die für diesen Zweck geeignet sind.

Das Mineral Halit eignet sich, wenn es zu kleinen Körnern zerkleinert wird, hervorragend zum Würzen von Lebensmitteln. Es hat einen salzigen Geschmack, den die meisten Menschen als angenehm empfinden. Es löst sich schnell und leicht auf und lässt seinen Geschmack durch das Essen verteilen. Es ist weich. Wenn sich einige nicht auflösen, werden Ihre Zähne nicht geschädigt. Kein anderes Mineral hat physikalische Eigenschaften, die für diese Verwendung besser geeignet sind.

Das Mineral Gold eignet sich hervorragend für den Einsatz in Schmuck. Es kann leicht von einem Handwerker in ein benutzerdefiniertes Schmuckstück geformt werden. Es hat eine angenehme gelbe Farbe, die die meisten Menschen genießen. Es hat einen hellen Glanz, der nicht trübt. Sein hohes spezifisches Gewicht verleiht ihm ein angenehmes "Gewicht", das die meisten Menschen leichteren Metallen vorziehen. Andere Metalle können zur Herstellung von Schmuck verwendet werden, aber diese Eigenschaften machen Gold zu einem überwältigenden Favoriten. (Einige Leute mögen hinzufügen, dass die Seltenheit und der Wert von Gold zwei zusätzliche Eigenschaften sind, die es für Schmuck wünschenswert machen. Seltenheit ist jedoch keine Eigenschaft und ihr Wert wird durch Angebot und Nachfrage bestimmt.)

Sternsaphir: Ein tiefblauer Sternsaphir 8 mm x 6 mm Cabochon aus Thailand. Einschlüsse von Rutil im Stein richten sich nach der kristallografischen Achse des Korunds, um den Stern zu erzeugen - der nur dann deutlich sichtbar und zentriert ist, wenn die Rückseite des Steins in einem Winkel von 90 Grad zur C-Achse des Kristalls geschnitten wird. Dieser Stein wurde wärmebehandelt, um den Stein abzudunkeln und die Sichtbarkeit des Sterns zu verbessern.

Mineralinformationen
1 Mineralien auf Geology.com: Links zu Inhalten über Mineralien auf der Website geology.com.
2 USGS Mineral Information: Links zu Informationen über Mineralien auf der Website des United States Geological Survey.
3 Staatliche und nationale geologische Untersuchungen: Links zu Websites mit geologischen Untersuchungen, von denen die meisten Informationen über Mineralien enthalten, die an ihrem Standort gefunden und produziert wurden.
4 USGS Mineral Resources Program: Die einzige Quelle des Bundes für wissenschaftliche Informationen zu Mineralpotential, Produktion, Verbrauch und Umwelteinflüssen.
5 Die Mineral- und Ortsdatenbank: Die größte Mineralogiedatenbank und Referenz-Website im Internet.

Bedeutung der physikalischen Eigenschaften

Die Hauptmerkmale eines Minerals, die seine physikalischen Eigenschaften bestimmen, sind seine Zusammensetzung und die Stärke der Bindungen in seiner geordneten inneren Struktur. Hier sind einige Beispiele:

Bleisulfid Galena hat ein viel höheres spezifisches Gewicht als Bauxit, ein Aluminiumhydroxid. Dieser Unterschied ist auf ihre Zusammensetzung zurückzuführen. Blei ist viel schwerer als Aluminium.

Diamant und Graphit bestehen beide aus reinem Kohlenstoff. Diamant ist das härteste natürliche Mineral, und Graphit ist eines der weichsten. Dieser Unterschied tritt aufgrund der Bindungsarten auf, die die Kohlenstoffatome in ihren Mineralstrukturen verbinden. Jedes Kohlenstoffatom in Diamant ist an vier andere Kohlenstoffatome mit starken kovalenten Bindungen gebunden. Graphit hat eine Blattstruktur, in der Atome innerhalb der Blätter mit starken kovalenten Bindungen aneinander gebunden sind, aber die Bindungen zwischen den Blättern sind schwache elektrische Bindungen. Wenn Graphit zerkratzt wird, versagen die schwachen Bindungen leicht und machen es zu einem weichen Mineral.

Die Edelsteine ​​Rubin und Saphir sind Farbvarianten des Mineralkorunds. Diese Farbunterschiede werden durch die Zusammensetzung verursacht. Wenn Korund Spuren von Chrom enthält, zeigt er die rote Farbe eines Rubins. Wenn es jedoch Spuren von Eisen oder Titan enthält, zeigt es die blaue Farbe von Saphir. Wenn zum Zeitpunkt der Kristallisation genügend Titan vorhanden ist, um winzige Kristalle des Minerals Rutil zu bilden, kann sich ein Sternsaphir bilden. Dies tritt auf, wenn sich winzige Rutilkristalle systematisch in der Kristallstruktur des Korunds ausrichten, um ihm einen seidigen Glanz zu verleihen, der möglicherweise einen "Stern" erzeugt, der sich mit der primären kristallografischen Achse ausrichtet (siehe Foto).


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