ΟΡΥΚΤΟΛΟΓΙΑ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΛΛΕΙΩΝ - ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΩΝ ΜΑΘΗΜΑ 2. ΟΡΥΚΤΑ - ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ

Transcript

1 ΟΡΥΚΤΟΛΟΓΙΑ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΛΛΕΙΩΝ - ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΩΝ ΜΑΘΗΜΑ 2. ΟΡΥΚΤΑ - ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ Μαρία Περράκη, Επίκουρη Καθηγήτρια

2 ΑΔΕΙΑ ΧΡΗΣΗΣ Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

3 ΟΡΥΚΤΟ - ΠΕΤΡΩΜΑ 3 Ορυκτά : Δομικές Μονάδες των Πετρωμάτων Χαλαζίας SiO 2 ΟΡΥΚΤΟ Πλαγιόκλαστο ΟΡΥΚΤΟ Κ-ούχος άστριος ΟΡΥΚΤΟ

4 ΟΡΥΚΤΟ - ΠΕΤΡΩΜΑ 4 ΓΡΑΝΙΤΗΣ ΠΕΤΡΩΜΑ

5 ΟΡΥΚΤΟ - ΠΕΤΡΩΜΑ 5 ΜΑΡΜΑΡΟ ΠΕΤΡΩΜΑ

6 ΟΡΥΚΤΟ - ΠΕΤΡΩΜΑ 6 Ορυκτά : Δομικές Μονάδες των Πετρωμάτων ΑΣΒΕΣΤΟΛΙΘΟΣ ΠΕΤΡΩΜΑ

7 ΟΡΥΚΤΟ - ΠΕΤΡΩΜΑ 7 Ορυκτά : Δομικές Μονάδες των Πετρωμάτων ΜΟΝΟ-ΟΡΥΚΤΟΛΟΓΙΚΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ (αποτελούνται από ένα είδος ορυκτού) ΜΑΡΜΑΡΟ ΠΟΛΥ-ΟΡΥΚΤΟΛΟΓΙΚΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ (αποτελούνται από περισσότερα είδη ορυκτών) ΓΡΑΝΙΤΗΣ

8 ΤΑ ΟΡΥΚΤΑ 8 Τα ΟΡΥΚΤΑ μπορούν να αποτελούνται από: Ένα Στοιχείο (Αυτοφυή) ή από πολλά στοιχεία (ένωση) Au Χρυσός NaCl Αλίτης SiO 2 χαλαζίας C Γραφίτης S 2 Θείο

9 ΤΑ ΟΡΥΚΤΑ 9 ΟΡΥΚΤΑ: Φυσικά στερεά σώματα, συνήθως, κρυσταλλικά, με συγκεκριμένη εσωτερική διάταξη των δομικών συστατικών τους, συγκεκριμένες φυσικές ιδιότητες και συγκεκριμένη χημική σύσταση, η οποία μεταβάλλεται λόγω ενδόμησης *Φυσικά # Συνθετικά: (Υλικά, αντίστοιχα, των φυσικών ορυκτών, που παρασκευάζονται στο εργαστήριο, όπως π.χ. τεχνητοί πολύτιμοι λίθοι: διαμάντια, ρουμπίνια, σμαράγδια κ.λ.π.). Κρυσταλλικότητα : Κανονική τοποθέτηση ατόμων γεωμετρικό σχήμα. σε ένα δομικό πλέγμα που παρουσιάζει κανονικό perfect cube because of crystal structure

10 ΤΑ ΟΡΥΚΤΑ 10 Κρυσταλλικό στερεό σώμα Άμορφο στερεό σώμα

11 ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΝ 11 1: Αποτέλεσμα αργής ψύξης του μάγματος π.χ. Χαλαζίας Τ 2: Ιζηματογένεση λόγω εξάτμισης π.χ. NaCl (Ορυκτό άλας) Searles Lake (Trona, CA)

12 ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΝ 12 Ιόντα διαλυμένα, τυχαία, σ ένα υδάτινο διάλυμα ή σ ένα μάγμα με κατάλληλες συνθήκες διευθετούνται στο χώρο, ως εξής: (πχ P,T,)

13 ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΝ 13 Από το αλμυρό θαλασσινό νερό, με αλλαγή της θερμοκρασίας και αύξηση των ιόντων Na+ και Clδημιουργείται, αρχικά, 1 στοιχειώδης κυψελίδα και στη συνέχεια κρύσταλλοι ορυκτού άλατος. Formation of Halite Halite small Na+ large Cl- Cl - Na + Na + Cl - Na + Cl - Na + Na + C t lli t t f

14 ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΝ 14 Μέγεθος ιόντων - Ιοντική ακτίνα Τα ανιόντα (=αρνητικά φορτισμένα ιόντα) έχουν μεγάλη ιοντική ακτίνα Τα κατιόντα (=θετικά φορτισμένα ιόντα) έχουν μικρή ιοντική ακτίνα

15 ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΝ 15 Τα ανιόντα με τη μεγάλη ιοντική ακτίνα δημιουργούν το σκελετό του κρυστάλλου. Τα κατιόντα με τη μικρή ιοντική ακτίνα καταλαμβάνουν τις ενδιάμεσες θέσεις.

16 ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΝ 16 Η δομή του NaCl (αλίτη) Η δομή του CaF 2 (φθορίτη) Cl ion Na + ion F ion Ca 2+ ion

17 Η ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΗ ΜΟΝΑΔΑ ΤΟΥ CaF 2 17 CaF 2 : Ανιόντα F καταλαμβάνουν τα κενά τα οποία σχηματίζονται από μία κυβική διάταξη κατιόντων Ca 2+.

18 ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΟ ΠΛΕΓΜΑ 18 Επανάληψη μιας δομικής μονάδας προς τρεις κατευθύνσεις Στοιχειώδης κυψελίδα

19 ΧΗΜΙΚΟΙ ΔΕΣΜΟΙ 19 Οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις είναι χημικοί δεσμοί Ιοντικός ή ετεροπολικός δεσμός Ομοιοπολικός δεσμός Μεταλλικός δεσμός Δεσμός van der Waals ΙΟΝΤΙΚΟΣ ή ΕΤΕΡΟΠΟΛΙΚΟΣ Τα θετικά και αρνητικά ιόντα συγκρατούνται μεταξύ τους με ισχυρές ηλεκτροστατικές δυνάμεις Μεταφορά ηλεκτρονίων από άτομα μετάλλου σε άτομα αμετάλλου. π.χ. αλίτης NaCl: ιοντικός δεσμός μεταξύ Νa+ και Cl-

20 ΧΗΜΙΚΟΙ ΔΕΣΜΟΙ ΙΟΝΤΙΚΟΣ Ή ΕΤΕΡΟΠΟΛΙΚΟΣ 20 Αναπτύσσονται δυνάμεις Coulomb

21 ΧΗΜΙΚΟΙ ΔΕΣΜΟΙ ΙΟΝΤΙΚΟΣ Ή ΕΤΕΡΟΠΟΛΙΚΟΣ 21 Όλα σχεδόν τα ορυκτά είναι κυρίως ιοντικές ενώσεις. Εξαίρεση τα αυτοφυή στοιχεία και τα οξείδια. O κύριος δεσμός μεταξύ του οξυγόνου και Mg, Si, Al, Na, K, γι αυτό και απαντά κυρίως στα οξείδια και στα πυριτικά ορυκτά. Οι ιοντικά συνδεδεμένοι κρύσταλλοι: Είναι εύθραυστοι Η σκληρότητά τους είναι μέτρια Έχουν μέτριο ειδικό βάρος Έχουν αρκετά ψηλά σημεία τήξεως και ζέσεως Είναι κακοί αγωγοί θερμότητας και ηλεκτρισμού Διαλύονται εύκολα στο νερό Σχηματίζουν κρυστάλλους με υψηλή συμμετρία

22 ΧΗΜΙΚΟΙ ΔΕΣΜΟΙ ΟΜΟΙΟΠΟΛΙΚΟΣ ΔΕΣΜΟΣ 22 Δύο άτομα μοιράζονται ηλεκτρόνια στις εξωτερικές τους στοιβάδες Ύπαρξη κοινών ζευγών ηλεκτρονίων π.χ. Cl2, H2

23 ΧΗΜΙΚΟΙ ΔΕΣΜΟΙ ΟΜΟΙΟΠΟΛΙΚΟΣ 23 Συνηθισμένος στις οργανικές ενώσεις. Στα ορυκτά είναι σχετικά σπάνιος Διαμάντι. Kάθε άτομο C έχει 4 ηλεκτρόνια στην εξωτερική στοιβάδα και χρειάζεται άλλα 4 για να γίνει ουδέτερο, άρα περιβάλλεται από άλλα 4 άτομα C.

24 ΧΗΜΙΚΟΙ ΔΕΣΜΟΙ ΟΜΟΙΟΠΟΛΙΚΟΣ 24 Στοιχεία στη δεξιά πλευρά του περιοδικού πίνακα, τείνουν να συνδέονται μεταξύ τους με ομοιοπολικό δεσμό και να σχηματίζουν μόρια.

25 ΧΗΜΙΚΟΙ ΔΕΣΜΟΙ ΟΜΟΙΟΠΟΛΙΚΟΣ 25 Στοιχεία στη δεξιά πλευρά του περιοδικού πίνακα, τείνουν να συνδέονται μεταξύ τους με ομοιοπολικό δεσμό και να σχηματίζουν μόρια. Π.χ. Το Si και το O σχηματίζουν συνδέονται συνήθως με ομοιοπολικό δεσμό και σχηματίζουν την πυριτική ρίζα (SiO4)4- η οποία μπορεί να συνδεθεί με άλλα άτομα ή μόρια είτε με ομοιοπολικό είτε με ετεροπολικό δεσμό.

26 ΧΗΜΙΚΟΙ ΔΕΣΜΟΙ ΟΜΟΙΟΠΟΛΙΚΟΣ 26 Ορυκτά με ομοιοπολικό δεσμό χαρακτηρίζονται: Μεγάλη σταθερότητα (ΟΜΟΙΟΠΟΛΙΚΟΣ ΔΕΣΜΟΣ = ΠΟΛΥ ΙΣΧΥΡΟΣ) Πολύ ψηλά σημεία τήξεως και ζέσεως Είναι κακοί αγωγοί του ηλεκτρισμού Χαρακτηρίζονται από σχετικά υψηλή σκληρότητα Σχεδόν αδιάλυτα στο νερό

27 ΜΟΡΙΟ CH 4 27

28 ΧΗΜΙΚΟΙ ΔΕΣΜΟΙ ΟΜΟΙΟΠΟΛΙΚΟΣ 28 Ομοιοπολικός δεσμός (Ισχυρότατος): Τα άτομα συνδέονται μεταξύ τους με κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων της εξωτερικής στοιβάδας Oxygen Molecule (O 2 )

29 ΧΗΜΙΚΟΙ ΔΕΣΜΟΙ - ΜΕΤΑΛΛΙΚΟΣ 29 Ελεύθερα ηλεκτρόνια και θετικά ιόντα Ύπαρξη ηλεκτρονιακού νέφους Η κινητικότητα των ηλεκτρονίων είναι υπεύθυνη για το χρώμα τη λάμψη και την υψηλή ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα τη χαμηλή έως μέτρια σκληρότητα τη διαλυτότητα μόνο σε οξέα την υψηλή συμμετρία των κρυστάλλων Cu Αυτοφυή μέταλλα, μερικά σουλφίδια και αρσενίδια

30 ΧΗΜΙΚΟΙ ΔΕΣΜΟΙ ΔΥΝΑΜΕΙΣ VAN DER WAALS 30 Ουδέτερα άτομα και μόρια Ασθενής έλξη το ένα για το άλλο όταν βρεθούν πολύ κοντά Στιγμιαίες μετατοπίσεις σχηματισμός διπόλων

31 ΧΗΜΙΚΟΙ ΔΕΣΜΟΙ ΔΥΝΑΜΕΙΣ VAN DER WAALS 31 Σε ορυκτά είναι σπάνια Ζώνες σχισμού και μικρής σκληρότητας Γραφίτης C τέλειος σχισμός, σκληρότητα 1-2

32 ΧΗΜΙΚΟΙ ΔΕΣΜΟΙ ΔΕΣΜΟΣ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ 32 αλληλεπίδραση διπόλων που σχηματίζεται μεταξύ οποιουδήποτε μορίου με δεσμό μεταξύ ενός ατόμου υδρογόνου και οξυγόνου ή φθορίου ή αζώτου (HF, H2O, ΝH3)... Δεσμός Υδρογόνου

33 ΟΜΟΔΕΣΜΙΚΟΙ Ή ΟΜΟΣΥΝΔΕΤΟΙ ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΙ 33 Οι δεσμοί στον κρύσταλλο είναι ίδιου τύπου Αλίτης NaCl ιοντικός δεσμός Διαμάντι C ομοιοπολικός δεσμός

34 ΕΤΕΡΟΔΕΣΜΙΚΟΙ ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΙ 34 Οι δεσμοί στον κρύσταλλο είναι περισσότεροι από ένας Οι δεσμοί Si-O στο SiO2 τόσο ιοντικός όσο και ομοιοπολικός δεσμός Γαληνίτης PbS μεταλλικός δεσμός: καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα ιοντικός δεσμός: τέλειος σχισμός, ευθραυστότητα

35 ΧΡΗΜΑΤΟΔΟΤΗΣΗ Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.