minéral

La pyrite appartient au système cristallin cubique et forme des corps en forme de cube. Ce matériel photographique montre une pyrite de Navajún , La Rioja, Espagne, qui s'est développée en un grand corps de nombreux cubes de pyrite imbriqués .

Un minéral (du latin moyen aes minerale « mine de mine », inventé au XVIe siècle selon le modèle français) est, contrairement à la roche, un seul élément ou un seul composé chimique généralement cristallin et formé par des processus géologiques. Le pluriel est minéraux (utilisé en science en Allemagne et en Autriche) ou minéraux (utilisé par les collectionneurs, les marchands et en Suisse alémanique comme synonyme de minéraux).

La majorité des quelque 5 650 types de minéraux connus aujourd'hui et reconnus indépendamment par l' Association minéralogique internationale (IMA) (à partir de 2020) sont inorganiques , mais certaines substances organiques telles que la mellite et l' evenkite ou les formateurs de calculs rénaux whewellite et weddellite sont également reconnues. en tant que minéraux, car ils peuvent également se former au grand air. Y compris toutes les variétés minérales connues et les noms synonymes (environ 1200) ainsi que les types de minéraux non encore reconnus (environ 120), il existe plus de 6 800 noms de minéraux (à partir de 2018/19).

La doctrine des minéraux est la minéralogie , celle de leur utilisation et de leur traitement est la liturgie .

Limitations et exceptions

En général, seuls les éléments et les composés chimiques sont considérés comme des minéraux naturels , chimiquement uniformes et, à quelques exceptions près, inorganiques , solides et cristallins :

homogénéité

Les termes « élément chimique » et « composé chimique » contiennent une composition fixe et une structure chimique définie . Les mélanges de substances ne sont pas des minéraux. Cependant, les compositions des minéraux peuvent présenter une certaine variation ( cristaux mixtes ) tant qu'elles sont structurellement homogènes.

Un composé chimique peut apparaître avec différentes structures. Des mélanges chimiquement uniformes de différentes phases avec des structures différentes ne sont pas non plus des minéraux. Alors z. B. le silex (chert) est constitué de SiO 2 pur , mais n'est pas un minéral, mais un mélange de minéraux de structure différente, le quartz profond , la mogánite et l' opale et donc une roche .

Cristallinité

Certains composés naturels ne sont pas cristallins. Ces substances peuvent être divisées en deux catégories :

  • amorphe : ce sont des substances qui n'ont jamais été cristallines.
  • métamicte : Anciennement substances cristallines dont l'ordre à longue distance a été détruit par les rayonnements ionisants .

La détermination de la structure et de la composition avec une complétude suffisante pour distinguer clairement les phases amorphes les unes des autres est généralement difficile, voire impossible. Par conséquent, les composés naturels non cristallins sont résumés par de nombreux scientifiques sous le nom de minéraloïdes . Cependant, le terme est principalement utilisé dans les manuels américains. En revanche, il n'a pas été introduit dans l'espace germanophone.

Les substances amorphes naturelles peuvent être reconnues comme un minéral si les conditions suivantes sont remplies :

  • Analyses chimiques complètes couvrant toute la gamme de composition de la substance
  • Données physicochimiques (spectroscopiques) qui prouvent l'unicité de la substance
  • La substance ne peut pas être convertie en un état cristallin par traitement physique (par exemple chauffage).

Les exemples sont la géorgeite et la calciouranoïte .

Les substances métamorphiques peuvent être des minéraux s'il peut être prouvé que la substance était à l'origine cristalline et avait la même composition (par exemple la fergusonite-Y ).

Les liquides ne sont généralement pas comptés parmi les minéraux. Par exemple, l' eau liquide n'est pas un minéral, mais la glace l' est. Une exception est le mercure : En tant qu'élément sur terre, il ne se présente que sous forme liquide et gazeuse, mais en tant que liquide, il est toujours reconnu comme un minéral. Le pétrole brut et tous les autres bitumes , y compris le bitume solide non cristallin , sont des mélanges de substances et non de minéraux.

Substances extraterrestres

Les processus qui conduisent à la formation de substances extraterrestres, par ex. B. dans les météorites et les roches lunaires , sont similaires à celles qui ont également lieu sur terre. En conséquence, les composants naturels des pierres extraterrestres et de la poussière cosmique sont appelés minéraux (par exemple, tranquilite , Brownleeit ).

Substances anthropiques

Les substances artificielles ne sont pas des minéraux. Lorsque de telles substances anthropiques sont identiques à des minéraux, elles sont appelées "équivalents synthétiques".

Les matériaux qui ont été créés à partir de substances synthétiques par le biais de processus géologiques ne sont généralement pas non plus appelés minéraux. Les exceptions sont certaines substances qui étaient auparavant reconnues comme des minéraux, par ex. B. certains minéraux formés par la réaction d'anciens scories métallurgiques avec l'eau de mer.

Les substances naturelles qui ont été converties par les activités humaines peuvent être reconnues comme des minéraux si les activités humaines n'étaient pas directement orientées vers la création de nouvelles substances. Les substances nouvellement formées dans les incendies de puits ou de décharges peuvent être reconnues par l'IMA si le feu n'a pas été déclenché par l'homme et qu'aucune matière d'origine anthropique n'y a été déposée.

Substances biogènes

Les substances biogéniques sont des composés qui ont été formés exclusivement par des processus biologiques sans composante géologique, tels que. B. coquilles de moules ou cristaux d'oxalate dans les tissus végétaux. Ces composés ne sont pas des minéraux.

Dès que des processus géologiques ont été impliqués dans la formation des composés, ces substances peuvent être reconnues comme des minéraux. Des exemples en sont des minéraux qui se sont formés à partir de composants organiques dans l'ardoise noire ou à partir de guano de chauve-souris dans des grottes, ainsi que des composants de calcaire ou de phosphorites d' origine organique.

Occurrence

À l'exception des verres naturels et des roches houillères , toutes les roches sur terre et autres corps célestes sont constituées de minéraux. Les plus courants sont une trentaine de minéraux, les soi-disant formateurs de roche . De plus, les minéraux se trouvent également sous forme de colloïdes dans l'eau ou sous forme de fines poussières dans l'air. L'eau elle-même est également un minéral lorsqu'elle se présente sous forme de glace d'eau .

Formation minérale

Les minéraux se forment

  1. par cristallisation à partir de fontes ( formation minérale ignée ) ou de solutions aqueuses ( formation minérale hydrothermale et sédimentaire ) ou à partir de gaz par resublimation (par exemple sur les volcans )
  2. lors de la métamorphose par des réactions à l'état solide à partir d'autres minéraux ou de verres naturels.

Les minéraux primaires apparaissent en même temps que la roche dont ils font partie, tandis que les minéraux secondaires se forment par des modifications ultérieures de la roche (métamorphose, surimpression hydrothermale ou altération ).

Il existe deux phases de formation minérale : Premièrement, plusieurs atomes ou ions s'accumulent et forment un noyau de cristallisation ( nucléation ). Si celui-ci dépasse un rayon critique du noyau, il continue de croître et un minéral est créé ( croissance cristalline ). Après de nombreuses réactions de transformation avec d'autres minéraux, avec l'air ou avec l' eau , les minéraux sont finalement détruits par l'altération. Les ions à partir desquels le réseau cristallin a été construit retournent en solution ou, en anatexie, pénètrent dans une roche fondue ( magma ). Finalement, le cycle recommence dans un endroit différent.

Pour déterminer le point de refroidissement, voir fissures .

Une forme spéciale de formation minérale à partir de la solution est la biominéralisation . On entend par là la formation de minéraux par les organismes. Les minéraux suivants peuvent apparaître de cette manière :

D'autres formes de formation minérale par dissolution ou par réaction de minéraux avec l'eau jouent un rôle en minéralogie technique :

La calcite est utilisée pour neutraliser les acides, y compris l'acide carbonique avec formation de dureté de l' eau , la pyrite agit comme agent réducteur dans l'élimination bactérienne du nitrate par dénitrification , tandis que les minéraux argileux peuvent provoquer des réactions de neutralisation à faible pH et des réactions d'échange d'ions. Dans le traitement de l'eau potable , les produits de réaction de l'élimination des ions fer (II) et manganèse goethite et δ-MnO 2 , calcite peuvent se former lors de réactions d'adoucissement (décarbonisation). Dans le traitement des eaux usées, des cristaux clairs de struvite , un phosphate d'ammonium et de magnésium, peuvent se former si les concentrations de phosphate dans les stations d'épuration sont suffisamment élevées . Ceux-ci peuvent réduire la section transversale des lignes. En cas de corrosion de l'acier et de la fonte au contact de l'eau, selon la nature de l'eau, la goethite, la magnétite et la lépidocrocite , avec une dureté carbonatée plus élevée également la sidérite , dans l' eau phosphatée vivianite , dans l'eau sulphée troilit et dans l'eau contenant du sulfure d'hydrogène greigit peut être formé. La cuprite , la malachite ou l' azurite peuvent se former à partir du cuivre , tandis que le plomb forme principalement de l' hydrocérusite .

Cristallographie

Extérieurement, les minéraux librement cristallisés présentent une forme géométrique avec des surfaces naturelles définies qui sont dans des relations angulaires fixes les unes par rapport aux autres, en fonction du système cristallin spécifique auquel le minéral est attribué. Ceci est également connu comme la loi de la constance angulaire ( Nicolaus Steno ). L'arrangement symétrique des surfaces est une expression de la structure interne d'un minéral cristallin : il montre une structure atomique bien ordonnée, qui est créée en alignant à plusieurs reprises ce qu'on appelle des cellules unitaires , qui constituent la plus petite unité structurelle du minéral. . En raison de la symétrie interne, une distinction est faite entre six à sept systèmes cristallins , à savoir le système cubique, hexagonal, trigonal, tétragonal, orthorhombique, monoclinique et triclinique. Les systèmes hexagonal et trigonal sont parfois combinés par certains minéralogistes. Deux ou plusieurs individus minéraux qui ont grandi ensemble dans une certaine orientation cristallographique sont appelés jumeaux . Ils surviennent lorsque la roche grandit ou se déforme. Les macles multiples forment souvent ce qu'on appelle des lamelles gémellaires, qu'il ne faut pas confondre avec les lamelles de ségrégation qui surviennent lorsqu'un cristal mixte devient thermodynamiquement instable pendant le refroidissement et qu'il se forme des précipités .

Propriétés

Propriétés optiques

Détermination à l'œil nu :

La couleur des minéraux résulte de l'absorption de la lumière de la couleur complémentaire par un ou plusieurs des processus suivants :
  • Les transitions d'électrons entre le d ou f orbitales des métaux de transition ou de lanthanides divisé par le champ cristallin (par exemple , la couleur rouge du rubis due à des ions de chrome sur la position de l' aluminium )
  • Transitions d'électrons entre deux cations ou entre cation et anion (par exemple la coloration bleue du saphir due aux transitions entre les impuretés de titane et de fer )
  • Transitions des électrons de la bande de valence à la bande de conduction des semi-conducteurs (par exemple la couleur rouge de la cinnabarite)
  • Transitions d'électrons de la bande de valence au niveau accepteur d'une impureté (par exemple coloration bleue du diamant due au bore )
  • Transitions d'électrons du niveau donneur d'une impureté à la bande de conduction (par exemple coloration jaune du diamant due à l' azote )
  • Transitions d'électrons entre les bandes s et d dans les conducteurs (par exemple la couleur de l' or )
  • Changement de l'état énergétique d'un électron sur une lacune anionique
  • Effets de diffraction sur les structures de faible dimension (par exemple l' opale )
  • Couleur du trait : C'est la couleur du minéral en poudre, qui est souvent différente de la couleur de sa surface. Dans le cas des silicates , le trait est plus clair que sa propre couleur ; dans le cas des sulfures , il est plus foncé. Si un minéral peut avoir plusieurs couleurs, la couleur du trait est généralement blanche (ex : corindon, béryl), comme c'est le cas pour les minéraux incolores. Si un minéral ne peut avoir qu'une seule couleur, celle-ci correspond souvent à la couleur du trait (ex : lazurite, malachite). La ligne est généralement testée sur une plaque en céramique non émaillée.
  • Brillance : Une distinction est faite entre mat (c'est-à-dire que le minéral ne montre aucune brillance), brillant de soie (comme un chatoiement de lumière sur de la soie naturelle), brillant de nacre (comme l'intérieur de certains coquillages), brillant de verre (comme une simple vitre), un éclat gras (comme de la graisse), un éclat de diamant (comme un diamant taillé), un lustre métallique (comme du métal poli) et un lustre de cire.
  • Transparence : Une distinction est faite entre les minéraux transparents (ex. calcite), translucides ( ex. hématite ) et opaques ( ex. cassitérite ). En règle générale, les minéraux rocheux sont transparents ou translucides et les minerais sont opaques. Par conséquent, les premiers sont examinés en lumière transmise et les seconds en lumière réfléchie.
  • Forme cristalline : La forme cristalline est constituée du costume et de l' habitus . Le premier désigne la forme cristallographique dominante , le second le rapport des longueurs du cristal.

Détermination par microscopie de polarisation en lumière transmise :

  • Pléochroïsme : Avec certains minéraux transparents, les couleurs et les profondeurs de couleur sont différentes dans des directions différentes. Si deux couleurs apparaissent, cela s'appelle dichroïsme , si trois couleurs apparaissent, trichroïsme ou pléochroïsme. Le terme est également utilisé comme terme collectif pour les deux types de multicolore.
  • Indice de réfraction : le rapport de la vitesse de la lumière dans l'air à la vitesse de la lumière dans le minéral est déterminé par des méthodes d'immersion , approximativement aussi par la force du relief et le mouvement de la ligne de Becke, une ligne lumineuse à un joint de grain , lorsque déplacer la platine du microscope. Ce qui suit s'applique : vers le bas (avec la table), plus haut (minéral avec la réfraction de la lumière plus élevée que le minéral voisin), dans (mouvement de la ligne de Becke).
  • Biréfringence : différence des indices de réfraction dans les différentes directions du cristal. Elle est déterminée à partir de la couleur d' interférence sous polariseurs croisés à l'aide de tables de couleurs .

Détermination par microscopie de polarisation en lumière incidente (microscopie de minerai) :

  • Réflectance : proportion de la lumière réfléchie . Détermination par microscopie du minerai. Caractéristique pour distinguer l'or des minéraux sulfurés.
  • Biréflectance : Dépendance directionnelle de la couleur en microscopie du minerai, qui peut être vue sous un polariseur.
  • Effets d'anisotropie : phénomènes de couleur dans les minéraux opaques qui peuvent être observés sous polariseurs croisés en microscopie de minerai.
  • Réflexions internes : Réflexion diffuse de la lumière aux interfaces avec les impuretés, qui correspond à la couleur du trait et est mieux visible sous polariseurs croisés en position sombre.

Détermination avec des microscopes spéciaux :

Propriétés mécaniques

  • Densité : Elle dépend de la composition chimique et de la structure. La densité des minéraux, roches et minerais varie entre 1 et 20 ( g · cm -3 ). Les valeurs inférieures à 2 sont perçues comme légères (ambre 1,0), celles de 2 à 4 comme normales (quartz 2,6) et celles supérieures à 4 nous apparaissent comme lourdes (galène 7,5). Les minéraux d'une densité > 3,0 sont appelés minéraux lourds . La séparation par densité est une méthode de traitement importante. Si la densité est liée à la densité de l'eau, elle est appelée densité relative « o » et est alors sans unité.
  • Dureté : Elle est déterminée par la stabilité des liaisons chimiques dans le minéral et déterminée par leur résistance aux rayures. En minéralogie, il est indiqué par sa valeur sur l'échelle de Mohs, qui va de 1 (très doux, par exemple le talc ) à 10 (très dur, par exemple le diamant).
  • Clivage : tendance d'un minéral à se fendre le long de certains plans cristallographiques. Une distinction est faite entre clivage inexistant (par exemple quartz), clivage indistinct (par exemple béryl ), clivage net (par exemple apatite ), bon clivage (par exemple diopside ), clivage parfait (par exemple sphalérite ) et clivage extrêmement parfait (par exemple mica ). Il décrit des plans cristallins entre lesquels seules des forces faibles existent et au niveau desquels le cristal peut donc être divisé. Par exemple, la calcite a trois plans de clivage et est donc très complètement fissile. Le quartz, en revanche, n'a aucun plan de clivage.
  • Comportement à la fracture : Si un minéral ne se brise pas le long de ses plans de clivage, des structures de fracture caractéristiques apparaissent souvent. Une distinction est faite entre la cassure en forme de coquille (par exemple le quartz), la cassure fibreuse (par exemple la kyanite ), la cassure en éclats (par exemple le chrysotile ), la cassure plate et la cassure inégale.
  • Ténacité ou ténacité : Une distinction est faite entre les minéraux cassants (par exemple le quartz) et les minéraux flexibles ( par exemple la muscovite ).

Propriétés magnétiques

Propriétés électriques

Propriétés chimiques

  • Couleur de la flamme : certains éléments colorent une flamme. Cette propriété est utilisée dans le test à la flamme pour déduire la composition chimique d'un minéral. Les brûleurs à gaz sont les mieux adaptés pour cela dans les pièces sombres.
  • Fusion : Elle décrit le comportement devant le tube de soudure , c'est-à-dire la réaction de fusion.
  • Réaction avec l'acide chlorhydrique : Les carbonates réagissent différemment avec l'acide chlorhydrique chaud et parfois avec l'acide chlorhydrique froid. Cette propriété est un critère diagnostique important pour ce groupe minéral .

Propriétés olfactives

Les minéraux contenant du soufre peuvent souvent être reconnus par l'odeur qui se dégage lorsqu'ils sont touchés.

Propriétés gustatives

La distinction entre halite et sylvine est traditionnellement faite car cette dernière a un goût amer.

Autres caractéristiques

  • Radioactivité : C'est la propriété d'émettre un rayonnement de haute énergie sans ajouter d'énergie. Il existe traditionnellement trois types de rayons : les rayons alpha, bêta et gamma. La mesure du rayonnement est effectuée avec un compteur Geiger . La radioactivité est potentiellement nocive même à faible dose. Les minéraux radioactifs sont, par exemple, l' uraninite , mais aussi l'apatite, qui incorpore de l' uranium comme oligo-élément à la place du phosphore .
  • Mobilisation : Les minéraux sont mobilisés par l' exploitation minière , mais peuvent également être libérés par des processus naturels ( érosion ). Dans le cas des minéraux toxicologiquement pertinents contenant des métaux lourds , la mobilisation par l'homme dépasse de loin les processus naturels.

sens

Importance pétrologique

Chaque minéral n'est thermodynamiquement stable que dans certaines conditions de pression - température . En dehors de sa plage de stabilité, il se transforme avec le temps en la modification qui y est stable . Certains changements de phase se produisent brutalement en sortant du champ de stabilité (par exemple quartz haut - quartz bas ), d'autres sont inhibés cinétiquement et durent des millions d'années. Parfois, l' énergie d'activation est si élevée que la modification thermodynamiquement instable est retenue comme une phase métastable (par exemple diamant- graphite ). Cette inhibition de la réaction conduit à un « gel » de l'équilibre thermodynamique qui prévalait auparavant. Par conséquent, l'inventaire minéral d'une roche fournit des informations sur l'histoire de la formation et du développement d'une roche et contribue ainsi à la connaissance de l'origine et du développement de la planète Terre (voir aussi Présolaire Minéral ).

Importance des gisements minéraux

Minérales matières premières sont divisées en énergie des matières premières , la propriété des matières premières et des éléments des matières premières . Les ressources énergétiques sont, par exemple, les minéraux uraninite et thorite utilisés comme combustibles nucléaires . Les matières premières de propriété sont utilisées dans la technologie sans décomposition chimique, y compris, par exemple, le quartz pour le verre et les minéraux argileux pour l'industrie céramique. Les matières premières élémentaires sont extraites dans le but d'extraire un élément chimique spécifique. S'il s'agit d'un métal, on parle de minerai.Un enrichissement de matières premières s'appelle un gisement s'il peut être exploité économiquement. Le terme est donc économique et non scientifique : la possibilité pour un gisement donné d'être exploité commercialement dépend des coûts d'extraction et de traitement et de la valeur marchande du métal qu'il contient - tandis que la teneur en fer des minéraux doit atteindre 50 % pour être financièrement En 2003, une part de 0,00001 % du platine beaucoup plus précieux était suffisante pour réaliser un profit . En plus de la classification selon l'utilisation de la matière première, une classification selon l'origine est également courante. Dépôts sédimentaires, tels que les formations de minerai de fer rubané, formés par des réactions de précipitation lorsque la valeur du pH, la pression et la température ont changé ou par l'influence de bactéries ou par des processus d'altération et le transport de minéraux depuis leur zone d'origine d'origine et leur dépôt comme ( savons ), par exemple de l' or savonneux , au fond des rivières, des lacs ou des mers peu profondes. Les dépôts hydrothermaux se forment lorsque l'eau de surface ou profonde dissout certains éléments des roches environnantes et les dépose ailleurs ou à partir de fluides résiduels après la solidification d'un magma. Les dépôts ignés sont créés par la cristallisation d'un magma. Un exemple est de nombreux gisements de platine et de chromite . Les gisements métamorphiques ne surviennent que par la transformation des roches, par exemple les gisements de marbre .

Signification gemmologique

Diamants taille brillant

Certains minéraux sont utilisés comme bijoux . Si elles sont transparentes et que leur dureté est supérieure à 7, elles sont appelées pierres précieuses , sinon elles sont appelées pierres précieuses . 95% des ventes mondiales sur ce marché sont réalisées avec des diamants, le reste presque majoritairement avec des saphirs, des émeraudes , des rubis et des tourmalines. Afin de faire ressortir la beauté d'une pierre précieuse, qui est influencée par la couleur et le lustre, elle doit être taillée et polie. Il existe de nombreuses formes de coupe différentes à cet effet : Les variétés transparentes ou translucides sont généralement fournies avec des coupes à facettes, dans lesquelles des surfaces qui sont généralement dans des relations angulaires fixes les unes par rapport aux autres, appelées facettes, maximisent la réflexion de la lumière. Les minéraux opaques, en revanche, reçoivent des coupes lisses à une seule surface. L' effet astérisme d' un saphir étoilé, par exemple, ne peut être obtenu qu'avec la taille cabochon . Le feu d' un diamant taillé en brillant dépend principalement du respect de certaines relations angulaires des facettes individuelles et est créé par la division de la lumière blanche en différentes couleurs visibles ( dispersion ).

Autre sens

Certains minéraux sont également utilisés comme produits d'hygiène personnelle. Lave la terre, par exemple, un sol argileux qui est riche en minéraux argileux de la groupe saponite , a été utilisé comme corps et nettoyant les cheveux depuis les temps anciens . D'autres minéraux, comme le talc , servent de matières premières aux beaux-arts ainsi qu'à des fins médicinales ( pleurodèse , lubrifiants dans la fabrication des comprimés).

Dans de nombreuses cultures anciennes, mais aussi dans l' ésotérisme moderne , certains minéraux auraient certains effets protecteurs et curatifs . Par exemple, était déjà dans l'Egypte ancienne de la cornaline en raison de sa couleur rappelant le sang comme la "Pierre de Vie" et a joué lors des rituels funéraires ainsi que de protection et Gem des Pharaons un rôle correspondant. Les prétendus pouvoirs de guérison et de protection de l'ambre , déjà décrits par Thales von Milet et Hildegard von Bingen , sont également légendaires .

Les minéraux peuvent également être importants en tant qu'objets de collection , soit dans les collections de minéraux scientifiques pour représenter l'inventaire minéral d'un site (matériel type) soit pour les collectionneurs amateurs privés qui se sont spécialisés dans les collections de sites ou diverses collections systématiques. En raison de la rareté de nombreux minéraux, qui ne sont souvent disponibles que dans de très petits échantillons, les collectionneurs privés spécialisés dans les collections systématiques aiment également collecter des micromontures pour des raisons d'espace et de coût .

Systématique des minéraux

Voir également

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Littérature

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liens web

Commons : Catégorie : Minéraux  - Collection d'images, de vidéos et de fichiers audio
Commons : Mineral (liste alphabétique)  - album de photos, vidéos et fichiers audio
Wiktionnaire : Minéral  - explications de sens, origines des mots, synonymes, traductions

Preuve individuelle

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  8. Voir par exemple B. Systématique des minéraux , 4.AA.05 .
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