סולפידים, מינרלים: תכונות פיזיקליות, דוגמאות ליישום

2024 מְחַבֵּר: Angel Austin | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 05:26

מימן גופרתי הוא אחד המרכיבים הנדיפים העיקריים של מאגמה. באינטראקציה פעילה עם מתכות, הוא יוצר תרכובות רבות. נגזרות של מימן גופרתי מיוצגות בקרום כדור הארץ על ידי יותר מ-200 מינרלים - סולפידים, אשר, שאינם יוצרים סלע, מלווים בדרך כלל סלעים מסוימים, מהווים מקור לחומרי גלם יקרי ערך. להלן נשקול את התכונות העיקריות של סולפידים ותרכובות הקרובות אליהם, ונשים לב גם לאזורי השימוש בהם.

מאפיינים כלליים של הרכב ומבנה

יותר מ-40 יסודות בטבלה המחזורית (בדרך כלל מתכות) יוצרים תרכובות עם גופרית. לפעמים, במקום זה, ארסן, אנטימון, סלניום, ביסמוט או טלוריום נמצאים בתרכובות כאלה. בהתאם, מינרלים כאלה נקראים ארסנידים, אנטימונידים, סלנידים, ביסמוטידים וטלורידים. יחד עם נגזרות של מימן גופרתי, כולם נכללים במחלקת הסולפידים בשל דמיון התכונות.

האופייני למינרלים מהסוג הזה הקשר הכימי הוא קוולנטי, עםרכיב מתכת. המבנים הנפוצים ביותר הם קואורדינציה, אי (אשכול), לפעמים שכבות או שרשרת.

מאפיינים פיזיים של סולפידים

כמעט כל הסולפידים מאופיינים במשקל סגולי גבוה. ערך הקשיות בסולם המוס עבור חברים שונים בקבוצה משתנה מאוד ויכול לנוע בין 1 (מוליבדניט) ל-6.5 (פיריט). עם זאת, רוב הסולפידים רכים למדי.

למעט כמה יוצאי דופן, קלאופן הוא סוג של תערובת אבץ או ספלריט, מינרלים מהמעמד הזה הם אטומים, לעתים קרובות כהים, לפעמים בהירים, המשמשים כתכונה אבחנתית חשובה (כמו גם ברק). רפלקטיביות יכולה לנוע בין בינוני לגבוה.

רוב הסולפידים הם מינרלים עם מוליכות חשמלית מוליכים למחצה.

סיווג מסורתי

למרות המשותף של תכונות פיזיקליות בסיסיות, לסולפידים, כמובן, יש הבדלים אבחוניים חיצוניים, לפיהם הם מחולקים לשלושה סוגים.

1. פיריטים. זהו השם הכולל למינרלים מקבוצת הסולפידים, בעלי ברק מתכתי וצבע בעל גוון צהוב או צהוב. הנציג המפורסם ביותר של פיריט הוא פיריט FeS₂, הידוע גם בשם גופרית או פיריט ברזל. הם כוללים גם כלקופיריט CuFeS₂ (פיריט נחושת), ארסנופיריט FeAsS (פיריט ארסן, הידוע גם הוא טלהמיט או מיספיקל), פירוט Fe₇S8 _{(פיריט מגנטי, מגנטופיריט) ואחרים.}
2. גליטר. זהו השם שניתן לסולפידים בעלי ברק מתכתי וצבע מאפור לשחור. דוגמאות אופייניות למינרלים כאלה הן galena PbS (ברק עופרת), כלקוציט Cu₂S (ברק נחושת), מוליבדניט MoS₂, antimonite Sb2_S3 _{(ברק אנטימון).}
3. זיופים. זהו שמם של מינרלים מקבוצת הסולפידים, המאופיינים בברק לא מתכתי. דוגמאות אופייניות לסולפידים כאלה הן ספאלריט ZnS (תערובת אבץ) או Cinabar HgS (תערובת כספית). ידועים גם ה-realgar As₄S₄ - תערובת ארסן אדומה, ו-orpiment As₂S3 _{- תערובת ארסן צהובה.}

הבדלים במאפיינים כימיים

סיווג מודרני יותר מבוסס על מאפייני ההרכב הכימי וכולל את תת המחלקות הבאות:

• סולפידים פשוטים הם תרכובות של יון מתכת (קטיון) וגופרית (אניון). דוגמאות למינרלים כאלה כוללות גלנה, ספלריט וקינבר. כולם נגזרות פשוטות של מימן גופרתי.
• סולפידים כפולים נבדלים בכך שכמה (שניים או יותר) קטיוני מתכת נקשרים עם האניון הגופרית. אלה הם כלקופיריט, בורניט ("עפרת נחושת מגוונת") Cu₅FeS₄, סטאנין (פיריט פח) Cu_2FeSnS4 _{ותרכובות דומות אחרות.}
• דיסולפידים הם תרכובות שבהן קטיונים קשורים לקבוצה האניונית S₂ או AsS. אלה כוללים מינרלים מקבוצת הסולפידים והארסנידים (סולפוארזנידים), כגון פיריט,הנפוץ ביותר, או ארסן פיריט ארסנופיריט. כלול גם בתת מחלקה זו Cob altin CoAsS.
• סולפידים מורכבים, או סולפוסלטים. זהו שמם של מינרלים מקבוצת הסולפידים, הארסנים והתרכובות הקרובות אליהם בהרכב ובתכונות, שהם מלחים של חומצות תיאו, כגון תיומרסן H₃AsS ₃, thiobismuth H₃BiS₃ או thioantimony H₃SbS 3. לפיכך, תת המחלקה של סולפוסלטים (תיוסלטים) כוללת את המינרל ליליאניט Pb₃Bi₂S₆ או מה שנקרא Fahlore Cu₃(Sb, As)S₃.

מאפיינים מורפולוגיים

סולפידים ודיסולפידים יכולים ליצור גבישים גדולים: מעוקב (גלנה), פריזמטי (אנטימוניט), בצורה של טטרהדרונים (ספלריט) ותצורות אחרות. הם גם יוצרים אגרגטים גבישיים או פנוקריסטים צפופים וגרגרים. לסולפידים בעלי מבנה שכבות יש גבישים טבלאיים או בעלי עלים שטוחים, כגון אורפימנט או מוליבדניט.

ביקוע של סולפידים יכול להיות שונה. זה משתנה בין מאוד לא מושלם בפיריט ולא מושלם בכלקופיריט למושלם מאוד בכיוון אחד (אורפימנט) או כמה (ספלריט, גלנה). גם סוג השבר אינו זהה עבור מינרלים שונים.

בראשית של מינרלים גופרתי

רוב הסולפידים נוצרים על ידי התגבשות מתמיסות הידרותרמיות. לפעמים למינרלים של קבוצה זו יש מגמטיאו מקור סקרן (מטזומטי), ויכול להיווצר גם במהלך תהליכים אקסוגניים - בתנאים מפחיתים באזורים של העשרה משנית, במקרים מסוימים בסלעי משקע, כמו פיריט או ספלריט.

תחת תנאי פני השטח, כל הסולפידים, למעט צינבר, לאוריט (רותניום גופרתי) וספריליט (פלטינה ארסניד), הם מאוד לא יציבים ונתונים לחמצון, מה שמוביל להיווצרות סולפטים. התוצאה של התהליכים של שינוי סולפידים הם סוגים כאלה של מינרלים כמו תחמוצות, הלידים, קרבונטים. בנוסף, עקב פירוקן, תיתכן היווצרות של מתכות מקומיות - כסף או נחושת.

תכונות של התרחשות

סולפידים הם מינרלים היוצרים הצטברות עפרות בעלות אופי שונה בהתאם ליחס שלהם עם מינרלים אחרים. אם סולפידים שולטים בהם, נהוג לדבר על עפרות גופרתי מסיביות או רציפות. אחרת, העפרות נקראות מפוזרות או ורידיות.

לעיתים קרובות מאוד סולפידים מופקדים יחד, ויוצרים מרבצים של עפרות פולי מתכתיות. כאלה, למשל, הם עפרות נחושת-אבץ-עופרת גופרתי. בנוסף, סולפידים שונים של מתכת אחת יוצרים לעתים קרובות את המרבצים המורכבים שלה. לדוגמה, כלקופיריט, קופריט, בורניט הם מינרלים נושאי נחושת המופיעים יחד.

לרוב, גופי העפרות של מרבצי גופרית הם בצורת ורידים. אבל יש גם צורות התרחשות עדשה, מלאי, מאגר.

שימוש בסולפידים

עפרות סולפיד חשובות ביותר כמקור שלמתכות נדירות, יקרות ולא ברזליות. נחושת, כסף, אבץ, עופרת, מוליבדן מתקבלים מגופרית. ביסמוט, קובלט, ניקל, כמו גם כספית, קדמיום, רניום ויסודות נדירים אחרים מופקים גם מעפרות כאלה.

מלבד זה, חלק מהסולפידים משמשים בייצור צבעים (קינבר, אורפימנט) ובתעשייה הכימית (פיריט, מרקסיט, פיררוטיט - לייצור חומצה גופרתית). מוליבדניט, בנוסף לשימוש כעפרה, משמש כחומר סיכה יבש מיוחד עמיד בחום.

סולפידים הם מינרלים בעלי עניין בשל התכונות האלקטרופיזיות שלהם. עם זאת, לצרכים של טכנולוגיה מוליכים למחצה, אלקטרו-אופטיים, אינפרא אדום-אופטיים, לא נעשה שימוש בתרכובות טבעיות, אלא באנלוגים הגדלים באופן מלאכותי שלהם בצורה של גבישים בודדים.

אזור נוסף שבו סולפידים מוצאים שימוש הוא תיארוך רדיואיזוטופ גיאכרונולוגי של סלעי עפרות מסוימים בשיטת הסמריום-נאודימיום. מחקרים כאלה משתמשים בכלקופיריט, פנטלנדיט ומינרלים אחרים המכילים יסודות אדמה נדירים - ניאודימיום וסמריום.

דוגמאות אלו מראות שהיקף הסולפידים רחב מאוד. הם ממלאים תפקיד חיוני בטכנולוגיות שונות הן כחומרי גלם והן כחומרים עצמאיים.