дәріс. Минералдарды топтарға бөлу. Жеке элементтер

 

Минералдарды топтарға бөлу әртүрлі тұрғыдан қаралып жүргізіледі.

Жоғарыда минералдардың жаратылысына байланысты үш топқа – эндогенді, экзогенді және метаморфты болып бөлінетіні келтірілді. Олардың әрқайсысы, кезегінше, бірнеше топтарға бөлінеді.

Жалпы минералдарды топтастыруға ең басты орын алатыны олардың химиялық құрамы. Осы тұрғыдан қарасақ олар көптеген түрлерге бөлінеді:

1. Жеке элементтер

2. Сульфидтер (күкіртті қосындылар)

3. Тотықтар (оттек қосындылар)

4. Голлоид қосындылар (тұздар)

5. Оттекті тұздар

6. Силикаттар

7. Органикалық қосындылар

Адамзаттың минералдарды өз қажетіне жарату жағынан, демек өндірістік-экономикалық жағынан топтағанда, оларды, мысалы, химия өндірісінің шикізат минералдары, қара металлургия мен түсті металлургия минералдары, құрылыс материалдары, асыл тастар, қымбат металдар, ауыл шаруашылығына қолданылатын минерал заттар сияқтандырып бөледі. Осыған байланысты жоғарыдағы келтірілген химиялық топтарға жататын минералдарды пайдалану жолдарына көбірек тоқтау қажет. Ол үшін, әрине сол минералдардың қасиеттерін қысқаша қарастырамыз.

Жеке элементтер. Химиялық элементтердің көпшілігі табиғи жағдайда қосылыстар түрінде кездеседі. Бірақ кейбір элементтер жеке түрінде де кездеседі. Олардың мұндай болып кездесуі химиялық қасиеттеріне және айналасындағы геологиялық жағдайларға байланысты.

Химиялық қосылыстарға бейімділігі жоқ элементтерге, мысалы, барлық инертті газдар жатады: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон.

Сол сияқты асыл металдарға жеке түрде кездеседі. Оларға жататындар: алтын, күміс, платина, осмий, иридий, рутений, радий, палладий.

Бұлардан басқа жеке элементтер түрінде кездесіп қалатындарға мыс, темір, сынап, аздап мышьяк, сурьма және висмутты келтіруге болады.

Металлоидтардан жеке түрде кездесетіндерге көміртекті минералдар –алмаз, графит және күкірт жатады.

Алмаз (С). Қаттылығы 10 (Моос шкаласы бойынша). Ол ең қатты зат. Меншікті салмағы-3,5г/см³. Электр тоғын нашар өткізеді. Алмаздың жараты-лысы магмалық. Ол жердің бетіне көтеріліп қатайған өте негізді магмалық тау жыныстарымен (кимперлитпен) байланысты түзіледі. Ол жыныстар вулкандар-дың көмейін толтырып орналасады. Кейде алмазы бар тау жыныстары бұзылып тарап кеткенде алмаздары оңашаланып, шөгінді жыныстар арасына жиналады. Осындай кендерді шашыранды кендер дейді.

Алмаз асыл тас ретінде көркемдікке және техникалық істерге пайдаланылады.

Қырланып ірі кристалдарынан жасалған асыл тасты гауһар (бриллант) деп атайды. Дүние жүзіндегі ең ірі алмаз кристалы–1905 жылы Оңтүстік Африкадағы Кимберлей кенінен табылған. Оған Африка жұлдызы (Куллинан) деген ат берген. Оның салмағы 3024 ¾ карат (бір карат 0,2 г.) болған. Ұзындығы 10 см, ені 6 см, қалыңдығы 5 см құраған.

Карбонада, борт сияқты таза емес және ұсақ кристалды алмаздар техни-када қолданылады. Мысалы тас тесетін бұрғылардың коронкасына салынады, шыны кесуге жұмсалады.

Алмаз кенінің ең атақты жері – Оңтүстік Африка, Кимберлей қаласының маңында орналасқан. Сонымен қатар шашыранды алмаз кендері Бразилия және Үндістанда да бар. СССР жерінде алмаз кені Якутияда табылған.

Графит (С). Ең жұмсақ минерал, қаттылығы 1. Меншікті салмағы 2,09-2,23. Түсі қара. Қағазға, қолға жұғады (грекше графо-жазамын деген сөз).

Химиялық құрамы таза көміртек бола бермейді. Ішінде оншақты процентке дейін қоспалары болады. Графит электр тоғын жақсы өткізеді. Отқа өте төзімді. Көміртек атомдары әр қабатта алты қырлы сақина жасай коваленттік байланыс жасай орналасқан, ол қабаттар өзара молекулалық байланыспен әрекеттескен.

Графит табиғатта жоғары температурада, ауа жоқ жағдайда көміртектен пайда болады. Ол метаморфтық минералға жатады, дәлірек айтсақ көмірдің өзгеруінен туады.

Графит химиялық ыдыстар жасауға, қарандаш өндірісінде, электр өндірі-сінде электрод жасауға, бояу жасауға, майлауға май ретінде және атомдық энергия өндіру ісінде қолданылады.

СССР-да Байкал көлі жағалауында ірі кен орны табылған. Қазақстанда графит кені Аягөз ауданында Сиялысай деген жерде кездеседі.

Графит табиғи аз суланатын минерал. Сондықтан ол флотациялық әдіспен алынады.

Күкірт (S). Қаттылығы 1-2, меншікті салмағы 2,05-2,08. Электр және жылу өткізгіштігі нашар, сары түсті, қаттылығы өте төмен, тез балқиды.

Күкірт кей жағдайда таза түрінде, көбінде табиғатта топырақ немесе органикалық заттармен, мұнай немесе газдармен араласып кездеседі.

Күкірт – жер жүзінде көп тараған элементтің бірі. Оның жаратылысын үш түрге бөледі: 1) газбен ілесе ұшқан күкірт сыртқа шығып кристал түрінде қатады, 2) шөгінді жыныстарда микробтардың әсерімен күкірт сутек қосындысы пайда болады, 3) күкірт көптеген металдармен ерігіштігі аз минералдар түзеді (сульфидтер).

Күкірттің ең көп қолданылатын орны күкірт қышқылын алуда. Өндірістің көп саласында осы қышқыл қолданылады. Одан басқа резеңке, қағаз, бояу, сіріңке, былғары илеу сияқты орындарда пайдаланылады.

Оның кристал құрылысы графитке келеді: сақиналы молекулаларда атомдар коваленттік байланысады да, ол молекулалар өзара әлсіз байланысады. Осының нәтижесінде күкірт суланбайды. Тау жыныстарынан бөлуде қолданылатын негізгі әдіс – флотациялық әдіс. Шөгінді күкірт кенінің ең көп жері Орта Азияда, Поволжьеде кездеседі.

Алтын (Au). Жеке элемент түрінде кездесетін минералдардың ішінде ең көп тараған және адам баласына өте ерте замандардан бері белгілі металл осы алтын. Қаттылығы 2,5-3. Меншікті салмағы 12,0-19,3. Балқу температурасы 1001⁰С. Жылу мен электр тоғын өте жақсы өткізеді. Ол жұмсақ, оңай созылған металл. Өте маңызды қасиеті тотықпауы және қышқылдарда ерімейді. Тек циан тұздарында және патша сұйығы аталатын қоспа қышқылда ғана ериді.

Алтын табиғатта өте таза болып кездесе бермейді. Оның ішінде көбінде күміс және басқа металдар (мыс, палладий, висмут) кездеседі. Таза түрінде ашық, жарқыраған сары түсті болса, ал күміс қоспасы болса түсі ақ сары болып келеді.

Алтын ақшалық құнды металл. Ол әшекейлік-көркемдік істерде, зергерлік бұйымдар жасауда қолданылады. Алтын жеке түрде кездесуінен басқа көптеген сульфидті минералдар құрамына изоморфизм жасай кіреді. Жеке түрі тау жыныстарынан ауырлығына байланысты гравитациялық әдіспен, ал сульфидті минералдар құрамында болса флотациялық әдіспен, не цианмен еріту арқылы бөлінеді.

Алтын кені әр елдерде көп кездеседі.

Күміс(Аg). Күміс жеке түрінде өте сирек кездеседі. Ол көбіне алтын, мыс, қорғасын, сынап, сурьма қоспаларымен аралас келеді. Қаттылығы 2,5. Меншікті салмағы 10–11, жылтыр, металдың түсі ақ. Жылу мен электр тоғын жақсы өткізеді.

Күмістің жаратылысы–магмалық. Ол көбіне сульфидті минералдар құра-мында жиі кездеседі, әсіресе қорғасын минералдар құрамында көбірек болады. Жалпы жаратылыс жағынан күміс алтынға көп ұқсайды. Бірақ ол жер бетінде алтындай төзімді емес, беті қарайып азырақ тотығады. Алтынға қарағанда көп тарамаған минерал. Ол азот қышқылында, тұз қышқылында жақсы ериді.

Күміс ақша жасауға, химиялық ыдыстар және ас ыдыстарын және әртүрлі қорытпалар жасауға қолданылады. Оның тоқ өткізгіштігі мыстан көп жоғары болғандықтан аспаптарда түйісу нүктелерінде пайдаланылады. Бұлармен қатар, оның бактерицидтті қасиеті жоғары.

Мыс (Сu). Ол басқа жеке кездесетін элементтермен салыстырғанда (С, Au, Ag, S) химиялық таза элемент. Кейде 2,5 %- ке дейін күміспен алтын қоспасы кездеседі. Қаттылығы 2,5 – 3,0, меншікті салмағы 8,5 – 8,9, түсі қызғылтым келеді. Балқу температурасы 1080⁰C. Ол оңай созылғыш,электр тогын жақсы өткізеді. Соған байланысты оның ең көп пайдалынатын орны электр сымдарын жасау екені белгілі.

Күміс азот қышқылында тез ериді, ал тұз қышқылында баяу еріп хлорлы мыс қосындысына айналады.

Мыс адамның өмір тарихында көп замандардан бері белгілі. Соған бай-ланысты, көп уақыт мыс, қола дәуірлері атанғанын білеміз.

Мыс жер қойнында бірсыпыра элементтермен бірігіп, әсіресе күкіртпен 250 минералдар түрінде кездеседі.

Қазіргі кезде ол электротехникада, машина жасау өндірісінде, аспаптар, ыдыстар жасау үшін, ақша жасауда, қола жасауда кеңінен қолданылады.

Қазақстанда Қаңырат, Жезқазған сияқты үлкен кен орындары бар. Олармен қатар полиметалды кендерде жиі кездеседі.

Платина (Pt). Табиғатта оның құрамы таза емес, әсіресе онда темір көп кездеседі. Темірі көп платинаны поликсен дейді. Сонымен қатар платина тобына кіретін элементтер: осмий (Os), паладий (Pd), родий (Rh), иридий (Ir) т.б.

Платина химиялық қасиеті жағынан тотықпайтын алтынға ұқсас. Оны ақ алтын деп те атайды. Оның қаттылығы 4–5, меншікті салмағы 14–19, түсі ақшыл сұр. Балқу температурасы 1780⁰C.

Платина негізгі тау жыныстарымен бірге кездеседі, яғни магмалық, сиректеу гидротермалық түрде де болады. Ол шашыранды кендерде де кездеседі.

Платинадан жоғарғы температураға шыдамды химиялық ыдыстар жасайды.

Сынап (Hg). Сынып сұйық металл, меншікті салмағы 13,6, қайнау температурасы 357 ⁰C, балқу температурасы – 38,9 ⁰C. Онда кейде күміс пен алтын да кездеседі. Азот қышқылында ериді. Буы, тұзы өте улы. Ол күкіртпен қосылса ерігіштігі өте төмен қатты киноварь (HgS) атты сульфидті қосылыс жасайды. Сұйық сынап осы минералдың ыстық бұлақтарда тотығып (вулкан әрекеті пайда болған жерлерде) тұнып еруінен пайда болады. Ауырлығына байланысты жылдам қозғалып жарықшаларға кіріп жиналады.

Сынап Қазақстанда Торғай сурьма кенінде және Жарма ауданында аздап табылған.

Темір (Fe). Темір жерде екі түрде кездеседі. Бір түрі жердің өзінде пайда болған темір, екіншісі – аспаннан метеорит түрде түскен темір.

Темірдің қаттылығы 4–5, меншікті салмағы 7–8. Түсі қара қоңыр. Магниттік қасиеті бар. Таза темір сирек кездеседі және негізді, не ультранегізді магмалық жыныстармен байланысты болады. өте ірі таза темір Гренландияның батыс жағалауында және Германиядағы Кассель қаласының маңайында табылған. Осы екі кен орындарында темір қосылыстары пирротин (FeS) және когенит (FeC) түрінде кездеседі. Соған байланысты таза темір жаратылысы осы минералдармен байланысты болуы керек деген жорамал бар.

Әрине, жек элемент түрінде кездесетін темірдің өндірістік маңызы жоқ. Қазіргі кезде темірдің басты көздері болып (өндіріс үшін) оның тотықты минералдары болып саналады.

Қазіргі заманда металдардың ішінде ең көп пайдаланатыны темір екені белгілі, демек қазір темір заманы. Ол барлық ірі өнеркәсіп пен машина жасау өндірісінің негізгі металы болып табылады. Темірсіз жасалатын машина жоқ десек артық болмас.

Темірдің өндірісте қандай түрлері алынатыны, оның минералдары туралы кейінірек толығырақ тоқтаймыз. Сол сияқты, жеке элементтер туралы сөз болғанда олардың жаратылысының ерекшеліктері қарастырылған жоқ. ол ерекшеліктерінің мәнін толық түсіну үшін әр элементтің атом құрылыстарын жетік білу қажет. Содан кейін олардың валенттіліктерін, атомдық және иондық радиустарын еске ала отырып кристалдық торларының құрылысымен байланыстыру қажет. Әрине, бұлармен қатар минералдың қандай геолиялық жағдайда пайда болу заңдылықтары бірінші кезекте қаралуы тиіс.

Қорыта айтсақ, жеке элементтердің жаратылу ерекшеліктерін қатты заттың физикасымен байланысты. Ол бұл пәннің бағдарламасына кірмейді. Бұл пәнде қойылатын мақсат-жер байлығын тиімді пайдалану үшін оны құрайтын минералдың қысқаша жаратылыстарын, қасиеттерін, оларды кендерден бөліп алу үшін қажетті деректермен танысып білу

Әдебиет: 1-нег.[201-217],2-нег.[44-53]

Бақылау сұрақтары:

1. Минералдар қандай топтарға бөлінеді?

2. Жеке элементтерге нелер жатады?

3. Жеке кездесетін асыл металдар.

4. Асыл металдардан басқа жеке кездесіп қалатын металдар.

5. Жеке кездесетін металлоидтар.

6. Алмаз бен графит арасындағы үлкен айырмашылықтың негізгі себебі не?

7. Алмаздың қолданылуы.

8. Графиттің қолданылуы.

9. Күкірттің негізі не үшін қолданылады?

10. Платина тобына кіретін элементтер.

11. Сынаптың ерекше қасиеті.

12. Өндірісте темір қандай минералдардан алынады?

13. Алтынның қасиеттері, оның еріткіштері.