علم المعادن

الباب الأول: تعريف عام : علم المعادن

يختص علم المعادن Mineralogy بدراسة تلك المواد المتجانسة التي توجد في الطبيعة وتتكون بواسطتها مثل الألماس والذهب والتي نعرفها باسم المعادن. لقد استرعت المعادن انتباه الإنسان منذ قديم الزمان ، حيث ساهمت في بناءحضارته المتطورة بصورة أو بأخرى. إننا نجد في آثار قدماء المصريين (منذ 5000 سنة ) مايدلنا على أ،هم فتحوا مناجم الذهب حيث استخلصوا هذا المعدن النفيس من العروق الحاملة له. ويوجد في الصحراء الشرقية بجمهورية مصر العربية أكثر من 40 منجما فتحها القدماء واستخرجوا منها الذهب الذي صنعوا منه التماثيل والحلي. وكذلك استعملوا مغرة الحديد الحمراء (معدن الهيماتيت) في طلاء مقابرهم ، كما استخلصوا النحاس من معادن النحاس الخضراء والزرقاء التي استرعت إنتباههم في شبه جزيرة سيناء (حيث يوجد بقايا أول فرن في العام لصهر خامات النحاس) ، ومن النحاس صنعوا الأدوات المختلفة. ولم يقف القدماء عند هذا الحد ، بل ساحوا في الصحراء بحثا وراء الأحجار الكريمة ، وهي معادن نادرة جذابة (منها الأخضر مثل الزمرد والملاكيت والفيروز والابيرز) واستعملوها في صناعة عقودهم وزينتهم ، ومنذ ذلك التاريخ والمعادن تسهم بنصيب كبير في نمو الحضارة ، حتى أن كل عصر كان يعرف باسم المعدن الشائع فيه ، فكان عصر الحديد وعصر النحاس ، حتى عصرنا الحاضر. عصر الذرة ، حيث يستخلص الإنسان عنصر اليورانيوم من معادن اليورانيوم المختلفة ليستعمله في إنتاج الطاقة الذرية . وبالرغم من إعتماد الإنسان منذ القدم إعتمادا كليا على المعادن في صناعة أسلحته ، ووسائل راحته ، وزينته ، وعموما في ضرورياته ، فإنه من المدهش حقا أن نجد عددا كبيرا من الناس لديهم فقط فكرة غير واضحة عن طبيعة المعادن ، وأن هناك علما متخصصا في دراستها ومتعمقا في أبحاثها.
إن صخور الجبال ، ورمال الشاطئ ، وتربة الحديثة يتكون معظمها أو جزء كبير منها من المعادن. كذلك فإن جميع المنتجات التجارية غير العضوية التي نتداولها في حياتنا اليومية ، إما أن تكون عبارة عن معادن او صنعت من مود معدنية ، فمواد البناء ، والصلب والأسمنت ، والزجاج – على سبيل المثال لا الحصر – نحصل عليهم من المعادن.
علم المعادن عند العرب
يعتبر ابن سينا (هو أبو علي الحسين بن عبد الله بن سينا المتوفي عام 428 هجرية ؟ 1049 ميلادية) وهو المؤسس الرئيسي لعلم الأرض (الجيولوجيا) أول من درس المعادن دراسة علمية فقد قسمها إلى أقسام أربعة هي: الأحجار والذئبات والكباريت (أو الكبريتيدات) والأملاح (أو المتبخرات). ويأتي بعده العالم العبقري العربي اليروني (هو أبو الريحان محمد بن أحمد البيروني المتوفى بغزنة بالهند عام 440 هجرية ؟1061 ميلادية) ويعتبر كتابه "الجماهر في معرفة الجواهر ، أورع ما كتبه العرب في علم المعادن ، فبالإضافة إلى العدد الكبير من المعادن والاحجار الكريمة والفلزات التي وصفها العالم الفذ ، فإن البيروني فرق بين المعادن والفلزات. ويأتي بعد البيروني العالم التفاشي (هو شهاب الدين أبو العباسي أحمد بن يوسف التيفاشي القيسي المتوفى بالقاهرة عام 651 هجرية؟1271 ميلادية) الذي نهج منهجا علميا في وصف المعادن والأحجار الكريمة في كتابه "أزهار الأفكار في جواهر الأ؛جار" فوصف كل معدن وحجر كريم بالنسبة لجيده وردئه ، خواصه ومنافعه ، قيمته وثمنه ، ثم تكون الحجر من المعادن. ويأتي بعده ابن الأكفاني (هو محمد بن ابراهيم بن ساعد السنجاري المعروف بابن الأكفاني المتوفى بالقاهرة عام 7469 هجرية/1369 ميلادية) الذي ألف كتاب "نخب الذخائر في أحوال الجواهر" وقدم فيه وصفا لاربعة عشر حجرا من الأحجار الكريمة والمعادن.
إن العرب في الحقيقة هم أول من درسوا المعادن دراسة علمية ، قدموا في مؤلفاتهم الأسس العلمية الأولية لعلم المعادن. لقد وصفوا المعادن بالنسبة لخواصها البلورية وخواصها الطبيعية (اللون ، الشفافية ، المخدش أو المحك) والوزن النوعي (الثقل النوعي) والاختبارات الكيميائية ونشأة المعادن وأسمائها.
علاقة علم المعادن بالعلوم الطبيعية الأخرى
عموما يمكننا أن نرتب العلوم التي في الموضوعات الطبيعية غير العضوية – على أساس أصغر وحدة تختص الدراسات فيها اختصاصا مباشرة – ترتيبا متسلسلا. فأصغر الوحدات في علم الفيزياء هي الاليكترون والنيوترون وغيرهما. أما بالنسبة للكيميائي فأصغر وحدة يهتم بها مباشرة هي الذرة ، وهو يهتم بالاليكترونات فقط عندما تؤثر على الذرات. وبطريقة مشابهة يهتم علم المعادن بصفة أساسية بالوحدة البنائية (خلية الوحدة) وهي تمثل أصغر مجموعة من الذرات (أو الأيونات) التي تبين البناء الكامل لبلورة المعدن ، وخو يخص الذرات باهتمامه فقط عندما يؤدي ترتيبها في صور متباينة إلى تكوين أنواع مختلفة من البلورات والمعادن. ويعتبر الصخر (الذي يتكون من جمع من المعادن) أصغر وحدة يهتم بها الجيولوجي إهتماا مباشرا. وعندما يهتم بالمعادن فإن ذلك ينصب على مدى ما نسبته المعادن من تغيير في طبيعة الصخر. أما بالنسبة للفلكي فإن أصغر وحدة في دراساته هي النجم أو الكوكب ، مثل كوكب الأرض ، التي هي عبارة عن خليط من صخور عدة. وفي هذا الترتيب المتسلسل نجد أن علم المعادن يحتل المكان الأوسط ، فوحدة الفلكي أكبر بمراحل من وحدة عالم المعادن ، تماما كما تكبر هذه الوحدة الأخيرة إذا قورنت بوحدة الفيزيائي. ولكنها حقيقة أساسية أيضا أن مجالات التخصص في العلوم المختلفة لا تفصلها حدود رأسية ، إنما تتخط بعضها بعضا ، تخطيا يزداد كلما نمت العلوم وازدادت المعرفة.وعلى سبيل المثال ، بدأ علم الفلك بدراسة المجوم والكواكب ، ولكنه الآن يضم الأبحاث الطيفية للتعرف على العناصر الموجودة في الشمس وغيرها من النجوم. وكذلك يتخصص عالم المعادن أساسا في دراسة المعادن ، ولكن نظرا لأن هذه المعادن توجد في هيئة بلورات ، فإنه يكون لزاما عليه – لكي يتفهم طبيعة هذه البلورات – أن يقوم بدراسة الذرات والأيونات وكذلك الالكترونات ويحيط بها علما.
التركيب الكيميائي للقشرة الأرضية
قام الجيولوجيون بجمع عينات كثيرة لأنواع مختلفة من الصخور ومن مناطق متعددة على سطح الأرض ، ثم قاموا بعد ذلك بتحليلها بغية الوصول إلى معرفة تركيبها الكيميائي ، ومن هذه التحاليل توصلوا إلى معرفة متوسط التركيب الكيميائي للجزء الخارجي من الغلاف اليابس للكرة الأرضية كما هو مبين في الجدول رقم (1)

التركيب في صور عناصر التركيب في صور أكاسيد اسم العنصر الرمز النسبة المئوية اسم الأكسيد القانون النسبة المئوية الأكسجين O 46.71 -- -- -- السليكون SI 27.69 سليكا SIO2 59.58 الألومنيوم AL 8.07 ألومينا AL2O3 15.21 الحديد FE 5.05 أكاسيد حديد FEO.FE2O2 CAO 6.81 5.10 الكالسيوم CA 3.65 الصوديوم NA 2.75 جير NA2O 3.71 البوتاسيوم K 2.58 بوتاش K2O 3.11 المغنسيوم MG 2.08 مغنيزيا MGO 3.45 المجموع 98.58 المجموع 96.47
جدول (1): متوسط التركيب الكيميائي للقشرة الأرضية
ومن هذا الجدول يتضح لنا حقيقتان هامتان: أولا: أن ثمانية عناصر فقط من بين الاثنين وتسعين عنصرا الموجودة في الطبيعة تكون حوالي 99 في المائة بالوزن من تركيب القشرة الأرضي ، وأن بقية العناصر – ومن بينها الذهب والفضة والنحاس والرصاص والزنك – تكون فقط واحد في المائة بالوزن من تركيب القشرة الأرضية.
ثانيا: إن الأكسجين هو أكثر العناصر الثمانية انتشارا على الاطلاق ، ولكن هذا لا يعني أن الأكسجين حر طليق في القشرة ال{أضية ، ولكنه في الواقع مرتبط ارتباط كيميائيا في الصخور المختلفة ، وكذلك الحالة بالنسبة للعناصر السبعة الأخرى ، فهي لا توجد بحالتها العنصرية في هذه الصخور ، ولكنها جميعا توجد متحدة ومرتبطة بطريقة أو بأخرى لتكون ما يعرف باسم المركبات الكيميائية.
ونحن نعرف من دراستنا الكيميائية أن العناصر سالفة الذكر باستثناء الأكسجين والسليكون هي عبارة عن فلزات ، أما السليكون فله ميل نحو الفلزات ، ولكن خواصه تدلنا على أنه يقع بين الفلزات واللافلزات.
وتتحد هذه العناصر السبعة مع الأكسجين لتولد الأكاسيد. ويمكن اعتبار الأكسيد وحدة كيميائية أساسية. كما يتضح من ذكر التركيب الكيميائي للقشرة الأرضية في صورة أكاسيد ، في جدول (1). والمعروف أن أكاسيد الفلزات تعطي قواعدا بينما تعطي أكاسيد اللافلزات أحماضا. ويتفاعل أكسيد السليكون في هذه الأحوال – خصوصا عندما توجد الأكاسيد الفلزية – كحامض ، وتكون النتيجة أن يتحد أكسيد السليكون اتحادا كيميائيا بالأكاسيد الفلزية (قواعد) ليكون السليكون. فمثلا اذا اتحد أكسيد المغنسيوم كيميائيا مع أكسيد السليكون ، فإنه ينتج عن ذلك مركب كيميائي يعرف باسم سليكات الماغنسيون.
M2O + MIO2 = MGSIO2 وهذا المركب الناتج هو أحد المركبات التي تتكون بواسطة الطبيعة في جوف الأرض وفي ظروف من الضغط والحرارة مختلفة تماما عما يحدث على سطح الأرض.
وفي العادة يتحد أكثر من أكسيد فلزي مع أكسيد السليكون لتكوين سليكات ثنائية أو ثلاثية أو أكثر تعقيدا عن ذلك مثل سليكات الألومنيوم والبوتاسيوم.
K2O + AL2O2 + 6 S IO2 = 2 KALSI2O2
هذه السليكات وغيرها من المركبات الكيميائية التي توجد في الطبيعة وتكونت بفعل الطبيعة. هي ما نسميها بالمعادن ، وهي التي تدخل في تركيب الصخور المختلفة التي تكون القشرة الأرضية والغلاف اليابس فالمركب الكيميائي الأول (سليكات الماغنسيوم) الذي يوجد في الطبيعة يعرف باسم معدن إنتاتيت Entatitine ، أما المركب الثاني فيعرف باسم أرثوكليز Orthoclase. وهناك بعض العناصر تكون معادن بمفردها ، مثل الذهب والنحاس والكبريت والكربون. إن هذه المعادن توجد في الطبيعة مكونة من عنصر واحد فقط ، بدلا من أن تكون مركبا كيميائيا ، ولذلك فإنها تعرف باسم المعادن العنصرية Native Minirale ومن أمثلتها معادن الذهب والنحاس والكبريت والألماس والجرافيت . وعلى ذلك نجد أن الخاصية الأساسية للمعادن أنها تنتج وتتكون بواسطة الطبيعة ، أي أنها منتجات طبيعية وليست صناعية.
ويتميز كل من هذه المعادن سواء أكان مركبا أم عنصار بأن ذراته المكونة له توجد مرتبة في نظام هندسي ، أو بمعنى آخر يتميز المعدن بكونه متبلورا ، أي يوجد في هيئة بلورات.
وفي كثير من الأحيان لا يوجد المعدن بمفرده في الطبيعة ، ولكنه يوجد مختلفطا مع معدن آخر أو أكثر ، وينتج عن ذلك مخلوط من عدة معادن . مثل هذا المخلوط الطبيعي من معادن مختلفة هو ما يعرف باسم صخر.
طبيعة المعادن
يمكننا أن ننظر إلى المعادن – بصفة عامة – على أنها المواد التي تتكون منها صخور القشرة الأرضية ، وعلى هذا الأساس تعتبر المعادن أهم صلة طبيعية متيسرة بين أيدينا لمعرفة تاريخ الأرض ، أو بعبارة أخرى إنها السجل الذي سجلت فيه الحوادث المختلفة لتكون تاريخ الأرض. ويعتبر الجيولوجي المعادن التي يجدها في الصخور والعروق منتجات نهائية لعمليات طبيعية كثيرة ومتشعبة ، ووظيفته الأولى هي الكشف وإزاحة الستار عن غوامض هذه العمليات. وأول ما يقوم به جيولوجي المعادن في هذه الوظيفة هو دراسة خواص أنواع المعادن (بلورية ، فيزيائية ، كيميائية) ونشأتها ، وعلاقتها الزمانية والتسلسل الزمني لتكونها أو ما نسميه بالنشأة التتابعية. إن معظم أنواع الصخور تتكون من مخاليط معادن عدة ، ولكن قلة من الصخور ، مثل الحجر الجيري تتكون أساسا من معدن واحد. والغالبية العظمى من المعادن توجد في الطبيعة مكونة الصخور المختلفة ، أما الباقي فيوجد في الطبيعة مكونا العروق ومالئا الفجوات ، ومعظم معادن هذا النوع الأخير من الظهور والتواجد في الطبيعة ذو فائدة اقتصادية ، وتعرف هذه المعادن باسم الخامات Ores ، ومنها استخرج الفلزات المختلفة التي تستفيد الحضارة البشرية منها.
وبما أن هدف جيولوجي المعادن هو الوصول إلى الحقائق الفيزيائية والكيميائية والتاريخية للقشرة الأرضية ، لذلك كان لفظ "معدن" ، والدراسات المعدنية محصورا في المواد التي توجد وتتكون في الطبيعة. فمثلا الصلب والأسمنت والزجاج ولو أ،ها مواد ناتجة من وحدات معدنية توجد في الطبيعة ، إلا أنه لا تعتبر معادن لأن الإنسان قام بتجهيزها ، وكذلك الحال بالنسبة لجوهرة صناعية مثل الياقوت ، فلو أنها تشابه تماما جوهرة الياقوت الطبيعية كيميائيا وفيزيائيا إلا أنه تعتبر معدنا.
ولا يدخل في اختصاص جيولوجي المعادن تلك المواد الناتجة من النشاط الحيواني والنباتي مثل الفحم وزيت البترول والكهرمان الخ ، ولو أن هذه المواد توجد طبيعيا في القشرة الأرضية. فاللؤلؤ والصدفة ولو أنهما يشبهان تماما معدني الإراجونيت Aragonite ، الكالسيت Calcite ، إلا أنهما لا ينتظمان تحت صنف المعادن. هذا بالنسبة لجيولوجي المعادن. ولكن الجيولوجي الاقتصادي لا يتقيد بهذا التحديد فعندما يتكلم عن الثروات المعدنية لبلد ما فإنه يشمل البترول والفحم وكلاهما منتجات عضوية.
وربما كان أهم تحديد وضعه جيولوجي المعادن عن تعريفه للمعدن هو أن المعدن لابد أن يكون عنصرا أو مركبا كيميائيا ، أي لابد أن نكون قادرين على التعبير عن التركيب الكيميائي للمعدن بواسطة قانون كيميائي. وعلى هذا الأساس يستثنى من المعادن جميع المخاليط الطبيعية (الميكانيكية) مهما كانت متجانسة ومنظمة. ولقد نتج هذا التحديد من الصورة التي يعرفها جيولجي المعادن عن المواد المتبلورة ألا وهي ذلك الهيكل أو البناء من الذرات والأيونات ومجموعاتها اذي يمتد بصورة منظمة هندسية في كل أنحاء المادة الصلبة المتبلورة. مثل هذه المادة الصلبة المتبلورة لابد أن تخضع لقوانين النسب الثانية والمضاعفة ، وكذلك يجب أن تكون المادة في كليتها متعادلة كهربيا. فإذا أحللنا ذرة محل أخرى في هذه المادة الصلبة المتبلورة – وكثيرا ما يحدث هذا في الطبيعة – فإن هذا لا يؤثر أو ينقس من التعريف بل ينطبق على مثل هذه المادة ، طالما أن البناء الذري (الهيكل الذري) لم يتعير وطالما أن الحالة الكهربية متعادلة ، ولهذا السبب فإننا نجد المعادن في بعض الأحيان ذات تركيب كيميائي متغير – ولكن في نطاق محدود = وذلك بسبب إحلال ذرة عنصر محل ذرة عنصر آخر في بناء المعدن.
ومن ناحية أخرى نجد أن مادة مثل إمري Emery ، توجد في الطبيعة ولها تركيب كيميائي غير عضوي ثابت تقريبا لا ينطبق عليها التعريف أعلاه ، وبالتالي لا تعتبر معدنا ، لماذا ؟ لأنه يمكن فصل هذه المادة إلى مركبين كيميائيين مختلفين تمام الاختلاف عن بعضهما البعض في خواصهما الفيزيائية والكيميائية هما كوراندوم Corundum Al2O3 ، وماجنتيت Magnetite Fe3O4.
وعلى ذلك نجد أن التركيب الكيميائي للمعدن المكون من عدة عناصر يمكن التعبير عنه بقانون تتحدد فيه العناصر بنسب ثابتة. فمثلا في المعدن الشائع العروف باسم كوارتز Quartz نجد أن النسبة هي 1 ذرة سليكون إلى 2 ذرة أكسجين ، وينتج عنها القانون SiO2. وكذلك الحالة بالنسبة لمعدن خام الحديد المعروف باسم هيماتيت Hematite نجد القانون Fe2O3 ، يدل على أن النسبة هي 2 ذرة حديد إلى 3 ذرة أكسجين. وهذه النسب ثابة لا تتغير مهما تغير المكان الذي نجد في الكوارتز أو الهيماتيت. أما المعدن المكون للصخور والمعروف باسم أوليفين Olivine ، فنحد أن قانونه كما تدل عليه التحاليل الكيميائية هو (Mg2Fe)2 SiO4 . مثل هذا القانون يدل على أن المغنسيوم والحديد يوجدان في جميع معادن الأوليفين بنسب تختلف من مكان لآخر ، ولكن النسبة بين مجموع ذرات المغنسيوم والحديد إلى عدد ذرات السليكون والأكسحين ثابتة. وهذا يعني بالنسبة لجيولوجي المعادن أن ذرات المغنسيوم والحديد حرة في إحلالها محل بعضها البعض في أماكنها المتشابهة في البناء الذري المميز لمعدن الأوليفين. ومثل هذا الاختلاف في التركيب الكيميائي ، نتيجة لإحلال ذرة عنصر آخر ، لا يتعارض مع قانون النسب الثابتة في المركبات الكيميائية.
وعندما يتكون المعدن وينمو فإن نسب الذرات المكونة له تظل محفوظة ، وينتج عن ذلك ترتيب الذرات ترتيبا هندسيا منتظما في الأبعاد الثلاثة. ويمكننا في الوقت الحاضر التعرف على هذا النظام الذري الداخلي بواسطة طرف فنية أستعمل فيها الأشعة السينية والميكروسكوب. ولكن قبل استعمال هذه الطرق كانت دراسة الأسطح الخارجية للمعدن هي التي تعطينا فكرة عن الترتيب الذري الداخلي ، وعندما يكون المعدن حرا في نموه كما يحدث في فجوة واسعة مثلا ، فإن الذظام الذري الداخلي يعكس نفسه في الخارج عن طريق السطوح التي تحد المعدن من الخارج وينتج عن ذلك تكوين بلورة المعدن.
وعلى ذلك يمكننا تعريف المعدن بأنه كل مادة صلبة متجانسة تكونت بفعل عوامل طبيعية غير عضوية وله تركيب كيميائي محدود ونظام بلوري مميز.
ولعلم المعادن صلة وثيقة بعلوم الجيولوجيا والفيزيائي والكيمياء ، فجيولوجي المعادن يرسم الخرائط الجيولوجية في الحقل ويبين عليها الرواسب المعدنية والظواهر البنائية للقشرة الأرضية ، ويجمع العينات من هنا وهناك. ثم يحللها في مختبره ، ويجري عليها الطرق المختلفة التي يستعملها الكيميائي والفيزيائي.
ولو أن علم المعادن علم متكامل الوحدات ، إلا أنه لغرض الدراسة ومعالجة موضوع المعادن في هذا الكتبا بطريقة سهلة يمكننا تقسيم العلم إلى أفرع البلورات والخواص البلورية للمعادن Crystallography ، والخواص الفيزيائية للمعهادن ، والخواص الكيميائية للمعادن. ونشأة المعادن وتكونها في الطبيعة سواء أكان ذلك في الرواسب المعدنية المعروفة باسم الخامات أم في أنواع الصخور المختلفة ، ثم وصفها وطرق التعرف عليها والتمييز بينها.
يتبع

الباب الثاني: البلورات والخواص البلورية للمعادن

تعريف
علم البلورات هو ذلك العلم الذي يختص بدراسة البلورات والمواد المتبلورة. والمعروف أن المواد المتبلورة توجد في الطبيعة إما في حالة حبيبات منفردة أو مجموعات. ويمكن تعريف البلورة بأنها عبارة عن جسم صلب متجانس يحده أسطح مستوية تكونت بفعل عوامل طبيعية تحت ظروف مناسبة من الضغط والحرارة. والأسطح المستوية التي تحدد البلورة تعرف باسم أوجه البلورات.
والأوجه البلورية في الحقيقة هي تعبير وإظهار للترتيب الذري الداخلي للمادة المتبلورة. والعملية التي تنتج لنا بلورات تعرف باسم عملية التبلور ، وهي عملية تحدث أمام أعيننا إذا تبخر ماء البحر أو المحاليل المشبعة ، أو برد مصهور ببطء أو تكثف غاز إلى الحالة الصلبة مباشرة. وفي البلاد الباردة يتجمد ماء المطر بسبب انخفاض درجة الحرارة وتتكون بلورات الثلج سداسية الشكل.
فإذا فحصنا أي بلورة منفردة من هذه البلورات الناتج نجد أن التي نمت بحرية دون عائق يحد من حريتها في النمو ، لها أسطح مستوية أو أوجه ، تكونت طبيعيا أثناء نمو البلورة. أم الأسطح التي نراها مصقولة على قطعة من الزجاج ، ومرتبة في شكل هندسي جميل ، وتباع كجواهر مقلدة ، فإنها لا نسمي أوجهها بلورية كما أن الزجاج نفسه لا يسمى بلورة ، فبالإضافة إلى أن هذه الأسطح المستوية صناعية التكوين ، فإن المادة نفسها وهي الزجاج ينقصها النباء الذري الداخلي المرتب.
ويستخدم علم البلورات الآن باستمرار وباطراد مستمر في حل كثير من المشاكل الكيميائية والفيزيائية وفي دراسات وأبحاث التعدين والمواد الحرارية والادوية والدراسات البيولوجية (الحيوية).
ويمكن تقسيم البلورات حسب إستكمال الأوجه البلورية إلى ثلاثة أقسام:
1- بلورات كاملة الأوجه وذلك حينما تكون جميع الأوجه البلورية موجودة.
2- ناقصة الأوجه ، وذلك حينما يكون جزء من الأوجه متكون فقط والباقي غير موجود.
3- عديمة الأوجه ، وفي هذه الحالة يكون المادة المتبلورة عبارة عن حبيبات لا يحدها أوجه بلورية ، وغالبا ما توجد هذه الحبيبات في هيئة مجموعات .
وتشترك هذه الأنواع الثلاثة (كاملة الأوجه – ناقصة الأوجه – عديمة الأوجه) ، في أن لها بناءا ذريا داخليا منتظما. أو بمعنى آخر أن المواد المكونة لها سواء أكانت ذرات أم أيونات .. توجد مرتبة في نظام هندسي. وعلى هذا الأساس يتبين لنا أنه ليس من الضروري بتاتا ان نجد الأوجه البلورية تحدأ المادة المتبلورة ، إذ أن تكون هذه الأوجه رهن بالظروف المحيطة بالمادة المتبلورة أثناء عملية التبلور. وعلى ذلك فإننا نعرف كل مادة صلبة ذات بناء ذري داخل يمنظم باسم مادة متبلورة ، فإذا كانت هذه المادة المتبلورة ذات أوجه طبيعية مرتبة في نظام هندسي ، ويمكن رؤية هذه الأوجه بواسطة العين المجدرة ، أو عدسة مكبرة ، سميت باسم بلورة.
أما إذا كانت المادة ينقسها النباء الذري الداخلي المنتظم فتوصف بأنها مادة غير متبلورة ، وتكون المعادن غير المتبلورة في المملكة المعدنية قلة (وتعتبر استثناء وليست قاعدة إذا التزمنا بالتعريف الحرفي للمعدن الذي يتضمن أن المعدة مادة متبلورة) ، ومن أمثل المعادن غير المتبلورة الأوبال Opal (SiO2. nH2O) ، والكريزوكولا Chrysocolla (سليكات النحاس المائية). ولما كان البناء الذري في مثل هذه المواد غي رالمتبولة غير منتظم فإننا نجد أن تركيبها الكيميائي غير ثابت. وبالتالي لا يعبر عنه بقانون كيميائي. فمثلا تتراوح نسبة الماء في معدن الأوبال ما بين 6 ، 9 بالمائة وقد تصل إلى 20 بالمائة من وزن المعدن. أما في معدن الكريزوكولا ، فإن تركيبه الكيميائي متغير في مدى كبير حيث نجد أن كميات النحاس والماء متغيرة وليست ثابتة.
ومن هذا يتضح لنا أن الفرق بين المادة المتبلورة وغير المتبلوة يكون في البناء الداخليز وفإذا كانت الذرات مرتبة في نظام معين فالمادة متبلورة ، أما إذا لم تكن كذلك ، أي أن الذرات غير مرتبة ، فالمادة اذن غير متبلورة. وعندما لا توجد أوجه بلورية ، فإنه لا يمكن التفرقة بين المادة المتبلورة وغير المتبلورة إلا بواسطة استعمال الميكروسكوب المستقطب وفي بعض الأحياء الأشعة السينية.
ولكن إذا كانت الأوجه البلورية موجودة ، كلها أو بعضها ، فإن دراستها تساعدنا كثيرا في التعرف على المعدن ، لأن الأوجه البلورية ، ما هي إلا تعبير عن البناء الذري الداخلي المميز للمعدن. و"موروفوروجيا البلورات" هو ذلك الفرع من علم البلورات الذي يختص بدراسة الخواص الخارجية للبلورات.
وقبل أن نصف المظهر الخارجي للبلورات بشئ من التفصيل ، يجدر بنا أن نشير إشارة سريعة إلى بعض الخواص الهندسية للبناء الذري الداخلي المنتظم للبلورات.
البناء الداخلي للبلورات
تتميز المواد المتبلورة بحقيقة أساسية هي الترتيب المنتظم للذرات والأيونات التي تتكون منها. وعلى ها الأساس يجب أن نتصور البلورة كبنيان يتكون من وحدات غاية في الدقة تتكرر بانتظام في الأبعاد الثلاثة. وأساس البناء البلوري هو التكرار ، الذي يمكن تشبيهه بتكرار رسم معين على ورق الزينة الذي يلصق على الحائط (ولكن مع فارق أنه في هذه الحالة الأخيرة يتكرر في بعدين فقط).
وتترتب هذه الوحدات المتشابهة عن نقاط منتظمة في الأبعاد الثلاثة بطريقة تجعل كل نقطة لها نفس الظروف المحيطة بالنقاط الأخرى ، وبتحديد هذا الترتيب بواسطة اتجاهاته الثلاثة والمسافات التي تتكر عندها النقاط في هذه الاتجاهات. وقد أوضحت المحاولات التي قام بها برافيه عام 1848 أن هناك 14 نمطا فقط لهذه الترتيبات ممكنة هندسيا . وتعرف هذه الترتيبات الفراغية باسم الترتيبات الفراغية الأربعة عشر لبرافبه The 14 Barvbis space lattices.
وأبسط وحدات الترتيب الفراغي مجسم متوازي السطوح ويعرف باسم الوحدات الثنائية ، ويلاحظ أن بعض هذه الترتيبات الفراغية أو الوحدات الفراغية البدائية تحتوي الواحدة منها على نقطة واحدة (وتفسير ذلك أنه بالغرم من وجود نقاط عند الأركان الثمانية للوحدة البنائية في الترتيب الفراغي البدائي. إلا أنه نظرا لأن كل نقطة من هذه النقاط تكون مشتركة بين ثماني وحدات بنائية متجاورة. فإن ثمن نقطة يتبع الوحدة البنائية الواحدة ، وبالتالي تسهم النقاط عند الأركان الثمانية بما يساوي نقطة واحدة بالنسبة للوحدة البنائية الواحدة). وتختلف هذه الوحدات البنائية البدائية عن بعضها البعض في أطوال حدودها (حوافها) والزوايا المحصورة بين هذه الحدود ((α, β, γ ، أما بقية الوحدات البنائية ، فلها نقاط إضافية إما عند مراكز جميع الأوجه . وتعرف باسم ممركز الأوجه أو عند وجهين متقالبين أو ممركزة في الداخل. وفي جميع هذه الحالات تكون الوحدة البنائية مضاعفة أي تحتوي على أكثر من نقطة (4 نقاط في حالة F ، نقطتان في كل من حالتي C , I).
وتكون الوحدات البنائية المرصوصة في ترتيب الهيكل الغرافي – ترتيب فراغي بدائي P ترتيب فراغي ممركز في الدخل 1 – البلورات التي نمسكها بين أيدينا ونجري عليها الاختبارات ومها هذه الوحدات في الحقيقة إلى ذرات أو مجموعات من الذرات. ففي البلورة كما في المعادن العنصرية (أي التي تتكون من عنصر واحد) ، نجد الذرات غير مشحونة ، ولكن في معظم الحالات تحمل الذرات شحنات كهربية ، وتعرف حينئذ باسم أيونات (تعرف الموجبة منها باسم كاتيونات بينما تعرف السالبة باسم أنيونات). وتتكون معظم المعادن من أيونات أو حشود من الأيونات يضمها إلى بعضها البعض روابط كهربائية نائية عن الشحنات المضادة ونقصد بكلمة بناء البلورة ترتيب الأيونات والمجموعات الأيونية في الفراغ وطبيعة الروابط الكهربائية التي تضم هذه الأيونات إلى بعضها البعض ، ومدى قوة هذه الروابط. ويمكن تشبيه الوحدات البنائية (الذرات والأيونات والحشود الأيونية) ، بقالب الطوب في بنيان حائط بينما تشبه الروابط الكهربية بين هذه الوحدات البنائية ، بالمونة التي تضم القوالب بعضها إلى بعض.
الخواص الخارجية للبللورات
الأوجه البلورية
قلنا أن البلورة تتميز عن المادة المتبلورة في أنه لها أسطحا مستوية خارجية تعرف بالأوجه البلورية. ومنجد أن الأوجه البلورية لها علاقة بالنظام الذري الداخلي. هذه العلاقة نائية من أن هذه الأوجه البلورية تكونت نتيجة لهذا النظام الذري الداخلي ، والملاحظ أنه عندما ترتب الذرات نفسها في أي نظام – أثناء نمو المادة المتبلورة. قد يكون هناك عدد معين من السطوح المحتمل تكونها لتحد البلورة الناتجة وهذا العدد يكون عادة قليلا ، وذلك لأنن المستويات التي تشمل أكبر عدد من الذرات هي التي تحدد أمكنة الأوجه البلورية. أي أن الأوجه البلورية المحتمل تكونها (وفي المادة هي التي تتكون فعلا) ، هي التي تشمل أكبر عدد ممكن من الذرات.
ولما كان البناء الذري الداخلي للمادة المتبلورة ثابت ، وأن الأوجه البلورية – كما أسلفنا – لها ارتباط وثيق بنظام ثابة بالنظام الذري الداخلي ، فإنه ينتج عن ذلك أن الأوجه البلورية الخارجية لابد وأن تكون ذات عرقة ثابتة مع بعضها البعض. هذه العلاقة الثابتة بين الأوجه البلورية توجد في الزوايا التي تكونها الأوجه. وهذه الحقيقة تعرف باسم قانون ثبات الزوايا بين الوجهية Law of constancy of interfacial angles.
وينص هذا القانون على أن زاوية الميل بين وجهين بلورين (زاوية بين وجهية) ثابتة في بلورات المادة الواحدة (عند درجة الحرارة الواحدة). فنجد في الشكل السابق (11) أن الوجه أ ح يعمل زاوية مقدارها 45 مع الوج أب ب في جميع البلورات في هذه المادة ذات النظام الذري المبين (المسافات متساوية بين الذرات في جميع الاتجاهات) ، أما الوجه أ د فإنه يعمل زاوية مقدارها 41 33 درجة مع الوجه أ ب ، ويعمل الوجه أ هـ زاوية مقدارها 34 26 درجة مع الوجه أ ب ، أم الوجه أ و فيعمل زاوية مقدارها 26 18 مع الوجه أ ب.
وهذا القانون أساسي ومهم جدا في علم البلورات ، فبواسطته يمكن التعرف على كثير من العادن ، وذلك إذا قسنا الزوايا بين الوجهين بدقة (بواسطة جهاز يعرف باسم الجونيومتر) إذ أن هذه الزواياة مميزة لكل معدن. ومن أبسط أنواع الجيونيومتر النوع الذي يعرف باسم جونيومتر التماس ، شكل (11) الذي يستعمل في قياس الزوايا بين الوجهية على البلورات الكبيرة ونتائجه دقيقة إلى حد ما.
ويمكن التعرف على طريقة استعماله بملاحظة الشكل (12) ويجب مراعات أن يكون مستوى ذراعي الجيونيومتر متعامدا تماما على حرفي البلورة اللذين يحصران بينهما الزاوية بين الوجهية.
كما يجب ألا يغب عن الذهب أن الزوايا المكملة (الزوايا الداخلة) هي التي تقاس عادة وتدون كقيمة للزوايا بين الوجهية عند دراسة البلور. ففي شكل (13) تسجل الزاوية التي مقدارها 40 درجة وليست الزاوية التي مقدارها 140 درجة.
وأول من لاحظ ثبات الزوايا بين الوجهية هو العالم الدنماركي استينوهام 1669. فعندما قطع مقاطع أفقية في عدد كبير من بلورات الكوارتز شكل (13) ، وجد أن الزاوية بين أي وجهين ، ولكيونا م1 ، م2 مثلا ، مقدارها ثابت بين جميع الأوجه التي تناظر م1 ، م2 في المقاطع الأخرى. هذه الزاوية مقدارها 12- درجة مهما اختلفت البلورات في الشكل الخارجي أو الحجم ، ومن أي مكان جمعت البلورة.
وتختلف بلورة المعدن الواحد في الطبيعة من ناحية مظهرها. فمنها الصغير ومنها الكبير ، ومنها المفلطح ومنها الطويل ، إبريا كان أو منشوريا. ولكننا نجد أنه مهما اختلف المظهر فإن الزوايا بين الوجهية ثابتة. فبلورة مكعبة الشكل شكل (14) قد توجد متساوية الأبعاد أو مفلطحة أو منشورية ، أو ابرية لاشكل ولكن في جميع الحالات تبقى الزاوية بين أي وجهين متناظرين ثابتة ومقدارها في هذه الحالة 90 درجة.
والسبب في ذلك أن المظهر الخارجي للبلورة المكعبة هو الذي تغير ، أما البناء الداخلي وترتيب الذرات فلم يتغير – فالوحدات البنائية التي يتكون منها المكعب شكل (14 ب) ثابتة في جميع المظاهر الخارجية للبلورة. فهي وحدات متساوية الأبعاد ، والذي حدث هو أ،ه أثناء عملية نمو البلورة ، تؤثر الظروف المحيطة على النمو ، فقد تجعل الوحدات البنائية تضاف بنسب متساوية في الأبعاد الثلاثة فينتج المكعب. أو تضاف بسرعة كبيرة في بعدين فقط وبسرعة بطيئة في بعد واحد فتنتج بلورة مفلطحة (نضدية) ، (أقصى اليمين في شكل – 14) ، أو تضاف الوحدات البنائية بسرعة كبيرة نسبيا في بعد واحد فقط فتنتج بلورة منشورية ، أو بسرعة كبيرة جدا في بعد واحد أيضا فتنتج بلورة إبرية (أقصى اليسار في شكل – 14).
ونلاحظ بصفة عامة أن الأوجه البلورية في البلورات الطبيعية (الموجودة في الطبيعة) غير متساوية التكوين. فنجد مثلا أن الأوجه البلورية الثمانية للشكل البلوري المعروف بالسم ثماني الأوجه ، (شكل – 15) لا تكون متساوية في شكل مثلثات متساوية الأضلاع (كما هو الحال في البلورة النموذجية شكل (15- 1) ) ولكن نجد أن هذه الأوجه غير متساوية التكوين ، شكل (15 – ب ، ج) ، ولكن بالرغم من عدم تساوي الأوجه فإن الزوايا بين الوجهية ثابتة ، شكل (15 – د ، هـ ، و).
ويعرف عدم تساوي الأوجه البلورية للشكل البلوري الواحد باسم اختلاف الأوجه البلورية أو النشوء ، وتعرف البلورة في هذه الحالة باسم مختلفة الأوجه البلورية أو مشوهة. والنشوء لا يشير من قيمة الزوايا بن الوجهية بالمرة. وهذا ناتج من أن الأوجه البلورية نفسها ثابتة الميل والاتجاه. لأنها هي الأخرى نتيجة وتعبير للبناء الذري الداخلي المنظم للبلورة شكل (11) ، إذ تكون الأوجه البلورية موازية للمستويات التي تشمل أكبر عدد ممكن من الذرات. وبمان أن الترتيب الذري الداخلي ثابت في جميع بلورات المادة الواحدة ، لذلك كانت الأوجه البلورية المتكونة على جميع هذه البلورات ثابتة الإتجاه أيضا ، وبالتالي تكون الزوايا بينهما ثابتة.
عناصر التماثل Element of Symmetry
من الظواهر الملحوظة على كثير من البلورات ظاهرة التوزيع المنظم والمرتب للأوجه البلورية. فإننا نجد أن جميع الأوجه البلورية وكذلك الذرات والأيونات المكونة للمادة مرتبة حسب نظام خاص وتنسيق معين يخضع لقواعد معينة معروفة باسم عناصر التماثل. وجوهر التماثل هو التكرار. فنلاحظ أن وجه البلورة مثلا أو أحد أحرفها يتكرر عدة مرات – أي يوجد في أماكن متماثلة عددا من المرات – طبقا لقانون ثابت. ويعتبر التماثل أساسا في دارسة البلورات.
ويمكن تعريف التماثل في بلورة ما بأنه عبارة عن العمليات التي ينتج عنها أن تأخذ مجموعة معينة من الأوجه البلورية نفس المكان الذي تشغله إحداها. والعمليات التماثلية المعروفة هي:
1- دوران حور محور (محور التماثل الدوراني).
2- انعكاس خلال مستوى (مستوى التماثل).
3- انقلاب حول مركز (مركز التماثل).
4- دوران حول محور مصحوبا بانقلاب (محور التماثل الانقلابي).
ويعرف المحور والمستوى باسم عناصر التماثل.
محور التماثل الدوراني Rotation axis of symmetry
وهو عبارة عن الخط الذي يمر بمركز البلورة والذي تدور أو تلف حوله البلورة وينتج عن هذا أن يتكرر وضع البلورة. أي ظهور وجه أو حرف ما مرتين أو أكثر ومتخذا في كل مرة وضعها مشابها للموضع الاول خلال دورة كاملة (أي 360 درجة) ، أشكل (16 ، 17 ، 18 ، 19).
ويطلق على المحور اسم ثنائي التماثل أو ثلاثي التماثل أو رباعي التماثل أو سداسي التماثل ، حسب عدد المرات التي يظهر فيها الوجه على البلورة في الدورة الكاملة. ففي حالة المحور ثنائي التماثل ، شكل (16) يظهر الوجه كل 180 درجة. ويتكرر وضع البلورة مرتين في 360 درجة. وفي حالة المحور ثلاثي التماثل ، شكل (17) يظهر الوجه كل 120 درجة ، ويتكرر وضع شكل (18) ، فإن الوجه يظهر كل 90 درجة ، ويتكرر وضع البلورة أربع مرات خلال 360 درجة. وفي حالة المحور سداسي التماثل ، شكل (19) ، يظهر الوجه مرة كل 60 درجة ، ويتكرر وضع البلورة ست مرات في الدورة الكاملة. ويرمز للمحاور التماثلية بالرموز الآتية: 2 ، 3 ، 4 ، 6 ، كما تيبن الأشكال بالصور التالي: (يوجد رموز مرسومة).
وقد يتساءل سائل لماذا لا يوجد محور خماسي التماثل أو سباعي التماثل أو أكبر من ذلك؟ والإجابة على ذلك بسيطة إذا علمنا أن الوحدة البنائية ذات التماثل البلوري يجب أن تكون قادرة على التكرار في الفراغ دون أن تترك أي فجوات أو مسافات. فالأشكال الثنائية التماثل وكذلك الثلاثية والرباعية والسداسية تتكرر لمتلأ الفراغ دون أن تترك أي فجوات أو مسافة بينية ، شكل (20- أ ، ب ، ج ، د ، و) ، بينما تترك الأشكال الخماسية والسباعية والثمانية التماثل شكل (20- هـ ، ر ، ع) مسافات وفجوات (مظللة على الرسم) ،وهذا لا يتفق مع الترتيب المنتظم في الفراغ للوحدات البنائية في الأبعاد الثلاثة.
2- مستوى التماثل Plan of symmetry وهو المستوى الذي يقسم البلورة إلى نصفين متشابهين بحيث إذا وضعنا أحد النصفين أمام مرآة فإن الصورة الناتجة تنطبق تماما على النصف الآخر للبلورة ورم
يتبع

تنطبق تماما على النصف الآخر للبلورة ورمز لمستوى التماثل برمز "م" ( من كلمة مرآة) شكل (21).
3- مركز التماثل Center of symmetry تحتوي البلورة على لمركز تماثل اذا قابل الخط المار بالمركز من أي نقطة على سطح البلورة نقطة مشابهة لها تماما على الجزء المقابل . أو بمعنى آخر إذا وجد لكل وجه بلوري أو حرف في ناحية من مركز البلورة وجه بلوري مشابه أو حرف في الناحية المقابلة الأخرى من مركز البلورة وعلى مسافة مساوية ، فإن هذه البلورة تحتوي على مركز تماثل شكل (22). ويرمز لمركز التماثل بالرمو "ن" ، (نقطة لاتماثل الداخلية) . والبلورة إما أن تحتوي على مركز تماثل واحد فقط أو لا تحتوي على مركز تماثل بالمرة.
4- محور التماثل الانقلابي Inversion axis symmetry يجمع هذا العنصر التماثلي بين محور التماثل الدوراني والانقلابي عبر مركز البلورة. ويجب اتمام العمليتين قبل الحصول على موقع التكرار الجديد. فإذا كان يوجد بالبلورة مركز تماثل فإنه يرمز له عادة برمز محور الإنقلاب أحادي التماثل (أ) ، إذ أ، هذا يكافئ دوران نقطة على البلورة دوة كاملة (360 درجة) ثم تكرارها بإنقلابها عبر المركز في الجهة المقابلة لهذه لانقطة على البلورة. وهناك أيضا محاور انقلابية ثنائية وثلاثية ، ورباعية وسداسية التماثل. والآن لنتقهم كيف يعمل محور التماثل الانقلابي ، وليكن مثلا محور انقلابي رباعي التماثل. في حالة محور الدوران الراعي التماثل (شكل-18) ، نلاحظ أن تكرار أربع نقاط (أو أركان) – تبعد الواحدة منها عن الأخرى 90 درجة – يحدث جميعه إما على الجزء الأعلى من البلورة أو على الجزء الأسفل للبلورة . أما في عملية المحور الانقلابي الرباعي التماثل ، فإن النقاط (أو الأركان الأربع سوف تتكرر أيضا كل 90 درجة ، ولكن اثتنتين منها توجد أعلى البلورة ، بينما توجد النقطتان الآخريان أسفل البلورة ، شكل (23). إن عمل مثل هذا المحور الانقلابي التماثل يشمل أربعة دورانات كل 90 درجة ، ويلي ذلك إذا كانت النقطة الأولى في الجزء الأعلى من البلورة ، كانت النقطة الثانية في الجزء الأسفل للبلورة ، والثالثة في الجزء الأعلى والرابعة في الجزء الأسفل. ويرمز للمحاور الانقلابية أحادية ، وثنائية ، وثلاثية ، ورباعية وسداسية التماثل بالرموز التالية على التوالي: 1 ، 2 ، 3 ، 4 ، 6
واذا فحصنا الأشكال السابقة ، (16) إلى (19) ، شكل (21) بشئ من الدقة والتفصيل ، فإننا نلاحظ أن كلا من هذه البلورات المرسومة تحتوي أكثر من عنصر التماثل المبين في الشكل. فالبلورة المبينة في شكل (16) مثلا تحتوي على محورين آخرين ثنائي التماثل ، كما تحتوي على ثلاثة مستويات تماثلية وتحتوي أيضا على مركز تماثل ، بينما البلورة المبينة في شكل (21) تحتوي على محور ثنائي التماثل عمودي على مستوى التماثل الموضح ، وكذلك تحتوي على مركز تماثل. أما البلورة المبينة في شكل (22) ، فإنها لا تحتوي سوى مركز التماثل المبين بها. وأكبر عدد من عناصر التماثل يمكن أن يوجد في بلورة واحدة هو 23 ، كما سنرى بعد ، أما أقل عدد ، فهناك بلورات لا تحتوي على عناصر تماثل بالمرة.
قانون التماثل Symmetry formula
يمكن كتابة عناصر التماثل في البلورة في هيئة قانون يعرف باسم قانون التماثل الكامل Complete Symmetry formula ، وذلك باستعمال الرموز التماثلية وهي: 2 ، 3 ، 4 ، 6 ، للمحاول الدورانية الثنائية والثلاثية والرباعية والسداسية التماثل على التوالي و 1 ، 2 ، 3 ، 4 ، 6 للمحاور الانقلابية الأحادية والثنائية والثلاثية والرباعية والسداسية التماثل على التوالي ن م لمستوى التماثل ، ن لمركز التماثل. فاذا وجد محور دوران تماثلي عموديا على مستوى تماثل فإن القانون يكتب هكذا 2/م أو 3/م ، الخ ... حسب درجة المحور التماثل ، ويقرأ اثنين على ميم ، وثلاثة على ميم ، الخ .. أما إذا كان المحور التماثلي يمر في المستوى التماثلي وليس عموديا عليه ، فإن القانون يكتب 2م أو 3 م الخ .. حسب درجة المحور التماثلي. أما في حالة وجود مستويان تماثليان أحدهما عمودي على المحور التماثلي والآخر يمر بالمحور فإن القانون يكتب 2/م م أو 3/م م ، الخ. وفي حالة وجود أكثر من محور تماثل واحد أو مستوى تماثل واحد فإن عدد المحاور أو المستويات يكتب في لاركب الأعلى الشمالي لرمز المحور أو المستوى هكذا 32 ، م3 ، 4/م 3 أي ثلاثة محاور ثنائية التماثل ، ثلاث مستويات تماثلية ، ثلاثة محاور رباعية التماثل عمودية على ثلاث مستويات تماثلية ، على التوالي ( لاحظ أن القانون الأخير لا يعني ثلاثة محاول رباعية التماثل عمودية على مستوى تماثل واحد ، إذ أن 4/م تدل على مجموعة غير مجزأة).
الفصائل والمحاور البلورية
الفصائل البلورية Crystallographic systems
تتبع البلورات سبعة أقسام تعرف باسم الفصائل البلورية السبعة ، يمكن التعرف عليها على أساس المحاول التماثلية الموجودة كما يلي: 1 – فصيلة المكعب (أو متساوي الأطوال) وتشمل جميع البلورات التي تحتوي على أربعة محاور ثلاثية التماثل.
2- فصيلة السدساسي ، وتشمل جميع البلورات التي تحتوي على محور واحد سداسي التماثل فقط.
3- فصيلة الرباعي ، وتشمل جميع البلورات التي تحتوي على محور رباعي التماثل فقط.
4- فصيلة الثلاثي ، وتشمل جميع البلورات التي تحتوي على محور واحد ثلاثي التماثل فقط.
5 – فصيلة المعيني القائم ، وتشمل جميع البلورات التي تحتوي على ثلاثة محاور ثنائية التماثل.
6- فصيلة الميل الواحد ، وتشمل جميع البلورات التي تحتوي على محور واحد ثنائي التماثل فقط.
7- فصيلة الميول الثلاثة ، وبلوراتها لا تحتوي على آية محاور تماثلية.
وتضم كل فصيلة من هذه الفصائل السبعة عددا من المجموعات التماثلية ، أو ما يعرف باسم النظم البلورية (اثنين في فصيلة الميول الثلاثة ، وثلاثة في كل من فصيلتي الميل الواحد والمعيني القائم ، خمسة في كل من فصيلتي الثلاثي والمكعب ، سبعة في كل من فصيلتي الرباعي والسداسي) وتحتوي على المميزات التماثلية للفصيلة التي تتبعها ، فمثلا ، قد تحتوي بلورة تابعة لفصيلة الثلاثي على محور دوران ثلاثي التماثل فقط ، أو على محور انقلابي ثلاثي التماثل ، أو على مجموعة من محور واحد ثلاثي التماثل ، وثلاثة محاور ثنائية التماثل ، أو ثلاثة مستويات تماثل ، أو كليهما. معنى ذلك أن فصيلة الثلاثي تضم خمسة نظم بلورية. وعلى هذا الأساس وجد أن الفصائل البلورية لاسبعة تضم 32 نظاما بلوريا ، وفي كل فصيلة يوجد نظام واحد يحتوي على أعلى تماثل بين النظم التابعة لهذه الفصيلة. ويعرف هذا النظام باسم النظام الكامل التماثل.
وسوف نكتفي في مناقشاتنا الحالية بدراسة النظام الكامل التماثل في كل فصيلة بالتفصيل ، أما النظم الأقل تماثلاا في كل فصيلة فسوف نشير إليها في أول الحديث عن الفصيلة. ويجدر بنا أن نشير في هذا المقام إلى أن بعض المؤلفين في بعض الدول يعتبرون فصيلة الثلاثي قسما تابعا لفصيلة السداسي ، وهذا يعني ستة فصائل بلورية فقط ، ولكن العدد الكلي لمجموعات التماثل المختلفة (النظم البلورية) موزعة على هذه الفصائل الستة بعينة نفس العدد (32) الذي يضمه التصنيف إلى سبعة فصائل.
المحاور البلورية Crystallographic axes
المحاور البلورية هي عبارة عن ثلاثة خطوط تصورية أو خيالية ، شكل (24) ، (أربعة في فصيلتي السداسي والثلاثي) والتي يمكن رسمها داخل البلورة بحيث تتقاطع في مركز البلورة (مركز النقل) ، وتعمل كخطوط ترجع إليها كلما أردنا وصف مواضع الأوجه البلورية (كل وجه لابد أن يقطع واحدا أو أكثر من هذه المحاول البلورية على مسافة معينة من المراكز).
واتجاهات المحاور البلورية محددة على البلورة بواسطة العناصر التماثلية الموجودة ، إذ غالبا ما يكون محور التماثل محورا بلوريا وخصوصا بالنسبة للمحور البلوري الرأسية (ج) الذي يمثل في غالبية الأحوال المحور الأكثر تماثل. وينتج عن تقاطع المحاور البلورية ما يسمى بالمتقاطع البمحوري Axial cross ، وبرمز إلى وحدات المحاول البلورية إذا كانت متساوية بالرموز 111. أما إذا كانت الوحدات التماثلية مختلفة الأطوال فإنه يرمز إليها بالرموز أ ، ب ، ج ، حيث أ هو المحور الممتد من الأمام إلى الخلف (الاجاه س) ، ب المحور المتد من اليمين إلى اليسار (الاتجاه ص) ، ج هو المحور الممتد رأسيا (الاجاه ع). ونفرق أطوال هذه الحاول باوسطة استعمال الاشارات الموجبة (+) ، والسالبة (-) ، شكل (24).
وينتج عن تقاطع هذه المحاول الثلاثة زوايا تعرف باسم الزوايا المحورية ، وهي زاوية ألفا (α) بين بن ، ج ، وزاوية بيتا (β) بين أ ، ج ، وزاوية جاما (δ) بين أن ، ب.
وعلى أساس أطوال وحدات المحاور البلورية ، والزوايا بين هذه المحاول ، يمكننا لتمييز بين الفصائل البلورية السبعة كما هو مبين في الجدوذ: اسم الفصيلة الزوايا بين المحاور طول الوحدة في الاتجاهات α β δ س ص (ط) ع الطول الواحد المكعب 90 90 90 أ أ أ السداسي 90 90 120 أ أ أ ج الطولين الرباعي 90 90 90 أ أ ج الثلاثي α = β= δ ╪ 90 أ أ أ ج الأطوال الثلاثة المعيني القائم 90 90 90 أ ب ب ج الميل الواحد 90 >90 90 أ ب ب ج الميول الثلاثية > 90 >90 90 أ ب ب ج
جدول (2) الفصائل البلورية وخواصها

وتبين الأشكال (25) إلى (31) ، المحاور البلورية المميزة لكل فصيلة بلورية ، ومثالات من بلورات المعادن التي تنتمي إليها هذه الفصيلة. والوحدة البنائية لهذه الفصيلة.
ويجدر بنا الإشارة في هذا المكان إلى أن المحور البلوري ج هو دائما محور سداسي التماثل في فصيلة لاسداسي ، ورباعي التماثل في فصيلة الرباعي ، وثلاثي التماثل في فصيلة الثلاثي . وتختلف فصيلة الثلاثي عن السداسي ، بجانب الاختلافات السابقة ، في أن فصيلة الثلاثي لا تحتوي بلوراتها على مستوى تمثالي أفقي.
تعليمات بشأن اختيار المحاور البلورية : (في النظم الكاملة التماثل)
فصيلة المكعب: المحاور الرباعية التماثل هي المحاور البلورية.
فصيلة السداسي: المحور السداسي التماثل هو المحور ج ، وأطول ثلاثة محاور ثنائية التماثل هي المحاور 1 أ 1 ، أ2 ، أ3.
فصيلة الرباعي: المحور الرباعي التماثل هو المحور ج ، وأطول محورين ثنائي التماثل هما ، المحورات أ1 ، أ2.
فصيلة الثلاثي: المحور الثلاثي التماثل هو المحور ج ، وأطول ثلاثة محاور ثنائية التماثل هي المحاور أ1 ، أ2 ، أ3.
فصيلة المعيني القائم: الثلاثة محاور الثنائية التماثل هي المحاور البلورية ، وفي العادة يختار ج أطول من ب ، وب أطول من أ.
فصيلة الميل الواحد : المحور الثنائي التماثل هو المحور ب ، يختار بعد ذلك المحور ج موازيا لحروف أربعة أوجه متشابهة تماما والتي تعتبر مكونة للشكل المنوشري ، وبعد ذلك يختار المحور أ موازيا للسطحين الذين يقطعان أوجه المنشور بزاوية تقرب من القائمة.
فصيلة الميول الثلاثة: ابحث عن ثلاثة أزواج من السطوح المتوازية التي تتقاطع مع بعضها بزوايا تقرب من القائمة والتي تحد الفراغ كعلبة كبريت مشوهة ، وتختار المحاور الببلورية موازية لهذه الأسطح (كل محور موازي لمجموعتين من هذه المجموعات الثلاث) (كل مجموعة تتكون من سطحين). غالبا يكون ج>ب>أ.
الأوجه البلورية ، التقاطعات ، الاحداثيات ، الأدلة
عندما نريد وصف الأوجه البلورية فإنه يكون لزاما علينا أن نحدد مواضع هذه الأوجه بالنسبة للمحاور البلورية. فالذي يهمنا في الدراسات البلورية هو اتجاه ميل الوجه وليس شكله أو حجمه ، وكما سبق أن قلنا إنه ينتج من الاتجاهات الثابتة للأوجه زوايا ثابتة مميزة. تعرف باسم الزوايا بين الوجهية ، فكذلك ينتج من اتجاه ميل وجه البلورة أن الوجه قد يقطع المحاور البلورية الثلاثة ، أو يقطع محورين ويوزاي الثالث ، أو يقطع محورا واحدا ويوازي الاثنين الآخرين. ويظهر كل تقاطع – بين الوجه والمحور البلوري – على مسافة معينة من مركز البلورة ، شكل (32). وتعرف هذه المسافة التي يمكن قياسها بالملليمترات أو السنتيمترات باسم تقاطع الوجه بالمحور اللوري. وعلى هذا نجد أن في البلورات الكبيرة يكون التقاطع أكبر منه في البلورات الصغيرة. لأن قيمة التقاطع في هذه الحالة تتوقف على فرصة البلورة في النمو وعلى ذلك نجد أنه من المستحب ومن الأفضلأن نلجأ إلى طريقة لوصف الأوجه البلورية لا تعتمد بالمرة على حجم البلورة الذي توجد عليه في الطبيعةز مثل هذه الطريقة موجودة ، وفيها لا نستعمل المسافة المطلقة من المركز إلى الوجه وإنما المستعمل المسافة النسبية التي تقاس بالنسبة إلى طول الوحدة على كل محور بلوري. هذا يعني أننا لابد أن نختار أولا وجها بلوريا يقطع جميع المحاور الثلاثة ويحدد ذلك طول اوحدة على كل من هذه المحاور ،ويعرف هذا الوجه باسم وجه الوحدة ، وبعدج ذلك يمكننا أن نعبر عن تقاطعات جميع الأوجه البلورية الأخرى في هيئة نسبة إلى تقاطعات وجه الوحدة.
مثلا في بلورة لمعدن التوباز ، فلوروسليكات الألومنيوم ، نجد أن تقاطعات وجه الوحدة ، أ ، ب ، ج شكل (32) ، هي 1.354 مم ، 2.562 مم ، 1.242 مم على المحاول أ ، ب ، ج على التوالي. ولما كانت هذه الوحدات – مقاسة على هذا النحو بالملليمترات – تدل على الحجم ، وتتغير تبعا لتغيره ، فإننا نتجنت استعمال مثل هذه الوحدات الحجمية. وذلك بأن نقسم كل قيمة من قيم هذه التقاطعات على قيمة التقاطع على المحور ب ، وينتج عن ذلك تقاطعات قيمة (بالنسبة إلى ب) بدلا من التقاطعات المطلقة ، هكذا 1.354/2.562 = 0.528، 2.562/2.562= 1.00 ، 1.242/2.562= 0.477
وعلى ذلك يمكننا تعريف التقاطعات النسبية بأنها عبارة عن التقاطعات الناتجة من قسمة كل تقاطع على ب. وفي المثال المذكور تكون التقاطعات النسبية هي 0.528:1:0.477. ولما كانت هذه النسبة هي نسبة طول الوحدات على المحاور البلورية كما حددها وجه الوحدة.
فإنها تعرف أيضا باسم النسبة المحورية (أي نسبة أ:ب: ج = 0.528:1:0.477). وهي نسبة غير متساوية ، أي أن بلورة التوباز تتبع إحدى الفصائل التالية ، المعيني القائم ، أو الميل الواحد ، أو الميول الثلاثة. ولكن لما كانت الزوايا المحورية الثلاثة قائمة ، فالبلورة إذن تتبع فصيلة المعيني القائم. ونلاحظ في هذه الحالة أن المسافات السابق قياسها للتقاطعات (بالملليمترات) قد تفاديناها باستعمالنا للنسبة التي يكون فيها تقاطع ب يساوي دائما 1 (واحد) (لأننا نقسم دائما المسافات المطلقة على مسافة ب لتنتج هذه النسبة).
أما احداثيات الوجه البلوري (البارامترات) ، فهي عبارة عن رموز تدل على التقاطعات النسبية لهذا الوجه مع المحاور البلورية ، أي نسبة التقاطعات النسبية لهذا الوجه إلى التقاطعات النسبية لوجه آخر.
احداثيات الوجه = التقاطعات النسبية لهذا الوجه/ التقاطعات النسبية لوجه آخر.
ولما كان وجه الوحدة قد أختير ليقطع المحاور البلورية عند أطوال الوحدة إن احداثياته تكون أ:ب:ج (مفهوم أن الرقم 1 يسبق كل من هذه الحروف لأننا لا نكتب 1أ:اب:1ج).
في شكل (32) تقاطعات وجه الوحدة أ ، ب ، ج . ولنأخذ وجها آخر وليكن هـ ، ب ، و موجودا على بلورة التوباز أيضا. هذا الوجه له التقاطعات الآتية 0.676 مم ، 2.562 مم ، 2.444 مم على المحاور أ ، ب ، ج على التوالي ، فإذا قسمنا هذه التقاطعات على تقاطع ب فإنه ينتج عن ذلك التقاطعات النسبية الآتية: 1.676/0.562 : 2.562/2.562: 2.444/2.562 ، أي 0.954:1:2.64. ثم إذا قسمنا هذه الأرقام (التقاطعات النسبية للوجه) على التقاطعات النسيبة لوجه الوحدة فإنه ينتج عندنا النسبة الآتية: 0.264/0.528 = 0.5 1.000/1.000= 1: 0.954/0.477 = 2
هذه الأرقام الأخيرة 1.5: 1ب:2ج هي احداثيات الوجه الثاني هـ ، ب ، و ، وعندما يكون الوجه البلوري موازيا لأحد المحاور البلورية ، أي أنه لا يقطعه فإن الرمز ∞ (مالا نهاية) يستعمل في احداثياته.
ومن ذلك نرة أن الوجه البلوري إما أن يقطع المحور على مسافة معينة ، أو يكون موازيا له. وينتج عن ذلك أن الاحداثيات الممكنة في جميع الفصائل البلورية لا تتعدى سبعة احداثيات أساسية هي أ: ب : ج ، ∞أ: ب: ج ، أ: ∞ب: ج ، أ : ب: ∞ج ، ∞أ : ∞ب: ج ، ∞أ: ب : ∞ج ، أ: ∞ب: ∞ج.
وفي شكل (33) نشاهد وجه الوحدة له الاحداثيات 1أ: 1ب: 1ج. أما في شكل (34) فنشاهد بلورة بها وجه الوحدة 1أ: 1ب: 1ج يقطع المحاور البلورية في مسافات الوحدة ، ووجه آخر له الاحداثيات 1أ: 1ب: ∞ج ، موازي للمحور الرأسي ج.
ويسمى كل من هذه الاحداثيات تبعا للفصيلة البلورية أو حسب عدد الأوجه التي يتطلبها التماثل في هذه الفصيلة ، فمثلا يعرف أ: ب : ∞ج في جميع الفصائل البلورية باستثناء المكعب ، باسم منشور ويوصف كمنشور رباعي أو منشوري معيني قائم ، شكل (34) ، تبعا للتماثل والفصيلة البلورية التي تنتمي إليها البلورة.
الأدلة Indices (جمع دليل):
وهذه عبارة عن تعبيرات أو رموز مختصرة ومبسطة اشتقت من احداثيات الشكل البلوري ، وتستعمل عادة بدلا من الاحداثيات لتعبر عن علاقة الوجة او الشكل البلروي (مجموعة أوجه متشابهة) بالمحاور البلورية. وهناك أكثر من نوع من الأدلة ، وسوف نستعمل في دراستنا البلورية أدلة ميلر Miller indices ، لأنها الأكثر استعمالا. وتشتق أدلة ميلر من احداثيات الشكل البلوري بأن نأخذ مقلوب الاحداثيات ثم نتخلص من الكسور إن وجدت. فنجد أن دليل وجه الوحدة (أو احداثياته أ:ب:ج). هو 0.5أ:0.5ب:0.5ج أو (111) ، سواء أكانت البلورة مكعبا أو ميول ثلاثة: وسواء أكانت التقاطعات التي يعملها الوجه على المحاور متساوية أم غير متساوية.
وفي البلورة السابق التحدث عنها ، وهي بلورة التوباز نجد أن:
احداثيات الوجه هـ ، ب ، و ، هي 0.5أ: ب:2ج
الدليل (مقلوب الاحداثيات( هو 2أ:ب: 0.5ج
ويعطي التخلص من الكسور 4أ:2ب:ج
وعلى ذلك يكون دليل هذا الوجه والشكل التابع له هو 4أ:2ب: ج ، وعادة تحذف الحروف الدالة على المحاور البلورية المختلفة ، ويكتب الدليل مبسطا هكذا 124 ، وينطق أربعة اثين واحد ، ويكون دائما بالترتيب أ ثم ب ثم ج.
والتعبير العام للدليل أي شكل بلوري هو (هـ ك ل) ، مع ملاحظة أن هـ تشير دائما إلى المحور س (الوحدة أ) ، ك تشير إلى المحور ص (اغلوحدة ب) ، ل تشير إلى المحور ع (الوحدة ج). وتبين لنا الأمثلة التالية العلاقات بين الاحداثيات والأدلة:
الأحداثيات الأدلة 0.5أ: ∞ب: 1ج = 2أ: 1/∞ب:1ج= 102 1أ: ∞ب:2ج = 1أ: 1/∞ب: 0.5ج= 102 -0.5أ:-0.5ب:1ج = 2 2 1
ويتضح من هذه الأمثلة أن الأدلة عبارة عن أعداد صحيحة ، وعادة صغيرة ، كما أ، النسب بين تقاطعات الأوجه المختلفة على المحور الواحد في البلورة نسب عددية بسيطة. أي كنسبة 1 :1 : 2 ، 1 ، 2 ، 3. ولكن لا يمكن أن تكون 1: 2√. وتعرف هذه العلاقة باسم قانون الأدلة النسبية.
والسبب في هذا التحديد هو الترتيب والنظام في بناء البلورة. فكما أن الأوجه البلورية تعتمد اعتمادا مباشرا على الترتيب الذرات داخل بناء البلورة ، فكذلك تتكون مواضعها الممكنة على البلورة محددة تماما. وعليه فإن تقاطعات أي وجه على المحاور البلورية يمكن التعبير عنها بواسطة مضاعفات عددية بسيطة لطول الوحدات المحورية الأساسية (أي ثلاثة أمثال أو أربعة أمثال ، أو نصف ، الخ ، ولكن لا يمكن أن تكون 2√ لأن قيمة الجذر غير ثابتة ، فقد تساوي 1.4 أو 1.41 أو أو 1.414 ، وهذا يتنافى مع البناء المنظم للبلورة وثبات المسافات بين الذرات في أي اتجاه).
وفي فصيلتي الثلاثي ولاسداسي ، التي لبلوراتها 3 محاور بلورية ، يتحول التعبير العام إلى (هـ ك و ل) وفيه تشير إلى الطرف السالب للمحور ط (الوحدة أ3) وتساوي قيمة و قيمة هـ + ك أي أن و = هـ + ك.
الشكل البلوري Crystal form
ويتكون من مجموعة الأجوه البلورية المتشابهة (شكلا وحجما) الموجودة على نموذج البلورة. فمثلا البلورة المبينة في شلك (33) يوجد بها شكل بلوري واحد فقط ، أم البلورة المبينة في شكل (34) فيوجد بها شكلان بلوريان ، أما على البلورة الطبيعية (حيث الاوجة مشوهة) فيتكون الشكل البلوري من جميع الأوجه البلورية التي لها رمز واحد (مجموة الأحداثيات أوالدليل). وفي هذه الحالة يجب أن ندخل عناصر التماثل في اعتبارانا. أو بعبارة أخرى يتكون الشكل البلوري من مجموعة من الأوجه التي يستلزم وجودها عناصر التماثل في البلورة وذلك إذا وجد على البلورة وجه واحد من هذه الأوجه ، فمثلا في بعض الفصائل البلورية ذات التماثل العالي نجد أن (111) ، (111¯) يتتبعان شكلا بلوريا واحدا ، وفي فصائل أخرى ذات تماثل منخفص نجد أن (111) ، (111¯) لا يتبعان شكلا بلوريا واحدا. ولكن يتبعان شكلين مستقلين . والسبب في ذلك أنه في الحالة الاولى يوجد مستوى تماثل أفقي يعكس الوجه (111) ، (111¯) ، أما في الحالة الثانية فلا يوجد مستوى تماثل أفقي وبذلك لا يرتبط الوجه (111) بالوجه (111¯) بآية رابطة ، ويتبع الوجهان شكلين إثنين.
رمز الشكل Form symbol:
وهو عبارة عن دليل أحد أوجه الشكل البلوري الذي له أبسط علاقة مع المحاور البلويرة. ويكتب رمز الوجه بين قوسين صغيرين هكذا ( ) مثل (321) ، أما رمز الشكل فيكتب بين قوسي كبيرين هكذا { } ، مثل {321}.
الشكل الكامل الأوجه bolobedral form: هو المجموعة الكاملة لجميع الأوجه الممكنة على البلورة التي لها نفس الأحداثيات والتي لها أوضاع هندسية متشابهة بالنسبة للمحاور البلورية ، شكل (25-ب).
أما شكل نصف الأوجه Bemibedral form: فيتكون من نصف الأوجه التي يتطلبها التماثل التام ، ويشتق من الشكل الكامل بأن يترك الأوجه المتبادلة ، شكل (35 – أ ، ج).
الشكل المفتوح Open form: هو الشكل البلوري الذي لا تقفل الأوجه المكونة له الفراغ بمفردها. ومن أمثلته الأوجه الأربعة لشكل المنشور. شكل (36).
أما الشكل المقفول closed form: فهو الشكل البلوري الذي تقفل الأوجه المكونة له الفراغ بمفردها. ومن أمثلة الأوجه الستة المكونة لشكل المكعب ، شكل (37).
مجموعات الأشكال Combinations of form:
في كثير من الحالات نجد أن الأوجه التي تظهر على البلورة لا تنتمي إلى شكل بلوري واحد ، بل إلى عدة أشكال ، شكل (34). أي أن هذه الأشكال تتكون مرة واحدة على البلورة ، وفي هذه الحالة ينتج ما يعرف باسم مجموعات الأشكال.


فصيلة المكعب أو متساوي الطول Cubic or Isometric System
المحاور البلورية
تشمل هذه الفصيلة جميع البلورات التي لها ثلاث محاور بلورية متساوية ومتعامدة ، تمسك البلورة بحيث يكون أحد المحاور الثلاثة عموديا والثاني يمتد من اليمين إلى اليسار والثالث يمتد من اليمين إلى اليسار والثالث يمتد من الأمام إلى الخلفز ولما كانت هذه المحاور الثلاثة متساوية في طول وحداتها متعامدة فإنه لا يمكن تمييز إحداها عن الآخر ، ولذلك يرمز لها بالرمز أ ، (شكل 38).
وتضم فصيلة المكعب خمسة نظم بلورية موضحة في جدول (4).
النظام قانون التماثل الكامل مثال من المعادن سداسي الثماني الأوجه 34/م 3 4 2 6 /م ن فلوريت CaF2 الأربعة وعشرون وجها مخمسا 4 3 3 4 2 6 -- سداسي الرباعي الأوجه 4 3 3 4 م 6 سفاليريت ZnS الإثناء عشر وجها مزدوجا 2 3 /م 3 4 ن بيريت FeS2 رباعي الأوجه ذو الإثنى عشر وجها مخمسا 2 2 3 4 كربالتيت CoAsS
جدول (4): النظم البلورية في فصيلة المكعب
النظام العادي أو سداسي الثماني الأوجه Norma of Hexoctabedral
التماثل
قانون التماثل الكامل: 4 3/م 3 4 2 6/م ن
المحاور التماثلية: لبلورات هذا النظام 13 محورا تماثليا ، أشكال (39 ، 40 ، 41) بيانها كالتالي: ثلاثة محاور رباعية التماثل ، وهذه تنطبق على المحاور البلورية شكل (39).
أربعة محاور ثلاثية التماثل ، وهي تميل على المحاور البلورية ، شكل (40).
ستة محاور ثنائية التماثل موجودة في المستويات التماثلية المحورية (المستويات التي تشمل المحاور البلورية) ومنصفة الزوايا التي بين المحاور البلورية ، شكل (41).
المستويات التماثلية : توجد في هذا النظام تسعة مستويات تماثلية. ثلاثة منها موازية لمستويات المحاور البلورية بوالتالي تكون متعامدة على هذه المحاور ، شكل (42). هذه المستويات التماثلية المحورية ، وهي تقسم الفراغ إلى ثمانية أجزاء متساوية يعرف كل جزء منها بالثمن. أما المستويات الستة الأخرى فإن كلا منها يوجد موازيا لاحد المحاور البلورية ومنصفا للزاوية التي بين المحورين الآخرين ، شكل (43) ، وعلى ذلك فهي تقسم الفراغ إلى 24 جزءا متساويا ، وتقسم المستويات التماثلية التسعة مكتملة الفراغ إلى 48 جزءا متساويا.
مركز التماثل: يوجد في هذا النظام مركز تماثلي ، وينتج عن ذلك أن يكون لكل وجه بلوري وجه مقابل موازي له.
الأشكال البلورية:
تسمى الأشكال المكعبة بأسماء خاصة حسب عدد الأوجه التي تكون كل شكل.
ثماني الاوجه: يتكون هذا الشكل البلوري – كما يدل عليه اسمه – من ثمانية أوجه ، كل وجه يميل ميلا متساويا على المحاور البلورية الثلاثة ، وعلى ذلك تكون احداثياته هي 1:1:1 والدليل {111}. وكل وجه عبارة عن مثلث متساوي الأضلاع.
الإثناء عشر وجها معينا : شكل (45): يتكون من إثني عشر وجها ، يقطع كل وجه إثنين من المحاور البلورية على نفس المسافة ، ويمتد موازيا للمحور الثالث ، وعلى ذلك تكون الاحداثيات أ:أ:∞أ ، والدليل هو {011}. وعندما يكون هذا الشكل نموذجيا نجد أن كل وجه عبارة عن معين متساوي الأضلاع ، وتمر المحاور البلورية بالزوايا المكونة من أربعة أوجه ، أما المحاور الثلاثية فتمر بالزوايا الناتجة من تقابل ثلاثة أوجه ، تصل المحاور ثمانية التماثل بين مراكز الأوجه المتقابلة.
سداسي الأوجه أو المكعب: شكل (46): تقطع أوجه هذا الشكل محورا بلوريا واحدا وتوازي المحورين الآخرين ، وعلى ذلك تكون الأحداثيات أ: ∞أ: ∞أ والدليل هو {001} ، ويكون شكل الوجه على بلورة نموذجية مربعا حيث تمر المحاور البلورية بمراكز هذه الأوجه أم المحاور الثلاثية التماثل الإثنى عشر حرفا بين هذه الأوجه حيث يصل كل محور بين منتصف حرفين.
ثلاثي الثماني الأوجه ، شكل (48) ، تقطع أوجه هذا الشكل اثنين من المحاور البلورية على مسافتين متساويتين. أما تقاطع المحور الثالث فعلى مسافة أطول ، تكون الأحداثيات إذا أ:أ:مأ ، حيث م عبارة عن عدد نسبي أكبر من الواحد ولكن أقل من مالا نهاية.
(∞ >م>1). وينتج عن ذلك أنت يكون الدليل {هـ هـ ل} حيث هـ > ل مثل {122} ، ويتكون الشكل من أربعة وعشرين وجها ، كل وجه منها عبارة عن مثلث متساوي الساقين.
الأربعة وعشرون وجها: (شبه المنحرف المكعبي) ، شكل (49): يتكون هذا الشكل من أربعة وعشرين وجها ، كل وجه عبارة عن شبه منحرف يقطع أحد المحاور البلورية على مسافة تساوي الوحدة ويقطع المحورين الآخرين على مسافتين متساويتين أكبر من الوحدة "م أ" حيث ∞ > م > ا ، الأحداثيات هي 1: م 1: م 1 ، والدليل عو {هـ ل ل} حيث هـ > ل مثل {112} ، وتصل المحاور البلورية بين الزوايا المكونة من ثلاثة أوجه ، أما المحاور ثنائية التماثل فإنها تميل بين المحاور البلورية.
رباعي السداسي الأوجه ، شكل (47): نجد في هذا الشكل البلوري أن كل وجه يقطع محورا بلوريا على مسافة تساوي الوحدة ، والثاني على مسافة أكبر مقدارها م1 حيث ∞ >م > ا ، ويوازي المحور الثالث. وتكون الأحداثيات إذا 1: م: ∞1 ، والدليل هو {هـ ل .} مثل {012}. ويتكون الشكل من أربعة وعشرين وجها ، موزعة بحيث تحل كل أربعة أوجه محل وجه في شكل سداسي الأوجه ، ويكون كل وجه منها عبارة عن مثلث متساوي الساقين. وتصل المحاور البلورية في هذا لاشكل بين الزوايا الست الناتجة من تلاقي أربعة أوجه لكل منها ، بينما تصل المحاور ثلاثية التماثل بين الزوايا المكونة من ستة أوجه ، أما المحاور ثنائية التماثل فإنها تصف الأحرف الطويلة.
سداسي الثماني الأوجه ، شكل (50) ، يتكون هذا الشكل من 48 وجها ، كل ستة أوجه تكونت مكان وجه من أوجه شكل الثماني الأوجه ، ويقطع كل وجه أحد المحاور البلورية على مسافة مقدارها الوحدة ، والمحورين الآخرين على مسافتين غير متساويتن نأ ، مأ على التوالي ، حيث ن أصغر من م ، وحيث ∞ >م >أ ، إذا الأحداثيات هي ( أ: ن أ: مأ) ، والدليل هو {هـ ك ل} ، حيث هـ > ك > ل مثل {123} أو {135}. وتمر المحاور البلورية بالزوايا الناتجة من تلاقي ثماني الأوجه ، وكل وجه في هذا الشكل عبارة عن مثلث غير متساوي الأضلاع.
=مجموعات الأشكال

يتبع
Combinations of forms

=مجموعات الأشكال Combinations of forms
في كثير من الأحوال توجد الأشكال البسيطة سالفة لاذكر مجتمعة مع بعضها البعض على البلورة الواحدة ، فقد يجتمع شكلان أو ثلاثة أو أربعة أو أكثر من ذلك على البلورة الواحدة ، ونتيجة لهذا التجمع قد يختلف شكل الوجه في المجموعة عنه إذا كان منفردا ، ومن أمثلة مجموعات الأشكال في هذا النظام مايلي:
ثماني الأوجه والإثنا عشر وجها معينا ، شكل (51).
ثماني الأوجه والمكعب ، شكل (52 ، 53 ، 54).
مكعب ورباعي السداسي الأوجه ، شكل (55).
ثماني الأوجه والإثناء عشر وجها معينا والمكعب ، شكل (56).
الإثنا عشر وجها معينا والأربعة وعشرون وجها منحرفا ، شكل (57).
الإثناء عشر وجها معينا وثلاثي الثماني الأوجه ، شكل (58).
أمثة من المعادن
ماجنتيت Magnetite (Fe3O4) ، شكل (51) ، فرانكلينيت Franklinite (Fe2O4) ، جالينا Galena (PbS) ، شكل (52 ، 53 ، 54) ، فلوريت Flourite (CaF2) ، هاليت Halite (NaCl) ، جارنت Garnet (Fe3Al2Si4O2) ، يورانينيت Uraninite (UO2) ، النحاس (Cu) ، أرجنتيت Argentite (AfS2) ، أنالسيت Analcite (NaAlSi2O) ، لوسيت Leucite (KAlSi2O2). ويلاحظ بصفة عامة أن شكل المكعب يغلب تواجده على بلورات الهاليت والفلوريت بينما يغلب شكل ثماني الأ,جه على بلورات الماجنتيت والفرانكلينيت. أما شكل الإثنى عشر وجها معينا فيغلب تواجده على بلورات الجارنت ، بينما يغلب وجود شكل الأربعة وعشرون وجها منحرفا على بلورات اللوسيت والأنالسيت والجارنت.
مميزات البلورات المكعبية
تتميز البلورات المكعبية غير المشوعة بتساوي أبعادها في اتجاهات ثلاثة متعامدة على بعضها البعض ، وهذه الاتجاهات الثلاثة هي المحاور البلورية. وكذلك تتميز البلورات المكعبية جميعها بوجود أربعة محاور ثلاثية التماثل. وتظهر البلورات بعدد كبير من الأوجه المتشابهة إذ أن اقل عدد من الأوجه يتبع شكلا واحدا هو ستة في نظام سداسي الثماني الأوجه. وكل شكل بلوري يمكن أن يكون بلورة بمفرده ، أي أنه عبارة عن شكل مقفول.
فصيلة السداسي Hexagonal System
المحاور البلورية
تشمل هذه الفصيلة جميع البلورات التي لها أربعة محاور بلورية ، ثلاثة منها متساوية في الطول وتقع في مستوى فقي وتتقاطع بزوايا قدرها 120 جرجة ، أما المحور الرابع فمختلف عنها في الطول (إما أن يكون أطول أو أقصر) ، ويمتد رأسيا (أي متعامدا على المحاور الأفقية) ، ويرمز إلى المحاور الأفقية بالرموز أ1 ، أ2 ، أ3 ، أما المحور الرأسي فهو المحور ج ، شكل (59).
ولما كانت فصيلة الثلاثي لها نفس العدد من المحاور البلورية ، فإن بعض المؤلفين يضم البلورات الثلاثية والدساسية في فصيلة واحدة هي فصيلة لاسداسي ، ولكن نظرا للفارق الأساسي في البناء الضري ، وهو أن المحور الأساسي للتماثل هو سداسي في بلورات السدسي وثلاثي في بلورات الثلاثي ، وأن بلورات الثلاثي لا تحتوي على مستوى تماثل أفقي بالمرة ، فإننا نجد أنه من الأكثر صوابا أن ندرس البلورات السداسية كفصيلة بذاتها ، مستقلة عن فصيلة الثلاثي التي تشمل البلورات الثلاثية.
وتعرف نسبة طول الوحدات على المحور ج إلى أ بالنسبة المحورية ج:أ ، وهي مميزة لكل بلورة سداسية . فمثلاة بلورة معدن بيرل لها نسبة محورية ج:أ = 0.996 ، أما في معدن بيروتيت فنجد أن النسبة المحورية ج:أ = 1.650.
وتمسك البلورة السداسية بحيث يكون المحور الرأسي ج دائما محورا سداسي التماثل (دوراني أو انقلابي). ويمتد المحور أ2 موازيا لماسك البلورة من اليمين (+) إلى اليسار (-). أما المحور أ1 ، فيمتد من الأمام ناحية اليسار (+) إلى الخلف ناحية اليمين (-). أما الطرف الموجب من المحور أ3 فيقع في الخلف إلى اليسار بينما طرفه السالب يقع في الأمام إلى اليمين. شكل (59).
[th]النظام [/th][th]قانون التماثل الكامل [/th][th]مثال من المعدن [/th]جدول رقم (5) النظم البلورية في فصيلة السداسي

الهرم المنعكس السداسي المزدوج	6/م 2 6/م ن	بيريل Be3Al2Si6O18
شبه المنحرف الأوجه السداسي	6 2 3 2 3	كوارتز عالي الحرارة
الهرم المنعكس الثلاثي المزدوج	6 2 3 م 3	بنيتويت BatiSi8O9
الهرم السداسي المزدوج	6/م ن	زنكيت ZnO
الهرم المنعكس السداسي	3	أباتيت
الهرم المنعكس الثلاثي	6	--
الهرم السداسي		نيفيلين

النظام العددي أو نظام الهرم المنعكس السداسي المزدوج Dihexagonal Bipyramidal Class
التماثل

قانون التماثل الكامل: 6/م 2 3/م 2 3/م ن ، شكل (60).
المحاول التماثلية: المحور ج هو محور سداسي التماثل . وتوجد ثلاثة محاور أفقية ثنائية التماثل تنطبق على المحاور البلورية أ. وكذلك توجد ثلاثة محاور أخرى ثنائية التماثل تنصف الزوايا بين المحاور البلورية أ1 ، أ2 ، أ3 ، شكل (60).
المستويات التماثلية: يوجد في هذا النظام سبعة مستويات تماثلية بياتها كالآتي ، شكل (6):
مستوى تماثل أفقي يشمل المحاور البلورية ثلاثة مستويات تماثلية رأسية يشمل كل منها المحور الرأسي ج وأحد المحاور البلورية الأفقية. ثلاثة مستويات تماثلية رأسية تنصف الزوايا بين المستويات الرأسية السابقة (المستويات التماثلية المحورية).
مركز التماثل: يوجد مركز تماثل في بلورات هذا النظام ويتطلب أن يكون لكل وجه وجه آخر مقابل له.
الأشكال البلورية
ملاحظة: سوف نستعمل كلمة مزدوج di ، مثل سداسي dihexagonal ، لوصف الأشكال التي تتكر أوجهها اثنين اثنين حول المحور التماثلي ، أما الأشكال التي تتكرر أوجهها بالنسبة للمستوى التماثلي فسوف نصفها بكلمة منعكس bi ، مثل هرم منعكس bipyramid ، نسبة إلى الانعكاس خلال مستوى التماثل الأفقي.
الأهرامات المنعكسة bipyramids ، وهي عبارة عن أشكال مقفولة تقطع أوجهها المحور ج بصفة أساسية وبعض أو كل المحاور الأفقية. توجد ثلاثة أنواع من الأهرامات المنعكسة السداسية.
هرم منعكس سداسي من الرتبة الأول (أو هرم منعكس وتري ، شكل (61) ، يتكون هذا الشكل من 12 وجها لها الأحداثيات (أ: ∞ أ : أ: م ج). أو بمعنى آخر تقطع محورين متجاورين أ (تصل بينهما مثل الوتر) شكل (65) ، وتمتد موازية للمحور الأفقي الثالث وتقطع المحور الرأسي ج فإذا كان التقاطع على المحور ج مساويا لطول الوحدة فإن الدليل يكون في هذه الحالة {1101} ، وهذا هو هرم الوحدة Unit pyramid. أما الدليل العام لهذا الشكل فهو {هـ هـ ل}.
هرم منعكس سداسي من الرتبة الثانية ، شكل (63) ، ويختلف هذا الشكل عن الهرم المنعكس السداسي من الرتبة الأولى في أنه عندما تمسك البلورة في القراءة الصحيحة (المحور أ2 دائما موازي لماسك البلورة) ، فإنه يوجد في مواجهتك حرف وليس وجه بلوري ، وهذا يعني أن المحاور البلورية الأفقية عمودية منصفة للأحرف الأفقية (ويسمى لهذا السبب بالهرم المنعكس المتعامد) شكل (66) ، ونجد كما في الشكل (66) ، أن كل وجه بلوري في هذا الشكل يقطع أحد المحاور البلورية الأفقية في مسافة الوحدة ويقطع المحورين الآخرين على مسافتين أطول ، ولكن متساويتين ، وتكون الأحداثيات إذن (ن أ: ن أ : أ : م ج) والدليل هو {هـ هـ 2 هـ ل} ، ويتكون هذا الشكل من 12 وجها في هيئة مثلثات متساوية الساقين تقفل الفراغ.
هرم منعكس سداسي مزدوج ، شكل (67) ، تقطع أوجه هذا الشكل المحاور الأفقية الثلاثة أ2 ، أ2 ، أ3 في مسافات غير متساوية ، وتكون الأحداثيات إذن هي (ن أ: ط أ: أ : م ج) ، شكل (69) ، والدليل هو (هـ ك و ل). ويتكون هذا الشكل من 24 وجها ، كل وجه منها في الحالة النموذجية يكون في هيئة مثلث غير متساوي الأضلاع ، ولكن المثلثات كلها متشابهة. في أحداثيات هذا لاشكل نجد أن ط = ن/1 – ن.
المنشورات Prisms ، وهذه عبارة عن أشكال مفتوحة يوازي الوجه فيها المحور ج ويقطع بعض أو كل المحاور الأفقية أ2 ، أ2 ، أ3. وهناك ثلاثة أنواع من المنشورات تقابل الأنواع الثلاثة من الأهرامات سالفة لاذكر.
منشور سداسي من الرتبة الأولى (منشور سداسي ولري) ، شكل (62) ، يمكن الحصول على أوجه هذا الشكل من أوجه الهرم المنعكس الذي له نفس الرتبة (الأولى في هذه الحالة) إذا جعلنا التقاطعات على المحور ج تأخذ أكبر قيمة لها ، أي قيمة مالانهاية. وينتج عن ذلك أن نختزل أوجه الهرم المنعكس الاثنتا عشر إلى ستة أ,جه فقط ، يقطع كل وجه منها محورين أفقيين في مسافة تساوي الوحدة ويمتد موازيا للمحور الأفقي الثالث ، ، يوزاي المحور ج ، (المنشور بحكم تعريفه يوازي المحور ج). ويكون هذا المنشور شكلا مفتوحا وفيه تصل المحاور الأفقية أ بين منتصف الحروف المتقابلة ، وينتج عن ذلك أن يكون في مواجهة ماسك البلورة وجها بلوريا. الأحداثيات (أ: ∞ أ: أ : ∞ ج) ، والدليل {01 1 0}.
منشور سداسي من الرتبة الثانية (منشور سداسي متعامد) ، شكل (64) ، نجد في هذا الشكل البلوري أن المحاور البلورية الأفقية أ2 ، أ2 ، أ3 تصل بين مراكز الأوجه المتقابلة ، ويكون في مواجهة ماسك البلورة نتيجة لذلك حرفا. الأحداثيات هي ( 2أ: 2أ: 1: ∞ ج) والدليل هو { 0211}. يتكون هذا الشكل من ستة أوجه لا تقفل الفراغ (شكل مفتوح).
منشور سداسي مزدوج ، شكل (68) ، شكل مفتوح ، ويتكون من 12 وجها يتساوى كل وجهين متبادلين فيه (أي واحد بعد واحد) في الزوايا والحروف. الأحداثيات (ن أ: ط أ: أ : ∞ ج) ، والدليل هو {هـ ك و} ، ويقابل هذا الشكل الهرم المنعكس السداسي المزدوج.
المسطوح القاعدي: وهو عبارة عن شكل مفتوح مكون من وجهين ، كل وجه يقطع المحور ج ويوزاي المحاور الأفقية أ. والأحداثيات (∞ أ : ∞ أ: ∞ أ: ج) والدليل هو {1000}. يرى المسطوح القاعدي في الأشكال (62 ، 64 ، 68) مجموعات مع المنشورات.
مجموعات الأشكال:
توجد على بعض البلورات مجموعة من الأشكال البلورية المختلفة فمثلا في بلورة بيريل Beryl ، شكل (70) ، توجد مجموعة من هرم منعكس سداسي من الرتبة الأولى وآخر من الرتبة الثانية ، ومنشور سداسي من الرتبة الأولى وآخر من الرتبة الثانية ، ومسطوح قادعدي. وفي شكل (71) نلاحظ مجموعة أخرى من الأشكال على بلورة أخرى لمعدن البريل.
أمثلة من المعادن: يتبلون معدن بيريل Beryl (Be3Al2Si6O16) ، شكل (70 ، 71) في هذا النظام الكامل التماثل. كذلك يتبلور في هذا النظام معادن مولبدينيت Molybdenite (MoS2) ، بيروتيت Pyrobotite (FeS).
مميزات البلورات السداسية:
تتميز جميع البلورات السداسية غير المشوهة في النظام كامل التماثل وفي معظم النظم الأقل تماثلا بالمظهر السداسي حيث يكون المحور الرأسي محورا دورانيا سداسي التماثل. ولكن في نظامين فقط قد تبدو البلورات ثلاثية المظهر حيث يكون المحور الرأسي محورا انقلابيا سداسي التماثل ، وفي هذين النظامين يكون هناك دائما مستوى تماثل أفقي يعكس (أو يكرر) الأشكال البلورية العليا إلى أشكال بلورية سفى (في النصف الأسفل للبلورة) [المعروف أن المحور الانقلابي السداسي يعادل محور دوراني ثلاثي متعامد على مستوى تماثل]. كما تتميز البلروات بأن أوجه الأشكال البلورية (باستثناء المسطوح القاعدي) ، تتكون عموما من ستة أوجه أو مضاعفات العدد ستة.
فصيلة الرباعي Tetragonal System
المحاور البلورية: تشمل هذه الفصيلة جميع البلورات التي لها ثلاثة محاور بلورية متعامدة ، إثنان منها متساويان في الطول ويقعان في مستوى أفقي والثالث مختلف عنها في الطول (إما أقصر أو أطول) وعمودي عليهما. ويرمز إلى المحورين المتساويين بالمرز أ1 ، أ 2 ، أما المحور الرأسي فيرمز إليه بالرمز ج ، شكل (72).
وتعرف نسبة طول الوحدة على المحور ج إلى طول الوحدة على المحور أ بالنسبة المحورية ج:أ ، وهي مميزة لكل بلورة رباعية. فمثلا بلورة معدن كاسيتريت Vassitetite (SnO2) ، لها نسبة محورية ج: أ = 0.672 (أي ج أقصر من أ) ، وفي الزركون Zircon (ZrSiO4) ، ج: أ = 0.891 أما في معدن أناتيز Anatase (TiO2) ، فنجد أن نسبة ج:أ = 1.777 (أي ج أطول من أ). وتمسك البلورة الرباعية بحيث يكون المحور الرأسي ج دائما محور رباعي التماثل (دوراني أو انقلابي).
وتشمل فصيلة الرباعي سبعة نظم بلورية (مثل فصيلة السداسي ) ، كما يلي في جدول (6):
النظام قانون التماثل الكامل مثال من المعادن الهرم المنعكس الرباعي 4/م 2 4/م ن الزركون ZrSiO4 شبه منحرف الأوجه الرباعي 4 2 2 2 2 فوسجينيت (PbO)2CCl2O الوتد المنعكس الرباعي 4 2 2 2 2 كالكوبيربت CuFeS2 الهرم الرباعي المزدوج 4 م 2 م 2 ديابولييت PhCuCl2(OH)4 الهرم المنعكس الرباعي 4/م ن شيليت CaWo4 الوتد الرباعي 4 كاهنيت الهرم الرباعي 4 ولفينيت PbMoO4
جدول (6) النظم البلورية في فصيلة الرباعي
النظام العادي أو نظام الهرم المنعكس الرباعي المزدوج
التماثل
قانون التماثل الكامل: 4/م 2 2 /م 2 2 /م ن أو 4/م 2 4 /م ن ، شكل (73).
المحاور التماثلية: يوجد محور واحد رباعي التماثل منطبق على المحور البلوري ج ، وأربعة محاور ثنائية التماثل ، إثنان منها ينطبقات على المحورين أ1 ، أ2 ، والإثناء الآخران ينصفان الزوايا بين المحورين أ1 ، أ2.
المستويات التماثلية: يوجد مستوى تماثل أفقي يشمل المحاور الأفقية أ1 ، أ2 (وعمودي على المحور ج) وأربعة مستويات متماثلة رأسية تمر بالمحور ج ، إثنان يشملان المحوران أ1 ، أ2 (بالإضافة إلى ج) والإثنان الآخران ينصفان الزوايا بين هذه المحورين.
مركز التماثل: لبلورات هذا النظام مركز تماثل.
الأشكال البلورية
الأهرامات المنعكسة Bipyramids: وهذه عبارة عن أشكال مقفولة تقطع أوجهها المحور ج ، وأحد المحورين الأفقيين أ1 او أ2 ، أو كليهما. توجد ثلاثة أنواع من الأهرامات المنعكسة الرباعية مثل الثلاثة التي سبق أن ذكرناها في فصيلة السداسي.
هرم منعكس رباعي من الرتبة الأولى (أو عرم منعكس وتري) ، شكل (74) ، ويماثل هذا الشكل شكل ثماني الأوجه في فصيلة المعكب ، ولكن نظرا لأن المحور ج يخالف في الطول المحورين الأفقيين أ ، فإن التقاطعات النسبية تكون أ: أ: ج والتي تدل على أن وجه هذا الشكل يقطع المحاور البلورية الثلاثة في مسافات الوحدة. ويكون هذا الشكل إذن هو شكل الوحدة .ولما كان التقاطع على المحور ج قد يكون أقصر أو أطول من طول الوحدة ، لذلك تكون الأحداثيات أ: أ: م ج ، والدليل {هـ هـ ل} ، حيث م هي قيمة عددية بين الصفر وما لا نهاية. يكون هذا النظام شكلا مقفولا من ثمانية أوجه ، كل وجه منها في هيئة مثلث متساوي الساقين ، (وليس متساوي الأضلاع مثل ثماني الأوجه).
هرم منعكس رباعي من الرتبة الثانية (أو هرم منعكس متعامد) ، شكل (76) ، تقطع أوجه هذا الشكل المحور ج وأحد المحورين أ ، وتمتد موازية للمحور أ الآخر.وعلى ذلك تكون الأحداثيات (أ: ∞ ب: م ج) ، والدليل هو {هـ ، ل} ، يتكون الشكل من ثمانية أوجه تقفل الفراغ بمفردها.
(ملاحظة): يلاحظ أنه في حالة الهرم المنعكس الوتري يواجه ماسك البلورة حرف ، في حين يواجه الهرم المنعكس المتعامد ماسك البلورة بوجه).
هرم منعكس رباعي مزدوج ، (شكل78) ، تقطع أوجه هذا الشكل المحورين الأفقيين أ1، أ2 ، في مسافتين مختلفتين ، في حين يكون التقاطع على المحور ج إما مساويا للوحدة أو أكبر من ذلك (م ج) ، الأحداثيات (أ: ن أ: م ج) ، الدليل {هـ ك ل}. يتكون هذا الشكل من 16 وجها ، كل منها في هيئة مثلث غير متساوي الأضلاع.
توجد ثلاثة أنواع من المنشورات الرباعية مثل الأنواع الثلاثة التي سبق أن ذكرناها في فصيلة السداسي.
منشور رباعي من الرتبة الأولى (منشور رباعي وتري) ، شكل (75) ، يتكون هذا الشكل المفتوح من أربعة أوجه موزاية للمحور ج ، ولكنها تقطع كلا من المحورين أ1 ، أ2 ، الأحداثيات (أ: أ : ∞ ج) ، والدليل {011}. ونجد أن المحورين أ1 ، أ2 ، يصلان بين منتصف الحروف المقابلة ، وعلى ذلك يكون هناك حرفا مواجها لماسك البلورة عندما يكون المحور أ1 متدا من الأمام إلى الخلف.
منشور رباعي من الرتبة الثانية (منشور رباعي متعامد) ، شكل (77): يتكون هذا الشكل المفتوح من أربعة أوجه موازية للمحور ج ، وكذلك موازية لأحد المحورين أ1 ، أ2 ، الأحداثيات (أ: ∞ أ: ∞ج) ، والدليل {001} ، في هذا الشكل نجد أن المحورين البلورين أ1 ، أ2 ، يصلان بين منتصف كل وجهين متقابلين.
منشور رباعي مزدوج ، شكل (79): يتكون هذا الشكل المفتوح من ثمانية أوجه مرتبة في هيئة أربعة أزواج حول محور التماثل الرباعي. الأحداثيات (أ: ن أ: ∞ج) والدليل {هـ ك}. يوضح شكل (80) ، وضع أشكال الرتبة الأولى والثانية والأشكال المزدوجة بالنسبة للمحاور البلورية الأفقية أ1 ، أ2.
المسطوح القاعدي ، ويعرف في بعض الأحيانب اسم "قاعدة" ويتكون من وجهين موازيين لمستوى التماثل الأفقي الأحداثيات (∞أ: ∞أ: ج) والدليل {100}. وهذا الشكل ، مثل المنشورات ، شكل مفتوح لا يوجد بمفردهخ وإنما يكون موجودا مع أشكال أخرى ، مثل المنشورات ، شكل (75 ، 77 ، 79).
مجموعات الأشكال ، شكل (81 ، 82)، تظهر مجموعات مختلفة من الأشكال الرباعية على كثير من بلورات المعادن. فمثلا يوجد على بلورة الزركون ، شكل (81) ، مجموعة من المنشور الوري {011} ، والهرم المنعكس الوتري {111}. وقد تظهر بلورات أخرى من الزركون مجموعة من منشورات الرتبة الأولى والثانية مع الهرم المنعكس من الرتبة الأولى والهرم المنعكس الرباعي المزدوج ، شكل (82).
أمثلة من المعادن: زركون ، شكل (81 ، 82) ، بروتيل ، كاستيرتيت.
مميزات البلورة الرباعية:
تتميز البلورات الرباعية بوجود محور رباعي التماثل (دوراني أو انقلابي) ، ينطبق دائما مع المحور البلوري الرأسي (ج) ، ويكون طول البلورة في هذا الاتجاه إما أكبر أو أقل من البعدين الآخرين (أ1 ، أ1) . وفي معظم النظم التابعة لهذه الفصيلة البلورية يكون المقطع المستعرض العمودي على المحور الرأسي الرباعي في البلورات كاملة الأوجه غير المشوهة في شكل مربع كامل أو مربع تقطع زواياه القائمة أوجه الأشكال المختلفة.


فصيلة الثلاثي Trigonal System
المحاور البلورية
تتميز بلورات هذه الفصيلة بوجود محور ثلاثي التماثل وعدم وجود مستوى تماثل أفقي ، شكل (83) . وقد سبق أن أشرنا عند بدء الحديث عن فصيلة السداسي إلى العلاقة بين فصيلتي السداسي والثلاثي واشتراكهما في وجود أربعة محاور بلورية في بلوراتها (أ1، أ2 ، أ3، ج) ، حيث تتقاطع المحاور أ في زوايا مقداراها 120 درجة ، أما المحور ج فمتعامد عليها ، ومختلفة عنها في الطول (إما أطول أو أقصر).
ونتيجة لهذه العلاقة فإننا نجد أن بعض الأشكال البلورية السداسية (مثل المنشوريات السداسية من الرتبة الأولى والثانية) توجد في كل من هاتين الفصيلتين.
وتشمل فصيلة الثلاثي خمس نظم بلورية ، جدول (7):
النظام قانون التماثل الكامل مثال من المعادن مثلثي الأوجه الثلاثي المزدوج 3 2 3/م كالسيت شبه منحرف الأوجه الثلاثي 3 2 3 كوارتز منخفض الحرارة الهرم الثلاثي المزدوج 3 م3 تورمالين معيني الأوجه 3 دوالوميت C2Mg(CO3)2 الهرم الثلاثي 3 جراتونيت
جدول (7): النظم البلورية في فصيلة الثلاثي
نظام المثلثات الوجهية الثلاثية المزدوجة Ditrigonal Scalenobedral Class
التماثل
قانون التماثل الكامل
3 2 3/م ، شكل (84) ، تتكون عناصر التماثل في هذا لانظام من محور واحد فقط ثلاثي التماثل انقلابي ينطبق على المحور البلوري ج (3 = 3 + ن) ، وثلاثة محاور أفقية ثنائية التماثل عمودية على ثلاثة مستويات تماثلية رأسية.
وتنطبق المحاور ثنائية التماثل على المحاور البلورية أ1، أ2 ، أ3 ، شكل (84).
الأشكال البلورية
توجد الأشكال السداسية التالية في هذا النظام الثلاثي الكامل التماثل:
المسطوح القاعدي: {1000} ، يتكون من وجهين.
المنشور السداسي من الرتبة الأولى ، {0101} ، يتكون من ستة أوجه.
المنشور السداسي المزدوج : {هـ ك و 0} ، يتكون من اثنى عشر وجها.
الهرم المنعكس السداسي من الرتبة الثانية: {هـ هـ 2 هـ ل} ، يتكون من 12 وجها.
والمعروف أن هذه الأشكال سالفة الذكر توجد في فصيلة السداسي أيضا (النظام الكامل التماثل) ، أي أن هذه الأشكال مشتركة بين الفصيلتين ، والسبب في ذلك ، كما أن سبق قلنا ، هو العلاقة البلورية بين الفصيلتين ، واشتراكهما في أربعة محاور بلورية.
أما الشكلان التاليان فلا يوجدان في فصيلة السداسي وإنما تنفرد بهما فصيلة الثلاثي. هذا الشكلان هما معيني الأوجه ، ومثلثي الأوجه الثلاثي المزدوج.
معيني الأوجه: معيني الا,جه شكل مقفول يحده ستة أوجه معينية ، شكل (85 – أ ، ج) ، وفي هذا الشكل نجد أن الا,جه الثلاثة العليا ليست فوق الأوجه الثلاثة السفى مباشرة ، أي أن هذا الشكل البلوري ليس هرما منعكسا ، ولكنه شكل معيني الأوجه. ويمكن أن ننظر إلى معيني الأوجه على أنه مشتق من الهرم المنعكس السداسي ، شكل (85-ب) ، وذلك باختيار الأوجه العليا والسفلى المتبادلة (أي وجه علوي ثم الوجه السفي الذي يليه ثم الوجه العلوي الذي يليه وهكذا) ، ويصل المحور ج بين الزاويتين المتساويتين الثلاثية الأوجه (أي الزوايا التي تتكون نتيجة لتلاقي ثلاثة أوجه) ، وهذا المحور محور انقلابي ثلاثي التماثل ، أما المحاور الأفقية ، أ1 ، أ2 ، أ3 ، فإنها تصل بين منتصف الأحرف الوسطى المتقابلة.
ويتوقف حجم معيني الأوجه على نسبة أ: ج (يمكن اعتبار المكعب الممسوك بطريقة تجعل أحد محاوره الثلاثية التماثل يمتد رأسيا على أنه معيني الأوجه ذو أحرف وزوايا متساوية. وتحد أن نسبة أ: ج في هذه الحالة هي كنسبة 1: √1.5 أو 1: + 1.2245).
وعلى ذلك فإن الأشكال المعينية الأوجه التي توجد فيها قمية المحور ج بالنسبة إلى 1 أكبر من 1.2247 تكون لها زوايا قطبية (حيث يخرج المحور ج ) أقل من 90 درجة ، وينتج عن ذلك شكل معيني الأوجه حاد ، شكل (86 ، 87) ، أما اذا كانت قيمة النسبة اقل من 1.2247 ، فنجد أن الزوايا القطبية تكون أكبر من 90 درجة ، وينتج عن ذلك شكل معيني الأوجه منفرج ، شكل (88 ، 89). واحداثيات معيني الأوجه هي: (أ: ∞أ: أ: م ج) ، والدليل إما أن يكون {هـ هـ ل} أو {ك ك ل} ويطلق على الشكل {هـ هـ ل} ، أحيانا اسم معيني الأوجه الموجب ، أما {ك ك ل} فيطلق عليه اسم معيني الأوجه السالب. وعندما نمسك البلورة بحيث يكون المحور ج عموديا والمحور أ2 يمتد موازيا لماسك البلورة فإننا نجد في حالة معيني الأوجه الموجب {هـ هـ ل} وجها علويا في حين يواجهنا معين الأوجه السالب {ك ك ل} بحرف في هذا لامكان.
مثلثي الاوجه الثلاثي المزدوج ، شكل (90) ، يتكون هذا الشكل من ستة أزواج من الأوجه المثلثية (غير متساوية الأضلاع) (المجموع اذن 12 وجها) ، وتقفل هذه الأوجه الفراغ. نلاحظ في هذا الشكل البلوري أن الثلاثة أزواج العليا من الأوجه ليست فوق الثلاثة أزواج السفلى مباشرة ، أي لا يوجد بين الاثنين مستوى تماثل أفقي ، وعلى ذلك فلا يكون هذا الشكل هرما منعكسا ثلاثيا مزدوجا ، ولكن يكون مثلثي الأوجه ثلاثي مزدوج. في هذا الشكل يصل المحور ج بين الزوايا السداسية الأوجه (تتكون من تلاقي ستة أوجه) ، أما المحاور الأفقية أ1 ، أ2 ، أ3 ، فإنها تصل بين منتصف الحروف الوسطى المتقابلة ، شكل (91 –أ ، ج).
ويمكن أ، ننظر إلى مثلثي الأوجه الثلاثي المزدوج على أنه مشتق من الهرم المنعكس السداسي المزدوج (النظام العادي لفصيلة السداسي) ، إذا اخترنا أزواجا متبادلة من الأوجه ششكل (91 –ب)). (زوج علوي ثم يليه زوج سفلي ثم زوج علوي وهكذا) ، ويمكننا اذن أن نحصل على ثملثي أوجه ثلاثي مزدوج موجب وآخر سالب ، شكل (91 – أ ، ج) . والمثلثي الموجب يشغل موضعا مقابلا لموضع معين الأوجه الموجب ، أما المثلثي السالب فإن موضعه يقابل موضع معيني الأ,جه السالب. واحداثيات مثلثي الأوجه الثلاثي المزدوج هي ± (ن أ: ط أ: أ: م ج) ، والدليل {هـ ك و ل} مثل {1312} ، حيث هـ > ك ، {ك هـ و ل} ، حيث ك >هـ.
مجموعات الأشكال
توجد مجموعات مختلفة من الأشكال البلورية الثلاثية على البلورات الطبيعية ، شكل (92 ، 93 ، 94).
أمثلة من المعادن:
يتبلور في هذا النظام الثلاثي الكامل التماثل المعادن التالية: كالسيت ، سيديريت ، كوراندوم ، هيماتيت.
مميزات البلورات الثلاثية:
تتيمز البلورات الثلاثية (تعرف أيضا باسم البلروات معينة الأوجه) ، بوجود محور ثلاثي التماثل (دوراني أو انقلابي) ، يطبق دائما مع المحور الرأسي ج ، ويكون طول البلورة في هذا الاتجاه إما أكبر أو أصغر من الأبعاد الأفقية (أ1 ، أ2 ، أ3) ، ويأخذ المقطع المستعرض العمودي على المحور الرأسي الثلاثي في البلورات كاملة التماثل غير المشوهة شكلا مثلثي السمة.


فصيلة المعيني القائم Orthohombic System
المحاور البلورية
تشمل هذه الفصيلة جميع البلورات التي لها ثلاثة محاور متعامدة وغير متساوية ، شكل (95). ويمتد المحور ج راسيا ، بينما يمتد المحور ب من اليمين إلى اليسار ، أما المحور أ ، فإنه يتجه من الأمام إلى الخلف ، ولا يوجد محور أساسي في هذه الفصيلة ، بمعنى أن أي محور يمكن أن يختار ليكون المحور ج. وعادة نختار ج أطول من ب ، ب أطول من أ. وتتكون النسبة المحورية إذن من قيم ثلاث. فمثلا في بلورة الكبريت أ: ب: ج = 0.813: 1: 0.903 ، أما في معدن سلستيت ، فنجد أن النسبة أ: ب: ج = 0.9: 1: 1.280.
وتشمل هذه الفصيلة ثلاث نظم موضحة في جدول (8):
النظام قانون التماثل الكامل مثال من المعادن الهرم المنعكس المعيني القائم 2 3/م ن باريت Barite BaSO4 الوتد المعيني القائم 2 3 ابسوميت MgSO47H2O الهرم المعيني القائم 2 م م هيميمورفيت Zo4(OH)2Si2O7H2O
جدول (8): النظم البلورية في فصيلة المعيني القائم


نظام الهرم المنعكس المعيني القائم Orthorhombic Bipyramidal system
التماثل:
قانون التماثل: 2/م 2/م 2/م ن ، أو 2 3/م ن ، شكل (96).
المحاور التماثلية: يوجد ثلاث مستويات تماثلية ، إثنان منها رأسيان والثالث أفقي ، ويشمل كل منها محورين بلوريين ، شكل (96).
مركر التماثل: موجود أيضا في بلورات هذا النظام.
الأشكال البلورية:
هرم منعكس معيني قائم ، شكل (97) ، يتكون هذا الهرم المنعكس من ثمانية أوجه مثلثية الشكل (المثلث غير متساوي الأضلاع) ، ومتشابهة ، وتقفل الفراغ. هرم الوحدة له الاحداثيات (أ: ب: ج) ، والدليل {111} ، أما الأهرامات الأخرى فلها – بصفة عامة – الاحداثيات (ن أ: ب : م ج) ، والدليل {هـ ك ل} ، حيث ك> هـ ، أو لها الأحداثيات (أ ن ب : م ج) ،والدليل {ك هـ ل} ، حيث هـ > ك ، (ن >1 ، 0 > م> ∞).
المنشور ، شكل (98) ، شكل مفتوح مكون من أربعة أوجه قاطعة للمحورين أ ، ب ، ولكنها تمتد موازية للمحور ج . دليل منشور الوحدة هو {011} ، أما الأشكال الأخرى من المنشور فلها الدليل {هـ ك 0} ، مثل }012} ، {023} الخ.
المسقوف ، شكل (99 ، 100)، شكل مفتوح يشبه السقف المكون من سطحين في هيئة رقم 8 ، يقابلها سطحين آخرين بالعكس ، أي في هيئة سبعة (7) ، وتقطع أوجه المسقوف أحد المحورين الأفقيين والمحور الرأسي ج. يسمى المسقوف الذي يوازي المحور أ (يقطع ب ، ج) باسم الأحداثيات العامة (∞ أ: ب: م ج} ، والدليل {0ك ل} ، مثل {110} ، {120} ، ويتكون من أربعة أوجه.
أما المسقوف الذي تمتد أوجهه موازية للمحور ب ، فيعرف باسم مسقوف ب أو مسقوف أمامي ، شكل (100{ ، الأحداثيات (أ: ∞ب: م ج) ، والدليل {هـ ، ل} مثل {101} ، {102} ، ويتكون من أربعة أوجه.
يكون كلا الشكلين – المنشور والمسقوف – شكلا مفتوحا ، وعلى ذلك فلا يظهر أحدهما بمفرده ، بلف لابد أن يكون مجموعات مع شكل آخر.
المسطوح ، شكل (101) ، وهو شكل مفتوح مكون من وجهين فقط موازيين لبعضها البعض ، ويقطع الوجه أحد المحاور البلورية ويوزاي المحورين الآخرين ، ويعرف المسطوح باسم المحور الذي يقطعه ، فإذا قطع المحور ج فإنه يعرف باسم مسطوح ج ، ويعرف باسم مسطوح ب إذا كان يقطع المحور ب ، أو مسطوح أ إذا كان يقطع المحور أ.
مسطوح أ أو مسطوح أمامي {001} ، وجهان
مجموعات الأشكال:
توجد الأشكال {011} ، {201} ، {110} ، {100} ، مجموعة على بلورة معدن باريت ، شكل (102) ، أما بلورة الأوليفين ، شكل (103) فيوجد عليها الأشكال {111} ، {011} ، {021} ، {101} ، {120} ، {010} ، وفي بلورة الكبريت شكل (104) ، نشاهد الأشكال {111} ، {311} مجموعة:
أمثلة من المعادن:
يتبلور في هذا النظام المعيني القائم الكامل التماثل عدد كبير من المعادن نذكر منها: الكبريت المعيني (شكل104) ، باريت (BaSO4) ، توباز [Al(F2OH)2 AlSiO4] ، أوليفين [(Mg2Fe)2 SiO2] ، شكل (103).
مميزات البلورات المعينية القائمة:
تتميز البلورات المعينية القائمة في النظام كامل التماثل بوجود ثلاثة محاور ثنائية التماثل تنطبق على المحاور البلورية أ ، ب ، ج. ونظرا لأن المحور ج في هذه الفصيلة ليس مميزا ثماثليا عن المحورين الأفقيين فقد اتفق علماء البلورات على توجيه البلورة المعينية القائمة بحيث يكون ج> ب >أ ، ولو أنه في الماضي لم يكن هذا الإتفاق موجودا ، وعادة نجد في المراجع السالفة أن أيا من المحاور الثلاثة يتخذ اتجاها للمحور ج ، وأطول الاثنين الآخرين هو المحور ب ، والأقصر هو المحور أ. ويبدو المقطع المستعرض العمودي على المحور الرأسي في البلورات كاملة الأوجه غير المشوهة في شكل ذي سمة مستطيلة أو معينية.
فصيلة الميل الواحد

Monoclinic System
يتبع

فصيلة الميل الواحد Monoclinic System
المحاور البلورية
تشمل هذه الفصيلة جميع البلورات التي لها ثلاثة محاور بلورية غير متساوية أ ، ب ، ج ، إثنان منها (أ ، ج) ، يتقاطعان في زاوية مائلة (لا تساوي 90 درجة) ، هي زاوية β شكل (105). تمسك بلورة هذه الفصيلة بحيث يمتد الحور ب من اليمين إلى اليسار (مازيا لماسك البلورة) ، ويمتد المحور ج رأسيا ، أما المحور أ فيمتد مائلا إلى الأمام في اتجاه ماسك البلورة. وتعرف الزاوية β بيتا المنفرجة بالزاوية الموجبة أما الزاوية β الحادة فتعرف بالزاوية السالبة. وواضح أن الزاويتنين الموجبة والسالبة متكاملتان (أي مجموعهما يساوي 180 درجة) ، ولما كانت الزاوية β تختف من معدن إلى آخر فإن تعيينها يساعد في التعرف على البلورة ، وبالتالي المعدن ، وذلك بالإضافة إلى تعيين النسبة المحورية أ: ب:ج ، وتعرف هذه العناصر (الزاوية β والنسبة المحورية) باسم عناصر التبلور ، فمثلا عناصر التبلور لمعدن الجيس (CaSO4 2H2o) ، يعبر عنها هكذا أ: ب: ج = 0.690: 1: 0.412 ، لآ = 80.42 درجة.
ويلاحظ أن المحور ب _أفقي) هو المحور الأساسي في هذه الفصيلة ، وهو الذي يختار أولا عند توجيه البلورة والمحور ب قد يكون محورا ثنائي التماثل أو متعامدا على مستوى التماثل.
وتشمل هذه الفصيلة ثلاثة نظم موضحة في جدول (9):

النظام قانون التماثل الكامل أمثلة من المعادن منشور الميل الواحد 2/م ن أرثوكليز KALS3O8 مسقوف الميل الواحد 2 (=م) كلينوهيدريت H2CaZnSiO5 وتد الميل الواحد 2 ناتروليت Na2(Al2Si3O10)H2o
جدول (9): النظم البلورية في فصيلة الميل الواحد
نظام المنشور المائل Monocline Prismatic Class
الماثل قانون التماثل الكامل: 2/م ن شكل (106) ، يوجد في هذا النظام محور واحد ثنائي التماثل ينطبق على المحور ب. وهذا المحور عمودي على مستوى تماثل (يشمل هذا المستوى المحورين أ ، ج) ، ويوجد بالإضافة إلى ذلك مركز التماثل.
الأشكال البلورية
نصف الهرم المنعكس ، شكل (108 ، 109): نتيجة لوجود مستوى تماثل ومحور ثنائي التماثل فقط ، فإننا نجد أن الشكل البلوري الذي تقطع أوجهه المحاور البلورية في مسافات الوحدة ، أي ذو الأحداثيات أ: ب: ج يتكون من أربعة أوجه فقط. فالأوجه الأربعة التي تقفل الزاوية بيتا الموجبة (+β) [المنفرجة ، شكل (108)] ، تكون نصف هرم الوحدة المنعكس الموجب ، أما الأوجه التي تقفل الزاوية بيتا السالبة (-β) ، شكل (109) ، فإنها تكون نصف هرم الوحدة المنعكس السالب. وووضاح أن أوجه كل من الشكلين الموجب والسالب مختلفة ، فتلك الموجودة في الزاوية الموجبة أكبر. الدليل {111} للموجب ، {111¯} للسالب. هذا بالنسبة لشكلي الوحدة (تقطع أوجههما المحاور البلورية في مسافات الوحدة) ، أما نصف الأهرامات المنعكسة التي تقطع المحاور البلورية في مسافات مختلفة عن الوحدة فإ،ها الادلة العام ، {هـ هـ ل} ، {هـ ك ل} ، {ه ك ل¯} ، {ك هـ ل} ، ك هـ¯ل¯}.
المنشور ، شلك (110): عبارة عن شكل مفتوح مكون من أربعة أوجه كما هو الحال في فصيلة المعين القائمة. منشور الموحدة له الدليل {011} ، أما المنشوريات التي تقطع المحورين أ ، ب على مسافات مختلفة عن الوحدة فلها الدليل العام {هـ ك 0} حيث هـ > ك ، مثل {012} ، أو {ك هـ0} حيث ك > هـ مثل { 021}.
المسقوف:
المسقوف الجانبي أو مسقوف أ: مكون من أربعة أوجه موزاية لمحور أ ، شكل (112) ، الأحداثيات (∞أ : ب: م ج} ، الدليل {0 ك ل}.
نصف المسقوف الامامي أو نصف مسقوب ب: بما أن المحور أ مائل من وجهين فقط ، وليس أربعة ، شكل (114 ، 115) ، ولذلك يعرف باسم نصف المسقوف ب. والشكل الذي يحصر الزاوية بيت الموجبة (المنفرجة) يعرف بنصف المسقوف ب الموجب ودليله {هـ ل} ، مثل {101} ، شكل (114) . أما نصف المسقوف ب السالب فهو الذي يحصر الزاوية بيتا السالبة ودليله {هـ ل} ، مثل {101¯} ، شكل (115).
المسطوحات ، شكل (111) ، توجد ثلاثة أنواع منها ، مثل سابقتها في فصيلة المعيني القائمة ، وهي:
المسطوح القاعدي أو مسطوح ج ، {100} : وجهان.
المسطوح الجانبي أو مسطوح ب ، {010}: وجهان.
المسطوح الأمامي أو مسطوح أ ، {001}: وجهان.
مجموعات الأشكال:
توجد أشكال بلورية كثيرة مجموعة على البلورات الطبيعية التي تمثل هذا النظام كما في شكل (116 ، 117 ، 118، 119).
أمثلة من المعادن:
يتبلور في هذا النظام الكامل التماثل لفصيلة الميل الواحد عدد كبير من المعادن ، من بينها معظم معادن السليكات المكونة للصخور النارية. نذكر منها:
أرثوكليز Orthoclase (KALSi8O8) ، شكل (116، 117).
أوجيت Augite (Ca Al Fe Mg Silicate) ، شكل (119).
هورنلبند Hornblende [Ca Al Fe Mg (OH) silicate].
بيتوتيت Biotite [K Al Fe Mg (OH) Silicate].
جبس Gypsum (CaSO4. 2H2O) ، شكل (118).
مميزات بلورات الميل الواحد:
تتميز بلورات الميل الواحد بأن المحور البلوري ب هو المحور الوحيد ثنائي التماثل (متعامد على مستوى تماثلي هذا النظام كامل التماثل) الموجود في هذه البلورات. وفي هذا التوجيه يقع المحوران ج (رأسي) ، أ (مائل نحو ماسك البلورة) في مستوى التماثل الرأسي وهو المستوى الوحيد الموجود في هذه لابلورات. وفي معظم بلورات الميل الواحد يكون المحور ج هو محور استطالة البلورة ، ولكن في حالات قليلة ، مثل الأرثوكليز تستطيل البلورة في إتجاه المحور أ. وبعض المعادن مثل الأبيدوت تستطيل بلوراتها في إتجاه المحور ب. وفي كل بلورات الميل الواحد يلاحظ عموما أن ميل الأوجه البلورية الموازية للمحور يكون ملحظات. وفي حالات نادرة تصل الزاوية بين المحورين أ ، ج مقاربا جدا من 90درجة.






فصيلة الميول الثلاثة Triclinic System
المحاور البلورية:
تشمل هذه الفصيلة جميع البلورات التي لها ثلاثة محاور غير متساوية وغير متعامدة (أي أنها تتقاطع في زوايا مائلة) ، شكل (120) ، وتمسك البلورة بحيث يمتد المحور ج رأسيا. ويمتد المحور ب من اليمين إلى اليسار. أما المحور أ فيمتد إلى الأمام تجاه ماسك البلورة.
وتتكون عناصر التبلور من النسبة المحورية أ: ب : ج ، والزوايا الثلاث : ألفا ، بيت ، جاما . فمثلا ، في بلورة رودينيت Rhodonite (MnASiO3) ، نجد أن عناصر التبلور هي ، أ: ب: ج = 1.073: 1: 0.613 ، α = 10.8.18 ، β = 108.44 ، δ = 81.39.
وتشمل فصيلة الميول الثلاثة نظامين بلوريين ، كما في جدول (10):
النظام قانون التماثل الكامل أمثلة من المعادن مسطوح الميول الثلاثة 1¯ (=ن) ولاستونيت CaSIO8 سطح الميول الثلاثة 1 أكسينيت
جدول (10): النظم البلورية في فصيلة الميول الثلاثة

نظام مسطوح الميول الثلاثة
التماثل: تتكون عناصر التماثل ي هذا النظام من مركز تماثل فقط ، شكل (121). وعلى ذلك فإن أي شكل بلوري تابع لهذا النظام يتكون من وجهين اثنين فقط ، وجه في ناحية من المركز ووجه آخر مواز له في الناحية المقابلة من المركز.
الأشكال البلورية:
ربع الهرم المنعكس ، شكل (122): بما أن المستويات التي تمر بالمحاور البلورية تقسم الفراغ البلوري إلى أربعة أ.واج من الأقسام غير المتشابهة ، كل قسم عبارة عن ثمن 1/8 الفراغ ، فإنه ينتج على البلورة إذن أربعة أنواع من الأشكال الهرمية. يتكون كل شكل هرمي من وجهين متقابلين فقط ، أو بمعنى آخر يتكون من 1/4 عدد أوجه الهرم المنعكس. ولذلك فإن هذا لاشكل (الذي تقطع أوجهه جميع المحاور البلورية) ، يعرف باسم ربع الهرم المنعكس ، فإذا كانت الأوجه تقطع المحاور البلورية في مسافات الوحدة فإن الشكل بعرف بشكل الوحدة ، أما الأشكال الأخرى فإنه تقطع المحاور البلورية في مسافات مختلفة. وفي عبارة أخرى يمكننا أن نقول أن شكل الهرم المنعكس المعيني القائم قد تحول إلى أربعة أشكال هرمية منعكسة نتيجة لميل المحاور البلورية بالنسبة إلى بعضها البعض. وأدلة هذه الأشكال الأربعة هي: {111} ويعرف باسم الطوي اليميني ، {111¯} العلوي اليساري ، {111¯} السفلي اليمين ، {1¯11¯} السفلي اليساري.ويتوقف الاسم في كل من هذه الحالات الأربعة على مكان الفراغ الأمامي ( والثمن 1/8) ، الذي يقفله وجه الشكل.
نصف المنشور ، شكل (123): من الواضح الآن أن المنشورات في هذا لانظام الذي لا يحتوي سوى مركز تماثل فقط تتكون من وجهين اثنين فقط لكل منها ، ولذلك فإنها تعرف باسم نصف منشورات ، ويمكن تمييز نصف منشور يميني {011} ، ونصف منشور يساري {011¯}. وهذه الأشكال مفتوحة. وتوجد في شكل (123) مجتمعة مع المسطوح القاعدي {100}.
نصف المسقوف: تتكون المسقوفات الآن من وجهين فقط. وعليه فإننا نتحدث عن نصف المسقوف أ اليمين {110} ، واليساري {110¯} ، شكل (124) ، ونصف المسقوف ب العلوي {101} ، والسفلي {101¯} ، شكل (125) ، والتي تشاهد مجتمعة مع المسطوح الأمامي والمسطوح الجان يبفي الشكلين على التواتلي.
المسطوحات ، شكل (126): المسطوح الأمامي أو مسطوح أ {001} ، وجهان ، المسطوح الجانبي أو مسطوح ب {010} ، وجهان ، المسطوح القاعدي أو مسطوح ج {100} ، وجهان.
المجموعات الشكلية:
يوجد عدة أِشكال بلورية مختلفة مجموعة على البلورات الطبيعية ، شكل (127).
أمثلة من المعادن:
يتبلور في هذا النظام معاد البلاجيزكليز وهي من المعادن الأساسية في تكوين الصخور النارية ،ومن أمثلتها ألبيت Albite (NaAlASi8O8) ، أنورثيت Anorthite (CaAl2Si2O8) ، شكل (127( ، كذلك تتبلور في هذا النظام معادن رودونتي ولاستونيت.
مميزات بلورات الميول الثلاثة:
تتميز بلورات الميول الثلاثة بأنها لاتحتوي أيا من المحاور التماثلية أو المستويات التماثلية. وباستثناء معادن الفلسبارات البلاجيوكليزية فإن قلة من المعادن تتبلور في فصيلة الميول الثلاثة ، وعادة ما تكون بلوراتها غير واضحة وغير كاملة الأوجه. أسماء وتوزيع وعلاقة الأشكال البلورية
في النظم الكاملة التماثل في الفصائل البلورية السبعة
يبين جدول (11) ، فيما يلي أسماء وتوزيع ، وعلاقة الأشكال البلورية في النظم الكاملة التماثل في الفصائل البلورية السبعة التي درسناها:
الشكل/ الفصيلة 111 أو 11¯12 110 أو 10¯11 101 أو 10¯11 011 أو 11¯02 001 أو 01¯01 010 أو 10¯01 100 أو 1000 الميول الثلاثة ربع هرم منعكس نصف مسقوف أ نصف مسقوف ب نصف منشور مسطوح أ مسطوح ب مسطوح ج الميل الواحد نصف هرم منعكس مسقوف أ نصف مسقوب ب منشور مائل (( (( (( المعيني القائم هرم منعكس مسقوف أ مسقوف ب منشور معيني قائم (( (( (( الثلاثي هرم منعكس سداسي (2) معيني الأوجه معيني الأوجه منشور سداسي منشور سداسي (( السداسي هرم منعكس سداسي (2) هرم منعكس سداسي (1) منشور سداسي (2) منشور سداسي (1) (( الرباعي هرم منعكس رباعي (1) هرم منعكس رباعي (2) منشور رباعي (1) منشور رباعي (2) (( المكعب ثماني الأوجه الإثنا عشر وجها معينا مكعب
عدد المواد المتبلورة في كل فصيلة ونظام بلوري وأهميته النسبية
يصل العدد الحالي للمواد المتبلورة المعروفة حوالي 20.000 ، من بينها ألفان توجد في الطبيعة كمعادن ، الكثير منها نادر الوجود ، ومن بين هذا العدد الضخم من المواد المتبلورة نجد أن:
50% تتبلور في فصيلة الميل الواحد.
25% تتبلور في فصيلة المعيني القائم.
15 % تتبلور في فصيلة الميول الثلاثة.
وفي عبارة أخرى إن هذه الفصائل الثلاثة (ذات التماثل الأقل بين الفصائل البلورية السبعة) تضم 90% من مملكة البلورات ، تاركة نسبة بسيطة (10%) ، لبقية الفصائل البلورية الأربعة مجتمعة ، والتي يمكن ترتتبيها ترتيبا تنازليا حسب الأهمية النسبية لعدد البلورات التي تتبلور في كل منها كما يلي: المكعب ثم الرباعي ثم الثلاثي ثم السداسي. ويلاحظ أن العدد الأكبر من المواد المتبلورة داخل الفصيلة الواحدة ينتمي إلى النظام الكامل التماثل. ومن أجل تحقيق المواد المتبلورة والتعرف عليها يمكننا أن ننظر إلى مثل هذا التوزيع – وما يبدو من عدم أهمية الفصائل الأعلى تماثلا – على أنه تيسير في صالح تحقيق المواد المتبلورة وليس تعسيرا للأمور. ففي جميع بلورات المواد المكعبية نجد أن الزاوية بينوجهين متقابلين (وجهان لهما نفس الدليلن) ثابتة.ومعنى ذلك أن تعيين الزوايا بين الوجهية في البلورات المكعبية لا يفيد في تحقيق هذه المواد. وكلما انخفض التماثل زاد عدد المتغيرات ، حتى أننا في فصيلة الميول الثلاثة (أقل الفصائل تماثلا) ، نجد أن أقل عدد من الزوايا بين الوجهية (وهي متغيرة) ، غير المرتبطة ببعضها ينبغي التعرف عليها من أجل تعيين الزوايا المحورية الثلاثة (ألفا ، بيتا ، جاما) ، وكذلك النسبة المحورية ( وبالتلاي تحقيق المادة) هو خمسة.

هيئة البلورة Crystal Habit
سبق أن ذكرنا أن المعدن يتميز بشكل بلوري ثابت ، وعلى هذا يختلف معدن عن آخر في الزوايا بين الوجهية ، وكذلك في تماثل الأشكال البلورية ، أي في نظام توزيع الأوجه على البلورة حسب عناصر التماثل المميزة في البلورة. وتعتبر هذه الاختلافات (في الزوايا والتمثل) أساسية في التمييز بين بلورة وأخرى ، كما أنها تمثل الفوارق الهامة بين الفصائل البلورية السبعة التي ذكرناها. أما الاختلافات الأخرى التي تظهر علىالبلورات فليست من الأهمية بمكان مثل هذه الاختلافات الجهورية . ونعني بالاختلافات الأخرى اختلاف حجم البلورات والاختلاف في التكوين النسبي للأوجه البلورية ، وعددها ، وكذلك نوع هذه الأوجه ، أو الأشكال البلورية الموجودة على البلورة ، وقد سبق أن عرفنا التكوين المختلف لأوجه الشكل البلورية الواحد باسم التشوه أو اختلاف الأوجه البلويرة ، شكلا (14 ، 15) ، وتوصف البلورة في هذه الحالة بأنها مشوهة أو مختلفة الأوجه. ويجب ألا ننسى أن مثل هذا التشوه لا يؤثر على الزوايا بين الوجهية ، لأ، هذه الزوايا ثابتة مادام ميل الأوجه البلورية ثابت ولا يهم بعد ذلك إذا كبر الوجه أو صغر.
وقد لوحظ أن بلورات المادة الواحدة تختلف عن بعضها البعض في حجم الأوجه ونسبة تكوينها ، وكذلك في عدد ونوع الأوجه والأشكال الموجودة على البلورات. ومن المشاهدات العامة أنه إذا نمت البلورة (كلورات الصوديوم مثلا) في محلول ، أثناء عملية التبلور داخل كأس مثلا ، وكان نموها على القاه ، فإنها لا تجد حرية في النمو إلى أسفل حيث تصطدم في قاع الكأس ، ولا يوجد محلول تنمو منه ولكنها تنمو إلى الجانبين وإلى أعلى بحرية. وتنتج لنا في هذه الحالة بلورة مسطحة أو مبططة ، أما إذا علقت هذه البلورة في المحلول فإنها تنمو بالتساوي في جميع الاتجاهات وتأخذ شكلا مكعبا. ويعرف الشكل الذي تظهره البلورة للعين باسم هيئة البلورة . ولا تتوقف هيئة البلورة على طبيعة المادة المكونة لها فحسب ، ولكنها تتوقف أيضا على الظروف التي أحاطت بالبلورة أثناء نموها. ومن ذلك يمكننا ان نقول أن هيئة البلورة تصف التكوين النسبي للأوجه أو الأشكال البلورية وكذلك عددها ونوعها. ويجب ألا يغيب عن ذهننا أبدا أن مثل هذا التغيير في هيئة البلورة يحدث دون أن يتبعه أي تغيير – حتى ولو كان طفيفا – في الزوايا بين الوجهية.
ويمكن وصف الهيئة البلورية للمعادن إما بالنسبة للشكل الظاهري وما يشابه ، كأن تكون ابرية أو عمدانية أو مسطحة .. الخ ، أوبالنسبة للشكل البلوري الغالب في تكوين البلورة مثل هرمية أو منشورية أو مسطوحية .. الخ ونذكر فيما يلي الألفاظ الشائعة في وصف هيئة البلورة ، شكل (14).
متساوية أو متساوية الأبعاد ، وذلك عندما تكون جميع الأوجه البلورية متساوية في الحجم تقريبا ، مثل الجرنت.
مسطحة أو نضدية ، وذلك عندما يكون هناك زوج من الأوجه أكبر بكثير من الأوجه الأخرى وتبدو البلورة ، في هذه الحالة "مبططة".
صفائحية ، أو حتى ورقية ، وذلك عندما يصل "التبطيط" ، إلى درجة كبيرة فتصبح البلورة في سمك الورقة.
عمداينة ، وذلك عندما نجد على البلورة ثلاثة أوجه أو أكثر موازية لاتجاه مشترك فيما بينها – قد أصبحت أكبر بكثير من أية أوجه أخرى ، أو بمعنى آخر عندما نجد البلورة طويلة ، أي أن النمو البلوري كان غالبا في اتجاه واحد ، مثل تورمالين.
ابرية أو أليافية ، وذلك عندما تبلغ استطالة البلورة نهايتها (وتشبه الإبرة ، مثل بعض أنواع هونبلند أو الألياف ، مثل أسبتوس). وإننا نجد أن بلورات أي فصيلة من الفصائل البلورية يمكن أن يكون لها آية هيئة من الهيئات المذكورة أعلاه ، أي قد تكون متساوية أو مسطحة أو صفائحية أو عمدانية أو ابرية ، ولكننا نلاحظ أن البلوريات المكعبية تكون غالليا ذات هيئة متساوية.
وتوصف هيئة البلورة أيضا بالنسبة إلى الأشكال البلورية التي توجد أوجهها كبيرة ظاهرة على البلورة ، وغالباة على بقية أوجه الأشكال الأخرى. فمثلا ، قد تكون البلورات المكعبة مكعبة الهيئة أو ثمانية الأوجه أو اثنى عشر وجها معينا. وبلورات الرباعي قد تكون هرمية الهيئة أو منشورية أو مسطوحية. أما في فصيلتي السداسي والثلاثي فقد تكون البلورات هرمية أو منشورية أو مسطوحية أو معينية الأوجه أو مثلثية الأوجه مزدوجة. وفي بلورات المعيني القائمة والميل الواحد والميول الثلاثة قد تكون الهيئة البلورية هرمية أو منشورية أو مسقوفية أو مسطوحية. وعندما تنتهي البلورة المنشورية بأوجه بلورية من ناحية واحدة فقط فإنها توصف بأنها ذات طرف واحد أن أما اذا انتهت البلورة المنشورية بأوجه بلورية من الناحيتين فإنها توصف بأنها ذات طرفين.

مجموعات البلورات Groups of Crystals
توجد بعض المعادن في الطبيعة في هيئة بلورات مفردة أو وحيدة ، ولكن الغالبية العظمة من المعادن توجد بلوراتها مجتمعة في هيئة مجموعات ، قد تكون منظمة في ترتيبها أو غير منظمة. ومن دراستنا السابقة يمكن تعريف البلورة بأنها جسم عديد الأوجه ، فيه الزوايا بين الوجهية أقل من 180 درجة فإذا وجدنا على المادة المتبلورة زاوية داخلة ، شكل (129) ، (130) ، أي زواية تكونها أوجه بلورية متجهة إلى الداخل ، فإن هذا يعتبر دليلا على وجود أكثر من بلورة واحدة مشتركة في هذه المادة المتبلورة. أي أن هذه المادة المتبلورة تتكون من مجموعة من البلورات ، وليست بلورة واحدة.
وتصنف مجموعات البلورات إلى قسمين حسب التركيب الكيميائي لأفرادها، فإذا كانت تتكون من بلورات ذات تركيب كيميائي واحد فإنها تعرف باسم مجموعة متجانسة ، أما إذا كانت مكونة من بلورات مختلفة التركيب الكيميائي (وبالتالي مختلفة المعادن) ، فإنها تعرف باسم مجموعة غير متجانسة.
مجموعاة متجانسة (جميع بلوراتها مكونة من مادة واحدة):
تضم ثلاث أقسام حسب ترتيب البلورات والعلاقة الهندسية بينها ، وهي:
1- مجموعات البلورات المتوازية. وذلك عندما تكون البلورات موازية لبعضها البعض. 2- بلورات توأمية أو توأم ، وذلك عندما تكون البلورات موازية جزئيا لبعضها البعض (أي بعض المحاور البلورية متوازية والبعض الآخر غير متوازي). 3- مجموعات البلورات غير المنتظمة وهذه ينقصها توازي أفرادها.
مجموعات غير متجانسة (بلوراتها مكونة من مواد مختلفة): 1- مجموعات البلورات النطاقية ، هذه تتوازى أفرادها. 2- مجموعات البلورات المنتظمة ، عندما تتوازى الأفراد جزئيا. 3- مجموعات البلورات غير المنتظمة ، وهذه ينقصها توازي أفرادها.
المجموعات البلورية المتجانسة (1) مجموعات البلورات المتوازية: تتكون مثل هذه المجموعات عادة من عدة بلورات بدلا من بلورتين اثنتين فقط. وفيها تجد أن البلورات توازي بعضها البعض ، ومن أمثلتها مجموعات البلورات المتوازية لمعدن الكوارتز (شكل 128) ، والكالسيت. وكذلك توجد هذه المجموعات المتوازية من البلورات كنشوءات صغيرة على أوجه بعض البلورات ، وتعرف باسم أوجه ذات نتوءات ، كما يوجد في بلورات معدن فلوريت . (2) البلورات التوأمية أو التوائم: يطلق اسم توأم أو بلورات توأمية على بلورتي المادة الواحدة اللتين تكونان مجموعة وتظهران متوازيتين توازيا جزئيا. ويحتفظ كل جزء من التوأم باتجاهات محاوره البلورية الخاصة ، ولكن يرتبط كل من هذه الاتجاهين بلوريا باتجاه الآخر ، شكل (129 ، 130) . وهذا الارتباط يمكن فهمه بسهولة إذا نحن تصورنا أن أحد جزئي التوأم قد دار زاوية مقدرها 180 درجة حول محور أو اتجاه ما لينطبق اتجاه هذا الجزء من اتجاه الجزء الآخر ، ونلاحظ أن هذا المحور أو الاتجاه يظل مشتركا بين جزئي التوأم (هذا المحور عمودي على الوجه (001) في حالة البلورة شكل 129) ، ويعرف مثل هذا الاتجاه باسم المحور التوأمي . وعادة يكون هذا المحور التوأمي عبارة عن محور بلوري أو عمودي على أحد الأوجه البلورية. وعملية الدوران حول المحور التوأمي هي عملية تخيلية بحتة ، إذ يجب ألا يغيب عن ذهننا أن البلورة المركبة قد نمت على هذه الحالة التوأمية وتحدد فيها اتجاه كل من الجزأين منذ بدء العبداية. ونلاحظ في شكل (129) أن هناك زوايا داخلة ، تميز هذه التوائم. أما البلورة المفردة فإنها تظهر زوايا خارجة (تطل إلى الخارج) فقط. وقد يرتبط اتجاه كل من جزئي التوأم بواسطة مستوى ينعكس خلاله أحد الجزئين لينتج الجزء الآخر (مثل مستوى التماثل) ، شكل (132) ، ويعرف هذا المستوى باسم المستوى التوأمي . أما مستوى التركيب فهو المستوى الذي يبدو فهي جزئي التوأم ملتصقان ، وهو ينطبق على المستوى التوأمي ولكن ليس هذا دائما.
وتعرف التوأم دائما بواسطة قانون يذكر فيه ما إذا كان هناك محور توأمي أو مستوى توأمي ، وكذلك الاتجاه البلوري لهذا المحور أو ذاك المستوى.
وهناك صفات مختلفة للتوائم ، فمثلا إذا كانت بلورات التوأم ملتصقة بواسطة مستوى التركيب الذي يبدو سطحا مستويا فإن التوأم تعرف في هذه الحالة باسم توأم ملتصقة ، شكل (129 ، 132). أما إذا كان سطح الإلتصاق سطحا غير مستو ، أي تبدو بلورات التوأم متداخلة فإن التوأم في هذه الحالة تعرف باسم توأم متداخلة ، شكل (133) ، مثل توأم معدن فلوريت . والتوأم إذا تكون مفردة أو مضاعفة ، فالتوأم المفردة هي التي تتكون من جزئين اثنين فقط ، شكل (130) ، وهو يمثل توأم معدن الجبس ، أما التوائم المضاعفة فهي التي تتكون من أكثر من جزئين. والتوأم المضاعفة إما أن تكون عديدة التركيب ، شكل (134) ، توأم معدن البيت ، وذلك عندما تكون مستويات التركيب بين أفرادها متوازية. وإما أن تكون مستويات التركيب بين أفرادها ماثلة في هيئة دائرية شكل (135) ، توأم معدن أراجونيت – ذلك عندما تكون مستويات التركيب ستورليت ، ويمثل شكل (137) توأم في شكل "الركبة" لمعدن كاسيتريت (SnO2).
(3) مجموعات البلورات المتجانسة غير المنتظمة: وهذه كثيرة الانتشار في الطبيعة حيث تبدو البلورات في المجموعة غير منتظمة ، مثل بلورات الكوارتز التي تتواجد في العروق ، وقد تكون البلورات منظمة إلى حد قليل حتى لتبدو المجموعة في هيئة وردة صغيرة ، أو كرة صغيرة. وبجانب تواجد مثل المجموعات البلورية المتجانسة غير المنظمة في العروق فإنها توجد أيضا في اللوزات التي توجد مالئة للققافيع في الصخور البركانية.

(ب) مجموعات البلورات غير المتجانسة:
(1) مجموعات البلورات النطاقية: في هذه المجموعات تنمو بلورات المعادن المختلفة في تركيبها الكيميائي موازية لبعضها البعض ، وفي المادة تحيط البلورات بعضها ببعض أثناء النمو ، حتى أنها لتبدو في القطاع المستعرض كنطاقات أو أحزمة حول بعضها. وهناك شرطا أساسي يجب توافره بين المعادن المختلفة لتكوين المجوعات المتوازية (البلورات النطاقية) وهو أنه لابد أن تكون بلورات هذه المعادن متشابهة في أطوال محاورها البلورية ، وفي الزوايا بين الوجهية ، أي لابد أن تكون بلورات هذه المعادن أو المواد الكيميائية متشابهة البناء (لها نفس الترتيب الذري). فمثلا إذا علقنا بلورة من الشبة الكرومية (كبريتات الكروميوم والألومنيوم المائية) ذات اللون الاخضر الداكن في محلول مركز من الشبة البوتاسية (كبريتات البوتاسيوم والألومنيوم المائية) ذات اللون الشفاف ، فإننا نشاهد البلورة الخضراء وقد أحيطت ببلورة شفافة من الشبة البوتاسية.
وقد يوجد أكثر من نطاقين في البلورة النطاثية . وفي جميع الحالات تتشباه المواد المختلفة الداخلة في تكوين البلورات النطاقية في بنائها الذري وشكلها البلوري الخارجي ، مثل هذه البلورات النطاقية كثيرة الظهور في الطبيع. ومنتشرة بين المعادن المختلفة ذات خاصية التبلور المتادخل (أي تكوين بلورات متاجنسة تحتوي على عناصر كثيرة ناتجة عن مقدرة بعض العناصر أن تحل مكان جزءا أو كل من عناصر أخرى). ولا يحدث التبلور المتداخل إلا بين المواد المتشابهة البناء والمتشابعة الشكل ، ومن أمثلتها معادن البجيوكليز (إحلال الصوديوم محل الكالسيوم أو العكس) ، ومعادن البيروكسين (سليكات حديد ومغنسيوم وكالسيوم وألومنيوم وصوديوم .. الخ) ، ومعادن الأمفيبول والتورمالين.
(2) مجموعات البلورات المنتظمة: وفي هذه المجموعات نجد توازيا جزئيا بين اتجاهات البلورات المختلفة ، بمعنى أن بعض المحاور البلورية متوازي والبعض الآخر غير متوازي. فمثلا قد توجد بلورات من معدن الروتيل محاطة ببلورة معدن ميكا بحيث يكون اتجاه المحور ج في الروتيل موازي لاتجاه المحاور الأفقية في الميكا.
(3) مجموعات البلورات غير المنتظمة: وهذه المجموعات تضم بلورات معادن مختلفة وذات اتجاهات مختلفة أيضا. وهذا النوع أكثر الأنواع انتشارا وشيوعا بين مجموعات البلورات المختلفة ، فهو الذي يوجد مكونا لكثيرمن الصخور.
مجموعات المعادن المتبلورة Crystalline aggregates
توجد كتل المعادن في الطبيعة في هيئة مجموعات لوحدات (حبيبات) لها بناء ذري منتظم ولكن ينقصها الأوجه البلورية ، وعلى ذلك فإن هذه الكتل هي مجموعات معدنية متبلورة ، وتأخذ هذه المجموعات في الطبيعة أشكالات مختلفة (ولو أن الحبيبات المكونة ليس لها أي شكل بلوري خارجي). ومن أمثلة هذه الأشكال ما يأتي ، شكل (138):
1- أليافية ، ابرية ، عمدانية ، عندما تكون حبيبات المعدن مجموعة في هيئة ألياف (اسبستوس) أو ابر (جبس) أو أعمدة (تورمالين). 2- صفائحية : عندما تكون حبيبات المعدن مجموعة في هيئة صفائح. 3- ميكائية: بلورات المعدن مرصوصة في هيئة ألواح رقيقة جدا ، مثل معادن الميكا. 4- كروية: مجموعات حبيبات المعدن في شكل كرات صغيرة. 5- بطروخية: عندما تكون كتلة المعدن مكونة من حبيبات مستديرة صغيرة تشبه البطارخ (بيض السمك) ، مثل بعض أنواع الهيماتيت. 6- باسلاتئية: عندما تكون في هيئة حبيبات البسلة. 7- حبيبية: عندما تكون حبيبات المعدن في شكل حبيبات مستديرة كبيرة كانت أو صغيرة. 8- نتوئية: عندما يغطي سطح المعدن ببلورات دقيقة بارزة أو ناتئة عليه. 9- عنقودية: مجموعة مكونة من كرات صغيرة ملتصقة ببعضها البعض وتشبه عنقود العنب ، مثل بعض أنواع الكالسيدوني (SiO2). 10- كلوية: كتل مستديرة من المعدن ملتصقة ببعضها البعض ، كل واحدة منها تشبه الكلية ، مثل بعض أنواع الهيماتيت. 11- شجرية: عندما تصبح المجموعة في شكل شجرة متفرعة ، مثل بعض أنواع البيرولوسيت (MnO2). 12- مجمية أو شعاعية: عندما تكون الوحدات المعدنية المكونة للمجموعة في هيئة أشعة دائرية ، مثل وفيلليت [Al8(OH)8(PO4)2.5H2O]. 13- نصلية: مجموعة من وحدات مبططة في شكل نصل السكين ، مثل كيانيت (Al2SiO5). 14- استلاكيتية: كتل في هيئة مخروط أو اسطوانة ، مثل بعض أنواع الكالسيت. 15- كتلية: المادة المكونة للمعدن في هذه الحالة مضغوطة أو مكبوسة في هيئة كتلة ليس لها شكل معين. 16- درنية: عندما تتجمع حبيبات المعدن بالترسيب حول نواة لتكون كتل كروية الشكل تقريبا. 17- نرجيلات: عندما تبطن حبيبات المعدن إحدى الفجوات الكروية تقريبا من الداخل ، فإنه يطلق على هذه الكرة المفرغة من الداخل اسم نرجيلة. وغالبا المعدن مصفوفا في صفوف نتيجة لتعاقب ترسيبها. 18- لوزية: كتلة في شكل اللوزة ، كما في معادن الزيوليت عندما تملأ حبيباتها الفجوات اللوزية الشكل (الناتجة من هروب الغازات والأبخرة) في الطفوح البركانية. 19- عدسية: عندما تكون المجموعة في هيئة عدسة. 20- خيطية: عندما تتكون المجموعة من أسلاك رفيعة ، عادة ماتكون منحنية أو منثنية ، مثل الفضة. 21- شعرية: عندما تتكون المجموعة من بلورات رفيعة جدا مثل الشعر. 22- معرقية أو شبكية: عندما تتكون المجموعة من ألياف متشابكة في هيئة شبكة ، مثل الفضة.
يتبع

الباب الثالث: الخواص الكيميائية للمعادن Chemical prosperities of Materials=
قلنا إن المعدن يتميز بتركيب كيميائي خاص ، فقد يكون عنصرا (قلة) أو مركبا كيميائية (كثرة). وتعتبر معرفة التركيب الكيميائي للمعادن ذات أهمية كبرى في دراستنا لها. إذ تتوقف طبيعة المعدن ، وخواصه المختلفة إلى درجة كبيرة على تركيبه الكيميائي. ويمكن التعرف على كثير من المعادن بسهولة بواسطة خواصها الفيزيائية والكيميائية معا ، ويمكن تعيين العناصر الأساسية في تركيب المعدن بسرعة بواسطة طرق لهب البوري أو أنبوبو النفخ ، وهذه الطرق لا تستلزم جميع الأجهزة والكيماويات الموجودة في معمل كيميائي ، ولكن تتكون أهم أجهزتها من أجهزة بسيطة.
التحليل الكيميائي بلهب البوري Analysis by the Blowpipe
يهدف التحليل الكيميائي بلعب البوري إلى التعرف على بعض أو كل العناصر الداخلة في تركيب المعدن عن طريق عمليات كيميائية جافة. يساعد هذا التحليل في تحقيق المعدن – أو على الأقل تحقيق مكوناته الكيميائية الرئيسية – بطريقة سريعة. ولا تحتاج هذه العمليات الكيميائية إلى أجهزة معقدة ، ولكن – في معظمها – أجهزة بسيطة. يمكن توفيرها في المختبر (المعمل) أو الحقل. إذ لا تتطب سوى ما يأتي:
1- مصدر للحرارة مثل مصباح بنزن أو مصباح كحول أو حتى لهب شمعة ، ويمكن التحكم في حرارة اللهب برفع درجة حرارته ، وذلك عن طريق خلطه بالأكسجين (الهواء) عن طريق النفخ أو أنبوب النفخ Blowpipe ، شكل (139). ويستعمل لهب البوري إما لإعطاء أكسدة سريعة للمعدن عند النقطة "أ" في الطرف الخارجي لللهب ، شكل (142) ، أو اختزال سريع للمعدن ، وذلك بوضعه عند النقطة "ب" في الجزء الداخلي من اللهب ، شكل (142). ويمكن سحب طرف البوري قليلا من اللهب إلى الخارج لإعطاء لهب مختزل. ويستلزم الأمر عادة شيئا من الخبرة للحصول على لهب مستمر وقوي بالنفخ. وتصل درجة حرارة البوري إلى ما يقرب من 1500 درجة مئوية. 2- حامل لمسحوق المعدن ، وقد يكون مكعبا من الفحم ، (شكل 144 ، 145) ، أو مسطحا من الجبس ، أو ملقاطا طرفيه مكسوتين بالبلاتين ، أو سلك بلاتين بيد من زجاج ، شكل (143) ، أو أنبوبة زجاجية رفيعة مفتوحة الطرفين "الأنبوب المفتوح" شكل (140) ، أو مفتوحة من طرف واحد فقط "الأنبوب المقفول" شكل (141). ويمثل شكل (146) مجموعة الأجهزة المستخدمة في طرق التحليل الكيميائية باستعمال لهب البوري. 3- بضع مواد كيميائية بعضها صلب والبعض الآخر محاليل. والغرض من استخدام هذه المواد الكيميائية يمكن تلخيصه فيما يلي: أ‌- المساعدة في صهر المعدن عند تسخينة ، أي أنها مواد مصهرة مثل البوراكس (بورات الصوديوم المائية) ، والملح الميكروكوري (فوسفات الصوديوم والأمونيوم الإيدروجينية المائية) ، وكربونات الصوديوم. ب‌- بعض الأحماض المعدنية مثل حامض الهيدروكلوريك وحامض النيتريك وحامض الكبريتيك ، للكشف عن الشق الحامضي ، وكذلك محاليل من مولبدات الأمونيوم وكلوريد الباريوم وايدروكسيد الكالسيوم ونترات الكوبالت وفوق أكسيد الأيدروجين ، بعض المواد الصلبة مثل حبيبات القصدير ومسحوق المغنسيوم اللازمة لإجراء بعض التجارب الكيميائية التحليلية البسيطة التي تحقق وجود بعض العناصر. وفيما يلي بيان بالإختبارات والتحاليل الكيميائية بلهب البوري التي سنصفها بإيجاز (معظمها في هيئة جداول): 1- ألوان اللهب الناتجة من التسخين على سلك البلاتين ، جدول (12). 2- التسخين على مكعب الفحم: (1) تكوين الفلز بالإختزال ، جدول (13) ، (ب) تكوين الأكسيد والمواد المتسامية بالأكسدة ، جدول (14). 3- التسخين على مسطح الجبس (تكوين اليوديد المتسامي) ، جدول (15). 4- التسخين في الأنوبة المفتوحة (تيار هواء مؤكسد) ، جدول (16). 5- التسخين في الأنبوبة المقفولة (تيارد هواء مختزل) ، جدول (17). 6- اختبارات خرزة البوراكس ، جدول (18). 7- اختبارات الكشف عن الشق الحامضي ، جدول (19). 8- اختبارات خاصة: التفرقة بين الأراجونيت والكالسيت ، الكالسيت والدولوميت ، تحقيق الكاسيتريت. 9- ملخص اختبارات الكشف وتحقيق الفلزات المكونة للمعادن (مرتبة أبجديا) ، وهي: ألومنيوم ، أنتيمون ، باريوم ، بوتاسيوم ، قصدير ، كالسيوم ، كروميوم ، مغنسيوم ، مولبيدنوم ، نيكل ، يورانيوم.
1- ألوان اللهب الناتجة بالتسخين على سلك بلاتين:
تنتج هذه الألوان ، جدول (12) ، عند تسخين مسحوق المعدن ، إما بمفرده أو مبللا بحامض الهيدروكلوريك ، أو حامض النيتريك أو حامض الكبريتيك ، على طرف سلك البلاتين ، شكل (143) ، حيث تلون الجزء الخارجي من اللهب. وفي حالة المعادن التي لا تتحلل بسهولة (مثل معادن السليكات) يحتاج الأمر إلى صهر المعدن المطحون جيدا مع حجم مساو له من الجبس أو الفلوريت أو بيكبريتات البوتاسيوم على سلك البلاتين.
لون اللهب المادة (العنصر المسبب للون) ملاحظات أحمر طوبي كالسيوم Ca باستعمال مرشح ضوء أخضر لا يظهر أي لون. أحمر قرمزي استرونشيوم Sr باستعمال مرشح ضوء أخضر يبدو اللون أصفر باهتا. تعطي محاليل الاسترونشيوم راسبا أبيض إذا أضيف إليها حامض الكبريتيك (فرق بينها وبين الليثيوم) أحمر قرمزي كثيف ليثيوم Li باستعمال مرشح ضوء أخضر لا يظهر أي لون. أصفر صوديوم Na واضح ومميز. بنفسجي بوتاسيوم K يتأثر اللون بوجود الصوديوم ، وباستعمال مرشح ضوء أزرق يبدو اللون أحمر مائلا إلى الزرقة. أخضر مائل للإصفرار باريوم Ba معادن الباريوم ذات وزن نوعي عالي. أخضر نحاس Cu لون اللهب أخضر زمردي باستعمال حامض النيتريك وأخضر مشوبا بلون أزرق سماوي باستمعال حامض الهيدروكلوريك. ألوان زرقاء غير مميزة رصاص Pb تتكون كرات الرصاص بالاختزال على مكعب الفحم. زرنيخ As تنتشر رائحة الثوم أثناء احتراق المعدن أنتيمون Sb ألوان خضراء زنك Zn فسفور P أيضا موليبدنوم Mo
جدول (12): ألوان اللهب والعناصر المسببة لها

2 (أ) – التسخين على مكعب الفحم (تكيون الفلز بالاختزال): الكرة الصغيرة العنصر ملاحظات بيضاء ، (طرية) ، غير مطفية عندما تبرد الفضة Ag للتمييز بين الفضة والقصدير ، أذب في حامض النيتريك ثم أضف حامض الهيدروكلوريك للحصول على راسب أبيض من كلوريد الفضة. بيضاء ، (طيرة) ، طفية عندما تبرد ، قابلة للطرق ، لا تترك أثرا على الورق القصدير Sn يحصل على الكريات بصعوبة ، وقد تتأكسد في حامض النيتريك إلى الإيدروكسيد الأبيض رمادية (طرية) ، لامعة في اللهب المختزل سهلة الإنصهار ، تترك أثرا على الورق الرصاص pb للتمييز بين الرصاص والقدصير أذب في حامض النيتريك ثم أضف حامض الكبريتيك لتحصل على راسب أبيض من كبريتات الرصاص. صفراء (طرية) ، تبقى لامعة قابلة للطرق الذهب Au يسهل الحصول على الكريات من التيلورديات. حمراء (طيرة اسفنجية) ، سوداء عندما تبرد النحاس Cu يجب تحميص معادن النحاس المحتوية على الكبريت أو الزرونيخ أو الأ،تيمون قبل اختبارها على مكعب الفحم. كريات ضعيفة المغناطيسية كوبالت Co نيكل Ni اختبارخرزة البوركس أزرق عميق. اختبار خرزة البوركس بني مائل. كريات قوية المغناطيسية حديد Fe اختبار خرزة البوركس صفراء ساخنة وعديمة اللون باردة في اللهب المؤكسد.
جدول (13): الكريات الفلزية المتكونة بالاختزال على مكعب الفحم وذلك بخلط المعدن بمسحوق الفحم وكربونات الصوديوم والتسخين في لهب البوري المؤكسد.



2 (ب) – التسخين على مكعب الفحم (تكوين الأكسيد والمواد المتسامية): بالقرب من المعدن المؤكسد وهي ساخنة الحافة الخارجية للمادة المتسامية المادة ملاحظات أبيض نقي مائل للإحمرار أبيض أكسيد السيلينيوم (أحمر) سيلينيوم (أبيض) تلون المادة المتسامية اللهب المختزل باللون الأزرق أبيض كثيف رمايد إلى بني أكسيد الثلوريوم (أبيض) تلروريوم (رمادي) تلون المادة المتسامية اللهب المختزل باللون الأخضر الباهت أبيض كثيف أشهب إلى بني أكسيد أنتيمون تتكون بكثرة بالقرب من المعدن المتأكسد (أقل تساميا من أكسيد الزرنيخ) أبيض أبيض إلى أشهب أكسيد الزرنيخ تتكونب بكثرا بعيدا عن المعدن المتأكسد (له رائحة الثوم) أبيض أبيض إلى أزرق كلوريدات النحاس والرصاص والزئبق والأمونيون والقلويات أصفر خفيف جدا (أبيض في البارد) أبيض خفيف جدا أكسيد القصدير المادة المتسامية يصبح لونها أخضر يميل إلى الزرقة إذا بللت بنترات الكوبالت ثم سخنت بشدة لون النحاس الأحمر أبيض أكاسيد الموليديوم تتحول المادة إلى لون أزرق إذا سخنت في اللهب المختزل أصفر قاتم أبيض يميل للزرقة أكسيد الرصاص تتكون مادة متسامية خضراء مائلة للصفرة إذا سخنت مع بوديد البوتاسيوم أصفر كناري (أبيض في البارد) أبض خفيف جدا أكسيد الزنك تصبح المادة المتسامية خضراء إذا بللتب نترات الكوبالت وسخنت بشدة أحمر إلى أحمر فاتح فضة مختلطة مع رصاص وأنتيمون تتحول الفضة بالتسخين الشديد لفترة طويلة إلى مادة متسامية لونهاب ني خفيف
جدول (14): المواد المتسامية على مكعب الفحم الناتجة من تسخين المعدن في اللهب المؤكسد.


4- إختبارات التسخين على مسطح الجبسي (مواد اليوديد المتسامية):
في بعض الأحيان سكون لليوديدات مظهر مختلف تماما عن ذلك الذي تأخذه الأكاسيد. وللحصول على اليوديد المتسامي فإنه يلزم طحن المعدن طحنا جيدا ثم يبلل بحامض الهيدروأيوديك (HI) ، أو يخلط بمادة صاهرة مكونة من جزئين بالتساوي من يوديد البوتاسيوم (KI) ، وبيكبريتات البوتاسيوم (KHSO4). ثم يسخن المخلظ على مسطح الجبس (يمكن استعمال مكعب الفحم كحامل لها). حيث تتكاثف طبقات رقيقة من اليوديد المتسامي ذي الألوان العديدة على الأجزاء الباردة من السطح ، جدول رقم (15):
بالقرب من المعدن المسخن الحافة الخارجية المادة ملاحظات أصفر برتقالي أصفر برتقالي يوديد الرصاص متسامية. أصفر إلى برتقالي أصفر إلى برتقالي يوديد الزرنيخ متسامي جدا. برتقالي إلى أحمر برتقالي إلى أحمر يوديد الأنتيمون يختفي عند تعرضه لأبخرة الأمونيا القوية أسود إلى أصفر مطفي أصفر إلى قرمزي يوديد الزئبق يحتاج إلى تسخين بشدة أحمر إلى قرمزي أحمر إلى قرمزي يوديد السيلينيوم متسامي وأبخرته حمراء بني مائل للاحمرار بني مائل للاحمرار يودي البرموت تحول أبخرة الأمونيم لونه إلى أصفر ثم إلى أحمر بني يشوبه إحمرار باهت بني داكن يوديد التلوريوم متسامي أزرق بحري داكن يوديد الموليدنوم
جدول (15): مواد اليوديد المتسامية على سطح الجبس

(3) إختبارات التسخين في الأنبوبة المفتوح Open tube tests:
تستعمل في هذه التجربة أنبوبة زجاجية قطرها الداخلي حوالي نصف سنتيمتر وطولها حوالي 12 سم. ويجب أن تكون هذه الأنبوبة منثنية قليلا بالقرب من أحد طرفيا ، شكل (140) ، لحمل مسحوق المعدن على هذه الثنية. وتستعمل مثل هذه الأنبوبة المفتوحة الطرفين في إختبارات الأكسدة التي تطرأ على المعدن عند تسخينه وتسامي بعض الأكاسيد الناتجة وتكثفها على جدران الأنبوبة الداخلية بعيدا عن المعدن المطحون. وتمسك الأنبوبة مائلة أكبر ميل بقدر الإمكان ويسخن الجزء العلوي فوق المعدن ثم السفلي بواسطة لهب البنزن فيسخن الهواء وكذلك المعدن وتعمل الأنبوبة كمدخنة يمر بها تيار مستمر من الهواء الذي يؤكسد المعدن المطحون وتتحول بعض مكوناته إلى أكاسيد غازية أو طيارة يخرج بعضها من طرف الأنبوبة ويتكثف البعض الآخر قرب هذا الطرف عند الجزء البارد من الأنبوبة. وبدراسة خواص لون المادة المتسامية المرتسبة يمكن معرفة العناصر المكونة للمعدن. ويبين الجدول رقم (16) خواص هذه المواد المتسامية المرتسبة في الأنبوبة المفتوحة والعناصر المسببة لها.
الراسب اللون المادة ملاحظات أبيض متبلور أبيض As2O8 طيار (volstile) ، بلورات ثمانية الأوجه. أبيض متبلور أبيض Sb2O8 يتسامى ببطء – يترسب بالقرب من المعدن في هيئة حلقة بيضاء ، أما الزرنيخ فيترسب بعيدا. أصفر باهت أبيض MoO8 بلوريات صغيرة بالقرب من المعدن. يتسامى ببطء وتتحول البلورات إلى اللون الأزرق في اللهب المختزل. أشهب فلزي كرات صغيرة زئبف Hg يسخن المعدن ببطء حتى تنتج أكسدة كاملة.
جدول (16): خواص المواد المتسامية المترسبة في الأنبوبة المفتوحة.


(5) إختبارات التسخين في الأنبوبة المقفولة Closed tube tests:
تستعمل في هذه الإختبارات أنبوبة زجاجية مقفولة من أحد طرفيها ، طولها حوالي 8 سنتيمرات ، وقطرها الداخلي حوالي 3 ملليمترات ، شكل (141) ، صفحة (101) ، والغرض من إستعمال هذه الأنبوبة هو إختبار خواص المواد الناتجة من تسخين المعدن في جو مختزل (بعيدا عن الأكسجين) ، وغالبا ما يحدث أن يتفتت المعدن إلى قطع صغيرة أو أن ينصهر المعدن. ولاجراء هذا الاختبار نضع المعدن المسحوق عند الطرف المقفول للأنبوبة ونسخنه في لهب البنزن. ويبيبن الجدول رقم (17) وصفا مختصرا لبعض الإختبارات داخل الأنبوبة المقفولة.
ساخنة باردة المادة ملاحظات سائل شفاف سائل شفاف ماء متعادل أو حامض ضعيف سائل فلزي رمادي زئبف مسحوق المعدن المذاب في حامض ضعيف يغطي لوح نحاسي بالزئبق مادة صلبة بيضاء مادة صلبة بيضاء كلوريد الرصاص ، كلوريد الأنتيمون ، أكسيد الزرنيخوز ، أملاح الأمونيوم سائل أصفر قاتم أو أحمر بلورات صفراء باهتة كبريت يتسامى بسهولة سائل أحمر قاتم مادة صلبة صفراء بإحمرار كبريتيد يتسامى بسهولة مادة صلبة فلزية سوداء لامعة أو مادة متبلورة رصاصية لامعة أو مادة زرنيخ إكسر طرف الأنبوبة المقفل وسخن فتنتشر رائحة الثوم
جدول (17): خواص المواد المتسامية المتكونة في الأنبوبة المقفولة

6- إختبارات الخرزة Bead tests:
تكون أكاسيد كثير من الفلزات مركبات معقدة ذات ألوان مميزة إذا أذيبت عند درجات الحرارة العالية في البوراكس. أم ملح الفوسوفور ، أو كربونات الصوديوم. وتستعمل خرزة فلوريد الصوديوم في الكشف عن اليورانيوم ، ونستعمل في هذا الإختبار سلك بلاتين ملفوف في شكل دائرة صغيرة عند نهايته ، شكل (143). ويجب تحميص الفلزات غير المؤكسدة وكذا مركبات الكبريت ، والزرنيخ ، والأنتيمون ، قبل إجراء إختبارات الخرزة عليها ، وذلك حتى تزال جميع المكونات الطيارة وتتحول المادة المتبقية إلى أكسيد. يسخن طرف سلك البلاتين الملفوف ، ثم يغمص في البوراكس أو ملح الفوسفور أو كربونات الصوديوم حيث تلتصق المادة بالحلقة وتتحول إلى خرزة زجاجية شفافة إذا سخنت في لهب البوري ، وفي حالة ملح الفوسفور يجب التسخين ببطء إذ أن هذه المادة تميل إلى السقوط من لفة السلك نظرا لهروب الماء والأمونيا.
فإذا جعلنا الخرزة الساخنة تلمس بعض فتات المعدن المطحون (مؤكسد) ، ثم سخنا الخرزة في اللهب المؤكسد للبوري ، فإن الحرارة المنصهرة سوف تتلون بألوان مميزة تبعا للعنصر الموجود.
كما يمكن ملاحظة لون الخرزة في اللهب المختزل ، ويبين جدول (18) ألوان خرزة البوراكس. ويمكن خلع الخرزة من سلك البلاتين بفك لفة السلك. ومن ثم يمكن الإحتفاظ بهذه الخرزة أو إجراء تجارب كيميائية عليها. وإذا أريد الكشف عن النيكل في وجود الكوبالت ، أو أي أكسيد آخرن ، مما يؤدي إلى طمس إختبار خرزة البوراكس ، فإننا نلجأ إلى الطريقة التالية: أذب عددا من خرزات البوراكس في حامض النيتريك ، ثم أضف محلول الأمونيا حتى يصير المحلول قلويا. أضف إلى الراشح بعض سنتيمترات مكعبة من محلول ثاني من ميثيل الجلايوكسيم في الكحول ، يتكون راسب أحمر قرمزي يدل على وجود النيكل وهذا الإختبار حساس جدا.
اللهب المؤكسد اللهب المختزل المادة: أكسيد ال... ملاحظات ساخنة باردة ساخنة باردة شفاف شفاف شفاف شفاف سليكون ، ألومنيوم ، زنك أي كمية شفاف شفاف إلى أبيض شفاف شفاف إلى أبيض كالسيوم ، استرونثيوم ، باريوم ، مغنسيوم ، زنك أي كمية أصفر باهت شفاف إلى أبيض أصفر أصفر إلى بني تنجستن كمية متوسطة أصفر إلى بني أصفر أخضر باهت شفاف تقريبا يورانيوم كمية متوسطة إلى كبيرة أصفر إلى بني أخضر مصفر أخضر أخضر كروميوم كمية متوسطة إلى كبيرة أخضر أخضر مزرق شفاف إلى أخضر أخضر مزرق نحاس كمية صغيرة إلى متوسطة أزرق أزرق أزرق أزرق كوبالت كمية صغيرة إلى متوسطة بنفسجي بنفسجي إلى أحمر شفاف شفاف منجنيز كمية صغيرة بنفسجي بني بحمرة رمادي عكر رمادي عكر نيكل كمية صغيرة إلى متوسطة

جدول (18): ألوان خرزة البوراكس

(7) إختبارات الكشف عن الشق الحامضي:
تستخدم الاحماض العادية وبعض المواد الصلبة المساعدة في الكشف عن الشق الحامضي في المعادن: كلوريد ، فلوريد ، كبريتيد (بعضها كربونات ، كبريتات ، فوسفات ، سليكات ، (بعضها) ، جدول (19).
الشق الحامضي الإختبارات كلوريد يتفاعل المعدن المخلوط مع ثاني أكسيد المنجنيز مع حامض الكبريتيك المركز ليعطي غاز الكلور. باستعمال خرزة ملح الصوديوم الفوسفوري (الملح الميكروكوزمي) المشبعة بثاني أكسيد النحاس يعطي مسحوق الكلوريد شعلة من الضوء الأزرق السخي حول الخرزة. فلوريد يتفاعل المعدن مع حامض الكبريتيك المركز ليعطي فقاقيع شحمية من حامض الهيدروكلوريك والتي تؤدي إلى ترسيب غشاء أبيض من السليككا على نقطة من الماء تكون موجودة عند طرف الأنبوبة. كبريتيد (بعضها) تتفاعل بعض الكبريتيدات مع حامض الهيدروكلوريك لتعطي غاز كبيرتيد الأيدروجين. يمكن الكشف عن الكبريتيد أيضا بإختبارات الأنبوبة المقفولة (كبريت متسامي ذو لون برتقالي) ، والأنبوبة المفتوحة ، ومكعب الفحم. كربونات يتفاعل المعدن مع حامض الهيدروكلوريك ليعطي غاز ثاني أكسيد الكربون الذي يعكر ماء الجير كبريتات سخن المعدن على مكعب الفحم مع كربونات الصوديوم ومسحوق الفحم ، ثم ضع الراسب على عملة فضية وبلل بالماء. يدل تكون بقعة سوداء على وجود شق الكبريتات (أو الكبريتيد). فوسفات عند تسخين المعدن مع المغنسيوم في الأنبوبة المقفولة ، ثم إضافة الماء يتكون الهيدروجين الفوسفوري. يحقق شق الفوسوفور أيضا بتكوين كتلة زرقاء منصهرة عند تسخين المعدن على مكعب الفحم ثم يبلل بنترات الكوبالت ثم يسخن بشدة. سليكات يتحول المعدن إلى كتلة جيلاتينية بالتفاعل مع حامض الهيدروكلوريك.
جدول (19) الكشف عن الشق الحامضي في المعادن.
8- إختبارات خاصة:
التفرقة بين الكالسيت والأراجونيت: (إختبار ميجن Meigen's test) ، يغلي مسحوق المعدن لمدة تتراوح بين دقيقة وخمس دقائق في محلول نترات الكوبالت ذي تركيز يترواح بين 5 إلى 10% . يلاحظ أن الكالسيت يبقى أبيض اللون ، بينما يتغير لون الأراجونيت ليصبح بنفسجيا نتيجة لتكوين مركب نترات الكوبالت القاعدية. ويكشف عن التغير في اللون بسهولة إذا غسل المسحوق الذي فصل من المحلول بعد عملية الغليان. ولما كانت كل من كربونات الأسترونشيوم ،وكذلك راسب كربونات المغنسيوم القاعدية ، تعطي نفس التفاعل مثل الأرجوانيت ، كما يعطي الدولوميت نفس التفاعل مثل الكالسيت ، فإن الإختبار يستلزم أولا التأكد من أن مثل هذا الإختبار يجرى على أحد شكلي كربونات الكالسيوم – حيث أنه بالإضافة إلى ما سبق ذكره ، فإن هذا الإختبار لا يمكن تطبيقه على المساحيق التي تشمل خليطا من الأراجونيت والكالسيت.
التفرقة بين الكالسيت والدولوميت: (أ) إختبار ليمبرج Lemberg's test ، يغلى مسحوق المعدن لمدة تتراوح بين 15-20 دقيقة في محلول كلوريد الألومنيوم وخلاصة صبغة الهيماتوكسيلون (يحضر المحلول بأن يغلى لمدة عشرين دقيقة – محلول مكون من ستين جرام من الماء مع مخلوط أربعة جرامات من كلوريد الألومنيوم ، وستة جرامات من خلاصة صبغة الهيماتوكسيلون (صبغة لوج وود) مع استمرار التقليب وإضافة ماء بدلا مما يفقد بالتبخير). يصبغ الكالسيت في هذا الإختابار ويصبح لونه أحمر وريدا ، بينما لا يتغير لون الدولوميت. يعطي الأرجوانيت نفس التفاعل مثل الكالسيت.
(ب) إختبار ماهلر Mahelr's test  : يستخدم في هذه الحالة محلول مخفف من نترات النحاس . يعطي مسحوق الكالسيت فورانا شديدا إذا غلي لبضع دقائق في هذا المحلول ، ويعقب هذا الفوران تلون حبيبات الكالسيت بلون أخضر ، أما الدولوميت فلا يحدث له أي تغيير في هذا الإختبار.
إختبار الكاسيتريت: لما كانت معادن الكاسيتريت تتراوح في لونها بين ظلال مختلفةمن الأصفر والبني والأسود فإن ظهور إختلاف في مظهرها يمكن إستخدامه لتحقيق هذه المعادن والكشف عنها. ويتم ذلك بأن نضع بضع كسرات من الكاسيتريت في أنبوب إختبار فوق حبيبات من فلز الزنك ، ثم نضيف إلى المخلوط حامض الهيدروكلوريك ، وفي هذه الحالة سوف يختزل الأيدروجين المتولد حديثا أكسيد القصدير SnO2 ، وبعد بضع دقايق يصبح الكاسيتريت مغطى بغشاوة رقيقة من فلز القصدير ذي البريق الفلزي واللون الأشهب.
9- ملخص الكشف عن الفلزات في المعادن: (تبعا للترتيب الأبجدي للفلزات).
ألومنيوم (AL) : يعطي مسحوق المعدن المبلل بنترات الكوبالت عند تسخينه بشدة على مكعب الفحم راسبا أزرق غير منصهر.
أنتيمون (Sb): يعطي مسحوق المعدن المحمص (المؤكسد) على مكعب الفحم قشورا بيضاء قريبة من المسحوق المحمص. يعطي في الأنبوبة المفتوحة مادة بيضاء متسامية بالقرب من العينة. يعطي في الأنبوبة المقفولة مادة متسامية بنية اللون مشوبة بالإحمرار ، سوداء اللون عندما تكون ساخنة.
باريوم (Ba): يعطي إختبار اللهب لونا أخضر تفاحيا مصفرا.
بوتاسيوم (K): يعطي إختبار اللهب لونا بنفسجيا ، عندما يبصر إليه من خلال مرشح زجاجي أزرق اللون.
تنجستن (W): تتلون خرزة الملح الفوسفوري (الميكروكوزمي) بلون أخضر مشوبا بالزرقة في اللهب المختزل.
تيتانيوم (Ti): تتلون خرزة الملح الفوسفوري (الميكروكوزمي) بلون أصفر وهي ساخنة ، وبلون بنفسجي وهي باردة ، وذلك في اللهب المختزل.
حديد (Fe): تتلون خرزة البوراكس بلون أصفر وهي ساخنة ، وتكون عديمة اللون وهي باردة ، وذلك في اللهب المؤكسد. ولكن في اللهب المختزل تتلون الخرزة بلون أخضر زجاجي.
ذهب (Au): يؤدي الإختزال على مكعب الفحم إلى تكوين خرزة من الذهب طرية قابلة للطرق.
رصاص (Pb): يؤدي الإختزال على مكعب الفحم إلى تكوين خرزة من الرصاص ذي البريق القلوي والقابلة للطرق وإذا حكت في ورقة تركت أثرا أسودا.
زرنيخ (As): تؤدي الأكسدة على مكعب الفحم إلى تكوين قشرة صفراء اللون وهي ساخنة ، بيضاء اللون وهي باردة ، أما إذا سخن المعدن على مكعب الفحم مع نترات الكوبالت ثم أعيد تسخينه بشدة فإنه تتكون قشرة خضراء زرعية اللون.
زئبف (Hg): يؤدي تسخين مخلوط المعدن مع يوديد البوتاسيوم والكبريت على مكعب الفحم إلى تكوين قشرة صفراء اللون مشوبة بالإخضرار مع تصاعد أبخرة صفراء اللون مخضرة. أما إذا سخن مخلوط المعدن مع مسحوق كربونات الصوديوم ومسحوق الفحم في الأنبوبة المقفولة فإنه تتكون كريات متسامية من الزئبق.
سترونشيوم (Sr): يعطي إختبار اللهب لونا أحمر قرمزيا.
صوديوم (Na): يعطي إختبار اللهب لونا أصفر.
فضة (Ag): يعطي الإختزال على مكعب الفحم خرزة من الفضة.
قصدير (Sn): يعطي الإختزال على مكعب الفحم خرزة من القصدير.
كالسيوم (Ca): يعطي إختبار اللهب لونا أحمر طوبيا.
كروميوم (Cr): تتلون خرزة البوراكس بلون أخضر ، وكذلك تتلون خرزة الملح الفوسفوري بلون أخضر ، أما خرزة كربونات الصوديوم فتتلون بلون أصفر مشوبا بالإخضرار وتكون معتمة.
مغنسيوم (Mg): عندما يسخن مسحوق المعدن المبلل بنترات الكوبالت على مكعب الفحم ، ثم يتابع التسخين بشدة مرة أخرى فإنه يتكون راسب وردي اللون.
مولبدنوم (Mo): تعطي خرزة الملح الفوسفوري لونا أخضر ناصعا في اللهب المؤكسد ، بينما تعطي الخرزة في اللهب المختزل لونا أخضر مشوبا بالمواد وهي ساخنة ، ولونا أخضر سخيا ونقيا وهي باردة.
نيكل (Ni): تعطي خرزة البوراكس لونا بنيا مشوبا بالإحمرار في اللهب المؤكسد ، بينما تعطي الخرزة في اللهب المختزل لونا رماديا معتما.
يورانيوم (U): تعطي خرزة الملح الفوسفوري لونا أصفر وهي ساخنة ولونا أحضر مشوبا بالإصفرار وهي باردة ، وذلك في اللهب المؤكسد. بينما تتلون الخرزة في اللهب المختزل بلون أخضر مشوبا بالإصفرار وهي ساخنة وتصبح خضراء ناصعة وهي باردة.

يتبع

التحليل الكيميائي الكمي للمعادن
يتطلب الأمر في التحليل الكيميائي الكمي للمعادن تعيين كمية العناصر الداخلة في تركيب المعدن ، سواء أكانت كميات غالبة ، أم كميات قليلة ، أم شحيحة. ويتم ذلك باستعمال طرق كيميائية وفيزيائية معقدة ودقيقة ، وتحتاتج في بعض الأحيان إلى بعض الوقت والجهد كما في طرق التحليل الكيميائي الكمية التقليدية ، الحجمية منها ، والوزنية ، التي تستخدم طرق المعايرة والترسيب المعروفة لدى الكيميائي والموجود تفاصيلها في مراجع علم الكيمياء التحليلية.
ويمكن القيام بالتحاليل الكيميائية باستخدام الطرق الفيزيائية مثل التحليل الطيفي ، والتي تتم عن طريق تبخير (أو حرق) كمية بسيطة من مسحوق المعدن توضع في حفرة صغيرة في أحد قطبي الجرافيب في القوس الكهربائي للجهاز. ويتم تحيل طيف العناصر الموجودة في المعدن عن طريق منشور الكوارتز أو شبكية دقيقة . وبقياس كثافة وطول الموجات المميزة لكل عنصر يتم حساب كمية العناصر الداخلة في تركيب المعدن. وفي هذا الجهاز يمكن تعيين كمية العناصر الشحيحة التي تصل قيمتها إلى أجزاء قليلة من ملوين جزء. وهناك جهاز آخر لا يحتاج إلى سحق المعدن إو حرقه ، إنما تعريض سطح مكصقول من المعدن للأشعة السينية التي تحدث عملية تفلر أو إنطلاق أشعة أخرى ثانوية من العناصر المكونة للمعدن تتناسب شدتها وكثافتها وطول موجتها مع كمية كل عنصر ونوعه. وتعرف هذه الطريقة باسم طريقة التحليل التفلري بالأشعة لاسينية. وتستخدم المعامل الحديثة للتحاليل الكيميائية للمعادن أجهزة إلكترونية دقيقة يتم فيها تحليل المعدن وحساب كمية العناصر المكونة له حسابا كميا بطريقة آلية (الجهاز متصل بحاسب إلكتروني) في دقائق معدودات. ومن أمثلة هذه الأجهزة جهاز Electron microprobe. وهذه الأجهزة دقيقة جدا وتحتاج إلى خبرة في تشغيلها وصيانتها بالإضافة إلى ثمنها الغالي. ولكن ما تقوم به من أضعاف مضاعفة من التحاليل في وقت قصير جدا – إذا قورنت بطرق التحليل التقليدية – وبجهد بشري بسيط ، يبرر تجهيز معامل البحوث ودراسات المعادن بمثل هذه الأجهزة.
ويقدم التحليل الكيميائي الكمي نتائج التحليل في صورة نسبة مئوية بالوزن لكميات العناصر الداخلة في تركيب المعدن. ويمكن التعبير عن التركيب الكيميائي "المميز" للمعدن في صورة قانون يبين أسماء العناصر الداخلة في تركيب المعدن ونسب إتحادها. فمثلا نعبر عن التركيب الكيميائي الذي يميز معدن هاليت بالقانون NaCl ، والذي يدل على أنه يوجد في معدن هاليت عدد متساو من أيونات الصوديوم والكلورين متحدة مع بعضها (النسبة 1:1).
القوانين الكيميائية للمعادن Chemical Formulae of Minerals
تتكون بعض المعادن من مركبات كيميائية بسيطة ، ولكن غالبية المعادن تتكون من مركبات معقدة. ويحسب قانون المركبات المعدنية البسيطة من نتيجة التحليل الكيميائي بنفس الطريقة التي يحسب بها قانون المواد الكيميائية الأخرى.
ويعطي التحليل الكيميائي النسبة المئوية بالوزن لتركيب المعادن ، أو بعبارة أخرى يعطي عدد الأجزاء من العناصر المختلفة (أو أكاسيدها) الموجودة ي 100 جزء من المعدن. ولحساب قانون المعدن يجب تحويل هذه النسب المئوية بالوزن الذري لذلك العنصر. فمثلا أعطي التحليل الكيميائي لمعدن كالكوباريت Chalcopyrite النتيجة الآتية: (يلاحظ في هذا التحليل الكيميائي وفي كل التحاليل الكيميائية للمعادن وغيرها أن حاصل جمع النسب المئوية بالوزن لا يكون 100 تماما. ولكنه في أحسن الظروف يتراوح بين 99.5 ، 100.5 وذلك لأسباب تتعلق بطرق التحليل ، وليس نتيجة للمعدن نفسه. وفي الحسابات الدقيقة يتم تحويل النسبة المئوية للتحليل بالوزن من المجموع المختلفة عن 100 إلى 100 بالضبط).
(1) (2) (3) (4) (5) العنصر النسبة المئوية للتحليل الأوزان الذرية نسبة الإتحاد نسب الذرات Cu 34.89 ÷ 63.54 = 0.549 1.021 1 Fe 30.04 ÷ 55.85 = 0.538 1.000 1 S 34.51/99.44 ÷ 33.07 = 1.077 2.002 2
ونجد تحت العامودين 4 ، 5 ، نسب إتحاد الذرات في المعادن في هيئة أعداد صحيحة (نسب الذرات( ، وقد حصلنا عليها بقسمة القيم الموجودة تحت (3) بأصغر قيمة (أي قسمنا على 0.538) ، وفي المثال السابق لمعدن الكالكوباريت نجد أن هذه النسب تصبح Cu:Fe:S = 2:1:1 ، أي أن قانون الكالكوباريت هو Cu Fe S2 . هذا القنون هو القانون الأولي لأنه يدلنا على نوع وعدد الذرات الموجودة في المعدن بدون أي بيان للطريقة التي تتحد بها هذه الذرات.
وفي حالة المعادن التي تحتوي على أكسيج فإن نتيجة التحليل الكيميائي الكمي تعطي في هيئة نسبة مئوية لأكاسيد العناصر الموجودة في المعدن ، وليس في صورة عنصار . ويرجع السبب في ذلك إلى أنه لا توجد طريقة تحليل كيميائية لتعيين الكمية الكلية للأكسجين في المركب. ونتبع نفس الطريقة السابقة للحصول على القنون الكيميائي للمعادن ، إلا أنه بدلا من قسمة نسبة التحليل الكيميائية المئوية بالأوزان الذرية فإننا في هذه الحالة نقسمها بالأوزان الجزيئية للأكاسيد المختلفة ، ولنأخذ مثلا لذلك معدن الجبس.
(1) (2) (3) (4) (5) الأكسيد الوزن الجزيئي النسبة الجزيئية Cu 32.44 ÷ 56.1 = 0.578 1 1 Fe 46.61 ÷ 80.06 = 0.582 1.006 1 S 20.74 ÷ 18.0= 1.152 1.979 2
وفي هذا المثال نجد أن النسبة بين الأكاسيد Cao:So8:H2O تساوي النسبة 2:1:1 في معدن الجبس. أي أ،ه يمكننا أن نمثل التركيب الكيميائية لمعدن الجبس بواسطة القانون: Cao SO8 2H2O أو CaSO4 2H2O. أما قوانين المعادن ذات التركيب الأكثر تعقيدا فتحسب قوانينها الكيميائية بطريقة مماثلة ، وبشرط أن ندخل في حسابنا أن هناك بعض العناصر تحل محل عناصر أخرى في البناء الذري للمعدن (عناصر التشابه الشكلي). مثل هذه العناصر المتشابهة يجب معاملتها كمجموعة ، وليس كل على إنفراد ، (أنظر خاصية التشابه الشكلي في موضوع الخواص الكيميائية البلورية للمعادن ، الباب الخامس) ، والمثال التالي يبين لنا هذه الحالة بشئ من الإيضاح.
معدن الجارنت Garnet:
(1) (2) (3) (4) (5) الأكسيد النسبة المئوية للتحليل الأوزان الجزيئية نسبة الإتحاد النسب الجزيئية SiO2 36.66 ÷ 60.1 = 0.61 0.096 3 Al2O3 4.18 ÷ 102.0 = 0.041 0.197 1.000 1 Fe2O3 24.86 ÷ 159.6 = 0.156 MgO 0.25 ÷ 40.3 = 0.006 CaO 33.89 ÷ 56.1 = 0.604 0.613 3.112 3 MnO 0.20 ÷ 70.9 = 0.003 TiO2 0.10 ÷ 79.9 = 0.000 100.14
ويلاحظ في هذا المثال أننا جمعنا نسب الإتحاد لأكسيد الألومنيوم وأكسيد الحديديك إلى بعضهما البعض ، وذلك لأن عنصري الألومنيوم والحديد (ثلاثي التكافؤ) يحلان محل بعضهما البعض ، وكذلك تحل عناصر المغنسيوم والكالسيوم والمنجنيز على بعضها البعض ، ونتيجة لذلك فقد أضفنا نسبة إتحادها بعضها إلى بعض والنتيجة النهائية هي أن نكتب القانون الكيميائية لمعدن الجارنت كالآتي. 3 (Ca, Mg, Mn) O. (Fe2Al)2 O3. 2 SiO2 (Ca, Mg, Mn)8 (Fe, Al)2 Si3 O12
والعناصر المحصورة بين الأقواس يمكنها أن تحل بعضها محل بعض. وهناك معادن أكثر تعقيدا من هذه الصورة ، ولا يمكن الحصول على قانونها الكيميائي بهذه الطريقة وما ذلك إلا بسبب التبلور التداخلي بين مكونتين طرفيتين (مركبان نقيان يذوبان في بعضهما البعض بأي نسبة ليكونا مادة متجانسة تركيبها الكيميائي يتدرج بين الطرفين). مثال ذلك معدن البلاجيوكليز الذي يحتوي على كل من الصوديوم والكالسيوم بجانب عناصر الألومنيوم والسليكون والأكسجين ، ونكتب قانون الكيميائي بالنسبة غلى مكونتيه الطرفيتين "المركبان النقيا" ، وهما NaAlSi3O8 "ألبيت Albite" و CaAL2ASi2O8 "أنورثايت Anorthite" ، وذلك لأن معدن البلاجيوكليز ينتج عن التبلور الداخلي للألبيت والأنورثيت. ومن أمثلة لابلاجيوكليز الناتج نوع ، غسمه أوليجيوكليز ، يكتب قانون الكيميائية هكذا أب 8 أ ن 20 ، ونعني بذلك أن الأوليجوكليز يتكون من 80 جزءا ألبيت (يرمز له أ ب Ab) ، 20 جزءا أنورثيت (يرمز له بالرمز أن An).
يوضح الأوليفين مثالا آخر لهذه الحالة ، فالأوليفين (Mg2Fe)2 SiO3 ، يتكون أساسا من التيلور التداخلي للمكونتين الطرفيتين فورستريت Forstrite Mf2SiO4 [Fo] ، فياليت Faylite Fe2SiO4 [Fa] . وعلى ذلك فهناك أوليفين قانونه Fo80Fa70 ، وآخر Fo82Fa23 .. الخ.
الباب الرابع: الخواص الفيزيائية للمعادن Physical Prosperities of Minerals
سبق أن عرفنا المعدن بأنه كل مادة صلبة متجانسة غير عضوية تكونت بفعل عوامل طبيعية ، ويتميز بأن له بناء ذريا منظما وتركيبا كيميائيا مميزا. وقد رأينا في الباب الثاني كيف يظهر البناء الذري المنظم في هيئة بلورة تحدها أوجه بلورية مرتبة حسب عناصر تماثلية مميزة ، وتميل على بعضها البعض بزوايا ثابتة. وأن كل معدن يمكن التعرف عليه وتمييزه عن معدن آخر إذا وجد في هيئة بلورة كاملة الأوجه ، أو حتى في وجود بعض الاوجه. ولكن نظرا لأن المعادن توجد في الطبيعة – في معظم الحالات – في هيئة مجموعات بلورية متجانسة أو غير متجانسة ، وكذلك في هيئة مجموعات معدنية متبلورة ، مثل التوائم ، والبلورات النطاقية ، والمجموعات غير المنتظمة والمجموعات الحبيبية والشجرية والعنقودية .. الخ ، وفي هذه الأخيرة لا توجد أوجه بلورية على مادة المعدن مما يجعل التعرف على المعدن – إعتمادا على خواص أوجهه البلورية وتوزيعها – مستحيلا ، لذلك فإننا نلجأ إلى طريقة أخرى للتعرف على المعدن وتمييزع عن غيره. هذه الطريقة هي الإستعانة بخواص المعدن الفيزيائية وهي خوصا سهلة التعيين. ولما كانت هذه الخواص تتوقف على كل من البناء الذري التركيب الكيميائية فإنها في مجموعها مميزة لكل معدن. والخوصا الفيزيائية التالية لا يمكن حصرها في ستة أقسام يمكن تعيينها في العينات اليديوية دون الحاجة إلى الإستعانة بأجهزة خاصة معقدة غالية الثمن.
أما إذا كانت عينة العدن صغيرة لدرجة لا تسمح بتعيين هذه الخواص الفيزيائية ، أو أن تعيين هذه الخواص الفيزيائية لم يؤد إلى تحقيق المعدن تحقيقا مؤكدا والتعرف على إسمه ، أو أريد الحصول على معلومات تفصيلية مرتبطة بالبناء الذري والوحدة البنائية ، وأبعادها وخواصها التماثلية ، والخواص الفيزيائية التفصيلية للمعدن ، فإننا نلجأ إلى إستخدام أجهزة متخصصة للحصول على هذه المعلومات وتحقيق العدن ، مثل الميكروسكوب المستقطب (بنوعية للمعادن الشفافة والمعادن المعتمة) ، وحيود الأشعة السينية ، والتحليل الحراري التفاضلي ، والتحليل الطيفي الإمتصاصي بالأشعة دون الحمراء ، كما سيلي الإشارة إليه بإيجاز في ختام هذا الباب.د
1- خواص بصرية Optical properties: وهذه خواص تعتمد على الضوء ، ومن أمثلتها البريق ، واللون ، وعرض الألوان ، والتضوء ، والشفافية ، والمخدش.
2- خواص تماسكية Cohesive properties: وهذه خواص تعتمد على تماسك مادة المعدن ومدة مرونتها ، ومن أمثلتها الصلادة ، والإنفصام ، والإنفصال ، والمكسر ، والقابلية للطرق والسحب.
3- خواص كهرومغناطيسية Electrical and Magnetic properties: وهذه خواص تتوقف على الكهربائية والمغناطيسية ، ومن أمثلتها الكهرباء الحرارية ، والكهرباء الضغطية والمغناطيسية.
4- الوزن النوعي Specific gravity: أو بمعنى آخر كثافة المعدن بالنسبة لكثافة الماء. 5- خواص حرارية Thermal properties: تضم هذه الخواص أنواع عدة مثل حرارة التكوين ، وحرارة التبلور ، والتوصيل الحراري ،والتمدد الحراري ، وحرارة الذوبان ، والقابلية للإنصهار . ولكن أهم هذه الخواص بالنسبة للتعرف على المعدن هي خاصية القابلية للإنصهار.
6- خواص أخرى ، (غير سالفة الذكر): مثل المذاق ، الملمس ، والرائحة ، والنشاط الإشعاعي.
1- الخواص البصرية Optical properties
البريق Luster
وهو عبارة عن المظهر الذي يبديه سطح المعدن في الضوء المنعكس. أو بعبارة أخرى هو مقدار ونوع الضوء المنعكس من سطح المعدن . والبريق من الخواص الهامة في التعرف على المعدن.ويمكن تقسيم بريق المعادن إلى نوعين: فلزي ولا فلزي. وعناك معادن لها بريق وسط بين الإثنين.
البريق الفلزي: هو ذلك البريق الذي تعطيه الفلزات. ومن أمثله المعادن التي لها بريق فلزي بيريت Pyrite (FeSz) ، وجالينا Galena (PbS) ، ومثل هذه المعادن تكون معتمة وثقيلة الوزن.
أما أنواع البريق الأخرى فتوصف بأنها لا فلزية. ونلاحظ أن المعادن ذات البريق اللافلزي - بصفة عامة – تكون فاتحة اللون ، وتسمح بمرور الضوء خلالها وخصوصا في الأحرف الرفيعة. ويشمل البريق اللافلزي الأنواع الآتية:
بريق زجاجي Vitreous of Glassy: مثل بريق الزجاج ومن أمثلته بريق الكوارتز.
بريق ماسي Adamantino: مثل بريق الألماس الساطح. ويعطي هذا البريق بواسطة المعادن ذات معاملات الإنكسار العالية.
بريق راتنجي Resinous: مثل سطح ومظهر الراتنج أو الكهرمان ، ومن أمثلته بريق الكبريت ، وسفاليريت (ZnS) Sphalerite. بريق لؤلؤي Pearly: ويشبه هذا البريق بريق اللؤلؤ ، ومن أمثلته بريق التلك (الطلق) Mg (OH) Silicate.
بريق حريري Silky: مثل الحرير ، وينتج عن المعادن التي في هيئة ألياف ، ومن أمثلته بريق أحد أنواع الجبس المعروف بإسم ساتنسبار Satinspar.
بريق أري أو مطفي Earth of dull: عندما يكون السطح غير براق أي مطفي ،ومن أمثلته بريق معدن الكاولين [Al (OH) Silicate].
وتبعا لمقدار الضوء المنعكس من سطح المعدن (أي كثافته) يقال للبريق ساطح أو لامع أو براق أو مطفي.
اللون Color
ينتج لون المعدن عن طول الموجة أو الموجات الضوئية التي تنعكس من المعدن وتؤثر في شبكية العين لتعطي الإحساس باللون. ويعتبر لون المعدن من أول الخواص الفيزيائية التي تشاهد ، ووسيلة هامة جدا تساعد على التعرف على المعدن بالرغم مما هو معروف من أن اللون لا يمثل صفة أساسية في المعدن ، إذ كثيرا ما يكون اللون نتيجة لشوائب غريبة تصادف وجودها في كيان المعدن. وهناك معادن لها لون ثابت يساعد في التعرف عليها مثل الكبريت (أصفر) والملاكيت Malachite [Cu (OH) Carbonise] ، الماجنتيت Magentite (Fe2O4) (أسود) ، السنبار Cinnabar (HgS) ، (أحمر).
ويجب ملاحظة لون المعدن على سطح حديث خال من التغيرات التي تطرأ على سطح المعدن المكشوف للعوامل الخارجية ، مثل الصدأ والتحلل (الأكسدة والكربنة والتموه) ، التي تسبب تغير اللون الأصلي.
أما المعادن التي ليس لها لون ثابت ، أي التي تظهر ألوانا مختلفة في العينات المختلفة ، فيعزى إختلاف اللون فيها إلى أسباب عدة. فقد يكون السبب كيميائيا أي نتيجة لإختلاف التركيب الكيميائي من عينة إلى أخرى ، مثل معدن سافليريت Sphalerite ، الذي يختلف لونه من البني الأصفر إلى الأسود ، وذلك بسبب كثرة الحديد في هذه الحالة. وقد يكون السبب في تغير اللون وجود شوائب تعمل عمل الأصباخ فتصبغ المعدن بلون مخالف للونه إذا كان نقيا ، ومن الأمثلة المعروفة أنواع الكوارتز الوردي Rose quartz ، والكوارتز البنفسجي Amethyat ، والكوارتز الأحمر خفي التبلور crysptocrystalline ، المعروف باسم جاسبر jasper ، إذ تنتج هذه الألوان عن وجود شوائب مثل أكسيد الحديديك (اللون الأحمر) أو أكاسيد المنجنيز (اللون البنفسجي) ، والمعروف أن الكوراتز النقي شفاف اللون. وقد يعزى التغير في اللون إلى البناء الذري للمعدن حيث توجد بعض الروابط بين الذرات "مكسرة" ، كما هو الحال في معدن الكوارتز المدخن smoky quartz (له لون الدخان).
وقد يكون اللون موزعا في المعدن الواحد في هيئة حلقات أو نطاقات منتظمة حول بعضها البعض مثل معدن أجيت Agate (كوارتز خفي التبلور) ، وتورمالين Tourmaline ، (سليكات الألومنيوم والبورون والمغنسويم والحديد).
عرض الألوان Play of colors
يقال للمعدن إنه يظهر عرضا للألوان عندما يعطي ألوانا مختلفة في تتباع عندما يدار المعدن ببطء أو عندما تحرك العين بالنسبة إلى المعدت ذات اليمين أو ذات اليسار. ومن أمثلة المعادن التي تعطي عرضا للألوان الألماس (نتيجة لقوة التفرق الضوئي dispersion) ، لابرادوريت Labradorite (سليكات الألومنيوم والكالسيوم والصوديوم (نتيجة لإنعكاس الضوء من أسطح مكتنفات صفائحية داخل المعدن. وخاصية الأوبال أو اللألأة هي إحدى أنواع عر ض الألوان ، ويظهرها معدن الأوبال Opal (SiO2. nH2O) في النوع الذي يستعمل في الأحجار الكريمة ، حيث تنتج الألوان المتلالئة من الإنعكاس الداخلي في المعدن.
أما التصدؤ ، فهو تغير في الألوان على السطح نتيجة لتحلل المعدن الأصلي وتكون طبقة سطحية من نواتج التحلل ، أي أن لون السطح يختلف عن لون سطح مكسور حديثا . ومن أمثلة المعادن التي تهظر علهيا التصدؤ النحاس والبورنيت Bornite (Cu5FeS4).
وخاصية عين الهر ، هي عبارة عن البريق الحريري المتموج الذي يتغير بإختلاف إتجاه البصر. يظهر مثل هذا البريق المتموج على سطح المعادن ذات النسيج الأليافي (أي وحداتها توجد في هيئة ألياف) مثل معدن ساتنسبار Satinspar (الجبس الأليافي).
التضوء Luminescence
يوصف المعدن بأنه متضوء (أي يعطي ضوءا) ، إذا حول الأشكال الأخرى من الطاقة إلى ضوء. وينتج التضوء عن التعرض للحرارة أو الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة السينية .. الخ. ويختلف لون التضوء عن اللون الأصلي للمعدن ، وألوان التضوء دائما ألوان باهرة ساطعة. مثلا ، تعطي بعض أنواع معدن الكالسيت Calcite عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية ألوانا حمراء باهرة ، أما معدن ويلييميت Willemite فإنه يعطي لونا أخضر ساطعا. وعندما تنتج ألوان التضوء أثناء التعرض للمؤثر فقط فإنها تعرف باسم التفلر Florescence وقد اشتق اسم هذه الخاصية من معدن فلوريت Fluorite [CaF2] الذي تبدي بعض أنواعه هذه الخاصية. أما إذا استمرت ألوان التضوء عقب زوال المؤثر فإنها تعرف باسم التفسفر Phosphorescence. وقد لوحظت خاصية التفسفر منذ حين عندما كانت تظهر بعض المعادن – التي كانت معرضة لضوء الشمس – ساطحة بألوان جذابة ، بعد نقلها إلى حجرة مظلمة.
وخاصية التفلر أكثر إنتشارا بين المعادن عن غيرها من أنواع التضوء الأخرى. ومن أمثلة المعادن التي تبدي في معظم الأحيان خاصية التفلز نذكر – بالإضافة إلى الكالسيت والفلوريت والويللميت - شيليت Scheelite (CaWO4) ، سكابوليت Scapolite (Na Ca AL Silicate) ، الألماس ، الأوتونيت Autunite (Hydrate Ca U Phosphate) . ولا يمكن التنبؤ بخاصية التفلر إذ نلاحظ أن بعض عينات المعدن الواحد تتفلر ، بينما عينات أخرى لنفس المعدن لا تتفلر.
وتستعمل الأشعة فوق البنفسجية عادة في الكشف عن خاصية التفلر ، ويجرى الإختبار في مكان مظلم. والأجهزة المستخدمة تستعمل عادة مصابيخ بخار الزئبق أو أنابيب الأرجون أو غيرها من مصادر إنتاج الأشعة فوق البنفسجية ، وقد تكون هذه الأجهزة من النوع الثابت الذي يستخدم التيار الكهربائي ، أو من النوع المتنقل الذي يستخدم بطاريات ، حيث يسهل حمل الجهاز والتنقل به ، مما يساعد على إستكشاف المعادن المتفلرة داخل الكهوف والمناجم.
الشفافية Transparency
تعبر هذه الخاصية عن قدرة المعدن على إنفاذ الضوء . وتعرف المعادن التي تسمح برؤية الأجسام من خلالها بوضوح وسهولة باسم معادن شفافة . فإذا بدت الأجسام غير واضحة فإن المعدن يعتبر في هذه الحالة نصف شفاف . أما المعدن المعتم فهو الذي لا يسمح بنفاذ الضوء حتى خلال أحرفه الرفيعة. ومن أمثلة المعادن المعتمة البيريت ، الجالينا ، الجرافيت ، الكالكوبيريت.
المخدش Streak
يقصد بمخدش المعدن لون مسحوقه الناعم.ويمكن معرفة لون المسحوق (المخدش) بسهولة بواسطة حك المعدن على سطح لوح من الخزف الأبيض المطفي بعرف بإسم لوح المخدش ، وملاحظة لون المسحوق الناتج ، وليس من الضروري أن يكون لون المعدن مثل مخدشه ، فمثلا معدن بيريت لونه كالنحاس الأصفر ولكن مخدشه أسود ، والكروميت Chromite (FeCr2O4) ، لونه أسود ومخدشه بني. ولما كان المخدش خاصية ثابتة بالنسبة للمعدن الواحد لذلك فإن تعيينه بالنسبة للمعادن ذات الألوان المتغيرة يعتبر ذا أهمية كبرى ، إذ يساعد كثيرا على التعرف على المعدن. كذلك نلاحظ أن كثيرا من المعادن التي تشترك في لون واحد تختلف في مخدشها. فمثلا بعض عينات الماجنتيت (Fe3O4) والهيماتيت (Fe2O3) ، والجوتيت HFeO2)) ، تكون سوداء اللون ، ولكن إذا حققنا مخدشها وجدنا للمجانتيت مخدشا أسود ، في حين يكون للهيماتيت مخدشا أحمر ، أما لجوتيت فنجد أن مخدشه أصفر بني.
عندما يكون المعدن صلدا جدا فإنه لا ينخدش على لوح المخدش ليترك أي مسحوق يمكن تمييز لونه ، بل على العكس ربما يخدش اللوح نفسه. وفي مثل هذه لاحالة تكسر قطعة صغيرة من هذا المعدن الصلد ونطحنها طحنا كاملا ونشاهد لون المسحوق الناتج.
في أحوال خاصة نستعمل لوحا خزفيا لامعا ونشاهد لون الأثر الذي يتركه المعدن عليه ، فقد وجد أن هذا الأثر على اللوح اللامع يساعد في التفرقة بين معدن الجرافيت ذي المخدش الأسود اللامع وبين الموليدينيت Milybdenite (MoS2) ، ذي المخدش المائل للخضرة (كلا المعدنين يشبهان بعضهما البعض في كثير من الخواس الفيزيائية).
2- الخواص التماسكية Cohesive properties
الصلادة Hardness:
الصلادة لفظ يعبر عن مقدار المقاومة التي يبديها المعدن تجاه الخدش والتآكل. ويمكن تعيين درجة الصلادة بملاحظة السهولة أو الصعوبة التي ينخدش بها المعدن بواسطة دبوس أو نصل سكن حاد. وتتراوح درجة الصلادة في المعادن بين تلك الدرجة المنخفضة في معدت التلك Tale الذي يمكن خدشه بواسطة الظفر وتلك الدرجة العلاية في معدن الألماس Diamond الذي يعتبر أصلد مادة معروفة سواء أكانت طبيعية أم صناعية. وتعتبر الصلادة من الخواص الفيزيائية الهامة للمعدن ، لأنه يمكن تعيينها بسرعة وبذلك تساعد في التعرف على المعدن. ويمكن تعيين صلادة المعدن تعيينا نسبيا ، وذلك بمقارنتها بصلادة المعادن المرتبة تبعا لزيادة درجة صلادتها في مقياس الصلادة المعروف باسم مثياس موهس للصلادة ، الذي يحتوي على عشرة معادن تبتدئ بأقل المعادن صلادة وهو التلك وتنتهي بأكثر المعادن صلادة وهو الألماس ، وبين الإثنين يوجد ثمانية معادن لها أرقام تمثل درجة الصلادة النسبية من 2 إلى 9. وفيما يلي مقياس موهس للصلادة: 1- التلك Tale 2- الجبس Gypsum 3- الكالسيت Calcite 4- الفلوريت Fluorite 5- الأباتيت Apatite 6- الأرثوكليز Orthoclase 7- الكوارتز Quartz 8- التوباز Topaz 9- الكوارندوم Corundum 10- الألماس Diamond
فإذا أردنا معرفة صلادة أي معدن اختبرناه بالظفر أو بنصل المبراة لمعرفة موضعه بين المعادن الأخرى ، ثم نجرب على سطحه المعادن المقاربة له ، حتى نحدد موضعه بين المعدن الذي يخدشه والمعدن الذي ينخدش به. مثلا نجد أن معدن البيريت يخدش معدن الأرثوكليز (6) ، ولكنه لا يخدش المعدن الذي يلي الأرثوكليز _ينخدش نفسه بذلك المعدن – الكوارتز). أي أن صلادة ابيريت وسط بين صلادة الأرثوكليز (6) وصلادة الكوارتز (7) أي 6.5. فإذا أوجد معدنان لهما نفس الدرجة من الصلادة فإنهما يخدشان بعضهما بالتساوي.وعند تجربة قياس درجة الصلادة يجب التحييز بين الإنخداش الحقيقي وبين المخدش أي لون المسحوق الناتج من الإحتكاك ، مثل علامة الطباشير مثلا على لاسبورة (فلا نقول أن الطباشير أصلد من السبورة) ، فالإنخداش صفة ثابتة لا يمكن مسحها من على سطح المعدن ، ولكن المخدش يمكن مسحه بسهولة . كذلك يجب أن يكون طول الخدش أقصر ما يمكن ، بحيث لا يزيد عن ربع السنتيمتر حتى لا يشوه عينة المعدن.
ويجب ملاحظة أن الأرقام المعطاة للمعادن في مقياس موهس للصلادة تمثل الصلادة النسبية ، إذ ليس حقيقيا أن صلادة الألماس عشرة أمثال صلادة التلك فإنها أكثر من ذلك بكثير ، كذلك ليس حقيقا أن الفرق بين صلادة معدن والذي يليه في مقياس الصلادة المذكور متساو ومنتظم في كل المقياس ، إذ أن من المعروف أن الفرق بين 9 (الكوراندوم) و 10 (الألماس) في مقياس الصلادة يفوق بكثير الفرق بين 1 (التلك) و 9 (الكوراندوم.
ويسهل تعيين الصلادة على وجه التقريب ، بإستعمال :الظفر ، قطعة نقود نحاسية ، نصل سكين (مكواة) ، قطعة زجاج نافذة ، لوح مخدش ، أو مبرد صلب ، التي لها درجات الصلادة التالية.
الظفر ، حتى 2.5
زجاج النافذة ، حتى 5.5
عملة نحاسية ، حتى 3
لوح المخدش ، حتى 6.5
نصل سكين ، حتى 5.5
مبرد صلب ، 6-7
ولما كانت معظم المعادن ذات صلادة أقل من 7 ، فإن هذا المقياس البسيط يجعل من السهل تعيين الصلادة ، على وجه التقريب ، للمعدن سواء أكان ذلك في المختبر أم في الحقل.
وعند إختيار الأحجار الكريمة يستعمل بائعو المجوهرات المبرد الصلب أولا ، فإذا عض المبرد (أي عمل خدشا صغيرا) في المادة المختبرة فإن صلادتها تكون أقل من 04 ، حيث أن كثيرا من الأحجار الكريمة المقلدة – خصوصا المصنوعة من الزجاج – لها صلادة أقل من 07 ، بينما غالبية الأحجار الكريمة الحيقيقية لها صلادة أعلى من ذلك ، فإن هذا الإختبار البسيط بواسطة مبرد الصلب يساعد في التفرقة بين النوعين (المقلد والحقيقي).
ويبين الجدول رقم 1 – الجزء الثالث من هذا الكتاب – المعادن الشائعة مرتبة تبعا لصلادتها.
يتبع

الإنفصام Cleavage
هذه هي الخاصية التي بموجبها ينفصم المعدن أو يتشقق بسهولة في إتجاهات معينة ، وينتج عنها سطوح جديدة تعرف باسم مستويات الإنقصام ، وتمثل هذه المستويات أوجها بلورية ممكنة على بلورة المعن ، إذ أن الترتيب الذري الداخلي للبلروة هو الذي يتحكم في تكوين وإتجاه هذه المستويات الإنفصامية ، تماما كما يتحكم في تكوين وإتجاه الأوجه البلورية. ويحدث الإنفصام دائما في المستويات التي تكون فيها الذرات مرتبطة برباط ضعيف ، (شكل – 147).
ينفصم المعدن نتيجة لدقه أو ضغطه في إتجاخ معين بواسطة حرف نصل سكين حاد. ويوصف الإنفصام تبعا لسهولة حدوثه وإكتماله بالصفات التالية: كامل ، واضح أو جيد ، غير كامل ، صعب أو صعيف . وكذلك يوصف الإنفصام تبعا لتجاهه البلوري فهناك مثلا إنفصام مكعبي {100} (موازي لأوجه المكعب) كما في معدن الجاليتا والهاليت. أو إنفصام ثماني الأوجه {111} (موازي لأوجه ثماني الأوجه) كما في معدن الفلوريت. أو إنفصام معيني الأوجه {01¯11} ، {10¯11} (موازي لأسطح معيني الأوجه) كما في معدن الكالسيت ، أو منشوري {011} (موازي لأسطح المنشور) كما في معدن الهورتبلند ومعدن الأوجيت ، أو قاعدي {100} (موازي للسطوح القادي) كما في معادن الميكا ، ومعدن الجرافيت ، شكل (148).
وعند وصف إنفصام المعدن يجب ذكر درجة السهولة التي يحدث بها ، وكذلك موضعه البلوري ، فمثلا:
معادن الميكا لها إنفصام قاعدي كامل {100} ، شكل (148-أ).
أرثوكليز له إنفصام قاعدي كامل {100} ، وإنفصام جانبي جيد {010}.
أباتيت له إنفصام قاعدي ضعيف {1000}.
هونبلند له إنفصام منشوري جيد {011} ، يتقاطع بزوايا تقرب من 120 درجة ، شكل (140- ج).
أوجيت له إنفصام منشوري كامل {011} يتقاطع بزوايا تقرب من 90 درجة ، (148 – ج).
كالسيت له إنفصام معيني الأوجه كامل {01¯11} ، شكل (148 – د).
هاليت له إنفصال مكعبي كتما {001} ، شكل (148 – هـ).
كوارتز لا يوجد به إنفصام بالمرة.
ويدل على الإنفصام في المعدن وجود شروخ أو خطوط منتظمة المسافات والبعد والإتجاهات على سطح ناعم للمعدن ، شكل (147 – 148) ، هذه الشروخ أو الخطوط هي عبارة عن الأثر الذي يتركه الإنفصام على سطح المعدن وفي هذه الحالات التي نشاهد فيها آثار الإنفصام لا يوجد ما يبرر مطلقا تكسير عينة المعدن أو محاولة فصمها إلى شرائح بواسطة نصل السكين.
الإنفصال Parting
هو مستويات ضعف ، شكل (150) ، مثل الإنفصام إلا أنه لا يتكون عموما نتيجة للبناء الذري الداخلي للمعدن ، بل نتيجة لعوامل أخرى مثل الضغط أو التوأمية. ولما كانت هذه المستويات وخصوصا المستويات التوأمية موازية لمستويات بلورية فإن الإنفصال يشبه الإنفصام. ولكن الإنفصام يختلف عن الإنفصام في أن الإنفصال لا يوجد بالضرورة في جميع عينات المعدن الواحد ، ولكن يشاهد فقط في تلك البلورات التوأمية أو التي تعرضت إلى ضغط مناسب. وحتى في مثل هذه الحالات التي يشاهد فيها الإنفصال فإن عدد مستويات الإنفصال في الإتجاه الواحد محدودة ، وتبعد هذه المستويات الإنفصالية عن بعضها البعض بمسافات غير متساوية عموما. ومن أشهر أمثلة الإنفصال الذي يحدث في المستويات التوأمية والتركيبية (مستويات ضعف في البناء) ذلك الإنفصال القاعدي في معادن البيروكسين ، شكل (150) ، والإنفصال معيني الأوجه في الكوراندوم ، والإنفصال ثماني الأوجه في الماجنتيت.
المكسر Fracture
يعرف المكسر بأنه نوع السطح الناتج عن كسر المعدن في مستوى غير مستوى الإنفصام. تعطي المعادن التي ليس فيها إنفصاما مكسرا بسهولة ، وتستخدم الصفات التالية في وصف الأنواع المختلفة من المكسر.
محاري: عندما يشبه السطح المكسور الشكل الداخلي لصدفة المحارة ، أي يكون في هيئة خطوط مقوسة دائرية مثل مكسر قطعة سميكة من الزجاج ، شكل (151) ، ومن أمثلته مكسر الكوارتز.
خشن: عندما يكون السطح الناتج جاف غير منتظم وهو منتشر بين كثير من المعادن ، مثل البيريت ، والباريت.
مستوي: عندما يكون المكسر أملس تقريبا.
ترابي: سطح غير منتظم يعطي بواسطة المعادن الترابية ، مثل الكاولينيت ومعادن البوكسيت.
مسنن: عندما يكون السطح الناتج عن الكسر ذا أسنان حادة مدببة ، مثل مكسر قطعة من النحاس (شظايا القنابل).
خاصية الطرق والسحب (التماسك) Tancity
وهي المقاومة التي يبديها المعدن نحو الطرق والكسر والطحن والإنثناء ، أو بالإختصار تماسك المعدن. وتستخدم الألفاظ التالية في وصف الأنواع المختلفة من تماسك المعدن.
قابل للكسر: يتكسر المعدن إلى مسحوق بسهولة مثل البيريت.
قابل للطرق: عندما يمكن طرق المعدن إلى صفائح رقيقة ، مثل الذهب ، والنحاس ، والفضة.
قابل للسحب: عندما يمكن سحب المعدن إلى أسلاك ، مثل الذهب ، والنحاس ، والفضة.
قابل للقطع: عندما يمكن قطع المعدن إلى قشور يمكن طحنها مثل الجبس.
قابل للإنثناء: عندما يمكن ثني قشور المعدن بالضغط ، وفي هذه الحالة لا يعود المعدن إلى شكله الأصلي إذا زال الضغط ، مثل الكلوريت والمولدينيت ، والجرافيت.
مرن: عندما يمكن ثني قشور المعدن بالضغط ، ولكن بمجرد زوال الضغط يستعيد المعدن شكله الأصلي مثل البيوتيت والمسكوفيت.
الخواص الكهربائية والمغناطيسية Electrical and Magnetic properties
=الكهرباء الحرارية Pyroelectiricity
هي الخاصية التي بموجبها تتكون على الأطراف المختلفة لبلورة المعدن شحنات كهربائية نتيجة لتسخينه ، وتوجد هذه الخاصية في البلورات ذات التماثل الأدنى ، خصوصا البلورات نصف الشكلية ، (أي التي لها طرفان مختلفان نتيجة لعدم وجود مستوى تماثل بينهما).
يعتبر معدن التورمالين من أحسن الأمثلة التي تظهر هذه الخاصية ، ولبلورة التورمالين طرفان أحدهما حاد الزاوية وآخر منفرج الزاوية ، فإذا سخنا البلور فإنه يتولد عند الطرف الحاد شحنات كهربائية موجبة ، بينما يتولد عند الطرف المنفرج شحنات كهربائية سالبة. ويتعرف على السالب من الموجب بواسطة رش البلورة المسخنة بمسحوق مخلظ الكبريت الأصفر وأكسيد الرصاص الأحمر ، فنلاحظ أن أكسيد الرصاص الأحمر ينجذب نحو الطرف السالب التكهرب ، أما الكبريت الأصفر فإنه ينجذب نحو الطرف الموجب التكهرب. وتستعمل بلورات التورمالين ، نتيجة لخاصية الكهرباء الحرارية – في الأجهزة المستخدمة في قياس درجة حرارة إنفجار القنابل.
الكهرباء الضغطية Piezoelectricity
وهي الخاصية التي بموجبها تتكون على أطراف المعدن شحنات كهربائية نتيجة لضغطه. وتلاحظ الشحنات الكهربائية على الأطراف المختلفة للمحاور البلورية. ومن الأمثلة الهامة لهذه الخاصية معدن الكوارتز الذي يستعمل في أجهزة الراديو والإرسال اللاسلكي للتحكم في التردد.
المغناطيسية Magnetism
تنجذب بعض المعادن إلى المغناطيس الكهربائي القوي إذا قربت منه في حين تنفر معادن أخرى من المغناطيس. والمعادن الأولى تعرف بإسم بارامغناطيسية ، في حين تعرف الثانية بإسم ديامغناطيسية. وتختلف المعادن البارامغناطيسية من حيث قوة مغناطيسيتها ، فبعضها قوي مثل ماجنتيت (أحد أنواعه المعروفة بإسم حجر المغناطيس ، ويمكنه جذب برادة الحديد) ، والبعض الآخر ضعيف المغناطيسية مثل إلمينيت Ilmenite (FeTiO8). ومن أمثل المعادن الديامغناطيسية الكوارتز والكالسيت والزركون. ولهذه الخاصية قيمتها وأهميتها عند فصل خامات المعادن وتركيزها ، كما هو مستعمل في إستغلال الرمال السوداء التي تحتوي على الماجنتيت والألمينيت والجارنت والزركون والمونازيت.
4- الكثافة والوزن النوعي Density and Specific gravity
الوزن النوعي للمعدن عبارة عن نسبة كثافة المعدن إلى كثافة الماء (الكثافة النسبية). ولما كانت كثافة الماء عند درجة 4 مئوية تساوي الوحدة ، فإن الرقم الدال على الوزن النوعي هو بعينه العدد الدال على كثافة المعدن باستثناء أن الوزن النوعي لا تمييز له (لأنه يمثل نسبة) أما الكثافة فإنها تميز. فمثلا ، الوزن النوعي للكوارتز يساوي 2.65 ، أما كثافة الكوارتز فتساوي 2.65 جم/سم3 ، يدل الوزن النوعي إذن على نسبة وزن المعدن إلى وزن حجم مساوي له من الماء عند درجة حرارة 4 درجة مئوية.
الوزن النوعي (ن) = و/ و - و¯
حيث و = وزن المعدن في الهواء
و¯ = وزن المعدن في الماء
و - و¯ = وزن الماء المزاح
= (وزن حجم مساو للمعدن من الماء).
فمثلا عندما نقول أن الوزن النوعي لمعدن الكوارتز هو 2.65 فإننا نعني أن عينة معينة من الكوارتز تزن 2.65 مرة وزن حجم مساو لها من الماء. والذهب وزنه النوعي 19 يعني أن الذهي يزن 19 مرة حجم وزن مساو لهذا العينة من الماء. والوزن النوعي خاصية هامة مميزة للمعدن ، وهي ثابتة لا تتغير (عند درجة معينة من الحرارة والضغط) طالما أن التركيب الكيميائي للمعدن لم يتغير ، فإذا تغير التركيب الكيميائي للمعدن نتيجة لإحلال بعض العناصر محل عناصر أخرى في البناء الذري الداخلي ، مثل إحلال الألومنيوم محل السليكون وإحلال الحديد محل المغنسيوم ، فإن قيمة الوزن النوعي للمعدن تتغير تبعا لذلك الإحلال ، وتتراوح بين قميتين أو نهايتين. فمثلا يتراوح الوزن النوعي لمعدن الاوليفين Olivine ( سليكات الحديد والمغنسيوم) بين 3.2 إلى 4.4 بسبب تغير التركيب الكيميائي للألويفين ، وهل هو غني بالمغنسيو (3.2) أو غني بالحديد (4.4) ، أما إذا كان يحتوي نسبة وسطا من المغنسيوم والحديد فإن وزنه النوعي سوف يكون عددا متوسطا بين 3.2 و 4.4.
ويختلف الوزن النوعي أيضا باختلاف طريقة رص الذرات في البناء الذري الداخلي للمعدن. فالمعروف أن الذرات قد ترص نفسها في مادة البلورة إنا في هيئة سداسية أو ثلاثية أو مكعبية ، وينتج من ذلك أن السنتيمتر المكعب ، مثلا ، يحتوي في كل حالة على عدد من الذرات مختلف عنه في الحالة الأخرى ، وبالتالي يختلف الوزن لانوعي من حالة إلى أخرى. ومن أمثلة ذلك الكربون ، فقد توجد ذرات الكربون مرصوصة تبعا للنظام المكعبي ، [شكل (6) صفحة (13)] ، لتعطي بلورات معكبة هي معدن الألماس ، وزنه النوعي 3.4 ، أو قد توجد ذرات الكربون مرصوصة بنظام هو النظام السداسي ، [شكل (7) صفحة (13)] ، في بلورات معدن الجرافيت ، وزنه النوعي 2.25.
ومن الأسباب التي تؤدي إلى الخطأ في تعيين الوزن النوعي للمعدن بصفة عامة وجود شوائب مختلطة به ، وكذلك وجود فجوات هوائية ، ولذلك عند تعيين الوزن النوعي لمعدن ما ، يجب التأكد من خلو المعدن من مثل هذه الشوائب والفجوات الهوائية ، كما يجب أن يكون المعدن خاليا من آثار التحلل بفعل العوامل الجوية (التأكسد والكربنة والتموه) كما يجب على دارس المعدن تحري الدقة التامة أثناء عملية تعيينه للوزن النوعي للمعدن.
ومن بين الطرق العديدة المستخدمة في تعيين الكثافة النسبية أو الوزن النوعي للجوامد ، نذكر الطرق التالية ، والتي تعتبر مناسبة للمعادن:
1- طريقة قياس الوزن مباشرة ، حيث يعين الحجم تبعا لقاعدة أرشميدس كما هو الحال في إستعمال الميزان الكيميائية العادي أو موازين خاصة ، مثل ميزان كرواس جولي.
2- طريقة قياس الوزن مباشرة ن حيث يعين الحجم من وزن السائل المزاح ، كما هو الحال في قنينة الكثافة المعروفة بإسم اليكنومتر.
3- طريقة تعيين النزن النوعي بمقارنته مباشرة بالوزن النوعي لسائل ثقيل عندما يظل المعدن معلقا في السائل.
1- طريقة إستعال الموازين:
يعين الحجم بقياس الفقد الظاهري في الوزن عندما تغمس قطعة المعدن في سائل مناسب. ففي هذه الحالة تزيح قطعة المعدن كمية من السائل مساوية لحجمها وتبعا لذلك ينقص وزن قطعة المعدن ظاهريا بمقدار وزن السائل المزاح. فإذا كانت و1 تدل على وزن قطعة المعدن في الهواء ، و2 تدل على وزن قطعة المعدن في سائل كثافته ث ، فإن الوزن النوعي ن يكون
ن = و1/ و1 – و2 X ن
ويستخدم الماء عادة كسائل للإزاحة ، حيث أنه دائما متوفر ، ونظرا لأن كثافته تساوي 1 أو قريبا جدا من 1 ، فإننا لا نحتاج إلى المعامل ث في المعادلة السابقة. ولكن في بعض الأحيان نلجأ إلى استخدام سائل آخر بدلا من الماء الذي قد يذيب المعدن ، أو نظرا لخاصية التوتر السطحي العالي للماء التي تؤدي إلى عدم بلل المعدن بدرجة كافية مما يؤدي إلى إلتصاق فقاقيع الهواء بسطح المعدن والتي تؤدي بدورها إلى رقم منخفض للوزن النوعي. ولهذا لاسبب يفضل إستعمال سوائل عضوية ذات توتر سطحي أقل من الماء مثل التولوين ورابع كلوريد الكربون.
تعتبر هذه الطريقة أسهل طريقة لتعيين الوزن النوعي للمعادن ، ويمكن إستخدام الميزان الكيميائي العادي في تعيينها ولو أنه توجد موازيين خاصة لتعيين الوزن النوعي للمعدن بدقة وبسرعة وبطريقة مباشرة ، وتعتمد أساسا على قاعدة أرشميدس ، نذكر منها ميزان "كراوس – جولي" ذي السلك الزنبركي ، شكل (152). ويتكون هذا الجهاز من الأجزاء التالية: 1- أنبوبة خارجية (1) مثبت فيها ورنية داخلية ثابتة.
2- أنبوب مستديرة داخلية (2) تتحرك داخل الأنبوبة الخارجية (1) بواسطة رأس كبيرة حلزونية الحركة "ر" ومثبت على هذه الأنبوبة المستديرة ورنية خارجية متحركة ومقياس مدرج من الجانبين. وعندما تتحرك هذه الأنبوبة الداخلية تحمل معها الورنية الخارجية والمقياس المدرج من الجانبين. ويستعمل أحد هذه التدريجين في قراءة مكان هذا القياس المتحرك بواسطة الورنية الثابتة في (1) ، أما التدريج الآخر فيستعمل في قراءة مكان السلك الزنبركي بعد غمر المعدن في الماء بواسطة الورنية المتحركة.
3- يوجد بداخل الأنبوبة المستديرة الداخلة عامود معدني (3) يمكن تغيير طوله بجذبه من الداخل إلى الخارج وتثبيته عند الطول المناسب. ويحمل هذا العامود السلك الزنبركي (4) بواسطة ذراع ، ويتدلى في نهاية السلك الزنبركي دليل (5) [خلفه مرآة بها خط أفقي] ، ومعلق بالسلك كفتان أ ، ب.
طريقة الإستعمال:
1- عند بدء استعمال الجهاز يجب ضبطه بحيث يكون المقياس المدرج والورنتين والدليل (المعلق من السلك الزنبركي) كلها عند الصفر وأن تكون الكفة السفلى مغموسة في الماء ، ونصل إلى هذا الوضع بأن نكيف طول العامود الداخلي الذي يحمل السلك الزنبركي بواسطة اليد ثم نضطه عند الصفر بواسطة المسمار الحلزني الدقيق الذي يوجد أسفل الزنبرك مباشرة.
2- توضح قطعة المعدن في الكفة العليا (ب) ، وندير الرأس الكبيرة الحلزونية (ر) والمقياس المدرج من الجانبين والورنية الخارجية إلى أعلى ، حتى نعيد الدليل إلى الصفر مرة ثانية وفي هذا الوضع تسج الورنية الداخلية (ثابتة) القراءة "و" وعلى أحد التدريجين وهي تمثل مقدار الإستطالة في السلك الزنبركي نتيجة لوزن قطعة المعدن في الهواء. ويثبت المقياس المدرج عند هذه القراءة بواسطة مسمار حلزوني صغير (6) عند الطرف السفلي للمقياس.
3- ينقل المعدن بعد ذلك إلى الكفة السفى (أ) حيث يغمس في الماء ، وتحرك الأنبوبة المستديرة الداخلية إلى أسفل بواسطة الرأس الكبيرة الحلزونية (ر) ، حتى يقرأ الدليل صفرا مرة أخرى. وأثناء هذه العملية تتحرك الورنية الخارجية (متحركة) إلى أسفل بالنسبة للمقياس المدرج (ثبتناه في المرحلة السابقة) ونأخذ قراءة هذه الورنية في هذا الوضع ولتكن "و¯" على التدريج الآخر ، وتمثل هذه القراءة مقدار الإستطالة في السلك الزنبركي نتيجة لوزن المعدن في الماء (أقل من الإستطالة الأولى بسبب ما فقده المعدن في الوزن نتيجة لغمسه في الماء) والقراءتين "و" ، "و¯" هما كل المعلومات اللازمة لحساب الوزن النوعي للمعدن ، إذ أن:
الوزن النوعي = الوزن في الهواء / ما يفقده الوزن في الماء = و/و¯
2- طريقة استعمال قنينة الكثافة أو اليكنومتر
يستعمل اليكنومتر Pycometer شكل (153) لتعيين الوزن النوعي للقطع الصغيرة من المعادن والأحجار الكريمة. واليكنومتر قنينة صغيرة من الزجاج لها غطاء من الزجاج أيضا ذو ثقب صغير يمر بطول هذا الغطاء المخروطي الشكل. وفي هذه الطريقة يساوي وزن الماء المزاح قطعة المعدن. فإذا كانت:
ن تدل على الوزن النوعي للمعدن.
ث تدل على كثافة السائل المستعمل (1 في حالة الماء).
و1 وزن اليكنومتر خاليا من الماء.
و2 وزن اليكنومتر وبداخله المعدن.
و3 وزن اليكنومتر وبداخله المعدن وممتلئا بالماء.
و4 وزن اليكنومتر ممتلئا بالماء فقط.
فإن ن = ث (و2 – و1)/ (و4 – و3) – (و3 – و2)
3- طريقة إستعمال السوائل الثقيلة Use of heavy liquids
يعني الوزن النوعي للمعدن بمقارنته مباشرة بالوزن النوعي لسائل ثقيل. والقاعدة في ذلك بسيطة ، المعروف أن المعدن الثقيل يسقط إلى القاع إذا غمس في سائل وزنه النوعي أقل من الوزن النوعي للمعدن. فإذا رفعنا الوزن النوعي للسائل – ويحدث ذلك ، مثلا بأن نضيف سائلاا أخر له وزن نوعي أكبر يذوب تماما في السائل الأولى – فإنه يمكننا أن نصل إلى درجة من الوزن النوعي للسائل الناتج الجديد بحيث إذا غمس المعدن فيه فإنه لا يسقط ولا يطفو ولكن يأخذا مكانا وسطا ، أي يظل معلقا في وسط السائل وفي هذه الحالة يكون الوزن النوعي للمعدن مساويا للوزن النوعي للسائل ، ويمكن في هذه الحالة تعيين الوزن النوعي للسائل يسهولة وذلك بواسطة إستعمال ميزان وستفال ، شكل (154) ، حيث يوضع السائل المراد تعيين وزنه النوعي في المخبار الذي يتدلى فيه الغاطس ، ثم توضع أثقال مناسبة على الذراع حتى يبقى الغاطس معلقا في السائل ، والميزان في حالة إتزان. ويقرأ الوزن النوعي من عدد ونوع وموضع الاثقال المستعملة ، ويكون هذا العدد هو نفسه الوزن النوعي للمعدن. وتستعمل السوائل الآتية في تعيين الوزن النوعي للمعدن:
1- البروموفورم Bromoform ، وزنه النوعي 2.9.
2- سائل ثوليت Thoulet's liquid (يوديد البوتاسيوم والزئبق). ووزنه النوعي 3.17.
3- يوديد الميثيلين Methylene iodide ، وزنه النوعي 3.2.
4- محلول كليريشي Clerici's solution (مالونات وفورمات الثاليوم) ، وزنه النوعي 4.
والمعروف أن السائلين (2) ، (4) يمكن تخفيضهما بواسطة إضافة الماء إليهما وبذلك يقل وزنهما النوعي ، ويستعاد تركيزهما بتبخير الماء أما السائل (1) فإنه يخفف بواسطة الكحول النقي ، بينما يخفف السائل الثالث (3) بواسطة البترول أو الأثير.
والوزن النوعي له أهمية كبيرة في التفرقة بين المعادن ، وبعد شئ من المران يمكن أن يتكون لجيولوجي المعادن خبرة وسرعة في تقدير الوزن لانوعي للمعدن بصفة تقريبية بواسطة اليد فنقول أن العدن ثقيل أو متسوط أو خفيف كما في التقسيم التالي الذي يساعد في التعرف على المعدن:
المعدن خفيف إذا قل وزنه النوعي عن 02.4 ، الجرافيت.
المعدجن متوسط إذا كان وزنه النوعي بين 2.4 ، 3.2 ، مثل الكوارتز.
المعدن ثقيل إذا كان وزنه النوعي بين 3.2 ، 5.00 مثل الباريت.
المعدن ثقيل جدا إذا كان وزنه النوعي أكبر من 5.00 ، مثل الذهب.
وإذا أريد تعيين الوزن النوعي بدقة فلابد من إستعمال أي من الطرق سالفة الذكر. ويبين جدول رقم (2) – الجزء الثالث من هذا الكتاب – المعادن الشائعة مرتبة تبعا لوزنها النوعي.
ويستفاد من إختلاف الوزن النوعي في فصل المعادن والخامات المعدنية وتركيزها. وتستغل الطبيعة أيضا هذا الإختلاف في الوزن النوعي في فرز المعادن. وتجميعها في أمكان مختلفة كل بحسب وزنه النوعي. فمثلا ، المعادن الثقيلة لا تنتقل مسافات كبيرة وتتركز بالقرب من مصادرها الأصلية ، أما المعادن الخفيفة فيمكن للسيول أو المياه الجارية أو حتى الرياح أن تنقلها إلى مسافات بعيدة عن مصادرها الأصلية وبذلك تفصلها عن المعادن الثقيلة.
وأثناء تبلور المجما Magma – أي المادة المصهورة التي تتكون منها المعادن والصخور النارية – ترسب المعادن الثقيلة إلى القاع بينما تطفو المعادن الخفيفة وتبقى بالقرب من الجزء العلوي للجسم المتبلور.
5- الخواص الحرارية Thermal properties
قابلية المعدن للإنصهار Fusibility
إذا عرضنا قطعة صغيرة من المعدن لها حروف حادة لللهب بواسطة ملقاط ، تلاحظ أن بعض المعادن تنصهر في لهب الشمعة ، في حين لا تنصهر معادن أخرى في مثل هذا اللهب ، ولكنها تنصهر في لهب مصباح بنزن ، ومعادن ثالثة تنصهر فقط في لهب البوري _لهب البنزن الممزوج بكمية من الهواء). ومعادن رابعة تستدير حوافها فقط في لهب البوري ، ومعادن أخيرة لا تنصهر بالمرة ولا تتأثر بلهب البوري ، وتعرف هذه الخاصية بإسم قابيلة المعدن للإنصهار.
وتعيين درجة الإنصهار للمعادن من الأمور الصعبة ، وليس له أهمية كبيرة في التعرف على المعادن ، ولكنه ذو فائدة وأهمية في الدراسات النظرية والمترو جرافية (دراسة الصخور) أما لقصد التعرف على المعادن بسرعة فنكتفي عادة بتعيين قابلية الإنصهار النسبية ، ويستعمل لهذا الغرض مقياس القابلية للإنصهار ، الذي حققه فون كوبل ، جدول (20).

رقم المعدن درجة الإنصهار بالتقريب ملاحظات 1 ستبنيت 525 º مئوية ينصهر بسهولة في لهب الشمعة. 2 كالكوبيريت 800 º مئوية تنصهر قطعة صغيرة منه في لهب البنزن. 3 جارنت 1050 º مئوية لا ينصهر في لهب البنزن ولكن ينصهر في لهب البوري. 4 أكتينوليت 1200 º مئوية تنصهر حافة رقيقة من المعدن بصعوبة في لهب البوري. 5 أرثوكليز 1300 º مئوية تستدير حواف القطع الصغيرة بصعوبة في لهب البوري. 6 برونزيت 1400 º مئوية لا ينصهر في لهب البوري ، وتستدير الحواف بصعوبة. 7 كوارتز 1710 º مئوية لا ينصهر بالمرة في لهب البوري.
جدول (2): مقياس قابلية المعادن للإنصهار


6- خواص فيزيائية أخرى
هناك خواص أخرى لم يرد ذكرها في أي من الأقسام السالفة مثل اللمس Feel والرائحة odour ، والمذاق taste. وهذه الخواص ولو أنها ليس شائعة أو مميزة في كثير من المحالات إلا أنها تكون في بعض الحالات مميزة وتساعد على التعرف على المعدن. ومن الأمثلة المعروفة المذاق المالح لمعدن الهاليت. ومن أمثلة الرائحة تلك الرائحة الكبريتيتة (رائحة ثاني أكسيد الكبريت) الناتجة من حك معدن بيريت Pyrite Fe A2 أو تسخين كثير من المعادن الكبريتية. ورائـحة الثوم الناتـجة من حـك أو تسـخين معـدن أرسينوبيريت Arsenopyrite (Fe As S). ومن أمثلة الملمس ذلك الملمس الصابوني أو الدهني لمعدن التلك ، أو قد يكون الملس باردا مثل سطح الفلزات والأحجار الكريمة ، أو قد يكون خشبيا (مثل الياف الخشب) مثل معدن سبوديومين Spodumene (سليكات الألومنيوم والليثيوم).
أما خاصية النشاط الإشعاعي فتنتج عن إحتواء المعدن لبعض العناصر المشعة مثل اليورانيوم أو الثوريوم ، وفي هذه الحالة يصدر عن المعدن إشعاعات لا نراها أو نشعر بها ، ولكن إذا عرض المعدن للوح فوتوغرافي حساس فإن هذه الإشعاعات تؤثر على اللوح ، وتترك أثرا يمكن الكشف عن هذه المعادن المشعة بواسطة الألواح الفوتوغرافية الحساسة أو بواسطة أجهزة خاصة تتأثر بهذه الإشعاعات وتحولها إلى صوت يمكن سماعه بسماعة الجهاز ، أو تحوله إلى وميض ضوئي يمكن رؤيته. ومن أمثلة هذه الأجهزة عداد جيجر ، وهو جهاز صغير سحل الهمل في اليد ، ويساعد كثيرا في الكشف عن خامات المعادن المشعة على سطح الأرض.
والمعروف أن ذرات اليورانيوم والثوريوم تتحل تلقائيا في الطبيعة وكذلك ذرات نظائر البوتاسيوم 40 والروبيديوم 87 . فأما ذرات اليورانيوم والثوريوم فإنها تتحول في النهاية إلى رصاص وغاز الهيليوم. وكما يتضح من المعادلات الآتية:
U298 → Ph206 + 8H4 U235 → Ph207 + 7H4 Th323 → Ph208 + 6H4
أما البوتاسيوم المشع فيتحول إلى كالسيوم وغاز الأرجون. كما في المعادلة :
K40 → Ca40 + A40
بينما يتحول الروبيديوم المشع إلى استرونشيوم
Rh87 → Sr 87
ولما كان معدل التحول من نظير آخر معروف بالنسبة للعنصر المشع ، فإنه يمكن بعملية حسابية تقدير عمر المعدن (وبالتالي عمر الصخور الذي يحتوي هذا المعدن) ، وقد أمكن تقدير عمر أقدم الصخور على سطح الأرض بحوالي 3.9 بليون سنة ، بينما قدر عمر بعض النيازك التي هبطت على الأرض من الفضاء بحوالي 4.6 بليون سنة. كما يقدر عمر الحصوات الصخرية التي جمعت من مادة القمر بحوالي 4.6 بليون سنة. كما قدر عمر الحصوات الصخرية التي جمعت من مادة القمر بحوالي 4.6 بليون سنة. وهذا يعني أن عمر المادة الصلبة في النظام لاشمسي الذي يضم الكواكب والأقمار ومن بينها الأرض وقمرها هو حوالي 4.6 بليون سنة.
خواص فيزيائية للمعادن باستعمال أجهزة خاصة
هناك مجموعة أخرى عامة من الخواص الفيزيائية التي تساعد في تحقيق المعدن – بل وتؤكد تحقيقه في كثير من الأحوال وتمدنا بمعلومات تفصيلية عن طبيعة المعدن – يتم تعيينها عن طريق إستخدام أجهزة خاصة ، وفي هذه الحالة لا يتطلب الأمر الحصول على عينات يدوية كبيرة للمدعن ، بل في كثير من الأحيان لا تتعدى كمية المعدن – موضع الإختبار – جراما أو بعض ملليجرامات. وتختص بتفاصيل هذه الطرق المراجع المتقدمة في علم المعادن ، ولكن لغرض إحاطة سريعة بهذه الطرق يمكن تلخيصها تحت العناوين الآتية:
1- خواص بصرية ميكروسكوبية Optical microscopic properties
يقوم الميكروسكوب أساسا بعملية التكبير لصور الأجسام التي ترى من خلاله. وتتراوح نسبة التكبير للصورة ما بين عشرين ومائة مرة تبعا لقوة العدسات الشيئية والعينية المستخدمة في الميكروسكوب. وقد تصل قوة التكبير إلى أكثر من ألف مرة في حالة استخدام وسط زيتي بين الشيئية وسطح المعدن بدلا من الهواء. ويختلف الميكروسكوب الجيولوجي عن الميكروسكوب البيولوجي في أن له مسرحات يتحرك دائريا حول محور الميكروسكوب ، وليس ثابتا (كما هو الحالة في الميكروسكوب البيولوجي). كذلك يوجد في الميكروسكوب الجيولوجي أجهزة مستقطبة للضوء وعدسات إضافية ، كل ذلك لكي يناسب الميكروسكوب دراسة المعادن والصخور (خليط من المعادن) وهي مواد صلبة متبلورة تتفاعل مع الضوء المار بها أو الساقط على أسطحها المصقولة بطريقة تختلف تماما عن المادة الحية التي تتكون منها الكائنات الحية نباتية كانت أو حيوانية. ونتيجة لذلك يساعد الميكروسكوب الجيولوجي في التعرف على الخواص البصرية التفصيلية للمعادن التي يستحيل التعرف عليها بالعين المجردة.
والمعادن – كما سبق أن ذركنا تحت عنوان الشفايفة – إما أن تكون منفذة للضوء ، مثل الكوارتز والتورمالين والجبس والكالسيت ، وفي هذه الحالة نستعمل الميكروسكوب البتروجرافي (يعرف أيضا باسم الميكروسكوب المستطقب) ، شكل (1559) ، حيث نتمكن من تعيين خواص بصرية مميزة للمعدن مثل معامل الإنكسار ، والتغيير اللوني والإنطفاء والزاوية البصرية في معادن الأطوال الثلاثة (المعيني القائم والميل الواحد والميول الثلاثة). هذا بالإضافة إلى تفاصيل العلاقة بين الحبيبات والبلورات المكونة للصخر (في المقطع الرقيق) وهو ما يعرف باسم لانسيج (شكل – 156).
ويمكن تلخيص الخواص البصرية والمعدنية التي يمكن مشاهدتها وتحقيقها بالميكروسكوب البتروجرافي (الميكروسكوب المستقطب) في حبيبات وبلورات المعادن المكونة للصخور والرواسب المعدنية المختلفة والتي قد تصل أبعدها إلى أقل من ملليمتر (مما لا يمكن مشاهدته بالعين المجردة) فيما يلي:
1- هيئة البلورة (منشورية ، هرمية ، إبرية .... الخ).
2- الإنفصام ، الإنفصال ، الشروخ.
3- التضاريس ، الحدود البصرية ، معاملات الإنكسار.
4- المكتنفات (المحتويات) ، والتحلل ونواتجه.
5- التوأمية وقوانين التوائم.
6- خواص بصرية مثل ألوان التداخل والإنطفاء وعلامة الإستطالة وصور التداخل والعلامة البصرية والتفرق وهذه كلها تتوقف على فصيلة المعدن.
أما بالنسبة للمعادن المعتمة أي غير المنفذة للضوء ، مثل الذهب والجالينا والكالكوبيريت وسفاليريت ومولبدينيت وهي معادن مكونة لخامات فلزات الذهب والرصاص والنحاس والزنك والمولبدنوم ، على التوالي. فإننا نستعمل في هذه الحالة ميكروسكوب الخامات شكل (157) ، حيث يسقط الضوء – بواسطة جهاز ضوئي عاكس في الميكروسكوب – عموديا على سطح المعدن المعتم المصقول جيدا (في العادة ذي بريق فلزي أو شبه فلزي) ، ليرتد ثانيا إلى العين مكونا صورة مكبرة للسلطح الذي سقط عليه حيث تظهر في الصورة مجموعة المعادن المعتمة الموجودة في العينة ونسيجها ، شكل (158). كما يتسنى لنا بالإستعانة بأجهزة إضافية توصل بالميكروسكوب من تعينن خواص فيزيائية للمعدن المعتم مثل خاصية الإنعكاسية والصلادة الدقيقة (تعيين الصلادة بطريقة كمية) وذلك لحبيبات المعدن والتي قد لا يتجاوز أبعاد بعضها عن ملليمتر أو بعض ملليمتر وذلك بفضل قدرة الميكروسكوب على التكبير والتوضيح. ولا يخلو مختبر لدراسة المعادن الاقتصادية من مثل هذا الميكروسكوب والأجهزة الإضافية المتصلة به.
ويمكن تلخيص الخواص البصرية والمعدنية التي يمكن مشاهدتها وتحقيقها بميكروسكوب الخامات (الميكروسكوب العاكس) في حبيبات وبلورات المعادن المعتمة المكونة للخامات المعدنية فيما يلي:
1- هيئة البلورة (نصلية ، منشورية ، متساوية الأبعاد ... الخ).
2- الإنفصام ، الإنفصال ، الشروخ ، التضاريس.
3- الإنعكاسية (نوع وكمية الضوء المنعكس من سطح المعدن المصقول).
4- الصلادة (صلادة الخدش) ، الصلادة الدقيقة.
5- المكتنفات (المحتويات في الحبيبات) ، التحلل.
6- التوأمية وخواص بصرية أخرى.
7- إختبارات كيميائية مجهرية وإختبارات تأثير الكيماويات المختلفة على المعادن المختلفة.

2- خواص ميكروسكوبية الكترونية Electron Microscopy
يستخدم في الميكروسوكوب الاليكيتروني ، شكل (159) ، بصيص من الاليكترونات المندفعة تحت جهد كهربائي كبير (من 40 إلى 100 كيلو فولت) من فتيل من التنجستن المسخن ، ويكون لها طول موجي في حدود 0.05 من الأنجستروم (أي جزء من مائة ألف جزء من طول الموجات المستخدمة في الميكروسكوب العادي). وبدلا من إستخدام عدسات زجاجية في الميكروكسوب العادي يستخدم الميكروسكوب الإلكتروني عدسات مغناطيسية تقوم بتركيز بصيص الالكترونات عن طريق مجالاتها المغناطيسية. ويعمل الميكروسكوب في نظام مفرغ من الغازات والأخبرة والذي يتراوح ضغطه ما بين جزء من ألف إلى جزء من مائة ألف من الميلليمتر زئبق (الضغط الجوي يعادل 760 ملليمتر من الزئبق) ، ويقوم بهذا التفريغ طلمبة غازية خاصة بالجهاز.
يقوم الميكروسكوب الاليكتروني ، شكل (159) – في مجال علم المعادن – بدراسة الظواهر المورفولوجية للحبيبات المعدنية دقيقة التبلور. وؤدي هذه الدراسة إلى كشف التفاصيل في البناء الدقيق للمعادن ، والذي قد يصل في صغر أبعاده إلى ما يقرب من عشرة أنجستروم (جزء من عشرة ملايين جزء من الملليمتر). وعلى ذلك فإن الميكروسكوب الالكتروني يقوم في المقام الأول بعملية التكبير ، شكل (160) ، وبالتالي توضيح التفاصيل القديقة. وتصل قوة التكبير بالميكروسكوب الالكتروني إلى مائة ألف مرة أو ييزد. وهناك نوع متطور من الميكروسكوب الالكتروني يعرف باسم الميكروكسوب الاليكتروني المساح ، وبمتاز عن الميكروسكوب الالكتروين العادي بإمكانياته الكبيرة للتكبير لمساحات أكبر من سطح الجسم المراد تصويره ، وبذلك يتيح لنا دراسة واضحهة مكبرة تبدو وكأنها مجسمة في الأبعاد اثلاثة مما يساعد على تحقيق للحبيبات المجهرية الدقيقة جدا والتعرف على مكوناتها وهيئتها وأشكالها.
3- خواص حيود الأشعة السينية X-Ray diffraction يستخدم في تعيين هذه الخواص جهاز التحليل بالأشعة السينية ، شكل (161). حيث تتولد الأشعة السينية التي يتراوح طول موجاتها من 0.02 إلى 100 وحدة أنجستروم ، نتجة لارتطام الاليكترونات الصادرة من فتيل ساخن للتنجستن (الكاثود) المندفعة تحت جهد عالي (40 كيلو فولت) بفلز الأنود (Target) الذي قد يكون تنجستن أو حديد أو مولبلدنوم أو نيكل. وتتوقف طول الموجات الناتجة عن نوع فلز الأنود. وفي العادة تستخدم الموجات التي يقرب طولها من واحد أنجستروم في دراسة البناء الذري للمعادن والتعرف عليه. في حين أننا نستعمل في الميكروسكوب الجيولوجي موجات الضوء التي يتراوح طولها بين 4000 ، 72000 أنجستروم.
وتبعا لقانون بلانك نجد أن موجات الأشعة السينية أكبر طاقة وتعمقا من موجات الضوء المنظور. ولما كان طول موجات الأشعة السينية يتناسب مع أبعاد المسافات بين المستويات الذرية في البناء البلوري للمعادن (كلاهما يقاس بوحدات أنجستروم) فإن هذا يؤدي إلى حيود الأشعة السينية بمجرد مرورها في بلورات المعادن لتنتج لنا صورا أو تسجيلا لمنحنيات ، شكل (162) تعبر تعبيرا صدقا – بعد تحليلها بطرق علمية خاصة – عن البناء الذري المنتظم لبلورة المعدن.وضع الإختبار ، مما يؤدي إلى تحقيق المعدن والتعرف عليه ، بل ويتعدى الأمر إلى إمكانية تعيين الأبعاد المطلقة للوحدة البنائية التي تتكون منها بلورة المعدن ، وعناصر التماثل المعبرة عن توزيع الذرات داخل الوحدة النبائية ، وأخيرا تعيين نمواقع الذرات داخل الوحدة البنائية – أي تعيين البناء الذري للمعدن – وهو ما يصبو إليه عالم المعادن.
4- خواص الوحدة المكونة للشق الحامضي للمعدن:
(سليكات ، فوسفات ، كبريتات ، كربونات ، نترات ، كبريتيدات ، الخ) يستخدم لهذا الغرض جهاز التحليل الطبقي الإمتصاصي بالاشعة تحت الحمراء ، شكل (163). والأشعة تحت الحمراء المتسخدمة في هذا الجهاز ذات موجات أطول من الموجات الحمراء (نهاية الطيف الضوئي المنظور) وبالتالي لها طاقة أقل منها (تبعا لقانون بلانك( وهذ الموجات ينتج عن تفاعلها بمجموعة الذرات والجزيئات الداخلة في التركيب الكيميائي للمعدن (والمواد الصلبة بصفة عامة) أنماط خاصة من الذبذبات والدورانات ، تسجل في لوحة بيانية في الجهاز في هيئة منحنيات ذات أشكال معينة. هذه المنحنيات هي "صورة" أو "بصمة" ، شكل (164) ، القانون التركيبي لملعدن وذلك دون اللجوء إلى الإختبار أو التحليل الكيميائي. ونظرا لتناسب أطوال الموجات تحت الحمراء المستخدمة مع أبعاد الذرات "والجزيئات" في الوحدة الكيميائية في تركيب المعدن ، فإن "الصورة" الناتجة عن عملية إمتصاص الطاقة الموجية المستخدمة بواسطة الوحدة الكيميائية تعتبر مميزة لهذه الوحدة الكيميائية وبالتالي تساعد في تحقيق المعدن ، شكل (164).
5- خواص التحليل الحراري التفاضلي Differential Thermal Analysis (A.T.A.)
يستخدم في هذا الإختبار جهاز التحليل الحراري التفاضيلي ، شكل (165) ، ويتم في هذه التجربة تسخين مسحوق المعدن تسخينا متدرجا في فرن كهربائي إلى ما يقرب من ألف درجة مئوية أو يزيد. ويسجل ما يحدث من تغيرات في البناء الذري للمعدن وتركيبه الكيميائي وذلك بالمقارنة بمسحوق كيميائي خامل لا يتأثر بالتسخين. عن طريق إستخدام توصيلة كهربائية بين الإثنين من نوع ما يعرف باسم "Differential thermocouple" . ويظهر هذا التسجيل في صورة منحنى ، شكل (166) ، ذي قمم عليا (إعطاء حرارة) وقيعان سفلى (إمتصاص حرارة) ، ولما كان لكل معدن منحنى مميز ، فإنه يستنى بذلك تحقيق المعدن.
الباب الخامس: الخواص الكيميائية البلورية للمعادن
(العلاقة بين التركيب الكيميائي والبناء الذري للمعادن)
Crystal Chemistry of Minirals
لاحظنا عند دراسة الخواص البلورية للمعادن كيف أنه توجد معادن تتداخل بلوراتها أثناء النمو لتكون بلورات نطاقية ، وأن هذه البلورات المتداخلة بالرغم من أنها مختلفة في التركيب الكيميائي إلا أنه متشابهة في كل من الشكل البلورية والبناء الذري ، ومعنى هذا أن الذرات ولو أنها مختلفة من الناحية المادية إلا أنها متشابهة في حجمها ، وفي مواضعها داخل البلورة وبذلك يمكنها أن تحل محل بعضها مما يدل على وجود علاقة بين التركيب الكيميائي والبناء الذري (أو الشكل البلوري) للمعادن.
وقد رأينا كذلك ، كيف يتغير الوزن النوعي للمعدن – لا على أساس إختلاف التركيب الكيميائي كما هي القاعدة والأصل – ولكن على أساس إختلاف ترتيب الذرات داخل بناء البلورة. وهذا الإختلاف ليس قاصرا على الوزن النوعي فحسب ، ولكنه يمتد إلى جميع الخواص الفيزيائية الأخرى للمواد ذات البناء الذري المختلفة ، أو بمعنى آخر يمكن أن توجد المادة الكيميائية الوحدة في أكثر من شكل بلوري واحد. وهذه علاقة أخرى بين التركيب الكيميائي والبناء الذري (أو الشكل البلوري) للمعادن.
هذه أمثلة مرت بنا وتشير إلى وجود علاقة من نوع أو آخر بين التركيب الكيميائي والبناء الذري للمعدن. مثل هذه العلاقة الكيميائية البلورية كانت معروفة منذ وقت طويل ، ولكن نظرا إلى أهميتها الكبيرة فقد كرست لها أبحاث ودراسات كثيرة في السنوات الأخيرة ، مما جعها تنمو لتكون علما جديدا يعرف باسم الكيمياء البلورية Crystal Chemistry ، وعو علم متفرع تختص معظم محتوياته بتطبيقاتها وحلولها للمعدان ومشاكلها المختلفة ، وارتباط خواصها الفيزيائية بالتركيب الكيميائي والبناء الذري.
ومن الأسباب التي حدت بنا إلى دراسة هذه العلاقة الكيميائية البلورية ، وفهمها على أساس علمي صحيح ، الملاحظات والأسئلة المحيرة التي نتجت عن محاولتنا تصنيف المعادن على أساس تركيبها الكيميائي ، ففي هذا التصنيف الكيميائي للمعادن نجد المعادن مصنفة إلى اقسام على اساس الشق الحامضي أو المجموعة الحامضية الموجودة في المعدن ، أي صنفت المعادن إلى كبريتيدات ، أكاسيد ، كلوريدات ، كربونات ، كبريتات ، فوسفات ، سليكات.
وفي مثل هذه الحالات التي ننظر فيها إلى المعادن من زاوية واحدة ، ألا وهي التركيب الكيميائي – تصادفنا أسئلة محيرة من النوع الآتي:
لماذا تشذ المعادن كثيرا في خواصها عن الخواص التي نتوقعها لها على أساس التركيب الكيميائي فقط.
كيف نعلل وجود المعادن متعددة الأشكال (مثل الجرافيت والألماس)؟
لماذ يؤثر الشق الحامضي على خواص معظم المركبات أكثر مما يؤثر الشق القاعدي؟
ما هو العامل المشترك بين المعادن متشابعة البلورات ولكنها مختلفة في التركيب الكيميائي؟
ويجب علينا أن نجيب على هذه الأسئلة وكثير غيرها قبل أن نتوصل إلى معرفة كافية لطبيعة المواد المعدنية.
وقبل ان نبدأ في الإجابة عن هذه الأسئلة وشرح العلاقات المختلفة بين التركيب الكيميائي والبناء الذري يجدر بنا أن نفسر قليلا بعض خواص النباء الذري للمعادن.
يتبع

البناء الذري للمعادن
نقصد بالنباء الذري للمعدن المعلومات الرئيسية الثلاثة التالية:
1- الترتيب الهندسي في الفراغ للذرات والجزيئات والأيونات التي تكون وحدات البناء في المادة.
2- درجة التقارب بين هذه الوحدات البنائية وطريقة رصها وتعبئتها في المادة.
3- نوع القوى الكهربائية التي تربط بيه هذه الوحدات البنائية وخواصها.
1- الترتيب الهندسي الفراغي للذرات والأيونات:
توجد هذه الوحدات البنائية مرتبة داخل البلورة في نظام هندسي يخضع لعناصر تماثلية معينة ، ويعكس هذا الترتيب الذري الداخلي نفسه في الخارج في هيئة الأوجه البلورية المنظمة التوزيع ، وقد رأينا أمثلة لهذه النظم الهندسية في دراساتنا السالفة للبلورات والخواص البلورية للمعادن. لقد درسنا فقط سبعة نظم بلورية هي النظم الأعلىتماثلا في الفصائل البلورية ، ولكن يوجد بجانب هذه نظم أخرى أقل تماثلات ، إذا أضيفت إلى السبعة كان المجموعة 32 نظاما بلوريا ، تمثل الطرق الممكنة لترتيب الذرات والأيونات تبعا لعناصر التماثل الخارجية ومجموعاتها . ولكن إذا أضيفت إلى هذه العناصر عناصر أخرى تماثلية داخلية ، فإن من الممكن ترتيب الذرات والأيونات ب 320 طريقة أو في 230 مجموعة فراغية.
2- تعبئة الذرات والأيونات
قلنا إن المادة المتبلورة تتميز بترتيب ثابت للأيونات أو الذرات في الأبعاد الثلاثة ، وقد مثلنا الترتيب الفراغي للأيونات والذرات بأشكال تخطيطية حيث تكون الروابط أو الأواصر بين هذه الأيونات أو الذرات ممثلة بخطوط ، شكل (167): وهو يمثل البناء الفراغي لمعدن الهاليت (NaCl) ، حيث تمثل الكرات البيضاء أيونات الصوديوم ، وتمثل الكرات السوداء أيونات الكلورين.
وفي مثل هذا الرسم التوضيحي نلاحظ أن المسافات بين الأيونات المتجاورة دائما أكبر من مجموع نصف أقطار الأيونات المتجاورة. كما نلاحظ أن جميع الأيونات قد رسمت في هيئة كرات ذات أحكام متساوية. مثل هذا الهيكل الفراغي المفتوح لا يمثل حقيقة الأمور. إن إستعمال مثل هذا الرسم يتم فقط لغرض إعطاء صورة للمواقع النسبية لمراكز الوحدات المكونة للمادة (أيونات ، ذرات ، .. الخ) أي أنه يدل على موضع نقط الترتيب الفراغي.
نلاحظ في شكل (167) أن الترتيب الفراغي لأيونات الصوديوم والكلورين في الهاليت هو من النوع المكعبي ، ويحاط كل أيوم للصوديوم بستة أيونات للكلورين في هيئة ثماني الأوجه ، ويمكن مشاهدة هذا الثماني الأوجه بوضوح في شكل (168) ، حيث أضفنا الروابط المائة بين أيونات الكلورين الستة التي تحيط بأيون الصوديوم ، وأصبحت في مجموعتها تشبه شكل ثماني الا,جه. وإذا فحصنا هذا الرسم بعنياة أكثر نلاحظ أن كل أيون كلورين محاط بستة أيونات صوديوم.
نلاحظ في هذه الشكلين السابقين أننا لم نأخذ في الإعتبار الحكم النسبي لأيونات الصوديوم والكلورين ، وأن الأيونات لابد أن تكون متماسة بعضها ببعض (هذه حقيقة أساسية في المواد الصلبة أو المتبلورة). إننا نفترض أن الأيونات ذات أشكال كروية أو شبه كروية ، ويمكن تمثيلها كذلك في الأشكال المبينة لطرق تعبئتها ، لنرجع إلى شكل _168) مرة ثانية ، لنأخذ عند أركان شكل ثماني الا,جه ، ونحركها على طول الروابط في إتجه بعضها حتى تتماس مع بعضها ، فإننا نصل إلى الترتيب المستقر لهذه الأيونات ، كماه و مبين في شكل (169).
وفي مركز هذا الثماني الأوجه يوجد "تجويف" نصف قطره يساوي 0.414 بالنسبة إلى نصف الكرات عند الأركان (الكلورين) ، ويمكن لأيون بمثل هذال الحجم أن نجد مكانا له في هذا التجويف ، ويكون متماسا مع الأيونات الستة الكبيرة المحيطة به . كما في شكل (170). ومن الناحية النظرية ، لا يمكن للأيون المركزي [أي الذي في المركز] أن يكون أصغر من أيون له نسبة نصف القطر إلى نصف قطر الأيون الأكبر المحيط به كنسبة 0.414 ، إذ سوف لا يكون مثل هذا الأيون الصغير في حالة تماس مع جيرانه ، ويلزم في هذه الحالة ترتيب آخر أكثر إستقرار. هذا الترتيب موجود حيث يحيط بالأيوم المركزي الصغير أربعة أيونات فقط موجودة عند الأركان الأربعة لشكل رباعي الأوجه ، شكل (171) ، كما في البناء الذري للمعادن السليكاتية حيث يحيط بأيون السليكون أربعة أيونات للأكسجين ، والنسبة بين نصف قطر الأيون المركزي الصغير (Si) ، ونصف قطر أيوم الأكسجين 0.30
أما إذا كان الأيون المركزي أكبر من الأيون ذي النسبة 0.414 فإن الأيونات المحيطة سوف تضطر للإبتعاد عن بعضها إلى الخارج ولن تتماس إلا مع الأيون المركزي. ويمكن تمثيل هذا الترتيب ، كما في شكل (172) ، حيث تكون النسبة بين نصف قطر الأيون المركزي ونصف قطر الأيون المحيط به كنسبة 0.66 ، ويوجد الترتيب الثماني الأوجه في هذه الحالة أيضا ويبقى كترتيب مستقر حتى تساوي نسبة نصفي القطرين 0.732 (أو أكثر) ، وعند هذه القيمة الحركة يتكون ترتيب أكثر إستقرارا ، لأنه أصبح هناك مكان لأكثر من أيون متلامس مع بقية الأيونات الخارجية الستة ومع الأيون المركزي . فإذا رتبت ثمانية أيونات كروية في شكل مكعبي ، كما هو مبين في شكل (173) فإن نصف قطر التجويف المركزي سوف يساوي 0.732 إذا قورن بنصف قطر الكرات الموجودة عند أركان الكعب والتي لها قيمة تساوي 1. وهذا هو الترتيب المستقر بين نسبة 1:0.732 ونسبة 1:01 وفي معدن الهاليت (NaCl) نجد أن النسبة بين نصف قطر أيون الصوديوم ونصف قطر أيون الكلورين هي 0.564 وتدل هذه القيمة على أن أيونات الكلورين لابد أن تحيط بأيونات الصوديوم في ترتيب شكل ثماني الأوجه. ولقد أثبتت الأدلة التجريبية صدق هذا الرأي.
عدد التناسق Coordination number
عدد التناسق لأيون أو ذرة عنصر هو الرقم الدال على عدد الأيونات أو الذرات التي تحيط وتلامس هذا الأيون أو هذه الذرة بصفة مميز. فتلاقي شكل (171) حيث يحيط بأيون السليكون [الكرة السوداء أو المركزية] ، ويتلامس معها أربعة أيونات للأكسجين [الكرات البيضاء الكبيرة] يكون عدد تناسق السليكون هو 4 ، والنسبة بين نصفي قطر هي 00.30 وقد يكون أكثر من عدد تناسق واحد. فمصلا قد تحاط ذرة مغنسيوم بستة ذرات أكسجين بصفة مميزة عندما يتحد الإثنان سويا لتكوين أكسيد المغنسيوم.وفي هذه الحالة يكون عدد التناسق للمغنسيوم 6 ، والنسبة بين نصفي القطرين في هذا المركب هي 0.47 أما في مركب تلوريد المغنسيوم (MgTe) ، فإن النسبة تساوي 0.31 ، ويكون للمغنسيوم عدد تناسق يساوي 4 ، ويحاط بأربعة ذرات تلوريوم في ترتيب رباعي الأوجه. ولما كان الأسجين مكونا عاما في تركيب كثير من المعادن ، فعندما نذكر عدد التناسق لعنصر ما بدون تمييز فإننا نقصد عدد ذرات الأكسجين التي تتناسق مع ذرات العنصر المذكور.وعندما يكون عدد التناسق يساوي 8 فإن ثماني ذرات أو أيونات تحيط بذرة أو أيون العنصر المركزي في شكل مكعبي ، شكل (173).؟
وعلى ذلك نجد أن عدد التناسق يتوقف على النسبة بين نصف قطر الأيون المركزي ونصف قطر الأيون المتناسق حوله ، كما يتبين من الجدول التالي ، جدول (21) ، صفحة 186.
3- الروابط الكيميائية Chemical bonds
تتوقف كثير من خواص المعدن ومميزاته على نوع وشدة القوى الكهربائية التي تربط ذرات المادة بعضها إلى بعض. فإذا نحن درسنا وأوضحنا هذه القوى الرابطة أمكننا تفسير كثير من الخواص الفيزيائية والكيميائية التي تسبب لنا شيئا من الحيرة. فمثلا ، لماذا تنفصم الميكا بهذا السهولة إلى تلك الصفائح الرقيقة؟ والجواب على ذلك يقتضي معرفة نوع الراوبط الكهربائية التي تربط الذرات بعضها ببعض. وتدلنا هذه المعرفة على أن الروابط الكهربائية (روابط كيميائية) تتغير في قوتها بتغير الإتجاه في البلورة.
عدد التناسق ترتيب الأيونات حول الكاتيونات النسبة بين نصف قطر الكاتيون: الأنيون 3 أركان مثلث متساوي الأضلاع من 0.15 إلى 0.22 4 أركان رباعي الأوجه من 0.22 إلى 0.41 6 أركان ثماني الأوجه من 0.41 إلى 0.73 8 أكران المكعب > 0.73.
جدول (21): النسبة بين نصف قطر الكاتيون إلى الأنيون وعدد التناسق
ونجد أن الأيونات مرتبطة ببعضها إرتباطا قويا في الصفائح في إتجاه مواز للإنفصام ، أم القوى التي تربط صفحة بجارتها (عليا أوسفلى) ، فإنها قوى ضعيفة لا تصمد أمام أي ضغط ، وتنفسم الصفائح عن بعضها في هذه المستويات ذات الروابط الضيفة ، شكل (175) صفحة 171. وقد أثبتت الدراسات البلورية بالأشعة السينية هذا الرأي. ويفسر الإنفاسم بصفة عامة على أنه انفصال يحدث في بناء البلورة في المستويات ذات الروابط الكيميائية الضعيفة.
وقد وجد ، عموما ، أنه كلما كانت الرابطة قوية كلما زادت صلادة البلورة ، وكذلك درجة إنصهارها ، بينما يقل معاما تمددها الحراري . وعلى ذلك تعزى صلادة الألماس العالية إلى الروابط الكهربائية القوية جدا بين ذرات الكربون في بنائه الذري.
كذلك وجد أنه بالرغم من تشابه البناء الذري في كل من معدني بيريكليز Periclasse (MgO) وهاليت Halite (NaCl) ، إلا أن البيريكليز ينصهر عند درجة 2800 º م ، بينما ينصهر الهاليت عند 701 º م ، أو بعبارة أخرى يحتاج البيريكليز إلى طاقة حرارية أكبر لفصل ذراته ، وهذا يدل على وجود روابط كهربائية أقوى في البريكليز منها في الهاليت.
وهناك أربعة أنواع رئيسية من الروابط الكيميائية هي: الأيونية المشتركة ، الفلزية ، فان درفال. ويجب أن يكون مفهموما أن مثل هذا التصنيف هو لتوضيح وتقريب الأمور ، بينما في الحقيقة قد يوجد تدرج وإنتقال بين هذه الأنواع ، كما قد يشترك أكثر من نوع في البناء الواحد.
1- الرابطة الأيونية Ionie bond: وهذه هي الرابطة التي تربط بين الأيونات ذات الشحنات الكهربائية المختلفة في البلورة ، ولذلك تعرف هذه الرابطة أيضا باسم الرابطة الكهروستاتيكية. ومن أمثلتها الرابطة التي تربط أيون الكلورين بأيون الصوديوم في بلورة كلوريد الصوديوم. مثل هذه المركبات ، التي يغلب في بنائها الذري الرابطة الأيونية ، عندما تذوب في مذيبات مثل الماء تكسب هذه المذيبات خاصية المحاليل الموصلة التي تحتوي على أيونات حرة. أما من ناحية الخواص الفيزيائية فنجد أن البلورات ذات الرابطة الأيونية لها صلادة متوسطة. وكذلك وزنها النوعي متوسط ، أما عن درجتي الإنصهار والغليان فهما عاليتين ، كما أ، هذه البلورات موصلة ردئية جدا للكهرباء أو الحرارة.
2- الرابطة المشتركة Covariant bond: أو رابطة الإلكترونات المشتركة وهذه أقوى أنواع الروابط . وتتميز المعادن ذات الرابطة المشتركة بأنها غير قابلة للذوبات بصفة عام. وبأنها متستقرة وذات درجة إنصهار ودرجة غليان عاليتان جدا. ولا تعطي هذه المعادن أية أيونات في المحاليل التي تكونها . وعلى ذلك فهي مواد ردئية التوصيل للكهرباء في كلتا الحالتين السائلة والصلبة. وهذه الرابطة تتكون نتيجة لإشتراك اليكترون بين ذرتين. فإذن وجد فراغ في المسار الالكتروني الخارجي للذرة فإن كل طاقة الذرة تستنفذ في هذه الرابطة التي تربط ذرة بجارتها ، ويتكون عندنا جزئ مستقر (مثل جزئ الكلورين) الذي لا يظهر أي ميل للاتجاه بجزئ آخر ، وهنا عناصر أخرى مثل الكربون والسليكون والألومنيون لها أكثر من فراغ في المسار الإلكتروني الخارجي لذراتها ، ولذلك فإن ذرة العنصر منها تتحد بعدد من الذرات المجاورة لواسطة الرابطة المشتركة لتنتج مجموعات ذرات مستقرة ذات أشكال وأبعاد ثابتة. ومن أمثل ذلك ذرات السليكون التي لها أربعة فراغات في مساراتها الخارجية تملؤها بالكترونات مشتركة مع أربعة ذرات أكسجين ، وتكن بذلك مجموعة SiO4 مرتبطة بروابط مشتركة قوية في هيئة رباعي الأوجه حيث توجد ذرات الأكسجين الأربعة عند أركان هذا الشكل الرباعي ، شكل (171 ، 174).
وقد ترتبط مجموعتان او أكثر من هذه المجموعات الرباعية SiO4 لينتج عنها أشكال هندسية مختلفة هي أساس الوحدات (منفرد ، حلقية ، سلسلية ، صفائحية ، هيكلية) في البناء الذري للأنواع المختلفة من المعادن السليكاتية.
3- الرابطة الفلزية Metallic bond: وهذه هي الرابطة التي تربط ذرات الفلزات ، وفيها تحاط نواة ذرة الفلز بسحابة من الإلكترونات الحرة الإنتقال في البناء الذري للفلز دون أن تسبب إخلالا لميكانيكية الروابط ، ويعزى إلى هذه الرابططة جيمع الخواص المميزة للفلزات مثل القابلية للطرق والسحب وسهولة التشكيل ، والتوصيل الجيد للكهرباء والحرارة. وإنخفاض كل من الصلادة ودرجة الإنصهار ودرجة الغليان.
4- رابطة فان درفال Van Der Waal Force: وهذه عبارة عن القوى الضعيفة التي تربط الجزيئات المتعادلة بعضها ببعض ، وهي عبارة عن قوى متبقية على سطح هذه الجزيئات أو المجموعات البنائية غير المشحونة في البلورة.
وغالبا ما تضم البلورات المعدنية أكثر من نوع واحد من الروابط الكيميائية مثلا ، في الجرافيت ترتبط الذرات بعضها في الصفائح بواسط الرابطة المشتركة القوية ، بينما يحدث الإنفصام في المستويات التي ترتبط برابطة فان درفال الضعيفة. أما في الميكا فترتبط الذرات في الصفائح بوائطح الرابطة المشتركة القوية حيث توجد مجموعات السليكات الرباعية ، وترتبط الصفائح بعضها ببعض بواسط الرابطة الأيونة الضعيفة عن طريق أيونات البوتاسيوم ، وينتج عن مثل هذا لابناء الذري ذي الروابط المختلفة ان ينفصهم معدن الميكا بسهولة جدا في المستويات ذات الرابطة الأيونة ، شكل (175). ويعزى الإنفصام في معادن الأوجيت والهونبلند والأرثوكليز إلى وجود مثل هذه الروابط الضعيفة. وتعرف هذه البلورات التي توجد بها روابط من أنواع مختلفة بإسم غير متجانسة الروابط بينما تعرف بلورات معادن الكوارتز والألماس حيث توجد روابط من نوع واحد باسم متجانسة الروابط.
التشابه الشكلي Isomorphism
تتشباه المعادن في الطبيعة من محاليل معقدة التركيب الكيميائي ، ويحدث نتيجة لذلك أن كل المعادن تقريبا تختلف في تركيبها الكيميائية من مكان إلى آخر بل ويختلف المعدن الواحد في تركيبه الكيميائي من عينة إلى أخرى في نفس المكان الواحد. وقبل أن نعرف السر وراء هذا التغير الكيميائية – في ضوء الكيميائية البلورية – كانت كل عينة تسمى في الماضي باسم خاص ، وتعتبر معدنا جديدا بسبب هذا الإختلاف الطفيف في التركيب الكييمائية ، مع أن بقية الخواص الأخرى واحدة في جميع العينات.
وفي الوقت الحالي نجد أن من أهم واجبات جيولوجي المعادن العمل على تقليل وإزالة هذه الأسماء الكثيرة للأنواع المختلفة من المعدن. ونتيجة لذلك يتضح لنا أن الوحدة الوصفية في دراسات المعادن هي المتسلسلة المعدنية أو المجموعة المعدينة بلاد من المركب النقي.
سبق أن ذكرنا عند دراستنا للبلورات أن لكل مادة شكل بلوري مميز ، وتختلف بلورات المواد المختلفة (عدا بلورات فصيلة المكعب) عن بعضها البعض في الزوايا بين الوجهية ، ولكن لاحظ متشرليخ عام 1819 أن هناك علاقة بين الشكل البلوري لمادة ما وتركيبها الكيميائي ، وأنه قد توجد مادتان لهما تركيبان كيميائية متقابلان وشكلان بولريان متماثلان تقريبا. مثل هذه العلاقة بين المواد المختلفة في التركيب الكيميائي والمتشابهة في الشكل البلوري تعرف باسم التشابه الشكلي ، والمواد المرتبطة بهذه العلاقة تعرف باسم مواد متشابهة الأشكال ، ومثل هذه المواد المتشابهة الأشكال تتشبه بشكل ملحوظ في خواصها الفيزيائية والكيميائية وكذلك البلورية (لها تقريبا نفس الزوايا بين الوجهية ونفس النسبة المحورية) ويحتاج الأمر إلى قياس الزوايا بين الوجهية بدقة كبيرة للتفريق بين بلورات المعادن المتشابهة الأشكال. كذلك يستخدم حيود الأشعة السينية في استكشاف وتوضيح هذه العلاقة البلورية الكيميائية بدراسة تفاصيل خواصل الوحدة البنائية في المعادن التي تربطها هذه العلاقة. أيضا يفيد التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (صفحة 158) ، في دراسة هذه العلاقة. والمثال التالين ، جدول (22) ، يوضح لنا التشابه في الخواص البلورية والوزن النوعي لمعادن الكربونات المتشابهة الأشكال (تابعة لفصيلة المعيني القائم).
معادن كربونات معينية قائمة الوزن الجزيئي الوزن النوعي الزوايا النسبة المحورية أ:ب:ج ^ 011 011¯ ^ 110 110¯ أراجونيت CaCo8 100.1 2.9 48 ¯ 63º 32 ¯ 71º 0.721:1:0.622 سترونشايانيت SrCO8 147.6 3.7 41 62 48 71 0.724:1:0.609 ويذيريت B8CO8 197.4 4.3 12 62 16 72 0.74:1:0.595


جدول (22): خواص بعض المعادن المتشابهة الأشكال
وتتشباه المواد المتشابهة الأشكال في بنائها الذري (متشابهة البناء) كما أن مثل هذه المواد قادرة على أن تتبلور مع بعضها ، أي تتداخل بلوراتها . فإذنا حللنا بلورة سترونشيانيت فغالبا ما نجد فهيا كمية لا بأس بها من الكالسيوم وكذلك الباريوم ، حيث حلت هذه العناصر على جزء من السترونسيوم ، ويعرف هذا باسم إحلال (أو استبدال) التشابه الشكلي ، ولا يتم الإحلال بين عنصر وآخر إلا إذا تقاربا في حجمهما ، أي لهما نصف قطر ذري أو أيوني متساوي تقريبا ، ويجب ألا يزيد الفرق بين نصفي القطرين عن 15 في المائة. ويبين جدول (23*) نصف قطر أيونات بعض العناصر الشائعة في التركيب الكيميائي للمعادن.
ويجب أن تكون المادة الناتجة من الإحلال متعدلة كهربائيا . فإذا حل أيون عنصر أحادي التكافؤ (صوديوم 0.97 أنجستروم) محل أيون عنصر ثنائي التكافؤ (كالسيوم 0..9 أنسجتروم).

1+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6+ Li 0.68 Be 0.35 B 0.23 C 0.16 Na 0.97 Mg 0.66 Al 0.51 Si 0.42 K 1.33 Ca 0.99 Se 0.81 Tl 0.68 V 0.59 Cr 0.52 Rb 1.47 Sr 1.12 Y 0.92 Zr 0.79 Nb 0.69 Mo 0.62 Cs 1.67 Ba 1.34 La 1.14 Hf 0.78 Tg 0.68 W 0.62 Cu 0.96 Fe 0.74 Fe 0.64 Ge 0.53 P 0.35 S 0.30 Ag 1.26 Zn 0.74 Cr 0.63 Sn 0.71 As 0.46 Se 0.46 Au 1.37 Ni 0.69 Co 0.63 Pb 0.84 Sb 0.62 Te 0.56 Co 0.72 Mn 0.60 1- 1- 1- 2- 2- Cl 1.81 F 1.36 (OH) 1.40 O 1.40 S 1.84
جدول (23): نصف قطر أيونات بعض العناصر الشائعة
فلابد أن يحدث إحلال آخر في نفس الوقت بين عنصرين آخرين (ألومنيوم ثلاثي التكافؤ محل سليكون رباعي التكافؤ) حتى ينتج التعادل الكهربائي للمادة الناتجة:
Na1 + Si1 = Ca2 + Al3
NaAlSi8O8 = CaAl2Si28
والإحلال الذي يحدث بين العناصر المختلفة قد يكون جزئيا أو كاملا ، ومن أمثلة الإحلال الجزئي إحلال الحديد محل الزنبك في معدن سافلريت Sphalerite (كبريتات الزنك) حيث لا يسمح بناء المعدن بأكثر من 18 في المائة من الحديد لتحل محل الزنك . ويتدرج لون المعدن من عديم اللون إلى بني إلى أسود بإزدياد نسبة الحديد من صفر غلى 18 في المائة ، كما يتضح من جدول (24).
سفاليريت أسود عديم اللون بني S 32.93 33.36 33.25 Zn 66.69 63.36 50.02 Fe 0.42 3.60 15.44 Cd 00 00 0.30 Pb 00 00 1.01 100.04 100.32 100.02
جدول (24): التركيب الكيميائية لبعض عينات سفاليريت
أما مجموعة معادن الفلسبار البلاجيوكلازية (فصيلة الميول الثلاثة) فإنها تمثل بوضوح الإحلال الكامل بين طرفي المجموعة: الألبيت (NaAlSi8O8) ، والأنورثيت (CaAL2Si2O8) ، فيحل الصوديوم والسليكون إحلالا كاملا محل الكالسيوم والألومنيوم لتنتج مركبات متسوطة بين الإثنين (تحتوي على الصوديوم والكالسيوم والألومنيوم والسليكون) ، جدول (25) ، ولها خواص متدرجة بين خواص الطرفين ، فمثلا ، يتدرج الوزن النوعي للألبيت إلى 2.75 للأنورثيت ، شكل (176).
المعدن النسبة المئيوة للألبيت (أب) النسبة المئيوة للأنوريثيت (أن) ألبيت 100 – 90 0 – 10 أوليجوكليز 90 – 70 10 – 30 انديسين 70 – 50 30 – 50 لابرادوريت 50 – 30 50 – 70 بايتونيت 30 – 10 70 – 90 أنورثيت 10 – 0 70– 90
جدول (25): التركيب الكيميائي لمعادن البلاجنوكليز
ومن الأمثلة الأخرى للإحلال الكامل معادن الاوليفين (فصيلة المعيني القائمة) ، حيث يتشابه الطرفان النهائيان فورستريت Forsterite Mg2SiO4 ، وفياليت Fayalite Fe2SiO4 ، وتتداخل بلوراتها معا ، ويحل الحديد محل المغنسويم بكل حرية وبأية نسبة في بنائهما الذري المتشابه ، وتنتج متسلسلة الاوليفين Olivine series (Mg2Fe)2SiO4. ومما سبق يتضح لنا أن خاصية التشابه الشكلي تدل على أن الخواص المختلفة للمعادن تختلف بصفة عامة باختلاف التركيب الكيميائية . وتعتبر خاصية التشابه الشكلي من أهم القواعد الأساسية في كيمياء المعادن إذ يندر أن توجد المعادن في حالة نقية.
التعدد الشكلي Polymorphilism
تصف هذه الظاهرة وجود أكثر من مادة لها نفس التركيب الكيميائية ولكنها تختلف في بنائها الذري وشكلها البلوري ، مثال ذلك ، الألماس والجرافيت معدنان لهما نفس التركيب الكيميائية (كربون) ، ولا يمكن التفرقة بينهما بأي وسيلة كيميائية. ولكنهما يختلفان عن بعضهما البعض في الخواص الفيزيائية مثل الصلادة ، والوزن النوعي ، .. الخ.
مثال آخر: كربونات الكالسيوم يمكن أن تتبلور تحت ظروف خاصة لتعطي بلورة معينة الأوجه ، هي معدن الكالسين وتحت ظروف أخرى تعطي بلورة معينية قائمة هي معدن الأراجونيت. وكلا المعدنين له خواص فيزيائية مختلفة عن خواص الآخر. ويمثل جدول (26) أمثلة بعض المواد الكيميائية ذات الأشكال المتعددة وبعض خواصها.
ويطلق على الماد التي توجد في شكلين بلوريين مختلفين اسم ثنائية الشكل ، مثل الكربون والكبريتيد الحديد وكربونات الكالسيوم. أما إذا وجدت المادة في ثلاثة أشكال فإنها تعرف باسم ثلاثية التشكل ، مثل ثاني أكسيد الكربون.


التركيب الكيميائي المعدن الفصيلة البلورية الوزن النوعي الصلادة C ألماس المكعب 3.5 10 جرافيت السداسي 2.2 1 FeS2 بيريت المكعب 5.0 6 مركزيت المعيني القائم 4.85 6 TiO2 روتيل الرباعي 4.23 6 – 6.5 أناتيز الرباعي 3.90 5.5 – 6 بروكيت المعيني القائم 4.14 5.5 – 6 CaCo3 كالسيت الثلاثي 2.71 3 أراجونيت المعيني القائم 2.95 3.5 SiO2 كوارتز الثلاثي 2.65 7 تريديميت المعيني القائم 2.26 7 كريستوباليت الرباعي 2.30 7 KAlSi8O8 سانيدين الميل الواحد 2.57 6 أرثوكليز الميل الواحد 2.5 – 2.6 6 ميكروكلين الميول الثلاثة 2.54 – 2.57 6 أديولاريا الميل الواحد 2.565 6
جدول (26) مقارنة بين خواص بعض المعادن متعددة الأشكال
ويجب ملاحظة أن الأشكال المختلفة للمادة الكيميائية الواحدة لا تتكون كلها في ظروف واحدة ، بل على العكس تتكون في ظروف مختلفة من الضغط والحرارة والبيئة الكيميائية (درجة التركيز ، درجة الحموضة ، درجة القلوية). كما في الأمثلة التالية:
يتكون الألماس في ظروف من الحرارة والضغط العاليين جدا ، أم الجرافيت فيتكون تحت الضغط الديناميكي. ويتكون الكوارتز في درجة حرارة أقل من 870 º م ، أما التريديميت فيتكون بين درجتي الحرارة 870 º م ، 1470 º م . في حين يتكون الكربوستوباليت في درجة حرارة أعلى من 1470 º م . ويتكون معدن البيريت من المحاليل القلوية والمتعادلة عند درجات حرارة متوسطة وعالية تحت الضغط ، أما المركزيت فيتكون من محاليل حمضية تحت درجة حرارة 450 º م .
الخداع الشكلي Psedomorphisim
إذا حدث تعديل للبلورة بحيث يتغير بناؤها الذري الداخلي دون أن يطرأ أي تغيير على الشكل الخارجي (أي تحتفظ البلورة بشكلها الخارجي) ، فإنه توصف في هذه الحالة باسم شكل خادع أو شكل كاذب. وفي البلورة الخادعة الشكل يتبع التركيب الكيميائية والبناء الذري معدنا واحدا بينما يتبع شكلها الخارجي معدنا آخر ، مثال ذلك: قد يتغير معدن البيريت (FeS2) ليعطي معدن الجوتيت (H Fe O2) الذي لا يزال يحتفظ بالشكل المكعيب الخارجي المميز للبيريت ، وتعرف مثل هذه لابلورة بأنها شكل كاذب لمعدن الجوتيت الناتج من البيريت. وتتكون الأشكال الكاذبة في الطبيعة نتيجة لإحدى العمليات التالية:
1- دون حدوث تغير في التركيب الكيميائي (التغير الشكلي):
يطلق اسم الشكل المغاير على البلورة التي تغير بناؤها الذري دون أن يحدث ذلك أي تغيير للشكل الخارجي لها أو بمعنى آخر ، إنها عبارة عن البلورة التي تغير بناؤها الذري دون أن يتغير تركيبها الكيميائي. مثال ذلك: معدن الكالسيت الناتج من معدن الأراجونيت. كلاهما عبارة عن كربونات الكالسيوم ، ولكن الكالسيت الناتج (بناءه الذري الداخلي يتبع فصيلة لاثلاثي ، وقد تنتج عن تعديل نظام ذرات الأراجونيت المعيني القائم) لا يزال يحتفظ بالشكل المعيني القائم الخارجي الخاص بمعدن الأراجونيت (اي يبدو من الخارج كأنه البناء الذري الداخلي الذي أصبح في هذه الحالة كالسيت) تكشف أن المعدن أصبح كالسيت وليس أراجونيت ، وأن الشكل الخارجي الظاهر للعين ما هو إلا شكل خادع.
2- حدوث تغير في التركيب الكيميائي
(أ) الإحلال أو الاستبدال: ينتج الشكل الكاذب في هذه الحالة بإزالة مادة البلورة الأصلية وإحلال مادة جديدة محلها وترسيبها في نفس الوقت دون أن يحدث أي تفاعل كيميائية بين المادة المزالة والمادة المترسبة.
مثال: كوارتز (SiO2) يحل محل فلوريت (CaF2)
كوارتز (SiO2) يحل محل كالسيت (CaCO8)
(ب) التحلل: ينتج الشكل الكاذب في هذه الحالة إذا تغير التركيب الكيميائية للبلورة الأصلية سواء أتم ذلك بإضافة مادة جديدة إليها أم بإزالة جزء من مادتها الأصلية أو بالإثنين معا (الإضافة أو الإزالة) دون أن يحدث أي تغير للشكل البلوري الخارجي للبلورة الأصلية.
مثال ، إزالة بعض المواد:
هيماتيت (Fe2O8) يتكون من ماجنيت [Fe8O4] .. إزالة الحديد.
مثال ، إضافة بعض المواد:
جبس [CaSO4 2H2O] يتكون من أنهيدريت [CaSO4] .. إضافة الماء.
مثال ، إزالة وإضافة بعض المواد:
جوتيت [HFeO2] يتكون من بيريت [FeS2] ... إزالة الكبريت وإضافة الماء.
3- أشكال كاذبة قشرية (أو قوالب): وتحدث هذه الأشكال عندما يترسب معدن على سطح بلورة معدن آخر في هيئة قشرة تغلف البلورة بأكملها ، وفي هذه الحالة يعرف الشكل الكاذب بأنه قالب خارجي ، مثل الكوارتز الذي يحيط بمكعب الفلوريت ويأخذ شكله الخارجي. وقد يحدث في بعض الأحيان أن يترسب المعدن في الفراغات الناتجة عن إضابة بعض البلورات السابقة ويملؤها ويأخذ شكلها ، وفي هذه الحالة يعرف الشكل الكاذب الناتج باسم قالب داخلي ، ومن أمثلتها بعض الفراغات الموجودة في بعض أنواع الصخور والمملوءة بمعادن الزيوليت والنحاس.
المعادن غير المتبلورة Noncrystaline Minerals
جاء في تعريف المعدن أنه مادة صلبة متبلورة ، ولكن يوجد عدد قليل من المعادن غير متبلورة. ويمكن التمييز بين نوعين من المعادن غير المتبلورة: النوع الأول ، ويطلق عليه اسم المعادن ذات البناء المنهار أو المعادن المحطمة ، وهي معادن كانت في الأصل متبلورة ، ثم تحطم بناؤها الذري فيما بعد. والنوع الثاني يطلق عليه اسم المعادن عديمة الشكل ، وهي معادن تمت وتكونت أصلا بدون بناء ذري ، إما نتيجة لسرعة التبريد من حالة منصهرة ، أو نتيجة للتجمد البطئ لمادة هلامية.
فأما المعادن المحطمة فإنها ذات خواص فيزيائية تدل على أنها عديمة التبلور. ومن بين هذه الخواص أنها ذات مظهر زجاجي أو غروي مثل القار وليس لها انفصام ، ومكسرها محاري. إن مثل هذه المعادن المحطمة تستعيد بناءها الذري وتبلورها بالتسخين مع انبعاث حرارة كثيرة وتوجه في مادة المعدن ، وينتج عن استعادة التبلور ازدياد في الوزن النوعي للمعدن. ويعزى تكون الحالة المحطمة في المعادن إلى إنهياؤ البناء الذري من خلال الإصطدام بجسيمات "ألفا" المنطلقة من عناصر النشاط الإشعاعي المفتتة. وعموما تكون المعادن المحطمة مكونة من أحماض ضعيفة وقواعد ضعيفة ، مثل الزركون ، الثوربت. أما وجود عناصر النشاط الاشعاعي في المعدن فلا يعتبر سببا كافيا بمفرده لإحداث حالة التحطم في بناء المعدن ، فمعدن ثوريانبت ThO2 لا يبدو أبدا في حالة محطمة برغم احتوائه على الثوريوم. وبعض المعادن مثل أللانيت Allnite يتواجد في كل من الحالة المحطمة وغير المحطمة. وقد تبين حديثا أن كثيرا من المواد المتبلورة يمكن جعلها في حالة محطمة وذلك بتعريضها للإصطداد بجسيمات "ألفا" ، أو التيرونرونات المنطلقة من مفاعل يورانيوم.
أما المعادن عديمة الشكل: فتضم الزجاج والهلام. والزجاج يتكون من صهير برد بسرعة ، أما الهلام فإنه يتكون نتيجة لتجمد المحاليل الغروية. والمحاليل الغروية تمثل حالة متوسطة بين المحاليل الحقيقية والمعلقات (المخاليط المعلقة) ، وعادة تكون المركبات العضوية ذات الجزيئات الكبيرة محاليل غروية ، بينما المركبات غير العضوية والتي لا تذوب عادة في الماء قد تكون محاليل غروية ، ويتراوح قطر الجسيمات في المحلول الغروي عادة بين واحد من ألف وواحد من مليون من الملليمتر. ومن أمثلة المعادن التي من هذا النوع الأوبال ، وهو يتكون نتيجة لتجمد المحاليل الغروية للسيليكا ، والأوبال أكسيد مائي للسليكا حيث كمية الماء فيه متغيرة ، ويكتب قانونه الكيميائية هكذا SiO2.nH2O ، وتتراوح كمية الماء عادة بين 3 ، 10 بالمائة بالوزن. وهناك مواد أخرى توجد في حالة الغروية وتتكون في الطبيعة مثل بعض أكاسيد الألومنيوم والحديد والمنجنيز المتميئة. وعندما يتجمد الهلام فإنه عادة يتبلور في فترة زمنية وجيزة. ويمكن التعرف على المعادن التي تجمدت أصلا في حالة هلامية إذ يكون لها عادة أسطح كروية مثل عنقود العنب "عنقودية" ،وهيئة داخلية إبرية شعاعية من المركز وعمودية على السطح الكروي.
يتبع

==الباب السادس: تصنيف المعادن=== Classification of minerals
أمكن التعرف – حتى الآن – على ما يقرب من ألفي (2000) معدن في قشرة الأرض ، الكثير منها نادر أو قليل الوجود ، والقليل منها – ما يقرب من المائتين – شائع الوجود ، وهذه توجد إما مكونة للصخور (النارية والرسوبية والمتحولة) ، أو مكونة لنوع آخر من الصخور بعرف باسم الخامات المعدنية وهي رواسب فيها نفع للناس وتمكث في بقع متفرقة من كوكب الأرض ، حتى يكتشفها الإنسان ويستغلها في الصناعة.
وتشترك هذه المعادن الألفين جميعا في أن تعريف المعدن ينطبق عليها كلها أو بشئ من الدقة غالبيتها (إذ أن القليل منها غير متبلور ، وحتى هذه القلة ، تمثل حالة غير مستقرة تمضي في طريقها إلى التبلور والإستقرار بمعنى الزمن الطويل وتغير الظروف). ذلك التعريف الذي ينص على أن لكل معدن بناءا ذريا منتظما وتركيبا كميائيا مميزا. وانطلاقا من هاتين الصفتين الأساسيتيتن نجد أن مجموعة من المعادن تتشابه في خواصها البلورية ، فتتحذ من البناء البلوري أساسا لتصنيفها إلى فصائل بلورية سبعة يشترك أفراد كل فصيلة في الصفات الأساسية (المحاور البلورية) ، ثم نصنفها إلى نظم بلورية إثنتين وثلاثين حينما نجد أن بلورات الفصيلة الواحدة تختلف فيما بينها في التفاصيل (عناصر التماثل الخارجية) ثم نصنف كل نظام إلى عدد من الأقسام (مائتين وثلاثين مجموعة فراغية) ، حينما نجد أن بلورات كل نظام تختلف فيما بينها في تفاصيل التفاصيل (عناصر التماثل الداخلية). هكذا تصنف المعادن على أساس البناء الذري المنتظم.
وقد نتخذ من الخواص الفيزيائية أساسا لتصنيف المعادن. فنجد أن هناك قسما يضم المعادن التي تتشابه في خواصها البصرية – ينكسر الضوء أثناء مروره بها إنكسارا منفردا وينتقل بسرعة واحدة في جميع الإتجاهات – تعرف باسم المعادن الايزوتروبية بينما تنضوي مجموعة أخرى من المعادن تحت قسم آخر لأنها تختلف أثناء مروره بها انكسارا مزدوجا وينتقل بسرعات مختلفة في الاتجاهات المختلفة – تعرف باسم المعادن غير الايزوتروبية.
أما إذا اخترنا خاصية الصلادة ، وهي خاصية فيزيائية أيضا ، فإننا نجد أن المعادن يمكن تصنيفها إلى منخفضة الصلادة ومتوسطة الصلادة وعالية الصلادة أو تصنف تبعا لمقياس موهس للصلادة ذي الأقسام العشرة ليأخذ كل معدن رقما بين الواحد والعشرة يدل على صلادته النسبية (انظر جدول رقم "1" بالجزء الثالث من هذا الكتاب).
وكذلك إذا أخذنا خاصية فيزيائية أخرى مثل الكثافة (أو الوزن النوعي) ، فإننا نجد أن هناك معادن خفيفة (من 1 – 2.5) ، ومعادن متوسطة الكثافة (من 2.5 – 3.5) ومعادن ثقيلة (من 3.5 – 5) ، ومعادن ثقيلة جدا (أكبر من 5). ويأخذ كل معدن رقما يدل على كثافته النسبية (وزنه النوعي) يتراوح بين الواحد والعشرين (انظر جدول رقم "2" بالجزء الثالث من الكتاب).
ومن الخواص الهامة التي اتتخذت أساس لتصنيف المعادن خاصية التركيب الكيميائية حيث تصنف المعادن إما على أساس الشق الحامضي (الأنيونات) ، أو على أساس الشق القاعدي (الكاتيونات) ، ولكل من هذه التصنيفين خصائصه ومميزاته.
التصنيف الكيميائي للمعادن على أساس الشق الحامضي:
يرتبط هذا التصنيف بالبناء الذري للمعدن ولذلك يعرف باسم التصنيف الكيميائي البلوري للمعادن ، ويستعمل هذا التصنيف الكيميائي على أساس الشق الحامضي للمعادن على نطاق واسع الآن لعدة أسباب أهمها:
( أ ) تتشابه المعادن المشتركة في الشق الحامضي (كبريتيد ، أكسيد ، كبريتات ، فوسفات ، سليكات ، .. الخ) ، وتكون مجموعات متشابهة أكثر من تشابه أفراد المجموعات التي تشترك في الشق القاعدي (كاتيون ، نحاس ، رصاص ، زنك ، كالسيوم ، .. الخ) ، فمثلا تتشابه معادن الكبريتات المختلفة أكثر من تشابه معادن النحاس المختلفة مجتمعة.
( ب ) توجد المعادن ذات الشق الحامضي المشترك في الطبيعة في بيئات جيولوجية متشابهة. فمثلا توجد المعادن الكبريتيدية للنحاس والرصاص والزنك وغيرها مصاحبة لبعضها البعض في العروق المائية الحارة ورواسب الأحلال المختلفة ، بينما توجد معادن سليكات الألومنيوم والبوتاسيوم والصوديوم والكالسيوم والحديد والمغنسيوم وغيرها في كتل الصخور النارية المختلفة وغيرها من تواجدات الصخور النارية.
التصنيف الكيميائية البلوري للمعادن
تصنيف المعادن كيميائية (على أساس الشق الحامضي) وبلوريا (على أساس البناء الذري) إلى طوائف Classes ثمانية كما يلي:
1- طائفة المعادن العنصرية Native elements.
2- طائفة الكبريتيدات Sulfides والأملاح الكبريتية Suffocates.
3- طائفة الأكاسيد Oxides والهيدروكسيدات Hydroxides.
4- طائفة الهاليدات Halides.
5- طائفة الكربونات Carbonates ، النترات Nitrates ، البورات Borates.
6- طائفة الكبريتات Sulfates ، الكرومات Chromates ، المولبدات Molybdates ، التنجستات Tungstates.
7- طائفة الفوسفات Phosphates ، الزرنيخات Arsenates ، الفانادات Vanadates.
8 – طائفة السليكات Silicates.
وتصنيف كل طائفة إلى طويئفات Subclasses ، على أسس كيميائية وبنائية. فمثلا تصنف طائفة السليطات إلى ستة طويئفات على أساس الوحدة البنائية المعروفة باسم رباعي الأوجه ، وهو الشكل الهندسي المكون من أربعة أوجه مثلثية الهيئة والتي تلتقي في أربعة أركان تمثل مواقع أيونات الأكسجين المحيطة بأيون السليكون الموجود في مركز هذا الشكل "التتراهيدرون" ، شكل (177) ، لتكون ارتباطا هو SiO4 ، ومن الصور المختلفة الارتباط هذا الرباعي الأوجه مع رباعي آخر أو رباعيين أو ثلاثية أو أربعة ، عن طريق المشاركة في أيون الأكسجين (عند ركن واحد) أو أيونين (ركنين) أو ثلاثة ايونات أكسجين (ثلاثة أركان ) أو أربعة أركان وهي كل أركان رباعي الأوجه). على أساس هذه الصور المختلفة (انظر وصف المعادن السليكاتية في الجزء التالي من هذا الكتاب) ، تصنف طائفة السليكات إلى ستة طويئفات هي:
1- طويفات النيزوسليكات Nesosilicates أو (الأوروثوسليكات أو الجزر المستقلة من رباعي الأوجه) ، والبناء الأساسي فيها يتكون من وحدات من رباعي الأوجه (SiO4) المنفردة.
2- طويفة السوروسليكات Sorosilicates ، والبناء الأساسي فيها يتكون من وحدات كل وحدة منها تتكون من اثنين من رباعي الأوجه مرتبطين عن طريق المشاركة في أيون أكسجين (ركن واحد من التتراهيدرون) بينهما ، وبذلك يصبح تركيبها (Si2O7).
3- طويفة السيكوسليكات Cycosilicates (أو الحلقية) ، تتكون الوحدة في البناء الأساسي فيها من ثلاثة من التتراهيدرون أو أربعة أو ستة مرتبطة مع بعضها البعض عن طريق المشاركة في أيون أكسجين (ركنين) لتكون حلقات ثلاثية أو رباعية أو سداسية الشكل (SiO8) 3,4,6.
4- طويفة الاينوسليكات Inosilicates ، (السلسلية) ، تتكون الوحدة في البناء الأساسي فيها من سلسلة مستمرة من رباعي الأوجه المرتبطة مع بعضها عن طريق ركنين فيها لتمتد بصفة مستمرة في اتجاه واحدة (عادة يكون اتجاه المحور البلوري ج) ، وقد تكون السلسلة مفردة (SiO8) n ، أو مزدوجة.
5- طويفة الفيللوسليكات Phyllosilicates (الصفائحية) ، تتكون الوحدة في البناء الأساسي فيها من صفائح من رباعي الأوجه المرتبطة ببعضها عن طريق أركان ثلاثة وبذلك تمتد بصفة مستمرة في اتجاهين أو بعدين لتأخذ شكل الصفائح أو الوريقات المتراصة فوق بعضها البعض (Si4O10).
6- طويفة التكتوسليكات Tectosilicates (الهيكلية) ، تتكون الوحدة في البناء الأساسي فيها من هيكل من رباعي الأوجه المرتبطة بعضها ببعض عن طريق أركانها الأربعة ، ويبدو الهيكل في شكل شبكة ممتدة في الأبعاد الثلاثة (SiO2) n.
وتصنيف الطويفة إلى مجموعات يجمع معادن كل مجموعة تشابها في الخواص البلورية والبنائية. فمصلا تصنف طويفة السليكات الهيكلية (تكتوسليكات) إلى أربعة مجموعات على هذا الأساس هي:
- مجموعة السليكا Silica group.
- مجموعة الفلسبار Feldspar.
- مجموعة الفلسباثويد Felspathoid.
- مجموعة الزيوليت Zeolite group.
وتضم كل مجموعة عددا من الأنواع ، كل نوع له صفاته الكيميائية والبنائة الخاصة والتي تميزه عن نوع آخر في المجموعة التي تضمها . فمثلا تضم مجموعة الزيوليت أنواع من المعادن كل واحدة منها يتميز عن النوع الآخر بتركيبه الكيميائية الفريد. ولكن في بعض الأحيان يكون هناك تدرج في التركيب الكيميائية بين نوعين أو أكثر من المعادن لتكون ما يعرف باسم متسلسة (أو متتالية). فمثلا ، تضم مجموعة الفلسبار متسلسلة البلاجيوكليز التي تتدرج في تركيبها الكيميائي من البلاجيوكليز الصودي ، من ناحية ، والبلاجيوكليز الكلسي ، من ناحية أخرى ، وبين الطرفين يوجد بلاجيوكليز يحتوي على الصوديوم والكالسيوم بكميات متدرجة بين الطرفين [انظر جدول (25) وشكل (176) ، صفحة 176].
والنوع من المعادن قد يضم عدة نويعات أو أصناف. ويتميز النويع عن النويعات الأخرى للنوع الواحد بأن له تركيب كيميائية متغير بين حدين تم الاتفاق على اختيارهما ، فمثلا اللابرادوريت Labradorite هو هذا النويع من نوع البلاجيوكليز الذي تتراوح كمية سليكات الألومنيوم والكالسيوم به بين 50- 70 بالمائة ، والباقي سليكات الألومنيوم والصوديوم (50 – 30%) [انظر جدول (25) صفحة 176]. كذلك يعتبر الكوارتز الذي يتكون في درجات الحرارة العلاية (بين 573º و 870º م) – يطلق عليه اسم كوارتز عالي الحرارة أو الفا كوارتز – والذي يختلف في بنائه الذري وشكله البلوري عن الكوارتز الذي يتبلور في درجات حرارة منخفضة (اثل من 573 º م) – طيلق عليه اسم كوارتز منخفض الحرارة أو بيتا كوارتز – يعتبر هذان الاثنان نويعين من نوع الكوراتز.
أما الصنف فهو نويعة من المعدن متغيرة في تركيبها الكيميائية أو صفاتها الفيزيائية عن بقية الأصناف الأخرى التابعة لنوع واحد من المعدن. فمثلا ، هناك صنف من معدن الزيوسيت Zoisite ، يطلق عليه اسم ثوليت Thulite لأن لونه وردي ، وهناك صنف من معدن تتراهيدريت Tetrahedrite يطلق عليه اسم فريبرجيت Freibergite لأنه يحتوي على فضة. والاتجاه الحديث في تسمية المعادن ألا تطلق أسماء مميزة على هذه الأسناف الكيميائية من المعادن ، ولكن تلحق باسم المعدن (النوع) صفة مميزة تشير إلى الاختلاف الكيميائي. فمثلا ، يستبدل اسم فيبرجيت حاليا باسم تتراهيدرت الفضي.
وبالاختصار ، يمكن تسلسل أقسام التصنيف الكيميائية – البلوري للمعادن كما يلي:
الطائفة Class - الطويفة Subclass
المجموعة Group – النمط Type
النوع Species – المتسلسلة Series
النويع Subspecies – الصنف Variety
ويجب ألا يغيب عن الذهن أن تصنيف المعادن ما هو إلا محاولة من جانب جيولوجي المعادن للتبصر والتدبر والتفهم للمعادن ونشأتها ، ولكن نشأة الطبيعة وخلقها لا تعرف الحدود الفاصلة الجامدة ، فالمعادن – ولو أنه منها التمشابه وغير المتشابه - إلا أنه جميعا تمثل وحدات متدرجة ومتطورة في خواصها تنضوي في وحدة الأرض ، ذلك الكوكب المتناسق في خواصه ، والذي هو وحدة من وحدات الكون. ووحدات الكون تندرج كلها من الصغير – الذرة ومتع هو أصغر منها – إلى الكبير – النجوم وما هو أكبر منها – كلها تنتظم في وحدة واحدة هي وحدة الخلق التي بنيت على قوانين العلم (سنن الخالق الواحد).
وهكذا يجب أن ننظر إلى أن تصنيف الأشياء ذات الصبغة العلمية لايبدو فقط نوعا من التنظيم التقسيمي (الأرشيفي) ، ولكنه يعتبر أيضا أساسا للتقييم والمقارنة. فإذا نظرنا إلى التصنيف هذه النظرة فإنه يقودنا بالتالي خطوة إلى الأمام نحو تقدم العلم ، ويؤدي بنا إلى التفكير في خلق الكون من حولنا بصورة أفضل ، ومن ثم وضع الأساس لاتجاهات جديدة في البحث عن الحقيقة. الحقيقة التي أودعها الخالق الأوحد في كل مظهر وفي كل نظام من مظاهر وأنظمة الكون ، وما خلقنا السماوات والأرض وما بينهما لاعبين ، ما خلقناهما إلا بالحق (= بالعلم) ولكن أكثرهم لا يعلمون ، [صدق الله العظيم].
وفيما يلي أمثلة من المعادن الشائعة مصنفة تصنيفا كيميائية على أساس الشق الحامضي دون ذكر تفاصيل التصنيف في كل قسم (طائفة) من الأقسام الكيميائية الثمانية ، وقد أرجأنا هذه التفاصيل إلى موضوع وصف المعادن [الجزء الثانء من الكتاب] حيث تناقش تصنيف كل طائفة في مقدمة الحديث عنها.
1- المعادن العنصرية Native Elements
الفلزات العنصرية: الذهب ، الفضة ، النحاس ، البلاتين ، الحديد.
أشباه الفلزات العنصرية: الزرنيخ ، البزموت.
اللافلزات العنصرية: الكبريت ، الألماس ، الجرافيت.
2- الكبريتيدات والأملاح الكبريتيدية Sulfides and Sulfoslates
أرجنتيت As2S
سنبار HgS
كالكوسيت Cu2S
ريالجار AgS
بورنيت Cu5FeS4
أوربمنت Ag2S8
جالينا PbS
ستبنيت Sb2S8
سفاليريت ZnS
بيريت FeS2
كالكوبيريت CuFeS2
مركزيت FeS2
بيروتيت FeS
أرسينوبيريت FeAgS
كوفيلليت CuS
مولبدنيت MoS2
تتراهيدريت Cu12Sb4S18
تنانتيت Cu12As4S13
2- الأكاسيد والهيدروكسيدات Oxides and Hydroxides
كوبريت Cu2O
إلمنيت FeTiO8
بيريكليز MgO
روتيل TiO2
زنكيت ZnO
بيرولوسيت MnO2
كوراندوم Al2O8
كاسيتريت SnO2
هيماتيت Fe2O8
يورانيتيت UO2
جوتيت HFeO2
سييبل MgAl2O4
ماجنيتيت FeFe2O4
كروميت FeCr2O4
مانجانيت MnO(OH)
ليبدوكروسيت FeO(OH)
4- الهاليدات Halides
هاليت NaCl
فلوريت CaF2
أتاكاميت Cu2(OH)8Cl
كريوليت NaAlF8

5- الكربونات والبورات Carbonates, etc.
كالسيت CaCO3
رودوكروزيت MnCO8
كانزيت MgCO8
سترونشيانيت SrCO8
ويذيريت BaCO8
سيديريت FeCO8
ملاكيت Cu2CO8(OH)2
أزوريت Cu8CO8(OH)2
تتر KNO8
نترصودي NANO8
6- الكبريتات والكرومات والمولبدات والتنجستات Sulfates
أنهيدريت CaSO4
انجليزيت PhSO4
باريت BaSO4
جبس CaSO4.2H2O
سلستيت SrSO4
إبسوميت MgSO4.7H2O
كروكويت PhCrO4
ولفينيت PhMoO4
ولفراميت (Fe.Mn)WO4
شيليت CaWO4
7- الفوسفات والزرتينجات والفاندات Phosphates, etc.
أباتيت Ca6(F,Cl,OH)(PO4)8 ، مونازيت (Ca,La,Th)PO4
8- السليكات Silicates
أوليفين (سليكات الحديد والمغنسيوم ، الزركون (سليكات الزركونيوم) ، جارنت [سليكات الألومنيوم (وعناصر ثلاثية) والمغنسيوم (وعناصر ثنائية)].
تورمالين (سليكات الألومنيوم والمغنسيوم والبورون والهيدروكسي).
بيريل (سليكات الألومنيوم والبيرليوم).
أوجيت (سليكات الكالسيوم والمغنسيوم والحديد والألومنيوم).
هورنبلند (سليكات الكالسيوم والمغنسيوم والحديد والألومنيوم مع الهيدروكسيد).
بيوتيت (الميكا السوداء) (سليكات البوتاسيوم والحديد والمغنسيوم والألومنيوم مع الهيدروكسيد).
مكوفيت (الميكا البيضاء) (سليكات الألومنيوم والبوتاسيوم مع الهيدروكسي).
تلك (سليكات المغنسيوم مع الهيدروكسيد).
أرثوكليز وميكروكلين (سليكات الألومنيوم والبوتاسيوم).
البلاجيوكليز (سليكات الألومنيوم والصوديوم والكالسيوم).
نيفيلين (سليكات الألومنيوم والصوديوم).
لوسيت (سليكات الألومنيوم والبوتاسيوم).
تصنيف المعادن تبعا للعناصر "الشق القاعدي"
تصنيف المعادن في بعض الأحيان تبعا للعنصار ، ويستفاد من هذا التصنيف في النواحي الاقتصادية وإستغلال المعادن في الصناعة. وفيما يلي بعض العناصر (مرتبة أبجديا وأمثلة من المعادن التي تحتوي عليها (التعرف على التركيب الكيميائي للمعادن يرجع إلى تصنيف المعادن تبعا للشق الحامضي وكذلك إلى وصف المعادن في الجزء الثاني من هذا الكتاب ، أرقام صفحات هذه المعادن موجودة في دليل المعادن في آخر الكتاب).
ألومنيوم: كوراندون ، سيسيل ، "بركسيت" (صخر يتكون من معادن ألومنيوم مختلفة) ، جارنت ، توبارز ، بيريل ، كاولينيت ، فلسبارات ، تيفيلين ، لوسيت.
باريوم: ويذريت ، باريت.
بوتاسيوم: سلفيت ، بوليهالت ، ألونيت ، أرثوكليز.
تنجستن: ولفراميت ، شليت.
تيتانيوم: إلمينيت ، روتيل ، سفين.
حديد: بيريت ، مركزيت ، هيماتتيت ، إلمينيت ، ماجنتيت ، جوتيت (لميوليت) ، ولفراميت.
ذهب: عنصر الذهب ، كالافيريت.
رصاص: جالينا ، سروسيت ، انجليزيت.
زرنيخ: عنصر الزرنيخ ، ريالجار ، أوربمنت ، أرسينوبيريت.
زنك: سفاليريت ، فرانكلينيت ، سميثسونيت ، هيميمورفيت.
زئبق: سنبار.
فضة: الفضة العنصرية ، أرجنتيت ، بيرارجيريت.
فوسفور: أباتيت ، موتازيت.
قصدير: كاستثريت.
كروميوم: كروميت.
مغنسيوم: دولوميت ، جانزيت ، أوليفين ، تلك ، "سربنتين".
مولبدنوم: مولبندينيت ، ولفينيت.
نيكل: نيكوليت ، سليريت ، بنتلانديت ، جارنيريت.
يورانيوم: يورانيتيت ، كارنوتيت.


الباب السابع: نشأة المعادن Origin of Minerals
أوضحنا وناقشنا على الصفحات السابقة الخواص البلورية للمعادن: البلورات والأشكال البلورية ومجموعات المعادن المتبلورة والخواص الفيزيائية للمعادن: لونها ومخدشها وبريقها وإنفصامها وصلادتها ووزنها النوعي – والخواص الكيميائية للمعادن: العناصر المكونة لها واختبارها وقوانين اتحادها والعلاقات بين المعادن المختلفة كيميائية والمتشابهة بلوريا (التشابه الشكلي) ، والعكس العلاقات بين المعادن المتشابهة كيميائية والمختلفة بلوريا (التعدد الشكلي) ، وأخيرا العلاقة بين المعادن المختلفة كيميائية والمختلفة بلوريا (الخداع الشكلي) والآن لنقف قليلا عند هذه المرحلة لنجيب على سؤال يلح علينا في الإجابة عليه لنستكمل الصورة التي نكونها لأنفسنا عن المعدن ولنحدد معالم هذه الصورة. هذا السؤال هو: كيف تكونت المعادن في الطبيعة؟ وتحت آية نوع من الظروف تم هذا التكوين؟ وهل طرأ على المعدن تغيير ما منذ تكوينه؟ ومه هو نوع هذا التغيير؟
وعندما ننتهي من الإجابة على هذه الأسئلة يكون قد تجمعت لدينا معلومات أساسية وتكونت لدينا فكرة واضحة عن التاريخ الطبيعي للمعادن ، أو بعبارة أخرى نشأة المعادن. فدراسة نشأة المعادن هي في الحقيقة دراسة لتاريخها الطبيعي ومن أهم خصائص المعادن – كما ورد في تعريفها – أنها منتجات طبيعية ، أي تكونت بفعل عوامل طبيعية.
ويمكن إرجاع نشأة المعادن وتكوينها في الطبيعة إلى أصول أربعة:
1- التكوين من سوائل طعبيعية مصهورة تعرف باسم المجما Magma واللافا (الحمم) Lava: نتجت غالبية المعادن المكونة للقشرة الأرضية من تصلب مادة صخرية مصهورة. أي أن هذه المعادن عبارة عن مكونات للصخور النارية (أي مجموعات المعادن التي تصلبت من المادة المصهورة).
2- التكوين من محاليل: وقد يكون التبلور من محاليل مياه أرضية (من أصل جوي) ذات درجة حرارة عادية ، مثل تكيون ملح الطعام (هاليت) ، أو تتكون المعادن من محاليل مياه نشطة (من أصل ناري) ذات درجة حرارة عالية وضغط كبير نسبيا. وتترسب المعادن المتبلورة من هذه المحاليل في الشقوق والفجوات. أو قد تحل محل معادن وصخور أخرى.
3- التكوين من الغازات والأبخرة: وذلك بأن تتبلور بعض المعادن من مواد غازية مباشرة (دون أن تمر بالحالة السائلة). ويحدث هذا كثيرا بالقرب من فوهات البراكين حيث تتصاعد كثير من غازات المواد المتسامية التي لا تلبث أن تكثف بالقرب من فهوة البركان مرسبة بلورات معادن مختلفة. وقد يحدث أيضا أن تتفاعل الغازات النشطة في وف الأرض مع المعادن والصخور التي تقابلها لتكون معادن جديدة.
4- التكيون من مواد صلبة (المعادن الموجودة في الصخور المختلفة): وذلك نتيجة لتغير في الظروف المحيطة بها. فقد ترتفع درجة حرارة الوسط الذي توجد فيه نتيجة لتدخل جسم ناري بالقرب منها ، أو يرتفع الضغط الواقع على المعدن نتيجة لحركات القشرة الأرضية وإنضغاط بعض الصخور والطبقات على بعضها ، أو يتعرض المعدن لموجة من الأبخرة والغازات النشطة التي تغير من الجو الكيميائي المحيط بالمعدن ، أو قد تشترك كل هذه الظروف مجتمعة مع بعضها. وفي كل من هذه الحالات لابد أن يكيف المعدن نفسه للوسط والظروف الجديدة وفي بعض الأحيان يقتضي الأمر أن يتحول المعدن الأصلي إلى معدن جديد مختلف تماما عنه ويتلائم مع الظروف الجديدة.
1- تكوين المعادن من الحمى أو المادة الصخرية المصهورة
إن الغالبية العظمى من المعادن المكونة للقشرة الأرضية قد تكونت نتيجة لتصلب المادة الصخرية المصهورة التي تعرف باسم المجما. ونعني بكلمة مجمما السائل الصخري ذا درجة الحرارة العالية الموجودة أسفل القشرة الأرضية على أعماق ذات حرارة عالية وضغط كبير. أما كلمة لافا (أو لابة أو حمم) فنعني بها السائل الصخري المرتفع الحرارة الذي يظهر على سطح الأرض حيث الضغط قليل (الضغط الجوي العادي). وقد سبق أن عرفنا الصخر بأنه مخلوط طبيعي من عدة معادن ويكون جزءا أساسيا من القشرة الأرضية. وتعرف الصخور التي تتبلور من المجما باسم الصخور النارية ومن أمثلتها الجرانيت والدايورنت والبازلت. ويمكن اعتبار المجما على أنها محلول معقد ثقيل تتحرك فيها العنصار المختلفة بحرية وتحت ظروف خاصة مواتية تتحد هذه العناصر مع بعضها لتكون المعادن.
وتتوقف المعادن الناتجة التي تكون الصخور النارية على التركيب الكيميائية للمجما. ولقد قدر أن العنصار الثمانية التالية تكون – في المتوسط – نحوا من 99% من مجموع العناصر الموجودة في المجما: الأكسجين ، السليكون ، الألومنيوم ، الحديد ، المغنسيوم ، والكالسيوم ، والصوديوم ، والبوتاسيوم.
أما الواحد في المائة الباقية فتشمل العناصر المختلفة مثل الأيدروجين والكربون والكبريت والفوسوفور والكلور وكذلك الفلزات الاقتصادية مثل الذهب والنحاس والبلاتين والرصاص والزنك .... الخ.
وتوجد العناصر الثمانية الشائعة (التي تكون 99%) بنسب مختلفة في المحاليل الصخرية المصهورة المختلفة (المجما المختلفة) . وتوجد العناصر المختلفة في المجما في هيئة محاليل السليكات المختلفة التي بها بعض الأكاسيد والكبريتيدات. وتتبلور السليكات أولا من المجما لتعطي المعادن السليكاتية الهامة المكونة للصخور وهي: الفلسبارات البلاجيوكليزية (سليكات الألومنيوم والصوديوم والكالسيوم) ، والأوليفين (سليكات الحديد والمغنسيوم) ، ومعادن البيروكسين (مثل معدن أوجيت Augite – سليكات الكالسيوم والألومنيوم والحديد والمغنسيوم) ، ومعادن الأمفيبول Amphiboles (مثل معندن هورنبلند Hornblende – سليكات الكالسيوم والألومنيوم والحدي والمغنسيوم والماء) ، والميكا Mica (مثل البيوتيت Biotite – سليكات البلوتاسيم والالومنيوم والماء) ، والفلسبارات البوتاسية (ومن أمثلتها الأرثوكليز والميكروكلين Mocrocline – معدنان متعددا الأشكال تركيبهما الكيميائية سليكات الألومنيوم والبوتاسيوم) والكوارتز (ثاني أكسيد السليكون).
وتتكون الصخور النارية أساسا من هذه المعادن. مثال ذلك ، يتكون أحد أنواع الجرانيت من معادن الأرثوكليز والكوارتز والبوتيت. أما صخر الجابروفيتكون من البلاجيوكليز والأوجيت. وفي بعض الأحيان قد تتبلور أكاسيد وكبريتيدات الفلزات النافعة (مثل الحديد والتيتانيوم والنحاس والكروميوم ... الخ) من المجما لتكون رواسب الخامات (أي رواسب القيمة الاقتصادية) ومن أمثلتها الماجنتيت (أكسيد الحديد) والألمينيت (أكسيد الحديد والتيتانيوم) والكروميت (أكسيد الحديد والكروم) والكالكوبيريت (كبريتيد النحاس والحديد). وتتكون هذه الرواسب الركازية بانفصال هذه المعادن مباشرة من المجما – نتيجة لعدن قابليتها للذوبان في المجما – وتجمعها في هذه الرواسب. وتحتوي المجما أيضا على كميات صغيرة من بعض المواد الطيارة (أو المواد الممعدنة) ذاتية فيها مثل بخار الماء وغاز الكلور الفلور والكبريت وثاني أكسيد الكربون... الخ.
ولا تدخهل هذه المواد أو المكونات بكميات كبيرة في التركيب الكيميائية للمعادن التي تبلورت من المجما في المراحل الأولى ، ونتيجة لذلك فإنها تتجمع وتتركز في السائل المتبقي في المجما. ولما كان بخار الماء هو أكثر هذه المواد وجودا فإن هذا السائل المتبقي من المجما في النهاية يتكون أساسا من محلول مائي ذي درجة حرارة عالية. يعرف باسم المحاليل المائية الحارة أو المحاليل المجمائية Magmatic solutions.
2- تكوين المعادن من المحاليل:
تكونت كثير من المعادن في الطبيعة نتيجة لتبلورها من المحاليل مثل معدن هاليت (NaCl) ، وكالسيت (CaCO2) .. الخ. وهناك مصدرين مختلفين للمحاليل المائية التي توجد في القشرة الأرضية:
( أ ) المياه السطحية (مثل الأمطار والأنهار) التي تتسرب خلال المسام والشروخ والفواصل في الصخور المختلفة لتغطي المياه الأرضية أو المياه الجوية.
(ب ) المياه المجمائية وهي عبارة عن المحاليل المتبقية من المجما ، وتكون ذان درجة حرارة عالية ومركزة جدا. وتعرف هذه المياه باسم المحاليل المائية الحارة.
وتتبلور أي من هذه المحاليل نتيجة لإحدة الطرق الطبيعية التالية:
1- بخر السائل المذيب: تحتوي مياه البحار والمحيطات والبحيرات المالحة على أملاح كثيرة مذابة فيها ومكونة لمياه ملحية. وعندما تتركز نسبة هذه الأملاح في هذه المحاليل نتيجة لبخر الماء المذيب فإنها تصل إلى درجة تترسب بعدها بعض المعادن. والمعروف أن مياه البحر تحتوي على الأملاح التالية: NaCl (78%) ، MgCl2 (9%) ، MgSO4 (6%) ، CaSO4 (4 %) ، KCl (2%). أي أن هذه الأملاح الخمسة – كلوريدات الصوديوم والمغنسيوم والبوتاسيوم وكبريتات المغنسيوم والكالسيوم – تكون 99% من الأملاح الموجودة في البحر. وعندما تتبخر مياه البحر تتبلور هذه المعادن أو مجموعات معينة منها من المحلول بترتيب درجة ذوباتها. فيتبلور أولا – بصفة عامة – الملح الأقل ذوبانا : كربونات الكالسيوم ثم كربونات المغنسيوم ويليه الملح الأكثر ذوبانا: كبريتات الكالسيوم ، ثم تنتهي عملية التبلور بأكثر الأملاح ذوبانا مثل كلوريد الصوديوم.
2- الترسيب من المياه الأرضية نتيجة لفقدان الغاز الذي يعمل كمذيب: تحتوي المياه الأرضية المتحركة في القشرة الأرضية في بعض الأحيان على كميات لا بأس بها من غاز ثاني أكسيد الكربون مذابا فيها ، وتتحول هذه المياه إلى حامض ضعيف (هو حامض الكربونيك). وعندما يصادف هذه الحامض الضعيف في طريقه صخورا جيرية (كربونات الكالسيوم) فإنه يذيبها حيث تتكون بيكربونات الكالسيوم القابلة للذوبان في الماء ، ولكن لما كان هذا المركب الكيميائية الأخير مركبا غير مستقر فإنه يفقد – تحت ظروف كثيرة – مابه من ثاني أكسيد الكربون المذاب في الماء ليتحول إلى الكربونات المستقرة (أو الثابتة) التي لا تذوب في الماء فترسب في الحال كمعدن كالسين كما في المعادلات الكيميائية التالية:
CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO2)2
Ca(HCO3)2 = CaCO8 + CO2 + H2O
وفي المناطق الرطبة كثيرة الأمطار والتي تكثر فيها الصخور الجيرية ، تذيب المياه الأرضية كميات كبيرة من كربونات الكالسيوم وتحدث فراغات كبيرة تعرف باسم الكهوف . وعندما تتبخر المياه من هذه الكهوف يترسب فيها معدن الكالسيت في هيئة أعمدة مخروطية تتدلى بعضها من سقف الكهف وتعرف باسم استلاجميت Stalagmite. وهناك بعض الينابيع تخرج منها مياه مذاب فيها ثاني أكسيد الكربون وبيكربونات الكالسيوم ، وعندما تفقد ثاني أكسيد الكربون نتيجة للبخر تترسب منها الكربونات في هيئة مسحوق أبيض متماسك في هيئة كتل مختلفة حول الينبوع ، وتعرف هذه الرواسب باسم ترافرتين Travertine.
2- انخفاض درجة حرارة المحلول وضغطه: تتكون المحاليل المائية الحارة (المحاليل المجمائية) في ظروف ذات درجات حرارة وضغط عالية ، وتحتوي – نتيجة لذلك – على كميات كبيرة من المواد المذابة مثل الأكاسيد والكبريتيدات والكربونات .. الخ. وعندما تبرد هذه المحاليل ويقل ضغطها يترسب منها معادن مختلفة تعرف بالمعادن المائية الحارة. ولقد قسمت هذه الرواسب المعدنية المائية الحارة إلى ثلاثة أقسام على أساس درجة حرارة المحلول الذي ترسبت منه والعمق الذي تكونت فيه وهذه الاقسام الثلاثة هي:
1- رواسب عالية الحرارة Hypothermal deposits: تكونت من محاليل ذات درجات عالية من الحرارة (500º- 300ºم) وتحت ضغط كبير ، أي في أعماق بعيدة من سطح الأرض. ومن أمثلتها الرواسب التي تحويمعادن الولفراميت Wolframite (تنجستات الحديد والمنجميز) والمولبدينيت Mloybdenite (كبريتيد المولبدنوم) والكاسيتريت Cassitrite (أكسيد القصدير) والجارنت والتوباز والأباتيت. 2- رواسب متوسطة الحرارة Mesothermal deposits: وهذه الرواسب تكونت من محاليل ذات درجات متوسطة من الحرارة (300º - 200º م) وتحت ضغط متوسط أي على أعماق متوسطة. ومن أمثلتها الرواسب التي تحوي معادن كالكوبيريت وسفاليريت وجالينا وأرسينوبيريت وتتراهيدريت وكالسيت وباريت.
3- رواسب منخفضة الحرارة Epithermal deposits: وهذه الرواسب تكونت من محاليل ذات درجات حرارة أقل من المتوسط (200º - 50º م) وتحت ضغط أقل من المتوسط ، أي قريبا نسبيا من سطح القشرة الأرضية ومن أمثلتها الرواسب التي تحوي معادن السنبار (كبريتيد الزئبق). والاستبنيت (كبريتيد الأنتيمون) والمركزيت (كبيرتيد الحديد) والكالسيت والفلوريت والأوبال والكوارتز.
وعندما تدخل المياه الأرضية (من أصل جوي وذات درجة حرارة منخفضة) في مناطق ساخنة أثناء تجولها في القشرة الأرضية فإن درجة حرارتها لا تلبث أن ترتفع ، وتسخن هذه المياه وتصبح قادرة على إذابة المعادن التي تقابلها وتبقي هذه المحاليل تحت ضغط حتى تجد منفذا لها (قد يكون شقا أو شرخا في القشرة الأرضية ، فتنفذ منه لتظهر على سطح الأرض في هيئة ينابيع حارة متفجرة تعرف باسم جايزر Geysers. وبمجرد أن تنخفض درجة حرارة هذه الينابيع المتفجرة ويقل الضغط عليها فإنها ترسب كميات كبيرة من الرواسب السليسيية الدقيقة الحبيبات والتي تعرف باسم السنتراالسيلسي أو الجايزريت Geyserite "عبارة عن مادة بيضاء مسامية مكونة من ثاني أكسيد السليكون".
4- تفاعل المحاليل مع المواد الصلبة "الإحلال": قد يتفاعل محلول يحتوي على كبريتات الزنك مع الحجر الجيري "كالسيت" وينتج عن هذا التفاعل تكوين معدن سيمثسونيت Smithsonite "كربونات الزنك " وكبريتات الكالسيوم وتعرف هذه العملية التي يتغير فيها المعدن الصلب إلى معدن آخر جديد بفعل المحاليل باسم الإحلال أو التحول السائلي. ويحدث غالبا أن يذيب المحلول المعدن الذي يصادفه ويرسب في مكانه في نفس الوقت معدنا آخر. ويحتفظ المعدن الجديد بالشكل الخارجي للمعدن القديم. وتكون مادة المعدن الجديد – نتيجة لذلك – شكلا كاذبا للمعدن القديم. ومن أمثله ذلك الخشب الأوبالي Opalized wood الذي نتج من إحلال معدن الأوبال (SiO2nH2O) محل المادة السليلوزية المكونة للخشب بواسطة المحاليل المحملة بثاني أكسيد السليكون ،ولا يزال الأوبال في هذا الخشب محتفظا بالمظهر الخشبي.
5- تأثير الكائنات الحية على المحاليل: تستخلص بعض الكائنات الحية مثل المرجان والرخويات "المحاريات" كربونات الكالسيوم من مياه البحار التي تعيش فيها وتفرزها في هيئة اصداف وأجزاء صلبة ضمن أجسامها. وتترسب كربونات الكالسيوم في هذه الأجزاء الصلبة إما في هيئة معدن كالسيت أو معدن أراجونيت. كما أن هناك أنواها معينة من البكتريا يمكنها إمتصاص أكاسيد الحديد أو الكبريت من المياه التي تعيش فيها والتي تحتوي على الحديد أو الكبريتات مذابة فيها. فإذا ماتت هذه البكتريا وتكديت تكونت رواسب معدنية تحتوي على أكاسيد الحديد أو الكبريت.
3- تكوين المعادن من الغازات:
فنا أن المجما تحتوي على غازات ومواد طيارة مذابة فيها تحت ضغط كبير وفي درجة حرارة عالية. وقد لاحظنا أن هذه المواد الطيارة والغازية – بصفة عامة –لا تدخل في التركيب الكيميائي للمعادن التي تتبلور في المراحل الأولى من المجما (أوليفين – بيروكسين – أمفيبول – فلسبار ... الخ) ونتيجة لذلك تصبح المجما في المراحل الأخيرة من عملية التبلور غنية بهذه المواد الطيارة. وتحت ظروف مواتية ، كأن يقل الضغط الواقع عليها نتيجة لمصادفتها الشروخ أو الفواصل أو المسام في الصخور ، تترك هذه المواد الطيارة والغازات المجما المتبقية وتتفاعل مع بعضها البعض أو مع الصخور المحيطة بها. وتشمل هذه المواد الطيارة والغازات بخار الماء (أكثرها وجودا) والكلور والفلور والبورون والكبريت والمركبات الطيارة لهذه العناصر. أما إذا كانت المجما قريبة من السطح أو على السطح "لافا" كما في انفجارات البراكين – فإن هذه المكونات الطيارة تهرب لقلة الضغط عليها ثم لا تلبث أن تبرد وتتجمد بسرعة لتترسب مباشرة في هيئة صلبة حول فوهة البركان. ومن أمثلة المعادن التي تتكون بهذه الطريقة الهاليت ، وملح الأومنيا ، والكبريت والحامض البوريك.
أما إذا لم تهرب الغازات – لأن المجما كانت على أعماق بعيدة عن سطح الأرض – فإنها تتفاعل مع الصخور المحيطة بالجسم الناري "مجما جرانيتية " ، وتتكون معادن جديدة نتجة لهذا التفاعل بين الغازات والصخور الصلبة والذي يعرف باسم التحول الغازي. ومن أمثلة المعادن اناتجة من التحول الغازي معدن الكاسيتريت (ثاني أكسيد القصدير) الذي يوجد غالبا مع معدن الفلوريت في صخر واحد ، ويتكون المعدنان نتيجة لتفاعل فلوريد القصدير (مادة طيارة تهرب في المجما) مع الماء (خارج المجما) وينتج أكسيد القصدير وحامض الفلوردريك الذي يتفاعل بدوره مع الكالسيت المكون للصخور الجيرية وينتج معدن الفلوريت كما في المعادلات الكيميائية التالية:
SnF4 + 2H2O = SnO2 + 4HF
كاسيتريت مركب طيار
4HF + 2CaCo3 = 2CaF2 + 2H2O + 2Co2
فلوريت كالسيت
ومن المعادن الأخرى التي تتكون نتيجة للتحول الغازي معدن التورمالين Tormaline "سليكات البورون والألومنيوم والحديد والمغنسيوم والصوديوم" ، والذي يتكون نتيجة لتفاعل المواد الطيارة الغنية بالبورون مع صخور المنطقة.ومعدن التوباز Topaz "سليكات الألومنيوم والفلورين" الذي ينتج من تفاعل غاز الفلور مع صخور المنطقة ، ومعدن الأباتيت Apatite "فوسفات وكلوريد أو فلوريد الكالسيوم" الذي ينتج من تفاعل مواد طيارة تحوي الفسفور والكلور والفلور مع صخور المنطقة الجيرية.
4- تكوين المعادن من مواد صبة بواسطة التحول Metamorphism:
تتغير المعادن المكونة للصخور وكذلك بناؤها وخواصها تغيرا كاملا إذا أثرت عليها عوامل خاصة أهمها الحرارة والضغط وبخار الماء والتفاعلات الكيماوية للمحاليل. وتعرف هذه التغيرات التي تطرأ على امعادن باسم التحول. وقد تتحول الأنواع المختلفة من الصخور النارية الرسوبية لتنج صخورا متحولة. وقد يحدث التحول في منطقة محدودة تحيط بالجسم الناري المتدخل في الصخور ، ويعرف هذا التحول باسم التحول المحدود أو الحرارة. وقد يحدث التحول على نطاق واسع نتيجة للحركات الأرضية البانية للجبال ويشترك في هذه الحالة عاملا الضغط والحرارة في تحويل الصخور الأصلية ويعرف هذا التحول باسم التحول الاقليمي أو التحول الحراري الضغطي. وينتج عن التحول الحراري معادن جديدة أكثر من المعادن التي تتكون نتيجة للتحول الحراري الضغطي ، إذ أن هذا الأخير يظهر أثره في التعديلات المختلفة اتي يسببها في بناء الصخور أكثر من تكوين المعادن الجديدة. ومن أمثلة المعادن التي تتكون بفعل التحول الحراري: الجرافيت "من تبلور الكربون الموجود في الصخر المتحول" ، الجارنت "من اتحاد أكاسيد سليكات الحديد والألومنيوم" ، ولاستوينت (CaSiO3) Wloisstonite ، من اتحاد كربونات الكالسيوم وثاني أكسيد السليكون بفعل الحرارة... الخ.
تحلل المعادن بالعوامل الجوية
بمجرد أن تتكون المعادن تتعرض للعوامل الجوية المختلفة فإنها تكون عرضة للتغير ، ويعرف هذا التغير باسم التأثير الجوي أو التجوية . وقد يكون هذا فيزيائية أو كيميائية ، أما التاثير الفيزيائية فهو الذي يؤدي إلى تكسير المعادن وتفتيتها ويحدث هذا بواسطة عوامل فيزيائية مثل انخفاض درجة الحرارة وارتفاعها ، وكذلك بفعل الجاذبية والرياح والأنهار وقيامها بنقل الحبيبات المعدنية من مكان آخر فتنبري وتتكسر وتستدير حوافها.
أما التأثير الكيميائي فهو الذي يذهب من معالم المعدن ويحول مركباته الكيميائية إلى مركبات كيميائية جديدة أي إلى معادن جديدة ، ولذكل تعرف هذه العملية باسم التحلل ، وتشمل عمليات كيميائية يدخل فيها الأكسجين "اأكسدة" والماء "التموء" وثاني أكسيد الكربون "الكربنة" وقد تحدث هذه العمليات الكيميائية بسرعة أو ببطء. وفي معظم الأحيان تشتترك هذه التفاعلات الكيميائية مع بعضها البعض فينتج على أسطح المعادن المعرضة للعوامل الجوية معادن جديدة عبارة عن كربونات أو أكاسيد أو مركبات مائية للفلزات المكونة للمعادن الاصلية. وقد تبقى هذه على السطح لتدل على المعادن الأصلية التي تحتها ، أو قد تذوب في مياه الأمطار والسيول لترس مرة أخرى في العروق القريبة من سطح الأرض ، أو قد تنتقل إلى الأنهار ومنها إلى البحار حيث تنضم إلى الأملاح المختلفة في البحر.
ومن أمثلة المعادن التي تتكون نتيجة لعمليات الكربنة (تأثير ثاني أكسيد الكربون الذائب في الماء) تكوين معدن الكالسيت CaCO8 في هيئة عمدان إسطوانية متدلاة من سقوف الكهوف تعرف باسم الأستلاكتيت Stalactite وأخرى قائمة على أرضية هذه الكهوف وتعرف باسم إستلاجميت Stalagmite.
ومن أمثلة الأكسدة تكوين الرواسب المعروفة باسم اللاتريت Laterite وهي عبارة عن مخاليط من معادن أكاسيد الحديد والألومنيوم المتيمئة ، وفي هذه الرواسب تغلب نسبة أكاسيد الحديد على الألومنيوم.وقد تكونت هذه الرواسب المعدنية نتيجة لأكسدة المعادن للحديد ومغنيسية في الصخور النارية في المناطق الاستوائية الحارة الرطبة. أما إذا كانت نسبة المعادن الحاوية للحديد قليلة جدا في الصخر المتحلل "مثل الجرانيت والسيانيت وغيرهما من الصخور الغية بالفلسبارات ، فإن الراسب المتبقي عن التحلل يتكون معظمه من معادن أكاسيد الألومنيوم المائية ويعرف هذا الراسب باسم بوكسيت Bauxite. ومن المعادن التي تتأكسد بسهولة معدن البيريت (FeS2) Pyrite وهو معدن أصفر براق يتأكسد أولا إلى كبريتات الحديدوز والكبريت تبعا للمعادلة التالية:
FeS2 + 2O2 → FeASO4 + S
أما كبريتات الحديدوز فهي سهلة الذوبان وسريعة التحول إلى مواد أخرى ، كما أن الكيريت يتأكسد إلى أكاسيد الكبريت المختلفة.
ومن أمثلة التموء "اتحاد الماء مع مختلف المركبات المعدينة لتكوين معادن مائية" تموء معادن الفلسبار لتعطي المعادن الطينية ، وتموء معدن الأنهيدريت CaSO4 يعطي معدن الجبس CaSO4.21H2O.
يتبع

الباب الثامن: وجود المعادن في الطبيعة Occurrence of Minerals
كيف توجد المعادن في الطبيعة؟ هل توجد بمفردها أم توجد في مجموعات ، وفي هذه الحالة الأخيرة هل هي متماسكة مع بعضها البعض أو سائبة أو ما هو شكل الأجسام الناتجة عن هذه المجموعات والمخاليط الطبيعية.
توجد المعادن في الطبيعة إما في هيئة بلورات مفردة ملتصقة مع بلورات أخرى من نفس المعدن ، أو مع بلورات معدن آخر ، وفي العادة تكون هذه البلورات الملتصقة منتهية بأوجه بلورية من أحد طرفيها. ولكن في معظم الأحيان توجد المعادن منتشرة أو مبعثرة في معادن أخرى ، لتكون في هيئة مخاليط المعادن المعروفة باسم الصخور. وفي هذه الحالة توجد المعادن في هيئة حبيبات أو جسيمات غير منتظمة. ولكن في بعض الأحيان تظهر أوجه بلورية وتكون بلورة المعدن منتهية بأوجه من الطرفين. وقد تمتلئ الشقوق والفواصل والشروخ في القشرة الأرضية بالمواد المعدنية فتظهر المعادن في الطبيعة في هيئة عروق. وتختلف هذه العروف من حيث اتساعها وأنواع معادنها وترتيب هذه المعادن فيها من مكان إلى آخر ، ومن منطقة إلى أخرى. فقد يظل العرق محتفظا باتساعه وتخانته لمسافات طويلة "جانبيا أو رأسيا" ولكن قد يتغير هذا الاتساع من مكان إلى آخر فيبدو كأنه منتفخا في بعض أجزاءه ، ومنكمشا في أجزاء أخرى. وقد توجد المعادن مرتبة في العروق ومصفوفة في هيئة طبقات أو صفوف ، ويعرف العرق في هذه الحالة باسم عرق مصفف . شكل (178) ، وفي هذه الحالة تكون المعادن مصفوفة بنظام واحد وأنواع واحدة من جانبي العرق حتى منتصفه ، وفي هذه الحالة يوصف العرق بأنه متماثل التصفيف ، أما إذا كانت المعادن مختلفة من أحد الجوانب إلى الجانب الآخر فيوصف العرق بأنه غير متماثل التصفيف.
وتحتوي العروق على نوعين من المعادن: معادن ذات قيمة اقتصادية (يمكن استغلالها بفائدة) ، ويطلق عليها اسم معادن خامات Ore Minerals ، وهذه المعادن الركازية تكون غالبا عبارة عن معادن الفلزات مثل الجالينا والذهب والكالكوبيريت والبورنيت ، أما المعادن عديمة الأهمية في تكوين العرق ، أو التي ليس لها فائدة اقتصادية فتعرف باسم معادن أرضية Gangue minerals ، فمثلا عندما يستغل الذهب من أحد عروق الكوارتز الحاملة له يعتبر الكوارتز في هذه الحالة معدن أرضي (لا فائدة منه).
ولما كانت العروق قد تكونت في الطبيعة بصفة أساسية نتيجة لترسيب المعادن من المحاليل فإنه يمكن تقسيم العروق التي تكونت من المحاليل المائية الحارة bydrothermal إلى ثلاثة أنواع تبعا لدرجة حرارة المحلول الذي ترسبت منه.
1- عروق عالية الحرارة Hypothermal veins (300-500ºم) ، معادنها ترسبت عند درجات حرارة عالية وضغط عال. تحتوي على معادن كاسيتريت ، ولفراميت ، مولبدنيت ، ذهب.
2- عروق متوسطة الحرارة Mesothermal minerals (200-300ºم) ، ترسب معادنها في ظروف متوسطة من الحرارة والضغط. وتحتوي هذه العروق على معادن بيريت ، كالكوبيريت ، جالينا ، سفاليريت ، كوراتز ، سيديريت.
3- عروق منخفضة الحرارة Epithermal minerals (200-50ºم) ، وتحتوي على معادن سنبار ، ستيبيت ، مركريت ، بيريت ، ذهب ، كوارتز ، كالسيت ، فلوريت .
وقد توجد بعض المعادن في الطبيعة نتيجة لإحلال محاليلها محل معادن أخرى وذلك بإذابة المعادن الأصلية وترسيب المعادن الجديدة محلها في نفس الوقت ، وينتج عن ذلك أن تظهر مثل هذه المعادن الإحلالية أو الرواسب الإحلالية بمظهر المعدن القديم ، أي تأخذ شكله ، وتوجد في الطبيعة في هيئة أشكال كاذبة.
وقد توجد المعادن مالئة لفراغات تشبه الكرات الصغيرة حيث تبطن المعادن سطح الكرة الصخرية من الداخل ، وتعرف هذه الكرات الصغيرة المبطنة بالمعادن (غالبا في هيئة بلورات جيدة الأوجه ) باسم geodes of vuges.
أما بالنسبة لمكان وجود المعدن في الطبيعة فقد توجد المعادن في نفس المكان الذي تكونت فيه. وتعرف في هذه الحالة باسم معادن أصلية primary أو معادن محلية أو معادن موضعية in site وهذه المعادن لم تنتقل من كان نشأتها. أما إذا انتقل المعدن من مكانه الأصلي إلى مكان جديد – لم ينشأ فيه – وذلك بفضل الرياح أو الأ،هار .. الخ ، فيعرف باسم معدن ثانوي أو منقول Secondary. وتعرف الرواسب المعدنية الناتجة باسم رواسب ثانوية ، ومن أمثلتها رواسب التجمعات placer deposits ، وبعضها يحتوي على الذهب أو الكاسيتريت أو معادن أخرى ذات قيمة اقتصادية مختلطة بالرمل والحصى. وقد نتجت هذه الرواب عن تجميعها في مواضع معينة بواسطة الأنهار أو السيول التي نقلتها من مصادرها الأصلية بعد أن تفتت – ورسبتها في تجمعات على جانبي الوديان وشواطئ الأنهار أو عند المصبات على شاطئ البحر. فمثلا ، إذا وجد الذهب في عروق الكوارتز (المرو) فيقال إن الذهب يتواجد في مكانه أو موضعه الأصلي ، أما إذا استخلص الذهب من الرمل والحصى المتجمعة في نهر أو بحيرة فيقال إن الذهب يتواجد في تجمعات منقولة. ويتواجد البلاتين والألماس والكلسيتريت (أكسيد القصدير) في الطبيعة بنفس الصورة أيضا. فإما أن توجد هذه المعادن في عروض (موضعها أصلية) أو في رواسب التجمعات (منقولة).
الصخور Rocks
تمثل الصخور المظهر الشائع لمجموعات المعادن في الطبيعة. وهناك نوعان من الصخور لا يتكون كل منهما من المعان ، ولكن يتكون أحدهما من مواد عضوية (ليست معادن) ،وهذه هي الأنواع المختلفة من صخر الفحم Coal ، ويتكون الآخر من الزجاج الطبيعي (مواد غير متبلورة) تجمد نتيجة لتبريد اللافا "الحمم" السريع على سطح الأرض ، ولم تتح أية فرصة لنمو بلورات معدنية من هذه المادة المصهورة. وقد يتكون الصخر من معدن واحد فقط ، ولكن مثل هذه الحالة هي استثناء وليست عامة ، وحتى لو كان الصخر مكونا من معدن واحد فان وجوده بكميات هائلة حيث يكون طبقات مترامية الأطراف أو جبال كبيرة يجعله أقرب إلى الصخور منه إلى المعادن ، إذ لا يمكن أن تتوافر فيه أهم صفات المعدن وهي التجانس في جميع أجزائه. وعادة تتكون الصخور من خمسة إلى عشرة معادن أو أكثر.
والمعادن الأساسية في تكوين الصخور لا تعدو عشرين معدنا فقط هي: معادن الفلسبار والفلساثويد Felspathoids (تشبه معادن الفلسبار في التركيب الكيماوي ولكن نسبة السليكا فيها أقل) والبيروكسين والامفيبول والميكا والأوليففين والابيدوت والجارنت والكلوريت والتلك والسرنتين والكاولينيت والمعادن الطينية والكوارتز والهيماتيت والماجنتيت والكالسيت والدولوسيت والجبس والأنهيدريت والهاليت.
والصخر بجانب كونه عبارة عن مجموعة من المعادن ، فإنه كذلك لابد أن يكون جزءا أساسيا في تركيب القشرة الأرضية. وفي هذه الحالة يكون الصخر خاصية مميزة تفقره عن صخر آخر وتجعله وحدة قائمة بذاتها. وعلى ذلك يمكن اعتبار الصخر على أنه الوحدة الأساسية في بناء الأرض ، أما المعدن فهو وحدة الصخر. وتختلف الصخور عن بعضها البعض من حيث أنواع المعادن المكونة لها ، وعلاقة هذه المعادن ببعضها البعض في الصخر الواحد. كذلك تختلف من حيث موضع تكوينها في الكرة الأرضية.
وقد يتكون الصخر من مواد سائبة غير متماسكة مثل الرمل والحصى ، وقد يتكون من وحدات متماسكة تماما ، ويكون الصخر في هذه الحالة شديد الصلادة مثل الجرانيت والبازلت ، أي لا تعتبر الصلادة من الخواص الضرورية لتعريف الصخر.
وتكوين الصخور من الأشياء التي نشاهدها يوميا. فالأمطار تكتسح الطين إلى البحيرات والأنهار ، وهذه الأخيرة تنقله بدورها إلى البحر حيث يترسب ويكون الصخور الطينية. أما ميه البحيرات المالحة فعندما تتبخر مياهها تترسب الصخور الكيماوية. والأمواج على شاطئ البحر تكسر في صخور الشاطئ وتحيلها إلى قطع وفتات صغيرة ، ثم ترسبها في النهاية في هيئة رمال. أما البراكين فإنها تقذف بالحمم واللافا التي تتبلور وتتجمد لتعطي الصخور النارية البركانية.
ويمكن تقسيم الصخور حسب نشأتها إلى ثلاثة أقسام رئيسية:
1- الصخور النارية Ligneous Rocks ، وتشمل جميع المواد الأرضية التي كانت في فترة سابقة مواد مصهورة ، أو بتعبير آخر الصخور التي تجمدت من مواد مصهورة (مجما أو لافا) مثل الجرانيت والبازلت.
2- الصخور الرسوبية Sedimentary Rocks ، وتشمل جميع المواد الأرضية التي ترسبت بواسطة عوامل طبيعية مثل المياه والرياح والثلج والنباتات والحيوانات ومن أمثلتها الحجر الرملي والحجر الجيري والطين.
3- الصخور المتحولة Metamorphic Ricks ، وهي صخور كانت في أول تكونها إما نارية أو راسبة ثم تاثرت بعوامل أدت إلى تعرضها إما لحرارة مرتفعة جدا ، أو لضغط عظيم أو الاثنين معا. فاكتسبت من جراء ذلك معالم جديدة ليست لاي من نوعي الصخر الأصليين. أي أنها تحولت من الحالة الأصلية (نارية أو رسوبية) إلى حالة جديدة (متحولة). ومن أمثلتها الشست والنيس.
وقتد النسبة المئوية لتوزيع الصخور الأصلية في القشرة الأرضية كما يلي: صخور مجماتية (نارية) 95%
صخور طينية 4%
صخور رملية 0.70%
صخور جيرية 0.30%


الصخور النارية
تتكون الصخور النارية نتيجة لتجمد المجما داخل الأرض أو تجمد اللافا على سطح الأرض.
ويمكن تحقيق الصخور النارية على أساس الخواص التالية:
1- التركيب المعدني.
2- التركيب الكيميائي.
3- اللون.
4- النسيج.
5- شكل وجودها في الطبيعة.
6- البناء.
1- التركيب المعدني Mineralogical Composition:
تتبلور بعض المعادن من المجما عندما تبرد وتصل إلى درجة فوق التشبع بالنسبة لهذه المعادن. وتنقسم المعادن الهامة المكونة للصخور النارية إلى قسمين: 1- معادن أساسية ، 2- معادن إضافية. فالمعادن الأساسية هي التي توجد في الصخور بكميات كبيرة والتي يتوقف عليها خواص الصخر واسمه. وتشمل المعادن الأساسية مايلي: الفلسبارت ، البيروكسينات ، الأمفيبولات ، الميكا ، الفلسباثويدات (مثل لوسيت KAlS2O22 Leucite ، نفيلين (NaAlSiO4) Nepheline ، الأوليفين ، الكوارتز ، أما المعادن الإضافية – كما يدل الاسم – فهي التي توجد بكميات صغيرة ، وعلى ذلك لا تؤثر كثيرا في خواص الصخور. وتشمل هذه المعادن الإضافية الماجنتيت ، الألمينيت ، البيريت ، الأباتيت ، الزركون ، الروتيل ، سفين (CaTiSiO4) Sphene.
وتتبلور المعادن المكونة للصخور النارية عادة تبعا لنظام معين. فتتبلور المعادن الإضافية أولا وتأخذ أشكالا بلورية كاملة ، ويتبعها في التبلور المعادن الحديدومغنيسية مثل الأوليفين والبيروكسينات والأمفيبولات ، ويأتي بعد ذلك المعادن الفلسبارات البلاجيوكليزية والبوتاسية (الأرثوكليز) ، ثم الكوارتز .
ويفسر هذا النظام التبلوري تكوين الانواع المختلفة من الصخور من المجما الأصلية الواحدة. فتترسب المعادن الفقيرة في السيليكا (القاعدية) أولا عند درجات الحرارة العالية ، (أعلى من 1000ºم) وذلك لأنها أقل المعادن ذوبانا ، وتكون صخرا قاعديا. ويبقى بعد رسوب هذه البلورات القاعدية مجما لها تركيب يختلف عن المجما الأصلية ومنها يمكن أن يتكون صخر وسط ، ومن المجما المتخلفة بعد ذها يتكون صخر حمضي (أي يتكون من معادن غنية بالسيليكا إلى جانب وجود الكوارتز) عند درجات حرارة بين 600º ، 900ºم تقريبا وليس من الضروري بتاتا أن توجد فواصل بين هذه الأنوع الثلاثة ، بل ربما يحدث أن يكون هناك تدرجا كاملا بين نوع وآخر. ويمثل التخطيط التالي (شكل 179) ، نظام التبلور التنوعي (التفارقي) للمجما.
2- التركيب الكيميائي Chemical Composition:
مما سبق يتبين أن التركيب المعدني للصخر الناري يتوقف بصفة أساسية على التركيب الكيميائي للمجما. فإذا كانت المجما غنية بالسليكا فإن الصخر الناتج سوف يحتوي على معادن غنية بالسليكا وكذلك معدن الكوارتز. أما إذا كانت المجما فقيرة في السليكا فإن الصخر الناتج سوف يحتوي على معادن فقيرة في السليكا ولا يحتوي على كوارتز بالمرة. نتيجة لهذا اتخذت نسبة ثاني أكسيد السليكون أساسا لتصنيف الصخور كيميائيا إلى:
( أ ) صخور حمضية Acid rocks: وهذه تحتوي على نسبة من السليكا أثر من 65% (من 65% - 80%). أما نسبة الحديد والمغنسيوم بها فقليلة ولذلك فلون هذه الصخور فاتح ، وتحتوي على معادن أرثوكليز أو ميكروكلين بكثرة ، كذلك البلاجيوكليز الصودي والكوارتز ، وكمية قليلة من المعادن الحديدومغنيسية (مثل البيوتيت) . ومن أمثلتها الجرانيت والجرانوديوريت والريوليت والأبليت والفسليت.
( ب ) صخور متوسطة Intermediate rocks: نسبة السليكا بها بين 52% و 65% ، ونسبة الحديد والمغنسيوم بها متوسطة. ولونها أغمق من الصخور الحمضية. ومن أمثلتها الديوريت والأنديسيت والسيانيت والتراكيت.
( ج ) صخور قاعدية Basic rocks: نسبة السليكا بها أقل من 52% ونسبة الحديد والمغنسيوم بها أعلى من النوعين السابقين ، ولونها أغمق يميل إلى السواد. وهذه الصخور تحتوي على المعادن الحديدومغنيسية بكثرة وكذلك البلاجيوكليزات الكلسية بنسبة متوسطة ، ولكن لا يوجد كوارتز . ومن أمثلتها الجابرو والدوليريت والبازلت.
3- اللون Color:
مما سبق يتبين لنا أن لون الصخرالناري يختلف تبعا للتركيب الكيميائية والمعدني ، وعلى ذلك يمكن استعمال هذه الخاصية في التفرقية بين أنواع ثلاثة من الصخور النارية: صخور فاتحة اللون (حمضية) ، وصخور متوسطة اللون (متوسطة) ، وصخور قاتمة اللون (قاعدية ، لا تحتوي على كوارتز بالمرة).
4 – النسيج Texture:
وكما تختلف الصخور النارية لدرجة كبيرة بالنسبة لتركيبها المعدني والكيميائية فإنها تختلف أيضا بالنسبة إلى حجم البلورات والحبيبات المكونة لها وشكلها وترتيبها ، وتعيين هذه الخواص المختلفة للمعادن المكونة للصخر الناري وعلاقتها ببعضها البعض هو تعيين لخاصية النسيج.
أي أن لفظ النسيج يطلق على الحجم النسبي لبلورات المعادن المكونة للصخر وشكلها وطريقة ترتيبها. ويتوقف النسيج على السرعة التي بردت بها المجما. فالصخور التي تكونت في جوف الأرض بعيدة عن السطح لابد أنها بردت ببطء شديد يسمح بنمو البلورات وكبر حجمها أثناء تجمد المجما ، وينتج عن ذلك أن يتكون للصخر المتبلور في مثل هذه الظروف ، أي في مناطق بعيدة عن السطح ، نسيج خشن ، ويمكن رؤية مكوناته المعدنية وتمييزها بكل سهولة بواسطة العين المجردة – مثل هذه الصخور التي تعرف عادة باسم الصخور الجوفية ، أما إذا ظهرت المجما على سطح الأرض في هيئة حمم فإنها تبرد وتتجمد بسرعة. وتحت هذه الظروف لا تجد البلورات الصغيرة البادئة في التكيون فرصة للنمور. ويحدث أن يتكون صخر دقيق الحبيبات ، ويعرف النسيج بأنه نسيج دقيق الحبيبات ، ويمكن تمييز البلورات في هذه الحالة بواسطة عدسة مكبرة.
أما إذا لم يمكن تعيين البلورات إلا بمساعدة الميكروسكوب فيسمى نسيج الصخر الناري في هذه الحالة باسم نسيج مجهري التبلور ،وهناك بعض الحالا لا يمكن تمييز البلورات فيها حتى بالميكروسكوب العادي ولكن يمكن معرفة أنها متبلورة بواسطة استقطابها للضور (أي تجعل الضوء المار بها يتذبذب في مستوى محدد ، وهذه الخاصية الضوئية تحدث بواسطة المواد المتبلورة – أي ذات البناء الذري المنظم – أما المواد غير المتبلورة فإنها لا تستقطب الضوء أي لا تحدد مستويات ذبذبته) وذلك باستعمال الميكروسكوب المستقطب ، صفحة 150 ، وفي هذه الحالة يسمى نسيج الصخر الناري نسيج خفي التبلور.
وتتفق جميع هذه الانواع المختلفة السابقة من النسيج في أن جميع بلوراتها متساوية تقريبا في الحجم ، ولذلك يقال أنها متساوية الحبيبات أو منتظمة الحبيبات ، شكل (180 – أ).ولكن هناك صخور يظهر فيها ما يسمى بالنسيج البورفيري ، شكل (180 – ب) وفي هذه الحالة نجد عددا من البلورات الأكبر حجما موزعة في أرضية (قاعدة) مكونة من حبيبات أكثر دقة. وتسمى البلورات الكبيرة في هذه الحالة باسم Phenocrysts. وكثير من الصخور البركانية التي تكونت على السطح لها نسيج زجاجي ، شكل (180 – ج) أي لا توجد بها بلورات بالمرة ، وذلك لبرودة الحم وتجمدها بسرعة لم تسنح لتكوين بلورات بالمرة.
وفي الطفوح البركانية السميكة نلاحظ أن الاجزاء الخارجية (التي تلامس الخواء وسطح الأرض) ذات نسيج زجاجي لأنها بردت بسرعة ، بينما تكون الأجزاء الداخلية دقيقة التبلور أو مجهرية التبلور. وعندما تتمدد الغازات في الطفح البركاني وتهربمنه في النهاية فإنها تترك فراغات في الصخر الناتج تعرف باسم الفقاقيع ، وينتج ما يسمى بالنسيج الفقاعي . وقد تمتلئ هذه الفقاقيع بمعادن ثانوية ترسبت من محاليل مرت بهذه الفقاقيع فيتكون مايسمى بالنسيج الأميجدالي Amygoidaloidal tecture.
5- شكل وجود الصخور النارية في الطبيعة Mode of Occurrence:
تتصل المجما أو المادة المصهورة إما في جوف الأرض أو على سطحها أو بين هذا وذاك. وينتج في كل من هذه الحالات نوع من الصخور النارية يتميز بصفات خاصة من ناحية درجة التبلور وحجم البلورات الناتجة وشكلها وترتيبها وعلاقتها ببعضها. أي باختصار يتميز بنسيج خاص . ومما سبق ذكره في البند السالف يتبين لنا بوضوح كيف أن النسيج يتفق بوجه عام مع مكان تكوين الصخر الناريز وعلى ذلك يمكن تصنيف الصخور النارية (حمضية ومتوسطة وقاعدية) على أساس مكان تكوينها إلى ثلاثة أصناف:
( أ ) الصخور الجوفية Platonic rocks: وهي التي تصلبت على أعماق كبيرة في جوف الأرض تحت عوامل من الضغط والحرارة جعلت التبريد بطيئا وبذلك تمكنت المعادن المكونة لها من التبلور تبلورا ظاهرا أي أنها ذات نسيج خشن.
ومن أمثلة هذا النوع صخور الجرانيت والديوريت والجابرو. وتوجد الصخور الجوفية في هيئة كتل ضخمة جدا تبلغ مئات الكيلومترات المربعة في المساحة وتتسع قاعدتها كلما تعمقنا إلى أسفل (شكل 181 – و) وتعرف هذه الكتل من الصخور النارية الجوفية باسم باثوليت Batholith وتتكون هذه الكتل في العادة من صخور الجرانيت والأحجام الصغيرة من هذه الكتل الصخرية النارية تعرف باسم بوص Boss أو ستوك Stock وهذه الأخيرة تبلغ مساحتها من 1 إلى 40 كيلو مترا مربعا فقط. ويرجع ظهور هذه الأشكال المختلفة من الصخور الجوفية على سطح الأرض الآن حيث تكون سلاسل الجبال المختلفة إلى عوامل التعرية التي فتت وحللت ثم جرفت وأزالت طبقات الصخور المختلفة التي كانت تعلوها ، وكذلك العوامل التكتونية (الحركات الأرضية) وكلها أدت إلى ظهور هذه الصخور الجوفية.
( ب ) الصخور تحت السطحية Hypsbyssal rocks: وهي التي تدخلت في صخور وبين طبقات القشرة الأرضية وتصلبت قريبا من السمح مما أدى إلى بروتدها بسرعة أكثر من الجوفية (ولكن أقل من البركانية) ولذلك فإن بلوراتها دقيقة أو متوسطة ونسيجها دقيق التبلور.
وقد يكون هناك بعض البلورات التي قد نمت في المجما في جوف الأرض ثم انتقلت من المجما المكونة لهذه الصخور تحت السطحيثة حيث ترسبت كبلورات كبيرة تحيط بها بلورات دقيقة تكونت عندما تجمدت المجما بالقرب من السطح. ويكون لمثل هذه الصخور نسيج بورفيري شكل (180 – ب). ومن أمثلة الصخور تحت السطحية البورفيريت والفسليت والدوليريت. وتوجد هذه الصخور تحت السطحية في الطبيعة في هيئة سدود موازية ، شكل (181 – أ) أو سدود قاطعة ، شكل (181 – ب). والأولى عبارة عن كتل مسطحة من الصخور النارية نتجت من تدخل المجما وتجمدها بين طبقات الصخور المحيطة. أما السدود القاطعة فقد نتجت من تدخل المجما في الشروخ والكسور القاطعة للطبقات حيث تجمدت. وهي في ذلك الوضع تشبه الحائط الضيق نسبيا ذي الوجعين المتوازيين.ويترواح سمك هذه السدود القاطعة من سنتيمرات قليلة إلى مئات الأمتار ، ولكن الغالبية العظمى لا يزيد سمكها عن ثلاثة أمتار.
وقد تكون الأجسام النارية تحت السطحية في شكل ناقوص ، وتعرف باسم لاكوليت lacolith ، شكل (181 – ج). أو في شكل طبق ،وتعرف باسم لوبوليت Lopolith ، شكل (181 – د) ، أو في شكل "السرج" وتعرف باسم فاكوليت Phacolith ، شكل (181 – هـ) ، ويشتغل اللاكوليت أو اللوبوليث في بعض الأيحان مساحات كبيرة تبلغ مئات الكيلومترات المربعة ، ويتكون في أعماق بعيدة عن السطح.
( ج ) الصخور السطحية أو البركانية Extrusive or Volcanic rocks
وهي الصخور التي تصلبت على السطح قرب فوهات البراكين ، أو الشقوق ، التي خرجت منها اللافا إلى السطح.وقد بردت اللافا بسرعة فتجمدت بسرعة ايضا لم تسنح للبلورات أن تنمو إلى حجم كبير أو أن تتكون بالمرة ، فتنتج في الحالة الأولى نسيج مجهري التبلور ، أو خفي التبلور. ونتج في الحالة الثانية نسيج زجاجي (غير متبلور بالمرة). ومن أمثلة هذه الصخور الريوليوت والأنديسيت والتراكيت والأيسيديان والبازلت. وتظهر هذه الصخور البكرانية في هيئة طفوح لافية Lava flows ، وهي كتل من الصخور النارية البركانية منتشرة على مساحات واسعة وسمكها بسيط ولذلك فإنها تشبه الصفائح.
6- البناء Structure
تحتوي بعض الصخور النارية على بنيات انسيابية ناتجة عن وجود بعض بلورات المعادن المكونة للصخر موازية لبعضها البعض تقريبا ، ومرتبة في اتجاه واحد ، وينتج هذا البناء من تحرك المجما التي تبلور جزء منها ، أي أن البلورات كانت موجودة في وسط مائل متحرك ثم رتبت نفسها في اتجاه الحركة.
وعند تمدد الغازات في الحمم على سطح الأرض يتكون الصخر البركاني الناتج بناء فقاعي ، وهذه الفقاقيع تأخذ شكلا مستيطلا (بيضاويا) نتيجة لسير اللافا وتحركها أثناء خروج الغازات من الفقاة. وقد تدخل المياه السطحية في هذه الفقاقيع وترسب فيها بعض المعادن وخصوصا معادن الزيوليت Zeolite (سليكات الصوديوم أو البوتاسيوم أو الكالسيوم مع الماء). وهذه المعادن ترسب غالبا في هيئة بلورات شعاعية (أي نصف قطرية من مركز الكرة إلى الخارج) ويعرف هذا البناء بالنباء الأميجدالي. وعندما تتجكد اللافا فقد يكون الصخر البركاني الناتج أملس ومتموجا ، وقد يكون في شكل الحبال. وقد تتجمد الافافي في هيئة وسادات تتراكم فوق بعضها ، ويحدث هذا غالبا في الطفوح البركانية تحت سطح البحر. وقد توجد الصخور البركانية في هيئة قطع مكسرة ذات أحجام مختلفة وذلك نتيجة لتراكم المواد المختلفة التي يقذفها البركان في الهواء (وهي مواد كانت مصخورة ثم بردت بسرعة فجمدت وتكسرت إلى قطع ذات أحجام مختلفة ، وتتراوح بين التراب البركاني الناعم جدا إلى الكتل الكروية أو البيضاوية الشكل والكبيرة الحجم والتي تعرف باسم القنابل Volcanic bombs.
تصنيف الصخور النارية توجد أنواع كثيرة من طرق تصنيف الصخور البركانية ، ولكن الصنيف ذي الفائدة العملية بالنسبة للطالب المبتدئ هو الذي يعتمد على التركيب المعدني للصخر. ويتوقف القسم الذي يتبعه الصخر على الخواص الثلاثة التالية:
1- كمية السليكا الموجودة بالصخر: أكثر من 65% أو أقل من 52% أو بين هذا وذاك. والذي يدل على وجود السليكا بنسبة عالية وجود معدن الكوارتز. أما إذا لم يوجد الكوارتز فهذا يدل على انخفاض نسبة السليكا في الصخور.
2 – نوع معدن الفلسبار الموجود في الصخر وكمية كل نوع على حدة: وتشمل معادن الفلسبار الأنواع البوتاسية (أرثوكليز ، ميكروكلين ... الخ) والأنوع البلاجيوكيزية (الصودية مثل الألبيت والأوليجوكليز ، والكالسية مثل لابرادوريت وأنورثيت).
3 – نوع النسيج المكون للصخر: أي حجم الحبيبات المختلفة. هل الصخر خشن الحبيبات "جوفي" ، أو دقيق الحبيبات أو زجاجي "بركاني"؟
وواضح أنه في كل حالة كون الصخر دقيق الحبيبات يصعب أو يستحيل تحقيق المعادن المكونة له وبالأخص الكوارتز أو الفلسبارات ، كما أن تعيين نوع وكمية الفلسبارات بدقة يكاد يكون من المستحيل أيضا إجراؤه في الحقل أو بدراسة العينة بالعين المجردة. مثل هذه الدراسات الكمية الدقيقة نقوم بها في المعمل وذلك باختبار ودراسة الشرائح الرقيقة من الصخر بواسطة الميكروسكوب المستقطب. ولكن يجب ألا يفهم من هذا أن التصنيف المبسط للصخور بقصد التعرف عليها يطريقة عملية سريعة في المعمل أو في الحقل لا لزوم له. والجدول التالي "جدول رقم 27" يمثل أقسام الصخور النارية الشائعة ، على اساس التركيب المعدني والنسيجي.
وصف بعض أنواع الصخور النارية الشائعة
الجرانيت والجرانوديريت الجرانيت صخر فاتح اللون حبيباته خشنة منتظمة ، ويتكون أساسا من معدني الكوراتز والفلسبار [يوجد النوعين الأرثوكليز "أو الميكروكين" ، والأوليجوكليز غالبا] ويمكن تمييز هذه المعادن بسهولة فالفلسبار البوتاسي لونه وردي أو أحمر خفيف ، أما الأوليجوكليز فلونه أبيض به خطوط رفيعة ومتوازية ناتجة عن وجود التوأئم عديدة التركيب ، أما الكوارتز فيمكن تمييزه بأنه لا يوجد به أي انفصام وله بريق زجاجي ، ويحتوي الجرانيت بالإضافة إلى هذه المعادن على كمية بسيطة [حوالي 10%] من الميكا أو الهورنبلند . أما الميكا فتكون ممثلة بمعدن البيوتيت ولو أنه قد يوجد بعض الميكوفيت. أما المعادن الإضافية القلية فتشمل معدن الزركون وسفين والأباتيت والماجنتيت. وهذه المعادن بطبيعة الحال يصعب أو يستحيل رؤيتها وتمييزها بالعين المجردة ، ولكن يمكن تمييزها في المقطع الرقيق بواسطة الميكروسكوب المستقطب. ويتدرج هذا الصخر إلى صخر آخر يعرف باسم صخر جرانوديوريت يحتوي على غالبية من البلاجيوكليز بدلا من غالبية الأرثوكليز في الجرانيت. أي أن الجرانوديوريت يتكون من البلاجيوكليز والكوارتز وقليل (5%) من الأرثوكليز. ونلاحظ غالبا إزدياد نسبة المعادن القائمة (الحديدومغنسية) كلما ازدادت نسبة البلاجيوكليز ، وينتج عن ذلك أن صخر الجرانوديوريت أغمق لونا من الجرانيت ، ولكن مثل هذه الفوارق يصعب عادة تمييزها بين الصخرين في الحقل أو في العينة. وهذه الصخور كثيرة الإنتشار في الصحراء الشرقية المصرية وشبه جزيرة سيناء ومنطقة أسوان.

صخور فاتحة اللون (حمضية) صخور متوسطة اللون (متوسطة) صخور داكنة اللون (قاعدية) نسبة السليكا أكبر من 65% من 65% - 52% أقل من 52% الوزن النوعي 2.65 2.80 2.90 المعادن الأساسية كوارتز – أرثوكليز – ميكروكلين – بلاجيوكليز - ميكا كوارتز – بلاجيوكليز – أرثوكليز - ميكا أرثوكليز - بلاجيوكليز بلاجيوكليز - هورنبلند بلاجيوكليز - أوجيت أوليفين - أوجيت نسيج خشن التبلور جرانيت جرانوديوريت سيانيت ديوريت جايرو بيريدوتيت نسيج دقيق التبلور ريوليت داسيت سيانيت أنديسيت دوليريت - بازلت بيريدوتيت نسيج زجاجي ابسيديان - بتشستون بازلت زجاجي نسيج فقاعي بيوميس نسيج مركب من قطع البريشيا والتوفا الفلسيتية البريشيا والتوفا البازلتية
جدول (27): أقسام الصخور النارية الشائعة
السيانيت Synite: صخر له نسيج حبيبي منتظم ولونه فاتح ويتكون بصفة اساسية معادن الفلسبارات البوتاسية والأوليجوكليز وكميات قليلة جدا من الهورنبلند والبيوتيت والبيروكسين. وهو في هذه الحالة يشبه الجرانيت إلا أن نسبة الكوارتز أصبح قليلة جدا حيث لا تعدو 5% ، وأصبح وجوده غير أساسي في تركيب الصخر. أما إذا زادت نسبة الأوليجكوكليز عن الفسبار البوتاسي فيصبح اسم الصخر مونزونيت Monzonite. وقد يوجد معدن النيفلين Nephline في صخر السيانيت بنسبة 5% وفي هذه الحالة يعرف الصخر باسم سيانيت نيفيلني. والنيفلين (NaAlSiO4) معدن ذو بريق صمغي (أو شحمي) ويشبه الكوارتز ولكنه يمتيز عنه بصلادته الأقل (من 5.5 – 6). وتحتوي بعض صخور السيانيت على معدن كوراندو (Al2O8).
الديوريت Diorite: صخر له نسيج حبيبي منتظم ولون يميل إلى الداكن ويتميز بوجود البلاجيوكليز (أوليجوكليز أو انديسيين) ، أما الكوارتز والأرثوكليز فلا يوجدان. أما البيوتيت فقد يوجد بكمية قليلة ، والبيروكسينات نادرة الوجود في هذا الصخر. أما المعادن الإضافية فتشمل الألمينيت والأباتيت ويغلب على الصخر – كما قلنا – اللون الداكن نظرا لوجود المعادن الداكنة (الحديدومنغنسية) بكميات غير قليلة. وهذا الصخر كثير الانتشار في الصحراء الشرقية وشبه جزيرة سيناء ، حيث يكون كثيرا من الجبال القائمة في هذه المنطقة.
الجابرو Gabbro: صخر حبيبي منتظم مكون معظمه من المعادن الحديدومغنيسية السوداء اللون. وتشمل هذه المعادن اتلبيروكسين والأوليفين بصفة رئيسية وقد يوجد الهورنبلند. فإذا كان كل الصخر تقريبا مكونا من معدن البيركسين سمي بيروكسينيت Pyroxenite. أما إذا كان مكونا من الأوليفين سمي دونيت Dunite أما إذا كان مكونا من الهورنبلند سمي هورنبلنديت Hornblendite. وتحتوي صخور البيريدوتيت عادة على معادن المجنتيت والكروميت والإلمنيت والجارنت. كما أن بعض الانواع تحتوي على البلاتين "في معدن الكرومتي" والألماسزومعدن الأوليفين سهل التحلل بالعوامل الكيميائية ، وينتج عن التحل معدن السربنتين Serpentine [سليكات المغنسيوم المائية]. فإذا كان كل صخر البيريدويت متحللا فإن الصخر الناتج يعرف باسم صخر السربنتين وهذا الصخر منتشر بين صخور الصحراء الشرقية المصرية.



الصخور البركانية Volcanic rocks
وتشمل الريولويت Rhyolite (يقابل الجرانيت ولونه فاتح) ، البازلت (يقابل الجابرو ولونه أسود) وكثير غيرها. ونظرا لأن هذه الصخور لها نسيج دقيق أو زجاجي لذلك فإنه يصعب أو يستحيل التمييز بين معادنها المختلفة في العينة ، ويتميز البيوميس Pumice أو الحجر الجاف بكثرة الفقاقيع العوائية فيه مما يجعله يطفو على سطح الماء. أما صخور الأبسيديان Obsidian والبشتون Pichetone فهي صخور زجاجية متماسكة عديمة المسام.
المعادن المكونة للصخور النارية
إن المعادن التي توجد في الصخور النارية كثيرة ، ولكن المعادن المكونة للصخور النارية بصفة أساسية قليلة نسبيا ويمكن حصرها في قسمين:
1- معادن أساسية مكونة للصخور النارية.
2- معادن إضافية.
والبيان التالي يمثل المعادن الشائعة التابعة لهذين القسمين:
1- معادن أساسية شائعة في تكوين الصخور النارية:
1- كوارتز (ثاني أكسيد السليكون).
2- معادن الفلسبار.
أرثوكليز (سليكات ألومنيوم وبوتاسيوم KAISi8O8)
ميكروكلين (سليكات ألومنيوم وبوتاسيوم KAISi8O8)
بلاجيوكليز (سليكات ألومنيوم وصوديوم وكالسيوم)
3- معادن الفسلباثويد:
نيفلين (سليكات ألومنيوم وصوديوم NaSISiO4)
لوسيت (سليكات ألومنيوم وبوتاسيوم KAISi8O8)
4- معادن الميكا:
مسكوفيت (سليكات ألومنيوم وبوتاسيوم مع شق الهيدروكسيد).
بيوتيت (سليكات ألومنيوم وبوتاسيوم وحديد ومغنسيوم مع شق الهيدروكسيد).
فلوجوبيت (سلكات ألومنيوم وبوتاسيوم ومغنسيوم مع شق الهيدروكسيد).
5- معادن الأمفيبول:
هورنبلند (سلكات ألومنيوم وكالسيوم وحديد ومغنسيوم مع شق الهيدروكسيد).
6- معادن البيروكسين:
أوجيت (سليكات ألومنيوم وكالسيوم وحديد ومغنسيوم).
هيبرثين (سليكات حديد ومغنسيوم).
7- أوليفين (سليكات حديد ومغنسيوم).
2- معادن إضافية شائعة في تكوين الصخور النارية:
1- زركون (سليكات الزكونيوم والكالسيوم).
2- سفين (سليكات التيتانيوم).
3- مجانتيت (أكسيد الحديد المغناطيسي).
4- إلمينيت (أكسيد التيتانيوم والحديد).
5- هيماتيت (أكسيد الحديديك).
6- أباتيت (فوسفات وكلوريد الكالسيوم).
7- بيريت (كبيرتيد الحديد).
8- روتيل (أكسيد التيتانيوم).
9- كوراندوم (أكسيد الألومنيوم).
10- جارنت (سليكات الألومنيوم والحديد).
صخور البجماتيت Pegmatites
هذه الصخور لها نسيج خشن جدا مكون من بلورات كبيرة. وترتبط هذه الصخور بالصخور الجوفية النارية من ناحية الأصل إذ يعتقد أن البجماتيت يتكون من المحاليل المتبقية بعد تبلور المجما وتكوين الصخور النارية الجوفية ، أي أنها تمثل المرحلة المتوسطة بين الصخور النارية الجوفية من ناحية والمحاليل المائية الحارة من ناحية أخرى.
وتوجد البجماتيت في هيئة عروق أو سدود قاطعة للصخور النارية الجوفية أو ممتدة من هذه الصخور النارية إلى الصخور المحيطة بها.
والجرانيت يعتبر أكثر الصخور النارية اتصالا بالبجماتيت (أي أن الاثنين من أصل واحد). ولذلك يعرف البجماتيت باسم بجماتيت جرانيتي ،والمعادن المكونة لصخور البجماتيت تشبه إذن معادن الجرانيت أي تتكون من الكوراتز والفلسبار والميكا بصفة أساسية. ولكن مع وجود فارق واحد وهو أن هذه البلورات توجد في البجماتيت في أحجام كبيرة كدا. ففي بعض الحالات بلغ طول بعض البلورات عدة عشرات السنتيمترات (بدلا من عدة ملليمترات) ، ويكثر نوع الميكروكليين في هذه الصخور (بالنسبة إلى نوع الأرثوكليز الذي يوجد في الجرانتيت.
وأهمية دراسة البجماتيت تنحصر في أن بعض الأنواع تحتوي على معادن ذات قيمة اقتصادية (مثل معادن الليثيوم وأحيانا معادن القصدير والتنجستن) أو بلورات معادن تستعمل أحجار كريمة مثل الزمرد ، وهو نوع من أنواع البيريل Be8Al2Si6O18 ، كذلك فهي مصدر لكثير من البلورات المعدنية الكاملة التي نجد مكانها للعرض في كثير من متاحف المعادن في العالم.
الصخور الرسوبية
تعتبر الصخور الرسوبية ذات أصل ثانوي ، أي أ، المواد المكونة لها آتية من صخور سابقة تفتت وتحللت بفعل العوامل الجوية المختلفة ، وتترسب هذه المواد المفتتة في أماكن تجمعها بواسطة المياه الجارية (الأنهار مثلا) أو الثلاجات أو الرياح. وتقوم عوامل التجوية Weathering بعملية تحلل المعادن المختلفة (التحلل الكيميائي: الأكسدة – التموه – الكربنة – الإذابة) ، وكذلك بتفتيت المعادن (التفتيت الفيزيائية: التمدد والإنكماش بالحرارة والبرودة) ، وينتج من المعادن التي تقاوم التحلل والتفتيت (إلى حد ما) مثل الكوارتز والزركون والجارنت والماجنتيت.
أين تتكون الصخور الرسوبية
إن المسرح الكبير الذي تتم فيه عملية الترسيب من البحر. فأحواض البحار والمحيطات ، مبتدئة من الشواطئ الضحلة للقارات حتى أعمق الأعماق ، هي مآل ونهاية الشوط لإنتقال الموادة المفتتة والمتآكلة من الصخور بواسطة الأنهار في معظم الحالات. وتترسب معظم الرواسب التي يبلغ وزنها ملايين الأطنان سنويا في المياه الضحلة ، قريبا من الأرض، وفي مدى 200 – 300 كيلومترا من الشاطئ ، أما بعيدا عن ذلك ، وعلى قاع البحار والمحيطات فتتراكم الرواسب الدقيقة لأصداف حيوانات مجهرية ، وكذلك الرماد البركاني الدقيق الذي تطوف به الرياح والتيارات الهوائية حول الأرض وينتهي به المطاف ليسقط على سطح البحار والمحيطات ، ثم يهبط إلى القاع. وهناك رواسب تنتج من تآكل وتفتيت الشواطئ بفعل الأمواج وهذه ترسب أيضا على شاطئ البحر في هيئة الحصى والرمال.
أما البحيرات الداخلية فإنها تتلقى رواسب من الأنهار التي تصب فيها وكذلك من الرياح. وهناك في بعض البحيرات تترسب رواسب من الملح أو الجبس أو النطرون (كربونات الصوديوم المائية) نتيجة لبخر مياه البحيرة.
وهناك على سهول الفيضانات وشواطئ الأنهار تترسب كميات ضخمة من الرواسب النهرية. أما في البحيرات الضحلة ، والمستنقعات في المناطق الإستوائية الرطبة ، فتتراكم المواد النباتية لتتحول فيما بعد إلى صخور الفحم.
وهناك رواسب أخرى تترسب مباشرة على الأرض. فعند حواف الهضاب والجبال تتراكم أكوام من المواد الصخرية المهشمة. وفي الصحاري تتراكم أكوام ذات أشكال مختلفة من الرمال والأتربة التي تذروها الرياح ، وتنقلها من مكان إلى آخر. والتي تعرف باسم الكثبان الرملية. وفي بعض البلاد تنفجر ينابيع من باطن الأرض محملة بالمواد المعدنية الذئبة ، لا تلبث أن تترسب حول الينبوع بعد بخر المياه مكونة رواسب معدنية مختلفة ، قد تكون جيرية أو سليكية.
خواص الصخور الرسوبية
تتميز الصخور الرسوبية بصفة عامة بالخواص الآتية:
1- وجودها في هيئة طبقات ، وتتميز هذه الطبقات عن بعضها البعض باللون والسمك والنسيج ، وقد تكون الطبقات أفقية أو مائلة أومجعدة.
2- احتوائها على الحفريات ، وقد تكون هذه كبيرة أو مجهرية.
3- احتواء على بعض المواد المعدنية الخاصة كالبترول والفوسفات والفحم.
4- احتواء بعضها على مسام ، ولهذه المسام أهمية كبرة في توزيع البترول والمياه الأرضية ، والمحاليل المشبعة بالمواد المعدنية ، وكذلك في تخزين الغازات الطبيعية التي توجد تحت سطح الأرض.
التركيب المعدني للصخور الرسوبية
تختلف الصخور الرسوبية في تركيبها المعدني اختلافا كبيرا ، فبعضها يتركب من المواد الكربونية مثل الفحم ، وبعضها يتركب من كربونات الكالسيوم _كالسيت) مثل الصخر الجيري. وبعضها يتركب من مواد سليكية (كوارتز) مثل الصخور الرملية (الأرثوكوارتزيت) ، وبعضها يتركب من معادن مركبات السليكات المائية للألومنيوم (مثل الكاولين) كالصخور الطيفية ويلاحظ وجود المعادن الآتية في كثير من الصخور الرسوبية على النحو الآتي:
1- الكوارتز: يكثر وجوده على الأخص في الرمل والصخور الرملية.
2- الكالسيت: يكثير وجوده في الصخور الجيرية كالحجر الجيري والطباشير.
3- معادن أكاسيد الحديد: يكثر الهيماتيت في الرواسب الحديدية الرملية مثل رواسب الحديد بأسوان ، أما الماجنتيت فيوجد في رواسب الرومال السوداء المنتشرة على شواطئ الدلتا.
4- الجبس: ويكثر وجوده في رواسب البحيرات.
5- الهاليت: ويكثر وجوده في رواسب البحيرات المالحة.
6- الطرونا Tronas (كربونات وبيكربونات الصوديوم المائية) ويكثر وجودها في رواسب الطرانات كما هو الحال في وادي النطرون.
كما توجد معادن الفلسبار والميكا والهورنبلند والثورمالين وغيرها من المعادن المختلفة – ولكن بكميات ضئيلة – في بعض الصخور الرسوبية.
تصنيف الصخور الرسوبية
تصنيف الصخور الرسوبية تبعا لطريقة نشأـها إلى أقسام ثلاثة كمايلي:
1- رواسب ميكانيكية Mechanical sediments: وهذه صخور مكونة من قطع مفتتة من صخور سابقة نقلت وترسبت دون أن يحدث لها تحلل كيميائية ، وكل ما حدث هو تفتت الحبيبات والقطع وترسيبها بواسطة الرياح أو الأنهار أو تكوينها على سفوح الجبال وفي الوديان نتيجة لسقوطها بفعل الجاذبية من قمم الجبال. ومن أمثلة هذه الصخور الكونجلوميرات والرمل والطين.
2- رواسب كميائية Chemical sediments: وهذه صخور تكونت نتيجة مواد تخلفت بعد بخر المحاليل التي تذيبها وتحويها. ويغلب هذا النوع من الرواسب في المناطق الصحراوية الحارة حيث تتعرض مياه البحيرات إلى درجة كبيةر من البخر ، لا يعوض بخار الماء المفقود ما ينزل إليها أحيانا من مياه الأمطار القليلة. وتشمل هذه الرواسب الملح والجبس وبعض أنواع الحجر الجيري.
3- رواسب عضوية Organic sediments: وهي نتيجة تراكم مواد خلفتها الحيوانات أو النباتات. ومعروف أن أغلب النباتات والحيوانات مكون من مواد صبة وأخرى رخوة ، فإذا ماتت هذه الأحياء تعرضت الأجزاء الرخة للتحلل والفناء بينما تبقى المواد الصلبة إذا تراكمت تحت عوامل مناسبة كرواسب قد تتحول فيما بعد إلى صخور. وتشمل هذه الأنواع معظم الصخور الجيرية والطباشير (تتكون من أصداف ومحارات الحيونات المختلفة) والفوسفات والفحم.
أولا – الصخور الرسوبية الميكانيكية
الكونجلوميرات Conglomerate: صخور مكونة من الصحى أو الزلط والرمل ممسك بعضها ببعض ، والقطع الكبيرة منها (الحصى والزلط) مستديرة الشكل ، شكل (182 – أ) نظرا لنقلها بواسطة الأنهار والمياه الجارية وقد تتكون من قطع من الكوارتز أو قطع صخرية (تشمل أكثر من معدن) وذلك يتوقف على المصدر الأصلي لهذه الكونجلوميرات.ويتدرج حجم القطع الصخرية المكونة للكونجلوميرات من حجم كبير (10 سم في القطر) إلى حجم صغير (يثرب من 2 ملليمتر في القطر) وفي هذه الحالة الأخيرة يتدرج الكونجلوميرات إلى الرمل الخشن.
الرمل والصخر الرملي Sands and Sandstones: يطلق لفظ رمل على كل صخر مفكك أو غير متماسك يختلف فطر حبيباته من 3 ملليمتر إلى 1/16 مم ، شكل (182 – ج) ، ويصنف عادة إلى رمل خشن ورمل متوسط ورمل دقيق:
الحصى والزلط: قطر الحبيبات أكبر من 22 مم.
الرمل: خشن جدا: 2 مم – 1 مم.
الرمل: خشن: 1 مم – 1/2 مم.
الرمل: متوسط: 1/2 مم – 1/4 مم.
الرمل: ناعم: 1/4 مم – 1/8 مم.
الرمل: ناعم جدا: 1/8 مم – 1/36 مم.
الطين: غرين: 2/16 مم – 1/256 مم.
الطين: صلصال: أقل من 2/256 مم.
فإذا تماسكت حبيبات الرمل كونت ما يسمى الصخر الرملي Sandstones. والمادة التي تسببب تماسك الحبيات مع بعضها البعض قد تكون سليكات ، أو كربونات (كالسيت) أو أكسيد حديد (هيماتيت أو جرنيت) أو مواد معدنية طينية دقيقة. ويتوقف لون الصخر الرملي إلى درجة كبيرة على لون هذه المادة اللاحمة (أو الماسكة) فإذا كانت سليكا أو كالسيت كان لون الصخر فاتحا: أبيض أو أصفر خفيف أو رمادي ، أما التي تحتوي على أكاسيد الحديد فيكون لنها أحمر أو بني يميل إلى الإحمرار. ويلاحظ أنه عندما يكسر الصخر الرملي فإن الكسر يحدث في المادة اللاحمة وتبقى الحبيبات بدون كسر ، ويكون ململس السطح المكسور حديثا حبيبي. وأهم المعادن المكونة للصخر الرملي (الأرثوكوارتزيت) هو الكوارتز. فإذا احتوى الصخر على كمية كبيةر من الفلسبار فإنه يعرف باسم أركوز Arkose. وإذا كثر معدن الماجنتيت في الرمل أعطاه لونا أوسد ، ويسمى لذلك رملا أسود Black Sand. ويوجد غالبا في هذه الرمال السوداء بعض المعادن التي تحتوي على العناصر المشعة مثل اليورانيوم والثوريوم بجانب بعض العناصر وأملاحها. ومن أمثلة هذه الرمال: الرمل الأسود الذي يحمله النيل إلى البحر المتوسط فيرسب على الشواطئ بالقرب من رشيد ودمياط والعريش. وتستغل الرمال السوداء عن رشيد اقتصاديا الآن حيث يستخرج منها معدن المونازيت (فوسفات السيريوم أساسيا ويوجد به نسبة بسيطة من الثوريوم) والزركون والماجنتيت والألمينيت والجارنت.
توجد الرمال في جمهورية مصر العربية موزعة في مساحات كبيرة جدا بجميع الصحاري المصرية . وخصوصا الصخراء الغربية والجزء الشمالي من الصحراء الشرقية وشبه جزيرة سيناء. وهي إما أن تعطي سهولا ممتدة ومجعدة السطح من جراء تأثير الرياح فيها. وإما أن توجد في هيئة كثبان رملية (أكوام رملية). وهذه ترى قرب الشواطئ المصرية وفي أواسط الصحاري. كذلك توجد الرمال عند أقدام الجبال حيث ألقت بها الرياح التي تحملها.
الصخور الطينية Argillaceous rocks: يطلق لفظ غرين Silt أو صلصال Clay على كل صخر سائب مكون من حبيبات متسوط قطرها أقل من 1/16 من الملليمتر ، وهذه الحبيبات الدقيقة هي في العادة عبارة عن فتات الصخور والمعادن المختلفة.
ولكن كثيرا منها عبارة عن معادن طينية Clay Minerals (سليكات الألومنيوم المائية). والمعادن الشائعة في الصخور الطينية ، بجانب المعادن الطينية هي الكوارتز والميكا الفلسبار. كذلك توجد بالمواد الطينية غالبا بقايا نباتات متحللة أو متفحمة ومواد جيرية. أما اللون الأسود الذي يغلبفي كثير من الصخور الطينية فيرجع إما إلى إنتشار مواد عضوية متحللة (الدبال) أو إلى وجود ذرات نباتية متفحمة أو ذرات من كبريتيد الحديد (البيريت) ، وهناك أنواع من الطين يسودها اللون الأحمر أو الأصفر أو الأخضر لوجود مواد ملونة بها مثل أكاسيد الحديد أو المنجنيز أو سليكات الحديد.
وقد ترتفع نسبة كربونات الكالسيوم في الطين فيسمى طين جيري أو مارل Marl. ويحتوي الطين في العادة على نسبة صغيرة من الماء لا تتجاوز 15% ، فإذا فقد معظم هذا الماء فإنه يتصلب إلى كتل صخيرة تسمى الصخر الطيني ، أما إذا تصلب في هيئة طبقات رقيقة أو صفائح لانضغاط الطين قبل أن يتم جفافه بواسطة ترسب طبقات صخرية أخرى فوقه فإنه يسمى صخر طيني صفحي أو طفل shale شكل (182 – د). وفي العادة يكتسب هذا الصخر خصاية التشقق الصخري وهذه الخاصية تنتج عن وجود معادن الميكا مرتبة في مستويات متوازية حيث ينفصل الصخر الطيني الصفحي أو الطفل إلى صفائح. وتحتوي بعض أنواع الطفل على كميات من زيت البترول تصل في بعض الأحيان إلأى 30 أو 40 جالون في كل طن من الصخر. وتعرف الطفةل في هذه الحالة باسم طفلة زيتية . ويحصل على الزيت من هذا الصخر بواسطة التقطير عند درجات حرارة منخفضة (حوالي 400ºم).
وهناك نوعان آخران من الصخور الميكانيكية هما:
البريشيا Breccia ، الجريواكي Greywacke.
البريشيا: تشبه الكونجلوميرات من ناحية حجم الحبيبات ، أي أنها أكبر من 2 ملييمترا ، ولكنها تختلف عن الكونجلوميرات في أن الحبيبات والقطع الصخرية المكونة لها مهشمة وذات زوايا حادة (بدلا من القطع السمتديرة) ، شكل (182 – ب) ومتماسكة مع بعضها البعض ، في الغالب بواسطة موادة معدنية ترسبت من المحاليل وسببت الالتحام. وتوجد البريشيا غالا في الصخور الجيرية التي تصدعت وتكسرت ، فتظهر البريشيا في مستوى الصدع نتيجة لتكسير الصخور وتهمشيمها أثناء انتقال كتل الصخور على جانبي الصدع.
أما الجريواكي: فيشبه الصخر الرملي ولونه رصاصي أو أخضر داكن ، ويتكون من معادن الكوارتز والفلسبار وكمية كبيرة من المعادن السوداء (أهمها معدن كلوريت وهو معدن أخضر يشبه الميكا في انفصامه ، وتركيبه سليكات مائية للألومنيوم والحديد والمغنسيوم) والحبيبات بصفة عامة حادة الزوايا (ولذلك يسمى في بعض الأحيان بريشيا دقيقة).
ثانيا – الصخور الرسوبية الكيميائية:
تتكون هذه الرواسب نتيجة لبخر المحاليل الملحية وتراكم المواد المعدنية من المحاليل. والمعدن الذي يترسب أولا هو المعدن الأقل ذوبانا ، أما المعدن الأكثر ذوبانات فيترسب في النهاية.ومن أهم أمثلة الصخور الرسوبية الكيميائية الجبس والملح والأنهيدريت.
الجبس Gypsum: وهو أول معدن يترسب بكميات كبيرة عند بخر مياه البحار ، وتحت ظروف مواتية تتكون طبقات سميكة من الجبس. ويتكون الصخر الناتج من حبيبات دقيقة ولكن في بعض الأحيان قد يظهر المعدن في هيئة ألياف أو صفائح . ويوجد