الخواص الفيزيائية للمعادن

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

بعض الخصائص الفيزيائية للمعادن الشائعة

المكسر	الصلادة	المخدش	البريق	اللون	الثقل النوعي	الرمز	اسم المعدن		فئة المعدن
مسنن	2.5ـ3	أصفر ذهبي	فلزي	أصفر ذهبي	19.3	Au	Gold	ذهب	العناصر العنصرية
مسنن	2.5ـ3	أحمر نحاسي	فلزي	أحمر نحاسي	8.9	Cu	Copper	نحاس
مسنن	2.5ـ3	أبيض فضي	فلزي	أبيض فضي	10.5	Ag	Silver	فضة
لا يوجد	1ـ2	رمادي مسود	فلزي	أسود حديدي	2,2	C	Graphite	جرافايت
محاري	2.5	أبيض	دهني صمغي	أصفر ليموني	2.1	S	Sulpher	كبريت
تحت محاري	2.5	رمادي	فلزي	رمادي رصاصي	7.6	Pbs	Galena	جالينا	الكبريتيدات
تحت محاري	2.5	قرمزي	ألماسي معتم	أحمر أرجواني	8.1	Hgs	Cinnabar	سينابار
محاري	3.5ـ4	بني	صمغي	أصفر ـ بني	4.2	Zns	Sphalerite	سفالبرايت
محاري	2.5ـ3	رمادي أدكن	فلزي	رمادي رصاصي	5.8	Cu2S	Chalcosite	كالكوسايت
غير مستوٍ	6	رمادي	فلزي	فضي ـ رمادي	6.1	FeAsS	Arseno Pyrite	أرسينوبايرايت
محاري	6.5	أسود مخضر	فلزي	أصفر نحاسي	5.2	FeS	Pyrite	بايرايت
محاري	3.5ـ4	أسود مخضر	فلزي	أصفر ذهبي	4.2	CuFeS2	Chalcopyrite	كالكوبايرايت
ـ	1ـ1.5	رمادي غامق	فلزي	رمادي رصاصي	4.7	MoS2	Molybdents	مولبيدنيت
محاري	2	أبيض	زجاجي	عديم اللون	2.3	CaSO4.2HO	Gypsum	الجبس	الكبريتات
غير مستوٍ	3ـ3.5	أبيض	زجاجي	عديم اللون	3	CaSO4	Anhydrite	الأنهيدرايت
محاري	3ـ3.5	أبيض	زجاجي	عديم اللون	4.5	BaSO4	Barite	بارايت
ـ	5	أبيض	زجاجي	أخضر بني	3.2	CaSO4	Apatite	أباتيت	الفوسفات
محاري	3	أبيض	زجاجي	عديم اللون	2.7	CaCO3	Calcite	كالسايت	الكربونات
تحت محاري	3.5ـ4	أبيض	زجاجي	أبيض رمادي	2.9	CaCO3	Arogonite	أراجونيت
غير مستوٍ	3.5ـ4	أبيض	زجاجي	رمادي	3.9	FeCO3	Siderite	سيدرايت
محاري	3.5ـ4.5	أبيض	زجاجي	أبيض رمادي	3	MgCO3	Magnesite	ماجنزايت
تحت محاري	3.5ـ4	أبيض	زجاجي لؤلئي	أبيض	2.9	CaMg(CO3)2	Dolomite	دولومايت
تحت محاري	6	بني محمر	فلزي	أسود حديدي	5.2	FeO3	Hematite	هيماتايت	الأكاسيد
تحت محاري	5.5 ـ 6.5	أسود	فلزي	أسود حديدي	5.2	Fe3O4	Magnatite	ماجناتايت
ـ	5ـ5.5	بني مصفر	فلزي	بني مصفر	4.7	2FeO3.3H2O	Limonite	ليمونايت
غير مستوٍ	9	أبيض	زجاجي	رمادي	4	Al2O3	Corundum	كورندوم
ـ	2ـ2.5	أسود	فلزي	أسود حديدي	5.2	MnO2	Pyrolusite	بيرولوسايت
غير مستوٍ	5.6ـ6	بني فاتح	ألماسي	بني محمر	4.5	TiO2	Rutile	روتيل
تحت محاري	4	أصفر	تحت ألماسي	أحمر	6.7	ZnO	Zincite	زنكايت
غير مستوٍ	5.5	بني أدكن	تحت فلزي	أسود حديدي	4.8	FeCr2O4	Chromite	كرومايت
محاري	2ـ2.5	أبيض	زجاجي	عديم اللون	2.2	NaCl	Halite	هاليت	الهاليدات
محاري	4	أبيض	زجاجي	عديم اللون	3.3	CaF2	Fluorite	فلورايت
محاري	7	عديم اللون	زجاجي	عديم اللون	2.6	SiO2	Quartz	المرو	السليكات
غير مستوٍ	6	عديم اللون	زجاجي لؤلئي	أبيض	2.6	KalSi3O8	Orthoclase	أورثوكليز
غير مستوٍ	6ـ6.5	عديم اللون	زجاجي لؤلئي	أبيض	2.6	KalSi2O8	Microcline	ميكروكلين
غير مستوٍ	6	عديم اللون	زجاجي	أبيض	2.7	NaAlSi3O8	Albite	البايت
غير مستوٍ	6	عديم اللون	زجاجي	أبيض	2.7	CaAl2Si2O8	Anorthite	أنورثايت
مرن	2ـ2.5	أبيض	زجاجي لؤلئي	عديم اللون	2.8	Kal3Si3O10(OH)2	Muscovite	مسكوفايت
مرن	2.5ـ3	عديم اللون	زجاجي لؤلئي	أسود	3.2	K(Mg, Fe)3AlSi3)10(OH)2	Biotite	بايوتايت
غير مستوٍ	5.5ـ6	أبيض	زجاجي	أبيض	3.3	Si3O10(OH)2	Diopside	دايوبسايد
محاري	1	أبيض	لؤلئي	أبيض	2.8	Mg3Si4O10(OH)2	Talc	تلك

الخصائص الفيزيائية للمعادن

        الخصائص الفيزيائية للمعادن، هي من النواتج المباشرة للتركيبة الكيماوية للمعادن وبناء بلوراتها. وتستخدم هذه الخصائص في تعرُّف المعادن المختلفة، سواء في الحقل أو في المختبر. ومظهر البلورة Crystal Habit، والانفصام Cleavage، والانفصال Parting، والمكسر Fracture، والصلابة Hardness، والتماسكية Tenactiy، والكثافة النوعية Specific Gravity، واللون Color، والمخدش Streak، والبريق Luster، والشفافية Diaphaneity، والطعم Taste، والرائحة Odour، والملمس Touch، والمغناطيسية Magnetism، والكهربية Electricity والإشعاعية Radioactivity، والانصهارية Fusibility، والذوبان Salubility ـ كل أولئك من أهم الخصائص الفيزئائية للمعادن، التي يسهل تمييزها، من دون أجهزة معقدة.

أ.	مظهر البلورة Crystal Habit          مظهر البلورة، هو شكلها الخارجي، الذي يعكس الترتيب الداخلي للذرات المكونة لها. وعندما يتاح لبلورة المعدن أن تنمو، من دون مضايقة في المكان، فإنها ستتكون بلورة، لها أسطح، تعكس تركيبها الداخلي، وتميز المعدن من بقية المعادن. ولكن الفراغ يكون، في أغلب الأوقات، محدوداً جداً؛ ما يقاطع نمو البلورة، فلا يكون لها مظهر مميز.
ب.	اللون Color         اللون الواحد من أوضح الخصائص الفيزيائية للمعدن؛ إلا أنه لا يعول عليه كثيراً في تَعَرُّفه؛ لأن أي شائبة، تعتري تركيبته، تعطيه أنواعاً متعددة من الألوان. فالمرو Quartz العديم اللون، مثلاً، يكون بنفسجياً (أماثيست Amethyst)، إذا احتوى على آثار من عنصر التايتانيوم Ti؛ ويكون أحمر (جاسبر Jasper)، إذا احتوى على شيء من عنصر الحديد. ويسمى اللون المستجد باللون الدخيل Exotic. أما اللون المتأصل Inherent، فهو الذي يعتمد على التركيبة العامة للمعدن؛ كاللون الأصفر للذهب، واللون الأحمر للنحاس. وهناك العديد من الظواهر المتعلقة باللون، أهمها: 1- تلاعب الألوان Play of Colors         المعني بتلاعب الألوان، هو تغيّر لون المعدن، تبعاً لتغيّر زاوية سقوط الضوء على البلورة، أو نتيجة للانعكاس الانتقائي للضوء، أو لكليهما معاً، كما هو الحال في معدن الألماس. 2. التضوئة Luminescence          وتنتج هذه الظاهرة من تعرُّض بلورة المعدن، وخاصة في الظلام، لطاقة خارجية، مثل الكهرباء، أو الاحتكاك، أو الأشعة البنفسجية؛ إذ تصدر بلورة المعدن ضوءاً وهاجاً، ذا لون، هو غير لونها الأصيل؛ مثل بلورة الكالسايت Calcite، التي تصدر ضوءاً أحمر متوهجاً، إذا تعرضت للأشعة فوق البنفسجية.
ج.	المخدش Streak          المخدش هو لون برادة المعدن أو مسحوقه. وهو لا يتغير، كما يتغير لون المعدن؛ ما يجعله خاصية، يعتمد عليها في تعرُّف المعادن. يتأتّى المخدش من حك المعادن، التي تقلّ صلادتها عن 6، بمقياس موس Mohs على سطح غير مصقول لقطعة خزف، تعرف باسم لوح المخدش.
د.	البريق Luster          وهو الأشعة المنعكسة من سطح المعدن. ويصنف على أساس كمية الضوء المنعكس، كما يلي: 1- بريق باهر Splendent          يحْدثه انعكاس جميع الأشعة، الساقطة على سطح المعدن، في النطاق المرئي، فيبدو كالمرآة. 2- بريق ساطع Shining          وفي هذا النوع من البريق، يكون الانعكاس أقلّ منه في البريق الباهر. 3- بريق لامع Glimmering          وهو البريق الأقل من الباهر، وينجم عنه انخفاض نسبة الأشعة المنعكسة.          وتنقسم المعادن، على أساس البريق، إلى قسمَين: 1- معادن فلزية البريق Metallic Luster: وتمثلها الذهب والنحاس والجالينا. 2- معادن لا فلزية البريقon-Metallic Luster وتشمل سبعة أنواع من البريق، وهي: أ- البريق الألماسي: مثل بريق معادن الألماس والكورندم والكبريت. ب- البريق الزجاجي Vitreons Luster ويشبه البريق الناتج من الزجاج المكسور؛ كما هو الحال في معدنَي المرو والتوباز. ج- البريق الصمغي Resinous Luster ويشبه بريق الصمغ؛ ومن أمثلته بريق معدنَي الكبريت والسفاليرايت Sphalerite. د- البريق اللؤلئي Pearly Luster: ومن أمثلته بريق معدنَي التلك Talc والجبس. هـ- البريق الحريري Silky Luster: مثل بريق معدن الأسبستوس Asbestos. و- البريق الترابي Dull Luster: مثل بريق معدن الماجنيزايت Magnesite. ز- البريق الزفتي Pitchy Luster: مثل بريق معدن البتشبلند Pitchblende.
	هـ. الصلادة Hardness          يقصد بالصلادة مدى مقاومة سطح المعدن الناعم للخدش. وتُعَد من أهم الخصائص الفيزيائية، لتعرُّف على المعادن، في الحقل. وتُحدد بملاحظة مدى السهولة، التي يخدش بها معدن بمعدن آخر، أو بالظفر أو نصل سكين. وتُقاس الصلادة، عادة، بمقياس موس Mohs، الذي يقسم صلادة المعدن إلى عشر درجات ثابتة (1ـ10) تمثل كل درجة صلادة معدن معين . غير أن مقدار التدرج في هذا المقياس غير ثابت، أي أن الفارق بين معدن، صلادته 1، ومعدن آخر صلادته 2 ـ لا تساوي الفارق بين معدنَين، صلادة أحدهما 9، والآخر 10 على مقياس موس؛ فالفارق، مثلاً، بين معدنَي الكورندوم والألماس، اللذَين تبلغ صلادة كلٍّ منهما على التوالي 9 و10 على ذلك المقياس، يفوق كثيراً الفارق بين معدنَي التلك والجبس، اللذين يمكن خدشهما بظفر، ويمثلان الرقمَين 1 و2، على التوالي، في المقياس نفسه.          وتُحدَّد صلادة المعدن كما يلي: 1- يحدَّد المدى التقريبي لصلادة معدن، بمحاولة خدشه بظفر؛ وهو يستطيع أن يخدش صلادة 2.5. فإن لم يخدشه، تجرب قطعة نقود نحاسية؛ وهي تخدش صلادة 3.5. ثم قطعة زجاج، وهي تخدش صلادة 5.5، ثم نصل سكين، وهو يخدش صلادة 6.5. 2- إذا خُدش المعدن المجهول بأي من الأدوات السابقة، فإن صلادته تكون أقلّ من صلادتها. ويمكن، إذاً، تحديد صلادة المعدن المجهول تحديداً أدق بمعادن، تقلّ صلادتها عن صلادة الآلة، المستخدمة في فحصه.          والتغير في تركيبة المعدن، وعمليات التجوية المختلفة، يسببان تغير صلادة المعدن، عن الدرجة المعروفة له على مقياس موس. لذلك، يشترط إجراء فحص الصلادة على الأسطح الحديثة، التي لم تتعرض للتجوية. كما يجب تأكيد لون المخدش (لون المسحوق)، لمعرفة أي من المعدنَين هو المخدوش؛ إذ قد يكون المعدن المستخدم في الخدش، هو الذي انخدش، وليس العكس.
و.	الانفصام Cleavage          الانفصام هو قابلية المعدن للتشقق، على طول الأسطح ذات الروابط الكيماوية الضعيفة، والتي تسمى بمستويات الانفصام Cleavage Planes. وغالباً ما تنفصم المعادن في عدد من مستويات الانفصام .
ز.	الانفصال Parting          الانفصال هو تكسر المعدن أجزاء صغيرة، على طول مستويات الضعف في بلورته، وليس لمستويات الضعف هذه علاقة بالبناء البلوري الداخلي للمعدن. ويرجع وجودها، عادة، إلى عوامل خارجية، لاحقة لعملية التبلور، مثل الضعف والإجهاد.
	ح. المكسر Fracture          المكسر هو شكل سطح المعدن، عندما يكسر في اتجاه مخالف لاتجاه مستويات الانفصام. ويأخذ شكل المكسر أشكالاً عدة، أهمها: 1- المكسر المحاري Conchoidal Fracture          يظهر سطح المعدن المكسور، على شكل خطوط مقوسة، كالأصداف. ويسود هذا النوع من المكسر في المعادن، التي تكون قوة الروابط الداخلية فيها متساوية، في جميع الاتجاهات؛ مثل معدنَي المرو (الكوارتز) والصوان. 2- المكسر المشرشر Hachy Fracture          يشبه هذا النوع من المكسر مكسر الخشب. وينتج الكسر بروزات غير منتظمة، وأسناناً حادة؛ مثل معدن النحاس. 3- المكسر المستوي Even Fracture          ويكون المكسر، في هذا النوع، على شكل سطح مستوٍ؛ مثل معدن الجالينا Galena. 4- المكسر غير المستوي Uneven Fracture          هذا النوع من المكسر، هو أكثر الأنواع شيوعاً في المعادن. ويكون سطح المكسر خشناً غير مستوٍ، ينتشر فيه بعض النتوءات.
ط.	التماسكية Tenacity          التماسكية هي درجة مقاومة المعدن للكسر، أو الثني، أو التفتيت، أو السحب، أو الطرق. وتصنف المعادن، حسب تماسكيتها، كما يلي: 1- قابل للسحب Ductile          يكون المعدن قابلاً للسحب، إذا أمكن تشكيله، بالطرق، ألواحاً رقيقة؛ مثل معدنَي الذهب والنحاس. 2- لين Sectile          يكون المعدن ليناً، إذا كان من السهل تقشيره، أو تقطيعه شرائح بالسكين؛ مثل معدنَي الجبس والجرافايت. 3- قابل للطرق Malleabile          ويوصف المعدن بهذه الصفة، إذا استجاب للطرق، من دون تكسر أو تفتت؛ مثل معدن الفضة. 4- مرن Elastic          وتطلق هذه الصفة على المعادن القابلة للطي أو الثني، والتي تعود إلى حالتها الأولى، عند زوال القوة، التي أدت الطي أو الثني؛ مثل معدنَي المسكوفايت Muscovite والبايوتايت Biotite. 5. متشكل Flexibile          وتطلق هذه الصفة على المعادن، التي تنثني، من دون أن تنكسر؛ وتبقى على هذه الحالة، من دون الرجوع إلى حالتها الأولى، حتى بعد زوال القوة، التي أدت الانثناء؛ مثل معدن التلك Talc. 6. هش Brittle          ويوصف المعدن بأنه هش، إذا كان ينكسر بيسر وسهولة، بالطرق الخفيف؛ مثل معدنَي الكبريت Sulphur والكالينايت Kaolinite.
ي.	الثقل النوعي Specific Gravity          الثقل النوعي للمعدن هو النسبة بين كتلته وكتلة حجم مساوٍ له من الماء، عند حرارة 4 درجات مئوية. لذا، يكون وزن المعدن، الذي كثافته النوعية 2؛ ضعف وزن كمية من الماء، مساوية له في الحجم. ويتوقف الثقل النوعي للمعدن على تركيبته الكيماوية، وبنائه البلوري، أو طريقة رص الذرات في البلورة؛ فالثقل النوعي للذهب 19.3، بينما للنحاس 8.9. أما تأثير البناء البلوري للمعدن في كثافته النوعية، فيتجلى في الفارق بين الكثافة النوعية لمعدنَي الألماس والجرافايت، المتماثلَين في تركيبتهما الكيماوية (كربون)؛ ولكنهما مختلفا البناء البلوري؛ فهو للألماس مكعبي، وللجرافايت سداسي، وكثافة الأول النوعية تبلغ 3.5، بينما هي في الثاني 2.3. كذلك معادن المرو Quartz والكريستوباليت Cristobalite والتريديمايت Tridymite، متشابهة في التركيبة الكيماوية  (SiO4). إلا أن البناء البلوري للمرو ثلاثي Trigonal، وللكريستوباليت مكعبي Cubic، وللتريديمايت معين قائم Orthorhombic؛ وكذلك كثافتها النوعية مختلفة، فهي للأول 2,65، وللثاني 2.32، والثالث 2.26.          وتصنف المعادن، التي كثافتها النوعية أقلّ من 2.3، على أنها معادن خفيفة Light؛ وتلك التي تراوح كثافتها النوعية بين 2.3 و4.5 متوسطة؛ أما التي تفوق كثافتها 4,5، فهي ثقيلة. أمثلة من المعادن ذات الأعداد المختلفة لمستويات الانفصام المثال عدد مستويات الانفصام مرو (كوارتز)، أولفين عديم الانفصام فلسبار ثنائي (متعامدة) هورنبلند ثنائي (غير متعامدة) هاليت (ملح الطعام) ثلاثي (متعامدة) كالسيت ثلاثي (غير متعامدة) فلورايت ثماني سفالورايت سداسي