Mineraalid ja kivimid. (1)

Mis on mineraalid ja kivimid?
Mineraalid on kindla keemilise koostise ja enamasti kristallilise struktuuriga looduslikult esinevad anorgaanilised tahked ained.
Kivimid on maakoort moodustavad mineraalide kogumid. Mõned kivimid, nagu kvartsiit (puhta kvartsi massid) ja marmor (puhta kaltsiidi massid) koosnevad põhiliselt ühest mineraalist. Enamik kivimeid koosneb siiski mitmest mineraalist.
Korund / Corundum
Koostis / struktuur
 
Korund on alumiiniumoksiid (Al2O3). Korundi kristall on romboeedrilise sümmeetriaga (primitiivne rakk on romboeeder). Kui kvartsi (SiO2) amorfne modifikatsioon – kvartsklaas esineb nii loodulikult kui on saadav tehislikult, siis klaasi saamine alumiiniumoksiidist õnnestus alles äsja (A Rosenflanz et al. 2004 Nature 430 761).
 
Omadused
 
Puhas korund on värvusetu, tihedus 3,9 – 4,1, kõvadus 9 ( teemandi järel kõvaduselt teine looduslik mineraal), murdumisnäitaja 1,76 – 1,77, soojusjuhtivus (RT) 40 W/m·K.
 
Saamine
Looduslikud korundi erimid on rubiin ja safiiri, millele värvuse annavad lisandid alumiiniumoksiidi võres. Alumiiniumoksiidi (i.k. alumina) toodetakse mitmesuguste rakenduste tarbeks suuremates kogustes Al- maagist boksiidist nn. Bayeri protsessi abil, sh. on ta vaheproduktiks metallilise alumiiniumi tootmisel.
 
Rakendused
 
Abrasiivmaterjalina. Kõrgtemperatuurse tehnilise keraamika valmistamiseks. Alumiiniumoksiidi puudrit kasutatakse kromatograafias sorbendina. Metallilisest alumiiniumist ja alumiiniumisulamitest detaile saab katta alumiiniumosksiidi kattekihiga menetluse abil mida tuntakse anodeerimise nime all. Alumiiniumi anodeerimine on alumiiniumi pinnale elektrogalvaanilisel teel oksiidikihi kasvatamine. Eeltöödeldud pinnale kasvab elektrolüüsivannis väävelhappe lahuses kärgjas alumiiniumoksiidi kiht. Poorse struktuuri tõttu on taoline pinnakate hõlpsasti värvitav, kuumas värvilahuses poorid sulguvad ja “kapseldavad” värvi enda sisse. Anodeerimine on laialdaselt kasutatav meetod metallipindade kaitsekihiga katmiseks ja neile dekoratiivse (mõnel juhul ka funktsionaalse – mustad pinnad optilistes seadmetes) välimuse andmiseks .
Rubiin / Ruby
Koostis / struktuur  
Rubiin ( lad ruber , ‘punane’) on alumiiniumoksiid ( korund, Al2O3), milles umbes 1% Al 3+ ioone on asendunud Cr 3+ ioonidega. Korundi kristall on romboeedrilise sümmeetriaga (primitiivne rakk on romboeeder).
 
Omadused  
Punase värvusega, tihedus 3900 – 4100 kg/m3, kõvadus 9 (Mohs’i skaalal), murdumisnäitaja 1,76 – 1,77, soojusjuhtivus (RT) 40 W/m·K.
 
Saamine
Looduslik (tähtsamad leiukohad Myanmaris, Indias, Tais , Sri Lankal , Austraalias, Zimbabwes, Madagaskaril, Brasiilias). Suurim looduslik rubiin ( 1184 karaati) leitud Myanmaris.
Tehislik (A. Verneuil, 1902 : rubiini monokristallide leekfusioonkasvatus).
 
Rakendused  
Juveelid, laserite aktiivelemendid*, optilised kõrgrõhuandurid.
*Rubiini kristall oli esimese laseri aktiivelemendiks, selle tööd demonstreeris Dr. Theodore Maiman 16. mail 1960. a. (Hughes Research Laboratories, Malibu, California, USA).
Boksiit
Boksiit on settekivim , mis koosneb peamiselt alumiiniumoksiidist ja alumiiniumhüdroksiidist. Boksiit on peamine alumiiniumimaak.
Lisandeiks võivad olla ränidioksiid, raudhüdroksiidid, savimineraalid jne. Peamised koostismineraalid on gibsiit, bömiit ning diaspoor. Varem peeti boksiiti savimineraaliks, mille keemiline valem on: Al2O3·2H2O. Värvuselt on boksiit hallikas, pruun, kollakas või punakaspruun .
Boksiit tekib niiskes ja soojas kliimas alumiiniumi sisaldavate kivimite porsumisel.
Suurimad boksiidivarud on Guineal, Austraalial ja Brasiilial .
Boksiidile on andnud nime Les Baux de Provence Lõuna-Prantsusmaal, kust varem boksiiti kaevandati.
Teemant
Teemant on süsiniku allotroopne vorm.Teemant on kuubilise süngoonia mineraal. Teemandi lõhenevuspindade vahele jäävad osad on oktaeedrilised. Lõhenevuse tõttu on teemant habras , eriti löökkoormustel.Tema tihedus on 3,5 g/cm³. Teemant on kõige kõvem looduslik mineraal.Teemant on läbipaistev, kui defektid või lisandid tema läbipaistvust ei vähenda. Tal on suur murdumisnäitaja ja tugev dispersioon, ent kuubilise süngoonia tõttu puudub kaksikmurdumine. Puhas teemant ei juhi elektrit, kuid juhib väga hästi soojust – paremini kõigist tahketest ainetest, kaasa arvatud metallid. Kuumutamisel reageerib teemant hapnikuga ja muude ainetega, samuti lahustub sulatatud metallides. Normaalrõhul on teemant metastabiilne, kuid teemandi muundumine grafiidiks toimub inertses keskkonnas märgatava kiirusega alles temperatuuridel üle 1200°C. Mitmed süsinikku lahustavad metallid, sealhulgas raud, kiirendavad seda protsessi.Teemandi lihvimisel saadakse hinnalisim vääriskivi briljant .Maailma suurimad teemandikaevandused asuvad Lõuna-Aafrika Vabariigis. Teemandid tekivad vahevöö ülaosas, kus nende moodustumiseks on piisav rõhk.
Omadused
Keemiline valem
C
Mineraaliklass
ehedad elemendid
Molekulmass
12,01
Värvus
värvitu, valge, hall, kollane, sinakas , must
Tihedus (g/cm³)
3,50...3,53
Kõvadus
10 (etalonmineraal)
Lõhenevus
täiuslik
Süngoonia
kuubiline
Punktigrupp
kuubiline heksoktaeedriline
Kriips
värvitu
Murdepind
karpjas
Läige
teemandi
Grafiit/Graphite
 
 
 
Koostis / struktuur
 
Keemilise elemendi süsiniku ( Carbon , C) allotroopne vorm. Koosneb tasanditest, milles süsiniku aatomid on seotud tugevate kovalentsete sidemetega, moodustades korrapärastest kuusnurkadest koosneva struktuuri. Üks taoline kvaasilõpmatu tasand kannab grafeeni nimetust . Naabertasandite vahel on aga ainult nõrk van der Waalsi interaktsioon, see annab grafiidile tugevalt anisotroopsed omadused. Grafiidi kristallvõre on heksagonaalse sümmeetriaga. Nn. pürolüütilises grafiidis paiknevad süsiniktasandid väga korrapäraselt ja sisaldavad vähe defekte.
 
Omadused
 
Musta “rasvase” värvusega, tihedus 1900 ... 2250 kg/m3 (ülempiirile vastavale väärtusele läheneb pürolüütiline grafiit), kõvadus 1 ... 2. Grafiit sublimeerub temperatuuridel 3652 ... 3697 °C. Pürolüütiline grafiit on tugevaim tuntud harilik (mitteülijuhtiv) diamagneetik, tema magnetiline vastuvõtlikkus on suurima väärtusega sihis - 4,5·10-4 (võrdle väärtusega –1,7·10-4 vismuti jaoks).
 
Saamine
Looduslik (leiukohad Indias, Sri Lankas , Kanadas, Vene Föderatsioonis). Tehislikult saadakse pürolüütilist grafiiti puhaste gaasiliste süsivesinike termilisel lagundamisel (pürolüüsil).
 
Rakendused
 
Pliiatsisüdamikes, määrdena ja määrete koostises. Neutronite aeglustajana tuumareaktorites.