Minéraux

Un atome est la plus petite subdivision de la matière. Un atome se compose de trois types de particules. Le noyau , ou le centre, d'un atome contient les particules neutres, appelées des neutrons , et les particules franchement chargées, appelées les protons . Autour du noyau est une région légèrement peuplée qui contient des électrons , particules avec une charge électrique négative. Vous pouvez décrire un atome comme système solaire miniature. Le soleil représente les protons et des neutrons. Orbite d'électrons le noyau tout comme l'orbite de planètes le soleil (sauf que des planètes restent dans le même plan). Dans un atome, le nombre de protons et le nombre d'électrons sont égaux; donc, l'atome est neutre ou n'a aucune charge électrique. Si un atome gagne ou détruit des électrons, la charge de l'atome devient négative ou positive, respectivement. Des atomes chargés s'appellent les ions . Si vous avez déjà frottés vos pieds sur un tapis et avez alors touché une molette de porte, vous êtes porteur d'une charge électrique. Un élément est une substance qui ne peut pas se décomposer en d'autres substances par des moyens chimiques ordinaires. Un atome d'un élément aura toutes les caractéristiques de cet élément. Bien que vous ne puissiez pas le réaliser, vous êtes déjà au courant de plusieurs éléments. Par exemple, l'élément carbone est dans les diamants, utilisés pour des bijoux, et dans le graphite, utilisé dans les mines de crayon. Nous utilisons également les éléments or et argent pour des bijoux. Nous avons besoin de l'élément oxygène dans l'air que nous respirons. Nous nous inquiétons de l'anhydride carbonique émis en nos voitures. L'anhydride carbonique est un composé , ou une combinaison de deux éléments ou plus. Dans le cas de l'anhydride carbonique, deux atomes de l'oxygène combinent avec un atome de carbone. Un autre composé commun, sel de table, est fait des éléments sodium et chlore.

Tableau 1. Composition moyenne de la croûte

Élément (symbole)	% en poids
Oxygène (O)	46.6
Silice (Si)	27.7
Aluminium (Al)	8.1
Fer (Fe)	5.0
Calcium (Ca)	3.6
Sodium (Na)	2.8
Potassium (K)	2.6
Magnésium (Mg)	2.1
Total	98.8

Huit éléments se combinent pour faire la plupart des minéraux et roches trouvés dans la croûte de terre. Les éléments sont l'oxygène, silicium, aluminium, fer, calcium, sodium, potassium, et magnésium. Les lettres dans les parenthèses sont des abréviations. Vous pouvez déjà être quelque peu au courant de quelques formes de ces éléments. Le silicium combine avec deux atomes de l'oxygène (dans la nomenclature du chimiste, du SiO2, ou de la silice) pour faire le quartz minéral, qui est commun sur beaucoup de plages des continents. La silice est également utilisée pour le verre de fenêtre. L'aluminium est utilisé pour des canettes de soda. Du fer est utilisé pour la carrosserie des automobiles et réagit avec l'oxygène de l'air pour produire de la rouille. Du magnésium est utilisé dans les fusées. Le calcium est un composant important dans nos dents et os. Le sodium dans sel de table. Le potassium est utilisé en engrais. Le titane est combiné avec d'autres métaux pour produire les alliages, qui sont des métaux plus résistants.

La plagioclase est un minéral commun dans les beaucoup de roche volcanique. Photo par ãSteve Mattox.

Un minéral , par définition, doit satisfaire cinq conditions:

1. Il doit être naturel.

2. Il doit être inorganique.

3. Ce doit être un élément ou un composé plein.

4. Il doit avoir une composition définie.

5. Il doit avoir une structure en cristal interne régulière.

Cette définition exclue les milliers de composés inventés par des humains dans les laboratoires parce que ces composés ne sont pas naturels. Des composés qui sont trouvés dans seulement des usines ou des animaux sont également exclus. Des liquides sont exclus parce qu'ils ne sont pas cristallins, leurs atomes sont libres pour se déplacer. Les minerais peuvent être un élément simple, comme le diamant, qui est fait de carbone des composés de deux éléments ou plus, comme le quartz, qui contient un silicium et deux atomes d'oxygène. La composition définie indique qu'une analyse chimique d'un minéral donné produira toujours le même taux des éléments. Par exemple, le quartz aura toujours un silicium pour chaque deux atomes d'oxygène. Par conséquent, des minerais peuvent être exprimés par des formules chimiques, telles que SiO2 pour le quartz.

Ions communs dans les minéraux. Les tailles et les charges relatives sont indiquées.

Dans certains minéraux, les éléments sont de taille et la charge semblable ils se remplacent l'un l'autre. La quantité de fer et magnésium dans l'olivine change de parce que ces éléments peuvent se remplacer l'un l'autre dans la structure du minéral. La formule pour l'olivine, (Mg, Fe)2SiO4, indique que pour chaque deux atomes de magnésium et/ou de fer, il y a un atome de silicium et quatre atomes d'oxygène. La substitution du sodium pour le calcium se produit dans le plagioclase.

La structure cristalline interne régulière indique que les atomes sont arrangés dans une configuration de répétition régulière. Ce diagramme montre la structure de la halite. Des atomes le chlore et le sodium sont arrangés dans une configuration de répétition tridimensionnelle.

Un autre agencement de base, le tétraèdre de silice, se compose d'un atome de silicium entouré par quatre atomes d'oxygène aux coins du tétraèdre. Le tétraèdre de silice est une unité de base de structure pour un groupe important de minéraux appelés les silicates . Ce diagramme montre quatre représentations du tétraèdre de silice.

A. L'oxygène est représenté par les sphères blanches et silicium par la sphère rouge plus petite.
B. Une vue augmentée avec des tiges représentant des liens entre les atomes.
C. Représentation schématique du tétraèdre, avec quatre points représentant les emplacements des atomes d'oxygène.
D. Représentation schématique du tétraèdre regardant vers le bas d'en haut.

En mettent en commun les atomes d'oxygène adjacents, le tétraèdre peut former des chaînes, des feuilles, et des structures tridimensionnels.

A. La structure de l'olivine est basée sur le tétraèdre isolé de silice.
B. Les minéraux du pyroxène sont faits d'une chaîne simple de tétraèdres.
C. Les minéraux d'amphibole sont faits d'une double chaîne de tétraèdres.
D. Les micas, comme la biotite, sont des feuilles de tétraèdres.
E. Les structures de silicates , comme le plagioclase et le quartz, sont les réseaux tridimensionnels de tétraèdres de silice.

Tableau 2. Minerais communs dans la roche volcanique.

Les minéraux de couleur clair (formule)		Minéraux colorés (formule)
Feldspath:		Olivines	(Mg,Fe)2SiO4
Plagioclase	(Ca,Na)AlSi3O8	Pyroxènes
Orthoclase	KAlSiO8	Hypersthène	(Mg,Fe)SiO3
Anorthoclase	(K,Na)AlSi3O8	Pigeonite	Ca(Mg, Fe) Si2O6
Quartz	SiO2	Augite	Ca(Mg,Fe)SiO6(Al, Fe)O3
Néphéline	NaAlSiO4	Biotite	K(Mg, Fe)ÁlSiO10(OH)2
		Magnétite	FeO4
		Hématite	Fe2O3

Plus de quatre mille minéraux ont été découverts. Heureusement pour des géologues, seulement environ cent de ces derniers sont abondants et communs dans la roche de la croûte terrestre. La liste de minéraux communs dans la roche volcanique est encore plus petite. Les minéraux peuvent être groupés par couleur. Les minéraux qui contiennent le fer (Fe) et le magnésium (Mg) sont foncés en couleurs. Ces minéraux désignés souvent sous le nom des minéraux mafic ou ferromagnésiens. L'absence de magnésium et de fer dans un minéral a comme conséquence une couleur relativement plus claire. Les géologues emploient les propriétés physiques d'un minéral pour l'identifier. Ces propriétés incluent la couleur, la rayure, l'éclat, le clivage, la densité, et la dureté . Les propriétés physiques par des minéraux communs sont passées en revue Macdonald et d'autres (1983).

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