Minerál

Upravit odkazy
Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Minerál (lat., z minera, důl) čili nerost je prvek nebo chemická sloučenina, která je za normálních podmínek krystalická a která vznikla jako výsledek geologických procesů.[1] Některé obecnější definice ji nedefinují jako produkt geologických procesů, ale jako produkt přírodních procesů na Zemi nebo na jiném kosmickém tělese.[pozn. 1]

V přírodě je známo přes 5 300 minerálů[3] a každým rokem bývá objeveno kolem 100 dalších[4]. Častý výskyt se dá přiřknout jen cca 300 minerálům a pro tvorbu hornin je významných jen několik desítek.[zdroj?]

Upřesnění definice minerálu

Některé výjimky definici minerálu porušují, přesto jsou ale za minerály tradičně pokládány.[1]

Za minerály se tedy považují mimo jiné i:

  • Rtuť (která je za normálních podmínek kapalná)
  • Některé amorfní látky (např. opály)
  • Látky pocházející z jiných kosmických těles (Měsíc, Mars, meteority)
  • Biogenní materiály, pokud se na jejich formování podílely geologické procesy (např. minerály guana).

Naopak se za minerály nepovažují:

  • Voda v kapalném stavu (led je obvykle řazen mezi minerály), atmosférické plyny atd.
  • Ropa a nekrystalické bitumenní látky (např. uhlí)
  • Antropogenní (člověkem vytvořené) materiály, geologickými procesy modifikované antropogenní materiály
  • Látky vzniklé zásahem člověka do přírody (např. produkty hoření uhelných hald), ale naopak za nerosty považujeme látky vzniklé přeměnou materiálu hald dolů, na stěnách důlních děl atd.
  • Biogenní materiály, pokud nejsou modifikovány geologickými procesy (žlučové kameny, schránky měkkýšů apod.),
  • Směsi minerálů
  • Horniny. Ty jsou obvykle mechanickou směsí různých minerálů (např. žuly se skládají z křemene, živců, slíd a dalších minerálů). Výjimkou jsou monominerální horniny tvořené jen jedním minerálem (např. mramor se skládá pouze ze zrn kalcitu)

Dělení (systematika)

Dle vzniku
  • Primární minerály, které vznikly ve stejnou dobu jako hornina, jejíž jsou součástí
  • Sekundární minerály, které vznikly až chemickým zvětráváním nebo metamorfózou z primárních minerálů

Nebo (viz dole kapitola Vznik)

  • Endogenní minerály
  • Exogenní minerály
Podle obsahu kovů
  • rudní minerály – obsahují využitelné kovy (např. magnetit), těží se většinou v dolech
  • nerudní minerály – neobsahují kovy nebo obsahují jen nevyužitelné kovy (např. kamenná sůl), používají se ve stavebnictví, sklářství, energetickém průmyslu, chemickém průmyslu apod.
Podle chemické "složitosti"
  • Prvky
  • Sloučeniny

Mineralogické třídění

Systematické třídění minerálů lze provést dle různých fyzikálně-chemických kritérií. Systém používaný v kategorizaci na wikipedii vychází z tzv. Strunzova mineralogického systému[5][6]:

1. třída: Prvky (elementy)

zlatý nuget
Prvky jsou minerály, které jsou tvořeny pouze jedním chemickým prvkem. Patří sem 20 minerálů, z toho 10 geologicky signifikantních. Dělí se na kovové a nekovové (případně i polokovové). Kovové se dělí na křehké a tvárné. Do této třídy se mineralogicky zařazují i minerály tvořené některými sloučeninami: do nekovových karbidy, nitridy, fosfidy a silicidy, do kovových vícekovové přírodní slitiny.

2. třída: Sulfidy (sirníky)

pyrit
Sulfidy sestávají ze sloučeniny síry (aniont S2−) s kovy nebo metaloidy. K sulfidům patří asi 600 minerálů. Z mineralogického hlediska sem patří i selenidy (obsahující selen; Se2−), teluridy (obsahující tellur; Te2−), antimonidy (obsahující antimon; Sb3−) a bizmutidy (obsahující bismut; Bi3−).

3. třída: Halogenidy (halovce)

Je jich asi 140 a sestávají ze sloučenin fluoru (aniont F−), chloru (aniont Cl−), brómu (aniont Br−) nebo jódu (aniont I−) s kationty kovů jako jsou sodík nebo vápník. Mineralogicky sem patří i oxihalogenidy (obsahující i aniont O2−).

4. třída: Oxidy a hydroxidy

hematit
Sestávají ze sloučeniny kovů nebo nekovů s kyslíkem (aniont O2−) nebo hydroxylovými skupinami (skupiny OH−) vzniká asi 400 oxidů resp. hydroxidů. Mineralogicky se k nim řadí i jodáty (chem. jodičnany; [IO3]3−), vanadáty (chem. vanadičnany a vanadany; i se složitější strukturou aniontového komplexu), arsenity, antimonity a bizmutity (chem. arsenitany; [AsO3]3− resp. antimonitany a bizmutitany) a sulfity, selenity a telurity (chem. siřičitany; [SO3]2− resp. seleničitany a teluričitany)

5. třída: Karbonáty (uhličitany)

Je jich přes 200 a jsou to kyslíkaté soli s aniontovým komplexem [CO3]2−. Mineralogicky se sem řadí i nitráty (dusičnany; [NO3]−) a boráty (boritany; [BO3]3−). Boritany se často vyčleňují do zvláštní třídy[5][6] (analogicky křemičitanům), protože tvoří z atomů boru a kyslíku i složitější skupinové struktury plošné ([B2O5]4−, [B2O7]2−) či řetězcové ([B2O4]2− až [B6O10]2−)

6. třída: Sulfáty (sírany)

anhydrit
Sulfátů je asi 300 a jsou to kyslíkaté soli s aniontovým komplexem [SO4]2−.
Zařazují se sem i chromáty (chromany), molybdáty (molybdenany) a wolframáty (wolframany), tedy sloučeniny kovů s aniontovým komplexem [CrO4]2−, [MoO4]2− resp. [WO4]2−.

7. třída: Fosfáty (fosforečnany)

Fosfáty jsou kyslíkové soli aniontovým komplexem [PO4]3−. Mineralogicky se sem zařazují i arzenáty (arzeničnany; [AsO4]3−) a vanadáty (vanadičnany; [VO4]3−). Do skupiny patří asi 400 minerálů.
  • Příklady: apatit (Ca5(PO4)3(F, Cl, OH)), tyrkys (CuAl6(PO4)4(OH)8 · 5H2O), karnotit (K2(UO2)2(VO4)2 · 3H2O)

8. třída: Silikáty (křemičitany)

Křemičitany představují asi 500 sloučenin, v nichž čtyřstěn [SiO4]4− tvoří základní stavební kámen, buď v izolovaných ostrůvcích po jednom (nesosilikáty), ve dvojicích (Si2O76−; sorosilikáty) i ve složitějších strukturách uzavřených kruhů ([SinO3n]2n− - cyklosilikáty), jednoduchých či dvojitých lineárních řetězců ([SinO3n]2n− resp. [Si4nO11n]6n− - inosilikáty), plošných vrstev ([Si2nO5n]2n− - fylosilikáty) či prostorového skeletu (tektosilikáty).

9. třída: Organolity (organické minerály)

Mezi organolity patří minerály tvořené organickými sloučeninami, zejména solemi karboxylových kyselin (mravenčí, octové, citronové, šťavelové a mellitové - formáty, acetáty, citráty, oxaláty a mellitáty), kyseliny (iso)kyanaté (s aniontem OCN− - kyanáty) a thiokyanaté (thiokyanatany s aniontem SCN− - thiokyanáty) a uhlovodíky.
Podrobnější informace naleznete v článku Systematická mineralogie.

Vlastnosti minerálů

Minerály mají množství fyzikálních a chemických vlastností, pomocí nichž je lze identifikovat.

Fyzikální vlastnosti

křišťál
vybroušený krystal ametystu, jedné z odrůd křemene

Z fyzikálních vlastností se nejprve zkoumá barva, lesk a vzhled (habitus). Pak se určuje tvrdost, specifická hmotnost – hustota a barva vrypu. Štěpnost a lom bývají převážně dobře viditelné zejména na čerstvém úlomku minerálu. Nejčastěji zjišťované fyzikální vlastnosti minerálů jsou:

Chemické vlastnosti

Chemické vlastnosti jsou základem dělení minerálů (viz nahoře). Chemické vlastnosti závisí na chemickém složení a krystalové struktuře. Nejdůležitější chemickou vlastností je samozřejmě samotné chemické složení vyjádřitelné formou vzorce.

Při zjišťování chemických vlastností minerálů se zjišťuje, jak se minerály rozpouštějí ve vodě (halit se rozpouští, zlato ne), jak reagují s kyselinami, s roztoky hydroxidu a podobně. Minerály jako platina, zlato, křemen jsou velmi odolné proti působení kyselin či hydroxidů, některé minerály se rozkládají i při vysoké teplotě (například kalcit se rozpadá na oxid vápenatý a oxid uhličitý)

Chemické podmínky vzniku minerálů a látkové složení zemského tělesa zkoumá geochemie.

Vznik

Minerály mohou vznikat různorodými pochody a za různých podmínek.

Primární vznik

Endogenní minerály

Endogenní (vzniklé uvnitř) minerály vznikají díky uvolňování tepelné energie z nitra zeměkoule. Minerály takto vzniklé jsou v širším slova smyslu produkty magmatické činnosti. Horniny a ložiska vznikají krystalizací samotného magmatu. Procesy vzniku minerálů probíhají v různých hloubkách při rozličných, ale převážně vysokých teplotách.

Magmatická tvorba minerálů
smaragd, odrůda berylu

Na Zemi podléhá všechno neustálým proměnám. I minerály vznikají, rostou a mění se. Většina z nich vznikla a i dnes vzniká uvnitř Země, kde jsou vysoké teploty (přibližně 900–1300° C) a tlak tisíců atmosfér. V těchto hloubkách se nachází oblast žhavé – tekuté silikátové taveniny, kterou nazýváme magmatem. Protože zemská kůra je stále v pohybu (například vznik zlomů, vrásnění), proniká část magmatu do vyšších a chladnějších vrstev zemské kůry, kde postupně tuhne a vytváří masivy hlubinných hornin. Magma je tavenina rozličných křemičitanů a oxidů nasycená plyny a vodní párou. Její složení odpovídá chemickému složení hornin zemské kůry. Rozmanité proudění udržují magma ve stálém pohybu, přičemž se v ní uskutečňují chemické reakce. Tvoří se v ní nové sloučeniny odpovídající nově vytvořeným minerálem. Když pronikne žhavá tekutá magma, která je pod velkým tlakem, do vyšších a chladnějších vrstev zemské kůry, její teplota se snižuje. Během tohoto ochlazování magmatu se tvoří první minerály.

S přibývajícím ochlazováním magmatu vzrůstá i počet vznikajících minerálů. Specificky lehčí minerály, které vykrystalizovaly v tomto prvním stadiu, zůstávají ve vyšších vrstvách, zatímco těžší pozvolna klesají. Tento proces nazýváme magmatickou diferenciací. Takto se na některých místech nahromadí určité minerálty a vznikají ložiska (např. magnetitu nebo chromitu). Během ochlazování magmatu rostou další krystaly. Vznikají z nepatrných zárodků zákonitým navrstvováním nových stavebních částic. Tento proces končí až po úplném ztuhnutí celé magmatu. V závěrečné fázi krystalizace se v magmatu zvětšuje obsah snadno pohyblivých složek, plynů a vodní páry, čímž se stává řidší. Ve větší vzdálenosti od původního magmatického centra se tvoří tzv. pegmatit. Soustřeďují se v něm minerály, jako např. slídy, turmalín, beryl a jiné, obsahující prvky vzácných zemin, ale i rudy cínu a wolframu. Nakonec ztuhne i tzv. zbytková magma. Část plynů a vodní páry zůstává v horninách a může vytvářet mandlovcovité dutiny (podobně jako zůstávají vzduchové bubliny například v bochníku chleba).

magnezit

Někdy se tyto dutiny později vyplní křemenem, achátem, chalcedonem nebo jinými minerály. Podobné "mandle" často nacházíme v melafyrových horninách. Větší část plynů a par uniká přes pukliny a trhliny v hornině k zemskému povrchu. Přitom se původně horké roztoky ochlazují a vznikají z nich nové minerály, které pokrývají stěny puklin v podobě krystalů. V tomto stadiu, které označujeme jako hydrotermální, vznikají nejznámější minerály, jako je např. křemen a kalcit. Když se v roztocích vyskytují prvky těžkých kovů, mohou vznikat různé rudní žíly. Pokud se vylučují určité rudy, jako např. rudy molybdenu, cínu a wolframu, přímo z horkých plynů a par, mluvíme o pneumatolýze, případně o pneumatolytickém vzniku ložisek. Blízko povrchu Země se vodní pára mění na vodu. Voda je stále nasycená minerálními látkami a společně s prosakující povrchovou vodou vyvěrá v podobě minerálního pramene na povrch. Z těchto horkých nebo chladných minerálních pramenů se vylučují další minerály, jako např. vřídlovec (aragonit) nebo gejzírit. Když pronikají horké roztoky a plyny přes trhliny a pukliny v usazených horninách (např. přes vápenec), rozpouštějí je a tak vznikají nové, druhotné minerály. Taková tvorba minerálů se nazývá metasomatóza. Tak vznikly např. některé ložiska magnezitu nebo sideritu (ocelku).

Exogenní minerály

Exogenní (vzniklé venku), které vznikají při procesech probíhajících díky vnější sluneční energii, která dopadá ve formě záření na zemský povrch. Zdrojem materiálu jsou rozličné horniny a rudy, které se obnažují a rozrušují na povrchu Země. Procesy vzniku minerálů se odehrávají v nejsvrchnější části zemské kůry a to za nízkých teplot a tlaků blízkých k atmosférickým, v podmínkách vzájemného působení fyzikálních a chemických činitelů atmosféry, hydrosféry a biosféry.

Sekundární vznik

Vznik zvětráváním

serpentinit

Na všechny minerály a horniny na zemském povrchu působí mnohé rušivé vlivy, které souborně označujeme jako zvětrávání. Jde o složitý komplexní jev, ale při jeho posuzování je třeba přihlédnout k hlavním zvětrávacím procesům. Tyto působí pomalu, ale neustále a nezadržitelně. Změnami teploty, trhavými účinky mrazu, krystalizací sekundárních solí, přenosem horninového materiálu větrem či vodou se horniny rozrušují mechanicky, oxidem uhličitým a vodou zase chemicky. Značný rušivý vliv mají i biologické procesy.

Zvětrávání způsobuje podstatné proměny minerálů. Například živce se mění na kaolin či jiné jílové minerály, olivín se mění na serpentin a zlatožlutý pyrit přechází na hnědý limonit. Zvětráváním pyritu se může uvolňovat kyselina sírová, která pak působí na okolí. Její účinkem může vznikat např. z vápence sádrovec nebo jiné sírany. Podobnými procesy vzniká i vzácný opál. Zvětráváním se mohou vytvořit z jednoho minerálu, např. chalkopyritu, sekundární minerálty jako malachit, azurit nebo limonit. Známé krápníkové jeskyně vznikly také důsledkem zvětrávacích pochodů.

Vznik metamorfózou (přeměnou)

granát – jeden z nejběžnějších metamorfních minerálů

Jako endogenní i exogenní minerální masy překonávají po svém vzniku za změněných vnějších podmínek různé změny, čímž vlastně vznikají nové minerály. Těmto změnám říkáme metamorfóza. Zvlášť velké změny nastávají při tzv. regionální metamorfóze.

Žhavé tekuté magma vystupující z hlubin Země působí i na jednotlivé vrstvy zemské kůry, do nichž proniká. Mění, metamorfuje okolní starší horniny, zejména usazené, buď vysokou teplotou a tlakem, nebo chemickými reakcemi. Usazené horniny přitom nabývají jiný vzhled a jiné fyzikální i chemické vlastnosti. Při těchto procesech se tvoří nové, přeměněné (metamorfované) horniny a minerály. Tak vznikají např. některé slídy, granáty, kyanit, staurolit a jiné.

Vznik chemickým usazováním

kalcit – běžný druhotně zkrystalovaný minerál

Mnohé minerály se usazují přímo v moři buď odpařením vody, nebo změnou její chemického složení. Takto vznikly ložiska kamenné soli nebo sylvínu. Podobně se tvoří sádrovec, vápenec a některé železné rudy (chamozit nebo tzv. bahenní rudy – limonit).

Biogenní vznik

markazit

Živá příroda nepůsobí na minerály (a horniny) jen rušivě. Může vytvářet i nové nerosty z minerálních látek, které jsou rozpuštěny ve vodě. Například atoly a celé vápencové masivy jsou vlastně produktem živočichů. Nové minerály se mohou tvořit i z rozložených zbytků mrtvých organizmů. Jako příklad lze uvést v současnosti vznikající ložiska fosfátů. Biogenním způsobem může vznikat i síra, ledek, pyrit a markazit.

Parageneze

Jen zřídka se nerost vyskytuje v přírodě samostatně. Téměř vždy ho obklopují další, tzv. doprovodné minerály. Takové nerostné společenství označujeme termínem parageneze. Společný vznik a výskyt nerostů podléhá určitým zákonům. Poznání těchto zákonitosti nám umožňuje poznat pochody vzniku nerostů. Nalezením jednoho minerálu můžeme předpokládat existenci dalších doprovodných minerálů.

Syntetická výroba minerálů

Krystalické látky o přesně známém chemickém složení (které většinou odpovídá nějakému minerálu) se v dnešní době běžně vyrábí synteticky a to za různými účely. Příkladem je kalibrace analytických přístrojů, při které je cenná ta vlastnost syntetického materiálu, že je přesně známého složení a struktury a tedy se dají jeho fyzikální vlastnosti předpovědět pomocí matematického modelování. Jinou aplikací umělé krystalické látky je použití např. diamantu na brusných nebo řezných nástrojích. Přestože syntetické látky nemohou být podle výše uvedené definice minerálem (ten je přírodní), běžně se používají spojení jako syntetický křemen nebo syntetický diamant.

Členění nerostů z hlediska hornictví

Česká hornická legislativa chápe nerosty oproti mineralogickému pojetí v širším smyslu a směšuje pod pojmem nerost minerály i horniny.

Nerosty se z hlediska hornictví člení na vyhrazené nerosty a nevyhrazené nerosty.

Vyhrazenými nerosty jsou podle zákona č. 44/1988 Sb., horního zákona,

  • a) radioaktivní nerosty,
  • b) všechny druhy ropy a hořlavého zemního plynu (uhlovodíky), všechny druhy uhlí a bituminosní horniny,
  • c) nerosty, z nichž je možno průmyslově vyrábět kovy,
  • d) magnezit,
  • e) nerosty, z nichž je možno průmyslově vyrábět fosfor, síru a fluór nebo jejich sloučeniny,
  • f) kamenná sůl, draselné, borové, bromové a jodové soli,
  • g) tuha, baryt, azbest, slída, mastek, diatomit, sklářský a slévárenský písek, minerální barviva, bentonit,
  • h) nerosty, z nichž je možno průmyslově vyrábět prvky vzácných zemin a prvky s vlastnostmi polovodičů,
  • i) granit, granodiorit, diorit, gabro, diabas, hadec, dolomit a vápenec, pokud jsou blokově dobyvatelné a leštitelné, a travertin,
  • j) technicky využitelné krystaly nerostů a drahé kameny,
  • k) halloyzit, kaolin, keramické a žáruvzdorné jíly a jílovce, sádrovec, anhydrit, živce, perlit a zeolit,
  • l) křemen, křemenec, vápenec, dolomit, slín, čedič, znělec, trachyt, pokud tyto nerosty jsou vhodné k chemicko-technologickému zpracování nebo zpracování tavením,
  • m) mineralizované vody, z nichž se mohou průmyslově získávat vyhrazené nerosty,
  • n) technicky využitelné přírodní plyny, pokud nepatří mezi plyny uvedené pod písmenem b).

Ostatní nerosty jsou nerosty nevyhrazené.

V pochybnostech, zda některý nerost je nerostem vyhrazeným nebo nevyhrazeným, rozhodne Ministerstvo průmyslu a obchodu v dohodě s Ministerstvem životního prostředí České republiky.

Minerály v biologii a lékařství

V biologii a lékařství mají minerály mnohem širší, ale neexaktně vymezený význam. Hovoří-li se o složení organismů, orgánů či buněk, nebo o výživě, pojmem minerál se často zkracuje jakákoli anorganická („minerální“) látka, případně pouze chemický prvek, bez ohledu na to, v jaké fyzikální (molekuly, krystaly, ionty) či chemické formě (čistý prvek, ionty, anorganické sloučeniny, zejména soli apod.) se vyskytuje. V těchto významech se nepoužívá český ekvivalent nerost.

Obdobně se pojem minerál používá v souvisejících oborech, jako potravinářství a farmacie (minerální doplňky stravy apod.).

Poznámky

  1. ↑ Např. na Měsíci byly objeveny 3 minerály, které se vůbec nenacházely na Zemi: armalcolit, pyroxferroit a tranquillityit. Později byly všechny nalezeny i v pozemských horninách, poslední v r. 2011.[2]

Odkazy

Reference

  1. ↑ a b NICKEL, Ernest H. The definition of a mineral. The Canadian Mineralogist. 1995, svazek 33, s. 689–690. Dostupné online [pdf, cit. 2010-08-05]. (anglicky) 
  2. ↑ Third lunar mineral – Tranquillityite found in Western Australia. PhysOrg, 5. ledna 2012 (anglicky)
  3. ↑ International Mineralogical Association – Commission on new minerals, nomenclature and classification: IMA list of minerals uvádí k březnu 2018 celkem 5 336 platných druhů, uznaných Mezinárodní mineralogickou asociací
  4. ↑ International Mineralogical Association – Commission on new minerals, nomenclature and classification: Recent new minerals
  5. ↑ a b Strunz Classification. Mineralogy Database (WebMineral.com). Dostupné online (anglicky)
  6. ↑ a b Nickel-Strunz Classification. MinDat.org. Dostupné online (anglicky)

Literatura

  • Anthony a kol.: Handbook of Mineralogy. Mineral Data Publishing, Tucson, Arizona.
  • J. H. Bernard, R. Rost a kol. (1992): Encyklopedický přehled minerálů. Academia Praha ISBN 80-200-0360-6
  • Čuchrov a kol.: Mineraly, spravočnik. (1960) Tom I: Samorodnyje elementy, Intermetalličeskije Sojedinenija. Karbidy, nitridy, fosfidy. Arsenidy, antimonidy, vismutidy. Suľfidy. Selenidy. Telluridy. Izdatělstvo Akademii nauk SSSR, Moskva.
    • (1963): Tom II, vyp. 1: Galogenidy
    • (1965): Tom II, vyp. 2: Prostyje okisly.
    • (1967): Tom II, vyp. 3: Složnyje okisly, titanaty, niobaty, tantalaty, antimonaty, girdookisly.
    • (1972): Tom III, vyp. 1: Silikaty s odinočnymi i sdvojennymi kremnekislerodnymi tetraedrami.
    • (1981): Tom III, vyp. 2: Silikaty s linejnymi trochčlennymi gruppami, koľcami i cepočkami kremnekislerodnych tetraedrov. Nauka, Moskva.
    • (1981): Tom III, vyp. 3: Silikaty s lentami kremnekislerodnych tetraedrov.
    • Smoľjaninova a kol. (1992): Tom IV, vyp. 1: Silikaty se strukturoj, perechodnoj ot cepočečnoj k sloistoj: sliostyje silikaty (kaolinovyje mineraly, serpentinity, pirofillit, taľk, sljudy. Akademkniga, Moskva. ISBN 5-02-003245-X
    • Smoľjaninova a kol. (1992): Tom IV, vyp. 2: Sloistyje silikaty (smektity, chlority, smešanoslojnyje): sloistyje silikaty so složnymi tetraedričeskimi silikaty. ISBN 5-02-002899-1
    • Bokij a kol. (1996): Tom IV, vyp. 3: Silikaty, dopolnenija k tomam 3 i 4. Nauka, Moskva. ISBN 5-02-003649-8
  • P. Pauliš: Minerály České republiky. Kuttna, Kutná Hora 2003, ISBN 80-86406-31-8

Související články

Externí odkazy

Citováno z „https://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Minerál&oldid=16110668“