ΥΛΙΚΑ ΤΗΣ ΓΗΣ ΙI : Κρυσταλλοχημεία και Συστηματική των Ορυκτών 3η Διάλεξη: Ταξινόμηση Ορυκτών ΔΙΔΑΣΚΩΝ : Δ. ΠΑΠΟΥΛΗΣ Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Γεωλογίας

ΣΚΟΠΟΙ ΕΝΟΤΗΤΑΣ Μελέτη των ορυκτών για τη σωστή ταξινόμηση τους με βάση την εσωτερική τους δομή και το χημικό τους χαρακτήρα

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΝΟΤΗΤΑΣ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΟΡΥΚΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΤΕΚΤΟΠΥΡΙΤΙΚΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ ΟΡΥΚΤΑ ΤΟΥ SiO2

ΕΙΔΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ «Βιολογικού τύπου» ταξινόμηση (γένος, είδος κ.λ.π.). Μη ικανοποιητική προσπάθεια από τον Linneaus (1768) «Πετρολογική» ταξινόμηση Μαγματικά ορυκτά Ιζηματογενή ορυκτά Μεταμορφωμένα ορυκτά Ταξινόμηση με βάση τις ιδιότητες (π.χ. Λάμψη, Σκληρότητα κ.α.)

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟ ΑΝΙΟΝ (ΚΑΤΑ DANA) Η ταξινόμηση των ορυκτών, από τα μέσα του 19ου Αιώνα, γίνεται με βάση τη χημική τους σύσταση. Έτσι τα ορυκτά κατατάσσονται σε τάξεις ανάλογα με το ανιόν τους. Η ταξινόμηση των ορυκτών γίνεται με αυτόν τον τρόπο γιατί: Ορυκτά που έχουν το ίδιο ανιόν ή ανιονική ομάδα έχουν χαρακτηριστικές «ομοιότητες οικογένειας» που αντίθετα δεν εμφανίζουν ορυκτά που έχουν το ίδιο κατιόν Ορυκτά που έχουν το ίδιο ανιόν τείνουν να εμφανίζονται σε ίδιο ή παρόμοιο γεωλογικό περιβάλλον Αυτή η ταξινόμηση είναι σε συμφωνία με την μέθοδο ονοματολογίας των ανόργανων συστατικών

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΟΡΥΚΤΩΝ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟ ΑΝΙΟΝ Πίνακας 1: Ταξινόμηση ορυκτών (Παπούλιας, 2015)

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΟΡΥΚΤΩΝ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟ ΑΝΙΟΝ (ΣΥΝΕΧΕΙΑ) Πίνακας 2: Ταξινόμηση ορυκτών (Παπούλιας, 2015)

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΠΥΡΙΤΙΚΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΠΥΡΙΤΙΚΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ Τα πυριτικά ορυκτά είναι τα σπουδαιότερα από άποψη εξάπλωσης στη Γη Τα πυριτικά ορυκτά είναι πάρα πολλά (>800) Τα πυριτικά ορυκτά μπορούν και πολυμερίζονται με διαφορετικούς τρόπους Για τους λόγους αυτούς η τάξη των πυριτικών ορυκτών διακρίνεται σε υποτάξεις.

ΤΑ ΠΥΡΙΤΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ ΤΑΞΙΝΟΜΟΥΝΤΑΙ ανάλογα με τον τρόπο στοίβαξης των πυριτικών τετραέδρων μεταξύ τους ή ανάλογα με τον τρόπο που πολυμερίζονται

ΟΙ ΥΠΟΤΑΞΕΙΣ ΤΩΝ ΠΥΡΙΤΙΚΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ ΟΙ ΥΠΟΤΑΞΕΙΣ ΤΩΝ ΠΥΡΙΤΙΚΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ Νησοπυριτικά Σωροπυριτικά Κυκλοπυριτικά Ινοπυριτικά Φυλλοπυριτικά Τεκτοπυριτικά

I. ΝΗΣΟΠΥΡΙΤΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ Απομονωμένα πυριτικά τετράεδρα («Νησιά») Τύπος Si-O : (SiO4)-4 Πολύ σπάνια η αντικατάσταση Si από Al Αναλογία Si/O = 1/4

II. ΣΩΡΟΠΥΡΙΤΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ Μια κορυφή του τετραέδρου ενωμένη με γειτονικό τετράεδο Τύπος Si-O : (Si2O7)-6 Αναλογία Si/O = 2/7

III. ΚΥΚΛΟΠΥΡΙΤΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ Δυο κορυφές του τετραέδρου ενωμένες με γειτονικά τετράεδα Τύπος Si-O : (Si6O18)-12 Αναλογία Si/O = 6/18

IV. INOΠΥΡΙΤΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ Ινοπυριτικά με ΑΠΛΕΣ ΑΛΥΣΙΔΕΣ Ινοπυριτικα με ΔΙΠΛΕΣ ΑΛΥΣΙΔΕΣ

INOΠΥΡΙΤΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ ΜΕ ΑΠΛΕΣ ΑΛΥΣΙΔΕΣ Δύο κορυφές του τετραέδρου ενωμένες με γειτονικά τετράεδρα Τύπος Si-O : (SiO3)-2 ή (Si2O6)-4 Αναλογία Si/O = 1/3 ή 2/6

INOΠΥΡΙΤΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ ΜΕ ΔΙΠΛΕΣ ΑΛΥΣΙΔΕΣ Το 50% των τετραέδρων ενωμένα με 3 κορυφές και το υπόλοιπο 50% ενωμένα με 2 κορυφές με γειτονικά τετράεδρα Τύπος Si-O : (Si8O22)-12 Αναλογία Si/O = 4/11 ή 8/22

V. ΦΥΛΛΟΠΥΡΙΤΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ Τρεις κορυφές του τετραέδρου ενωμένες με γειτονικά τετράεδρα Τύπος Si-O : (Si4O10)-4 Αντικατάσταση Si από Al μέχρι και σε αναλογία 1:1 (AlSi3O10)-5 ή (Al2Si2O10)-6 Αναλογία Si/O = 2/5 ή 4/10

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΦΥΛΛΟΠΥΡΙΤΙΚΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ Εικόνα 1: Καολινίτης (Al2Si2O5(OH)4) (Παπούλης, 2015)

VI. ΤΕΚΤΟΠΥΡΙΤΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ Όλες οι κορυφές του τετραέδρου ενωμένες με γειτονικά τετράεδρα Τύπος Si-O : SiO2 Αντικατάσταση Si από Al σε αναλογία 1:1 (AlSiO4)-1 ή Αντικατάσταση Si από Al σε αναλογία 3:1 (AlSi3O8)-1 Αναλογία Si(±Al)/O=1/2

ΤΕΚΤΟΠΥΡΙΤΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ (FRAMEWORK SILICATES) Τα πυριτικά ορυκτά μπορούν να δοθούν με τον γενικό χημ. τύπο: XmYn(ZpOq)Wr X: μεγάλα κατιόντα (Ca, Na, K) με αριθμό συνδιατάξεως 8-12 Y: δισθενή, τρισθενή και τετρασθενή κατιόντα με μέτριο μέγεθος ακτίνων σε οκταεδρική συνδιάταξη (Fe, Mg, Al, Ti κ.α.) Z: μικρά κατιόντα σε τετραεδρική συνδιάταξη (κυρίως Si, Al) W: ανιοντικές ομάδες και ανιόντα, όπως (OH)-, Cl- και F-. Ο: οξυγόνο Ο λόγος p/q εξαρτάται από το βαθμό πολυμερισμού του πυριτικού τετραέδρου ενώ οι δείκτες m, n, r ρυθμίζονται από τις συνθήκες ηλεκτρικής ουδετερότητας

ΟΙ ΚΥΡΙΟΤΕΡΕΣ ΟΙΚΟΓΕΝΕΙΕΣ ΤΩΝ ΤΕΚΤΟΠΥΡΙΤΙΚΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ Ορυκτά του SiO2 Άστριοι Αστρειοειδή Ζεόλιθοι

1Η ΟΜΑΔΑ ΤΕΚΤΟΠΥΡΙΤΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ - ΑΝΤΙΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ 1Η ΟΜΑΔΑ ΤΕΚΤΟΠΥΡΙΤΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ - ΑΝΤΙΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ Το Al αντικαθιστά το Si σε αναλογία 1:1 (AlSiO4)-1 ή σε αναλογία 3:1 (AlSi3O8)-1 Δημιουργείται έλλειμμα φορτίου Το φορτίο εξισορροπείται από μεγάλα κατιόντα με αριθμό συνδιάταξης > 8. Για παράδειγμα: Na+, K+, Ca+, Ba+

1Η ΟΜΑΔΑ ΤΕΚΤΟΠΥΡΙΤΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ - ΟΡΥΚΤΑ ΤΟΥ SIO2 α-χαλαζίας β-χαλαζίας α-τριδυμίτης β-τριδυμίτης α-χριστοβαλίτης β-χριστοβαλίτης Κοεσίτης στισοβίτης

1. Α-ΧΑΛΑΖΙΑΣ Η σταθερότερη μορφή SiO2. Συναντάται σε μεγάλο εύρος γεωλογικών περιβαλλόντων Σταθερός από συνθήκες δωματίου έως 573 oC Κρυσταλλώνεται στο τριγωνικό σύστημα

ΠΟΙΚΙΛΙΕΣ ΤΟΥ ΧΑΛΑΖΙΑ Μακροκρυσταλλικές Μικροκρυσταλλικές

Ι. ΜΑΚΡΟΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΕΣ ΠΟΙΚΙΛΙΕΣ ΤΟΥ ΧΑΛΑΖΙΑ Ορεία κρύσταλλος : Άχρωμος και διαυγής ποικιλία του χαλαζία, που συνήθως βρίσκεται σε μονοκρυστάλλους. Αμέθυστος : χρωματισμένος με διάφορες ποικιλίες του ιώδους περιέχει μικρές ποσότητες Β (0,1% Β2Ο3) ή ΒΡΟ4 στις οποίες οφείλεται και το χρώμα του. Σε θέρμανση στους 300-500 οC χάνει το χρώμα του. Ροδόχρωμος χαλαζίας: χονδροκρυσταλλικός, σπάνια με μορφή κρυστάλλων, το χρώμα του ξεθωριάζει με έκθεση στο φως. Το χρώμα του οφείλεται σε μικρά ποσά Mg3+ ή σε βελονίδια ρουτιλίου. Καπνίας: Σε θερμοκρασία 300 oC αποχρωματίζεται. Το χρώμα του αποδίδεται σε ελεύθερα Si. Η ορεία κρύσταλλος σε ακτινοβολία ραδίου μετατρέπεται σε καπνία. Κιτρίνης: Το χρώμα του αποδίδεται σε υπομικροσκοπική κατανομή κολλοειδούς υδροξειδίου Fe+3.

ΙΙ. ΜΙΚΡΟΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΕΣ ΠΟΙΚΙΛΙΕΣ ΤΟΥ ΧΑΛΑΖΙΑ Χαλκηδόνιος Αχάτης Καρνεόλιο Χρυσοπράσιο Όνυχας Ηλιοτρόπιο Απολιθωμένο ξύλο Ίασπις

ΙΙ. ΜΙΚΡΟΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΕΣ ΠΟΙΚΙΛΙΕΣ ΤΟΥ ΧΑΛΑΖΙΑ (ΣΥΝΕΧΕΙΑ 1) 2. Άμορφο Οπάλιος (SiO2 · nH2O) 3. β-χαλαζίας Σταθερός από 573 oC έως 870 oC Μετασταθής πάνω από 870 oC Κρυσταλλώνεται στο εξαγωνικό σύστημα

ΙΙ. ΜΙΚΡΟΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΕΣ ΠΟΙΚΙΛΙΕΣ ΤΟΥ ΧΑΛΑΖΙΑ (ΣΥΝΕΧΕΙΑ 2) 4. α-τριδυμίτης Μετασταθής μέχρι τους 117 oC Κρυσταλλώνεται στο ρομβικό σύστημα 5. β-τριδυμίτης Σταθερός από τους 870 oC έως 1470 oC Παρουσιάζει πλεγματικές αλλαγές προς το εξαγωνικό σύστημα

ΙΙ. ΜΙΚΡΟΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΕΣ ΠΟΙΚΙΛΙΕΣ ΤΟΥ ΧΑΛΑΖΙΑ (ΣΥΝΕΧΕΙΑ 3) 6. α-χριστοβαλίτης Μετασταθής μέχρι τους 200 - 275 oC Κρυσταλλώνεται στο τετραγωνικό σύστημα 7. β-χριστοβαλίτης Σταθερός από 1470-1713 oC (σημείο τήξης του) Μετασταθής από 200-275 oC έως 1470 oC Κρυσταλλώνεται στο κυβικό σύστημα

ΙΙ. ΜΙΚΡΟΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΕΣ ΠΟΙΚΙΛΙΕΣ ΤΟΥ ΧΑΛΑΖΙΑ (ΣΥΝΕΧΕΙΑ 4) 8. κοεσίτης Σταθερός σε υψηλές πιέσεις, από 20-30 Kbar Απαντάται σε κρατήρες μετεωριτών Σταθερός στα πολύ βαθιά τμήματα του φλοιού της Γης Κρυσταλλώνεται στο μονοκλινές σύστημα 9. στισοβίτης Σταθερός σε πολύ υψηλές πιέσεις πάνω από 30 Kbar Σταθερός στο μανδύα της Γης Κρυσταλλώνεται στο τετραγωνικό σύστημα

ΠΩΣ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΝΤΑΙ ΤΑ ΠΡΟΘΕΜΑΤΑ α, β ΠΩΣ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΝΤΑΙ ΤΑ ΠΡΟΘΕΜΑΤΑ α, β α : φάσεις χαμηλής θερμοκρασίας β: φάσεις υψηλής θερμοκρασίας Η μετάβαση από την α στην β μορφή γίνεται με παραμόρφωση του κρυσταλλικού πλέγματος Τα τετράεδρα παραμορφώνονται χωρίς να σπάει κανένας δεσμός Οι β μορφές έχουν μεγαλύτερη συμμετρία

ΧΑΛΑΖΙΑΣ, ΧΡΙΣΤΟΒΑΛΙΤΗΣ, ΤΡΙΔΥΜΙΤΗΣ Οι διαφορές μεταξύ των τριών πολυμόρφων του SiO2 είναι άλλου είδους από τη διαφορά μεταξύ των α και β μορφών κάθε ορυκτού Τα τρία ορυκτά έχουν τα τετράεδρα τους συνδεδεμένα με διαφορετικούς τρόπους Αντίθετα η μεταβολή από την α στην β μορφή δεν αλλάζει τον τρόπο που είναι συνδεδεμένα τα τετράεδρα Οι μεταβολές από το ένα πολύμορφο στο άλλο (με την πτώση της θερμοκρασίας) γίνονται με πολύ βραδύ ρυθμό Ο τριδυμίτης και ο χριστοβαλίτης υπάρχουν και σε συνήθεις συνθήκες θερμοκρασίας Δηλαδή παραμένουν σε μετασταθή κατάσταση για αόριστο χρόνο

Ο ΧΑΛΑΖΙΑΣ Εικόνα 2: Χαλαζίας (Παπούλης, 2015) Ο ΧΑΛΑΖΙΑΣ Εικόνα 2: Χαλαζίας (Παπούλης, 2015) Εικόνα 3: Χαλαζίας (Παπούλης, 2015)

ΚΟΙΤΑΣΜΑΤΑ - ΣΗΜΑΝΤΙΚΕΣ ΕΜΦΑΝΙΣΕΙΣ ΧΑΛΑΖΙΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Γίνεται εκμετάλλευση των κοιτασμάτων Στην Ανατολική Νήσο Μήλο Στους Νομούς Θεσσαλονίκης, Κιλκίς, Χαλκιδικής και Λάρισας Δεν γίνεται (προς το παρόν) εκμετάλλευση των κοιτασμάτων Σκαλοχώριου Κοζάνης Μελίτης-Αχλάδας Φλώρινας Λαυρίου Αττικής

ΟΙ ΚΥΡΙΟΤΕΡΕΣ ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΟΥ ΧΑΛΑΖΙΑ Πολύτιμοι και ημιπολύτιμοι λίθοι (αμέθυστος, κιτρίνης, πράσιο, αχάτης) Σαν λειαντικό στη βιομηχανία γυαλιού και πυριτικών τούβλων (χαλαζιακή άμμος) Στη βιομηχανία της πορσελάνης και των χρωμάτων (σε κατάσταση σκόνης) Για οικοδομικούς σκοπούς (σαν πέτρωμα) Σε επιστημονικά οπτικά όργανα (φακοί, πρίσματα), στις ραδιοσυχνότητες, στην κατασκευή ψηφιακών ρολογιών, στη μέτρηση υψηλών πιέσεων κ.τ.λ.

ΤΕΛΟΣ ΕΝΟΤΗΤΑΣ

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Αθηνών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Πατρών,  Δ. Παπούλης (Επίκουρος Καθηγητής). «Υλικά της Γης ΙΙ: Κρυσταλλοχημεία και Συστηματική των Ορυκτών. Διάλεξη 3η». Έκδοση: 1.0. Πάτρα 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: https://eclass.upatras.gr/courses/GEO311/

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί.

Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων Όλες οι εικόνες που περιέχονται στην ενότητα 3 προέρχονται από το προσωπικό αρχείο του κ. Δημητρίου Παπούλη. Τέλος Ενότητας