الهدف
بنهاية هذا الدرس، يكون الطالب قادرًا على تعريف المعدن وذكر أهم الخصائص الفيزيائية المستخدمة في التعرف على المعادن وتصنيفها.
شرح الدرس
بعد التعرف على طبقات الأرض في الدرس السابق، يتناول هذا الدرس المكوّن الأساسي للقشرة الأرضية: المعادن، التي تُشكل بدورها الصخور (موضوع الدروس التالية من هذا الباب).
يُعرَّف المعدن بأنه مادة صلبة غير عضوية، تتكون طبيعيًا، ولها تركيب كيميائي محدد (أو يتراوح ضمن حدود ضيقة)، وتركيب بلوري داخلي منتظم ذو ترتيب ذري متكرر.
تُستخدم عدة خصائص فيزيائية للتعرف على المعادن وتصنيفها، أهمها: البريق (طريقة انعكاس الضوء عن سطح المعدن، فمنيّ كالفلزات أو غير معدني كالزجاجي والترابي)، الصلادة (مقاومة المعدن للخدش، وتُقاس عادة على مقياس موس المكون من عشر درجات، من التلك الأكثر ليونة إلى الألماس الأكثر صلادة)، والانفصام والكسر (طريقة تكسر المعدن: الانفصام يحدث في اتجاهات مستوية محددة تعكس التركيب البلوري الداخلي، بينما الكسر يحدث بشكل غير منتظم).
من الخصائص الأخرى المهمة: لون المسحوق (لون أثر المعدن عند حكه على سطح خزفي، وهو أكثر ثباتًا من لون المعدن نفسه الذي قد يتأثر بشوائب طفيفة)، الكثافة النوعية (نسبة كثافة المعدن إلى كثافة الماء)، والقابلية للسحب والطرق (خاصية تظهر بوضوح في المعادن الفلزية، التي يمكن تشكيلها دون أن تتكسر، بعكس المعادن غير الفلزية الهشة عادة).
أسئلة تدريبية
1. جيولوجي يفحص عينة صخرية ويحاول تحديد صلادة معدن بها بخدشها بأدوات مختلفة. يجد أن المعدن يخدش الزجاج بسهولة لكن لا يستطيع خدش الألماس. أين يقع هذا المعدن تقريبًا على مقياس موس؟
عرض الإجابة
في منطقة متوسطة إلى عالية من المقياس، أعلى من صلادة الزجاج لكنه أقل من صلادة الألماس (الأعلى في المقياس).
2. باحثة تفحص معدنًا وتلاحظ أنه ينكسر بشكل غير منتظم عند الطرق عليه، بخلاف معدن آخر يتكسر في اتجاهات مستوية محددة. ما اسم كل من هاتين الخاصيتين؟
عرض الإجابة
الأول: الكسر (غير منتظم)؛ الثاني: الانفصام (اتجاهات مستوية محددة تعكس التركيب البلوري الداخلي).
3. جيولوجي يحك معدنًا مجهول اللون على سطح خزفي، ويجد أن أثره يختلف عن لون المعدن نفسه في الظاهر. لماذا يُعتبر لون المسحوق أداة تشخيصية أكثر ثباتًا من لون المعدن الظاهري؟
عرض الإجابة
لأن لون المعدن الظاهري قد يتأثر بشوائب طفيفة، بينما لون المسحوق يعكس التركيب الحقيقي للمعدن بشكل أكثر ثباتًا.
4. باحث يحاول طرق قطعة معدنية لتشكيلها دون أن تتكسر، وينجح في ذلك بسهولة. ما الخاصية الفيزيائية التي يُظهرها هذا المعدن، وما فئة المعادن التي تظهر هذه الخاصية بوضوح عادة؟
عرض الإجابة
القابلية للسحب والطرق؛ تظهر بوضوح في المعادن الفلزية.
5. جيولوجية تقيس كثافة معدن مجهول بالمقارنة بكثافة الماء، فتجد أنه أثقل بمقدار خمس مرات تقريبًا من حجم متساوٍ من الماء. ما اسم هذا القياس النسبي؟
عرض الإجابة
الكثافة النوعية.
6. باحث يفحص معدنين مختلفين، الأول له بريق يشبه المعادن (فلزي)، والثاني له بريق يشبه الزجاج. ما نوعا البريق هذين المذكورين؟
عرض الإجابة
بريق معدني (فلزي) للأول، وبريق زجاجي (غير معدني) للثاني.
7. جيولوجي يحاول التمييز بين معدنين متشابهين في اللون الظاهري تمامًا. ما الخاصية التشخيصية التي يمكن أن تساعده في التمييز بينهما بشكل أكثر دقة من اللون الظاهري وحده؟
عرض الإجابة
لون المسحوق (الأثر الناتج عن حكهما على سطح خزفي)، لأنه أكثر ثباتًا وموثوقية من اللون الظاهري الذي قد يتأثر بشوائب.
8. باحثة تختبر معدنًا مجهولًا بأداة صلادتها معروفة (رقم 5 على مقياس موس)، وتجد أن المعدن المجهول يخدش هذه الأداة. ماذا يمكن أن نستنتج عن صلادة المعدن المجهول تقريبًا؟
عرض الإجابة
أن صلادته أعلى من 5 على مقياس موس، لأنه تمكن من خدش أداة صلادتها 5.
9. جيولوجي يحاول تصنيف معدن بناءً على طريقة تكسره: يجد أنه يتكسر بشكل يعكس ترتيبًا ذريًا داخليًا منتظمًا في اتجاهات محددة. أي خاصية هذه، وما الفرق بينها وبين الكسر العشوائي؟
عرض الإجابة
الانفصام؛ يختلف عن الكسر لأنه يحدث في اتجاهات مستوية محددة تعكس التركيب البلوري الداخلي، بخلاف الكسر غير المنتظم.
10. باحثة تفحص معدنًا هشًا يتكسر بسهولة عند محاولة طرقه أو سحبه، بخلاف معدن فلزي آخر. ما التصنيف العام لهذا المعدن الهش من ناحية القابلية للسحب والطرق؟
عرض الإجابة
معدن غير فلزي (لا يظهر خاصية القابلية للسحب والطرق بوضوح، بخلاف المعادن الفلزية).
11. جيولوجي يقيس عينة معدنية غير معروفة بمقياس موس، ويجد أنها تُخدش بسهولة بالتلك (أول درجة في المقياس تقريبًا) لكنها لا تخدش أي شيء آخر. ماذا يوحي هذا عن موقعها على المقياس؟
عرض الإجابة
يوحي بأنها قريبة جدًا من الطرف الأكثر ليونة في المقياس (قريبة من التلك نفسه)، أي صلادة منخفضة جدًا.
12. باحثة تعرّف المعدن بأنه “مادة صلبة غير عضوية، تتكون طبيعيًا، ولها تركيب كيميائي محدد وتركيب بلوري منتظم”. تفحص عينة من الخشب المتحجر جزئيًا. هل تنطبق عليها هذه التعريفات بالكامل إذا كان أصلها عضويًا بالكامل؟
عرض الإجابة
ليس بالضرورة بالكامل – فالتعريف يشترط أن تكون المادة غير عضوية، وإذا كان أصل العينة عضويًا بالكامل (كالخشب دون تحول معدني حقيقي)، فقد لا تنطبق عليها معايير المعدن الصارمة، رغم إمكانية احتوائها على معادن متكونة داخلها لاحقًا.