Minerál

Minerál alebo nerast je homogénna prírodnina s presne definovateľným chemickým zložením a s vysoko usporiadanou stavbou častíc. Väčšinou vzniká v anorganickými procesmi. Ich tvrdosť sa meria Mohsovou stupnica tvrdosti. Minerály majú tieto vlastnosti: za normálnych podmienok ide o kryštalickú látku prirodzene sa vyskytuje v prírode má rovnorodé chemické zloženie (môže sa však v rámci istých medzí meniť) a rovnorodé fyzikálne vlastnosti v ľubovoľnej časti (rovnorodú štruktúru aj na mikroskopickej úrovni); samozrejme sa nevylučuje prítomnosť vrastlíc a iných porúch v mineráli

Hoci je veľká väčšina minerálov anorganická, existuje aj niekoľko organických minerálov. Okrem toho sa niekedy uvádza, že môže byť akéhokoľvek skupenstva, čiže sem patria aj plyny ako oxid uhličitý či sírovodík. Ďalej sa niekedy uvádza, že museli vzniknúť prostredníctvom geologických procesov (teda na Zemi), ale dnes sa už za minerály považujú aj látky z iných kozmických telies (Mars, Mesiac, meteority). Minerály sú materiálom, z ktorého pozostávajú všetky horninyBonewitz, R. L. a kol., 2007, Kamene a drahokamy. Podrobný atlas hornín, minerálov, drahých kameňov a fosílií. Slovart, Bratislava, s. 88.

Existuje niekoľko substancií považovaných často za minerály, hoci porušujú vyššie uvedenú definíciu, sú to napríklad: dve kvapalné látky: ortuť a kvapalná voda (niekedy sa voda v kvapalnom stave, na rozdiel od ľadu medzi minerály neradí) mineraloidy, čiže amorfné anorganické (po slovensky beztvaré neústrojné) látky bez kryštálovej štruktúry, ktoré inak spĺňajú definíciu minerálu (opál, obsidián); amorfné minerály vytvárajú zvyčajne guľovité alebo hroznovité útvary biogénne (čiže v živých sústavách obsiahnuté) materiály, ak sa na ich formovaní podieľali geologické procesy (napr. minerály guana).

Naopak za minerály nie sú považované: atmosférické plyny atď. (tie sa však niekedy za minerály považujú, pozri vyššie) ropa a nekryštalické bitúmenové látky, napr. uhlie, tie sa však za minerály často považujú tiež antropogénne (človekom vytvorené) materiály, geologickými procesmi modifikované antropogénne materiály, látky vzniknuté zásahom človeka do prírody (napr. produkty horenia uhoľných háld), ale naopak za minerály považujeme látky vzniknuté premenou materiálu háld baní, na stenách baníckych diel atď. biogénne materiály, ak nie sú modifikované geologickými procesmi (žlčové kamene, schránky mäkkýšov a pod.), zmesi minerálov (horniny) horniny, čo sú obyčajne mechanické zmesi rôznych minerálov (napr. žula sa skladá z kremeňa, živcov, sľúd a ďalších minerálov). Výnimkou sú monominerálne horniny, ktoré sú tvorené iba jedným minerálom (napr. mramor sa skladá len zo zŕn kalcitu).

Ako vidno, definície sa mierne rozchádzajú, dôležité ale vždy je, že minerál vznikol prirodzenými silami bez ľudského zásahu.

Chemické zloženie minerálu možno vyjadriť chemickou značkou alebo chemickým vzorcom. Veda o mineráloch (nerastoch) je mineralógia, v staršej literatúre aj nerastopis.

Pôvod názvu nerast Slovo nerast je prevzaté z češtiny, kde ho ako novotvar zaviedol J. S. Presl v roku 1831 (v pôvodnom texte: nerost alebo nerostlina) ako český ekvivalent medzinárodného názvu minerál.

Kryštály Minerály (syn. nerasty) v zemskej kôre vznikajú v dutinách, tavenine magmy, trhlinách a podobne kryštalizáciou (tvorením kryštálov) z tavenín, z roztokov alebo z plynov. Každý minerál má charakteristický tvar kryštálu (napríklad halit má kryštál tvaru kocky), pozri aj kryštálová štruktúra. V hornine býva kryštál často deformovaný, pretože mu prekáža iný minerál. Kryštál môže byť mikroskopicky malý, niekoľkocentimetrový a ojedinele aj niekoľkometrový.

Kryštály narastené na spoločnom základe vytvárajú drúzu. Veľa kryštálov toho istého minerálu vyvíjajúcich sa na obmedzenom priestore vytvára kryštalické agregáty (zhluky kryštálov).

Horninotvorné minerály right|thumb|Olivín, bežný horninotvorný minerál tvoriaci podstatnú časť zemského plášťa. Väčšina hornín sa z väčšej časti skladá (okrem iného) z pomerne malého počtu (asi 30) minerálov, ktoré nazývame horninotvorné minerály.

Vyše 90 % zemského povrchu tvoria minerály kremičitany (olivín, pyroxén, amfibol, živec a kremeň), ktoré sú v magmatických, metamorfných aj v ílovitých sedimentárnych horninách. Druhou významnou skupinou sú uhličitany, ktoré sú v sedimentárnych horninách (napr. vo vápenci), treťou skupinou sú oxidy (hematit).

Delenia (systematika) Podľa vzniku primárne minerály, ktoré vznikli v rovnakom čase ako hornina, ktorej sú časťou sekundárne minerály, ktoré vznikli až chemickým zvetrávaním alebo metamorfózou z primárnych minerálov

alebo (pozri dole kapitolu Vznik) endogénne minerály exogénne minerály

Podľa obsahu kovov rudné minerály – obsahujú využiteľné kovy (napr. magnetit), spracúvajú sa v baniach nerudné minerály – neobsahujú kovy alebo obsahujú len nevyužiteľné kovy (napr. kamenná soľ), používajú sa v stavebníctve, sklárstve, energetickom priemysle, chemickom priemysle a pod.

Podľa chemickej „zložitosti“ prvky zlúčeniny

Podľa chemického zloženia a kryštalografických vlastností rozlišujeme nasledujúcu tzv. sústavu minerálov (tzv. kryštalo-chemická sústava):

Prvky right|thumb|Zlatý nuget Do skupiny prvkov sú zaraďované minerály, tvorené alebo jedným chemickým prvkom, alebo ich zliatiny, prípadne karbidy, fosfidy, nitridy niektorých prvkov. Patrí sem 20 minerálov, z toho 10 geologicky významných. Delia sa na kovové a nekovové (prípadne aj polokovové). Kovové sa delia na krehké a kujné. príklady: meď (Cu), striebro (Ag), zlato (Au), síra (S), grafit (C), diamant (C)

Sulfidy right|thumb|Pyrit Sulfidy sú zlúčeniny síry s kovmi alebo polokovmi. K sulfidom patrí asi 600 minerálov. Z mineralogického hľadiska sem patria aj selenidy (Se2-), teluridy (Te2-), antimonidy (Sb3-) a bizmutidy (Bi3-). príklady: galenit (PbS), pyrit (FeS2), sfalerit (ZnS), rumelka (HgS)

Halogenidy Je ich asi 140 a pozostávajú z halogénového aniónu (F-, Cl-, Br- alebo I-) s katiónmi ako sú sodík alebo vápnik. príklady: fluorit (CaF2), kamenná soľ (NaCl)

Oxidy a hydroxidy 200px|right|thumb|Hematit Sú to zlúčeniny kovov alebo nekovov s kyslíkom alebo hydroxylovými skupinami (anión OH-) vzniká asi 400 oxidov resp. hydroxidov. príklady: spinel (MgAl2O4), hematit (Fe2O3), magnetit (Fe3O4), korund (Al2O3), smolinec (UO2), goetit (FeO(OH))

Kyslíkové soli Uhličitany Je ich vyše 200 a sú to soli s aniónom (CO3)2-. príklady: dolomit (CaMg(CO3)2), kalcit (CaCO3), malachit (Cu2CO3(OH)2)

Fosforečnany, arzeničnany, vanadičnany Fosforečnany sú kyslíkaté soli aniónom (PO4)3-. Zaraďujú sa sem an aj arzeničnany a vanadičnany (VO4)3-. Do skupiny patrí asi 400 minerálov. príklady: apatit (Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)), tyrkys (CuAl6(PO4)4(OH)8 · 5H2O), karnotit (K2(UO2)2(VO4)2 · 3H2·)

Dusičnany Dusičnany sú ľahko rozpustné soli s aniónom (NO3)-.

Sírany (sulfáty) right|thumb|Anhydrit Síranov je asi 300 a sú kyslíkaté soli s aniónom (SO4)2-. Zaraďujú sa sem aj chrómany, telúrany a iné. príklady: anhydrit (CaSO4), sadrovec (CaSO4 · 2H2O)

Molybdénany a volfrámany Molybdénany a volfrámany sú zlúčeniny s aniónom MoO4)2- resp. (WO4)2-. príklady: wulfenit (PbMoO4), volframit ((Fe,Mn)WO4)

Boritany Medzi boritany patrí asi 125 minerálov, ktoré obsahujú boritanový anión BO3)3-, resp. jeho komplexnejšie formy príklady: bórax (Na2B4O5(OH)4 · 8 H2O), sassolin (H3BO3)

Kremičitany (silikáty) right|thumb|Kremeň Kremičitany predstavujú asi 500 zlúčenín, v ktorých je základnou stavebnou jednotkou tetraéder (SiO4)4-. príklady: olivín ((Mg, Fe)2SiO4), zirkón (ZrSiO4), andaluzit (Al2SiO5), topás (Al2SiO4(OH,F)2), beryl (Be3Al2Si6O18), kremeň (SiO2)

Organolity Medzi organolity patrí kyselina mellitová a kyselina šťaveľová. príklady: mellit

Boritany a dusičnany sa niekedy dávajú do jednej skupiny s uhličitanmi, molybdenany a volframany so síranmi a kozmické minerály často tvoria samostatnú skupinu. Pri takomto postupe dostaneme sústavu tzv. tried, ktorá je od 60. rokov 20. storočia azda (aspoň v Česku a na Slovensku) najbežnejšia: I. Prvky II. Sulfidy III. Halogenidy IV. Oxidy a hydroxidy V. Dusičnany VI. Sírany VII. Fosforečnany VIII. Kremičitany IX. Organolity X. Meteority

Vlastnosti minerálov Minerály majú množstvo fyzikálnych a chemických vlastností, pomocou ktorých sa dajú identifikovať.

Fyzikálne vlastnosti right|thumb|Kryštál číreho kremeňa. right|thumb|Vybrúsený kryštál ametystu, jednej z odrôd kremeňa. Z fyzikálnych vlastností sa najprv skúma farba, lesk a vzhľad (habitus). Potom sa určuje tvrdosť, špecifická hmotnosť - hustota a farba vrypu. Štiepateľnosť a lom bývajú prevažne dobre viditeľné najmä na čerstvom úlomku minerálu. Najčastejšie zisťované fyzikálne vlastnosti minerálov sú: vzhľad kryštálu (ním sa zaoberá kryštalografia): habitus minerálu kryštálový tvar kryštálová sústava mechanické vlastnosti hustota minerálu tvrdosť minerálu pevnosť minerálu štiepateľnosť minerálu deliteľnosť minerálu lom minerálu súdržnosť minerálu (krehké, jemné, kujné minerály) pružnosť minerálu optické vlastnosti: farba minerálu farba a lesk vrypu lesk minerálu priepustnosť svetla lom svetla reflexia dvojlom optická jedno- a dvojosovosť pleochroizmus luminiscencia tepelné vlastnosti taviteľnosť žiaruvzdornosť fyziologické vlastnosti: chuť vôňa ohmat magnetické vlastnosti elektrické vlastnosti rádioaktivita

Chemické vlastnosti Chemické vlastnosti sú základom delenia minerálov (pozri hore). Chemické vlastnosti závisia od chemického zloženia a kryštálovej štruktúry. Najdôležitejšou chemickou vlastnosťou je samozrejme samotné chemické zloženie vyjadriteľné formou vzorca.

Pri zisťovaní chemických vlastností minerálov sa zisťuje, ako sa minerály rozpúšťajú vo vode (halit sa rozpúšťa, zlato nie), ako reagujú s kyselinami, s roztokmi hydroxidov a podobne. Minerály ako platina, zlato, kremeň sú veľmi odolné proti pôsobeniu kyselín či hydroxidov. minerál sa rozkladá aj pri vysokej teplote (napríklad kalcit sa rozpadá na oxid vápenatý a oxid uhličitý)

Chemické podmienky vzniku minerálov a látkové zloženie zemského telesa skúma geochémia.

Vznik Minerály môžu vznikať rôznorodými pochodmi a za rozličných podmienok.

Primárny vznik Endogénne minerály Endogénne (vzniknuté vo vnútri) minerály vznikajú vďaka uvoľňovaniu tepelnej energie z vnútra zemegule. Minerály takto vzniknuté sú v širšom zmysle slova produkty magmatickej činnosti. Horniny a ložiská vznikajú kryštalizáciou samotnej magmy a jej rozličných odštiepenín. Procesy vzniku minerálov prebiehajú v rozličných hĺbkach pri rozličných ale prevažne vysokých teplotách.

Magmatická tvorba minerálov right|thumb|Smaragd, druh berylu. Na Zemi podlieha všetko neustálym premenám. Aj minerály vznikajú, rastú a menia sa. Väčšina z nich vznikla a aj dnes vzniká vo vnútri Zeme, kde sú vysoké teploty (približne 9001300 °C) a tlak tisícok atmosfér. V týchto hĺbkach sa nachádza oblasť žeravo - tekutej silikátovej taveniny, ktorú nazývame magmou. Pretože zemská kôra je stále v pohybe (napr. vznik zlomov, vrásnenia), preniká časť magmy do vyšších a chladnejších vrstiev zemskej kôry, kde postupne tuhne a vytvára masívy hlbinných hornín. Magma je tavenina rozličných kremičitanov a oxidov nasýtená plynmi a vodnou parou. Jej zloženie zodpovedá chemickému zloženiu hornín zemskej kôry. Rozmanité prúdenia udržujú magmu v stálom pohybe, pričom sa v nej uskutočňujú chemické reakcie. Tvoria sa v nej nové zlúčeniny zodpovedajúce novovytvoreným minerálom. Keď prenikne žeravo - tekutá magma, ktorá je pod veľkým tlakom, do vyšších a chladnejších vrstiev zemskej kôry, jej teplota sa znižuje. Počas tohto ochladzovania magmy sa tvoria prvé minerály.

Minerál

Źródło i licencja