أهمية علم البلورات والمعادن

ما هي أهمية علم البلورات والمعادن؟

قام الإنسان منذ القدم بالاعتماد بشكل تام على المعادن في صناعة أسلحته وأساليب راحته، بالإضافة إلى صناعة زينته؛ فكان يبحث عن الحديد ومعدن النحاس ومعدن الذهب والأحجار الكريمة، مما تسبب في بناء حضارته المتقدمة بشكل أو بآخر، حتى أنه كان يتم تسمية العصر باسم المعدن الشائع استعماله حينها.
فكان هناك عصر يدعى بعصر الحديد وعصر النحاس وعصر الذرة، وفي الغالب يتم العثور على المعادن في الطبيعة ومكونة للصخور المختلفة، أما باقي المعادن الأرضية توجد في الطبيعة ومكونة للعروق أو تكون ضمن الفجوات، وأغلب معادن هذا النوع الأخير تكون ذات فائدة اقتصادية كبيرة، ويتم تسيتها باسم الخامات (ores) ويتم استخراج الفلزات المتنوعة من خلالها حيث تستفيد منها الحضارة البشرية.
اندرج لفظ معدن في كثير من الألفاظ التي يستخدمها أغلب الناس، حيث يطلق لفظ معدن على الفلزات التي يتم انتاجها من خلال خاماتها مثل الحديد ومعدن النحاس الألمنيوم أو من الجواهر الصناعية مثل الياقوت والزمرد، كما أنه يتم صناعتها معملياً أو تلك المواد التي تصدر من النشاط الحيواني أو النباتي مثل الفحم أو النفط أو الكهرمان، والتي تملك قيمة اقتصادية.
إلا أن الجيولوجيين قاموا بتعريف المعدن على أنه كل مادة تكون صلبة ومتجانسة وتكورت من خلال تأثره بعوامل طبيعية غير عضوية ويملك تركيب كيميائي معين وله نظام بلوري مميز، كما يجب توفر صفات في المادة من أجل أن تسمى باسم المعدن، وأول الصفات هي أن تكون صلبة لهذا السبب لا يتم اعتبار الزئبق معدن؛ نظراً لأنه في حالة سائلة.
ومن الصفات أيضاً أن تكون المادة متجانسة؛ أي أن كل الجزيئات متشابهة في الخواص الكيميائية والفيزيائية، وأن تكون طبيعية مما يعني أن المواد المصنعة كيميائياً والتي تدخل الإنسان في تصنيعها لا تعد معادن، غير عضوية أي أنه لا يكون في تشكيل المعدن أي نشاط حيواني أو نباتي مثل أن معدن اللؤلؤ والصدفة والكهرمان لا تصنف خلال المعادن.
كما أن المعدن إما أن يكون عنصراً أو مركباً كيميائياً، ويتم التعبير عن مركبه الكيميائي من خلال قانون النسب الثابتة والمضاعفة، فعلى سبيل المثال معدن الكوارتز يتم التعبير عنه بقانون sio2؛ أي بنسبة ذرة سيليمون إلى ذرتين من الأكسجين، ويتم التعبير عن مهدن الهاليت من خلال قانون NaCl؛ أي بنسبة ذرة واحدة من الكلور إلى ذرة من الصوديوم.
وهذه النسب تكون ثابتة ولا تتغير مهما تغير المكان الذي يوجد فيه الكوارتز أو الهاليت، أما معدن الأوليفين فهو يحتوي على تركيب كيميائي محدد (Mg Fe) حيث أن ذلك يدل على معدن المغنيسيوم ومعدن الحديد المتواجدان في كل معادن الأوليفين بنسب مختلفة اعتماداً على اختلاف المكان، لكن النسبة بين مجموع ذرت المغنيسيوم والحديد إلى ذرات السيليمون والأكسجين تكون ثابتة.
إن المعادن جميعها سواء كانت المركبة أو العنصرية تتميز بأن الذرات التي تشكل المعدن تكون ذات ترتيب هندسي منتظم في الأبعاد الثلاثة، كما أن هذا الترتيب ينعكس على هيئة المعدن من الخارج مشكلاً السطوح التي تحد بالمعدن مشكلاً بلورة المعدن.
تم تقسيم المعادن كيميائياً إلى معادن عنصرية ومعادن أخرى مركبة، حيث تم تقسيم المعادن المركبة على أساس نوع الأنيون أو الشق الحمضي الذي يدخل في تركيب المعادن إلى مجموعات عدة منها؛ الأكاسيد والكبريتات وغيرها، يعد هذا التقسيم ملائماً جداً كيميائياً وجيولوجياً، حيث أن أغلب الخواص الكيميائية والبلورية والفيزيائية في المعادن تتبع نوعية الأنيون (الشق الحمضي) في تركيب المعدن عن ارتباطها بالكاتيون.
مثلاً معدن الكالسيت ومعدن ماجنيزيت يكونان متماثلان في الشق الحمضي؛ لهذا السبب يكونان متماثلان في الخواص البلورية، في حال أن معدن الكالسيت يختلف بشكل تام عن معدن الفلورايت في الشق الحمضي على الرغم من وجود كاتيون الكالسيوم في تركيب كل من المعدنين.
تشمل المعادن المركبة على معادن الكبريتيدات، حيث أن معادن هذه المجموعة تتشكل بسبب اتحاد فلز الكبريت ويكون هو الأنيون (أي الشق الفلزي الحمضي) وتعد هذه المجموعة من أهم المجموعات الفلزية المعدنية وتتضمن معظم الخامات المعدنية ذات القيمة الاقتصادية مثل معدن البيريت.
أما المعادن العنصرية فهي المعادن التي تتشكل من عنصر كيميائي واحد، ومن الممكن أن تكون معادن عنصرية فلزية مثل الذهب أو الفضة والبلاتين، أو من الممكن أن تكون عنصرية لا فلزية مثل معادن الكبريت والألماس والجرافيت، وبشكل عام فإن المعادن العنصرية تتواجد في الطبيعة بكميات نادرة، حيث يوجد أكثر من عشرين معدن عنصري، وتعد بأنها ذات أهمية اقتصادية كبيرة.