(5) تصنيف المعادن Classification

اعتمد تصنيف المعادن، منذ منتصف القرن التاسع عشر، على تركيبتها الكيماوية. فقسمت إلى فئات Classes، حسب الأنيونات anion (أيونات سالبة الشحنة) أو المجموعات الأنيونية Anionic Group السائدة. ولهذا الاختيار أسباب عديدة، تجعل منه قاعدة صحيحة لتصنيف المعادن المختلفة. ففي هذا التقسيم، يكون للمعادن المحتوية على الأنيونات نفسها، أو المجموعات الأنيونية، تشابه عائلي واضح، لا يقارن بالتشابه في خصائص المعادن المتماثلة في الكاتيونات (الأيونات الموجبة) السائدة؛ فمعادن الكربونات Carbonates، مثلاً، يشابه بعضها بعضاً، أكثر من التشابه بين المعادن المحتوية على النحاس. والمعادن، التي تسود فيها أنيونات محددة ـ توجد، عادة، في بيئات جيولوجية متشابهة. كما أن هذا التصنيف، يماشي جيداً المتبع في تسمية المركبات غير العضوية وتصنيفها.

إلا أن تصنيف المعادن، بناء على التركيبة الكيماوية وحدها، غير كافٍ، في كثير من الأحيان. لذا، وجب الأخذ في الحسبان كلٍّ من التركيبة الكيماوية والبناء الداخلي Internal Structure؛ لأنهما معاً يحددان ماهية المعدن وخصائصه الطبيعية. وكان أول من استعمل هذا التصنيف الكيماوي البلوري، هما براج W. Bragg وجولدزشميد V. Goldschmidt، في تصنيف معادن السليكات؛ إذ قسّماها إلى فئات ثانوية Subclasses، بناءً على تركيبتها الكيماوية، بشكل جزئي؛ وتركيبتها الداخلية، بشكل أساسي. وهذا التصنيف، وهو يقسم المعادن إلى اثنتَي عشرة فئة Class؛ ثم إلى عائلات Families، بناء على النوع الكيماوي؛ فمجموعات Groups، بناءً على التشابه في البناء الداخلي.

أ. فئة العناصر الفطرية Native Elements

باستثناء الغازات الحرة، في الغلاف الغازي، فإنه لا يوجد سوى عشرين عنصراً في حالتها الفطرية. وتقسم فئة المعادن الفطرية إلى ثلاث عائلات، هي: عائلة المعادن الفلزية Metals، وتضم الذهب Au، والفضة Ag، والنحاس Cu، والبلاتين Pt، والحديد Fe. وعائلة المعادن شبه الفلزية، وتشمل الأرسينيك As Arsenic، والبيزموث Bismuth Bi،. وعائلة المعادن اللافلزية؛ مثل الكبريت S، والألماس C، والجرافايت Graphite C.

ب. فئة الكبريتيدات Sulfides

معادن فئة الكبريتيدات، تكون، عادة، غير شفافة، وألوانها مميزة. ويكون لون مخدشها مميزاً. وتشمل هذه الفئة العديد من المعادن؛ مثل الجالينا Galena PbS، والسفاليرايت Sphalerite ZnS، والكالكوسايت Chalcocite Cu₂S، والكوفيلايت Covellite CuS، والسينابار Cinnabar HgS، والبايرايت Pyrite FeS₂ (الذهب الكاذب)، والكالكوبايرايت Chalcopyrite CuFeS₂ .

ج. فئة الأملاح الكبريتية Sulosalts

مع أن اسم هذه الفئة مضلِّل، إلا أنه هو الاسم المستخدم لنوع معين من معادن الكبريت غير المؤكسدة، والمختلفة في بنائها عن معادن الكبريتيدات. وتشمل هذه الفئة عديداً من المعادن، أهمها: الإنارجيت Enargite Cu₃AsS₄، والتينانايت Tennanite Cu₁₂As₄S₁₃، والبروستايت Proustite Ag₃AsS₃، والبورنونايت Bournonite PbCuSbS₃.

د. فئة الأكاسيد Oxides

معادن الأكاسيد، هي فلزات متحدة مع عنصر الأكسجين؛ وتختلف نسبتها إليه. ومن أهم عناصر هذه الفئة: الكورندوم Corundum Al₂O₃، والهيماتايت Hematite Fe₂O₃، والإلمينايت Illmenite FeTiO₃، والروتيل Rutile TiO₂، والماجناتيت Fe₃O₄، والكروميت Chromite FeCr₂O₄.

هـ. فئة الهيدروكسيدات Hydroxides

معادن هذه الفئة، تحتوي على الهيدروكسيد OH^-، أو جزيئات الماء H₂O. ووجود الهيدروكسيد، يجعل الروابط الكيماوية، داخل بناء هذه المعادن، أضعف من نظيراتها في معادن الأكاسيد. وتشمل هذه الفئة العديد من المعادن، أهمها: البروسايت Brucite Mg(OH)₂، والمانجانيت Manganite MnO(OH)، والدياسبور Diaspore AlO.OH، والجوثايت Goethite FeO.OH.

و. فئة الهاليدات Halides

تتصف معادن هذه الفئة بسيادة الأيونات الهالوجنية، مثل: الكلور Cl^-، والبورون Br^-، والفلور F^-، واليود I^-. وهذه الأيونات كبيرة الحجم، ولا يمتلك الواحد منها إلا شحنة واحدة. وعندما ترتبط بكاتيونات، حجمها كبير، نسبياً، يكون البناء الناتج عالي التماثل، وبسيط. وتشمل هذه الفئة عدة معادن، أهمها: الهاليت (ملح الطعام) Halite NaCl، والسيلفايت Sylvite KCl، والفلورايت Fluorite CaF₂.

ز. فئة الكربونات Carbonates

تُكون الكربونات (CO₃)^-2 الثلاثية، وحدة البناء الأساسية، لمعادن هذه الفئة؛ وهي المسؤولة عن كثير من خصائصها. ومع أن الرابطة الكيماوية بين ذرة الكربون C المركزية، وذرات الأكسجين O المحيطة بها، في CO₃، تعد قوية؛ إلا أنها ليست بقوة الرابطة التساهمية، في ثاني أكسيد الكربون CO₂. لذلك، عندما يوجد أيون الهيدروجين H⁺، تصبح الكربونات CO₃، غير مستقرة، وتتفكك إلى ماء، وثاني أكسيد الكربون. وتشمل هذه الفئة مجموعة الكالسايت، المكونة من الكالسايت Calcite CaCO₃، والماجناسيت Magnesit MgCO₃، والسدرايت Siderite FeCO₃، والرودوكروسايت Rhodochresite MnCO3، والسميثسونيت Smithsonite ZnCO₃، ومجموعة الأراجونيت، المكونة من الأراجونيت CaCO₃، والويذرايت Witherite BaCO₃، والسنترونتينايت Strontianite SrCO₃، والسيريوسايت Cerussite PbCO₃؛ ومجموعة الدولومايت، وتشمل الدولومايت Dolomite CaMg(CO₃)₂، والأنكيرايت Ankerite café(CO₃)₂.

ح. فئة النايترات Nitrates

بناء معادن هذه الفئة، شبيه ببناء معادن الكربونات؛ لتشابه مجموعة النيترات NO₃^-1 ومجموعة الكربونات CO₃^-2. وأهم معادن هذه الفئة: النيتراتايت Nitratite NaNO₃، والنيتر Niter KNO₃.

ط. فئة البورات Borates

تكون البورات BO₃ وحدة البناء الأساسية، في معادن هذه الفئة. ومن أهم معادنها: الكيرنايت Kernite Na₂B₄O₆(OH)₂. 3H₂O، والبوراكس Borax Na₂B₄O₅(OH)₄. 8H₂O.

ي. فئة الكبريتات Sulfates

تُكون الكبريتات SO₄^2- وحدة البناء الأساسية، لمعادن هذه الفئة. وهي تقسم، عادة، إلى كبريتات غير مائية Anhydrous، وتشمل الباريت Barite BaSO₄، والسليستايت Celestite SrSO₄، والإنجليسايت Anglesite PbSO₄، والأنهيدرايت Anhydrite CaSO₄؛ وكبريتات مائية Hydraus، وأهمها الجبس Gypsum CaSO₄.2H₂O.

ك. فئة الفوسفات Phosphates

تعتمد بنية معادن هذه الفئة على رباعية أسطح الفوسفات (PO₄)^-3، كوحدة أساسية؛ وأهمها الأباتايت Apatite Ca5(PO₄)₂OH.

ل. فئة السليكات Silicates

تقسم فئة معادن السليكات إلى عائلات ومجموعات، يحددها ترابط وحدات البناء الأساسية رباعية الأوجهSiO₄ tetraheadra ؛ التي يتوسط كلاًّ منها كاتيون السليكون Si⁴⁺. وتحتل الأركان الأربعة أنيونات الأكسجين O⁼ (انظر شكل بناء رباعية الأسطح)، كما يلي:

1- السليكات المنفردة Nesosilicates

في هذه العائلة من السليكات، تكون وحدة تركيب السليكا الرباعية الأسطح Silica tetrahedra، منفردة بعضها عن بعض (انظر شكل بناء السليكات المفردة)، ولا يربط بينها إلا كاتيونات بينية Interstitial cations، مثل: كاتيونات الحديد والماغنسيوم. ومعادن هذه العائلة ذات كثافة نوعية Specific gravity، وصلادة Hardness، عاليتَين. وتكون نسبة الأكسجين إلى السليكا 1:4. وأهم معادن هذه العائلة، هي مجموعة الأوليفين Olivine، مثل: الفورسترايت Forsterite Mg₂SiO₄، والفايالايت Fayalite Fe₂SiO₄؛ ومجموعة الجارنت Garnet، مثل: بايروبي Pyrope Mg3Al3SiO4؛ ومجموعة الزريكون، مثل: الزريكون Zircon ZrSiO₄؛ ومجموعة الكيانايت، مثل: الكايانيت Kyanite Al₂SiO₅، والتوباز Topaz Al₂SiO₄(OH)₂ .

2- السليكات المزدوجة Sorosilicates

في هذه العائلة من السليكات، تكون وحدة تركيب السليكا الرباعية الأسطح Silica tetrahedra، مزدوجة، أي أن كلَّ وحدتَين يتشاركان في أنيون أكسجين واحد، هو الأنيون الموجود في رأس رباعية الأسطح (انظر شكل بناء السليكات المزدوجة). وتكون نسبة عنصر السليكا إلى عنصر الأكسجين، في هذه العائلة، 7:2. وأهم معادنها الأبيدوتEpidote Ca₂(Al, Fe³⁺)Al₂O (SiO₄)(Si₂O₇)(OH).

3- السليكات الحلقية Cyclosilicates :

في هذه العائلة من السليكات، تكون وحدة تركيب السليكا الرباعية الأسطح silica tetrahedra، متصلة، على شكل حلقة، فيها من ثلاث إلى ست وحدات (انظر شكل بناء السليكات الحلقة)؛ فهي، إذاً، متصلة بعضها ببعض، بالتساهم في 3-4-6 أنيونات أكسجين. وتكون نسبة عنصر السليكا إلى عنصر الأكسجين في هذه العائلة، 3:1. ومن أهم معادنها البيريل Beryl Be₃Al₂Si₆O₁₈، والتورمالين Toarmaline.

4- السليكات السلسلية Inosilicates

في هذه المجموعة من السليكات، تكون وحدة تركيب السليكا الرباعية الأسطح Slica Tetrahedra، متصلة، على شكل سلسلة منفردة Single chain (انظر شكل بناء السليكات السلسلية المفردة)، أو مزدوجة Double chain (انظر شكل بناء السليكات السلسلية المزدوجة)، غير محدودة الامتداد. وفي السلسلة المفردة، يتم التشارك في أيونَي أكسجين، في كلِّ وحدة من رباعي الأسطح؛ ما يجعل نسبة السليكا إلى الأكسجين 3:1. وتسمى المعادن من هذا النوع بالبيروكسينات Pyroxenes، وأهمها الأنستاتايد enstatite MgSiO3، والديوبسايت Diopside، CaMgSi₂O₆، والجيدايت Jadeite NaAlSi₂O₆.

أما في السلسلة المزدوجة، فيكون نصف رباعيات الأسطح مشتركة في ثلاثة أنيونات أكسجين؛ والنصف الآخر مشترك في أيونَي أكسجين فقط؛ ما يجعل نسبة السليكا إلى الأكسجين 11:4. وتسمى المعادن من هذا النوع بالأمفيبولات amphiboles، وأهمها الهورنبلند Hornblene، والجلوكوفين Glancophane.

5- السليكات الصفائحية Phyllosilicates

في هذه العائلة من السليكات، تكون وحدة تركيب السليكا الرباعية الأسطح silica tetrahedra، متصلة، على شكل صفيحة مسطحة، ممتدة في الاتجاهَين (انظر شكل بناء السليكات الصفحائحية)؛ لذلك، تشترك رباعيات الأوجة في ثلاثة من أنيونات الأكسجين؛ ما يجعل نسبة السليكا إلى الأكسجين 5:2. ومن أهم معادن هذه العائلة مجموعة الميكا، مثل: المسكوفايت muscovite Kal₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂، ومعدن البايوتايت biotite K(Mg, Fe)₃O₁₀)(OH)₂، اللذَين يُعَدان من المكونات الرئيسية للصخور، النارية والمتحولة، وخاصة الجرانيت Granite والشست Schist

ومجموعة الكلورايت، وأهمها معدن الكلورايت Chlorite، أحد المكونات الرئيسية للصخور المتحولة، خاصة الشست الأخضر Greenschist.

ومجموعة معادن الطين، وأهمها الكالونيت Kaolinite Al₂Si₂O₅(OH)₅، والتالك Talc Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂. ومجموعة السربنتين Serpentive، مثل: الكريسوتيل Chrysotile Mg₃Si₂O₅(OH)₄.

6- السليكات الشبكية Tectosilicates

في هذه العائلة من السليكات، تكون وحدة تركيب السليكا الرباعية الأسطح Silica tetrahedra، متصلة على شكل شبكة، ممتدة في جميع الأبعاد الثلاثة. ويتم التشارك في جميع أنيونات الأكسجين الأربعة لرباعي الأوجه؛ ما يجعل نسبة عنصر السليكون إلى عنصر الأكسجين، في معادن هذه العائلة، 2:1. وينتمي إلى هذه العائلة أغلب معادن السليكات. وتُعَد المكون الرئيسي للصخور النارية الحمضية، مثل: الجرانيت Granite، والرايولايت Rhyolite؛ والصخور الرسوبية، وخاصة الحجر الرملي Sandstone. وتشمل عائلة السليكات الشبكية مجموعة المرو، وأهمها معدن المرو Quartz SiO2؛ ومجموعة الفلسبارات Feldspars، وأهمها الميكروكلين Microcline KalSi3O8 (فلسبار بوتاس)، والألبايت Albite NaAlSi3O8، والأنورثايت CaAl₂Si₂O₈؛ ومجموعة أشباه الفلسبارات Feldspathoid، وأهمها النفلين Nepheline (Na, K)AlSiO₄؛ ومجموعة الزيولايت Zeolites، وأهمها الناتروليت Na₂Al₂Si₃O₁₀.2H₂O.