Mineraal

Mineraal on kindla või kindlates piirides muutuva keemilise koostise ja enamasti kristallilise struktuuriga loodusliku tekkega anorgaaniline tahke aine. Mõnikord nimetatakse teaduses erandina mineraaliks ka mõnd ainet, mis kõigile neile tingimustele ei vasta.

Mineraale eristab kivimitest kindel või kindlates piirides muutuv keemiline koostis. Kivimid koosnevad mineraalidest. Erandjuhul võib kivim koosneda vaid ühest mineraalist, näiteks lubjakivi, mis koosneb kaltsiidist. Mineraalid on homogeensed. See tähendab, et mehaaniliselt saab neid jaotada vaid väiksemateks mineraaliteradeks.

Mineraal peab esinema looduses. Näiteks tööstuslikult toodetud teemante ei loeta mineraalide hulka.

Mineraalidele olulisimaid kriteeriume on kindel kristallistruktuur. Siiski peetakse mineraaliks ka opaali, mis on amorfne ehk väga viskoosne vedelik.

Mineraalid peavad olema anorgaanilised ained. Näiteks põlevkivi ei ole mineraal.

Mineraalid peavad olema tahked. Vedel vesi ei ole mineraal, kuid jää vastab mineraalide kõikidele kriteeriumidele.

Mineraale uurivat teadusharu nimetatakse mineraloogiaks.

Mineraalide struktuur

Mineraalid koosnevad keemilistest elementidest ja nende ühenditest, mida hoiavad koos keemilised sidemed. 90% mineraalidest on seotud iooniliste sidemetega, ülejäänud kovalentse või metallilise sidemega. Enamiku mineraalide struktuuris on esindatud mitu sidemeliiki.

Mineraali keemiline valem on sageli kindlates piirides muutuv. Sel juhul on tegemist isomorfismiga: keemilised elemendid asendavad kristallstruktuuris üksteist. Seega muutub isomorfismi korral mineraali koostis, kuid mitte struktuur.

Mineraali kristallstruktuuri muutumist sama koostise juures nimetatakse polümorfismiks. Polümorfsed on näiteks teemant ja grafiit.

Mõnikord võivad aatomid ja ioonid paikneda korrapäratult. Selliseid mineraale nimetatakse amorfseteks. Amorfne mineraal on näiteks opaal.

Kristallide kuju

Kristalli väliskuju kordab tema siseehituse ehk kristallistruktuuri kuju. Kristallide väliskuju iseloomustatakse näiteks järgmiste sõnade abil:

kiudjas,
leheline,
tahveljas,
tulpjas,
isomeetriline,
nõeljas.

Kristallidel on 32 lihtvormi. Nende kombineerimisel saame väga palju eri kujuga mineraale.

Kristallstruktuuri uurimise ja kirjeldamisega tegeleb kristallograafia.

Kristalliagregaatide kuju

Kristalliagregaadid on üksteisega korrapäratult kokkukasvanud mineraalid.

Levinumaid agregaate:

Peitkristalseteks nimetatakse agregaate, milles mineraali terasuurus on alla 0,1 mm (alla inimsilma lahutusvõime).

Mineraalide teke

Mineraalide tekkeprotsessid on endogeensed või eksogeensed. Maapinna ja põhjavee alumise piiri vahelist maakoore osa nimetatakse eksosfääriks ja seal kulgevaid protsesse eksogeenseteks.

Endogeensed tekkeprotsessid

Endogeensete mineraalide lähteaine on magma, milles keemilised elemendid ja ühendid esinevad gaasilises, tahkes ja vedelas olekus. Magmas levinud keemilised elemendid sisalduse vähenemise järjekorras on O, Si, Al, Mg, Fe, Ca, Na ja K. Räni ja hapnik on ainsad elemendid, mis esinevad kõigis tardkivimeis. Eri mineraalid kristalliseeruvad magmast eri temperatuuridel. Seda protsessi kirjeldab Boweni skeem.

Endogeensed mineraalitekke protsessid jagunevad pneumatolüütiliseks, hüdrotermaalseks ja moondelisteks.

Eksogeensed tekkeprotsessid

Eksogeensete mineraalide teket soodustab enamasti füüsikaline murenemine ehk rabenemine, mis küll ei tekita uusi mineraale, kuid peenestades materjali teeb hõlpsamaks selle porsumise ehk keemilise murenemise. Porsumisega tekivad mineraalidest uued mineraalid, mis on samades tingimustes vastupidavamad. Tähtsaimad porsumise alaliigid on: oksüdeerumine, hüdrolüüs, hüdratatsioon, karbonatiseerumine ja sulfaadistumine. Kerglahustuvad leelis- ja leelismuldmetallide ühendid kantakse põhjaveega murenemispaigast minema. Rasklahustuvad alumiiniumi, raua, räni jne ühendid aga ladestuvad murenemispaigas, moodustades murenemiskooriku. Endogeensete mineraalide vastupidavus murenemisele on vastupidine Boweni skeemi kristalliseerumisjärjekorrale. Seega on näiteks oliviin kergemini murendatav kui päevakivid, millest omakorda on kvarts vastupidavam.

Mineraalide omadused

Mineraali omadused on mineraalile iseloomulikud tunnused, mis aitavad teda määrata.

Värvus

Kaltsedon

Värvuse määrab mineraalilt peegeldunud või selle läbinud valguse spekter. Värvus ei ole enamasti hea tunnus mineraali määramiseks, sest üks ja sama mineraal võib esineda mitme eri värvusega. Näiteks kaltsedon on enamasti helesinine, kuid mõnel juhul võib olla ka näiteks punane.

Mineraali kriipsu värvus ei varieeru nii palju kui pinna värvus. Kriipsu all mõistame siin mineraaliga keraamilise plaadi peale tõmmatud joont. Joon ei ole mitte kriimustus plaadil, vaid selle mineraali puru, millega joont tõmmatakse. Näiteks hematiit jätab alati punakaspruuni kriipsu, rohekaskollase pinnaga püriit (kassikuld) rohekasmusta kriipsu. Puru tekib sellepärast, et keraamiline plaat deformeerib mineraali, millega joont tõmmatakse. Keraamilise plaadi kõvadus on Mohsi skaalal 6, seega ei saa kriipsu tõmmata mineraaliga, mille kõvadus seda väärtust ületab, sest ei ole võimalik deformeerida plaadist kõvemat mineraali.

Tihedus

Mineraali tihedus on tema massi ja ruumala suhe. Eri mineraalide tihedused ulatuvad 0,9 g/cm² (jää) kuni 23 g/cm² (iriidiumiühendid).

Tihedus sõltub mineraali moodustavate elementide aatommassidest ja osakeste tihedusest kristallstruktuuris.

Mineraalide tiheduse hindamiseks kasutatav mõõtühik on g/cm³.

Kõvadus

Teemant

Kõvadus on mineraali vastupanuvõime välisele deformeerivale mõjule. Kõvema mineraaliga saab kriimustada pehmemat mineraali. Sel põhjusel kasutatakse klaasinugade ja hambapuuride valmistamiseks teemanti, mis on kõige kõvem mineraal. Kõvadus sõltub mineraali keemilistest sidemetest.

Absoluutse ehk mikrokõvaduse mõõtühik on kg/mm²

Suhtelist kõvadust mõõdetakse Mohsi skaalal.

Läige

Pikemalt artiklis Läige

Läige tekib mineraali tasaselt pinnalt peegeldunud ja hajunud valgusest.

Läige sõltub mineraali absorptsioonist ehk valguse neeldumisest, läbipaistvusest, murdumisnäitajast ja pealispinna omadustest. Mõju on ka kivi värvusel.

Eristatakse metalset ja mittemetalset läiget, nende vahele jääb veel ka poolmetalne läige. Mittemetalne läige jaotub omakorda mitmeks eri tüüpi läikeks. Murdepindadel enamasti läige puudub.

Püriit

Näited:

Metalliläige (püriit)
Poolmetalne läige (grafiit, hematiit)
Klaasiläige (kvarts, kivisool, karbonaadid)
Teemandiläige (väävel)
Pärlmutriläige – esineb kihilise struktuuriga mineraalidel (vilgud, plaatjas kips)
Siidiläige – on omane kiulise struktuuriga mineraalidele (asbest, kiuline kips)
Vahaläige (opaal, kaltsedon)
Tuhm ehk matjas läige (kaoliin)
Rasvaläige (väävel, nefeliin)

Läbipaistvus

Pikemalt artiklis Läbipaistvus

Mineraal on läbipaistev, kui osa temale langenud valgusest läbistab mineraali. Läbipaistvus sõltub pealelangeva valguse intensiivsusest.

Läbipaistvad mineraalid on näiteks teemant ja haliit ehk kivisool.

Murdepind

Pikemalt artiklis Murdepind

Murdepind määratakse mineraali ebatasase pinna kuju järgi, mis tekib mineraali purustamisel või murdmisel.

Magnetiit

Murdepind võib olla:

tasane – esineb hea lõhenevusega mineraalidel (magnetiit);
ebatasane (apatiit);
astmeline (püriit);
karpjas – esineb halva lõhenevusega mineraalidel (kaltsedon);
haakjas (vask, hõbe);
muldjas (koaliin);
konarlik.

Lõhenevus

Pikemalt artiklis Lõhenevus

Lõhenevus on mineraalide omadus laguneda löögi toimel tasaste pindadega kildudeks. Lõhenevus sõltub mineraali keemilistest sidemetest. Mineraal lõheneb sealt, kus side on kõige nõrgem. Ülihea lõhenevusega on näiteks muskoviit ja teised vilgud.

Murre on mineraalide omadus laguneda löögi toimel ebatasaste pindadega kildudeks. Murre on omane neile mineraalidele, mille keemilised sidemed on igas suunas võrdse tugevusega. Lõhenevus puudub näiteks kvartsil.

Et kovalentne side on tugevam kui iooniline, on kovalentsete sidemetega mineraalide lõhenevus halvem ehk murdepind on krobelisem.

Muud omadused

Haliit

Peale ülalpool nimetatute on veel omadusi, mida ei ole nii lihtne iseloomustada, kuid mis võivad aidata teatud mineraale identifitseerida:

soolane maitse (haliit);
kibesoolane maitse (sülviin);
kättevõtmisel määrib sõrmi (grafiit);
põleb (väävel);
magnetilisus (magnetiit).

Mineraalide klassifitseerimine

Mineraale klassifitseeritakse tavaliselt kas väliskuju ehk haabituse ehk süngoonia, koostise, tekke, omaduste vms alusel. Näiteks saab mineraale liigitada järgmiselt:

ehedad elemendid ja metallide ühendid metalliga
karbiidid, nitriidid ja fosfiidid
sulfosoolad, sulfiidid jt
1. klass väävli liht- ja kaksikühendid jt
2. klass sulfosoolad
haloidsed ühendid
1. klass fluoriidid
2. klass kloriidid, bromiidid ja jodiidid
oksiidid
1. klass liht- ja liitoksiidid (korund, kvarts, hematiit, opaal jt)
2. klass hüdroksiidid (limoniit jt)
hapnikulised soolad
1. klass jodaadid
2. klass nitraadid
3. klass karbonaadid (kaltsiit, dolomiit, sideriit jt)
4. klass sulfaadid (anhüdriit, kips jt) ja selenaadid
5. klass kromaadid
6. klass molübaadid ja volframaadid
7. klass fosfaadid (apatiit, vivianiit jt), arsenaadid ja vanadaadid
8. klass arsenitid
9. klass boraadid
10. klass silikaadid (topaas, augiit, vilgud, amfiboolid, kaoliin, päevakivid jt)

Vaata ka

Kirjandus

Volli Kalm, Juho Kirs, Kalle Kirsimäe, Tiia Kurvits. "Mineraalid ja kivimid". Tartu Ülikooli Kirjastus, Tartu 1999, 96 lk.
Alar Astover, Raimo Kõlli, Hugo Roosalu, Endla Reintam, Enn Leedu. "Mullateadus. Õpik kõrgkoolidele". Tartu 2012. (lk 29 Mineraalid)
Kalle Suuroja, Sten Suuroja. "Kiviaabits: Eesti mineraalid". Tallinn 2007. ISBN 978-9949-15-045-8