کانی یا ماده معدنی و خواص فیزیکی آنها همراه با آخرین تغییرات و تعاریف در سال 2024 و جدول جدید سختی موهس

کانی یا ماده معدنی

در رشته زمین‌شناسی و به طور تخصصی‌تر زیر شاخه کانی‌شناسی، کانی، به یک ماده شیمیایی جامد با ترکیب شیمیایی نسبتاً مشخص و ساختار کریستالی خاص است که به طور طبیعی, به شکل خالص وجود دارد.

در تعریف زمین‌شناسی کانی، به موادی گفته می‌شود که در بدن جانداران زنده وجود ندارد. با این حال برخی از کانی‌ها اغلب بیوژن هستند (مانند کلسیت) یا ترکیبات آلی به معنای شیمی هستند (مانند ملیت). علاوه بر این، موجودات زنده اغلب موادمعدنی (مانند هیدروکسی لاپاتیت) را که در سنگ‌ها نیز وجود دارد، سنتز می‌کنند.

مفهوم کانی از سنگ متمایز است، هر ماده زمین‌شناسی جامد توده‌ای است که در مقیاس کافی بزرگ نسبتاً همگن است ‏را سنگ می‌گوییم. یک سنگ ممکن است از یک نوع کانی تشکیل شده باشد، یا ممکن است مجموعه‌ای از دو یا چند نوع مختلف کانی باشد که از نظر فضایی به فازهای مجزا جدا شده‌اند.

برخی از مواد جامد طبیعی بدون ساختار بلوری مشخص، مانند عقیق یا ابسیدین، به طور صحیح‌تر کانیروید نامیده می‌شوند. اگر یک ترکیب شیمیایی به طور طبیعی با ساختارهای کریستالی مختلف رخ دهد، هر ساختار یک گونه معدنی متفاوت در نظر گرفته می‌شود. بنابراین، برای مثال، کوارتز و استیشوویت دو کانی متفاوت هستند که از یک ترکیب، دی‌اکسید سیلیکون تشکیل شده‌اند.

انجمن بین‌المللی کانی‌شناسی (IMA) نهاد استاندارد عمومی شناخته شده برای تعریف و نامگذاری گونه‌های معدنی است. از جولای 2023، IMA 5,955 گونه رسمی کانی را به رسمیت می‌شناسد ^{[منبع] [منبع]}

ترکیب شیمیایی یک گونه معدنی نامگذاری شده ممکن است با گنجاندن مقادیر کمی ناخالصی تا حدودی متفاوت باشد. دگرسانی‌های خاص یک گونه گاهی اوقات نام‌های رسمی یا متعارف خود را دارند. به عنوان مثال، آمتیست یک گونه ارغوانی از گونه معدنی کوارتز است.

برخی از گونه‌های معدنی می‌توانند نسبت‌های متغیری از دو یا چند عنصر شیمیایی داشته باشند که موقعیت‌های معادلی را در ساختار کانی اشغال می‌کنند. برای مثال، فرمول mackinawite به صورت (Fe,Ni)₉S₈ به معنای Fe_xNi_9-xS₈ داده می‌شود، که در آن x یک عدد متغیر بین 0 و 9 است. تشکیل گروه معدنی؛ این مورد سیلیکات‌های Ca_xMg_yFe_2-x–ySiO₄، گروه الیوین است.

علاوه بر ترکیب شیمیایی ضروری و ساختار بلوری، توصیف یک گونه معدنی معمولاً شامل ویژگی‌های فیزیکی رایج آن مانند عادت، سختی، درخشندگی، دیافنیت، رنگ، رگه، استحکام، شکاف، شکستگی، جدایی، وزن مخصوص، مغناطیس، فلورسانس، رادیواکتیویته و همچنین طعم یا بوی آن و واکنش آن به اسید.

کانی‌ها بر اساس ترکیبات شیمیایی کلیدی طبقه‌بندی می‌شوند. دو سیستم غالب طبقه‌بندی Dana و طبقه بندی Strunz هستند. کانی‌های سیلیکات تقریباً 90 درصد از پوسته زمین را تشکیل می‌دهند.[منبع] سایر گروه‌های کانی‌های مهم عبارتند از: عناصر بومی، سولفیدها، اکسیدها، هالیدها، کربنات‌ها، سولفات‌ها و فسفات‌ها.

 

تعاریف انجمن بین‌المللی کانی‌شناسی

انجمن بین‌المللی کانی‌شناسی شرایط زیر را برای یک ماده به عنوان یک کانی متمایز در نظر گرفته است: ^{[منبع 1][منبع 2]}

1. این ماده باید یک ماده طبیعی باشد که توسط فرآیندهای زمین شناسی طبیعی، روی زمین یا دیگر اجرام فرازمینی تشکیل شده است. این امر ترکیباتی را که مستقیماً و منحصراً توسط فعالیت‌های انسانی یا موجودات زنده (بیوژنیک) تولید می‌شوند، مانند کاربید تنگستن، سنگ‌های ادراری، کریستال‌های اگزالات کلسیم در بافت‌های گیاهی و صدف‌ها را حذف می‌کند.
   با این حال، اگر فرآیندهای زمین‌شناسی در پیدایش آنها دخیل باشد، ممکن است موادی با چنین منشأهایی واجد شرایط باشند (همان طور که در مورد evenkite، مشتق شده از مواد گیاهی، یا تاراناکیت، از گوانو خفاش، یا آلپرزیت، از باطله معدن) وجود دارد. مواد فرضی نیز مستثنی هستند، حتی اگر پیش‌بینی شود که در محیط‌های طبیعی غیرقابل دسترس مانند هسته زمین یا سیارات دیگر رخ دهند.

2. در ظاهر طبیعی باید یک ماده جامد باشد. یک استثنای اصلی برای این قاعده جیوه بومی است: این جیوه هنوز به عنوان یک ماده معدنی یا کانی طبقه‌بندی می‌شود، حتی اگر فقط زیر −39 °C درجه سانتی‌گراد متبلور می‌شود، زیرا قبل از ایجاد قوانین فعلی گنجانده شده بود.^[منبع] آب و دی‌اکسید‌کربن به عنوان کانی در نظر گرفته نمی‌شوند، حتی اگر آنها اغلب به عنوان کانی دیگر یافت می‌شوند. اما یخ آب یک ماده معدنی محسوب می‌شود.
3. باید ساختار کریستالوگرافی مشخصی داشته باشد. یا به طور کلی‌تر، آرایش اتمی منظم. این ویژگی متضمن چندین ویژگی فیزیکی ماکروسکوپی مانند شکل کریستالی، سختی و برش است. اوزوکریت، لیمونیت، ابسیدین و بسیاری دیگر از مواد آمورف (غیر بلوری) را که در زمینه‌های زمین‌شناسی وجود دارند، مستثنی می‌کند.
4. باید ترکیب شیمیایی نسبتاً مشخصی داشته باشد. با این حال، برخی از مواد کریستالی با ساختار ثابت اما ترکیب متغیر ممکن است به عنوان یک گونه معدنی در نظر گرفته شوند. یک کلاس معمولی از نمونه‌ها محلول‌های جامد مانند مکیناویت، (Fe, Ni)₉S₈ هستند که عمدتاً یک سولفید آهن با کسر قابل‌توجهی از اتم‌های آهن با اتم‌های نیکل جایگزین شده‌اند.
   نمونه‌های دیگر شامل کریستال‌های لایه‌ای با انباشته شدن لایه‌های متغیر، یا کریستال‌هایی است که فقط در ترتیب منظم جاهای خالی و جایگزین‌ها متفاوت هستند. از سوی دیگر، برخی از مواد که دارای یک سری ترکیبات پیوسته هستند، ممکن است خودسرانه به چند کانی تقسیم شوند. نمونه بارز آن گروه الیوین (Mg, Fe)₂SiO₄ است که اعضای انتهایی غنی از منیزیم و غنی از آهن آن کانی‌های جداگانه (فورستریت و فایالیت) در نظر گرفته می‌شوند.

 

جزئیات این قوانین تا حدودی بحث برانگیز است. به عنوان مثال، اخیراً چندین پیشنهاد برای طبقه‌بندی مواد آمورف به عنوان موادمعدنی ارائه شده است، اما توسط IMA پذیرفته نشده است.

IMA همچنین تمایلی به پذیرش مواد معدنی ندارد که به طور طبیعی فقط به شکل نانوذراتی با عرض چند صد اتم وجود دارند، اما حداقل اندازه بلور را تعریف نکرده است.

برخی از نویسندگان نیاز دارند که این ماده در دمای اتاق (25 درجه سانتی‌گراد) یک جامد پایدار یا ناپایدار باشد. با این حال، IMA فقط مستلزم آن است که ماده به اندازه کافی پایدار باشد تا ساختار و ترکیب آن به خوبی مشخص شود. به عنوان مثال، اخیراً مریدیانیت (یک هیدرات طبیعی سولفات منیزیم) را به عنوان یک کانی شناسایی کرده است، حتی اگر فقط در دمای زیر 2 درجه سانتی‌گراد تشکیل شده و پایدار باشد.

از جولای 2023، 5,955 کانی توسط IMA تأیید شده است. آنها معمولاً به نام یک شخص و به دنبال آن مکان کشف نام‌گذاری می‌شوند. نام‌های مبتنی بر ترکیب شیمیایی یا خواص فیزیکی دو گروه اصلی ریشه‌شناسی نام کانی‌ها هستند. اکثر نام‌ها به “-ite” ختم می شوند. استثناها معمولاً نام‌هایی هستند که قبل از سازماندهی کانی‌شناسی به عنوان یک رشته به خوبی تثبیت شده بودند، برای مثال گالن و الماس.

 

کانی‌های بیوژنیک

موضوعی که در میان زمین‌شناسان و کانی‌شناسان بحث می‌شود، تصمیم IMA برای حذف مواد کریستالی بیوژنیک بوده است.(1981) اظهار داشت که “ارگانیسم‌ها قادر به تشکیل مجموعه‌ای متنوع از مواد معدنی هستند، که برخی از آنها نمی‌توانند به صورت غیر آلی در بیوسفر تشکیل شوند.”

لوونستامپادشاهی معدنی، آنهایی هستند که توسط فعالیت‌های متابولیکی موجودات ایجاد می‌شوند. اسکینر تعریف قبلی از یک کانی را گسترش داد تا «عنصر یا ترکیب، آمورف یا کریستالی، تشکیل شده از طریق فرآیندهای بیوژئوشیمیایی» را به عنوان یک کانی طبقه‌بندی کند.^[منبع]

پیشرفت‌های اخیر در ژنتیک با وضوح بالا و طیف‌سنجی جذب اشعه ایکس، افشاگری‌هایی را در مورد روابط بیوژئوشیمیایی بین میکروارگانیسم‌ها و کانی‌ها ارائه می‌کند که ممکن است نور جدیدی را بر این سؤال بیافزاید. به عنوان مثال، “گروه کاری در کانی شناسی و ژئوشیمی زیست محیطی” به سفارش IMA به مواد معدنی در هیدروسفر، اتمسفر و بیوسفر می‌پردازد.^[منبع] دامنه این گروه شامل میکروارگانیسم‌های تشکیل‌دهنده مواد معدنی است که تقریباً در هر سنگ، خاک، و سطح ذرات موجود در کره زمین تا عمق حداقل 1600 متری زیر کف دریا و 70 کیلومتری داخل استراتوسفر (احتمالاً وارد مزوسفر) می‌شوند.

چرخه‌های بیوژئوشیمیایی برای میلیاردها سال به تشکیل مواد معدنی کمک کرده است. میکروارگانیسم‌ها می‌توانند فلزات را از محلول رسوب دهند و به تشکیل رسوبات سنگ معدن کمک کنند. آنها همچنین می‌توانند انحلال کانی را کاتالیز کنند.

قبل از فهرست‌بندی انجمن بین‌المللی کانی‌شناسی، بیش از 60 کانی زیستی کشف، نامگذاری و منتشر شده بود. این کانی‌ها (یک زیر مجموعه در جدول لوونستام (1981)) طبق تعریف اسکینر (2005) کانی‌های مناسب در نظر گرفته می‌شوند. این کانی‌های زیستی در فهرست رسمی نام‌های معدنی انجمن بین‌المللی موادمعدنی فهرست نشده‌اند؛ با این حال، بسیاری از این بیومرینال‌ها در بین 78 طبقه معدنی فهرست‌شده در طرح طبقه‌بندی دانا توزیع شده‌اند.

تعریف اسکینر (2005) از کانی، این موضوع را با بیان اینکه یک کانی می‌تواند کریستالی یا بی شکل باشد، در نظر می‌گیرد. اگرچه بیومینرال‌ها رایج‌ترین شکل کانی‌ها نیستند، به تعیین محدودیت‌های تشکیل‌دهنده یک کانی کمک می‌کنند.

تعریف رسمی نیکل (1995) به صراحت از بلورینگی به عنوان کلیدی برای تعریف یک ماده به عنوان کانی یاد کرد. مقاله‌ای در سال 2011 ایکوساهدریت، آلیاژ آلومینیوم-آهن-مس را به عنوان کانی تعریف کرد. این یک شبه کریستال است که به دلیل تقارن طبیعی منحصر به فرد خود نامگذاری شده است. بر خلاف یک کریستال واقعی، شبه بلورها مرتب هستند اما دوره‌ای نیستند.

 

جواهرات

سنگ مجموعه‌ای از یک یا چند کانی یا کانی‌روید است. برخی از سنگ‌ها، مانند سنگ آهک یا کوارتزیت، عمدتاً از یک کانی – کلسیت یا آراگونیت در مورد سنگ آهک و کوارتز در مورد دوم تشکیل شده‌اند. سنگ‌های دیگر را می‌توان با فراوانی نسبی کانی‌های کلیدی (ضروری) تعریف کرد. گرانیت با نسبت کوارتز،

فلدسپات قلیایی، و فلدسپات پلاژیوکلاز تعریف می‌شود. سایر کانی‌های موجود در سنگ، کانی‌های جانبی نامیده می‌شوند و تأثیر زیادی بر ترکیب توده‌ای سنگ ندارند. سنگ‌ها همچنین می‌توانند به طور کامل از مواد غیر معدنی تشکیل شوند. زغال‌سنگ یک سنگ رسوبی است که عمدتاً از کربن مشتق شده آلی تشکیل شده است.

در سنگ‌ها، برخی از گونه‌ها و گروه‌های معدنی بسیار فراوان‌تر از سایرین هستند. به این کانی‌های سنگ‌ساز می‌گویند. نمونه‌های اصلی اینها کوارتز، فلدسپات‌ها، میکاها، آمفیبول‌ها، پیروکسن‌ها، الیوین‌ها و کلسیت هستند. به جز مورد آخر، همه این کانی‌ها سیلیکات هستند. به طور کلی، حدود 150 کانی از نظر فراوانی یا ارزش زیبایی شناختی از نظر جمع‌آوری، اهمیت ویژه‌ای دارند.

 

مواد معدنی و سنگ‌های با ارزش تجاری، به غیر از سنگ‌های قیمتی، سنگ معدن فلزی، یا سوخت‌های معدنی، به عنوان کانی صنعتی نامیده می‌شوند. به عنوان مثال، مسکویت، یک میکای سفید، می‌تواند برای پنجره‌ها (گاهی اوقات به عنوان شیشه شیشه‌ای شناخته می‌شود)، به عنوان پرکننده، یا به عنوان یک عایق استفاده شود.

کانه‌ها کانی‌هایی هستند که دارای غلظت بالایی از یک عنصر خاص، معمولاً یک فلز هستند. به عنوان مثال سینابر (HgS)، سنگ معدن جیوه است. اسفالریت (ZnS)، سنگ معدن روی. کاسیتریت (SnO2)، سنگ معدن قلع. و کلمنیت، سنگ معدن بور.

گوهرها کانی‌هایی با ارزش زینتی هستند و به دلیل زیبایی، ماندگاری و معمولاً کمیاب بودن از غیر گوهرها متمایز می‌شوند. حدود 20 گونه کانی وجود دارد که به عنوان کانی‌های جواهری واجد شرایط هستند که حدود 35 مورد از رایج‌ترین سنگ‌های قیمتی را تشکیل می‌دهند. کانی‌های جواهر اغلب در انواع مختلفی وجود دارند، و بنابراین یک کانی می‌تواند چندین سنگ قیمتی مختلف را تشکیل دهد. برای مثال، یاقوت و یاقوت کبود هر دو کوراندوم، Al2O3 هستند.

 

ریشه‌شناسی

اولین استفاده شناخته شده از کلمه “کانی” در زبان انگلیسی (انگلیسی میانه) قرن 15 بود. این کلمه از لاتین قرون وسطی آمده است: minerale، از minera، معدن، سنگ معدن.^[منبع] کلمه “گونه” از گونه لاتین “نوع، نوع یا نوع خاص با ظاهر یا ظاهر مشخص” آمده است.

 

 

طبقه‌بندی نیکل-استرونز کانی‌ها

طرح فعلی کانی‌ها را به ده گروه تقسیم می‌کند که بر اساس ترکیب شیمیایی و ساختار بلوری به بخش‌ها، خانواده‌ها و زیرگروه‌هایی تقسیم می‌شوند.

1. عناصر
2. سولفیدها و سولفوسالت‌ها
3. هالیدها
4. اکسیدها، هیدروکسیدها و آرسنیت‌ها
5. کربنات‌ها و نیترات‌ها
6. بورات‌ها
7. سولفات‌ها، کرومات‌ها، مولیبدات‌ها و تنگستات‌ها
8. فسفات‌ها، آرسنات‌ها و وانادات‌ها
9. سیلیکات‌ها
10. ترکیبات آلی

 

طبقه‌بندی کانی‌ها توسط IMA/CNMNC

IMA/CNMNC یک طرح سلسله مراتبی جدید را پیشنهاد می‌کند (Mills et al. 2009)، با استفاده از گروه‌های دهگانه نیکل-استرونز ckel-Strunz (10 ed) این نشان می‌دهد:

 

• طبقه‌بندی کانی‌ها (غیر سیلیکات‌ها)
  • گروه 01: عناصر بومی
    • طبقه: عناصر بومی
  • گروه 02: سولفیدها و سولفوسالت‌ها
    • گروه 02.A – 02.G: سولفیدها، سلنیدها، تلوریدها (شامل آرسنیدها، آنتیمونیدها، بیسموتینیدها)
    • گروه 02.H – 02.M: سولفوسالات (از جمله سولفارسنیت‌ها، سولفانتیمونیت‌ها، سولفوبیسموتیت‌ها و غیره)
  • گروه 03: هالوژنیدها
    • گروه: هالیدها
  • گروه 04: اکسیدها
    • گروه: اکسیدها
    • گروه: هیدروکسیدها
    • گروه: آرسنیت‌ها (آنتی سولمونیت‌ها سلنیت‌ها و تلوریت‌ها)
  • گروه 05: ربونات‌ها و نیترات‌ها
    • گروه: کربنات
    • گروه: نیترات‌ها
  • گروه 06: بورات‌ها
    • گروه: بورات‌ها
      • زیر گروه: نسوبورات‌ها
      • زیر گروه: سوروبورات‌ها
      • زیر گروه: سیکلوبورات‌ها
      • زیر گروه: اینوبورات‌ها
      • زیر گروه: فیلوبورات‌ها
      • زیر گروه: تکتوبورات‌ها
  • گروه 07: سولفات‌ها، سلنات‌ها، تلورات‌ها
    • گروه: سولفات‌ها، سلنات‌ها، تلورات‌ها
    • گروه: کرومات‌ها
    • گروه: مولیبدیت، ولفرمات‌ها و نیوبات‌ها
  • گروه 08: فسفات‌ها، آرسنات‌ها، وانادات‌ها
    • گروه: فسفات‌ها
    • گروه: آرسنات‌ها، وانادات‌ها
  • گروه 09: ترکیبات آلی
    • گروه: ترکیبات آلی
• طبقه‌بندی کانی‌ها (سیلیکات‌ها)
  • گروه 10: سیلیکات‌ها و ژرمنات‌ها
    • گروه: سیلیکات‌ها
      • زیر گروه: نزوسیلیکات‌ها
      • زیر گروه: سوروسیلیکات‌ها
      • زیر گروه: سیکلوسیلیکات‌ها
      • زیر گروه: بی‌سیلیکات‌ها
      • زیر گروه: فیلوسیلیکات‌ها
      • زیر گروه: تکتوسیلیکات‌های بدون زئولیت H₂O
      • زیر گروه: تکتو سیلیکات با زئولیت H₂O. خانواده زئولیت
      • زیر گروه: سیلیکات‌های طبقه‌بندی نشده
      • زیر گروه: ژرمنات‌ها

 

خصوصیات فیزیکی کانی‌ها

کانی‌ها را بر اساس خواص مختلفی دسته بندی‌ می‌کنند این خواص عبارتند از: درجه سختی – لومینسانس – چگالی – ماکل- رخ – سطح شکست- خاصیت پیروالکتریسیته – خاصیت پیزوالکتریسته- لمس کانی – رنگ در کانی‌ها – رنگ خاکه – انواع جلا – شفافیت – ضربه پذیری – بو – مزه- خواص رادیواکتیویته – خواص مغناطیسی

 

بو

از روی بوی بعضی از کانی‌ها نیز تا حدی‌ می‌توان نوع آنها را تعیین کرد مثلا: ارپیمان، گوگرد و به طور کلی کانی‌هایی از این نوع بوی تند گوگرد را‌ می‌دهند یا کلسیت مرطوب بوی خاصی مثل مورداب را‌ می‌دهد.

 

مزه (Taste)

مزه کردن کانی‌ها در بسیاری موارد درست نیست و حتی ممکن است خطرناک نیز باشد ولی تا‌ می‌توان از این طریق نوع کانی را تعیین کرد مثلا: هالیت طعم شوری دارد یا آلونیت (زاج سفید) طعم ترش و گسی را داراست.

 

لمس

به وسیله دست زدن به کانی‌ها می‌توان فهمید که کدام یک بیشتر و کدامیک کمتر دما را هدایت می‌کنند. به عنوان مثال توپار خیلی سردتر از کوارتز است چون کوارتز بیشتر هادی دما است. بعضی از کانی‌ها لمس زبر و عده‌ای مثل تالک حالت صابون مانند و نرم و لغزنده‌ای دارند. و یا گرافیت و نفلین لمس چرب دارند. بعضی دیگر به دلیل داشتن خلل و فرج زیاد به زبان‌ می‌چسبند مثل کائولن.

 

شکل و ساختار بلور

شکل یک بلور در واقع انعکاسی از ساختمان درونی آن است و یک نمونه از خواص فیزیکی کانی‌ها‌ می‌باشد و کمک به شناسایی کانی‌ها می‌کند. کانی‌ها زمانی شکل بلوری خود را نمایان می‌کنند که بتوانند در فضایی که تشکیل می‌شوند به آزادی رشد کنند و تمام سطوح بلوری خود را بطور کامل نمایان کنند، زیرا زمانی که در محیط‌های متراکم و بدون فضای مناسب تشکیل می‌شوند، رشد همزمان سایر بلورها باعث می‌شود تا هیچ کدام نتوانند به آن شکل ظاهری که در ساختمان درونی آنها مقرر شده است، بدل شوند.

 

در طبیعت، 6 رده‌بندی برای اشکال بلوری وجود دارد. هر کدام از این رده‌ها دارای اشکال خاص خود هستند. این 6 رده بلوری به شرح زیر است: ^(منبع)

1. سیستم تبلورمکعبی (ایزومتریک یا کوبیک) – Isometric (cubic)
2. سیستم تتراگونال (چهارضلعی) – Tetragonal
3. سیستم اُرترومبیک – Orthorhombic
4. سیستم هگزاگونال (شش ضلعی) – Hexagonal
5. سیستم تبلور منوکلینیک – Monoclinic
6. سیستم تبلور تری‌کلینیک – Triclinic

 

به عنوان مثال نمک، پیریت و گالن دارای سیستم بلوری کوبیک (مکعبی)، نبات و گچ دارای سیستم بلوری مونوکلینیک و کوارتز دارای سیستم بلوری هگزاگونال هستند.

 

درجه سختی

سختی هر کانی مقیاسی از میزان مقاومت آن کانی در برابر سایش و خراشیدگی است. سختی یکی از خواصی است که به ساختمان درونی و قدرت پیوندهای بین اتمی مربوط می‌شود. سختی کانی را می‌توان یکی از قابل اطمینان ترین خواص فیزیکی کانی‌ها در شناسایی کانی‌ها دانست.

سختی کانی، از جمله خواصی است که می‌توان به کمک آن، با خطای کمی کانی‌ها را شناسایی کرد. بطور کلی درجه سختی، یک خاصیت فیزیکی قابل اعتماد است، اما ممکن است که تغییراتی که در ترکیب کانی رخ می‌دهد، باعث سخت‌تر یا نرم‌تر شدن آنها شود. از این رو برای تعیین سختی هر کانی باید سطوح تازه و بدون هوازدگی هر کانی را مورد آزمایش قرار داد.

اگر دو کانی بر روی هم کشیده شوند، کانی سخت‌تر، کانی نرم‌تر را خراش می‌دهد. برای شناخت سختی هر کانی، نموداری وجود دارد که در آن 10 کانی شاخص با میزان سختی آن‌ها به همراه بعضی از مواد مانند ناخن انگشت، تیغه چاقو، سکه و شیشه نیز در این نمودار مشخص شده است این نمودار به نام مقیاس سختی موهس مشهور است. الماس با درجه سختی 10 و تالک با درجه سختی 1 به عنوان سخت‌ترین و نرم‌ترین کانی معرفی شده است. برای تعیین میزان سختی کانی‌ها می‌توانید از یک قطعه شیشه، تیغه چاقو یا سکه و همین‌طور ناخن انگشتان استفاده کنید. کوارتز، شیشه و فلز را خط می‌اندازد و در مقابل تیغه چاقو بر روی کلسیت خط می‌اندازد.

 

جدول سختی موهس

جدول سختی موهس یکی از پرکاربردترین ابزارهای ناملموس علوم زمین است. این جدول توسط موهس Friedrich Mohs (1773-1839)، an Austrian/ German mineralogist ارائه گردید. البته موهس هم این روش و مقایسه سختی را قبلا از زمین شناسانی که در معادن کار می‌کردند به طور تجربی دیده بود و افراد دیگری نیز قبل از موهس به این روش اشاره کرده بودند. در سال 2011 این جدول به روز شد اما هنوز از جدول قدیمی به اشتباه استفاده می‌گردد.

منبع: Garry W. Kappel، President – Sedona Gem & Mineral Club، Inc. (2011)

 

چگالی کانی‌ها (وزن مخصوص، وزن حجمی)

چگالی بلورهای دارای شکل هندسی منظم، از طریق محاسبه حجم جسم و تعیین نسبت حجم به وزن جسم بدست می‌آید. برای بدست آوردن چگالی کانی‌های فاقد شکل معین می‌توان قطعه‌ای از کانی مورد نظر را به استوانه مدرج حاوی آب قرار داد. تفاوت سطح آب در قبل و بعد از قراردادن کانی برابر با حجم کانی می‌باشد.

همچنین می‌توان وزن یک نمونه را در هوا و به صورت غوطه‌ور در آب از طریق ترازو به دست آمد. چگالی کانی‌ها به ترکیب شیمیایی آنها بستگی دارد، ناخالصی‌های موجود در یک کانی‌ می‌تواند از جرم مخصوص آن کانی را تغییر دهد به همین دلیل جرم و به دنبال آن چگالی را بین دو عدد نزدیک به هم در نظر می‌گیرند.برخی از کانی‌ها در آب محلول هستند، جهت محافظت از این نوع کانی‌ها در طول آزمایش، بهتر است از مایعاتی چون استون، الکل و بنزین استفاده نمود. البته باید چگالی این مایعات را قبلاً تعیین و با آب مقایسه نمود.در برخی از کانی‌ها چگالی یکی از ویژگیهای مهم در شناسایی به شمار می‌رود، به عنوان مثال وزن مخصوص گالن و باریت بسیار بالا بوده در صورتی که دیاتومیت بسیار سبک‌ می‌باشد.

 

ماکل یا دو قلویی (Twining)

رشد توأم دو یا چند بلور هم شکل که از نظر بلورشناسی جزء یک گروه می‌باشند و از قوانین خاصی تبعیت می‌نمایند را دوقلویی می‌گویند. نمود این پدیده ایجاد عناصر تقارن (صفحه تقارن، محور تقارن و غیره) اضافی‌ می‌باشد. دو نوع دوقلویی بسته به چگونگی قرار گرفتن بلورهای منفرد به طور ساده و با هم و یا در داخل یکدیگر تقسیم وجود دارد، که عبارتند از:

• تماسی: که به دو قسمت ساده و پلی سسنتتیک (چند گانه) تقسیم‌ می‌شود
• تداخلی: که به دو قسمت ساده و صلیبی تقسیم‌ می‌شود

 

رخ یا کلیواژ (Cleavage)

نیروهایی که در یک ساختمان بلورین اتم‌ها را در کنار هم نگه می‌دارند، لزوماً در همه جهات مساوی نیستند. اگر سطوح ضعف مشخصی در بلور وجود داشته باشد، کانی در امتداد این سطح بسیار آسان‌تر از سطوح دیگر ترک برمی‌دارد یا بلور به طور مکرر می‌شکند.

برخی از بلورها در امتدادهای بخصوصی به آسانی و به صورت سطوح صاف شکسته می‌شوند. این سطوح به نام سطوح رَخ یا کلیواژ خوانده می‌شود. باید توجه داشت که سهولت شکستن کلیواژ در کانی‌های مختلف متفاوت است و حتی ممکن است یک کانی دارای امتداد کلیواژهای مختلف باشد. بلورها ممکن است دارای یک، دو، سه، چهار و یا شش جهت رَخ باشند.

 

 

انواع رخ

• کامل (Prefect cleavage)
  

  درصورتی که کانی به راحتی و به صورت صفحات نازک با سطوح صاف و و صیقلی بشکند‌ می‌گویند که داری رخ کامل است. مانند میکا و ژیپس.

• خوب (Good cleavage)
  

  هرگاه کانی در امتداد سطوح معینی بشکند و سطوح صاف ایجاد کند در آن صورت‌ می‌گویند که دارای رخ خوب است، در این کانی‌ها همواره کانی در جهات سطوح رخ‌ می‌شکند و سطوح شکست ناهموار ندارد. مانند کلسیت، نمک طعام، گالن.

• مشخص (Distinct cleavage)
  

  کانی هائی که دارای این نوع رخ هستند گاهی در جهات رخ و به صورت سطوح صاف و صیقلی‌ می‌شکنند و گاهی با ایجاد سطوح ناهموار‌ می‌شکنند مانند: فلدسپات‌ها، آمفیبول‌ها.

• ناقص (Imperfect cleavage)
  

  در این نوع رخ؛ سطوح صاف بسیار کم است و عمدتاُ سطوح ناهموار ایجاد‌ می‌شود. مانند بریل، آپاتیت

 

سطح شکست (Fracture)

یکسان بودن قدرت پیوندهای شیمیایی در تمام جهات در برخی از کانی‌ها سبب می‌شود کانی‌ها در اثر ضربه به صورت نامنظم شکسته شوند سطح پدید آمده را سطح شکست می‌گویند.

 

انواع شکستگی

• صدفی (Conchoidal)
  

  هرگاه سطح حاصل از شکستگی به صورت یک سطح صاف و مقعر که شبیه به سطح داخلی صرف دو کفه ایها است باشد به نام شکستگی صدفی نامیده‌ می‌شود مانند شکستگی سنگ شیشه و کالسدوئن.

• رشته‌ای (Fibrous)
  

  در این نوع شکستگی محل شکستگی مانند شکسته شدن چوب است و حالت رشته ای دارد. این نوع شکستگی در تومولیت و آکتینولیت دیده‌ می‌شود.

• مضرس (Hackly)
  

  دراین حالت سطح شکستگی حالت داندانه ای و تیز دارد. این شکستگی در اغلب عناصر طبیعی مانند: طلا، مس، پلاتین دیده‌ می‌شود.

• ناهموار (Uneven)
  

  در این توع شکستگی سطح ناهموار و زبری ایجاد‌ می‌شود. این حالت در کانی‌های سولفیدی،آپاتیت و کاسیتریت دیده‌ می‌شود.

 

ضربه‌پذیری یا استحکام (Tenacity)

میزان مقاومتی که کانی در برابر شکسته شدن یا خراشیده شدن از خود نشان می‌دهد، معرف ضربه‌پذیری یا استحکام آن را نشان می‌دهد. از این جهت کانی‌ها دارای یکی از خصوصیات ذیل می‌باشند:

• شکننده (Brittle): که در اثر ضربه خرد‌ می‌شوند مثل: گوگرد.
• چکش خوار (Malleable): که قابلیت چکش خواری را دارا‌ می‌باشد مثل: کانی‌های فلزی چون طلا، مس و..
• برش پذیر (Sectile): که توانایی برش خوردگی را دارا‌ می‌باشند مثل: ژیپس.
• قابل انعطاف (Flexible): این نوع کانی‌ها خم می‌شوند، اما بعد از آزاد شدن نیرو به حالت اولیه باز نمی‌گردند.(مانند ژیپس)
• الاستیک (Elastic): این نوع کانی‌ها خم می‌شوند و بعد از آزاد شدن و برداشتن نیرو به شکل اولیه بر می‌گردند. (مانند بیوتیت و مسکوویت)

 

رنگ (Color)

رنگ کانی، یکی از مشخصترین ویژگی کانی‌ها است و درمورد کانی‌هایی مانند پیریت (به رنگ طلایی)، مس (با رنگ سرخ) و طلا (با رنگ زرد طلایی) کاملاً مشخص است. سایر کانی‌ها بسته به وجود ناخالصی و تفاوت در ترکیب، به رنگ‌های مختلفی دیده می‌شوند. مثلاً کوارتز را از بلورهای بیرنگ تا صورتی، قرمز، سفید، سیاه و بنفش می‌توان دید و در کل رنگ مشخصه مناسب برای شناسایی کانی‌ها به شمار نمی‌آید.

ایدیوکروماتیک (Idio chromatic)

کانی‌های خود رنگ را گویند. رنگ این کانی‌ها به دلیل ترکیب شیمیائی یا ساختمان داخلی آنها است و همواره ثابت است مانند سبز مالاکیت یا رنگ آبی در لازوریت.

آلوکرماتیک (Allochromatic)

کانی‌های دگر رنگ را گویند. این نوع رنگ بدلیل وجود ناخالصی در کانی به وجود‌ می‌آید و با توجه به انواع ناخالصی ؛ تنوع رنگی نیز دیده‌ می‌شود. مثل کانی کوارتز که به رنگ‌های متنوعی دیده‌ می‌شود.

پزوروکرماتیک (Pesudochromatic)

کانی‌های دارای رنگ کاذب را گویند. این نوع زنگ در اثر انعکاس نور در سطوح مختلف کانی‌های شفاف یا نیمه شفاف اینجاد‌ می‌شود ؛ بدین صورت که شعاع‌های نوری پس از برخورد به سطوح کریستالی کانی‌ها در جهات مختلف منعکس‌ می‌شوند و در نتیجه تداخل آنها رنگ‌های متفاوتی به چشم‌ می‌خورد. مثل کانی لابرادوریت. در بعضی از کانی‌ها مانند کالکوپریت تداخلی از چند رنگ به صورت رنگین کمان منعکس‌ می‌شود.

رنگ خاکه (Streak)

رنگ خاکه از دیگر خواص فیزیکی کانی‌ها می‌باشد. هنگامی که کانی بصورت پودر درآورده شود، معمولاً رنگ خود را نسبت به حالت قطعه‌ای بهتر نشان می‌دهد. در آزمایشگاه رنگ خاکه را با کشیدن کانی بر روی یک قطعه چینی بدون لعاب تعیین می‌کنند. با این شیوه نمی‌توان رنگ خاکه را برای کانی‌هایی که سخت‌تر از چینی بدون لعاب هستند، به دست آورد، زیرا این کانی‌ها خود باعث خراشیده شدن چینی می‌شوند.

 

جلا (Luster species)

جلوه کانی از نظر میزان و نحوه انعکاس نور را جلا می‌گویند که بیش از همه با واژه‌های فلزی و غیرفلزی معرفی می‌شود. بعضی از کانی‌ها در سطوح تازه خود دارای جلایی فلز مانند هستند. جلای غیرفلزی انواع مختلفی دارد که مهم‌ترین آنها عبارتند از شیشه‌ای، مرواریدی، صمغی، چرب و ابریشمی. برای آشنا شدن با این نوع جلاها، باید کانی‌های مختلف را مورد بررسی قرار داد برای درک جلای شیشه‌ای می‌توان به نگین‌های الماس و یا کوارتز اشاره کرد. جلای فلزی را با سمباده زدن بر روی یک سطح آهنی که رنگ براق آن نمایان می‌شود، می‌توان مشاهده نمود.

بعضی از کانی‌ها به سبب هوازدگی یا حفره‌دار شدن، طبعاً فاقد جلا هستند. برای این کانی‌ها جلای خاکی یا کدر در نظر گرفته می‌شود.
ویژگی فیزیکی دیگری از کانی‌ها که در اینجا می‌توان به آن اشاره کرد، شفافیت است. شفافیت به مقدار نوری بستگی دارد که از کانی عبور می‌کند. به عنوان مثال کوارتز معمولاً جزء کانی‌های شفاف است. بعضی از کانی‌ها به عنوان کانی‌های نیمه شفاف محسوب می‌شوند و نور را به خوبی از خود عبور نمی‌دهند، مانند بلور گچ (ژیپس) و بعضی دیگر هرگز نور را از خود عبور نمی‌دهند، مانند پیریت.

 

انواع جلا

• فلزی (Luster): این نوع جلا در کانی هائی که نور را از خود عبور نمی دهند و تماماُ منعکس‌ می‌کنند دیده‌ می‌شود مانند کانی‌های فلزی مثل: گالن، هماتیت و طلا.
• نیمه فلزی (Sub metallic): در این نوع کانی‌ها که نور را از خود عبور نمی دهند مقدار انعکاس نور کمتر از حالت قبلی است مثل: ماگنتیت، پیرولوزیت، کرومیت و..
• شیشه‌ای (Vitreous): کانی‌های مانند شیشه که نور از آنها عبور‌ می‌کند دارای این نوع جلا هستند مثل: لیمونیت، کوارتز، باریت و…
• نیمه شیشه‌ای (Subvitreous): در کانی‌هایی که مقدار نور عبوری از آنها کمتر از شیشه است دیده‌ می‌شوند مثل: کلسیت، آلونیت و…
• صمغی (Resinous): این حات از جلا شبیه صمغ است مثل: بلاند، آپاتیت، ارپیمان، رآلگار و…
• چرب (Greasy): در این حالت جسم چرب نیست ولی حالت چربی دارد مثل: کوارتز، تالک، اپال و تورمالین نیز تا حدی داری جلای چرب‌ می‌باشند.
• مرواریدی (Pearly): در انی حلت جسم جلائی مانند مروارید دارد مثل: سلستیت، دولومیت و…
• الماسی (Adamantine): در کانی‌هایی که شکست نور زیاد دارند این نوع جلا دیده‌ می‌شود مثل: سروزیت، مالاکیت، اسفالریت و…
• ابریشمی (Silky): در اثر تجمع رشته‌های نازک بعضی از کانی‌های این نوع جلا به وجود‌ می‌آید مثل: آزبست، هورنبلند، الکسیت و…

 

شفافیت (Transparency)

مقدار نوری است که از یک کانی عبور می‌کند بدین معنی که هر چه نور بیشتری از کانی عبور کند آن کانی شفاف‌تر است.

• شفاف (Transparent): کانی نور را کاملا از خود عبور‌ می‌دهد و میتوان از پشت آن اشیاء را دید مثل: ورقه نازک ژیپس یا کوارتز.
• کدر: کانی نور را از خود عبور نمی دهد مثل مگنتیت، گالن و…
• نیمه شفاف (Translucent): کانی نور را خود عبور‌ می‌دهد ولی از پشت آن اشیاء دیده نمی شوند مثل: کوارتز ناخالص، هالیت و…
• اندک شفاف (Sub translucent): نور از ورقه‌های نازک کانی عبور‌ می‌کند مثل: فلوریت، پلاژیوکلاز،…

 

خاصیت مغناطیسی

مگنتیت از جمله کانی‌هایی است که خاصیت مغناطیسی از خود نشان می‌دهد و یکی از کانی‌های مغناطیسی محسوب‌ می‌شود. این کانی نوعی دیگری از اکسید آهن است و تنها کانی معمولی است که توسط آهن ربای کوچک (Fe3O4)جذب می‌شود. کانی‌های دیگری هم وجود دارند که دارای خاصیت مغناطیسی هستند که تنها به کمک ابزارهای دقیق قابل تشخیص هستند. خاصیت مغناطیسی از جمله خواص فیزیکی کانی‌ها می‌باشد که در شناسایی کانی‌ها و سنگ‌ها کمک می‌کند.

 

خاصیت پیروالکتریسیته (Pyroelectricity)

کانی‌هایی که در اثر حرارت دادن و یا سرد کردن دارای بارهای الکتریکی‌ می‌شوند را گویند. البته این پدیده در بلورهایی مشاهده می‌گردد که فاقد مرکز تقارن می‌باشد. بارهای الکتریکی دو سر این کانی‌ها مخالف همدیگر‌ می‌باشد همچنین بارهای الکتریک هر قطب بر اثر سرد کردن مخالف با بارهای الکتریکی آن قطب بر اثر حرارت دادن است.

در اثر گرم شدن در یکی از دو انتهای محور تقارن این نوع بلورها با رالکتریکی مثبت و در انتهای دیگر بار منفی به وجود می‌آید و هنگام سرد شدن این عمل معکوس می‌شود. بلور کوارتز به خوبی خاصیت پیروالکتریسیته از خود نمایش‌ می‌دهد به طوریکه در رویه‌های آنها یکی در میان بارالکتریکی مثبت و منفی در اثر دما ایجاد می‌شود.از این خاصیت برای تبدیل انرژی حرارتی به انرژی الکتریکی بخصوص بهره برداری از انرژی خورشیدی استفاده‌ می‌کنند. تورمالین یکی از کانی‌هایی است که دارای خاصیت پیروالکتریسیته‌ می‌باشد.

 

خاصیت پیزوالکتریسته (Piezoelectricity)

بعضی از کانی‌ها بر اثر فشارها و یا کشش‌های مکانیکی در جهات معینی دارای بارهای الکتریکی‌ می‌شوند که در دو طرف کانی این بارها مخالف یکدیگرند هستند. مثلا کوارتز بر اثر فشار مکانیکی در جهت محور x و یا کشش در جهت محور y دارای بار الکتریکی مخالف در دو سر کانی و در جهت محور c‌ می‌شود و اگر جهت فشار یا کشش را عوض کنیم بارهای دو سر بلور تغییر‌ می‌کند. امروزه به علت مصرف زیاد صفحه‌های پیزوالکتریک آنها را از بلورهای مصنوعی اتیلن دیامین. تارترات، فسفات آلومینیوم و بعضی مواد دیگر به قیمت ارزان تهیه می‌کنند.

 

لومینسانس (Luminescence)

خاصیتی است که در برخی کانی‌ها هنگام حرارت دادن آنها به صورت التهابی نورانی دیده می‌شود این این خاصیت در دمای بین 50 تا 100 درجه سانتیگراد در طیف مرئی دیده‌ می‌شود و در دمای بالاتر از 450 درجه سانتیگراد خاتمه‌ می‌یابد. (م-نظری جزوه آموزشی 1378)

به عبارتی دیگر هر گاه دسته‌ای اشعه نورانی به یک جسم تابیده شود معمولاً قسمتی از آن جذب و تبدیل به حرارت می‌شود. ولی در برخی از کانی‌ها قسمتی از انرژی تبدیل به انرژی نورانی با طول موج بزرگتر شده و معمولاً رنگ آن عوض می‌شود. این قابلیت به نام خاصیت نوردهی یا لومینسانس خوانده می‌شود. (مدنی و شفیعی‌ـ زمین شناسی عمومی‌)

 

پدیده لومینسانس در اثر تغییر تراز الکترون‌ها در اثر تحریک فیزیکی ایجاد می‌گردد. برخی از کانی‌ها اگر تحت تأثیر نور شدید یا نور ماوراء بنفش و یا مالش شدید قرار گیرند این خاصیت را از خود بروز می‌دهند.

پدیده لومینسانس به انواع مختلفی تقسیم می‌شود که برخی از آنها عبارتند از فلورسانس، فسفرسانس، ترمولومنیلساس و تریبولومنیلساس می‌باشد.

• فلورسانس (Fluorescence)
  

  اگر به محض قطع شدن محرک، نوری که ایجاد می‌شود از بین برود اصطلاحاً به آن فلورسانس گفته می‌شود. کانی‌های دارای این خاصیت در نور فرابنفش تغییر رنگ‌ می‌دهند مانند نور ساطع شده از شبرنگ خیابانها برای شناسایی این خاصیت می‌توان از لامپهای تست اسکناس استفاده نمود.

• فسفرسانس (Phosphorescence)
  

  اگر تا مدتی پس از قطع انرژی این خاصیت نوردهی تا مدتی باقی بماند به نام فسفرسانس نامیده می‌شود مانند برخی از ساعتهای مچی که خاصیت شبرنگ دارند و در تاریکی نور از خود ساطع می‌کنند.کانی خالص هیچ‌وقت دارای خاصیت فسفرسانس نیست برای اینکه کانی دارای خاصیت مزبور باشد لازم است که در آن مقداری ناخالصی که فسفرزا گفته می‌شود وجود داشته باشد (دکتر قریب، شناخت سنگها جلد 2)

• ترمو لومینسانس (Thermoluminescene)
  

  پدیده‌ایی که طی آن برخی کانی‌ها هنگام حرارت دادن به صورت التهابی، نورانی دیده می‌شود این خاصیت در دمای بین 50 تا 100 درجه سانتیگراد در طیف مرئی دیده‌ می‌شود و در دمای بالاتر از 450 درجه سانتیگراد خاتمه‌ می‌یابد.

• فتولومینسانس (Photoluminescence)
  

  اگر لومینسانس بر اثر تحریک کانی‌ها با نور مرئی و یا پرتو فرابنفش پدیدار شود به نام فتولومینسانس نامیده‌ می‌شود مثل: پیروفیلیت (Pyrophylite)

• کاتولومینسانس (Cathodoluminescence)
  

  اگر عامل محرکه پرتوهای کاتدیک یا پرتوx باشد به نام کاتدولومینسانس خوانده‌ می‌شود مثل: گیبسیت Gibbsite

• تریبولومینسانس (triboluminescence)
  

  گاهی پدیده لومینسانس بر اثر ضربه ایجاد‌ می‌شود که به نام تریبولومینسانس نامیده‌ می‌شود مثل: کوارتز (Quartz)

• الکتولومینسانس (Electroluminedcenec)
  

  گاهی اثر جریانات الکتریکی بر لومینسانس موثر است که به آن الکترولومینسانس گفته‌ می‌شود

• کریستالولومینسانس (Crysthlloluinescence)
  

  گاهی رشد و تشکیل کانی جدید نیز با تایش نور همراه است و بنام کریستالو لومینسانس خوانده‌ می‌شود.

• ترمولومینسانس (Thermoluminescence)
  

  گاهی در اثر حرارت کانی‌ها خاصیت لومینسانس از خود نشان‌ می‌دهند که در این صورت پدیده را ترمو لومینسانس گویند مثل: آپاتیت (Apatite)

 

واکنش کانی در برابر اسید

شناسایی کانی‌ها با اسید از دیگر زوش‌های شناسایی می‌باشد. وقتی اسید کلریدریک سرد و رقیق بر روی کربنات کلسیم (کانی‌های کلسیت و آراگونیت) ریخته شود، به شدت می‌جوشد. با استفاده از این آزمایش ساده می‌توان بخش زیادی از کانی‌هایی را که در محیط‌های طبیعی دیده می‌شوند، شناسایی کرد. البته این اسید بر روی تمام کانی‌های کربناته این اثر را ندارد.