Mineralogian pk harjoitukset h3 Jukka-Pekka Ranta

SILIKAATIT Tärkein kivilajeja muodostava mineraaliryhmä Useimmat yleisistä kivimineraaleista kuuluu tähän luokkaan 90% maankuoresta koostuu silikaateista, kaikista mineraaleista 1/3 Kaikkien silikaattimineraalien kidekemiallinen perusrakenneosanen on pii-happi-tetraedri Piiatomia (Si 4- ) ympäröi neljä happiatomia (O 2- ) SiO4-4 - Silikaattien alajaottelu kidekemiallisen rakenteen mukaan jalo-, ketju-, nauha-, verkko- ja hohkasilikaatteihin

Silikaattien rakenteet Jalosilikaatit (SiO4) Ketjusilikaatit (SiO3) Nauhasilikaatit (Si4O11) Verkkosilikaatit (Si8O5) hohkasilikaatit (SiO2)

Jalosilikaatit Yleinen kemiallinen koostumus X4+(SiO44-) Piihappitetraedrit erillisinä, pareittain tai renkaina Kationit liittyvät piihappitetraedreihin happiatomien välityksellä Nesosilikaatit sorosilikaatit syklosilikaatit

KETJUSILIKAATIT Single chain silicates Pyrokseenimineraalit Emäksisten laava- ja syväkivien mineraaleja Yleinen kaava: X2+(SiO3)2- X=Mg, Fe2+, Ca, Al, Fe3+ Pyrokseenimineraaleille on tyypillistä 2 lohkosuuntaa (90°)

Pyrokseenit Klinopyrokseeni on ryhmänimi monokliinisille pyrokseeneille Yleisimmät ryhmän mineraalit ovat Augiitti ja Diopsidi Ortopyrokseeni on ryhmänimi rombisille pyrokseeneille Ryhmän päätejäsenet Enstatiitti (Mg-pää) ja Ortoferrosiliitti (Fe-pää, luonnossa pysymätön)

NAUHASILIKAATIT double chain silicates = amfiboliryhmä Yleinen kaava X(Si8O22) X= Mg, FeII, Ca, Al, FeIII Voidaan ajatella johdetuksi ketjusilikaateista niin, että kaksi SiO3 –ketjua on liittynyt toisiinsa joka toisesta piihappitetraedristä Tyypillistä 2 lohkosuuntaa (eteviä tai epäselviä) 120° 60 eri mineraalilajia Sisältävät aina OH

Amfibolien mineraloginen vs. Makroskooppinen luokitus Mineraloginen luokitus Antofylliitti Tremoliitti-Aktinoliitti Sarvivälke Makroskooppinen luokitus Amfiboliasbesti (kuituinen) Sädekivi (sälöinen) Sarvivälke (rakeinen)

VERKKOSILIKAATIT (Sheet silicates) Yleinen kaava X4+(Si4O10)4- Kiilleryhmä + muut verkkosilikaatit Tyypillistä etevä 001-suuntainen lohkeavuus Voidaan johtaa nauhasilikaateista asettamalla nauhoja rinnakkain samaan tasoon Nämä levyt kiinnittyvät toisiinsa kationien välityksellä Kiderakenne heksagoninen tai monokliininen

Hohkasilikaatit framework silicates Maankuoren yleisimmät mineraalit ovat hohkasilikaatteja Kunkin piihappitetraedrin kaikki happiatomit ovat yhteisiä ympäröivien piihappitetraedrien kanssa  kolmeen ulottuvuuteen jatkuva hila Kvartsi + maasälvät

Mineraalit

Jalosilikaatit Yleinen kemiallinen koostumus X4+(SiO44-) Piihappitetraedrit erillisinä, pareittain tai renkaina Kationit liittyvät piihappitetraedreihin happiatomien välityksellä Nesosilikaatit sorosilikaatit syklosilikaatit

1. Oliviini (Mg,Fe)2SiO4 Olivine Muodostaa isomorfisen seossarjan Forsteriitti – Fayaliitti (Mg2SiO4) - (Fe2SiO4) Lasi- tai rasvakiiltoinen Usein vihreä – voi olla ruskeaa Kovuus 6,5-7; d= 3,4 – 4,2 Mg- pitoinen kevyempää Usein rakeinen asu Tummien magmakivien mineraali Sulamislämpötila 1800°C, ei kovin herkkä kemiallisille reaktioille Käyttö valumuoteissa, hiekkapuhalluksessa Photo by R.Weller/Cochise College

2. Kyaniitti Al2SiO5 Kyanite Kuuluu alumiinisilikaatteihin yhdessä sillimaniitin ja andalusiitin kanssa Lasi- tai helmiäiskiiltoinen Sälöinen/sälökimppuinen Väriltään taivaansininen tai valkea Kiteiden pituussuunnassa 1 lohkosuunta Trikliininen kidejärjestelmä Kovuus 4,5-7 riippuen naarmutussuunnasta (poikittain kova, pehmeä pitkittäin); d= 3,6 Kiilleliuskeissa ja –gneisseissä (usein porfyroblasteina) Käyttö tulenkestävissä tuotteissa, posliiniteollisuudessa Photo by R.Weller/Cochise College

3. Granaatti R32+R23+(SiO4)3 R2+= Fe, Mg, Ca, Mn ; R3+= Al, Fe, Cr, Ti Useita (yht. 15) toisiaan muistuttavia mineraaleja Suomesta tavattu 6 granaattiryhmän mineraalia Väri yleensä punainen tai ruskea Voi olla vihreä, musta, väritön Kovuus 7; d= 3,4-4,3 (Mg, Al –granaatit kevyempiä kuin Fe sisältävät) Rakeinen Usein omamuotoisina rakeina Kuutiollinen kidejärjestelmä Tavataan usein porfyroblasteina kiilleliuskeissa ja granuliiteissa, graniittisissa kivissä Käyttö hioma-aineena ja puhallushiekkana, vesileikkauksessa, korukivenä (lapin kullanhuuhtojat keräävät löytämänsä granaatit korukiviksi) Photo by R.Weller/Cochise College

Granaatti Almandiini, punainen Fe3Al2(SiO4)3 Pyrooppi, verenpunainen Mg3Al2(SiO4)3 Spessartiini, ruskeanpunainen, kellertävä Mn3Al2(SiO4)3 Grossulaari, vihertävä Ca3Al2(SiO4)3 Andradiitti, ruskeanmusta Ca3Fe2(SiO4)3 Uvaroviitti, smaragdinvihreä Ca3Cr2(SiO4)3

4. Epidootti Ca2(Al, Fe, Mn)3OH(SiO4)3 Lasikiiltoinen Kellanvihreä/vihreä (musta) Kovuus 6-7; d= 3,4 Asu massamainen tai rakeinen monokliininen Vihreäkivissä ja karsikivissä Photo by R.Weller/Cochise College

5. Wollastoniitti (CaSiO3) Wollastonite Silkin- tai lasinkiiltoinen Kuituinen tai sälöinen asu Pituussuunnassa 2 lähes kohtisuoraa lohkosuuntaa Valkoinen/vaaleanharmaa väri Kovuus 4,5-5; d=2,9 Hauras Kidejärjestelmä trikliininen Ketjusilikaatti, jolla jalosilikaattien ominaisuuksia Käyttö keraamisessa teollisuudessa Massat ja lasitteet Esiintyy silikaattipitoisten kalsiittikivien yhteydessä Metamorfiset kivet Photo by R.Weller/Cochise College

6. Turmaliini (koostuu 18 alkuaineesta, B-pitoinen) Tourmaline B:n ja OH-ryhmän lisäksi sisältää lähes kaikkia maankuoren pääalkuaineita Trigoninen kidejärjestelmä Kovuus 7-7,5; d= 3-3,3 Hauras Väri musta, voi olla vihreä tai vaaleanpunainen Kiilto lasimainen tai silkinkiilto Esiintyy pitkinä, poikkileikkaukseltaan kolmionmuotoisina kiteinä, joiden pinnalla havaittavissa viirukkeisuutta Esiintyy pegmatiiteissa, gneisseissä ja liuskeissa Värimuunnokset korukiviä Photo by R.Weller/Cochise College

7. Kordieriitti (Mg,Fe)2Al4Si5O18 Cordierite Lasinkiilto Tummansininen/vihertävänharmaa – eri suunnista eri värinen Kovuus 7-7,5; d= 2,6 Rombinen kidejärjestelmä Epätasainen, simpukkamainen murrospinta Rakeinen asu Tärkeä teollisuusmineraali: huono sähkönjohtavuus, ei lämpölaajenemista, haponkestävyys, kohtuullinen hinta sähköeristeissä, vastus- ja lämpöelementeissä, poltinputkíssa ja katalysaattoreissa Liuskeissa, gneisseissä, graniiteissa, noriiteissa ja pegmatiiteissa Al- pitoisissa kivissä Sulfidimalmien muuttumisvyöhykkeissä Photo by R.Weller/Cochise College

8. Berylli (Be3Al2Si6O18) Beryl Mattamainen lasikiilto Vaaleanharmaa(nruskea), kellertävä, vihertävä Kovuus 8; d=2,7 Heksagoninen Kiteet usein omamuotoisia, pitkiä kiteitä Graniittipegmatiiteissa Keraamisessa teollisuudessa, hioma-aineena, Be- malmi Värimuunnokset korukiviä/jalokiviä Vihreä = smaragdi Sinivihreä/sininen= akvamariini Suomessa Eräjärvi, Kemiö, Kuortane, Tammela Photo by R.Weller/Cochise College

9. Stauroliitti (Fe, Mg, Zn)2Al9O8Si4O16 Staurolite Lasin- tai rasvankiiltoinen Mustanruskea-keskiruskea, ruskea Kovuus 7-7,5; d= 3,7 Monokliininen Esiintyy usein omamuotoisina kiteinä Myös ristikaksoset yleisiä Kiilleliuskeissa ja –gneisseissä Tohmajärvi, Puolanka, Sodankylä Vähäistä käyttöä korukivenä Photo by R.Weller/Cochise College

KETJUSILIKAATIT Single chain silicates Pyrokseenimineraalit Emäksisten laava- ja syväkivien mineraaleja Yleinen kaava: X2+(SiO3)2- X=Mg, Fe2+, Ca, Al, Fe3+ Pyrokseenimineraaleille on tyypillistä 2 lohkosuuntaa (90°)

Pyrokseenit Klinopyrokseeni on ryhmänimi monokliinisille pyrokseeneille Yleisimmät ryhmän mineraalit ovat Augiitti ja Diopsidi Ortopyrokseeni on ryhmänimi rombisille pyrokseeneille Ryhmän päätejäsenet Enstatiitti (Mg-pää) ja Ortoferrosiliitti (Fe-pää, luonnossa pysymätön)

Diopsidi Ca(Mg,Fe)(SiO3) Diopside Lasimainen kiilto Usein vihreä, voi olla vihertävän mustaa, valkoista, harmaata, ruskeaa Kromidiopsidi  väri johtuu mineraalin sisältämästä kromista Kovuus 6; d=3 Kaksi epäselvää lohkosuuntaa 90° kulmassa toisiinsa nähden Ca-pitoiset metamorfiset kivet, emäksiset ja ultraemäksiset kivet Photo by R.Weller/Cochise College

Ortopyrokseeni (Mg,Fe)SiO3 Orthopyroxene Ryhmänimi rombiseen kidejärjestelmään kuuluville pyrokseeneille Isomorfinen seossarja MgSiO3 = enstatiitti (väritön) FeSiO3 = ortoferrosiliitti Voimakas, lähes metallinen kiilto, rakeinen asu Väri tummanruskea/musta Kovuus 5-6; d=3,2-3,9 (tiheys kasvaa Fe:n määrän kasvaessa) Etevä lohkeavuus, lohkosuuntien välinen kulma ≈90° Yleinen magmakivien mineraali, joka kuitenkin vaikea silmämääräisesti kivestä erottaa Enstatiitti gabroissa ja peridotiiteissa Hypersteeni korkean asteen metamorfisissa kivissä

NAUHASILIKAATIT double chain silicates = amfiboliryhmä Yleinen kaava X(Si8O22) X= Mg, FeII, Ca, Al, FeIII Voidaan ajatella johdetuksi ketjusilikaateista niin, että kaksi SiO3 –ketjua on liittynyt toisiinsa joka toisesta piihappitetraedristä Tyypillistä 2 lohkosuuntaa (eteviä tai epäselviä) 120° 60 eri mineraalilajia Sisältävät aina OH

Amfibolien mineraloginen vs. Makroskooppinen luokitus Mineraloginen luokitus Antofylliitti Tremoliitti-Aktinoliitti Sarvivälke Makroskooppinen luokitus Amfiboliasbesti (kuituinen) Sädekivi (sälöinen) Sarvivälke (rakeinen)

VERKKOSILIKAATIT (Sheet silicates) Yleinen kaava X4+(Si4O10)4- Kiilleryhmä + muut verkkosilikaatit Tyypillistä etevä 001-suuntainen lohkeavuus Voidaan johtaa nauhasilikaateista asettamalla nauhoja rinnakkain samaan tasoon Nämä levyt kiinnittyvät toisiinsa kationien välityksellä Kiderakenne heksagoninen tai monokliininen

NAUHASILIKAATIT double chain silicates = amfiboliryhmä Yleinen kaava X(Si8O22) X= Mg, FeII, Ca, Al, FeIII Voidaan ajatella johdetuksi ketjusilikaateista niin, että kaksi SiO3 –ketjua on liittynyt toisiinsa joka toisesta piihappitetraedristä Tyypillistä 2 lohkosuuntaa (eteviä tai epäselviä) 120° 60 eri mineraalilajia Sisältävät aina OH

Sarvivälke NaCa2(Mg,Fe)4Al3Si6O22(OH)2 Hornblende Amfiboliryhmän yleisin mineraali Lasimainen, välkehtivä kiilto Tummanvihreä/musta/ ruskeanmusta Kovuus 5-6; d=3-3,5 Asu rakeinen (sälöinen) Monokliininen kidejärjestelmä  rakeiden poikkileikkaus vinoneliö Tummat magmakivet, tummat metamorfiset kivet, jos muodostaa yksin kivilajin => hornblendiitti Hienorakeisissa kivissä SV ja BT voidaan sekoittaa toisiinsa Mineraalijauheen väri kertoo kumpi kyseessä SV=vihertävä, BT=musta Photo by R.Weller/Cochise College

Sädekivi Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2 Tremoliitti-aktinoliitti sarja Monokliinisia, antofylliitti rombinen Lasimainen/silkkimäinen kiilto Tummanvihreä (aktinoliitti), harmaa, valkoinen(tremoliitti) Kovuus 5,5-6; d= 3 Asu sälöinen Tremoliitti muodostaa lyhdemäisiä kimppuja sädekivi Karsikivet, amfiboliliuskeet...metamor-fisten kivien mineraali Photo by R.Weller/Cochise College

Amfiboliasbesti (antofylliitti) Asbesti = yleisnimitys kuituisille mineraaleille = sädekiven kuituinen muoto Silkinkiiltoinen, asultaan kuituinen Vaaleanharmaa, vihertävä Kovuus 5; d=3-3,5 Kuidut taipuisia  käytetty teollisuusmineraalina Photo by R.Weller/Cochise College

Amfibolien mineraloginen vs. Makroskooppinen luokitus Mineraloginen luokitus Antofylliitti Tremoliitti-Aktinoliitti Sarvivälke Makroskooppinen luokitus Amfiboliasbesti (kuituinen) Sädekivi (sälöinen) Sarvivälke (rakeinen)

VERKKOSILIKAATIT (Sheet silicates) Yleinen kaava X4+(Si4O10)4- Kiilleryhmä + muut verkkosilikaatit Tyypillistä etevä 001-suuntainen lohkeavuus Voidaan johtaa nauhasilikaateista asettamalla nauhoja rinnakkain samaan tasoon Nämä levyt kiinnittyvät toisiinsa kationien välityksellä Kiderakenne heksagoninen tai monokliininen

Hohkasilikaatit framework silicates Maankuoren yleisimmät mineraalit ovat hohkasilikaatteja Kunkin piihappitetraedrin kaikki happiatomit ovat yhteisiä ympäröivien piihappitetraedrien kanssa  kolmeen ulottuvuuteen jatkuva hila Kvartsi + maasälvät

Muskoviitti (muscovite) K2(Al,Fe,Mg)4(OH)4(Si,Al)8O20 Vaalea kiillemineraali, Al-pitoinen Helmiäiskiiltoinen Väritön/harmaan kellertävä Asultaan suomuinen Ohuet suomut läpinäkyviä ja elastisia Kovuus 2-2,3; d= 2,8-3,0 Esiintyy lähes kaikissa kivissä; graniiteissa ja pegmatiiteissa, gneisseissä, liuskeissa Pegmatiittien kiillesuomut usein suuria, ja siksi arvokkaita Suurin kiillepinkka ollut Intian Nalloressa: 15m2 Käyttö tulenkestävissä materiaaleissa, uunien ikkunoissa, tulenkestävissä johdoissa (estää oikosulkuja), meikeissä, kipsilevyjen sideaineena,maaleissa Photo by R.Weller/Cochise College

Biotiitti K2(Mg,Fe,Mn)6(OH)4(Si,Al)8O20 Tumma kiille, Mg-pitoinen Musta/tummanruskea Asu suomuinen Suomut läpikuultavia Kovuus 2; d ≈ 3 Yleinen kivimineraali: esiintyy graniiteissa, pegmatiiteissa, kiilleliuskeissa ja –gneisseissä Rapautuneena metallinhohtoinen  katinkulta Käyttö kivien iänmäärityksissä, sähkölaitteissa, eristeenä kondensaattoreissa ja elektroniputkissa Jauhetesti sarvivälkkeessä Flogopiitti: fluoripitoinen, vaaleampi kuin BT, kalkkikivissä, magmakivissä Photo by R.Weller/Cochise College

Talkki Mg3(OH)2Si4O10 Rasvankiiltoinen Väriltään vaalean vihreä, keltainen/valkoinen Kovuus 1; d ≈ 3 Suomuinen asu Usein epäselvä, koska niin pehmeää Pinnaltaan liukas, saippuamainen Metamorfisten, magnesiumpitoisten kivien mineraali (vuolukivi, talkkiliuske) Ultraemäksinen-Emäksinen lähtöaines (Ol, Px)  CO2 olosuhteet määräävät muuttuuko lähtömineraali talkiksi vai serpentiiniksi Valkoinen jauhe Tärkeä teollisuusmineraali paperiteollisuudessa (paperin täytteenä ja pinnoitteena sekä prosessin kontrolloinnissa) Keraaminen teollisuus: seinälaatat, posliini: sekä perusmassassa että lasituksessa Muoviteollisuus (täyteaine) Lääketeollisuus Sotkamon Lahnaslampi, Polvijärvi Suomessa useita talkkiesiintymiä Photo by R.Weller/Cochise College

Serpentiini Mg3(OH)4Si2O5 (serpentine) Yleisnimi joukolle polymorfisia mineraaleja (antigoriitti, lizardiitti, klinokrysotiili, ortokrysotiili, parakrysotiili) – käsinäytteestä ei voi erottaa toisistaan Musta, tummanvihreä, ruskehtava, kellanvihreä Kovuus 3-4; d=2,5 Verkkosilikaatiksi kova, silikaatiksi pehmeä Suomuinen, mutta suomut niin hienoa massaa, ettei niitä erota paljain silmin Vahakiilto Serpentiinikivi, serpentiniitti Metamorfisten kivien mineraali – muodostuu ultraemäksisestä lähtöaineksesta Pohjois-Karjala, Lappi Photo by R.Weller/Cochise College

Kloriitti (Mg,Fe,Al)6(Si,Al)4O10(OH)8 chlorite Vihreä väri, mitä enemmän Al sen vaaleampi Tummenee Mg:n ja Fe:n määrän kasvaessa Rapautumispinta kellertävä Kovuus 2; d=2,8 Kovuutta vaikea arvioida Suomuinen asu (ei kovin selvä) Suomut taipuisia Monokliininen kidejärjestelmä Rasvaiselta vaikuttava, liukas pinta Kloriittiliuskeet ja vihreäkivet  metamorfisten kivien mineraali Biotiitin ja sarvivälkkeen muuttumistuote Photo by R.Weller/Cochise College

Kaoliini Al2(OH)4Si2O5 Kaolin Valkea tai punertava Kovuus 2; d=2,6 Multamainen asu, haisee savelta, märkänä muovailtavissa Trikliininen kidejärjestelmä mattakiilto Posliini- ja paperiteollisuus Maasälpien rapautumistuote Photo by R.Weller/Cochise College

Hohkasilikaatit framework silicates Maankuoren yleisimmät mineraalit ovat hohkasilikaatteja Kunkin piihappitetraedrin kaikki happiatomit ovat yhteisiä ympäröivien piihappitetraedrien kanssa  kolmeen ulottuvuuteen jatkuva hila Kvartsi + maasälvät

Kvartsi SiO2 Maailman yleisin mineraalilaji, yleisimpiä kivimineraaleja Kidepinnoiltaan lasinkiiltoinen, murrospinta rasvankiiltoinen ja kupura Yleensä vaaleanharmaa/väritön, useita värimuunnoksia, joita käytetään korukivinä Kovuus 7; d= 2,6 Käyttö lasi-, posliini-, metallurgisen- ja kemianteollisuuden raaka-aineena kvartsi ametisti sitriini savukvartsi ruusukvartsi

Plagioklaasi Isomorfinen seossarja: NaAlSi3O8 albiitti CaAl2Si2O8 anortiitti Kuuluu maasälpiin, joita maankuoresta on jopa 60% Lasikiilto Väri vaihtelee koostumuksen mukaan Albiittirikkaat vaaleita Anortiittirikkaat tummempia Asu rakeinen Kovuus 6; d=2,6 Kaksi kohtisuoraa lohkosuuntaa Lohkopinnoilla tiheä viirukkeisuus (huomaa kun heijastaa valoa lohkopinnalta) Esiintyy lähes kaikissa kivissä  yleisin kivimineraali Spektroliitti – korukivimuunnos (anortiittirikasta plg) Photo by R.Weller/Cochise College

Kalimaasälpä KAlSi3O8 Punertava tai harmaa Kovuus 6; d=2,6 Tasavärinen, väri ei vaihtele kuten PLG:lla Kovuus 6; d=2,6 Rakeinen, kaksi kohtisuoraa lohkosuuntaa Pertiittijuomut (albiittisia) vaaleita, mutkittelevia raitoja tai rihmoja jotka näkyvät tasaisilla kidepinnoilla Yleinen kaikissa kivissä Maasälpiä käytetään lasi- ja keraamisessa teollisuudessa, hionta-aineena Photo by R.Weller/Cochise College