MİNERAL KİMYASI Bilinen minerallerin büyük bir kısmının kimyasal bileşimi önemli değişimler gösterir Bu durum büyük ölçüde, iki veya daha fazla kimyasal türün mineral yapısındaki belli atomik yerlerde birbirinin yerini almasının sonucudur Bu yer almalarla belirli bir mineralin kimyasal bileşimi çok değişken olabilmektedir Minerallerin dağılımı ve gelişmesinde görülen düzen, elementlerin yerkabuğundaki bolluğu ve dağılımı ile doğrudan ilgilidir

YERKABUĞUNUN KİMYASAL BİLEŞİMİ Kabuğun üst kısmı, başlıca sedimenter kayaçlar ve katılaşmış malzemeden oluşur Bunlar, magmatik ve metamorfik kayaçlardan oluşan bir temelin üzerinde ince bir örtü halinde yer alırlar Kabuğun üst 16 km ’lik kesimi %95 magmatik kayaçlar (/ metamorfik eşdeğerleri), %4 şeyl, %0,75 kumtaşı %0.25 kireçtaşı bileşiminde Bu kayaçlardan yapılan 5159 analizden elde edilen ortalama değerler, granit - bazalt arasında yer alır

Ekonomik değer’ gösteren elementlerin çoğunun yerkabuğundaki ortalama değerleri çok düşüktür Cu, 55 ppm, Pb 13 ppm ve Hg 0.08 ppm Daha az kullanılan Zr, Cu ’dan daha bol (165 ppm) Metallerin üretilmesi ve işletilmesi, bunların belirli yerlerde yüksek konsantrasyonlarda bulunmalarını gerektirir Cu, belirli Cu-minerallerden (cevher mineralleri) üretilir

Rb gibi bazı elementler minerallerde dağılmıştır Rb gibi bazı elementler minerallerde dağılmıştır. Hiçbir şekilde konsantrasyon göstermez ve belirli bir bileşik meydana getirmez K-zengin minerallerde yer alır (disperse element) Bazı elementler belirli minerallerde konsantre olurlar Zr; zirkon ’da (ZrSiO4); Ti; rutil (TiO2) ve ilmenit ’te (FeTiO3) Yerküresinin ortalama bileşimi için; meteoritlerden sağlanan verilerden bazı varsayımlar yapmak mümkün Demir meteoritlerin (Fe–Ni): bileşim yer çekirdeğine çok benzer ~ %50 metal ve %50 silikat meteoritleri: alt mantoyu temsil eder Taş (silikat) meteoritleri: kabuktaki malzemeye benzer Bunların ortalama kimyasal bileşimleri ile çekirdek, manto ve kabuğun hacimlerinden yerküresinin ortalama bileşimi tahmin edilebilir

MİNERALLERDE BİLEŞİM DEĞİŞİMLERİ Minerallerin saf olarak bulunması ender görülen bir durumdur Kimyasal bileşimleri genellikle geniş bir aralıkta değişir Bileşimlerdeki değişimler, yapıda bir iyon veya iyonik grubun yerini diğer bir iyon veya iyonik grubun almasının sonucudur Bu işleme iyonik yer alma veya katı eriyik denir başlıca eş yapılı olan mineraller arasında meydana gelir Belirli atomik yer veya yerleri, iki veya daha çok farklı element (veya grup) tarafından değişik oranlarda doldurulan mineral yapısına katı eriyik denir

Katı eriyiğin miktarını belirleyen başlıca faktörler: Atom, İyon / iyonik grupların bağıl boyutları: boyut farkı %15 ’ten az: yer alma genellikle geniş bir aralıkta %15 - %35 arasında: yer alma ender veya sınırlı ölçüde %30 ’dan fazla: yer alma çok az İyonların yükü: Aynı yüklü iyonlar (Mg2+ ve Fe2+ gibi) arasında yer almalarda yapı elektriksel olarak nötr kalır İyonların yükleri farklı olursa (ör., Si4+ yerine Al3+) ek iyonik yer almaların meydana gelmesi gerekir Sıcaklık: Termal titreşimlerin, dolayısıyla atomik yerlerin daha büyük olduğu yüksek sıcaklıklar yer almaya genellikle daha fazla izin verirler

Forsterit Mg2SiO4 ▬ Olivin [(Mg,Fe)2SiO4] ▬ Fayalit Fe2SiO4 Yer Alma Katı Eriyiği Basit katyonik / anyonik yer alma: Basit katyonik yer alma: A+X– çiftinde, A+ yerine kısmen / tamamen B+ geçebilir KCl / biotit ’te K+ yerine Rb+ Basit bir anyonik yer alma: A+X– bileşiğinde X– yerine kısmen / tamamen Y– geçmesi KCl yapısında Cl– yerine Br – Forsterit Mg2SiO4 ▬ Olivin [(Mg,Fe)2SiO4] ▬ Fayalit Fe2SiO4

Çift yer alma: eşit miktardaki A2+ yerine de C+ geçer A2+X2– bileşiminde bir kısım A2+ yerini B3+ alırsa, eşit miktardaki A2+ yerine de C+ geçer 2A2+  1B3+ + 1C+ Albit (NaAlSiO3) ve anortit (CaAl2Si2O8) arasında tam katı eriyik serisi meydana gelir Na+ Si4+  Ca2+Al3+ Bazı yapılarda boş atomik yerler kısmen / tamamen dolabilir tremolit [Ca2Mg5Si8O22(OH)2] ( boş atomik yer) Si4+  Na+Al3+ Si4+ yerine Al3+  yere ek bir Na+ yerleşir

Boşluk Katı Eriyiği Yapıdaki boşluklarda iyon / atomların yer almasına boşluk yer alması / boşluk katı eriyiği denir Beril (Be3Al2Si6O8); Kanallarda K+, Rb+, C+, H2O ve CO2 Zeolit ’ler; Yapıdaki büyük delikler ve kanallarda H2O, Ca, Na

Mavi–yeşil bir mikroklin olan; K+ + K+  Pb2+ +  İhmalli Katı Eriyik İki veya daha fazla katyonun yerine, daha yüksek yüklü bir katyon’un geçmesi ile Yer alma sadece bir atomik yerde olur, diğer atomik yerler boş kalır Mavi–yeşil bir mikroklin olan; amazonit KAlSi3O8; K+ + K+  Pb2+ + 

EKSOLÜSYON Katı eriyikte boyutları çok farklı olan iki iyonun (/ atomun) birbirinin yerini alması sınırlı ölçüde mümkündür Sıcaklığın artması farklı boyutlardaki iyonların yer almalarını kolaylaştırır Yüksek sıcaklıklarda mineralin yapısı genişler ve atomların titreşim genliği daha büyük olur Sıcaklık arttıkça, daha önce büyüklükleri bakımından farklı olan atomik konumlar birbirlerine benzerler ve sonuçta bu konumlar ayırt edilemez hale gelirler K-Na feldspat serisinde Na ve K arasında katı eriyik düşük sıcaklıklarda sınırlı ölçüdedir ~1000oC ’de KAlSi3O8 - NaAlSi3O8 tam katı eriyik serisi meydana gelir

Yüksek sıcaklıkta homojen olan bir mineral soğurken yapıda büyük gerilimler meydana gelir ve farklı büyüklükteki Na / K iyonları kafesten dışarı atılmaya zorlanırlar Yeterli zaman olursa yapıya uymayan büyüklükteki iyonlar, kafesten göç ederek yersel olarak gruplaşırlar ve kristalde ayrı bir yapıda düzenlenirler Düzensiz bir kristalde kabul edilmeyen iyonların kristal içinde ayrı bir yapıda toplanma ve büyüme işlemine eksolüsyon denir Eksolüsyon, başlangıçta homojen olan bir katı eriyiğin sisteme herhangi bir malzeme eklenmeden / çıkmadan iki (veya daha fazla) farklı minerale ayrılmasını belirtir

Oluşan iç-içe büyümelere; Eksolüsyon, genellikle soğumayla ortaya çıkar Oluşan iç-içe büyümelere; alkali feldspatlar, piroksenler, amfiboller ve demir oksit gibi bir çok mineralde rastlanır K-zengin ortam ve içinde yer alan Na-zengin iri lamelli iç içe büyümelere pertit Mikroskop altında görülebilen eksolüsyona mikropertit X-ışını ile saptanabilen incelikte olanlara kriptopertit

Eksolüsyon Ortopiroksen içinde klinopiroksen eksolüsyonları Ortopiroksen içinde plajioklas exsolüsyonları

Eksolüsyon lamelleri, kayaçların soğuma hızını belirtirler Yavaş soğuyan kayaçlarda ayrışma için yeterli zaman bulunur daha iri eksolüsyon dokusu meydana gelir Ani ve çok hızlı soğuyan kayaçlarda yüksek sıcaklıktaki homojen ve düzensiz yapı korunur Bu iki durum arasında olan biraz daha yavaş soğumayla çok ince eksolüsyon dokuları gelişir

KİMYASAL ANALİZ TEKNİKLERİ Kantitatif mineral analizleri, 1947 yılına kadar başlıca “yaş analitik yöntemlerle” yapılmıştır Mineraller önce uygun metotlarla çözündürülür Kolorimetrik: Analizi yapılacak çözelti ile standart çözeltilerin renk dereceli bir serisinden geçen görünen ışığın şiddeti karşılaştırılır Volumetrik (titrimetrik): Malzemenin tartılmış / hacimsel olarak ölçülmüş miktarının çözeltisiyle; kantitatif olarak reaksiyona girmesi gereken “bilinen konsantrasyondaki” bir çözeltinin hacmi tayin edilir Tayin edilecek elementin ağırlığı, kullanılan reaktif maddenin hacminden hesaplanır Gravimetrik: Elementler önce çözünmez bileşikler haline çökeltilirler. Sonra kurutma, kızdırma ve tartım yapılarak element miktarı tayin edilir

1960 ’li yıllardan itibaren: atomik absorbsiyon spektroskopisi X-ışını floresans elektron mikroskop optik emisyon spektroskopi gibi yöntemlerle Sonuçlar, element / oksit bileşenlerin % ağırlıkları olarak verilir Kimyasal analizi yapılacak mineralin tek bir mineral türünden meydana gelmesi bozuşmamış olması diğer bozuşma ürünlerini ve kapanım içermemesi gerekir Olanaklar ölçüsünde 0.1-1g ağırlıkta temiz malzeme gerekir Elektron prob gibi yöntemlerle, 1 µ kadar (1 µ = 10-3 mm) küçük tanelerin kantitatif analizi yapılabilir

Kalitatif analiz: (neyin var olduğu) bileşikteki tüm bileşenlerin tayin edilmesini Kantitatif analiz: (ne kadar var olduğu) bileşikteki elementlerin % ağırlık (/ milyondaki kısmını, ppm) tayini

KİMYASAL ANALİZLERDEN MİNERAL FORMÜLÜNÜN HESAPLANMASI Minerallerin kimyasal analiz sonuçlarından hesaplanan formülleri, bileşimdeki elementlerin atomik orantılarını gösterir Kalkopirit (CuFS2); her Cu ve Fe atomu için 1 S atomu bulunur Çok az mineral gerçek anlamda sabit bileşim gösterir Büyük bir çoğunluğu yapılarındaki belirli atomik yerlerde büyük bileşim değişimleri gösterirler Analiz sonuçları metal / oksit olarak verilen % ağırlık değerleri, elementlerin hangi miktarlarda bulunduğunu belirtir

% Ağırlık Atom ağ. Atom oranı Atomik orantı Cu 34.30 63.54 0.53982 1 Fe 30.59 55.85 0.54772 S 34.82 32.07 1.08575 2 Toplam 99.71 Atom Ağ. Formül: CuFeS2 63.54 Cu(%) = x %100 = 34.62 183.53 55.85 Fe(%) = x %100 = 30.43 64.14 2 S 32.07) x 2 S(%) = x %100 = 34.94 Toplam 183.53 Toplam 99.99