کانی مادهی طبيعی، غيرآلی، بلوری و جامد است که در ترکيب سنگهای پوستهی زمين يافت میشود. برخی کانیها از يک عنصر خالص و بسياری از آنها از دو يا چند عنصر درست شدهاند. در هر صورت، کانیها ترکيب شيميايی معينی دارند. واژهی کانی از واژهی فارسی کان گرفته شده است که در زبان عربی به آن معدن گفته میشود. بنابراين، کانی به مادهای گفته میشود که به طور طبيعی از معدن(کان) به دست میآيد و معدن بخشی از پوستهای زمين است که در آنجا به اندازهی چشمگيری، کانی يافت میشود. موادی مانند شيشه، چينی، آلياژهای گوناگون، که انسان آنها را ساخته است، و موادی مانند مرواريد صدف، استخوان، عاج و بسياری ديگر، که جانداران میسازند، کانی نيستند.
ويژگیهای کانیها
کانیها چيزهای همگنی هستند؛ يعنی، ويژگیهای فيزيکی و شيميايی همهی ذرههای سازندهی آنها، يکسان است. برای مثال، اگر يک قطعه هاليت(نمک خوراکی) را به ذرههای بسيار کوچکی بشکنيم، همهی ذرههای به دست آمده، مزهی شوری دارند، به سادگی در آب حل می شوند و ديگر ويژگیهای نمک را نشان میدهند.
کانیها مواد بلوری و جامدی هستند؛ يعنی، ذرههای سازندهی آنها بر اساس نظم و قانون معينی کنار هم قرار گرفتهاند؛ به نحوی که، همهی سطحهای بيرونی يک کانی، صاف است. شکل بلوری و منظم کانیها از آرايش اتمها و مولکولهای درونی آنها ناشی میشود.
هر کانی ترکيب شيميايی ثابتی دارد. برای مثال، پيريت هميشه FeS2 و کلسيت CaCO3 همواره است. البته، در برخی کانیها ممکن است نسبت برخی عنصرها تغيير کند. برای مثال، در کانی الوين( FeMgSiO4 ) ممکن است درصد آهن و منيزيم از بلوری به بلوری ديگر، از صفر تا صد درصد تغيير کند.
برخی کانیها، مانند طلا، از يک عنصر درست شدهاند. البته، طلا کمتر به صورت خالص يافت میشود. بلورهای مکعبی و زرد رنگ طلا، اگر با نقره همراه باشند، روشنتر و اگر با مس همراه باشند، قرمزتر به نظر میرسند. بسيار از کانیها از دو يا چند عنصر متفاوت هستند که با هم مخلوط شده و مادهی مرکبی به وجود آوردهاند. برای مثال، فراوانترين کانی، يعنی کوارتز، ترکيبی از سيليسيم و اکسيژن است.
شکلگيری کانیها
کانیها از پيوندهای گوناگون بين اتمهای عنصرها به وجود میآيند. تا کنون 92 عنصر در طبيعت شناسايی شده است. از بين اين 92 عنصر طبيعی، 8 عنصر اکسيژن، سيليسيوم، آلومينيوم، آهن، کلسيم، سديم، پتاسيم، و منيزيم، حدود 5/98 درصد کانیها را میسازند. از ترکيبشدن اين عنصرها با هم، کانیها گوناگونی به وجود میآيد. برای مثال، از ترکيب شدن اکسيژن با سيليسيوم، اکسيد سيليسيوم SiO2 (کوارتز) و از ترکيبشدن اکسيژن، سيليسيوم، منيزيم و آهن، الوين( FeMgSiO4 ) به دست میآيد.
کانیها علاوه بر اين که از نظر ترکيب شيميايی با هم تفاوت دارند، از نظر شکل ظاهری، رنگ، اندازه و ديگر ويژگیها نيز تفاوتهای زيادی با هم دارند. اين تفاوتها از چگونگی شکلگيری آنها برمیخيزد. برخی کانیها از سرد شدن مادهی مذاب به دست میآيند. همهی کانیهای سنگهای آذرين، مانند کوارتز، فلدسپات، ميکا و الوين، اين گونه به وجود میآيند.
برخی ديگر از کانیها از سرد شدن بخار در سطح سنگها يا شکافهای موجود در آنها به وجود میآيند. سرد شدن گاز گوگرد در قلههای آتشفشانی دماوند و تفتان، نمونهای از اين فرايند است. کانیها ديگری از بخار شدن محلولهايی به وجود میايند که به اندازهی اشباع رسيدهاند. برای مثال، از بخار شدن آرام درياچههای مرکزی ايران، نمک و گچ به دست میآيد.
برخی کانیها از واکنشهای شيميايی يونها در آب به وجود میآيند. برای مثال، در درياهای گرم، يون کلسيم(+2 Ca) با يون کربنات(+CO32)ترکيب میشود و کانی کلسيت(CaCO3) تهنشين میشود. برخی کانیها نيز پيامد تخريب شيميايی کانیها ديگر هستند. برای مثال، از تجزيهی شيميايی فلدسپاتها، کانیهای رستی(کانیهای تشکيلدهندهی خاک) به وجود میآيند.
شناسايی کانیها
زمينشناسان برای شناسايی کانیها از روشهای گوناگونی، مانند رنگ شعله، طيف نوری، ميکروسکوپهای پلاريزان، ميکروسکوپ الکترونی و پرتو ايکس، بهره میگيرند.
رنگشعله. در اين روش تکهای از کانی يا پودر آن را روی شعله نگه میدارند و با دستگاهی به آن میدمند. با تغيير رنگی که در شعله پديد میآيد، میتوان برخی از کانیها را شناسايی کرد. سديم رنگ زرد، پتاسيم رنگ نارنجی، منيزيم رنگ قرمز، کلسيم رنگ نارنجی، باريم رنگ سبز مايل به زرد و مس رنگ سبز درخشان، به وجود میآورد.
طيف نور. در اين روش مقدار اندکی از يک کانی را در دستگاهی، که با جرقهی الکتريکی و در فشار زياد کار میکند، قرار میدهند تا کانی بخار شود. در اين حالت، اتمهای عنصرهای سازندهی کانی، طول موج ويژهای توليد میکنند که پس از عکسبرداری میتوان با کمک آنها به عنصرهای سازندهی کانی پی برد.
ميکروسکوپ پلاريزان. در اين روش، ضخامت يک قطعه سنگ را که دارای کانیهای گوناگون است، به اندازهای کم میکنند تا شفاف شود و نور از آن بگذرد. سپس آن را زير ميکروسکوپ پلاريزان بررسی میکنند. اکنون از روی شکل ظاهری، نوع شکستگی، ضريب شکست نور، رنگ و ديگر ويژگیها، کانی را شناسايی میکنند.
ميکروسکوپ الکترونی. لايهی نازکی از کانی را با اين ميکروسکوپ مطالعه میکننند. باريکهی الکترونی به کانی برخورد میکند و بخشی از آن به کانی جذب میشود که سايهای از کانی روی صفحهی ويژهای به وجود میآورد. بررسی اين سايه از نظر شکل ظاهری، شکستگیها و ساختمان درونی کانیها، به شناسايی کانی میانجامد.
پرتو ايکس. اين روش در شناسايی کانیها، بهويژه کانیهايی که ترکيب شيميايی مشابهی دارند، بسيار کارآمد است. پرتوهای ايکس را به بلور کانی میتابانند. بخشی از اين پرتوها از کانی میگذرد و بخشی پس از برخورد با ذرههايی که در گوشههای شبکهی بلور کانی قرار دارند، بازتاب میيابد. با برسی عکس به دست آمده از اثر اين پرتوها بر فيلم عکاسی، میتوان کانی مورد نظر را شناسايی کرد.
شناسايی کانیهای آشنا
به کمک ويژگیهای فيزيکی و شيميايی کانیها، میتـوان به روشهای سادهتری برخی از کانیهای بسيار شناخته شده را شناسايی کرد.
شکل بلور. اندازهی بلورها ممکن است بسيار بزرگ يا بسيار کوچک باشد. در حالی که وزن کانی بريل ممکن است تا 200 تن هم برسيد، برخی کانیها تنها با پرتوهای ايکس ديده میشوند. شکل کانیها نيز بسيار گوناگون است. با وجود اين، زاويههای بين سطحهای مشابه در همهی بلورهای يک کانی همواره يکسان است. برای مثال، بلور نمک، چه بزرگ و چه کوچک، همواره مکعبی شکل است و بين سطحهای خود، زاويه 90 درجه دارد.
سختی. دانشمند اتريشی به نام فردريش موهس(1839-1773) مقياسی برای درجهی سختی کانیها وضع کرد. مقياس او از درجهی يک برای تالک(نرمترين کانی) تا درجهی 10 برای الماس (سختترين کانی) است. بر اساس اين مقياس، سختی ناخن انسان، 5/2، سکهی مسی 5/3 و چاقوی فولادی قلمتراش، 5/5 است. اکنون با توجه با اين که در اثر کشيدن اين چيزها بر سطح کانی، در آن خراش ايجاد میشود يا نه، سختی کانی را اندازه میگيرند و با توجه با سختی، کانی را شناسايی میکنند.
رَخ(کليواژ). رخ به شکستگی کانیها در راستای سطح صاف، پس از وارد شدن ضربهای شديد، مانند ضربهی چکش، گفته میشود. ميکا در يک جهت میشکند و ورقه ورقه می شود؛ کوارتز خورد میشود؛ نمک خوراکی رخ سه جهتی قائم و کلسيت رخ سه جهتی غير قائم دارد.
رنگ. برخی کانیها هميشه به يک رنگ ديده میشوند. برای مثال، طلا همواره زرد، مالاکيت، گرافيت هميشه سياه و مالاکيت به رنگ سبز فيروزهای است. رنگ را بايد در سحی که به تازگی شکسته شده است، مشاهده کرد. زيرا هوازدگی رنگ سطح رويی را تغيير میدهد.
اثر بر چينی بدون لعاب. در اين روش کانی را بر چينی بدون لعاب( پشت نعلبکی بخشی که لعاب ندارد) میکشند تا لايهی نازکی از آن بر سطح چينی بماند. کانیهای نافلزی اثر بیرنگ يا به رنگ روشن دارند و کانیهای فلزی رنگهای تيرهتری پديد میآورند. برای مثال، کانی زرد رنگ پيريت، رنگ سياه برجای میگذارد و اثر هماتيت، که بيشتر به رنگ خاکستری و ساه است، قرمز قهوهای ديده میشود.
جلا. جلو يا درخشندگی سطح کانی نيز در شناسايی آن سودمند است. کانیهای فلزی نور را بهخوبی بازمیتابانند و به اصطلاح جلای فلزی دارند. هاليت و کوارتز، جلای شيشهای و اوپال و اسفالريت، جلای صمغی دارند.
چگالی(جرمحجمی). برای به دست آوردن چگالی کانیها، جرم آنها را با ترازو و حجم را با استوانهی درجهبندی شده دارای آب، اندازه میگيرند تا با تقسيم کردن جرم بر حجم، چگالی کانی به دست آيد. چگالی بيشتر کانی های سيليکاتی، که بخشی زيادی از پوستهی زمين را میسازند، حدود 5/2 تا 5/3 گرم بر سانتیمتر مکعب است. کانیهايی که در ساختمان خود عنصرهای سنگينی مانند سرب و باريوم دارند، دارای چگالی بالايی هستند. برای مثال، چگالی گالن(PbS)، حدود 5/7 گرم بر سانتیمتر مکعب است.
نامگذاری کانیها
بيشتر کانیها نامهای کهنی دارند و اثر واژگان يونانی و رومی را بر خود دارند. برخی کانیها نيز به نام کاشفشان يا برای سپاسگذاری از کوششهای دانشمندان بزرگ نامگذاری شدهاند. بهطور کلی نام کانیها به روشهای زير برگزيده شده است:
1. نام برخی کانیها بسيار کهن است و هنوز دليل ناميده شدن به چنين نامهايی را بهدرستی نمیدانيم؛ مانند کوارتز.
2. نام برخی از کانیها از نام کاشفشان گرفته شده است؛ مانندکووليت از کوولی، کانیشناس ايتاليايی.
3. نام برخی کانیها از نام جايی گرفته شده که نخستينبار در آنجا پيدا شدهاند؛ مانند آرگونيت از آرگون در اسپانيا.
4. برخی کانیها نامهای افسانهای دارند؛ مانند مارتيت از مارس(خدای جنگ).
5. نام برخی کانیها از ترکيب شيميايی آنها گرفته شده است؛ مانند سيدريت از سيدروس به معنای آهن.
6. نام برخی از کانیها از ويژگیهای فيزيکی آنها گرفته شده است؛ مانند باريت از باروس به معنای سنگين.
7. نام برخی از کانیها از نوع کاربرد آن ها گرفته شده است؛ مانند نفريت از نفرون کليهها، زيرا اين کانی برای درمان آسيبها کليه سودمند است.
8. نام برخی از کانیها از رنگ آنها گرفته شده است؛ مانند الوين به معنای کانی سبز زيتونی.
9. برخی کانیها نام محلی دارندکه جنبهی جهانی پيدا کرده است؛ مانند کرندوم و سافير که نام هندی اين کانیهاست.
کانیهايی با نامهای ايرانی
1. بيرونيت( Birunite ): سيليکات کلسيم و کربنات کلسيم آبدار
اين کانی در سال 1957 ميلادی کشف و به افتخار دانشمند ايرانی، ابوريحان بيرونی نامگذاری شد تا بزرگداشتی بر پژوهشهای وی دربارهی کانیها و سنگها باشد.
2. آويسنيت( Avicennite ): اکسيد تاليوم و آهن
اين کانی در سال 1958 ميلادی کشف شد و به افتخار دانشمندايرانی، ابن سينا، نام گذاری شد. ابن سينا نخستين طبقهبندی کانیها را در کتاب شفا آورده است.
3. تالمسيت( Talmessite ): آرسنات آبدار کلسيم، منيزيم و باريوم)
اين کانی را باريان و هرپن در سال 1960 در معدن قديمی تالمسی در کنار دهی به همين نام در انارک يزد کشف کردند و نام اين معدن را بر آن گذاشتند. اين کانی ويژگی فاوئورسان دارد و رنگ آن بیرنگ تا سبز میشود.
4. ايرانيت( Iranite ): کرومات سرب آبدار
اين کانی را باريان و هرپن در سال 1963 در يکی از معدنهای قديمی سهبرز در شمال غربی انارک کشف کردند و نام ايرانيت را بر آن نهادند. اين کانی زرد زعفرانی و دارای جلای شيشهای، در پيرامون نايبندان نيز يافت میشود.
5. خونيت( Khuniite ): کرومات سرب، روی و مس
اين کانی را اديب و اتمان در سال 1970 ميلادی در معدن قديمی خونی در شمال انارک کشف کردند. اين کانی به کانی ايرانيت شباهت زيادی دارد، اما رنگ زرد آن به قهوهای گرايش دارد.
6. انارکيت( Anarakite ): کلريد بازی روی و مس
اين کانی را اديب و اتمان در سال 1972 در انارک کشف کردند و نام همين بخش را بر اين کانی سبز رنگ نهادند.
7. خادميت( Khademite ): سولفات بازی و آبدار آلومينيوم
اين کانی را باريان، برتلون و صدرزاده در ساغند يزد کشف کردند و به افتخار نصرالله خادم، رياست آن زمان سازمان زمينشناسی ايران، نامگذاری کردند.
طبقهبندی کانیها
طبقهبندی کانیها ممکن است برپايهی چگونگی شکلگيری آنها انجام شود. بر اين اساس، آنها را به کانیهای ماگمايی، رسوبی و دگرگونی طبقهبندی میکنند. روش ديگر برای طبقهبندی کانیها، توجه به ترکيب شيميايی آنهاست که در اينجا مورد توجه است.
1. سليکاتها: از ترکيب شدن سيليسوم، اکسيژن و يک يا چند فلز به دست میآيند. به دو دستهی سيليکاتهای تيره(دارای آهن و منيزيم) و سيليکاتهای روشن(بدون آهن و منيزيم) تقسيم میشود. الوين، پيروکسين، آمفيبول، ميکای سياه، تورمالين، تالک، سرپانتين و آزبست، نمونههايی از دستهی نخست، کوارتز، فلدسپات، ميکای سفيد و کائولينيت، نمونههايی از دستهی دوم هستند.
2. سولفاتها: از ترکيب شدن اکسيژن، گوگرد و يک يا چند فلز به دست میآيند. حدود 150 کانی از اين گونه وجود دارد که انيدريت، ژيپس، باريت و آلونيت از آنها هستند.
3. کربناتها: از حل شدن دیاکسيدکربن در آب باران، اسيدکربنيک به دست میآيد و اين اسد يون بیکربنات را به وجود میآيورد. از ترکيب شدن اين يون با يونها مثبت فلزی، حدود 70 گونه کانی کربناتی به وجود آمده است. کلسيت، دولوميت، منيزيت، سيدريت، اسميت سونيت، سروزيت و مالاکيت از آنها هستند.
4. فسفاتها: از ترکيب شدن فسفر، اکسيژن و يک يا چند فلز به دست میآيند. آپاتيت و فيروزه نمونههايی از اين دسته هستند.
5. هاليدها: ترکيبهای گوناگونی از هالوژنها، يعنی کلر، فلئور، برم و يد با يک فلز هستند. هاليت، سيلويت و فلئوريت از اين دستهاند.
6. سولفيدها: ترکيبی از گوگرد با يک فلز هستند. بيش از 200 نوع سولفيد در طبيعت پيدا شده که گالن، پيريت، اسفالريت وکالکوسيت از آنها هستند.
7. اکسيدها: از ترکيب شدن اکسيژن با يک فلز به دست میآيند. يخ، هماتيت، مانيتيت، ليمونيت و کورندوم از اين دستهاند.
8. عنصرها: از بين همهی عنصرهايی که در زيمن پيدا میشود، فقط حدود 20 عنصر به صورت خالص میتواند سازنده ی کانی باشند. طلا، نقره، مس، کربن و گوگرد از اين دستهاند.
کاربرد کانیها
کانیها در آغاز به همان صورت که از پوستهی زمين به دست میآمدند، به کار میرفتند. برخی از اين کانیها که بلورهای ظريف و پايدار در برابر فرسايش داشتند، پس از صيقلکاری و تراش خوردن، به عنوان آرايش به کار میرفتند. به اين کانیها سنگهای قيمتی يا جواهر میگوييم. الماس، فيروزه، ياقوت کبود، زمرد، زبرجد، لعل، چشم گربه، عقيق، مرواريد، و درّکوهی از مهمترين کانیهای گرانبها هستند.
از زمانی که بشر به فنآوری ذوب کردن فلز، قالبريزی و توليد آلياژ دست يافت، کاربرد کانیها نيز گسترش يافت. امروزه بيش از 40 نوع کانی و صدها ترکيبی که از آنها به دست میآيد، در صنعت کاربرد دارند. در ادامه به برخی از اين کاربردها اشاره می شود.
اليوين: جواهر و مواد ديرگداز
پيروکسنها: جواهر، به دست آوردن فلزهای کمياب
آمفيبولها: جواهر، پارچهی مقاوم به آتش و مواد ديرگداز
ميکاها: عايق الکتريکی در راديو، تلويزيون و ديگر دستگاههای الکتريکی، شيشهی دريچهی کورههای ذوب فلز، کاغذ ديواری، لاستيکسازی، کاغذ معمولی، رنگروغن نسوز، طلق سماور و چراغ آشپزخانه
تورمالين: الکترونيک، به دست آوردن بُر، جواهر
تالک: کاغذسازی، نساجی، لاستيک سازی، صابون خياطی، صفحه کليد برق، سراميکسازی، حشرهکش، عايق پشتبام، پودر بچه و مواد آرايشی
سرپانتين: سنگ روکار ساختمان، مواد ديرگداز، به دست آوردن منيزيم
آزبست: پارچهی نسوز، توری چراغ، عايق حرارتی، لنت ترمز، لوله و ورقههای سيمانی. کاربرد آن به دليل نقش آن در بروز بيماری در ششها، ممنوع شده است.
کوارتز : ساعتسازی، ابزارهای نوری و اخترشناسی، کاغذ، شيشه، سمباده و جواهر
ارتوزها: لعاب چينی و کاشی
پلاژيوکلازها: جواهر و نمای ساختمان
کائولينيت: ظرف چينی، کاغذ، رنگ و پلاستيک
ژيپس: ساختمانسازی، مجسمهسازی، کاغذ، کندکننده در سيمان پورتلند، افزايش باروری خاک، بتونهی نقاشی و برای رشد مخمرها در صنعت غذا.
باريت: دارو، عکسبرداری از لولهی گوارش، رنگ، پلاستيک، مواد عايق، کاغذ و گل حفاری
کلسيت: سنگ نمای ساختمان، مجسمهسازی، سيمان، تصفيهی آب، شيشهسازی، چرمسازی، ابزارهای نوری برای ايجاد نور پلاريزه، کاغذ سازی، کشاورزی و ذوب فلزها
دولوميت: ساختن آجر برای آستر کورههای حرارتی و سيمان پورتلند
منيزيت: آجر نسوز، به دست آوردن منيزيم
زرنيخ: پزشکی، رنگسازی، حشرهکش و تهيهی ارسنيک
آپاتيت: کودهای شيميايی و اسيدفسفريک
مالاکيت: مواد آرايشی، نمای درونی ساختمان و تهيهی مس
هاليت : سديم و کلر، شويندهها، پارچه بافی، چوببری، رنگرزی، چرمسازی، کودسازی، نگهداری مواد غذايی و خنک کنندهی موتور يخچال
سيلويت: به دست آودرن پتاسيم و کلر و کود شيميايی
فلوئوريت: ذوب فلزها و ابزارها نوری
گوگرد: اسيدسولفوريک، لاستيکسازی، نساجی، دباغی، رنگسازی، کاغذسازی، مواد منفجره، کبريتسازی، سم دفع آفت، کود و حشرهکش
طلا: جواهر، سکه، دندان، ترانزيستورها و ديودها، هواپيماسازی، صنعت فضا وکاتاليزور فرايندهای شيميايی
نقره: جواهر، سکه، کاغذسازی و کاتاليزور فرايندهای شيميايی
مس: صنعت الکتريکی و الکترونيک، لولهسازی، سکه، ظرف، آلياژ، رنگ آب و سبز، آبکاری، مواد آرايشی، فرايندهای شيميايی و محلول شوايتزر(حلال سلولز پنبه)
الماس: جواهر، ابزار برنده و سايند و سرمتهی حفاری
گرافيت: ساختن بوتهی کورههای فولادسازی، رنگسازی، صنعت برق، نيروگاههای هستهای، واکس و مدادسازی
از بسياری از کانیها نيز فلزهای مهمی به دست میآيد يا در فرآيند توليد فلز به کار میروند:. سيدريت، مانيتيت، هماتيت و ليمونيت(آهن)، اسميت سونيت و اسفالريت(روی)، سروزيت و گالن(سرب)، کالکوسيت، کالکوپيريت و کوپريت(مس).
منبع:
1. حسينی، احمد. کانیها. انتشارات مدرسهی برهان، 1382
2. محمدی، مهين. بلورشناسی هندسی. دانشگاه پيام نور، 1371
3. مدنی، حسن. کانیها را بشناسيم. کانون پرورش فکری کودکان و نوجوانان، 1366
4. سورل، چارلز. کانیهای جهان. محمود بهزاد. سازمان محيط زيست، 1360
5. زاوش، محمد. کانیشناسی در ايران قديم، 1355
پيوند بيرونی