Το υδρόθειο είναι ένα από τα κύρια πτητικά συστατικά του μάγματος. Αλληλεπιδρώντας ενεργά με μέταλλα, σχηματίζει πολλές ενώσεις. Τα παράγωγα του υδρόθειου αντιπροσωπεύονται στον φλοιό της γης με περισσότερα από 200 ορυκτά - σουλφίδια, τα οποία, μη σχηματίζοντας πετρώματα, συνήθως συνοδεύουν ορισμένα πετρώματα, αποτελώντας πηγή πολύτιμων πρώτων υλών. Παρακάτω θα εξετάσουμε τις κύριες ιδιότητες των σουλφιδίων και των ενώσεων που βρίσκονται κοντά τους και θα δώσουμε επίσης προσοχή στους τομείς χρήσης τους.
Γενικά χαρακτηριστικά σύνθεσης και δομής
Περισσότερα από 40 στοιχεία του περιοδικού πίνακα (συνήθως μέταλλα) σχηματίζουν ενώσεις με θείο. Μερικές φορές, αντί για αυτό, αρσενικό, αντιμόνιο, σελήνιο, βισμούθιο ή τελλούριο υπάρχουν σε τέτοιες ενώσεις. Κατά συνέπεια, τέτοια ορυκτά ονομάζονται αρσενίδια, αντιμονίδια, σεληνίδια, βισμουθίδια και τελουρίδια. Μαζί με τα παράγωγα του υδρόθειου, περιλαμβάνονται όλα στην κατηγορία των σουλφιδίων λόγω της ομοιότητας των ιδιοτήτων τους.
Το χαρακτηριστικό για τα ορυκτά αυτής της κατηγορίας χημικός δεσμός είναι ομοιοπολικός, μεμεταλλικό εξάρτημα. Οι πιο κοινές δομές είναι ο συντονισμός, η νησίδα (συστάδα), μερικές φορές με στρώματα ή η αλυσίδα.
Φυσικές ιδιότητες των σουλφιδίων
Πρακτικά όλα τα σουλφίδια χαρακτηρίζονται από υψηλό ειδικό βάρος. Η τιμή της σκληρότητας στην κλίμακα Mohs για διαφορετικά μέλη της ομάδας ποικίλλει ευρέως και μπορεί να κυμαίνεται από 1 (μολυβδενίτης) έως 6,5 (πυρίτης). Ωστόσο, τα περισσότερα σουλφίδια είναι αρκετά μαλακά.
Με μερικές εξαιρέσεις, το κλεοφάνη είναι ένα είδος μείγματος ψευδαργύρου ή φαληρίτη, τα ορυκτά αυτής της κατηγορίας είναι αδιαφανή, συχνά σκούρα, μερικές φορές φωτεινά, το οποίο χρησιμεύει ως σημαντικό διαγνωστικό χαρακτηριστικό (καθώς και γυαλάδα). Η ανακλαστικότητα μπορεί να κυμαίνεται από μέτρια έως υψηλή.
Τα περισσότερα σουλφίδια είναι ορυκτά με ηλεκτρική αγωγιμότητα ημιαγωγών.
Παραδοσιακή ταξινόμηση
Παρά την κοινότητα των βασικών φυσικών ιδιοτήτων, τα σουλφίδια, φυσικά, έχουν εξωτερικές διαγνωστικές διαφορές, σύμφωνα με τις οποίες χωρίζονται σε τρεις τύπους.
- Πυρίτες. Αυτή είναι η συλλογική ονομασία για τα ορυκτά από την ομάδα των σουλφιδίων, τα οποία έχουν μεταλλική λάμψη και χρώμα που έχει αποχρώσεις κίτρινου ή κίτρινου χρώματος. Ο πιο διάσημος εκπρόσωπος του πυρίτη είναι ο πυρίτης FeS2, επίσης γνωστός ως πυρίτης θείου ή σιδήρου. Περιλαμβάνουν επίσης χαλκοπυρίτη CuFeS2 (πυρίτη χαλκού), αρσενοπυρίτη FeAsS (αρσενικό πυρίτης, γνωστός και ως ταλχιμίτης ή μισπίκελ), πυρροτίτη Fe7S8 (μαγνητικός πυρίτης, μαγνητοπυρίτης) καιάλλοι.
- Glitter. Αυτό είναι το όνομα που δίνεται στα σουλφίδια με μεταλλική λάμψη και χρώμα από γκρι έως μαύρο. Τυπικά παραδείγματα τέτοιων ορυκτών είναι το galena PbS (γυαλάδα μολύβδου), ο χαλκοκίτης Cu2S (χάλκινη λάμψη), ο μολυβδενίτης MoS2, ο αντιμονίτης Sb2S3 (γυαλάδα αντιμονίου).
- Ψεύτικα. Αυτό είναι το όνομα ορυκτών από την ομάδα των σουλφιδίων, που χαρακτηρίζονται από μη μεταλλική λάμψη. Τυπικά παραδείγματα τέτοιων σουλφιδίων είναι ο φαλερίτης ZnS (μίγμα ψευδαργύρου) ή η κιννάβαρη HgS (μίγμα υδραργύρου). Επίσης γνωστά είναι το ρεάλγκαρ As4S4 - κόκκινο αρσενικό μείγμα, και orpiment As2S3 - κίτρινο μείγμα αρσενικού.
Διαφορές στα χημικά χαρακτηριστικά
Μια πιο σύγχρονη ταξινόμηση βασίζεται στα χαρακτηριστικά της χημικής σύνθεσης και περιλαμβάνει τις ακόλουθες υποκατηγορίες:
- Τα απλά σουλφίδια είναι ενώσεις ενός μεταλλικού ιόντος (κατιόν) και του θείου (ανιόν). Παραδείγματα τέτοιων ορυκτών περιλαμβάνουν τον γαλένα, τον φαλερίτη και την κιννάβαρη. Είναι όλα απλά παράγωγα του υδρόθειου.
- Τα διπλά σουλφίδια διαφέρουν στο ότι πολλά (δύο ή περισσότερα) μεταλλικά κατιόντα συνδέονται με το ανιόν του θείου. Αυτά είναι ο χαλκοπυρίτης, ο βορνίτης ("ποικιλόμεταλλευμα χαλκού") Cu5FeS4, ταννίνη (πυρίτης κασσίτερος) Cu2FeSnS4 και άλλες παρόμοιες ενώσεις.
- Τα δισουλφίδια είναι ενώσεις στις οποίες κατιόντα συνδέονται με την ανιονική ομάδα S2 ή AsS. Αυτά περιλαμβάνουν ορυκτά από την ομάδα των σουλφιδίων και των αρσενιδίων (σουλφοαρσενίδια), όπως ο πυρίτης,ο πιο κοινός, ή αρσενοπυρίτης αρσενικού πυρίτη. Σε αυτήν την υποκατηγορία περιλαμβάνεται επίσης το CoAsS κοβαλτίνης.
- Σύμπλοκα σουλφίδια ή σουλφοάλατα. Αυτό είναι το όνομα ορυκτών από την ομάδα των σουλφιδίων, αρσενιδίων και ενώσεων κοντά σε αυτά σε σύνθεση και ιδιότητες, που είναι άλατα θειοοξέων, όπως το θειομαρσενικό H3AsS 3, θειοβισμός H3BiS3 ή θειοαντιμόνιο H3SbS 3. Έτσι, η υποκατηγορία των σουλφοάλατων (θειοάλατα) περιλαμβάνει τον ορυκτό λιλιανίτη Pb3Bi2S6 ή το λεγόμενο Fahlore Cu3(Sb, As)S3.
Μορφολογικά χαρακτηριστικά
Τα σουλφίδια και τα δισουλφίδια μπορούν να σχηματίσουν μεγάλους κρυστάλλους: κυβικούς (γαλένα), πρισματικούς (αντιμονίτης), με τη μορφή τετραέδρων (σφαλερίτη) και άλλες διαμορφώσεις. Σχηματίζουν επίσης πυκνά, κοκκώδη κρυσταλλικά συσσωματώματα ή φαινοκρυστάλλους. Τα σουλφίδια με πολυεπίπεδη δομή έχουν ισοπεδωμένους επιφάνειες ή φυλλώδεις κρυστάλλους, όπως ορπιμέντο ή μολυβδενίτη.
Η διάσπαση των σουλφιδίων μπορεί να είναι διαφορετική. Ποικίλλει από πολύ ατελές σε πυρίτη και ατελές σε χαλκοπυρίτη έως πολύ τέλειο σε μία (ορπιμέντο) ή σε πολλές (σφαλερίτη, γαλένα) κατευθύνσεις. Ο τύπος του κατάγματος δεν είναι επίσης ο ίδιος για διαφορετικά ορυκτά.
Γένεση θειούχων ορυκτών
Τα περισσότερα σουλφίδια σχηματίζονται με κρυστάλλωση από υδροθερμικά διαλύματα. Μερικές φορές τα ορυκτά αυτής της ομάδας έχουν ένα μαγματικόή skarn (μετασωματική) προέλευση, και μπορεί επίσης να σχηματιστεί κατά τη διάρκεια εξωγενών διεργασιών - υπό αναγωγικές συνθήκες σε ζώνες δευτερογενούς εμπλουτισμού, σε ορισμένες περιπτώσεις σε ιζηματογενή πετρώματα, όπως ο πυρίτης ή ο φαληρίτης.
Υπό επιφανειακές συνθήκες, όλα τα σουλφίδια, εκτός από την κιννάβαρη, τον λαυρίτη (θειούχο ρουθήνιο) και τον σπερυλίτη (αρσενίδιο της πλατίνας), είναι πολύ ασταθή και υπόκεινται σε οξείδωση, η οποία οδηγεί στο σχηματισμό θειικών αλάτων. Το αποτέλεσμα των διαδικασιών αλλαγής των σουλφιδίων είναι τέτοιοι τύποι ορυκτών όπως οξείδια, αλογονίδια, ανθρακικά. Επιπλέον, λόγω της αποσύνθεσής τους, είναι δυνατός ο σχηματισμός αυτοφυών μετάλλων - αργύρου ή χαλκού.
χαρακτηριστικά εμφάνισης
Τα σουλφίδια είναι ορυκτά που σχηματίζουν συσσωρεύσεις μεταλλευμάτων διαφορετικής φύσης ανάλογα με την αναλογία τους με άλλα ορυκτά. Εάν τα σουλφίδια κυριαρχούν πάνω τους, συνηθίζεται να μιλάμε για ογκώδη ή συνεχή θειούχα μεταλλεύματα. Διαφορετικά, τα μεταλλεύματα ονομάζονται διάχυτα ή φλεβίδια.
Πολύ συχνά τα σουλφίδια εναποτίθενται μαζί, σχηματίζοντας εναποθέσεις πολυμεταλλικών μεταλλευμάτων. Τέτοια, για παράδειγμα, είναι τα μεταλλεύματα θειούχου χαλκού-ψευδάργυρου-μόλυβδου. Επιπλέον, διαφορετικά σουλφίδια ενός μετάλλου συχνά σχηματίζουν τις σύνθετες αποθέσεις του. Για παράδειγμα, ο χαλκοπυρίτης, ο χαλκός, ο βορνίτης είναι ορυκτά που περιέχουν χαλκό που απαντώνται μαζί.
Πιο συχνά, τα σώματα μεταλλεύματος των θειούχων κοιτασμάτων έχουν τη μορφή φλεβών. Υπάρχουν όμως και φακοειδείς, στοκ, δεξαμενές μορφές εμφάνισης.
Χρήση σουλφιδίων
Τα θειούχα μεταλλεύματα είναι εξαιρετικά σημαντικά ως πηγήσπάνια, πολύτιμα και μη σιδηρούχα μέταλλα. Χαλκός, άργυρος, ψευδάργυρος, μόλυβδος, μολυβδαίνιο λαμβάνονται από σουλφίδια. Από τέτοια μεταλλεύματα εξάγονται επίσης βισμούθιο, κοβάλτιο, νικέλιο, καθώς και υδράργυρος, κάδμιο, ρήνιο και άλλα σπάνια στοιχεία.
Εκτός αυτού, ορισμένα σουλφίδια χρησιμοποιούνται στην παραγωγή χρωμάτων (κινναβαρί, ορπιμέντο) και στη χημική βιομηχανία (πυρίτης, μαρκασίτης, πυρροτίτης - για την παραγωγή θειικού οξέος). Ο μολυβδενίτης, εκτός από το ότι χρησιμοποιείται ως μετάλλευμα, χρησιμοποιείται και ως ειδικό ξηρό λιπαντικό ανθεκτικό στη θερμότητα.
Τα σουλφίδια είναι ορυκτά που παρουσιάζουν ενδιαφέρον λόγω των ηλεκτροφυσικών τους ιδιοτήτων. Ωστόσο, για τις ανάγκες ημιαγωγών, ηλεκτρο-οπτικής, υπέρυθρης-οπτικής τεχνολογίας, δεν χρησιμοποιούνται φυσικές ενώσεις, αλλά τα τεχνητά αναπτυγμένα ανάλογα τους με τη μορφή μονοκρυστάλλων.
Μια άλλη περιοχή όπου βρίσκουν εφαρμογή τα σουλφίδια είναι η γεωχρονολογική χρονολόγηση ορισμένων μεταλλευμάτων με ραδιοϊσότοπο με τη μέθοδο σαμάριου-νεοδυμίου. Τέτοιες μελέτες χρησιμοποιούν χαλκοπυρίτη, πεντλανδίτη και άλλα ορυκτά που περιέχουν στοιχεία σπάνιων γαιών - νεοδύμιο και σαμάριο.
Αυτά τα παραδείγματα δείχνουν ότι το εύρος των σουλφιδίων είναι πολύ ευρύ. Παίζουν ουσιαστικό ρόλο σε διάφορες τεχνολογίες τόσο ως πρώτες ύλες όσο και ως ανεξάρτητα υλικά.
