بسم الله
تعليقاتكم الجميلة
تبرعاتكم والمساهمة يساعدنا علي تطوير الموقع
ويمكن التبرع الي تحت هذا الاسم / https://www.libertyreserve.com
تحت رقم الحساب الاتي :Account Number U3158448 (stpone43dmax)
دون مقدمات الي ابنائنا الطلاب:
قلنا إن المعدن يتميز بتركيب كيميائي خاص ، فقد يكون عنصرا (قلة) أو مركبا كيميائية (كثرة). وتعتبر معرفة التركيب الكيميائي للمعادن ذات أهمية كبرى في دراستنا لها. إذ تتوقف طبيعة المعدن ، وخواصه المختلفة إلى درجة كبيرة على تركيبه الكيميائي. ويمكن التعرف على كثير من المعادن بسهولة بواسطة خواصها الفيزيائية والكيميائية معا ، ويمكن تعيين العناصر الأساسية في تركيب المعدن بسرعة بواسطة طرق لهب البوري أو أنبوبو النفخ ، وهذه الطرق لا تستلزم جميع الأجهزة والكيماويات الموجودة في معمل كيميائي ، ولكن تتكون أهم أجهزتها من أجهزة بسيطة.
1- مصدر للحرارة مثل مصباح بنزن أو مصباح كحول أو حتى لهب شمعة ، ويمكن التحكم في حرارة اللهب برفع درجة حرارته ، وذلك عن طريق خلطه بالأكسجين (الهواء) عن طريق النفخ أو أنبوب النفخ Blowpipe ، شكل (139). ويستعمل لهب البوري إما لإعطاء أكسدة سريعة للمعدن عند النقطة "أ" في الطرف الخارجي لللهب ، شكل (142) ، أو اختزال سريع للمعدن ، وذلك بوضعه عند النقطة "ب" في الجزء الداخلي من اللهب ، شكل (142). ويمكن سحب طرف البوري قليلا من اللهب إلى الخارج لإعطاء لهب مختزل. ويستلزم الأمر عادة شيئا من الخبرة للحصول على لهب مستمر وقوي بالنفخ. وتصل درجة حرارة البوري إلى ما يقرب من 1500 درجة مئوية. 2- حامل لمسحوق المعدن ، وقد يكون مكعبا من الفحم ، (شكل 144 ، 145) ، أو مسطحا من الجبس ، أو ملقاطا طرفيه مكسوتين بالبلاتين ، أو سلك بلاتين بيد من زجاج ، شكل (143) ، أو أنبوبة زجاجية رفيعة مفتوحة الطرفين "الأنبوب المفتوح" شكل (140) ، أو مفتوحة من طرف واحد فقط "الأنبوب المقفول" شكل (141). ويمثل شكل (146) مجموعة الأجهزة المستخدمة في طرق التحليل الكيميائية باستعمال لهب البوري. 3- بضع مواد كيميائية بعضها صلب والبعض الآخر محاليل. والغرض من استخدام هذه المواد الكيميائية يمكن تلخيصه فيما يلي: أ- المساعدة في صهر المعدن عند تسخينة ، أي أنها مواد مصهرة مثل البوراكس (بورات الصوديوم المائية) ، والملح الميكروكوري (فوسفات الصوديوم والأمونيوم الإيدروجينية المائية) ، وكربونات الصوديوم. ب- بعض الأحماض المعدنية مثل حامض الهيدروكلوريك وحامض النيتريك وحامض الكبريتيك ، للكشف عن الشق الحامضي ، وكذلك محاليل من مولبدات الأمونيوم وكلوريد الباريوم وايدروكسيد الكالسيوم ونترات الكوبالت وفوق أكسيد الأيدروجين ، بعض المواد الصلبة مثل حبيبات القصدير ومسحوق المغنسيوم اللازمة لإجراء بعض التجارب الكيميائية التحليلية البسيطة التي تحقق وجود بعض العناصر. وفيما يلي بيان بالإختبارات والتحاليل الكيميائية بلهب البوري التي سنصفها بإيجاز (معظمها في هيئة جداول): 1- ألوان اللهب الناتجة من التسخين على سلك البلاتين ، جدول (12). 2- التسخين على مكعب الفحم: (1) تكوين الفلز بالإختزال ، جدول (13) ، (ب) تكوين الأكسيد والمواد المتسامية بالأكسدة ، جدول (14). 3- التسخين على مسطح الجبس (تكوين اليوديد المتسامي) ، جدول (15). 4- التسخين في الأنوبة المفتوحة (تيار هواء مؤكسد) ، جدول (16). 5- التسخين في الأنبوبة المقفولة (تيارد هواء مختزل) ، جدول (17). 6- اختبارات خرزة البوراكس ، جدول (18). 7- اختبارات الكشف عن الشق الحامضي ، جدول (19). 8- اختبارات خاصة: التفرقة بين الأراجونيت والكالسيت ، الكالسيت والدولوميت ، تحقيق الكاسيتريت. 9- ملخص اختبارات الكشف وتحقيق الفلزات المكونة للمعادن (مرتبة أبجديا) ، وهي: ألومنيوم ، أنتيمون ، باريوم ، بوتاسيوم ، قصدير ، كالسيوم ، كروميوم ، مغنسيوم ، مولبيدنوم ، نيكل ، يورانيوم.
1- ألوان اللهب الناتجة بالتسخين على سلك بلاتين:
تنتج هذه الألوان ، جدول (12) ، عند تسخين مسحوق المعدن ، إما بمفرده أو مبللا بحامض الهيدروكلوريك ، أو حامض النيتريك أو حامض الكبريتيك ، على طرف سلك البلاتين ، شكل (143) ، حيث تلون الجزء الخارجي من اللهب. وفي حالة المعادن التي لا تتحلل بسهولة (مثل معادن السليكات) يحتاج الأمر إلى صهر المعدن المطحون جيدا مع حجم مساو له من الجبس أو الفلوريت أو بيكبريتات البوتاسيوم على سلك البلاتين.
لون اللهب المادة (العنصر المسبب للون) ملاحظات أحمر طوبي كالسيوم Ca باستعمال مرشح ضوء أخضر لا يظهر أي لون. أحمر قرمزي استرونشيوم Sr باستعمال مرشح ضوء أخضر يبدو اللون أصفر باهتا. تعطي محاليل الاسترونشيوم راسبا أبيض إذا أضيف إليها حامض الكبريتيك (فرق بينها وبين الليثيوم) أحمر قرمزي كثيف ليثيوم Li باستعمال مرشح ضوء أخضر لا يظهر أي لون. أصفر صوديوم Na واضح ومميز. بنفسجي بوتاسيوم K يتأثر اللون بوجود الصوديوم ، وباستعمال مرشح ضوء أزرق يبدو اللون أحمر مائلا إلى الزرقة. أخضر مائل للإصفرار باريوم Ba معادن الباريوم ذات وزن نوعي عالي. أخضر نحاس Cu لون اللهب أخضر زمردي باستعمال حامض النيتريك وأخضر مشوبا بلون أزرق سماوي باستمعال حامض الهيدروكلوريك. ألوان زرقاء غير مميزة رصاص Pb تتكون كرات الرصاص بالاختزال على مكعب الفحم. زرنيخ As تنتشر رائحة الثوم أثناء احتراق المعدن أنتيمون Sb ألوان خضراء زنك Zn فسفور P أيضا موليبدنوم Mo
جدول (12): ألوان اللهب والعناصر المسببة لها
2 (أ) – التسخين على مكعب الفحم (تكيون الفلز بالاختزال): الكرة الصغيرة العنصر ملاحظات بيضاء ، (طرية) ، غير مطفية عندما تبرد الفضة Ag للتمييز بين الفضة والقصدير ، أذب في حامض النيتريك ثم أضف حامض الهيدروكلوريك للحصول على راسب أبيض من كلوريد الفضة. بيضاء ، (طيرة) ، طفية عندما تبرد ، قابلة للطرق ، لا تترك أثرا على الورق القصدير Sn يحصل على الكريات بصعوبة ، وقد تتأكسد في حامض النيتريك إلى الإيدروكسيد الأبيض رمادية (طرية) ، لامعة في اللهب المختزل سهلة الإنصهار ، تترك أثرا على الورق الرصاص pb للتمييز بين الرصاص والقدصير أذب في حامض النيتريك ثم أضف حامض الكبريتيك لتحصل على راسب أبيض من كبريتات الرصاص. صفراء (طرية) ، تبقى لامعة قابلة للطرق الذهب Au يسهل الحصول على الكريات من التيلورديات. حمراء (طيرة اسفنجية) ، سوداء عندما تبرد النحاس Cu يجب تحميص معادن النحاس المحتوية على الكبريت أو الزرونيخ أو الأ،تيمون قبل اختبارها على مكعب الفحم. كريات ضعيفة المغناطيسية كوبالت Co نيكل Ni اختبارخرزة البوركس أزرق عميق. اختبار خرزة البوركس بني مائل. كريات قوية المغناطيسية حديد Fe اختبار خرزة البوركس صفراء ساخنة وعديمة اللون باردة في اللهب المؤكسد.
جدول (13): الكريات الفلزية المتكونة بالاختزال على مكعب الفحم وذلك بخلط المعدن بمسحوق الفحم وكربونات الصوديوم والتسخين في لهب البوري المؤكسد.
2 (ب) – التسخين على مكعب الفحم (تكوين الأكسيد والمواد المتسامية): بالقرب من المعدن المؤكسد وهي ساخنة الحافة الخارجية للمادة المتسامية المادة ملاحظات أبيض نقي مائل للإحمرار أبيض أكسيد السيلينيوم (أحمر) سيلينيوم (أبيض) تلون المادة المتسامية اللهب المختزل باللون الأزرق أبيض كثيف رمايد إلى بني أكسيد الثلوريوم (أبيض) تلروريوم (رمادي) تلون المادة المتسامية اللهب المختزل باللون الأخضر الباهت أبيض كثيف أشهب إلى بني أكسيد أنتيمون تتكون بكثرة بالقرب من المعدن المتأكسد (أقل تساميا من أكسيد الزرنيخ) أبيض أبيض إلى أشهب أكسيد الزرنيخ تتكونب بكثرا بعيدا عن المعدن المتأكسد (له رائحة الثوم) أبيض أبيض إلى أزرق كلوريدات النحاس والرصاص والزئبق والأمونيون والقلويات أصفر خفيف جدا (أبيض في البارد) أبيض خفيف جدا أكسيد القصدير المادة المتسامية يصبح لونها أخضر يميل إلى الزرقة إذا بللت بنترات الكوبالت ثم سخنت بشدة لون النحاس الأحمر أبيض أكاسيد الموليديوم تتحول المادة إلى لون أزرق إذا سخنت في اللهب المختزل أصفر قاتم أبيض يميل للزرقة أكسيد الرصاص تتكون مادة متسامية خضراء مائلة للصفرة إذا سخنت مع بوديد البوتاسيوم أصفر كناري (أبيض في البارد) أبض خفيف جدا أكسيد الزنك تصبح المادة المتسامية خضراء إذا بللتب نترات الكوبالت وسخنت بشدة أحمر إلى أحمر فاتح فضة مختلطة مع رصاص وأنتيمون تتحول الفضة بالتسخين الشديد لفترة طويلة إلى مادة متسامية لونهاب ني خفيف
جدول (14): المواد المتسامية على مكعب الفحم الناتجة من تسخين المعدن في اللهب المؤكسد.
4- إختبارات التسخين على مسطح الجبسي (مواد اليوديد المتسامية):
في بعض الأحيان سكون لليوديدات مظهر مختلف تماما عن ذلك الذي تأخذه الأكاسيد. وللحصول على اليوديد المتسامي فإنه يلزم طحن المعدن طحنا جيدا ثم يبلل بحامض الهيدروأيوديك (HI) ، أو يخلط بمادة صاهرة مكونة من جزئين بالتساوي من يوديد البوتاسيوم (KI) ، وبيكبريتات البوتاسيوم (KHSO4). ثم يسخن المخلظ على مسطح الجبس (يمكن استعمال مكعب الفحم كحامل لها). حيث تتكاثف طبقات رقيقة من اليوديد المتسامي ذي الألوان العديدة على الأجزاء الباردة من السطح ، جدول رقم (15):
بالقرب من المعدن المسخن الحافة الخارجية المادة ملاحظات أصفر برتقالي أصفر برتقالي يوديد الرصاص متسامية. أصفر إلى برتقالي أصفر إلى برتقالي يوديد الزرنيخ متسامي جدا. برتقالي إلى أحمر برتقالي إلى أحمر يوديد الأنتيمون يختفي عند تعرضه لأبخرة الأمونيا القوية أسود إلى أصفر مطفي أصفر إلى قرمزي يوديد الزئبق يحتاج إلى تسخين بشدة أحمر إلى قرمزي أحمر إلى قرمزي يوديد السيلينيوم متسامي وأبخرته حمراء بني مائل للاحمرار بني مائل للاحمرار يودي البرموت تحول أبخرة الأمونيم لونه إلى أصفر ثم إلى أحمر بني يشوبه إحمرار باهت بني داكن يوديد التلوريوم متسامي أزرق بحري داكن يوديد الموليدنوم
جدول (15): مواد اليوديد المتسامية على سطح الجبس
(3) إختبارات التسخين في الأنبوبة المفتوح Open tube tests:
تستعمل في هذه التجربة أنبوبة زجاجية قطرها الداخلي حوالي نصف سنتيمتر وطولها حوالي 12 سم. ويجب أن تكون هذه الأنبوبة منثنية قليلا بالقرب من أحد طرفيا ، شكل (140) ، لحمل مسحوق المعدن على هذه الثنية. وتستعمل مثل هذه الأنبوبة المفتوحة الطرفين في إختبارات الأكسدة التي تطرأ على المعدن عند تسخينه وتسامي بعض الأكاسيد الناتجة وتكثفها على جدران الأنبوبة الداخلية بعيدا عن المعدن المطحون. وتمسك الأنبوبة مائلة أكبر ميل بقدر الإمكان ويسخن الجزء العلوي فوق المعدن ثم السفلي بواسطة لهب البنزن فيسخن الهواء وكذلك المعدن وتعمل الأنبوبة كمدخنة يمر بها تيار مستمر من الهواء الذي يؤكسد المعدن المطحون وتتحول بعض مكوناته إلى أكاسيد غازية أو طيارة يخرج بعضها من طرف الأنبوبة ويتكثف البعض الآخر قرب هذا الطرف عند الجزء البارد من الأنبوبة. وبدراسة خواص لون المادة المتسامية المرتسبة يمكن معرفة العناصر المكونة للمعدن. ويبين الجدول رقم (16) خواص هذه المواد المتسامية المرتسبة في الأنبوبة المفتوحة والعناصر المسببة لها.
الراسب اللون المادة ملاحظات أبيض متبلور أبيض As2O8 طيار (volstile) ، بلورات ثمانية الأوجه. أبيض متبلور أبيض Sb2O8 يتسامى ببطء – يترسب بالقرب من المعدن في هيئة حلقة بيضاء ، أما الزرنيخ فيترسب بعيدا. أصفر باهت أبيض MoO8 بلوريات صغيرة بالقرب من المعدن. يتسامى ببطء وتتحول البلورات إلى اللون الأزرق في اللهب المختزل. أشهب فلزي كرات صغيرة زئبف Hg يسخن المعدن ببطء حتى تنتج أكسدة كاملة.
جدول (16): خواص المواد المتسامية المترسبة في الأنبوبة المفتوحة.
(5) إختبارات التسخين في الأنبوبة المقفولة Closed tube tests:
تستعمل في هذه الإختبارات أنبوبة زجاجية مقفولة من أحد طرفيها ، طولها حوالي 8 سنتيمرات ، وقطرها الداخلي حوالي 3 ملليمترات ، شكل (141) ، صفحة (101) ، والغرض من إستعمال هذه الأنبوبة هو إختبار خواص المواد الناتجة من تسخين المعدن في جو مختزل (بعيدا عن الأكسجين) ، وغالبا ما يحدث أن يتفتت المعدن إلى قطع صغيرة أو أن ينصهر المعدن. ولاجراء هذا الاختبار نضع المعدن المسحوق عند الطرف المقفول للأنبوبة ونسخنه في لهب البنزن. ويبيبن الجدول رقم (17) وصفا مختصرا لبعض الإختبارات داخل الأنبوبة المقفولة.
ساخنة باردة المادة ملاحظات سائل شفاف سائل شفاف ماء متعادل أو حامض ضعيف سائل فلزي رمادي زئبف مسحوق المعدن المذاب في حامض ضعيف يغطي لوح نحاسي بالزئبق مادة صلبة بيضاء مادة صلبة بيضاء كلوريد الرصاص ، كلوريد الأنتيمون ، أكسيد الزرنيخوز ، أملاح الأمونيوم سائل أصفر قاتم أو أحمر بلورات صفراء باهتة كبريت يتسامى بسهولة سائل أحمر قاتم مادة صلبة صفراء بإحمرار كبريتيد يتسامى بسهولة مادة صلبة فلزية سوداء لامعة أو مادة متبلورة رصاصية لامعة أو مادة زرنيخ إكسر طرف الأنبوبة المقفل وسخن فتنتشر رائحة الثوم
جدول (17): خواص المواد المتسامية المتكونة في الأنبوبة المقفولة
6- إختبارات الخرزة Bead tests:
تكون أكاسيد كثير من الفلزات مركبات معقدة ذات ألوان مميزة إذا أذيبت عند درجات الحرارة العالية في البوراكس. أم ملح الفوسوفور ، أو كربونات الصوديوم. وتستعمل خرزة فلوريد الصوديوم في الكشف عن اليورانيوم ، ونستعمل في هذا الإختبار سلك بلاتين ملفوف في شكل دائرة صغيرة عند نهايته ، شكل (143). ويجب تحميص الفلزات غير المؤكسدة وكذا مركبات الكبريت ، والزرنيخ ، والأنتيمون ، قبل إجراء إختبارات الخرزة عليها ، وذلك حتى تزال جميع المكونات الطيارة وتتحول المادة المتبقية إلى أكسيد. يسخن طرف سلك البلاتين الملفوف ، ثم يغمص في البوراكس أو ملح الفوسفور أو كربونات الصوديوم حيث تلتصق المادة بالحلقة وتتحول إلى خرزة زجاجية شفافة إذا سخنت في لهب البوري ، وفي حالة ملح الفوسفور يجب التسخين ببطء إذ أن هذه المادة تميل إلى السقوط من لفة السلك نظرا لهروب الماء والأمونيا.
فإذا جعلنا الخرزة الساخنة تلمس بعض فتات المعدن المطحون (مؤكسد) ، ثم سخنا الخرزة في اللهب المؤكسد للبوري ، فإن الحرارة المنصهرة سوف تتلون بألوان مميزة تبعا للعنصر الموجود.
كما يمكن ملاحظة لون الخرزة في اللهب المختزل ، ويبين جدول (18) ألوان خرزة البوراكس. ويمكن خلع الخرزة من سلك البلاتين بفك لفة السلك. ومن ثم يمكن الإحتفاظ بهذه الخرزة أو إجراء تجارب كيميائية عليها. وإذا أريد الكشف عن النيكل في وجود الكوبالت ، أو أي أكسيد آخرن ، مما يؤدي إلى طمس إختبار خرزة البوراكس ، فإننا نلجأ إلى الطريقة التالية: أذب عددا من خرزات البوراكس في حامض النيتريك ، ثم أضف محلول الأمونيا حتى يصير المحلول قلويا. أضف إلى الراشح بعض سنتيمترات مكعبة من محلول ثاني من ميثيل الجلايوكسيم في الكحول ، يتكون راسب أحمر قرمزي يدل على وجود النيكل وهذا الإختبار حساس جدا.
اللهب المؤكسد اللهب المختزل المادة: أكسيد ال... ملاحظات ساخنة باردة ساخنة باردة شفاف شفاف شفاف شفاف سليكون ، ألومنيوم ، زنك أي كمية شفاف شفاف إلى أبيض شفاف شفاف إلى أبيض كالسيوم ، استرونثيوم ، باريوم ، مغنسيوم ، زنك أي كمية أصفر باهت شفاف إلى أبيض أصفر أصفر إلى بني تنجستن كمية متوسطة أصفر إلى بني أصفر أخضر باهت شفاف تقريبا يورانيوم كمية متوسطة إلى كبيرة أصفر إلى بني أخضر مصفر أخضر أخضر كروميوم كمية متوسطة إلى كبيرة أخضر أخضر مزرق شفاف إلى أخضر أخضر مزرق نحاس كمية صغيرة إلى متوسطة أزرق أزرق أزرق أزرق كوبالت كمية صغيرة إلى متوسطة بنفسجي بنفسجي إلى أحمر شفاف شفاف منجنيز كمية صغيرة بنفسجي بني بحمرة رمادي عكر رمادي عكر نيكل كمية صغيرة إلى متوسطة
جدول (18): ألوان خرزة البوراكس
(7) إختبارات الكشف عن الشق الحامضي:
تستخدم الاحماض العادية وبعض المواد الصلبة المساعدة في الكشف عن الشق الحامضي في المعادن: كلوريد ، فلوريد ، كبريتيد (بعضها كربونات ، كبريتات ، فوسفات ، سليكات ، (بعضها) ، جدول (19).
الشق الحامضي الإختبارات كلوريد يتفاعل المعدن المخلوط مع ثاني أكسيد المنجنيز مع حامض الكبريتيك المركز ليعطي غاز الكلور. باستعمال خرزة ملح الصوديوم الفوسفوري (الملح الميكروكوزمي) المشبعة بثاني أكسيد النحاس يعطي مسحوق الكلوريد شعلة من الضوء الأزرق السخي حول الخرزة. فلوريد يتفاعل المعدن مع حامض الكبريتيك المركز ليعطي فقاقيع شحمية من حامض الهيدروكلوريك والتي تؤدي إلى ترسيب غشاء أبيض من السليككا على نقطة من الماء تكون موجودة عند طرف الأنبوبة. كبريتيد (بعضها) تتفاعل بعض الكبريتيدات مع حامض الهيدروكلوريك لتعطي غاز كبيرتيد الأيدروجين. يمكن الكشف عن الكبريتيد أيضا بإختبارات الأنبوبة المقفولة (كبريت متسامي ذو لون برتقالي) ، والأنبوبة المفتوحة ، ومكعب الفحم. كربونات يتفاعل المعدن مع حامض الهيدروكلوريك ليعطي غاز ثاني أكسيد الكربون الذي يعكر ماء الجير كبريتات سخن المعدن على مكعب الفحم مع كربونات الصوديوم ومسحوق الفحم ، ثم ضع الراسب على عملة فضية وبلل بالماء. يدل تكون بقعة سوداء على وجود شق الكبريتات (أو الكبريتيد). فوسفات عند تسخين المعدن مع المغنسيوم في الأنبوبة المقفولة ، ثم إضافة الماء يتكون الهيدروجين الفوسفوري. يحقق شق الفوسوفور أيضا بتكوين كتلة زرقاء منصهرة عند تسخين المعدن على مكعب الفحم ثم يبلل بنترات الكوبالت ثم يسخن بشدة. سليكات يتحول المعدن إلى كتلة جيلاتينية بالتفاعل مع حامض الهيدروكلوريك.
جدول (19) الكشف عن الشق الحامضي في المعادن.
8- إختبارات خاصة:
التفرقة بين الكالسيت والأراجونيت: (إختبار ميجن Meigen's test) ، يغلي مسحوق المعدن لمدة تتراوح بين دقيقة وخمس دقائق في محلول نترات الكوبالت ذي تركيز يترواح بين 5 إلى 10% . يلاحظ أن الكالسيت يبقى أبيض اللون ، بينما يتغير لون الأراجونيت ليصبح بنفسجيا نتيجة لتكوين مركب نترات الكوبالت القاعدية. ويكشف عن التغير في اللون بسهولة إذا غسل المسحوق الذي فصل من المحلول بعد عملية الغليان. ولما كانت كل من كربونات الأسترونشيوم ،وكذلك راسب كربونات المغنسيوم القاعدية ، تعطي نفس التفاعل مثل الأرجوانيت ، كما يعطي الدولوميت نفس التفاعل مثل الكالسيت ، فإن الإختبار يستلزم أولا التأكد من أن مثل هذا الإختبار يجرى على أحد شكلي كربونات الكالسيوم – حيث أنه بالإضافة إلى ما سبق ذكره ، فإن هذا الإختبار لا يمكن تطبيقه على المساحيق التي تشمل خليطا من الأراجونيت والكالسيت.
التفرقة بين الكالسيت والدولوميت: (أ) إختبار ليمبرج Lemberg's test ، يغلى مسحوق المعدن لمدة تتراوح بين 15-20 دقيقة في محلول كلوريد الألومنيوم وخلاصة صبغة الهيماتوكسيلون (يحضر المحلول بأن يغلى لمدة عشرين دقيقة – محلول مكون من ستين جرام من الماء مع مخلوط أربعة جرامات من كلوريد الألومنيوم ، وستة جرامات من خلاصة صبغة الهيماتوكسيلون (صبغة لوج وود) مع استمرار التقليب وإضافة ماء بدلا مما يفقد بالتبخير). يصبغ الكالسيت في هذا الإختابار ويصبح لونه أحمر وريدا ، بينما لا يتغير لون الدولوميت. يعطي الأرجوانيت نفس التفاعل مثل الكالسيت.
(ب) إختبار ماهلر Mahelr's test : يستخدم في هذه الحالة محلول مخفف من نترات النحاس . يعطي مسحوق الكالسيت فورانا شديدا إذا غلي لبضع دقائق في هذا المحلول ، ويعقب هذا الفوران تلون حبيبات الكالسيت بلون أخضر ، أما الدولوميت فلا يحدث له أي تغيير في هذا الإختبار.
إختبار الكاسيتريت: لما كانت معادن الكاسيتريت تتراوح في لونها بين ظلال مختلفةمن الأصفر والبني والأسود فإن ظهور إختلاف في مظهرها يمكن إستخدامه لتحقيق هذه المعادن والكشف عنها. ويتم ذلك بأن نضع بضع كسرات من الكاسيتريت في أنبوب إختبار فوق حبيبات من فلز الزنك ، ثم نضيف إلى المخلوط حامض الهيدروكلوريك ، وفي هذه الحالة سوف يختزل الأيدروجين المتولد حديثا أكسيد القصدير SnO2 ، وبعد بضع دقايق يصبح الكاسيتريت مغطى بغشاوة رقيقة من فلز القصدير ذي البريق الفلزي واللون الأشهب.
9- ملخص الكشف عن الفلزات في المعادن: (تبعا للترتيب الأبجدي للفلزات).
ألومنيوم (AL) : يعطي مسحوق المعدن المبلل بنترات الكوبالت عند تسخينه بشدة على مكعب الفحم راسبا أزرق غير منصهر.
أنتيمون (Sb): يعطي مسحوق المعدن المحمص (المؤكسد) على مكعب الفحم قشورا بيضاء قريبة من المسحوق المحمص. يعطي في الأنبوبة المفتوحة مادة بيضاء متسامية بالقرب من العينة. يعطي في الأنبوبة المقفولة مادة متسامية بنية اللون مشوبة بالإحمرار ، سوداء اللون عندما تكون ساخنة.
باريوم (Ba): يعطي إختبار اللهب لونا أخضر تفاحيا مصفرا.
بوتاسيوم (K): يعطي إختبار اللهب لونا بنفسجيا ، عندما يبصر إليه من خلال مرشح زجاجي أزرق اللون.
تنجستن (W): تتلون خرزة الملح الفوسفوري (الميكروكوزمي) بلون أخضر مشوبا بالزرقة في اللهب المختزل.
تيتانيوم (Ti): تتلون خرزة الملح الفوسفوري (الميكروكوزمي) بلون أصفر وهي ساخنة ، وبلون بنفسجي وهي باردة ، وذلك في اللهب المختزل.
حديد (Fe): تتلون خرزة البوراكس بلون أصفر وهي ساخنة ، وتكون عديمة اللون وهي باردة ، وذلك في اللهب المؤكسد. ولكن في اللهب المختزل تتلون الخرزة بلون أخضر زجاجي.
ذهب (Au): يؤدي الإختزال على مكعب الفحم إلى تكوين خرزة من الذهب طرية قابلة للطرق.
رصاص (Pb): يؤدي الإختزال على مكعب الفحم إلى تكوين خرزة من الرصاص ذي البريق القلوي والقابلة للطرق وإذا حكت في ورقة تركت أثرا أسودا.
زرنيخ (As): تؤدي الأكسدة على مكعب الفحم إلى تكوين قشرة صفراء اللون وهي ساخنة ، بيضاء اللون وهي باردة ، أما إذا سخن المعدن على مكعب الفحم مع نترات الكوبالت ثم أعيد تسخينه بشدة فإنه تتكون قشرة خضراء زرعية اللون.
زئبف (Hg): يؤدي تسخين مخلوط المعدن مع يوديد البوتاسيوم والكبريت على مكعب الفحم إلى تكوين قشرة صفراء اللون مشوبة بالإخضرار مع تصاعد أبخرة صفراء اللون مخضرة. أما إذا سخن مخلوط المعدن مع مسحوق كربونات الصوديوم ومسحوق الفحم في الأنبوبة المقفولة فإنه تتكون كريات متسامية من الزئبق.
سترونشيوم (Sr): يعطي إختبار اللهب لونا أحمر قرمزيا.
صوديوم (Na): يعطي إختبار اللهب لونا أصفر.
فضة (Ag): يعطي الإختزال على مكعب الفحم خرزة من الفضة.
قصدير (Sn): يعطي الإختزال على مكعب الفحم خرزة من القصدير.
كالسيوم (Ca): يعطي إختبار اللهب لونا أحمر طوبيا.
كروميوم (Cr): تتلون خرزة البوراكس بلون أخضر ، وكذلك تتلون خرزة الملح الفوسفوري بلون أخضر ، أما خرزة كربونات الصوديوم فتتلون بلون أصفر مشوبا بالإخضرار وتكون معتمة.
مغنسيوم (Mg): عندما يسخن مسحوق المعدن المبلل بنترات الكوبالت على مكعب الفحم ، ثم يتابع التسخين بشدة مرة أخرى فإنه يتكون راسب وردي اللون.
مولبدنوم (Mo): تعطي خرزة الملح الفوسفوري لونا أخضر ناصعا في اللهب المؤكسد ، بينما تعطي الخرزة في اللهب المختزل لونا أخضر مشوبا بالمواد وهي ساخنة ، ولونا أخضر سخيا ونقيا وهي باردة.
نيكل (Ni): تعطي خرزة البوراكس لونا بنيا مشوبا بالإحمرار في اللهب المؤكسد ، بينما تعطي الخرزة في اللهب المختزل لونا رماديا معتما.
يورانيوم (U): تعطي خرزة الملح الفوسفوري لونا أصفر وهي ساخنة ولونا أحضر مشوبا بالإصفرار وهي باردة ، وذلك في اللهب المؤكسد. بينما تتلون الخرزة في اللهب المختزل بلون أخضر مشوبا بالإصفرار وهي ساخنة وتصبح خضراء ناصعة وهي باردة.
ويمكن القيام بالتحاليل الكيميائية باستخدام الطرق الفيزيائية مثل التحليل الطيفي ، والتي تتم عن طريق تبخير (أو حرق) كمية بسيطة من مسحوق المعدن توضع في حفرة صغيرة في أحد قطبي الجرافيب في القوس الكهربائي للجهاز. ويتم تحيل طيف العناصر الموجودة في المعدن عن طريق منشور الكوارتز أو شبكية دقيقة . وبقياس كثافة وطول الموجات المميزة لكل عنصر يتم حساب كمية العناصر الداخلة في تركيب المعدن. وفي هذا الجهاز يمكن تعيين كمية العناصر الشحيحة التي تصل قيمتها إلى أجزاء قليلة من ملوين جزء. وهناك جهاز آخر لا يحتاج إلى سحق المعدن إو حرقه ، إنما تعريض سطح مكصقول من المعدن للأشعة السينية التي تحدث عملية تفلر أو إنطلاق أشعة أخرى ثانوية من العناصر المكونة للمعدن تتناسب شدتها وكثافتها وطول موجتها مع كمية كل عنصر ونوعه. وتعرف هذه الطريقة باسم طريقة التحليل التفلري بالأشعة لاسينية. وتستخدم المعامل الحديثة للتحاليل الكيميائية للمعادن أجهزة إلكترونية دقيقة يتم فيها تحليل المعدن وحساب كمية العناصر المكونة له حسابا كميا بطريقة آلية (الجهاز متصل بحاسب إلكتروني) في دقائق معدودات. ومن أمثلة هذه الأجهزة جهاز Electron microprobe. وهذه الأجهزة دقيقة جدا وتحتاج إلى خبرة في تشغيلها وصيانتها بالإضافة إلى ثمنها الغالي. ولكن ما تقوم به من أضعاف مضاعفة من التحاليل في وقت قصير جدا – إذا قورنت بطرق التحليل التقليدية – وبجهد بشري بسيط ، يبرر تجهيز معامل البحوث ودراسات المعادن بمثل هذه الأجهزة.
ويقدم التحليل الكيميائي الكمي نتائج التحليل في صورة نسبة مئوية بالوزن لكميات العناصر الداخلة في تركيب المعدن. ويمكن التعبير عن التركيب الكيميائي "المميز" للمعدن في صورة قانون يبين أسماء العناصر الداخلة في تركيب المعدن ونسب إتحادها. فمثلا نعبر عن التركيب الكيميائي الذي يميز معدن هاليت بالقانون NaCl ، والذي يدل على أنه يوجد في معدن هاليت عدد متساو من أيونات الصوديوم والكلورين متحدة مع بعضها (النسبة 1:1).
القوانين الكيميائية للمعادن Chemical Formulae of Minerals
تتكون بعض المعادن من مركبات كيميائية بسيطة ، ولكن غالبية المعادن تتكون من مركبات معقدة. ويحسب قانون المركبات المعدنية البسيطة من نتيجة التحليل الكيميائي بنفس الطريقة التي يحسب بها قانون المواد الكيميائية الأخرى.
ويعطي التحليل الكيميائي النسبة المئوية بالوزن لتركيب المعادن ، أو بعبارة أخرى يعطي عدد الأجزاء من العناصر المختلفة (أو أكاسيدها) الموجودة ي 100 جزء من المعدن. ولحساب قانون المعدن يجب تحويل هذه النسب المئوية بالوزن الذري لذلك العنصر. فمثلا أعطي التحليل الكيميائي لمعدن كالكوباريت Chalcopyrite النتيجة الآتية: (يلاحظ في هذا التحليل الكيميائي وفي كل التحاليل الكيميائية للمعادن وغيرها أن حاصل جمع النسب المئوية بالوزن لا يكون 100 تماما. ولكنه في أحسن الظروف يتراوح بين 99.5 ، 100.5 وذلك لأسباب تتعلق بطرق التحليل ، وليس نتيجة للمعدن نفسه. وفي الحسابات الدقيقة يتم تحويل النسبة المئوية للتحليل بالوزن من المجموع المختلفة عن 100 إلى 100 بالضبط).
(1) (2) (3) (4) (5) العنصر النسبة المئوية للتحليل الأوزان الذرية نسبة الإتحاد نسب الذرات Cu 34.89 ÷ 63.54 = 0.549 1.021 1 Fe 30.04 ÷ 55.85 = 0.538 1.000 1 S 34.51/99.44 ÷ 33.07 = 1.077 2.002 2
ونجد تحت العامودين 4 ، 5 ، نسب إتحاد الذرات في المعادن في هيئة أعداد صحيحة (نسب الذرات( ، وقد حصلنا عليها بقسمة القيم الموجودة تحت (3) بأصغر قيمة (أي قسمنا على 0.538) ، وفي المثال السابق لمعدن الكالكوباريت نجد أن هذه النسب تصبح Cu:Fe:S = 2:1:1 ، أي أن قانون الكالكوباريت هو Cu Fe S2 . هذا القنون هو القانون الأولي لأنه يدلنا على نوع وعدد الذرات الموجودة في المعدن بدون أي بيان للطريقة التي تتحد بها هذه الذرات.
وفي حالة المعادن التي تحتوي على أكسيج فإن نتيجة التحليل الكيميائي الكمي تعطي في هيئة نسبة مئوية لأكاسيد العناصر الموجودة في المعدن ، وليس في صورة عنصار . ويرجع السبب في ذلك إلى أنه لا توجد طريقة تحليل كيميائية لتعيين الكمية الكلية للأكسجين في المركب. ونتبع نفس الطريقة السابقة للحصول على القنون الكيميائي للمعادن ، إلا أنه بدلا من قسمة نسبة التحليل الكيميائية المئوية بالأوزان الذرية فإننا في هذه الحالة نقسمها بالأوزان الجزيئية للأكاسيد المختلفة ، ولنأخذ مثلا لذلك معدن الجبس.
(1) (2) (3) (4) (5) الأكسيد الوزن الجزيئي النسبة الجزيئية Cu 32.44 ÷ 56.1 = 0.578 1 1 Fe 46.61 ÷ 80.06 = 0.582 1.006 1 S 20.74 ÷ 18.0= 1.152 1.979 2
وفي هذا المثال نجد أن النسبة بين الأكاسيد Cao:So8:H2O تساوي النسبة 2:1:1 في معدن الجبس. أي أ،ه يمكننا أن نمثل التركيب الكيميائية لمعدن الجبس بواسطة القانون: Cao SO8 2H2O أو CaSO4 2H2O. أما قوانين المعادن ذات التركيب الأكثر تعقيدا فتحسب قوانينها الكيميائية بطريقة مماثلة ، وبشرط أن ندخل في حسابنا أن هناك بعض العناصر تحل محل عناصر أخرى في البناء الذري للمعدن (عناصر التشابه الشكلي). مثل هذه العناصر المتشابهة يجب معاملتها كمجموعة ، وليس كل على إنفراد ، (أنظر خاصية التشابه الشكلي في موضوع الخواص الكيميائية البلورية للمعادن ، الباب الخامس) ، والمثال التالي يبين لنا هذه الحالة بشئ من الإيضاح.
معدن الجارنت Garnet:
(1) (2) (3) (4) (5) الأكسيد النسبة المئوية للتحليل الأوزان الجزيئية نسبة الإتحاد النسب الجزيئية SiO2 36.66 ÷ 60.1 = 0.61 0.096 3 Al2O3 4.18 ÷ 102.0 = 0.041 0.197 1.000 1 Fe2O3 24.86 ÷ 159.6 = 0.156 MgO 0.25 ÷ 40.3 = 0.006 CaO 33.89 ÷ 56.1 = 0.604 0.613 3.112 3 MnO 0.20 ÷ 70.9 = 0.003 TiO2 0.10 ÷ 79.9 = 0.000 100.14
ويلاحظ في هذا المثال أننا جمعنا نسب الإتحاد لأكسيد الألومنيوم وأكسيد الحديديك إلى بعضهما البعض ، وذلك لأن عنصري الألومنيوم والحديد (ثلاثي التكافؤ) يحلان محل بعضهما البعض ، وكذلك تحل عناصر المغنسيوم والكالسيوم والمنجنيز على بعضها البعض ، ونتيجة لذلك فقد أضفنا نسبة إتحادها بعضها إلى بعض والنتيجة النهائية هي أن نكتب القانون الكيميائية لمعدن الجارنت كالآتي. 3 (Ca, Mg, Mn) O. (Fe2Al)2 O3. 2 SiO2 (Ca, Mg, Mn)8 (Fe, Al)2 Si3 O12
والعناصر المحصورة بين الأقواس يمكنها أن تحل بعضها محل بعض. وهناك معادن أكثر تعقيدا من هذه الصورة ، ولا يمكن الحصول على قانونها الكيميائي بهذه الطريقة وما ذلك إلا بسبب التبلور التداخلي بين مكونتين طرفيتين (مركبان نقيان يذوبان في بعضهما البعض بأي نسبة ليكونا مادة متجانسة تركيبها الكيميائي يتدرج بين الطرفين). مثال ذلك معدن البلاجيوكليز الذي يحتوي على كل من الصوديوم والكالسيوم بجانب عناصر الألومنيوم والسليكون والأكسجين ، ونكتب قانون الكيميائي بالنسبة غلى مكونتيه الطرفيتين "المركبان النقيا" ، وهما NaAlSi3O8 "ألبيت Albite" و CaAL2ASi2O8 "أنورثايت Anorthite" ، وذلك لأن معدن البلاجيوكليز ينتج عن التبلور الداخلي للألبيت والأنورثيت. ومن أمثلة لابلاجيوكليز الناتج نوع ، غسمه أوليجيوكليز ، يكتب قانون الكيميائية هكذا أب 8 أ ن 20 ، ونعني بذلك أن الأوليجوكليز يتكون من 80 جزءا ألبيت (يرمز له أ ب Ab) ، 20 جزءا أنورثيت (يرمز له بالرمز أن An).
يوضح الأوليفين مثالا آخر لهذه الحالة ، فالأوليفين (Mg2Fe)2 SiO3 ، يتكون أساسا من التيلور التداخلي للمكونتين الطرفيتين فورستريت Forstrite Mf2SiO4 [Fo] ، فياليت Faylite Fe2SiO4 [Fa] . وعلى ذلك فهناك أوليفين قانونه Fo80Fa70 ، وآخر Fo82Fa23 .. الخ.
منقول من : http://www.marefa.org/sources/index.php/%D8%B9%D9%84%D9%85_%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D8%AF%D9%86%D8%8C_%D8%A7%D9%84%D8%A8%D8%A7%D8%A8_%D8%A7%D9%84%D8%AB%D8%A7%D9%84%D8%AB:_%D8%A7%D9%84%D8%AE%D9%88%D8%A7%D8%B5_%D8%A7%D9%84%D9%83%D9%8A%D9%85%D9%8A%D8%A7%D8%A6%D9%8A%D8%A9_%D9%84%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D8%AF%D9%86
دون مقدمات الي ابنائنا الطلاب:
مقدمة علم المعادن، الخواص الكيميائية للمعادن
من معرفة المصادر
الجزء الأول، الباب الثالث، من كتاب علم المعادن.
قلنا إن المعدن يتميز بتركيب كيميائي خاص ، فقد يكون عنصرا (قلة) أو مركبا كيميائية (كثرة). وتعتبر معرفة التركيب الكيميائي للمعادن ذات أهمية كبرى في دراستنا لها. إذ تتوقف طبيعة المعدن ، وخواصه المختلفة إلى درجة كبيرة على تركيبه الكيميائي. ويمكن التعرف على كثير من المعادن بسهولة بواسطة خواصها الفيزيائية والكيميائية معا ، ويمكن تعيين العناصر الأساسية في تركيب المعدن بسرعة بواسطة طرق لهب البوري أو أنبوبو النفخ ، وهذه الطرق لا تستلزم جميع الأجهزة والكيماويات الموجودة في معمل كيميائي ، ولكن تتكون أهم أجهزتها من أجهزة بسيطة.
التحليل الكيميائي بلهب البوري Analysis by the Blowpipe
يهدف التحليل الكيميائي بلهب البوري إلى التعرف على بعض أو كل العناصر الداخلة في تركيب المعدن عن طريق عمليات كيميائية جافة. يساعد هذا التحليل في تحقيق المعدن – أو على الأقل تحقيق مكوناته الكيميائية الرئيسية – بطريقة سريعة. ولا تحتاج هذه العمليات الكيميائية إلى أجهزة معقدة ، ولكن – في معظمها – أجهزة بسيطة. يمكن توفيرها في المختبر (المعمل) أو الحقل. إذ لا تتطب سوى ما يأتي:1- مصدر للحرارة مثل مصباح بنزن أو مصباح كحول أو حتى لهب شمعة ، ويمكن التحكم في حرارة اللهب برفع درجة حرارته ، وذلك عن طريق خلطه بالأكسجين (الهواء) عن طريق النفخ أو أنبوب النفخ Blowpipe ، شكل (139). ويستعمل لهب البوري إما لإعطاء أكسدة سريعة للمعدن عند النقطة "أ" في الطرف الخارجي لللهب ، شكل (142) ، أو اختزال سريع للمعدن ، وذلك بوضعه عند النقطة "ب" في الجزء الداخلي من اللهب ، شكل (142). ويمكن سحب طرف البوري قليلا من اللهب إلى الخارج لإعطاء لهب مختزل. ويستلزم الأمر عادة شيئا من الخبرة للحصول على لهب مستمر وقوي بالنفخ. وتصل درجة حرارة البوري إلى ما يقرب من 1500 درجة مئوية. 2- حامل لمسحوق المعدن ، وقد يكون مكعبا من الفحم ، (شكل 144 ، 145) ، أو مسطحا من الجبس ، أو ملقاطا طرفيه مكسوتين بالبلاتين ، أو سلك بلاتين بيد من زجاج ، شكل (143) ، أو أنبوبة زجاجية رفيعة مفتوحة الطرفين "الأنبوب المفتوح" شكل (140) ، أو مفتوحة من طرف واحد فقط "الأنبوب المقفول" شكل (141). ويمثل شكل (146) مجموعة الأجهزة المستخدمة في طرق التحليل الكيميائية باستعمال لهب البوري. 3- بضع مواد كيميائية بعضها صلب والبعض الآخر محاليل. والغرض من استخدام هذه المواد الكيميائية يمكن تلخيصه فيما يلي: أ- المساعدة في صهر المعدن عند تسخينة ، أي أنها مواد مصهرة مثل البوراكس (بورات الصوديوم المائية) ، والملح الميكروكوري (فوسفات الصوديوم والأمونيوم الإيدروجينية المائية) ، وكربونات الصوديوم. ب- بعض الأحماض المعدنية مثل حامض الهيدروكلوريك وحامض النيتريك وحامض الكبريتيك ، للكشف عن الشق الحامضي ، وكذلك محاليل من مولبدات الأمونيوم وكلوريد الباريوم وايدروكسيد الكالسيوم ونترات الكوبالت وفوق أكسيد الأيدروجين ، بعض المواد الصلبة مثل حبيبات القصدير ومسحوق المغنسيوم اللازمة لإجراء بعض التجارب الكيميائية التحليلية البسيطة التي تحقق وجود بعض العناصر. وفيما يلي بيان بالإختبارات والتحاليل الكيميائية بلهب البوري التي سنصفها بإيجاز (معظمها في هيئة جداول): 1- ألوان اللهب الناتجة من التسخين على سلك البلاتين ، جدول (12). 2- التسخين على مكعب الفحم: (1) تكوين الفلز بالإختزال ، جدول (13) ، (ب) تكوين الأكسيد والمواد المتسامية بالأكسدة ، جدول (14). 3- التسخين على مسطح الجبس (تكوين اليوديد المتسامي) ، جدول (15). 4- التسخين في الأنوبة المفتوحة (تيار هواء مؤكسد) ، جدول (16). 5- التسخين في الأنبوبة المقفولة (تيارد هواء مختزل) ، جدول (17). 6- اختبارات خرزة البوراكس ، جدول (18). 7- اختبارات الكشف عن الشق الحامضي ، جدول (19). 8- اختبارات خاصة: التفرقة بين الأراجونيت والكالسيت ، الكالسيت والدولوميت ، تحقيق الكاسيتريت. 9- ملخص اختبارات الكشف وتحقيق الفلزات المكونة للمعادن (مرتبة أبجديا) ، وهي: ألومنيوم ، أنتيمون ، باريوم ، بوتاسيوم ، قصدير ، كالسيوم ، كروميوم ، مغنسيوم ، مولبيدنوم ، نيكل ، يورانيوم.
1- ألوان اللهب الناتجة بالتسخين على سلك بلاتين:
تنتج هذه الألوان ، جدول (12) ، عند تسخين مسحوق المعدن ، إما بمفرده أو مبللا بحامض الهيدروكلوريك ، أو حامض النيتريك أو حامض الكبريتيك ، على طرف سلك البلاتين ، شكل (143) ، حيث تلون الجزء الخارجي من اللهب. وفي حالة المعادن التي لا تتحلل بسهولة (مثل معادن السليكات) يحتاج الأمر إلى صهر المعدن المطحون جيدا مع حجم مساو له من الجبس أو الفلوريت أو بيكبريتات البوتاسيوم على سلك البلاتين.
لون اللهب المادة (العنصر المسبب للون) ملاحظات أحمر طوبي كالسيوم Ca باستعمال مرشح ضوء أخضر لا يظهر أي لون. أحمر قرمزي استرونشيوم Sr باستعمال مرشح ضوء أخضر يبدو اللون أصفر باهتا. تعطي محاليل الاسترونشيوم راسبا أبيض إذا أضيف إليها حامض الكبريتيك (فرق بينها وبين الليثيوم) أحمر قرمزي كثيف ليثيوم Li باستعمال مرشح ضوء أخضر لا يظهر أي لون. أصفر صوديوم Na واضح ومميز. بنفسجي بوتاسيوم K يتأثر اللون بوجود الصوديوم ، وباستعمال مرشح ضوء أزرق يبدو اللون أحمر مائلا إلى الزرقة. أخضر مائل للإصفرار باريوم Ba معادن الباريوم ذات وزن نوعي عالي. أخضر نحاس Cu لون اللهب أخضر زمردي باستعمال حامض النيتريك وأخضر مشوبا بلون أزرق سماوي باستمعال حامض الهيدروكلوريك. ألوان زرقاء غير مميزة رصاص Pb تتكون كرات الرصاص بالاختزال على مكعب الفحم. زرنيخ As تنتشر رائحة الثوم أثناء احتراق المعدن أنتيمون Sb ألوان خضراء زنك Zn فسفور P أيضا موليبدنوم Mo
جدول (12): ألوان اللهب والعناصر المسببة لها
2 (أ) – التسخين على مكعب الفحم (تكيون الفلز بالاختزال): الكرة الصغيرة العنصر ملاحظات بيضاء ، (طرية) ، غير مطفية عندما تبرد الفضة Ag للتمييز بين الفضة والقصدير ، أذب في حامض النيتريك ثم أضف حامض الهيدروكلوريك للحصول على راسب أبيض من كلوريد الفضة. بيضاء ، (طيرة) ، طفية عندما تبرد ، قابلة للطرق ، لا تترك أثرا على الورق القصدير Sn يحصل على الكريات بصعوبة ، وقد تتأكسد في حامض النيتريك إلى الإيدروكسيد الأبيض رمادية (طرية) ، لامعة في اللهب المختزل سهلة الإنصهار ، تترك أثرا على الورق الرصاص pb للتمييز بين الرصاص والقدصير أذب في حامض النيتريك ثم أضف حامض الكبريتيك لتحصل على راسب أبيض من كبريتات الرصاص. صفراء (طرية) ، تبقى لامعة قابلة للطرق الذهب Au يسهل الحصول على الكريات من التيلورديات. حمراء (طيرة اسفنجية) ، سوداء عندما تبرد النحاس Cu يجب تحميص معادن النحاس المحتوية على الكبريت أو الزرونيخ أو الأ،تيمون قبل اختبارها على مكعب الفحم. كريات ضعيفة المغناطيسية كوبالت Co نيكل Ni اختبارخرزة البوركس أزرق عميق. اختبار خرزة البوركس بني مائل. كريات قوية المغناطيسية حديد Fe اختبار خرزة البوركس صفراء ساخنة وعديمة اللون باردة في اللهب المؤكسد.
جدول (13): الكريات الفلزية المتكونة بالاختزال على مكعب الفحم وذلك بخلط المعدن بمسحوق الفحم وكربونات الصوديوم والتسخين في لهب البوري المؤكسد.
2 (ب) – التسخين على مكعب الفحم (تكوين الأكسيد والمواد المتسامية): بالقرب من المعدن المؤكسد وهي ساخنة الحافة الخارجية للمادة المتسامية المادة ملاحظات أبيض نقي مائل للإحمرار أبيض أكسيد السيلينيوم (أحمر) سيلينيوم (أبيض) تلون المادة المتسامية اللهب المختزل باللون الأزرق أبيض كثيف رمايد إلى بني أكسيد الثلوريوم (أبيض) تلروريوم (رمادي) تلون المادة المتسامية اللهب المختزل باللون الأخضر الباهت أبيض كثيف أشهب إلى بني أكسيد أنتيمون تتكون بكثرة بالقرب من المعدن المتأكسد (أقل تساميا من أكسيد الزرنيخ) أبيض أبيض إلى أشهب أكسيد الزرنيخ تتكونب بكثرا بعيدا عن المعدن المتأكسد (له رائحة الثوم) أبيض أبيض إلى أزرق كلوريدات النحاس والرصاص والزئبق والأمونيون والقلويات أصفر خفيف جدا (أبيض في البارد) أبيض خفيف جدا أكسيد القصدير المادة المتسامية يصبح لونها أخضر يميل إلى الزرقة إذا بللت بنترات الكوبالت ثم سخنت بشدة لون النحاس الأحمر أبيض أكاسيد الموليديوم تتحول المادة إلى لون أزرق إذا سخنت في اللهب المختزل أصفر قاتم أبيض يميل للزرقة أكسيد الرصاص تتكون مادة متسامية خضراء مائلة للصفرة إذا سخنت مع بوديد البوتاسيوم أصفر كناري (أبيض في البارد) أبض خفيف جدا أكسيد الزنك تصبح المادة المتسامية خضراء إذا بللتب نترات الكوبالت وسخنت بشدة أحمر إلى أحمر فاتح فضة مختلطة مع رصاص وأنتيمون تتحول الفضة بالتسخين الشديد لفترة طويلة إلى مادة متسامية لونهاب ني خفيف
جدول (14): المواد المتسامية على مكعب الفحم الناتجة من تسخين المعدن في اللهب المؤكسد.
4- إختبارات التسخين على مسطح الجبسي (مواد اليوديد المتسامية):
في بعض الأحيان سكون لليوديدات مظهر مختلف تماما عن ذلك الذي تأخذه الأكاسيد. وللحصول على اليوديد المتسامي فإنه يلزم طحن المعدن طحنا جيدا ثم يبلل بحامض الهيدروأيوديك (HI) ، أو يخلط بمادة صاهرة مكونة من جزئين بالتساوي من يوديد البوتاسيوم (KI) ، وبيكبريتات البوتاسيوم (KHSO4). ثم يسخن المخلظ على مسطح الجبس (يمكن استعمال مكعب الفحم كحامل لها). حيث تتكاثف طبقات رقيقة من اليوديد المتسامي ذي الألوان العديدة على الأجزاء الباردة من السطح ، جدول رقم (15):
بالقرب من المعدن المسخن الحافة الخارجية المادة ملاحظات أصفر برتقالي أصفر برتقالي يوديد الرصاص متسامية. أصفر إلى برتقالي أصفر إلى برتقالي يوديد الزرنيخ متسامي جدا. برتقالي إلى أحمر برتقالي إلى أحمر يوديد الأنتيمون يختفي عند تعرضه لأبخرة الأمونيا القوية أسود إلى أصفر مطفي أصفر إلى قرمزي يوديد الزئبق يحتاج إلى تسخين بشدة أحمر إلى قرمزي أحمر إلى قرمزي يوديد السيلينيوم متسامي وأبخرته حمراء بني مائل للاحمرار بني مائل للاحمرار يودي البرموت تحول أبخرة الأمونيم لونه إلى أصفر ثم إلى أحمر بني يشوبه إحمرار باهت بني داكن يوديد التلوريوم متسامي أزرق بحري داكن يوديد الموليدنوم
جدول (15): مواد اليوديد المتسامية على سطح الجبس
(3) إختبارات التسخين في الأنبوبة المفتوح Open tube tests:
تستعمل في هذه التجربة أنبوبة زجاجية قطرها الداخلي حوالي نصف سنتيمتر وطولها حوالي 12 سم. ويجب أن تكون هذه الأنبوبة منثنية قليلا بالقرب من أحد طرفيا ، شكل (140) ، لحمل مسحوق المعدن على هذه الثنية. وتستعمل مثل هذه الأنبوبة المفتوحة الطرفين في إختبارات الأكسدة التي تطرأ على المعدن عند تسخينه وتسامي بعض الأكاسيد الناتجة وتكثفها على جدران الأنبوبة الداخلية بعيدا عن المعدن المطحون. وتمسك الأنبوبة مائلة أكبر ميل بقدر الإمكان ويسخن الجزء العلوي فوق المعدن ثم السفلي بواسطة لهب البنزن فيسخن الهواء وكذلك المعدن وتعمل الأنبوبة كمدخنة يمر بها تيار مستمر من الهواء الذي يؤكسد المعدن المطحون وتتحول بعض مكوناته إلى أكاسيد غازية أو طيارة يخرج بعضها من طرف الأنبوبة ويتكثف البعض الآخر قرب هذا الطرف عند الجزء البارد من الأنبوبة. وبدراسة خواص لون المادة المتسامية المرتسبة يمكن معرفة العناصر المكونة للمعدن. ويبين الجدول رقم (16) خواص هذه المواد المتسامية المرتسبة في الأنبوبة المفتوحة والعناصر المسببة لها.
الراسب اللون المادة ملاحظات أبيض متبلور أبيض As2O8 طيار (volstile) ، بلورات ثمانية الأوجه. أبيض متبلور أبيض Sb2O8 يتسامى ببطء – يترسب بالقرب من المعدن في هيئة حلقة بيضاء ، أما الزرنيخ فيترسب بعيدا. أصفر باهت أبيض MoO8 بلوريات صغيرة بالقرب من المعدن. يتسامى ببطء وتتحول البلورات إلى اللون الأزرق في اللهب المختزل. أشهب فلزي كرات صغيرة زئبف Hg يسخن المعدن ببطء حتى تنتج أكسدة كاملة.
جدول (16): خواص المواد المتسامية المترسبة في الأنبوبة المفتوحة.
(5) إختبارات التسخين في الأنبوبة المقفولة Closed tube tests:
تستعمل في هذه الإختبارات أنبوبة زجاجية مقفولة من أحد طرفيها ، طولها حوالي 8 سنتيمرات ، وقطرها الداخلي حوالي 3 ملليمترات ، شكل (141) ، صفحة (101) ، والغرض من إستعمال هذه الأنبوبة هو إختبار خواص المواد الناتجة من تسخين المعدن في جو مختزل (بعيدا عن الأكسجين) ، وغالبا ما يحدث أن يتفتت المعدن إلى قطع صغيرة أو أن ينصهر المعدن. ولاجراء هذا الاختبار نضع المعدن المسحوق عند الطرف المقفول للأنبوبة ونسخنه في لهب البنزن. ويبيبن الجدول رقم (17) وصفا مختصرا لبعض الإختبارات داخل الأنبوبة المقفولة.
ساخنة باردة المادة ملاحظات سائل شفاف سائل شفاف ماء متعادل أو حامض ضعيف سائل فلزي رمادي زئبف مسحوق المعدن المذاب في حامض ضعيف يغطي لوح نحاسي بالزئبق مادة صلبة بيضاء مادة صلبة بيضاء كلوريد الرصاص ، كلوريد الأنتيمون ، أكسيد الزرنيخوز ، أملاح الأمونيوم سائل أصفر قاتم أو أحمر بلورات صفراء باهتة كبريت يتسامى بسهولة سائل أحمر قاتم مادة صلبة صفراء بإحمرار كبريتيد يتسامى بسهولة مادة صلبة فلزية سوداء لامعة أو مادة متبلورة رصاصية لامعة أو مادة زرنيخ إكسر طرف الأنبوبة المقفل وسخن فتنتشر رائحة الثوم
جدول (17): خواص المواد المتسامية المتكونة في الأنبوبة المقفولة
6- إختبارات الخرزة Bead tests:
تكون أكاسيد كثير من الفلزات مركبات معقدة ذات ألوان مميزة إذا أذيبت عند درجات الحرارة العالية في البوراكس. أم ملح الفوسوفور ، أو كربونات الصوديوم. وتستعمل خرزة فلوريد الصوديوم في الكشف عن اليورانيوم ، ونستعمل في هذا الإختبار سلك بلاتين ملفوف في شكل دائرة صغيرة عند نهايته ، شكل (143). ويجب تحميص الفلزات غير المؤكسدة وكذا مركبات الكبريت ، والزرنيخ ، والأنتيمون ، قبل إجراء إختبارات الخرزة عليها ، وذلك حتى تزال جميع المكونات الطيارة وتتحول المادة المتبقية إلى أكسيد. يسخن طرف سلك البلاتين الملفوف ، ثم يغمص في البوراكس أو ملح الفوسفور أو كربونات الصوديوم حيث تلتصق المادة بالحلقة وتتحول إلى خرزة زجاجية شفافة إذا سخنت في لهب البوري ، وفي حالة ملح الفوسفور يجب التسخين ببطء إذ أن هذه المادة تميل إلى السقوط من لفة السلك نظرا لهروب الماء والأمونيا.
فإذا جعلنا الخرزة الساخنة تلمس بعض فتات المعدن المطحون (مؤكسد) ، ثم سخنا الخرزة في اللهب المؤكسد للبوري ، فإن الحرارة المنصهرة سوف تتلون بألوان مميزة تبعا للعنصر الموجود.
كما يمكن ملاحظة لون الخرزة في اللهب المختزل ، ويبين جدول (18) ألوان خرزة البوراكس. ويمكن خلع الخرزة من سلك البلاتين بفك لفة السلك. ومن ثم يمكن الإحتفاظ بهذه الخرزة أو إجراء تجارب كيميائية عليها. وإذا أريد الكشف عن النيكل في وجود الكوبالت ، أو أي أكسيد آخرن ، مما يؤدي إلى طمس إختبار خرزة البوراكس ، فإننا نلجأ إلى الطريقة التالية: أذب عددا من خرزات البوراكس في حامض النيتريك ، ثم أضف محلول الأمونيا حتى يصير المحلول قلويا. أضف إلى الراشح بعض سنتيمترات مكعبة من محلول ثاني من ميثيل الجلايوكسيم في الكحول ، يتكون راسب أحمر قرمزي يدل على وجود النيكل وهذا الإختبار حساس جدا.
اللهب المؤكسد اللهب المختزل المادة: أكسيد ال... ملاحظات ساخنة باردة ساخنة باردة شفاف شفاف شفاف شفاف سليكون ، ألومنيوم ، زنك أي كمية شفاف شفاف إلى أبيض شفاف شفاف إلى أبيض كالسيوم ، استرونثيوم ، باريوم ، مغنسيوم ، زنك أي كمية أصفر باهت شفاف إلى أبيض أصفر أصفر إلى بني تنجستن كمية متوسطة أصفر إلى بني أصفر أخضر باهت شفاف تقريبا يورانيوم كمية متوسطة إلى كبيرة أصفر إلى بني أخضر مصفر أخضر أخضر كروميوم كمية متوسطة إلى كبيرة أخضر أخضر مزرق شفاف إلى أخضر أخضر مزرق نحاس كمية صغيرة إلى متوسطة أزرق أزرق أزرق أزرق كوبالت كمية صغيرة إلى متوسطة بنفسجي بنفسجي إلى أحمر شفاف شفاف منجنيز كمية صغيرة بنفسجي بني بحمرة رمادي عكر رمادي عكر نيكل كمية صغيرة إلى متوسطة
جدول (18): ألوان خرزة البوراكس
(7) إختبارات الكشف عن الشق الحامضي:
تستخدم الاحماض العادية وبعض المواد الصلبة المساعدة في الكشف عن الشق الحامضي في المعادن: كلوريد ، فلوريد ، كبريتيد (بعضها كربونات ، كبريتات ، فوسفات ، سليكات ، (بعضها) ، جدول (19).
الشق الحامضي الإختبارات كلوريد يتفاعل المعدن المخلوط مع ثاني أكسيد المنجنيز مع حامض الكبريتيك المركز ليعطي غاز الكلور. باستعمال خرزة ملح الصوديوم الفوسفوري (الملح الميكروكوزمي) المشبعة بثاني أكسيد النحاس يعطي مسحوق الكلوريد شعلة من الضوء الأزرق السخي حول الخرزة. فلوريد يتفاعل المعدن مع حامض الكبريتيك المركز ليعطي فقاقيع شحمية من حامض الهيدروكلوريك والتي تؤدي إلى ترسيب غشاء أبيض من السليككا على نقطة من الماء تكون موجودة عند طرف الأنبوبة. كبريتيد (بعضها) تتفاعل بعض الكبريتيدات مع حامض الهيدروكلوريك لتعطي غاز كبيرتيد الأيدروجين. يمكن الكشف عن الكبريتيد أيضا بإختبارات الأنبوبة المقفولة (كبريت متسامي ذو لون برتقالي) ، والأنبوبة المفتوحة ، ومكعب الفحم. كربونات يتفاعل المعدن مع حامض الهيدروكلوريك ليعطي غاز ثاني أكسيد الكربون الذي يعكر ماء الجير كبريتات سخن المعدن على مكعب الفحم مع كربونات الصوديوم ومسحوق الفحم ، ثم ضع الراسب على عملة فضية وبلل بالماء. يدل تكون بقعة سوداء على وجود شق الكبريتات (أو الكبريتيد). فوسفات عند تسخين المعدن مع المغنسيوم في الأنبوبة المقفولة ، ثم إضافة الماء يتكون الهيدروجين الفوسفوري. يحقق شق الفوسوفور أيضا بتكوين كتلة زرقاء منصهرة عند تسخين المعدن على مكعب الفحم ثم يبلل بنترات الكوبالت ثم يسخن بشدة. سليكات يتحول المعدن إلى كتلة جيلاتينية بالتفاعل مع حامض الهيدروكلوريك.
جدول (19) الكشف عن الشق الحامضي في المعادن.
8- إختبارات خاصة:
التفرقة بين الكالسيت والأراجونيت: (إختبار ميجن Meigen's test) ، يغلي مسحوق المعدن لمدة تتراوح بين دقيقة وخمس دقائق في محلول نترات الكوبالت ذي تركيز يترواح بين 5 إلى 10% . يلاحظ أن الكالسيت يبقى أبيض اللون ، بينما يتغير لون الأراجونيت ليصبح بنفسجيا نتيجة لتكوين مركب نترات الكوبالت القاعدية. ويكشف عن التغير في اللون بسهولة إذا غسل المسحوق الذي فصل من المحلول بعد عملية الغليان. ولما كانت كل من كربونات الأسترونشيوم ،وكذلك راسب كربونات المغنسيوم القاعدية ، تعطي نفس التفاعل مثل الأرجوانيت ، كما يعطي الدولوميت نفس التفاعل مثل الكالسيت ، فإن الإختبار يستلزم أولا التأكد من أن مثل هذا الإختبار يجرى على أحد شكلي كربونات الكالسيوم – حيث أنه بالإضافة إلى ما سبق ذكره ، فإن هذا الإختبار لا يمكن تطبيقه على المساحيق التي تشمل خليطا من الأراجونيت والكالسيت.
التفرقة بين الكالسيت والدولوميت: (أ) إختبار ليمبرج Lemberg's test ، يغلى مسحوق المعدن لمدة تتراوح بين 15-20 دقيقة في محلول كلوريد الألومنيوم وخلاصة صبغة الهيماتوكسيلون (يحضر المحلول بأن يغلى لمدة عشرين دقيقة – محلول مكون من ستين جرام من الماء مع مخلوط أربعة جرامات من كلوريد الألومنيوم ، وستة جرامات من خلاصة صبغة الهيماتوكسيلون (صبغة لوج وود) مع استمرار التقليب وإضافة ماء بدلا مما يفقد بالتبخير). يصبغ الكالسيت في هذا الإختابار ويصبح لونه أحمر وريدا ، بينما لا يتغير لون الدولوميت. يعطي الأرجوانيت نفس التفاعل مثل الكالسيت.
(ب) إختبار ماهلر Mahelr's test : يستخدم في هذه الحالة محلول مخفف من نترات النحاس . يعطي مسحوق الكالسيت فورانا شديدا إذا غلي لبضع دقائق في هذا المحلول ، ويعقب هذا الفوران تلون حبيبات الكالسيت بلون أخضر ، أما الدولوميت فلا يحدث له أي تغيير في هذا الإختبار.
إختبار الكاسيتريت: لما كانت معادن الكاسيتريت تتراوح في لونها بين ظلال مختلفةمن الأصفر والبني والأسود فإن ظهور إختلاف في مظهرها يمكن إستخدامه لتحقيق هذه المعادن والكشف عنها. ويتم ذلك بأن نضع بضع كسرات من الكاسيتريت في أنبوب إختبار فوق حبيبات من فلز الزنك ، ثم نضيف إلى المخلوط حامض الهيدروكلوريك ، وفي هذه الحالة سوف يختزل الأيدروجين المتولد حديثا أكسيد القصدير SnO2 ، وبعد بضع دقايق يصبح الكاسيتريت مغطى بغشاوة رقيقة من فلز القصدير ذي البريق الفلزي واللون الأشهب.
9- ملخص الكشف عن الفلزات في المعادن: (تبعا للترتيب الأبجدي للفلزات).
ألومنيوم (AL) : يعطي مسحوق المعدن المبلل بنترات الكوبالت عند تسخينه بشدة على مكعب الفحم راسبا أزرق غير منصهر.
أنتيمون (Sb): يعطي مسحوق المعدن المحمص (المؤكسد) على مكعب الفحم قشورا بيضاء قريبة من المسحوق المحمص. يعطي في الأنبوبة المفتوحة مادة بيضاء متسامية بالقرب من العينة. يعطي في الأنبوبة المقفولة مادة متسامية بنية اللون مشوبة بالإحمرار ، سوداء اللون عندما تكون ساخنة.
باريوم (Ba): يعطي إختبار اللهب لونا أخضر تفاحيا مصفرا.
بوتاسيوم (K): يعطي إختبار اللهب لونا بنفسجيا ، عندما يبصر إليه من خلال مرشح زجاجي أزرق اللون.
تنجستن (W): تتلون خرزة الملح الفوسفوري (الميكروكوزمي) بلون أخضر مشوبا بالزرقة في اللهب المختزل.
تيتانيوم (Ti): تتلون خرزة الملح الفوسفوري (الميكروكوزمي) بلون أصفر وهي ساخنة ، وبلون بنفسجي وهي باردة ، وذلك في اللهب المختزل.
حديد (Fe): تتلون خرزة البوراكس بلون أصفر وهي ساخنة ، وتكون عديمة اللون وهي باردة ، وذلك في اللهب المؤكسد. ولكن في اللهب المختزل تتلون الخرزة بلون أخضر زجاجي.
ذهب (Au): يؤدي الإختزال على مكعب الفحم إلى تكوين خرزة من الذهب طرية قابلة للطرق.
رصاص (Pb): يؤدي الإختزال على مكعب الفحم إلى تكوين خرزة من الرصاص ذي البريق القلوي والقابلة للطرق وإذا حكت في ورقة تركت أثرا أسودا.
زرنيخ (As): تؤدي الأكسدة على مكعب الفحم إلى تكوين قشرة صفراء اللون وهي ساخنة ، بيضاء اللون وهي باردة ، أما إذا سخن المعدن على مكعب الفحم مع نترات الكوبالت ثم أعيد تسخينه بشدة فإنه تتكون قشرة خضراء زرعية اللون.
زئبف (Hg): يؤدي تسخين مخلوط المعدن مع يوديد البوتاسيوم والكبريت على مكعب الفحم إلى تكوين قشرة صفراء اللون مشوبة بالإخضرار مع تصاعد أبخرة صفراء اللون مخضرة. أما إذا سخن مخلوط المعدن مع مسحوق كربونات الصوديوم ومسحوق الفحم في الأنبوبة المقفولة فإنه تتكون كريات متسامية من الزئبق.
سترونشيوم (Sr): يعطي إختبار اللهب لونا أحمر قرمزيا.
صوديوم (Na): يعطي إختبار اللهب لونا أصفر.
فضة (Ag): يعطي الإختزال على مكعب الفحم خرزة من الفضة.
قصدير (Sn): يعطي الإختزال على مكعب الفحم خرزة من القصدير.
كالسيوم (Ca): يعطي إختبار اللهب لونا أحمر طوبيا.
كروميوم (Cr): تتلون خرزة البوراكس بلون أخضر ، وكذلك تتلون خرزة الملح الفوسفوري بلون أخضر ، أما خرزة كربونات الصوديوم فتتلون بلون أصفر مشوبا بالإخضرار وتكون معتمة.
مغنسيوم (Mg): عندما يسخن مسحوق المعدن المبلل بنترات الكوبالت على مكعب الفحم ، ثم يتابع التسخين بشدة مرة أخرى فإنه يتكون راسب وردي اللون.
مولبدنوم (Mo): تعطي خرزة الملح الفوسفوري لونا أخضر ناصعا في اللهب المؤكسد ، بينما تعطي الخرزة في اللهب المختزل لونا أخضر مشوبا بالمواد وهي ساخنة ، ولونا أخضر سخيا ونقيا وهي باردة.
نيكل (Ni): تعطي خرزة البوراكس لونا بنيا مشوبا بالإحمرار في اللهب المؤكسد ، بينما تعطي الخرزة في اللهب المختزل لونا رماديا معتما.
يورانيوم (U): تعطي خرزة الملح الفوسفوري لونا أصفر وهي ساخنة ولونا أحضر مشوبا بالإصفرار وهي باردة ، وذلك في اللهب المؤكسد. بينما تتلون الخرزة في اللهب المختزل بلون أخضر مشوبا بالإصفرار وهي ساخنة وتصبح خضراء ناصعة وهي باردة.
التحليل الكيميائي الكمي للمعادن
يتطلب الأمر في التحليل الكيميائي الكمي للمعادن تعيين كمية العناصر الداخلة في تركيب المعدن ، سواء أكانت كميات غالبة ، أم كميات قليلة ، أم شحيحة. ويتم ذلك باستعمال طرق كيميائية وفيزيائية معقدة ودقيقة ، وتحتاتج في بعض الأحيان إلى بعض الوقت والجهد كما في طرق التحليل الكيميائي الكمية التقليدية ، الحجمية منها ، والوزنية ، التي تستخدم طرق المعايرة والترسيب المعروفة لدى الكيميائي والموجود تفاصيلها في مراجع علم الكيمياء التحليلية.ويمكن القيام بالتحاليل الكيميائية باستخدام الطرق الفيزيائية مثل التحليل الطيفي ، والتي تتم عن طريق تبخير (أو حرق) كمية بسيطة من مسحوق المعدن توضع في حفرة صغيرة في أحد قطبي الجرافيب في القوس الكهربائي للجهاز. ويتم تحيل طيف العناصر الموجودة في المعدن عن طريق منشور الكوارتز أو شبكية دقيقة . وبقياس كثافة وطول الموجات المميزة لكل عنصر يتم حساب كمية العناصر الداخلة في تركيب المعدن. وفي هذا الجهاز يمكن تعيين كمية العناصر الشحيحة التي تصل قيمتها إلى أجزاء قليلة من ملوين جزء. وهناك جهاز آخر لا يحتاج إلى سحق المعدن إو حرقه ، إنما تعريض سطح مكصقول من المعدن للأشعة السينية التي تحدث عملية تفلر أو إنطلاق أشعة أخرى ثانوية من العناصر المكونة للمعدن تتناسب شدتها وكثافتها وطول موجتها مع كمية كل عنصر ونوعه. وتعرف هذه الطريقة باسم طريقة التحليل التفلري بالأشعة لاسينية. وتستخدم المعامل الحديثة للتحاليل الكيميائية للمعادن أجهزة إلكترونية دقيقة يتم فيها تحليل المعدن وحساب كمية العناصر المكونة له حسابا كميا بطريقة آلية (الجهاز متصل بحاسب إلكتروني) في دقائق معدودات. ومن أمثلة هذه الأجهزة جهاز Electron microprobe. وهذه الأجهزة دقيقة جدا وتحتاج إلى خبرة في تشغيلها وصيانتها بالإضافة إلى ثمنها الغالي. ولكن ما تقوم به من أضعاف مضاعفة من التحاليل في وقت قصير جدا – إذا قورنت بطرق التحليل التقليدية – وبجهد بشري بسيط ، يبرر تجهيز معامل البحوث ودراسات المعادن بمثل هذه الأجهزة.
ويقدم التحليل الكيميائي الكمي نتائج التحليل في صورة نسبة مئوية بالوزن لكميات العناصر الداخلة في تركيب المعدن. ويمكن التعبير عن التركيب الكيميائي "المميز" للمعدن في صورة قانون يبين أسماء العناصر الداخلة في تركيب المعدن ونسب إتحادها. فمثلا نعبر عن التركيب الكيميائي الذي يميز معدن هاليت بالقانون NaCl ، والذي يدل على أنه يوجد في معدن هاليت عدد متساو من أيونات الصوديوم والكلورين متحدة مع بعضها (النسبة 1:1).
القوانين الكيميائية للمعادن Chemical Formulae of Minerals
تتكون بعض المعادن من مركبات كيميائية بسيطة ، ولكن غالبية المعادن تتكون من مركبات معقدة. ويحسب قانون المركبات المعدنية البسيطة من نتيجة التحليل الكيميائي بنفس الطريقة التي يحسب بها قانون المواد الكيميائية الأخرى.
ويعطي التحليل الكيميائي النسبة المئوية بالوزن لتركيب المعادن ، أو بعبارة أخرى يعطي عدد الأجزاء من العناصر المختلفة (أو أكاسيدها) الموجودة ي 100 جزء من المعدن. ولحساب قانون المعدن يجب تحويل هذه النسب المئوية بالوزن الذري لذلك العنصر. فمثلا أعطي التحليل الكيميائي لمعدن كالكوباريت Chalcopyrite النتيجة الآتية: (يلاحظ في هذا التحليل الكيميائي وفي كل التحاليل الكيميائية للمعادن وغيرها أن حاصل جمع النسب المئوية بالوزن لا يكون 100 تماما. ولكنه في أحسن الظروف يتراوح بين 99.5 ، 100.5 وذلك لأسباب تتعلق بطرق التحليل ، وليس نتيجة للمعدن نفسه. وفي الحسابات الدقيقة يتم تحويل النسبة المئوية للتحليل بالوزن من المجموع المختلفة عن 100 إلى 100 بالضبط).
(1) (2) (3) (4) (5) العنصر النسبة المئوية للتحليل الأوزان الذرية نسبة الإتحاد نسب الذرات Cu 34.89 ÷ 63.54 = 0.549 1.021 1 Fe 30.04 ÷ 55.85 = 0.538 1.000 1 S 34.51/99.44 ÷ 33.07 = 1.077 2.002 2
ونجد تحت العامودين 4 ، 5 ، نسب إتحاد الذرات في المعادن في هيئة أعداد صحيحة (نسب الذرات( ، وقد حصلنا عليها بقسمة القيم الموجودة تحت (3) بأصغر قيمة (أي قسمنا على 0.538) ، وفي المثال السابق لمعدن الكالكوباريت نجد أن هذه النسب تصبح Cu:Fe:S = 2:1:1 ، أي أن قانون الكالكوباريت هو Cu Fe S2 . هذا القنون هو القانون الأولي لأنه يدلنا على نوع وعدد الذرات الموجودة في المعدن بدون أي بيان للطريقة التي تتحد بها هذه الذرات.
وفي حالة المعادن التي تحتوي على أكسيج فإن نتيجة التحليل الكيميائي الكمي تعطي في هيئة نسبة مئوية لأكاسيد العناصر الموجودة في المعدن ، وليس في صورة عنصار . ويرجع السبب في ذلك إلى أنه لا توجد طريقة تحليل كيميائية لتعيين الكمية الكلية للأكسجين في المركب. ونتبع نفس الطريقة السابقة للحصول على القنون الكيميائي للمعادن ، إلا أنه بدلا من قسمة نسبة التحليل الكيميائية المئوية بالأوزان الذرية فإننا في هذه الحالة نقسمها بالأوزان الجزيئية للأكاسيد المختلفة ، ولنأخذ مثلا لذلك معدن الجبس.
(1) (2) (3) (4) (5) الأكسيد الوزن الجزيئي النسبة الجزيئية Cu 32.44 ÷ 56.1 = 0.578 1 1 Fe 46.61 ÷ 80.06 = 0.582 1.006 1 S 20.74 ÷ 18.0= 1.152 1.979 2
وفي هذا المثال نجد أن النسبة بين الأكاسيد Cao:So8:H2O تساوي النسبة 2:1:1 في معدن الجبس. أي أ،ه يمكننا أن نمثل التركيب الكيميائية لمعدن الجبس بواسطة القانون: Cao SO8 2H2O أو CaSO4 2H2O. أما قوانين المعادن ذات التركيب الأكثر تعقيدا فتحسب قوانينها الكيميائية بطريقة مماثلة ، وبشرط أن ندخل في حسابنا أن هناك بعض العناصر تحل محل عناصر أخرى في البناء الذري للمعدن (عناصر التشابه الشكلي). مثل هذه العناصر المتشابهة يجب معاملتها كمجموعة ، وليس كل على إنفراد ، (أنظر خاصية التشابه الشكلي في موضوع الخواص الكيميائية البلورية للمعادن ، الباب الخامس) ، والمثال التالي يبين لنا هذه الحالة بشئ من الإيضاح.
معدن الجارنت Garnet:
(1) (2) (3) (4) (5) الأكسيد النسبة المئوية للتحليل الأوزان الجزيئية نسبة الإتحاد النسب الجزيئية SiO2 36.66 ÷ 60.1 = 0.61 0.096 3 Al2O3 4.18 ÷ 102.0 = 0.041 0.197 1.000 1 Fe2O3 24.86 ÷ 159.6 = 0.156 MgO 0.25 ÷ 40.3 = 0.006 CaO 33.89 ÷ 56.1 = 0.604 0.613 3.112 3 MnO 0.20 ÷ 70.9 = 0.003 TiO2 0.10 ÷ 79.9 = 0.000 100.14
ويلاحظ في هذا المثال أننا جمعنا نسب الإتحاد لأكسيد الألومنيوم وأكسيد الحديديك إلى بعضهما البعض ، وذلك لأن عنصري الألومنيوم والحديد (ثلاثي التكافؤ) يحلان محل بعضهما البعض ، وكذلك تحل عناصر المغنسيوم والكالسيوم والمنجنيز على بعضها البعض ، ونتيجة لذلك فقد أضفنا نسبة إتحادها بعضها إلى بعض والنتيجة النهائية هي أن نكتب القانون الكيميائية لمعدن الجارنت كالآتي. 3 (Ca, Mg, Mn) O. (Fe2Al)2 O3. 2 SiO2 (Ca, Mg, Mn)8 (Fe, Al)2 Si3 O12
والعناصر المحصورة بين الأقواس يمكنها أن تحل بعضها محل بعض. وهناك معادن أكثر تعقيدا من هذه الصورة ، ولا يمكن الحصول على قانونها الكيميائي بهذه الطريقة وما ذلك إلا بسبب التبلور التداخلي بين مكونتين طرفيتين (مركبان نقيان يذوبان في بعضهما البعض بأي نسبة ليكونا مادة متجانسة تركيبها الكيميائي يتدرج بين الطرفين). مثال ذلك معدن البلاجيوكليز الذي يحتوي على كل من الصوديوم والكالسيوم بجانب عناصر الألومنيوم والسليكون والأكسجين ، ونكتب قانون الكيميائي بالنسبة غلى مكونتيه الطرفيتين "المركبان النقيا" ، وهما NaAlSi3O8 "ألبيت Albite" و CaAL2ASi2O8 "أنورثايت Anorthite" ، وذلك لأن معدن البلاجيوكليز ينتج عن التبلور الداخلي للألبيت والأنورثيت. ومن أمثلة لابلاجيوكليز الناتج نوع ، غسمه أوليجيوكليز ، يكتب قانون الكيميائية هكذا أب 8 أ ن 20 ، ونعني بذلك أن الأوليجوكليز يتكون من 80 جزءا ألبيت (يرمز له أ ب Ab) ، 20 جزءا أنورثيت (يرمز له بالرمز أن An).
يوضح الأوليفين مثالا آخر لهذه الحالة ، فالأوليفين (Mg2Fe)2 SiO3 ، يتكون أساسا من التيلور التداخلي للمكونتين الطرفيتين فورستريت Forstrite Mf2SiO4 [Fo] ، فياليت Faylite Fe2SiO4 [Fa] . وعلى ذلك فهناك أوليفين قانونه Fo80Fa70 ، وآخر Fo82Fa23 .. الخ.
منقول من : http://www.marefa.org/sources/index.php/%D8%B9%D9%84%D9%85_%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D8%AF%D9%86%D8%8C_%D8%A7%D9%84%D8%A8%D8%A7%D8%A8_%D8%A7%D9%84%D8%AB%D8%A7%D9%84%D8%AB:_%D8%A7%D9%84%D8%AE%D9%88%D8%A7%D8%B5_%D8%A7%D9%84%D9%83%D9%8A%D9%85%D9%8A%D8%A7%D8%A6%D9%8A%D8%A9_%D9%84%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D8%AF%D9%86
