Rikkivety on yksi magman tärkeimmistä haihtuvista komponenteista. Aktiivisessa vuorovaikutuksessa metallien kanssa se muodostaa monia yhdisteitä. Rikkivedyn johdannaisia edustaa maankuoressa yli 200 mineraalia - sulfideja, jotka eivät ole kiveä muodostavia, mutta yleensä mukana tiettyjä kiviä, jotka ovat arvokkaiden raaka-aineiden lähde. Alla tarkastellaan sulfidien ja niitä lähellä olevien yhdisteiden pääominaisuuksia ja kiinnitetään huomiota myös niiden käyttöalueisiin.
Yleiset koostumuksen ja rakenteen ominaisuudet
Yli 40 jaksollisen järjestelmän elementtiä (yleensä metallit) muodostaa yhdisteitä rikin kanssa. Joskus sen sijaan tällaisissa yhdisteissä on arseenia, antimonia, seleeniä, vismuttia tai telluuria. Sen mukaisesti tällaisia mineraaleja kutsutaan arsenideiksi, antimonideiksi, selenideiksi, vismutideiksi ja tellurideiksi. Yhdessä rikkivedyn johdannaisten kanssa ne kaikki sisältyvät sulfidien luokkaan ominaisuuksien samank altaisuuden vuoksi.
Tämän luokan mineraalien kemiallinen sidos on kovalenttinen, jametallikomponentti. Yleisimmät rakenteet ovat koordinaatio, saari (klusteri), joskus kerros tai ketju.
Sulfidien fysikaaliset ominaisuudet
Käytännössä kaikille sulfideille on ominaista korkea ominaispaino. Kovuuden arvo Mohsin asteikolla ryhmän eri jäsenille vaihtelee suuresti ja voi vaihdella 1:stä (molybdeniitti) 6,5:een (pyriitti). Useimmat sulfidit ovat kuitenkin melko pehmeitä.
Muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta kleofaani on eräänlainen sinkkiseos tai sfaleriitti, tämän luokan mineraalit ovat läpinäkymättömiä, usein tummia, joskus kirkkaita, mikä toimii tärkeänä diagnostisena ominaisuutena (samoin kuin kiilto). Heijastuskyky voi vaihdella keskitasosta korkeaan.
Useimmat sulfidit ovat mineraaleja, joilla on puolijohteiden sähkönjohtavuus.
Perinteinen luokittelu
Fysikaalisten perusominaisuuksien yhteisyydestä huolimatta sulfideilla on tietysti ulkoisia diagnostisia eroja, joiden mukaan ne jaetaan kolmeen tyyppiin.
- Pyrites. Tämä on kollektiivinen nimi sulfidien ryhmän mineraaleille, joilla on metallinen kiilto ja väri, jossa on keltaisen tai keltaisen sävyjä. Tunnetuin rikkikiisulainen edustaja on rikkikiisu FeS2, joka tunnetaan myös nimellä rikki- tai rautapyriitti. Niihin kuuluvat myös kalkopyriitti CuFeS2 (kuparipyriitti), arsenopyriitti FeAsS (arseenipyriitti, alias talheimiitti tai mispikel), pyrrhotiitti Fe7S8 (magneettinen pyriitti, magnetopyriitti) jamuut.
- Glitteriä. Tämä on nimi sulfideille, joilla on metallinen kiilto ja väri harmaasta mustaan. Tyypillisiä esimerkkejä tällaisista mineraaleista ovat galenia PbS (lyijykiilto), kalkosiitti Cu2S (kuparin kiilto), molybdeniitti MoS2, antimoniitti Sb2S3 (antimoninen kiilto).
- Väärennöksiä. Tämä on sulfidien ryhmän mineraalien nimi, joille on ominaista ei-metallinen kiilto. Tyypillisiä esimerkkejä tällaisista sulfideista ovat sfaleriitti ZnS (sinkkiseos) tai kinaperi HgS (elohopeaseos). Tunnetaan myös realgar As4S4 - punainen arseenisekoitus ja orpimentti As2S3 - keltainen arseenisekoitus.
Kemiallisten ominaisuuksien erot
Uudenaikaisempi luokitus perustuu kemiallisen koostumuksen ominaisuuksiin ja sisältää seuraavat alaluokat:
- Yksinkertaiset sulfidit ovat metalli-ionin (kationin) ja rikin (anionin) yhdisteitä. Esimerkkejä tällaisista mineraaleista ovat galenia, sfaleriitti ja kinaperi. Ne ovat kaikki yksinkertaisia rikkivedyn johdannaisia.
- Kaksoissulfidit eroavat toisistaan siinä, että useita (kaksi tai useampia) metallikationeja sitoutuu rikkianioniin. Näitä ovat kalkopyriitti, borniitti ("kirjava kuparimalmi") Cu5FeS4, stanniini (tinapyriitti) Cu2FeSnS4 ja muita vastaavia yhdisteitä.
- Disulfidit ovat yhdisteitä, joissa kationit ovat sitoutuneet anioniseen ryhmään S2 tai AsS. Näitä ovat mineraalit sulfidien ja arsenidien joukosta (sulfoarsenidit), kuten rikkikiisu,yleisin tai arseenipyriitti arsenopyriitti. Tähän alaluokkaan sisältyy myös kob altiini CoAsS.
- Monimutkaiset sulfidit tai sulfosuolat. Tämä on mineraalien nimitys sulfidien, arsenidien ja niitä koostumukseltaan ja ominaisuuksiltaan läheisten yhdisteiden joukosta, jotka ovat tiohappojen suoloja, kuten tiomarseeni H3AsS 3, tiobismutti H3BiS3 tai tioantimoni H3SbS 3. Siten sulfosuolojen (tiosuolojen) alaluokkaan kuuluu mineraali lillianiitti Pb3Bi2S6 tai niin kutsuttu Fahlore Cu3(Sb, As)S3.
Morfologiset piirteet
Sulfidit ja disulfidit voivat muodostaa suuria kiteitä: kuutiomaisia (galena), prismaattisia (antimoniitti), tetraedrin muodossa (sfaleriitti) ja muita kokoonpanoja. Ne muodostavat myös tiheitä, rakeisia kiteisiä aggregaatteja tai fenokiteitä. Kerrosrakenteisissa sulfideissa on litistettyjä pöytämuotoisia tai folioituneita kiteitä, kuten orpimentti tai molybdeniitti.
Sulfidien pilkkoutuminen voi olla erilaista. Se vaihtelee erittäin epätäydellisestä rikkikiisussa ja epätäydellisestä kalkopyriitissä erittäin täydelliseen yhteen (orpimentti) tai useaan (sfaleriitti, galeniitin) suuntaan. Murtuman tyyppi ei myöskään ole sama eri mineraaleille.
Sulfidimineraalien synty
Suurin osa sulfideista muodostuu kiteytymällä hydrotermisistä liuoksista. Joskus tämän ryhmän mineraaleilla on magmaattinentai skarn (metasomaattinen) alkuperä, ja se voi muodostua myös eksogeenisten prosessien aikana - pelkistävissä olosuhteissa sekundaaririkastumisvyöhykkeillä, joissakin tapauksissa sedimenttikivissä, kuten rikkikiisu tai sfaleriitti.
Pintaolosuhteissa kaikki sulfidit, paitsi sinoperi, lauriitti (ruteenisulfidi) ja sperryliitti (platinaarsenidi), ovat erittäin epävakaita ja alttiina hapettumiselle, mikä johtaa sulfaattien muodostumiseen. Sulfidien muuttumisprosessien tuloksena on sellaisia mineraaleja kuin oksidit, halogenidit, karbonaatit. Lisäksi niiden hajoamisen vuoksi alkuperäisten metallien - hopean tai kuparin - muodostuminen on mahdollista.
Tapahtuman ominaisuudet
Sulfidit ovat mineraaleja, jotka muodostavat eri luonteisia malmikertymiä riippuen niiden suhteesta muihin mineraaleihin. Jos sulfidit hallitsevat niitä, on tapana puhua massiivisista tai jatkuvista sulfidimalmeista. Muussa tapauksessa malmeja kutsutaan levinneiksi tai suoniksi.
Hyvin usein sulfidit kerrostuvat yhteen, jolloin muodostuu monimetallimalmeja. Tällaisia ovat esimerkiksi kupari-sinkki-lyijysulfidimalmit. Lisäksi yhden metallin eri sulfidit muodostavat usein sen kompleksisia kerrostumia. Esimerkiksi kalkopyriitti, kupriitti, borniitti ovat kuparia sisältäviä mineraaleja, jotka esiintyvät yhdessä.
Sulfidiesiintymien malmikappaleet ovat useimmiten suonten muodossa. Mutta on olemassa myös linssimäisiä, varasto- ja säiliömuotoja.
Sulfidien käyttö
Sulfidimalmit ovat erittäin tärkeitä lähteenäharvinaiset, jalometallit ja ei-rautametallit. Kuparia, hopeaa, sinkkiä, lyijyä ja molybdeeniä saadaan sulfideista. Tällaisista malmeista uutetaan myös vismuttia, kobolttia, nikkeliä sekä elohopeaa, kadmiumia, reniumia ja muita harvinaisia alkuaineita.
Tämän lisäksi joitain sulfideja käytetään maalien valmistuksessa (cinnabar, orpimentti) ja kemianteollisuudessa (pyriitti, markasiitti, pyrrotiitti - rikkihapon tuotantoon). Molybdeniittiä käytetään malmin lisäksi myös erityisenä kuivana lämmönkestävänä voiteluaineena.
Sulfidit ovat kiinnostavia mineraaleja sähköfysikaalisten ominaisuuksiensa vuoksi. Puolijohde-, sähkö-optisen, infrapuna-optisen tekniikan tarpeisiin ei kuitenkaan käytetä luonnollisia yhdisteitä, vaan niiden keinotekoisesti kasvatettuja analogeja yksittäiskiteiden muodossa.
Toinen alue, jolla sulfideja löytyy käyttöä, on tiettyjen malmikivien radioisotooppigeokronologinen ajoittaminen samarium-neodyymimenetelmällä. Tällaisissa tutkimuksissa käytetään kalkopyriittiä, pentlandiittia ja muita harvinaisten maametallien alkuaineita sisältäviä mineraaleja - neodyymiä ja samariumia.
Nämä esimerkit osoittavat, että sulfidien soveltamisala on hyvin laaja. Niillä on keskeinen rooli eri teknologioissa sekä raaka-aineina että itsenäisinä materiaaleina.
