كانی مادهی طبیعی، غیرآلی، بلوری و جامد است كه در تركیب سنگهای پوستهی زمین یافت میشود. برخی كانیها از یك عنصر خالص و بسیاری از آنها از دو یا چند عنصر درست شدهاند. در هر صورت، كانیها تركیب شیمیایی معینی دارند.
واژهی كانی از واژهی فارسی كان گرفته شده است كه در زبان عربی به آن معدن گفته میشود. بنابراین، كانی به مادهای گفته میشود كه به طور طبیعی از معدن(كان) به دست میآید و معدن بخشی از پوستهای زمین است كه در آنجا به اندازهی چشمگیری، كانی یافت میشود. موادی مانند شیشه، چینی، آلیاژهای گوناگون، كه انسان آنها را ساخته است، و موادی مانند مروارید صدف، استخوان، عاج و بسیاری دیگر، كه جانداران میسازند، كانی نیستند.
ویژگیهای كانیها
كانیها چیزهای همگنی هستند؛ یعنی، ویژگیهای فیزیكی و شیمیایی همهی ذرههای سازندهی آنها، یكسان است. برای مثال، اگر یك قطعه هالیت(نمك خوراكی) را به ذرههای بسیار كوچكی بشكنیم، همهی ذرههای به دست آمده، مزهی شوری دارند، به سادگی در آب حل می شوند و دیگر ویژگیهای نمك را نشان میدهند.
كانیها مواد بلوری و جامدی هستند؛ یعنی، ذرههای سازندهی آنها بر اساس نظم و قانون معینی كنار هم قرار گرفتهاند؛ به نحوی كه، همهی سطحهای بیرونی یك كانی، صاف است. شكل بلوری و منظم كانیها از آرایش اتمها و مولكولهای درونی آنها ناشی میشود.
هر كانی تركیب شیمیایی ثابتی دارد. برای مثال، پیریت همیشه FeS2 و كلسیت CaCO3 همواره است. البته، در برخی كانیها ممكن است نسبت برخی عنصرها تغییر كند. برای مثال، در كانی الوین( FeMgSiO4 ) ممكن است درصد آهن و منیزیم از بلوری به بلوری دیگر، از صفر تا صد درصد تغییر كند.
برخی كانیها، مانند طلا، از یك عنصر درست شدهاند. البته، طلا كمتر به صورت خالص یافت میشود. بلورهای مكعبی و زرد رنگ طلا، اگر با نقره همراه باشند، روشنتر و اگر با مس همراه باشند، قرمزتر به نظر میرسند. بسیار از كانیها از دو یا چند عنصر متفاوت هستند كه با هم مخلوط شده و مادهی مركبی به وجود آوردهاند. برای مثال، فراوانترین كانی، یعنی كوارتز، تركیبی از سیلیسیم و اكسیژن است.
شكلگیری كانیها
كانیها از پیوندهای گوناگون بین اتمهای عنصرها به وجود میآیند. تا كنون 92 عنصر در طبیعت شناسایی شده است. از بین این 92 عنصر طبیعی، 8 عنصر اكسیژن، سیلیسیوم، آلومینیوم، آهن، كلسیم، سدیم، پتاسیم، و منیزیم، حدود 5/98 درصد كانیها را میسازند. از تركیبشدن این عنصرها با هم، كانیها گوناگونی به وجود میآید. برای مثال، از تركیب شدن اكسیژن با سیلیسیوم، اكسید سیلیسیوم SiO2 (كوارتز) و از تركیبشدن اكسیژن، سیلیسیوم، منیزیم و آهن، الوین( FeMgSiO4 ) به دست میآید.
كانیها علاوه بر این كه از نظر تركیب شیمیایی با هم تفاوت دارند، از نظر شكل ظاهری، رنگ، اندازه و دیگر ویژگیها نیز تفاوتهای زیادی با هم دارند. این تفاوتها از چگونگی شكلگیری آنها برمیخیزد. برخی كانیها از سرد شدن مادهی مذاب به دست میآیند. همهی كانیهای سنگهای آذرین، مانند كوارتز، فلدسپات، میكا و الوین، این گونه به وجود میآیند.
برخی دیگر از كانیها از سرد شدن بخار در سطح سنگها یا شكافهای موجود در آنها به وجود میآیند. سرد شدن گاز گوگرد در قلههای آتشفشانی دماوند و تفتان، نمونهای از این فرایند است. كانیها دیگری از بخار شدن محلولهایی به وجود میایند كه به اندازهی اشباع رسیدهاند. برای مثال، از بخار شدن آرام دریاچههای مركزی ایران، نمك و گچ به دست میآید.
برخی كانیها از واكنشهای شیمیایی یونها در آب به وجود میآیند. برای مثال، در دریاهای گرم، یون كلسیم(+2 Ca) با یون كربنات(+CO32)تركیب میشود و كانی كلسیت(CaCO3) تهنشین میشود. برخی كانیها نیز پیامد تخریب شیمیایی كانیها دیگر هستند. برای مثال، از تجزیهی شیمیایی فلدسپاتها، كانیهای رستی(كانیهای تشكیلدهندهی خاك) به وجود میآیند.
شناسایی كانیها
زمینشناسان برای شناسایی كانیها از روشهای گوناگونی، مانند رنگ شعله، طیف نوری، میكروسكوپهای پلاریزان، میكروسكوپ الكترونی و پرتو ایكس، بهره میگیرند.
رنگشعله. در این روش تكهای از كانی یا پودر آن را روی شعله نگه میدارند و با دستگاهی به آن میدمند. با تغییر رنگی كه در شعله پدید میآید، میتوان برخی از كانیها را شناسایی كرد. سدیم رنگ زرد، پتاسیم رنگ نارنجی، منیزیم رنگ قرمز، كلسیم رنگ نارنجی، باریم رنگ سبز مایل به زرد و مس رنگ سبز درخشان، به وجود میآورد.
طیف نور. در این روش مقدار اندكی از یك كانی را در دستگاهی، كه با جرقهی الكتریكی و در فشار زیاد كار میكند، قرار میدهند تا كانی بخار شود. در این حالت، اتمهای عنصرهای سازندهی كانی، طول موج ویژهای تولید میكنند كه پس از عكسبرداری میتوان با كمك آنها به عنصرهای سازندهی كانی پی برد.
میكروسكوپ پلاریزان. در این روش، ضخامت یك قطعه سنگ را كه دارای كانیهای گوناگون است، به اندازهای كم میكنند تا شفاف شود و نور از آن بگذرد. سپس آن را زیر میكروسكوپ پلاریزان بررسی میكنند. اكنون از روی شكل ظاهری، نوع شكستگی، ضریب شكست نور، رنگ و دیگر ویژگیها، كانی را شناسایی میكنند.
میكروسكوپ الكترونی. لایهی نازكی از كانی را با این میكروسكوپ مطالعه میكننند. باریكهی الكترونی به كانی برخورد میكند و بخشی از آن به كانی جذب میشود كه سایهای از كانی روی صفحهی ویژهای به وجود میآورد. بررسی این سایه از نظر شكل ظاهری، شكستگیها و ساختمان درونی كانیها، به شناسایی كانی میانجامد.
پرتو ایكس. این روش در شناسایی كانیها، بهویژه كانیهایی كه تركیب شیمیایی مشابهی دارند، بسیار كارآمد است. پرتوهای ایكس را به بلور كانی میتابانند. بخشی از این پرتوها از كانی میگذرد و بخشی پس از برخورد با ذرههایی كه در گوشههای شبكهی بلور كانی قرار دارند، بازتاب مییابد. با برسی عكس به دست آمده از اثر این پرتوها بر فیلم عكاسی، میتوان كانی مورد نظر را شناسایی كرد.
شناسایی كانیهای آشنا
به كمك ویژگیهای فیزیكی و شیمیایی كانیها، میتـوان به روشهای سادهتری برخی از كانیهای بسیار شناخته شده را شناسایی كرد.
شكل بلور. اندازهی بلورها ممكن است بسیار بزرگ یا بسیار كوچك باشد. در حالی كه وزن كانی بریل ممكن است تا 200 تن هم برسید، برخی كانیها تنها با پرتوهای ایكس دیده میشوند. شكل كانیها نیز بسیار گوناگون است. با وجود این، زاویههای بین سطحهای مشابه در همهی بلورهای یك كانی همواره یكسان است. برای مثال، بلور نمك، چه بزرگ و چه كوچك، همواره مكعبی شكل است و بین سطحهای خود، زاویه 90 درجه دارد.
سختی. دانشمند اتریشی به نام فردریش موهس(1839-1773) مقیاسی برای درجهی سختی كانیها وضع كرد. مقیاس او از درجهی یك برای تالك(نرمترین كانی) تا درجهی 10 برای الماس (سختترین كانی) است. بر اساس این مقیاس، سختی ناخن انسان، 5/2، سكهی مسی 5/3 و چاقوی فولادی قلمتراش، 5/5 است. اكنون با توجه با این كه در اثر كشیدن این چیزها بر سطح كانی، در آن خراش ایجاد میشود یا نه، سختی كانی را اندازه میگیرند و با توجه با سختی، كانی را شناسایی میكنند.
رَخ(كلیواژ). رخ به شكستگی كانیها در راستای سطح صاف، پس از وارد شدن ضربهای شدید، مانند ضربهی چكش، گفته میشود. میكا در یك جهت میشكند و ورقه ورقه می شود؛ كوارتز خورد میشود؛ نمك خوراكی رخ سه جهتی قائم و كلسیت رخ سه جهتی غیر قائم دارد.
رنگ. برخی كانیها همیشه به یك رنگ دیده میشوند. برای مثال، طلا همواره زرد، مالاكیت، گرافیت همیشه سیاه و مالاكیت به رنگ سبز فیروزهای است. رنگ را باید در سحی كه به تازگی شكسته شده است، مشاهده كرد. زیرا هوازدگی رنگ سطح رویی را تغییر میدهد.
اثر بر چینی بدون لعاب. در این روش كانی را بر چینی بدون لعاب( پشت نعلبكی بخشی كه لعاب ندارد) میكشند تا لایهی نازكی از آن بر سطح چینی بماند. كانیهای نافلزی اثر بیرنگ یا به رنگ روشن دارند و كانیهای فلزی رنگهای تیرهتری پدید میآورند. برای مثال، كانی زرد رنگ پیریت، رنگ سیاه برجای میگذارد و اثر هماتیت، كه بیشتر به رنگ خاكستری و ساه است، قرمز قهوهای دیده میشود.
جلا. جلو یا درخشندگی سطح كانی نیز در شناسایی آن سودمند است. كانیهای فلزی نور را بهخوبی بازمیتابانند و به اصطلاح جلای فلزی دارند. هالیت و كوارتز، جلای شیشهای و اوپال و اسفالریت، جلای صمغی دارند.
چگالی(جرمحجمی). برای به دست آوردن چگالی كانیها، جرم آنها را با ترازو و حجم را با استوانهی درجهبندی شده دارای آب، اندازه میگیرند تا با تقسیم كردن جرم بر حجم، چگالی كانی به دست آید. چگالی بیشتر كانی های سیلیكاتی، كه بخشی زیادی از پوستهی زمین را میسازند، حدود 5/2 تا 5/3 گرم بر سانتیمتر مكعب است. كانیهایی كه در ساختمان خود عنصرهای سنگینی مانند سرب و باریوم دارند، دارای چگالی بالایی هستند. برای مثال، چگالی گالن(PbS)، حدود 5/7 گرم بر سانتیمتر مكعب است.
نامگذاری كانیها
بیشتر كانیها نامهای كهنی دارند و اثر واژگان یونانی و رومی را بر خود دارند. برخی كانیها نیز به نام كاشفشان یا برای سپاسگذاری از كوششهای دانشمندان بزرگ نامگذاری شدهاند. بهطور كلی نام كانیها به روشهای زیر برگزیده شده است:
1. نام برخی كانیها بسیار كهن است و هنوز دلیل نامیده شدن به چنین نامهایی را بهدرستی نمیدانیم؛ مانند كوارتز.
2. نام برخی از كانیها از نام كاشفشان گرفته شده است؛ مانندكوولیت از كوولی، كانیشناس ایتالیایی.
3. نام برخی كانیها از نام جایی گرفته شده كه نخستینبار در آنجا پیدا شدهاند؛ مانند آرگونیت از آرگون در اسپانیا.
4. برخی كانیها نامهای افسانهای دارند؛ مانند مارتیت از مارس(خدای جنگ).
5. نام برخی كانیها از تركیب شیمیایی آنها گرفته شده است؛ مانند سیدریت از سیدروس به معنای آهن.
6. نام برخی از كانیها از ویژگیهای فیزیكی آنها گرفته شده است؛ مانند باریت از باروس به معنای سنگین.
7. نام برخی از كانیها از نوع كاربرد آن ها گرفته شده است؛ مانند نفریت از نفرون كلیهها، زیرا این كانی برای درمان آسیبها كلیه سودمند است.
8. نام برخی از كانیها از رنگ آنها گرفته شده است؛ مانند الوین به معنای كانی سبز زیتونی.
9. برخی كانیها نام محلی دارندكه جنبهی جهانی پیدا كرده است؛ مانند كرندوم و سافیر كه نام هندی این كانیهاست.
كانیهایی با نامهای ایرانی
1. بیرونیت( Birunite ): سیلیكات كلسیم و كربنات كلسیم آبدار
این كانی در سال 1957 میلادی كشف و به افتخار دانشمند ایرانی، ابوریحان بیرونی نامگذاری شد تا بزرگداشتی بر پژوهشهای وی دربارهی كانیها و سنگها باشد.
2. آویسنیت( Avicennite ): اكسید تالیوم و آهن
این كانی در سال 1958 میلادی كشف شد و به افتخار دانشمندایرانی، ابن سینا، نام گذاری شد. ابن سینا نخستین طبقهبندی كانیها را در كتاب شفا آورده است.
3. تالمسیت( Talmessite ): آرسنات آبدار كلسیم، منیزیم و باریوم)
این كانی را باریان و هرپن در سال 1960 در معدن قدیمی تالمسی در كنار دهی به همین نام در انارك یزد كشف كردند و نام این معدن را بر آن گذاشتند. این كانی ویژگی فاوئورسان دارد و رنگ آن بیرنگ تا سبز میشود.
4. ایرانیت( Iranite ): كرومات سرب آبدار
این كانی را باریان و هرپن در سال 1963 در یكی از معدنهای قدیمی سهبرز در شمال غربی انارك كشف كردند و نام ایرانیت را بر آن نهادند. این كانی زرد زعفرانی و دارای جلای شیشهای، در پیرامون نایبندان نیز یافت میشود.
5. خونیت( Khuniite ): كرومات سرب، روی و مس
این كانی را ادیب و اتمان در سال 1970 میلادی در معدن قدیمی خونی در شمال انارك كشف كردند. این كانی به كانی ایرانیت شباهت زیادی دارد، اما رنگ زرد آن به قهوهای گرایش دارد.
6. اناركیت( Anarakite ): كلرید بازی روی و مس
این كانی را ادیب و اتمان در سال 1972 در انارك كشف كردند و نام همین بخش را بر این كانی سبز رنگ نهادند.
7. خادمیت( Khademite ): سولفات بازی و آبدار آلومینیوم
این كانی را باریان، برتلون و صدرزاده در ساغند یزد كشف كردند و به افتخار نصرالله خادم، ریاست آن زمان سازمان زمینشناسی ایران، نامگذاری كردند.
طبقهبندی كانیها
طبقهبندی كانیها ممكن است برپایهی چگونگی شكلگیری آنها انجامشود. بر این اساس، آنها را به كانیهای ماگمایی، رسوبی و دگرگونی طبقهبندیمیكنند. روش دیگر برای طبقهبندی كانیها، توجه به تركیب شیمیایی آنهاست كه دراینجا مورد توجه است.
1. سلیكاتها: از تركیب شدن سیلیسوم، اكسیژن و یك یا چند فلز به دست میآیند. به دو دستهی سیلیكاتهای تیره(دارای آهن و منیزیم) و سیلیكاتهای روشن(بدون آهن و منیزیم) تقسیم میشود. الوین، پیروكسین، آمفیبول، میكای سیاه، تورمالین، تالك، سرپانتین و آزبست، نمونههایی از دستهی نخست، كوارتز، فلدسپات، میكای سفید و كائولینیت، نمونههایی از دستهی دوم هستند.
2. سولفاتها: از تركیب شدن اكسیژن، گوگرد و یك یا چند فلز به دست میآیند. حدود 150 كانی از این گونه وجود دارد كه انیدریت، ژیپس، باریت و آلونیت از آنها هستند.
3. كربناتها: از حل شدن دیاكسیدكربن در آب باران، اسیدكربنیك به دست میآید و این اسد یون بیكربنات را به وجود میآیورد. از تركیب شدن این یون با یونها مثبت فلزی، حدود 70 گونه كانی كربناتی به وجود آمده است. كلسیت، دولومیت، منیزیت، سیدریت، اسمیت سونیت، سروزیت و مالاكیت از آنها هستند.
4. فسفاتها: از تركیب شدن فسفر، اكسیژن و یك یا چند فلز به دست میآیند. آپاتیت و فیروزه نمونههایی از این دسته هستند.
5. هالیدها: تركیبهای گوناگونی از هالوژنها، یعنی كلر، فلئور، برم و ید با یك فلز هستند. هالیت، سیلویت و فلئوریت از این دستهاند.
6. سولفیدها: تركیبی از گوگرد با یك فلز هستند. بیش از 200 نوع سولفید در طبیعت پیدا شده كه گالن، پیریت، اسفالریت وكالكوسیت از آنها هستند.
7. اكسیدها: از تركیب شدن اكسیژن با یك فلز به دست میآیند. یخ، هماتیت، مانیتیت، لیمونیت و كورندوم از این دستهاند.
8. عنصرها: از بین همهی عنصرهایی كه در زیمن پیدا میشود، فقط حدود 20 عنصر به صورت خالص میتواند سازنده ی كانی باشند. طلا، نقره، مس، كربن و گوگرد از این دستهاند.
كاربرد كانیها
كانیها در آغاز به همان صورت كه از پوستهی زمین به دست میآمدند، به كار میرفتند. برخی از این كانیها كه بلورهای ظریف و پایدار در برابر فرسایش داشتند، پس از صیقلكاری و تراش خوردن، به عنوان آرایش به كار میرفتند. به این كانیها سنگهای قیمتی یا جواهر میگوییم. الماس، فیروزه، یاقوت كبود، زمرد، زبرجد، لعل، چشم گربه، عقیق، مروارید، و درّكوهی از مهمترین كانیهای گرانبها هستند.
از زمانی كه بشر به فنآوری ذوب كردن فلز، قالبریزی و تولید آلیاژ دست یافت، كاربرد كانیها نیز گسترش یافت. امروزه بیش از 40 نوع كانی و صدها تركیبی كه از آنها به دست میآید، در صنعت كاربرد دارند. در ادامه به برخی از این كاربردها اشاره می شود.
الیوین: جواهر و مواد دیرگداز
پیروكسنها: جواهر، به دست آوردن فلزهای كمیاب
آمفیبولها: جواهر، پارچهی مقاوم به آتش و مواد دیرگداز
میكاها: عایق الكتریكی در رادیو، تلویزیون و دیگر دستگاههای الكتریكی، شیشهی دریچهی كورههای ذوب فلز، كاغذ دیواری، لاستیكسازی، كاغذ معمولی، رنگروغن نسوز، طلق سماور و چراغ آشپزخانه
تورمالین: الكترونیك، به دست آوردن بُر، جواهر
تالك: كاغذسازی، نساجی، لاستیك سازی، صابون خیاطی، صفحه كلید برق، سرامیكسازی، حشرهكش، عایق پشتبام، پودر بچه و مواد آرایشی
سرپانتین: سنگ روكار ساختمان، مواد دیرگداز، به دست آوردن منیزیم
آزبست: پارچهی نسوز، توری چراغ، عایق حرارتی، لنت ترمز، لوله و ورقههای سیمانی. كاربرد آن به دلیل نقش آن در بروز بیماری در ششها، ممنوع شده است.
كوارتز : ساعتسازی، ابزارهای نوری و اخترشناسی، كاغذ، شیشه، سمباده و جواهر
ارتوزها: لعاب چینی و كاشی
پلاژیوكلازها: جواهر و نمای ساختمان
كائولینیت: ظرف چینی، كاغذ، رنگ و پلاستیك
ژیپس: ساختمانسازی، مجسمهسازی، كاغذ، كندكننده در سیمان پورتلند، افزایش باروری خاك، بتونهی نقاشی و برای رشد مخمرها در صنعت غذا.
باریت: دارو، عكسبرداری از لولهی گوارش، رنگ، پلاستیك، مواد عایق، كاغذ و گل حفاری
كلسیت: سنگ نمای ساختمان، مجسمهسازی، سیمان، تصفیهی آب، شیشهسازی، چرمسازی، ابزارهای نوری برای ایجاد نور پلاریزه، كاغذ سازی، كشاورزی و ذوب فلزها
دولومیت: ساختن آجر برای آستر كورههای حرارتی و سیمان پورتلند
منیزیت: آجر نسوز، به دست آوردن منیزیم
زرنیخ: پزشكی، رنگسازی، حشرهكش و تهیهی ارسنیك
آپاتیت: كودهای شیمیایی و اسیدفسفریك
مالاكیت: مواد آرایشی، نمای درونی ساختمان و تهیهی مس
هالیت : سدیم و كلر، شویندهها، پارچه بافی، چوببری، رنگرزی، چرمسازی، كودسازی، نگهداری مواد غذایی و خنك كنندهی موتور یخچال
سیلویت: به دست آودرن پتاسیم و كلر و كود شیمیایی
فلوئوریت: ذوب فلزها و ابزارها نوری
گوگرد: اسیدسولفوریك، لاستیكسازی، نساجی، دباغی، رنگسازی، كاغذسازی، مواد منفجره، كبریتسازی، سم دفع آفت، كود و حشرهكش
طلا: جواهر، سكه، دندان، ترانزیستورها و دیودها، هواپیماسازی، صنعت فضا وكاتالیزور فرایندهای شیمیایی
نقره: جواهر، سكه، كاغذسازی و كاتالیزور فرایندهای شیمیایی
مس: صنعت الكتریكی و الكترونیك، لولهسازی، سكه، ظرف، آلیاژ، رنگ آب و سبز، آبكاری، مواد آرایشی، فرایندهای شیمیایی و محلول شوایتزر(حلال سلولز پنبه)
الماس: جواهر، ابزار برنده و سایند و سرمتهی حفاری
گرافیت: ساختن بوتهی كورههای فولادسازی، رنگسازی، صنعت برق، نیروگاههای هستهای، واكس و مدادسازی
از بسیاری از كانیها نیز فلزهای مهمی به دست میآید یا در فرآیند تولید فلز به كار میروند:. سیدریت، مانیتیت، هماتیت و لیمونیت(آهن)، اسمیت سونیت و اسفالریت(روی)، سروزیت و گالن(سرب)، كالكوسیت، كالكوپیریت و كوپریت(مس).