Kimya

Kimya, maddelerin yapı, özellik ve reaksiyonlarını inceler. Jeolojiyi tamamen anlayabilmek için kimya bilgisi şarttır.      

Günlük hayatta gördüğümüz bulutlardan fabrikalara, çiçeklerden jetlere kadar farklı her şeye baktığımızda yüzden fazla çeşitli kimyasal elementlerden meydana geldiklerini düşünmek zordur. Bu konbinasyonlar elementler arasında meydana gelen kiyasal reaksiyon sonucu oluşur. Aklımızda tutmamız gerken önemli bir nokta, her kimyasal reaksiyonda total ağılığın sonuçta üretileninkine eşit olacağıdır. Bu büyük Fransız kimyager Antoine Lavoisier ( 1743-1794 ) tarafıdam tespit edilmişti.

Basite indirgediğimiz taktirde bunun anlamı normal kimyasal reaksiyonda hiç bir şeyin yok edilmediği ve sadece başka bir şeye aktarıldığıdır. Bu yakma işlemi içn bile  geçerlidir. Mummun büyük bir kısmı yok olmuş gibi görülenebilir. Ama mum sadece gaza dönüşmüş ve atmosfere karışmıştır. Konvansiyonel madde yeniden yaratılabilir. Ama yok edilemez.

Elementler

Bir elementi açıklamak gerekirse sadece bir madde içerir. Çoğu büyük ölçüde ender olmasına rağmen doğal 90 element vardır ve neredeyse günlük hayatta karşımıza çıkan her şeyin temeli bu az sayıdaki element’ten meydana gelir. Bunlardan, aliminyum, silikon ve oksijenin de dahil olduğu sadece sekiz element dünya kabuğunun %98’ini oluşturur. Kimyasal elementler içlerinde üç kategoriye ayrılır. İlk kategori metallerdir. Bunların akılda kalması açıklanmasından daha kolaydır, çünkü bireysel özellikleri çok çeşitlilik gösterir. Örneğin aliminyum hafif, kurşun çok ağır ve cıva ise sıvı’dır, ama buna rağmen hepsi metaldir. Metal’lerin ortak özellikleri hepsi iyi ısı ve elektirik iletkenidirler ve görümümleri de parlak olur.

Metal olmayan element’ler, daha zor hatırlanırlar. Bazıları bor gibi topraklı katı, diğerleri ise renk’siz gaz ya da bromin gibi sıvıdır’lar. Bazı metal olmayan element’ler karşımıza birden fazla oluşumla karşımıza çıkabilirler.  Karbon, elmas ya da grafit şeklinde, fosfor parlak, sarı, mumlu katı ya da kırmızı toz olabilir. Metal’lik olmayan element’lerin başlıca ortak özallikleri, normal şartlar’da hepsinin zayıf birer elektrik iletkeni olmalarıdır. Üçlü element grubu diğer iki grubun arasında’dır ve her ikisinin de özelliklerine sahip olabilir. Örneğin antimonun hem metalik hem de metalik olmayan formları vardır. Yüksek ısılar’da bu elementler metaller’den daha iyi birer iletken olabilir ve bu onları elektronik endüstri için önemli yapar. Ara da bulunan elementlerin en bilineni bilgisayar mikroçiplerinde kullanılan silikon’dur.

Atomlar

Atom bir elementin aynı özelliklerini taşıyabilen en küçük parçacığıdır. Her
elementin kendin has bir atomu vardır. En basit atom evrenin başlıca gazlarından biri olan hidrojenindir.

Atomlar daha çok küçük solar sistemlere benzerler. Her birinin güneşin çevresindeki gezegenleri andıran elektron bulutlarıyla çevrili merkez bir çekirdeği vardır.                        

(ilgili resim konacak)

Periyodik tablo elemenlerin artan atomik sayılarını ayarlar.

Moleküller

Molekül  bir kimyasalın, bir reaksiyon sırasında tüm özelliklerini alabilecek en küçük parçasıdır.

Moleküller iki ya da daha fazla atomdan meydana gelirler. Örneğin klor iki atomdan ya da iki ya da daha fazla farklı elementle karşımıza çıkabilir.

Kimyasal Reaksiyon

Kimyasal reaksiyon bir ya da daha fazla element ya da bileşik yeni maddeler yarattığı zaman gerçekleşir. Bazı maddeler çok az madde ile etkileşirler ve bu maddelere ‘hareketsiz’ denir. Diğer taraftan kolayca reaksiyon yarata bilenler ise ‘sabit’ olarak tanımlanır. Tüm kimyasal reaksiyonlar geri dönüşümlüdür, bunun anlamı ürünün tekrar reaksiyona girerek orjinal elementlere dönüşebileceğidir.

Bununla birlikte bazı durumlar’da bu neredeyse önemsenmeye değmez ve bu tür reaksiyonlara ‘değiştirilemez’ denir.

Kimyasal semboller

Her kimyasal elementin bir ya da iki harf’ten oluşan kısaltılmış bir sembolü bulunur. Örneğin hidrojen, H, gibi bazıları açık ve akılda kalıcıdır. Diğerleri örneğin Latince ferrumdan gelen demir, Fe gibi daha az açık’tır. Bu semboller’den en azından birkaçını bilmek sizin için yararlı olacaktır, çünkü size minerallerin ve değerli taşların içinde bulunanları açıklarlar. Her mineralin  elementi ya da formülünü gösterirler.

Kimyasal Denklemler

Kimyasal reaksiyonlar genellikle kimyasal elementler ve bileşikler biraraya geldiğinde neler olduğunu açıklayacak sembollerle ifade edilir.

Örneğin, laboratuvar koşullarında karbon elementinden (O2) oksijen gazı (O) geçirdiğiniz taktirde karbon dioksit gazı elde edilir. Bu reaksiyon şu şekilde yazılır: C + O2 —CO2 bu çok basit kimyasal bir denklem’dir.

Atomun, bir elementin özelliklerini koruyan en küçük parçası olduğunu daha önceki bölümlerde görmüştük. Şimdi, atomun özelliklerini daha yakından inceleyeceğiz.

Atomun içindekiler

Bir atomu, bir yada daha fazla küçük yapının daha büyük bir tanenin etrafında döndüğü,  güneş  sistemi gibi düşünebiliriz. Her atomun merkez yapısında çekirdek bulunur. Atomun ağırlığının çoğu burada bulunur ve elektrik yükü taşırlar. Her çekirdek bir yada daha fazla enerji parçasına sahiptirler. Proton ve nötron şeklinde iki tür enerji parçası vardır. Atomun yapısının dışında bir yada daha fazla elektron, gezegenlerin güneşin etrafındaki dönüşü gibi çekirdeğin çevresinde dönerler. Proton, pozitif elektirik yükü taşırken, bir nötron adınan da anlaşılacağı gibi hiç bir elektrik yükü taşımaz. Atomdaki protonların sayısı elemente göre değişebilir. Örneğin altı protonu olan her hangi bir atom her zaman karbondur.

Protonun sayıları ‘atomik sayı’ olarak tanımlanır. (Yukarıdaki Periyotik tabloya bakınız) Bir protonun pozitif yükü, elektronlarda taşınan negatif yük ile dengelenir. Bir atomun her zaman eşit sayıda protonu ve elektronu olacaktır.

Hidrojen, diğer elementler arasında en basit atoma sahiptir. Çekirdeği tek bir poton’dan ve onun etrafında dönen tek bir elektron’dan oluşur.

(Yukarıdaki atomlar tablosuna bakınız )

Bu, hidrojenin sayısı 1 olan temel yapısıdır. Ancak hidrojen tek atomlarda bulunamaz. Atmosferde  gaz haline dönüşmeden önce ‘serbest durum’ olarak atlandırılır, atomun dışında dönen bir değil iki elektrona ihtiyaç duyar. Bu hidrojenin neden her zaman çift atomlarda, her atomun bir diğerinin elektronunu paylaşarak oluştuğunu (kimyasal formül H2 ) açıklar. Burada dikkat edilmesi gereken nokta, hidrojeni kendibaşına bir atom değil sadece bir gaz olarak kabul edip inceleyebileceğimizdir.

Bizim açımızdan tek bir hidrojen atomu sadece bir fikir’dir, test tüpüne dahi  koyabileceğimiz gerçek bir madde değildir.

Diğer elementlerin yapısı daha komplikedir ama hidrojenle ortak noktaları, kendilerine has yeterli elektronları olmadığı taktirde, durağan hale gelene dek diğer atomlarla birleşeçek olmalarıdır.

İç Elementler

Bazı elementler atomları gerekli her şeye sahip olduğu için elektronlarını paylaşmak zorunda değildir. Periyodik tablonun sol bölümündeki atomların hepsi bu şekildedir. Bunlar helyum, neon, argon, kripton, ksenon ve radon gibi sözde iç elementler’dir. Periyodik tablodaki diğer elementler çeşitli kimyasal birleşimleri oluştumak için diğer atomlarla birleşirler.

Hidroksiller

Kimya ile ilgili yazılarımız boyunca, birleşmiş bir oksijen bir de hidrojen atomundan oluşan ‘hidroksil radikal ile (kimyasal formülü OH ) karşılaştık. Hidroksil radikali göremez yada ona dokunamazsınız. Tek bir hidrojen atomu gibi o da kendi halinde serbest durumda kalamaz. O’na en yakın madde Su’dur, ama suyun onu oluşturabilmesi için radikalin bileşimle birlikte kimyasal formül H2O’yu oluşturacak bir diğer hidrojen atomunu sağlaması gerekir. Bununla beraber hidrosil radikalleri bir çok diğer elementle ‘hidrosilleri’ oluşturacak şekilde birleşebilir. Sodyum hidroksit  (kimyasal formülü Na-OH) çok iyi bilinen örnekler’den biridir.

Bazı temel kurallar

Atomların yapısını anlayabilmemizdeki en büyük kaynak İngiliz bilim adamı John Dalton’un (1766-1844) çalışmalarıdır. ( Dalton, kendisininde rahatsız olduğu ve üzerinde çalışma yaptığı renk körlüğü, Daltonizm’e adını vermiştir.) Kimyanın diğer iki önemli kuralı 18yy’ın sonlarına doğru ortaya çıkmıştır.

Bunlardan biri Lavoisier’in 1774’teki keşfi, bir maddenin kimyasal reaksiyonla yaratılacağını yada yok edilemeyeceğini açıklayan ‘Ağırlık koruma kanunu’dur. Bunun anlamı, reaksiyona giren her element, başka bir form alsa da geri gelecektir. Değişmez Bileşim Kanunu ise 1799’da Fransız Joseph Agust (1754- 1826) tarafından ortaya atılmıştı. Buna göre ise aynı bileşimin tüm saf içerikleri aynı elementlere sağiptir ve bu elementler aynı oranda bileşerek aynı ağırlığa sahip olacaktır. Bunun anlamı; örneğin her su molekülünün, her zaman iki hidrojen ve bir oksijen atomundan meydana geleceğidir.

Kristal Şekillerinin İncelenmesi  

Bir minerali meydana getiren kimyasal elementleri tam olarak tanımlamak önemli bir nokta olsa da kendi başına örneğin gerçek kimliğini ortaya çıkartma açısından yeterli olmayabilir. Bu tip durumlarda, pozitif bir tanımlama yapabilmenin tek yolu iç kristal yapı üzerinde gerçekleştirilecek yakın incelemedir.

İç yapı gibi, bazı mineral ve değerli taşlar madde bakımından birbirlerinden farklı olsalar bile, kimyasal terimlerle ayrışmayabilir. Örneğin, elmas ve grafit aynı elementin yani karbon’un formlarıdır; andalusit, kianit ve silimanit tamamen aynı kimyasal formüle ( Al 2 SiO 5 ) sahip alüminyum silikat üçlüsüdür. Bunlar ve diğer polimorflar arasındaki ana fark sadece yapılarına bakılarak elde edilebilir.

Yüzyılar boyunca bilim adamları bir kiristalin iç yapısıyla ilgili, dış yüzeylerini inceleyerek elde edilen bilgiden fazlasına sahip değildi.

Kristal araştımacıları ve matematikçiler kristallerde görülen düzenli geometrinin açılar ve düzlemler içteki yapıyla bağlantılı olduğunu  savundu. Buna rahmen kimse bu tezlerden tam olarak emin olamazdı. Çünkü en ayrıntılı ve güçlü mikroskop bile kristalin derindeki iç yapısını incelemeye yeterli olmamıştır.

RÖNTGEN VE X- IŞINLARI

19.yüzyılın sonunda, araştırmacılar önemli atılımı gerçekleştirdi. Bunlardan ilki 1895’te X-ışılarının keşfiyle geldi. Söz konusu kişi 1901’de Fizik alanında Nobel Ödülünü kazanan Alman bilim adamı Wilhelm Röntgen (1845-1923)idi. Röntgen’in çalışmaları mineraloji tariğinde de önemli bir gelişme olmasına rağmen asıl etkisini tıp alanında gösterdi.

MAX VON LAUE                   

Daha sonra, 1912’de Alman Fizikçi Max vo Laue (1879- 1960) x-ışınlarının kristallerin içinden geçişleri sırasında yaşanan kırılma ile ilgili önemli yeniliklere imza attı. Araştımaları kristal incelemelerinde büyük avantajlar sağlamakla birlikte, modern elektronikte anahtar bir element olan katı durumun gelişmesini sağladı. Bu nedenle von Laue 1914’te Fizik alanında Nobel Ödünü’nü  kazandı. Von Laue x-ışınlarının ışığa benzer elektro manyetik yayılmalar olduğunu gösteren ilk kişiydi. Kristal incelemeleri açısından daha büyük önem taşıyan konu ise x-ışınlarının çoğu kristallerin içindeki atomların arasındaki mesafe ile karşılaştırılabilen dalga uzunluklarına sahip olmasıydı.

Böylece x-ışınları bir örneğin içinden geçtiği zaman, yapıda herhangi bir iz bırakmaksızın doğrudan kırınımı yansıtabiliyordu.

KIRILMA ŞEKİLLERİ

X-ışınlarıyla gerçekleştirilen kristal araştırmalarında, kristal bir madde üzerine x-ışınları gönderilir ve fotoğraf levhalarıyla sonuçlar kaydedilir. Kırılma şekilleri levhalar üzerine yansır ve böylece kristal yapının çeşitli pozisyonları incelenebilir. Bu bilgiler kristal araştımalarına büyük ölçüde yol göstermekle birlikte , inceleme altındaki bir meteryalin esas kristal yapısını ortaya çıkarmak için yeterli değildir. X-ışınları bombardımanıyla bilgiler elde edildikten sonra tekrar edilen etkilere bağlı olarak bazen özellikteki yapılar incelenir. Bu öneriler daha sonra modelin x-ışınlarına bağlı olarak hesaplanmasına programlanmış bilgisayarlara aktarılır. Elde edilen teorik sonuçlar genel deneylerle karşılaştırılır ve bu işlemler sonucunda mineralin ana yapısı tanımlanır. Deneylerin süresi incelenmekte olan meteryalin komplekslik oranına göre değişim gösterebilir.

Basit bir hücre araştıması bile saatlar sürebilir. Protein molekülleri gibi karışık yapıların yapıların incelenmeleri ise yıllar alır.

Kristal Şekillerini Tanıma

Birçok mineral va değerli taşın dış görünüşü genellikle iç kristal yapılarından farklıdır. Bu, mineraloglar yeni bir örneği tanımlamaya çalıştıklarında en büyük sorundur.

Bazen kristalin dış görünüşü çok açık ve net olabilir. Bu dış görünüş kristalin simetrinin yedi sisteminden hangisine bağlı olduğunu ortaya çıkarmak için çok doğru bir bilgi olmamasına rağmen başlangıç  için iyi bir noktadır. Genellikle bir çok  nedenden dolayı bir örneğin kristal şekli belirsizdir. Örneğin ikizli olarak bilinen etkiyle bir yada iki kristal iç içe geliştiğinde sonuç göze oldukça karışık gelecektir. Ama dış yüzeydeki  izler ve kirlilikler de metaryalin yapısıyla ilgili düşüncelerimizi etkileyebilir.                             

GONİOMETRELER

Bu gibi durumlarda mineral araştırmacısının ilk yapması gereken kristal yüzler arasındaki açıları ölçmektir. Bu açılar goniometreler oldukça karışık olabilir,

ancak yeni başlayanlar iletki ve cetvel yardımıyla da bu işlemi kolayca gerçekleştirebilir. Cetvel iletkinin alttaki ucuna doğru tutularak merkezin doğru açıyı (90 derece) göstermesi sağlanmalıdır. Bu şekilde örneklerin kristal yüzleri ölçülebilir.

ORTAYA ÇIKAN YAPI

Hiçbir şüphe olmaksızın bir mineral ya da değerli taşın kristal ortaya çıkartmanın en iyi yolu mikroskobik inceleme yapmaktır. Bununla beraber bazen tanımlanmamış bir parça dış görünüş ve diğer benzerliklere bakılarak da tanımlanabilir. Örneğin simetrinin kübik sistemine bağlı olan birçok kristal küp olarak değil, daha çok 8 veya 12 köşeli kristaller halinde şekillenir. Bu çeşidin en iyi bilinen mineralleri arasında bornit, galen, grenalar, haune, lazurit, pirit, sodalit ve sfalerit yer alır. Pirizmatik kristallerin bazen hiçbir yüzün aynı uzunluk, genişlik ya da yüksekliğe sahip olmadığı monoklinik sisteme ait iç yapıları olabilir. Örnekler arasında akantit, arsenopirit, kalkosin, glaukodot, alçı taşı, mika’lar, sarı ve kırmızı zırnık bulunur.

RENE-JUST HAÜY

Tüm kristallerin ne kadar küçük parçalara ayrılırsa ayrılsın sabit olacakları bir şekil olacağı ortaya çıkartan ilk insanlardan biri de Fransız mineralog Rene-Just Haüy’dür (1743-1822). Efsaneye göre konuyla ilgili ilk fikir sahibi, kazara bir kalkit örneğini düşürdükten sonra her bir parçasının aynı şekilde olduğunu gören Haüy’dü.

Daha sonra bu parçaların ne kadar küçük tanelere ayrılırsa ayrılsın ilk örneğin aynı şeklini koruduklarını gördü. Böylece Haüy ‘’kristal şekillerini inceleyen bilim dalının babası ‘’ olarak kabul edildi. O, tüm kristallerin belirli ‘yapı bulokları’ndan meydana geldiğini iddia eden ilk bilim adamıydı.

Minerallerin Renklerine Ne Sebep Olur?

Minerallerin ve çevremizdeki her şeyin renklerine neyin sebep olduğunu tam olarak anlayabilmak için ışığın kendi doğasını incelememiz gerekir.

Dalga Uzunlukları

Gözle görünür ışık tüm tayfın elektromanyetik dalgalarının sadece küçük bir kısmını oluşturur. Işığın görülebilmesi dalgalarının uzunluğuna ve sıklığına bağlıdır.

Bir ışık dalgasının uzunluğu ne kadar uzun olursa sıklığı o kadar az olur. Bu durumda uzunluğun ve sıklığın ters orantılı olduğunu söyleyebiliriz. Elektromanyetik tayfı meydana getiren dalga boyları şunlardır.

1 . Radyo dalgaları, uzunluk olarak kilometreden metrelere kadar değişiklik gösteren dalga boylarıdır. Adından da anlaşıldığı gibi yayıncılıkta kullanılır.

2. kızılötesi ışınlar, uzunluk olarak bir milimetre ile 0.7 mikrometre arasında yer

3. Görünebilir ışık, dalga boyları 0.007’den 0.004milimetreye kadar çeşitlilik gösteren ve aynı zamanda 7’den 4 nanometreye şeklinde adlandırabileceğimiz uzunluklardır. ( bir metre, nanometrenin bir milyar katıdır.bu aynı zamanda 0.0000000001 metre olarakta yazılabilir. ) Tayftaki görülebilir ışklarda kırmızı en kısa dalgalara sahiptir ve onu turucu, sarı, yeşil, mavi, çivit ve en uzun dalga boyuna sahip menekşe takip eder.

4. Ultraviole ışınları , 400 ile 4 nanometre arasındadır. Bu ışınlar çoğunlukla cıva buharlı lambalarda  kullanılır.

5. X-ışınları, 10 -11 ile 10-14 metre arasında çeşitlilik gösterir. Ayrıca X ve gamma ışınlarını aşan başka bir dalga daha bulunmaktadır. 

 6. Gamma ışınları, genellikle x-ışınlarından daha kısa dalga boylarına sahiptir. Elektromanyetik tayfda en kısa ışınlara sahip oldukları için, en yüksek sıklıktadırlar.

Görülebilen Işık

Eğer beyaz bir ışık ışınını bir prizmadan geçirirsek, yedi parçaya bölünecek ve çok renkli bir kurdelayı andıracaktır. Ancak beyaz ışık belirli minerallerin içiden geçtiği zaman, bazı renkler hep beraber emilebilir. Örneğin, ışıkta kırmızı olan minerallerin bu rengi almalarının sebebi iç yapılarında tayfın diğer altı rengini emmiş olmalarıdır.

Ancak bu resimin tamamı değildir. İşi zorlaştıran yeşil ışığı emen bazı minerallerin aynı zamanda kırmızı da görünebileceğidir. Bu efekt yeşil ve kırmızı ışık insan gözünde birbirlerine yakın oldukları ve hatta karıştırıldıkları zaman beyaz görünebileceklerinden dolayı yaşanır.

Kesin olarak söyleyebileceğimiz tek şey mineralin ışığı herhangi bir yerinden emdiği taktirde renkli olacağıdır. Eğer emme tüm renkler için değişmiyorsa mineral gri, değiştiği taktirde ise siyah olacaktır.

Enerji

Bu tip bir mineralin içinden bir kez geçtikten sonra, tayfın renkli ışığı diğer taraftan emilen ışıkların yerine siyah bantlar şeklinde görülecektir. Bu bantların her biri renkleri meydana getiren elektronlar görülebildiği için belirli bir enerji seviyesine ait olur. Bir mineralin yapısından renge bağlı olaraktan hangi enerjinin emildiği, üst seviye fiziğine ait çarpıcı ‘kuantum teorisi’nin bir parçasıdır. Çünkü bu emme seviyesi elemetlerle birbirine uygun hareket eder. Bakır, genellikle yeşil yada mavidir çünkü geri kalan bütün renkleri emer. Aynı şekilde, kobalt bileşikleri genellikle kırmızımsı ve nikel bileşikleri ise yeşil olur. Işığın emme bantları birbirine yakın olduğu taktirde, bu durum mineralojirtlere minerali tanımlamaları için ayrıca bir kolaylık sağlar. Zirkon, apatit ve skelit bu yolla tanımlanan minerallerdir.

Bazen,emmenin türü minerale yansıyan ışığa göre değişiklik gösterebilir. Bunun en güzel örneği aleksandrit’tir. Normal ışıkta yeşil olan mineral, suni ışkta kırmızıya döner. Benzer bir etkiye minerallerin ender bulunan grubundan olan monazit’te raslanır.

Elektronlar

Işığı meydana getiren elektronların enerji seviyerlerindeki değişiklikler, mineralin içinden geçtikleri yapısındaki kusurlardan kaynaklanır. Bu kusurlar elektron enerjilerini yakalar ve tutar. Bu işlem minerallerin, renklerinin yaratılmasında çok önemli bir yer teşkil eder. Sikorlit, siyah turmalin ve biotit de dahil olmak üzere bazı mineraller, çok koyu ya da siyah bir renkte tarşımıza çıkarlar. Çünkü molekülleri bu elektronları kendi öz atomlarıyla değiştirir. Bu durumda mineralin içine giren beyaz ışığın çoğu mineralin elektronlarının yarattığı enerji tarlası tarafından emilir.

Sülfitler

Sülfit mineralleri iki gruba ayrılabilir. Bazıları metalik bir görüntüyle siyah, diğerleri ise daha fazla ya da az koyu kımızıdır. Siyah sülfitler, görünebilir ışık mineralin içindeki elektronları daha üst bir seviyeye ‘atlatabilecek’ enerjiye sahip olduğu için bu rengi alırlar. Bunun sonucu olarak, mineral ışığı tamamen emer ve ona siyah bir görünüm kazandırır. Kızılötesi ışın bu etkiyi yaratabilecek enerjiye sahip değildir ve böylece antimon gibi bazı sülfitler görünebilir ışığın geçişini engelleyecek filtreler olarak kullanılırlar.

Diğer kırmızı sülfit mineralleri, özellikle gümüş gibi metaller, kısa dalga boylarına sahip ışığı parçalara ayırır. Kırmızı ışık tayfın içinde en uzun dalga boyuna sahip olduğundan beri elektronların mineralle birlikte ‘atlaması’ için gereken enerjiyi tutar ve böylece emilmeyerek minerale kırmızı ışığı verir. Prostit, pragarit ve zincifre’ye kırmızı rengini veren bu olaydır.

Bağlanma

Kiyasal elementin atomları diğer elementlerinkiyle kalıcı bileşikler elde etmek için biraraya gelir. Örnek vermek gerekirse, klor atomları değişkendir ve klor gazı ancak belirli atomlarda yer alabilir. (formülü CI 2) Bunlar bir elektronun ikisinin arasında paylaşılabileceği bir şekilde bağlanırlar. Buna kovalent bağ denir. Kaya tuzu, bir klor atomuyla birleşmiş bir sodyum atomundan meydana gelir. ( formülü NaCI ) Sodyum en dıştaki elektronlarını klora verir ve böylece durağan elektron gruplaşması oluşur.

Sertlik, Bölünüm ve Minerallerin Boyları

Bir mineralin sertliği ve boyu kristalik yapısı tarafından ve atomlarının birbirine bağlanma biçiminden belirlenir. Mineralin sertliği ve bölünümü amatör mineralojistlerin inceleyebileceği kadar sade mekanik özelliklere dayanır, ama bilinmeyen bir özelliği tanımlamak bazen karışık ve zor olabilir.

Sertlik

Sertlik, bir mineralin diğer materyallerin baskısına karşı dayanma kapasitesi şeklinde açıklanabilir. Genelde iç yapılarında atomların birbirine olabildiğince yakın ve güçlü olduğu minerallerde sertlik oranı yüksektir.

Doğal olarak bunabilen maddelerden elmas, karbonun bir formudur ve sıkı bir iç yapısı olmasıyla birlikte kristalleri arasındaki bağları çok güçlüdür. Karbonun bir diğer çeşidi grafit, kimyasal açıdan elmas’a benzer ancak çekirdeğindeki atomlar birbirinden kolaylıkla ayrılabildiği için daha yumuşak ve güçsüzdür.

Mineraldeki sertlik her yönden tamamen aynı değildir. Mavi değerli taş kianit, kristal yüzeyi boyunca sürtüldüğünde sertliği 4 oranındayken, tersine sürtüldüğünde oran 7’ye çıkar. (Aynı şekilde bir gazeteyi yukarıdan aşağıya yırtmak, kağıdın taneciklerinden dolayı bir yandan diğerine yıtmaktan daha kolaydır. ) Oksitler ve silikatlar genellikle elmastan sonra en sert maddelerdir. Tam tersine borat, klor grubu tuzları, fosfat, sülfat ve sülfitler genellikle daha yumuşaktır. Bu gruba altın ve gümüş de dahildir.

Mohs Ölçeği

Sertliği ölçmede yaşanan problem, yöntemin mineralleri tanıtmak için uygun ancak ayırt etme konusunda yararsız olmasıdır. Mohs Ölçeği mineraller arasındaki sertliği ölçen ve bilimsel netliği  olmayan bir tablodur. Sertliği ölçmek için birçok farklı ölçek çalışmaları yapılmıştır.

Bunlardan biri olan Knoop Ölçeği’nde, belirli oranlarda kurşun minerallerin üzerine koyulur ve oranlarına göre sıralandırılır. Tüm bu farklı hesaplama sertliği ölçmekteki bir diğer problem, kimsenin ölçüm sırasında değerli örneğe zarar vermek istememesidir. Bazen incelediğiniz örnek çizemeyeceğiniz kadar küçük olabilir.

Buna rağmen, genellikle ‘sertlik kalemi’ mineralin sertliğini ölçen sivri uçlu bir alet saha ve laboratuar çalışmalarında kullanılmak için önerilir.

Bölünüm

Bölünüm minerallerin belirli yönlerde parçalara ayrılma eğilimlidir. Bölünüm basıncı mineralden minerale büyük ölçüde değişiklik gösterir.

Kırılmanın çeşitli , pürüzlü , kabuklu, kıymıklı ya da çeltikli (şekilsiz yüzeylerde) şekilde dört çeşidi ile karşılaşırız. Sonuç olarak sertliğin ve bölünümün  açısından bize yardımcı olabileceğini unutmalıyız.

Kırılma

Bölünüm, kırılmadan farklıdır. Bölünüm sadece kristal yapının çizgileri boyunca yer alabilir. Minerallerin büyük bölümünde hem kırılma hem bölünüm gerçekleşebilir ama bazılarında sadece kırılma olur. Mineralleri tanımlayan dört kırılma derecesi vardır. Kabuklu, çeltikli, pürüzlü ve kıymıklı. Her zaman akılda tutulmalıdır ki, sertliğe bağlı olarak bölünüm bir noktaya kadar olabilir, ve bu yüzden bazen belirli bilimsel terimler kullanmak yerine mineralleri tanımlamak daha açıklayıcıolabilir.

                                                                KRİSTAL  SİSTEMLERİ

Mineraller karşımıza her türlü şekil ve büyüklükte çıkabilir, fakat ne kadar parçalansalarda özel şekilleri değişmeyecektir.

Minerallerin kristal sistemleri Mineraloji’nin en ilginç alanıdır. Biraz karışık olduklarından onları açıklamak için dünyanın en yaygın, minerali olan sofra tuzunu inceleyeceğiz.

Mineral Bölünümü

Eğer mercekle ya da çıplak gözle sofra tuzunu incelersek taneciklerinin sivri uçlu ve dikdörtgen ya da yuvarlak şekilli olduğunu görürüz. Tuzu öğütüp toz haline getirirsek ve incelediğimizde en küçük tanenin bile hala şeklinin sadece daha ufalmış olarak koruduğunu görürüz.

Mineraller tarafından paylaşılan bu özellik bölünümdür. Bu, minerallerin, bönülüp küçük parçacıklara ayrılsalar bile düzgün geometrik şekillerini korumalarını sağlar. Bazen mükemmel belirli, belli belirsiz ya da yok şekilde şek açıklanır. Opal gibi bazı minerallerin bölünümü yoktur. Bu, bülündüklerinde farklı kristal şekiller oluşturacakları ya da başlamak için hiç bir kristlik şekile sahip olmadıkları anlamına gelir. Bu mineraller çok azdır. Geri kalan çoğunluğun bölünümü vardır.

Birim Yapı

Tuzu öğütüp taneciklerini mikroskopik hale getirdiğimizde tuzun elde edebileceğimiz en küçük parçasını yani birim yapıyı elde ederiz . Ve bu birim yapı da başlangıçta elimizde bulunan tanenin katı küp şekline sahip olacaktır.

Bu açıklamadan onları oluşturan atomların da aynı şekilde özel formasyonlardan oluştuğunu ve böylece minerallerin ayrı ve özel şekillerini koruduğunu görürüz. Bu tür ağlarda oluşan gövdeler ‘sert’ yada ‘kristal’ diye adlandırılır. Birkaç istisnanın dışında her mineralin kristal ağı vardır ve her biri kendine has özelliklere sahiptirler. Ve malesef her kristalik sistem tuzda olduğu kadar basit değildir.

Bazıları o kadar karışıktır’ki şifreleri ancak x-ışınlarıyla çözülebilir.

Yedi ana kristal sistem vardır. Orjinal kristal sistemlerin bağlı olsalarda her birinin ayrı şekli ve formu olabilir.

Kübik   Zar benzeri ; aynı uzunlukta, genişlikte ve yükseklikte kenarlara sahip küp şekilli kristallerdir. Ayrıca 8 ya da 12 kenarlı olabilirler. Örnek : tuz ve pirit

Monoklinik   En yaygın kristal sistemlerinden biridir. Hiçbir yüzü aynı uzunlukta, genişlikte veya yükseklikte değildir. Örnek : alçı taşı

Triklinik    Kristal sistemde en az raslanan simetridir. Hiçbir yüzü aynı boyut’ta ve yüzler birbirine doğru açıda değildir. Örnek  : rodonit ve kiyanit

Tetragonat   Bu form küpden daha uzundur. Ve birbirine doğru açılarla üç yüzü vardır, fakat sadece ikisi birbirine eşit uzunluk, genişlik ve yüksekliğe sahip’tir.  Örnek  : Alçı taşı, rutil ve zirkon

Ortorombik   Bu sistem birbirine eşit olmayan fakat birbirine doğru açıda olan yassı üç yüz’den oluşur.  Örnek : selestin, topaz ve aragonit

Heksagonal ve Trigonal   Benzer şekilleri nedeni ile bu iki sistem çoğu zaman beraber gruplanır. Heksagonal kristallerin küp benzeri piramit şekilli sivri uçları vardır. Örnek :  Akuamarin, zümrüt ve sarı yakut

Günümüzde bile halen bazı minerallerin heksagonal mi yoksa trigonal mi olduğunu açıklamak zordur. Yedi simetri çeşidindeki en karışık form olmasına rağmen, en basit trigonal birim; birbirine doğru açıda olmayan üç eşit balta benzeri şekle sahip’tir. Örnek: kuars,rodokrozit ve turmalin

                                                                 Kristallerin  Simetrisi

Atomların ve iyonların kristalin içinde nasıl dağıldığını anlamak mineraloji, kimya, fizik ve diğer ilgili alanlar için önemlidir.

Birim hücreler

Kristal şekiller her zaman hayatımızdadır. Örneğin ; tuz ve şeker neredeyse her mutfakta bulunur ve her kristal belirli bir şekilde birleşmiş milyonlarca ayrı küçük atolardan meydana gelirler. Bu şekillere birim hücre denir.

Birim hücrelerin şekilleri sürekli her yönde tekrar eder ve hep bilikte geometrik örneği meydana getirirler. Bu kristallere farklı dış şekillerini verir. Bu şekiller aynı zamanda kristal yüzler olarakta bilinirler.

Simetri, kristallerin önemli bir özelliğidir. Hatta belirli bir simetrik şekli olmadan kristalin değersiz olacağı ve doğru tanımlanamayacağını söyleyebiliriz.

Yukarki bölümde açıklandığı gibi yedi ana kristal şekil ( kristal sistem ) kübik, monoklinik, triklinik, tetragonal, ortorombik, heksagonal ve trigonal’dir. Bilim adamlarının bir kristali diğerinden ya da diğer sistemlerden ayırmak için kullandıkları başlıca yöntem onları en ufak parçasına kadar kırmak ve kalan kristal şekli incelemektir. Bu, kristallerin en temel ve küçültülemez şeklidir.

Kübik sistemin ; kaya tuzun da olduğu gibi ilk birim hücrelerinin sedece köşelerinde kafes noktaları vardır. Kafes noktaları tüm yapıya karekteristik şeklini veren bir yapı iskelesinin üzerindeki köşeler gibidir. Bu köşeler değişmez yada hareket ettirilemez. Bazı sistemlerde kafesli köşeler yapının herhangi bir yerinde görülebilir. Hücrenin merkezinde (gövde merkezli ), hücrenin iki ters yüzünde ( son ya da temel merkezli ) ya da yüzünde ( yüz merkezli ) olabilir. Sadece heksagonal kristalik sistemde bulunan rombohedral birim hücre, her hücrenin içinde iki bileşik kafesli köşeye sahiptir.

Çökelme

Kristaller genellikle bir sıvının katılaşmasıla ya da daha fazla sıvı materyale çözülemeyecek kadar doyduğu zaman oluşurlar. Bu durumda sıvı bir tür katı lapa haline gelir ve bunun için kullanılan bilimsel terim çökelmedir. Bu sadece kristalik sistemi olan sodyum klorit gibi karmaşık kimyasal bileşimlerle ilgili değildir. Birçok küçük molekül de sıvı ya da gaz olmadıkları sürece buna sahiptirler. Gümüş ve kristalleri ender olmasına rahmen, altın gibi bazı saf elementlerin de kristal yapıları vardır. Sadece bileşimlerin kristalik sistemi olmadığını unutmamamız gerekir.

Eğer bir madde sıvı halde başlayıp katılaşırsa ve billurlaşma gerçekleşmezse bu maddenin görünüşte camlı olduğu söylenebilir. Aslında bazı camlı maddeler ilk katılaştıktan sonra gelişerek kristal şekli alabilirler, ama bu farklı bir çalşma konusudur.

Tesadüf Oluşumlar

Eğer belirli bir meteryalin kristalik sistemi incelemelerde görünmüyorsa, bunun nedeni görünmesi gereken yapının belki çok küçük olması ya da neredeyse görülemeyecek küçük kristallerin rastgele oluşumundan kaynaklanır. Bu küçük kristal parçalarına kristalitler denir, ve bazen sadece kristal toz kırılması adı verilen bir metodla x-ışınları altıda incelenebilir. Kristalin içinden geçen x-ışınlarının kırılma kapasitesi ilk defa 1912’de İngiliz fizikçi  W.E. Bragg tarafından keşfedilmiştir. Toz kırılma, x-ışınlarının filmlerine bırakılan izlerle meteryal en küçük parçasına kadar adeta parmak izi tanımlarcasına ortaya çıkartılır.

Fizikçilerin daha önceden tanımlanan kristallere ait bir bilgi bankası vardır, ve bu laboratuar incelemelerinde ortaya çıkan yeni örneklerle karşılaştırmada yardımcı olur. Buna rahmen tek kristal yapılar görülebilecek ve tanımlanabilecek kadar büyüyebilir. Örnekler doğal olarak görülen değerli taşları ve su ne kadar yavaş donarsa o kadar uzun süre tek kristaller oluşturabilecek buz’u da içerir. Hatta, kristaller özel koşullar altında suni olarak gelişebilir ve bu onlara tamamen düzgün şekiller verir.

Bu tür ürünler inanılmaz derecede güzel, neredeyse tartışmasız doğal olanlardan daha çekicidir. Bu el yapımı kristaller’den fizikciler birim hücreyi gözden geçirerek içindekileri inceleyebilirler. Bu tür kristaller genellikle jeoloji için yararlıdır çünkü mikroskop altında incelendiklerinde jeolojistler minerallerin dış görünümlerini, iç birim hücre yapılarına göre daha kolay incelenebilir.

Kusurlar

İncelediğiniz kristaller her zaman mükemmel olmazsa şaşırmayın ya da hayel kırıklığına uğramayın çünkü çok ender olarak kusursuzdurlar. Kusurlar, yüksek hızda soğuma ya da x-ışınları ve nötron gibi yüsek enerji, radyasyonlarının etkisiyle ortaya çıkar. Bu kusurlar tek noktalarda, uzun çizgilerde ya da katı kristalin mekanik ve elektrik davranışını etkileyebilir ve dış görüntüsünü değiştirebilir.

Radyasyon

Nötronlardan kaynaklanabilecek yüksek  ‘enerji’ radyasyonu da kristallerin yanlış şekillenmesine neden olabilir. Bu izler kristalin belirli noktalarında, yüzey boyunca çizgiler halinde görülebilir. Görüldüğü yüzeylerde mineralin mekaniğini etkileyecektir. Bu olay tüm canlıların oluşum minerallerinide etkiler.

Kristal  Grupları

1 . Moleküler kristaller: Bunlar kristallerin en güçsüz formudur, gevşek biçimde birbirine bağlıdır.

2 . İyonik kristaller: Bu kristallerin moleküler kristallerden daha yüksek bir erime noktaları vardır ve sıvı halde iken elektrik iletkenidirler. Elektrostatik güçler’le bir arada dururlar.

3 . kovalent kristaller: Çok yüksek erime noktaları vardır. Örneklere elmas ve kuars dahildir. Kristal atomları çok dik bir durumda birbirine bahlıdır. Örneğin elmas’ta her karbon atomu diğer dört karbon atomuyla çevrilmiştir ve uç noktalarında kovalent bağı oluşturur. İyonik atomlar sadece kovalent atomlara dokunur, bu yüzden çok daha güçlü bir şekilde bağlanırlar.

4 . Metal kristaller: Metaller kırılmadan eğilme kapasitelerine ve elektiriği iletme güçlerine göre kategorize edilir. Metallerdeki iyonlar her zaman pozitif yüklüdürler.

Minerallerin  Sınıflandırılması

Tüm diğer meddeler gibi, mineral ve değerli taşlar da doğal oluşumlu kiyasal elementin bir ya da daha fazlasından meydana gelir. Dokuz ana kimyasal vardır, ve her bir grup’un üyeleri ortak fiziksel özellikleri paylaşır. Böylece bir grupbun üyesiyle ilgili olarak benzer üyeler baz alınarak genel tahminler ve tanımlamalar yapmak kolaylaşır.

Arsenatlar

Arsenatlar, arseniğe bağlanmış metalik elementler sülfür ve oksijen’den meydana gelir. Çoğu endüstiride zehirli ilaçlarda ve tarla koruyucularında kullanılır. Örnekler arasında adamit, minetit ve olivenit bulunur.

Boratlar

Boratlar, boron ve oksijenle birleşmiş metallerden oluşur. Bazen entiseptik, emaye kaplama ve poselenlerde kullanılabilir. Üyeleri arasında kolemanit, hidroborakit, ludvugit ve urleksit bulunur.

Karbonatlar

Dünya üzerinde en yaygın örnek olan kalsit ve dolomi ile birlikte yaklaşık 200 karbonat minerali vardır. Kireç taşı ve mermerin önemli içerikleridir. İnşaat endüstirisinde yaygın kullanım alanları bulunur. Bu gruba dahil diğer minerallerden bazıları ankerit, arogonit, azorit, kerusit, hidrozinkit, magnezit, malahit, smitsonit, strontianit ve trona’dır.

Halitler

Halojen gazlarından birinin brom, klor, flüor, iyot, bir ya da daha fazla metallin de dahil olduğu halit grubu 100’den fazla mineralden meydana gelir. Aynı zamanda sofra tuzu olarak ta bilinen halit sodyum klor’dur (kimyasal formülü NaCI). Kloragirit ve silvit bu grubun üyeleridir.

Nitratlar

Nitratlar bir ya da daha fazla metalin nitrojen ve oksijen ile birleşmesi sonucu oluşan minerallerdir. Gübreleme işlemlerinde ve patlayıcılarda kullanılır. Önde gelen hitrat mineralleri nitratin, nitre, nitrokalkittir.

Oksitler

Oksitler metalik ya da metalik olmayan elementler oksijen ile birleştiği taktirde oluşur. En yaygınları bir silikon oksidi olan kuvarstır. Genellikle kırmızı boyada kulanılan hematit ise demir oksididir.

Fosfatlar

Fosfatlar bir metalin fosfor ve oksijen ile birleşmesi sonucunda oluşur, 200’den fazla fosfat üyesi vardır. Apatit gübrelemede kullanılan kalsiyum fosfatı’dır, autinit ise uranyum fosfatı’dır.

Silikatlar

Dünya üzerinde bulunan en yaygın ve büyük mineral grubudur, 600’den fazla üyesi vardır. Silikatlar kendi başına silikon ya da silikon ve oksijen ile birleşmiş metallerden meydana gelir. Feldspar ve mika, değerli taşlar arasında ise sitrin, yeşim, oniks, opal ve turmalin bunlardan sadece birkaçı.

Sülfatlar

Sülfatlar bir ya da daha fazla metalin sülfür ve oksijen ile birleşmesi sonucu oluşur. En yaygını alçı taşı (kalsiyum sülfat) olmak üzere yaklaşık 100 üyesi bulunur.

Sülfitler

Bu bir metal ya da yarı metalin sülfür ile birleşmesi sonucu oluşan, 300’den fazla minerale sahip bir grup’tur. Altın ve platin dışındaki tüm metaller sülfit’tir. Galen gibi bir çok sülfi’tin metalik bir parlaklığı ve etkileyici kristal şekilleri vardır. Sülfitler iyi elektrik iletkenidir.

Hidroksitler

Hidroksitler bir metalin hidrojen ve oksijen ile birleşmesi sonucu oluşur. Bunlar su da bulunan iki kimyasal elementlerdir ve hidroksitler de genellikle bu kaynaktan oluşum sağlarlar. Örnekler arasında bauksit, goetit, limonit ve manganit bulunur.

Doğal Elementler

Doğal elementler saf hallerinde, başka maddelerle karışmadan bulunur. Metaller, yarı metaller ve metal olmayanlar şeklinde üç gruba ayrılırlar. Altın, demir, kuşun, platin, gümüş, çinko, cıva ve kalay bu metaller arasındadır. Antinom ve bizmut yarı metal, kabon ve sülfür ise metal olmayan grubuna dahildir.

Mineraller   ve  Elektrik

Turmalin ve kuars gibi bazı minerallerin en ilginç özelliklerinden biri de çeşitli fiziksel güçler karşısında elektrik yüklenmeleridir. Bu şekilde oluşan iki tip elektrik yükü vardır, biri piroelektik olarak bilinir.

Piroelektrik

Turmalin kristalleri ısı değişikliklerine maruz kaldıklarında elektrik yüklenen minerallerin en iyi örneğidir.

Bu yüklenme için kullanılan terim piroelektriktir. ( Yunancada pyr ateş anlamındadır.) Bu elektrit birçok farklı etkiye yol açar. Örneğin mağaza vitrinlerinde sergilenen turmalin örnekleri sürekli tozlanacaktır, çünkü güneş ya da suni ışıkla ısındıklarında hava’dan tozları çekerler. Bir mineral kolleksiyonunda turmalin’ler bir tabaka halinde tozla kaplanabilir, ve aynı şekilde sergilenmelerine rağmen diğer mineraller’den daha fazla özen isteler. Bu kristallerin içinde en ufak ısı değişimiyle bile oluşabilecek elektrik kutupları (pozitif ve negatif) tarafından çekildiği için yaşanır.

Aşağıdaki deneyde bunu açıkça görebiliriz.

Bir tumalin kristalini önce ısıtıp daha sonra üzerine yarı sarı sülfür yarı kırmızı kurşun karışımı sürüldüğünde, sülfür parçaları kristalin pozitif yüklenen kısmında toplanırken negatif yüklenen kurşun parçaları diğer tarafta toplanacaktır. Sarı ve kırmızı hareketler turmalin’in üzerinde açıkça görülebilir. Piroelektriği görebileceğiniz diğer mineraller arasında hemimorfit ve skavtit de bulunmaktadır.

Pizoelektrik

Kuvars kristalleri bazen pizoelektrik etkisi gösterirler.

Pizo önceki aslen piezein olup baskı anlamıyla Yunanca’dan gelmektedir ve pizoelektrik, kristaller sıkıştırıldığında ya da darbe aldığında meydana gelir. Pizoelektriği görebileceğiniz en iyi iki mineral kuvars ve Rochelle tuzudur.  Kuvars aslında toprakta bile uzun bir dönem boyunca kompresyon altında kaldığında kendiliğinden elektriklenir. Kuvars’ın Rochelle tuzundan daha fazla pratik kullanımı vardır, çünkü kuvars kristallerinin daha fazla dayanma gücü vardır ve 100 derecelik ısılara bile dayanabilir. Ancak kimyasal olarak sodyum ve potasyum minerall’den meydana gelen Rochell tuzu , dev kristaller şeklinde bulunmasına ve kuvarsla aynı pizoelektrik özelliklerine sahip olmasına rağmen endüstride ender olarak kullanılır. Nedeni ise kristallerin oda sıcaklığında bile nemlenip sulu çözülmeler oluşturmasıdır, bu yüzden onlardan yapılan herhangi bir şey kolaylıkla eriyip bozulacaktır. Bir kuvars parçası elektriksel güç alanına maruz kaldığında genişleyecek ya da sıkışacaktır. Eğer güç alanı bir çoğunda olduğu gibi hareketlenirse kuvars da onunla aynı sıklıkta sallanır. Bu özelliğinden dolayı ince saat’lar da ve ultrasound jeneratörlerinde kuvars terci edilir (Ultrasound vibrasyonları duyulamayacak kadar hızlı olan sestir. Tıp’ta iç beden yapısını en ince ayrıntısıyla incelemek ve özellikle doğum’da önce bebeğin anne karnındaki durumunu kontrol etmek için kullanılır.) Kuvars’ın elektronik aletlerdeki yararı ikinci dünya savaşı’nda ortaya çıktı. Her iki taraftaki ihtilaf sonucu Avrupa ülkeleri o kadar çok Brezilya kuvars’ı stok etti ki, savaş’tan sonra uzun yıllar minerali ucuz ve kolay bir şekilde elde etmek mümkün oldu.

İkizli  Kristaller

Doğal olarak karşımıza çkan tüm kuvars kristalleri elektronik aletler için uygun değildir. Bunun nedeni doğal kusurlar. Kuvars’ın yapısının bir parçası haline  gelmiş yabancı parçalar yapıyı güçsüzleştirir. Diğer kuvars kristalleri toprakta kırıldıkları ya da büküldükleri için kusurlu olabilirler. Ayrıca bazen tek gibi görünen kristaller aslında birbirinin içinde gelişmiş olabilir. Bu olay için kullnılan bilimsel terim ikizlidir. İkizli kuvars’ı ayırt etmek oldukça zordur ve bu tür kristaller ne süslemede ne de endüstride kullanılamaz çünkü en yetenekli zanaatkarlar bile kesim yönünü belirlemede zorlanır.

Kuvars  Saatlar

Kuvars saat’ları, kuvarsın pizoelektrik kristalleri üzerine kurulur. Her kuvars kristalinin büyüklüğü ve şekline bağlı olan, kendine ait doğal bir vibrasyon sıklığı vardır. Eğer pizoelektrik kuvars kristali aşağı ve yukarı hareket eden, kendi sıklığı ile uyumlu bir elektronik devreye sokulursa, kristal de dahil olmak üzere tüm devre, birbirine uyumlu işleyecek ve bu uzun bir süreç’te devam edecektir.

Kuvars saatlerinde elektrik akımı ilk önce genişletilir ve daha sonra motoru çalıştırabilecek en küçük parçalarına ayrılır. Bu motor zaman ayarlamasını kontrol eder.

Kristal Pikaplar

Pizoelektrik kristaller pikaplar’da yaygın olarak kullanılmaktadır. Plak, iğne üzerinde döndükçe oluşan mekanik vibrasyonlar sesle aynı sıklıkta elektrik alanı oluşturan kristallere gönderilir. Bu ses daha sonra genişleyerek kolonlara yansır.

Kristal  Mikrofonlar

Kristaller mikrofonlarda, ses dalgaları Rochelle tuzu ya da benzer bir meteryal tabakasının üzerine düşer ve ses varyasyonları ile oluşan farklı basınçlar pizoelektrik etkisiyle elektrik alanlarına dönüşür. Kristal mikrofonlar çok iyi değildir çünkü yüksek dalga etkileri vadır ve yönleri değiştirilemez. Günümüzde ender olarak kullanılır ve sadece ucuz oldukları için tercih edilirler.

Işığa  Hassas  Mineraller

Işığa hassas minereller elektromagnetik ışık yayımına maruz kaldığında kimyasal değişiklikler gösterebilir. Bu yayılan ışıklar ve etkileri sayısız form yaratabilir.

Işınların  Yayılması

Işınların yayılması hem elektrik hem de magnetik güç alanlarından gelen enerji dalgalarından olşur. Bu dalgalar elektrik yüklenmesinin süratinin artmasıyla oluşan hareketlerdir.

Elektromagnetik ışıkların yayılma doğası dalgaların sıklığına bağlıdır. Düşük sıklıktaki dalgalar radyo dalgalarıdır ve onu kızıl ötesi dalgaları, normal ışık, ultra-viole ışıkları, x-ışınları ve gama ışınları takip eder. Bu dalgalar’dan her hangi birinden etkilenmiş mineral ışığa hassas kabul edilir.

Topaz gibi bazı değerli taşlar ışına maruz kaldığında renk değiştirebilir. Bu ışın yayılması doğal ya da yapay olarak gerçekleştirilebilir.

Eğer topaz doğal olarak renkliyse, bu rengi toprağın altındaki başka bir radyoaktif elemente (atomuna) yakın olarak almıştır.

Birçok reksiz topaz yapay olarak ışına maruz bırakılmış ve ısı etkisiyle mavi’ye dönüşmüştür. Bu onun çıplar gözle çok daha değerli olan akuamarin taşından ayırt edilmesini zorlaştırır.

Doğal ışın yayılmasının mineral üzerinde etkisini göstermesi milyonlarca yıl alabilse de, yapay ışın yayılma teknikleri değerli taşın rengini birkaç saat içinde değiştirebilir. Bazı durumlarda, bu şekilde renk değiştirmiş olan değerli taşlar bozulabilir ya da tamamen eski rengine dönebilir. Metal’ik element gümüş’ü içeren mineraller hem doğal hem de yapay ışığa karşı büyük ölçüde hassastır ve gümüş helojenlerinin doğrulanmasıdır.

Fotografçılık

Halojen, astatin, bromin, klor, flüor ve iyot gibi kimyasal elementlere verilen grup adıdır.

Gümüş klorit-halojen birleşimi (gümüş ve klor’un kimyasal bileşimi) gümüş boynuz ya da ‘serargirit’ adı ile doğada bulunan bir mineraldir. Serargirit, bazen normal ışığa maruz kaldığında koyulaşan beyaz çözülemez bir toz halini alır çünkü bu ışıkla metalik gümüş yaratacak reaksiyona girer.

Bu dönüşüm geri alınamaz, ışınlanmış topazın aksine bozulmaz ve fotoğratik emülsiyonda ve kağıt’ta kullanılır. ( Bir kamera objektifi fotoğraf çekmek için açıldığında, perdenin ışık bölümü filmi siyah bölümden farklı bir renge dönüştürür, böylece herhangi bir fotografik imajın kontrastlığını sağlar.)

Gümüş bromür aynı amaçla kullanılan sarı bir tozdur. Bir başka toz olan gümüş iyodür hem fotografçılıkta hemde yapay yağmur oluşumunda kullanılır.

Işık  Verme

Işık verme metodu belli minerallerin ve değerli taşların görünüşünü değiştirir ve bazende olmadıkları birşeymiş gibi görünmelerini sağlayabilir. Topazın akuamarin’e benzeyebileceği gibi, kırmızı prostit de ısı muamelesiyle yakut ya da lal gibi kırmızı değerli taşlardan birine benzetilebilinir.

Işığa hassaslık tam tersine de işleyebilir. Örneğin kırmızı zirkon ışığa maruz kaldığında rengini kaybedebilir ama bu durum geri dönüşümlüdür. ABD Kaniforniya’dan kunzit adı verilen bir taş çeşidi topraktan ilk çıktığında rengi gök mavisidir ancak güneş ışığına maruz kaldığında kırmızı rengini alır.

Ancak ışığa hassaslık kristallerin sadece rengini etkilemez, aynı zamanda parlaklıklarını da değiştirir. Güneş ışığında uzun süre kaldıktan sonra eski gümüş sülfütleri orjinal parıltılarını kaybeder ve donuklaşırlar. Kırmızı zırnık-arsenik sülfür, bir arsenik ve bir sülfür atomunun kimyasal bileşimi- bu tür minerallerden biridir. Orjinel halinde kırmızı zırnığın muhteşem kristalleri vardır ancak uzun süre güneş ışığına maruz kaldığında kristaller ufalanıp sarı tozlu kütlelere dönüşür.

Bilim insanları bu etkiyi kırmızı zırnığa (sarı zırnık iki arsenik atomuna bağlamış üç sülfür atomundan oluşmuş bir başka arsenik sülfiddir.) dönüşümü olarak açıkladılar. Daha sonra bunun, sadece görünüşü değişip, kimyasal olarak aynı kalan kırmızı zırnık olduğu anlaşıldı. Aynı kimyasal kompozisyonlara sahip farklı fiziksel mineral oluşumlarına polimorf denir. Örneğin elmas ve grafir karbon elementinin polimorfudur ve kırmızı zırnığın bu tozlu polimorfuna ikincil kırmızı zırnık denir.

Göz  Boyama  Yöntemler

Sonuç olarak, doğal ışığın kristalin yapısında ve görünüşünde değişiklikler yapabileceğini gördük. X-ışınları, gama ve nötron ışınları sayesinde daha şiddetli etkiler de elde edilebilir. Tek bir örnek vermek gerekirse, değerli taş olarak satılan dumanlı kuvars, ekonomik değerini arttırmak için ışınlar tarafından bombardımana uğratılır. Satıcılar onu daha çok para kazanmak için yaldızlamıştır. Bu tür meteryallerin kendi hallerinde radyoaktif olmadıkları not edilmelidir, tehlikeli değil sadece yüksek fiyata sahiptirler.

Diğer bir çok değerli taş yapay olarak çeşitli ışın teknikleri geliştirilebilir. Örneğin mavi zümrüt (akuamarin ) maviliğini ışınlarla değiştirebilir ama diğer birçok renk gibi bu da kalıcı değildir ve belirli bir zamandan sonra renk bozulup asıl mavi rengine dönüşür.

Minerallerin  Doğal  Radyoaktivitesi

Mineralleri ve değerli taşları meydana getiren bazı kimyasal elementler her zaman durağan değildir, içten parçalanarak atomik parçalarına ayrılabilirler ve bunun sonucunda radyasyon yayılır. Bu önemli olay son yıllarda keşfedilmiştir.

Radyoaktivite

Doğal radyoaktivite ile ilgili hatırlanması gereken en önemli notlardan biri de içinde bulunduğu meteryalin çevresinde oluşabilecek her hangi kimyasal ya da normal değişimin onu etkilemeyeceğidir. Radyoaktivite örneğin ısıyla ya da diğer kimyasal yöntemlerle elde edilen reaksiyonlardan biraz farklıdır. Radyoaktivite; atomik çekirdeğin içten dağılıp ayrılması olarak tanımlanabilir.  (çekirdek, atomun merkezinde en fazla ağırlığı oluşturan parçadır.) Radyoaktivite gerçekleştiği zaman bunu alfa parçalarının  helyum çekirdek), beta parçalarının (elektronlar) ya da gamma ışınlarının (kısa-dalga elektromanyetik dalgalar) yayılması takip eder. Radyoaktif mineraller, ender olarak bellirli elementlerde durağan ya da durağan olmayan kimyasal elementler içerir. Bu mineraller doğal olarak ayrışır ve ayrıştıklarında çok büyük miktarda enerjiyi radyasyon şeklinde sebest bırakır. Doğal ayrışmanın oranı bir elementten diğerine değişebilir. Herhangi  bir atomun yarısının ayrışması için geçen zaman ‘yarı-yaşam’ olarak adlandırılır. Ayrışma işlemi devam eder, bir yarı-yaşam’dan önce bitmez. İki adet yarı-yaşam geçtikten sonra orjinal elementin bir çeyreği, üç periyoddan sonra sekizde biri, dört periyoddan sonra onaltı’da biri arta kalacaktır ve bu işlem bu oranla devam eder.

İzotoplar

En basit elementte bile atomik çekirdeğin her zaman aynı oluşumu olmaz. Bu aynı temel elementteki çeşitli formlar, ‘radyoizotoplar’ ya da kısaca ‘izotoplar’ olarak bilinir.

Çeşitli izotoplar elementin temel formuyla aynı sayıda protona sahip olsa da, farklı sayıda nötronları olur.

İzotopların en ayırt edici özellikleri, ağırlıklarının aynı elementin ‘normal’ haliyle  ‘durağan’ hali arasında farklılık göstermesidir. Sonuç olarak, örnek vermek gerekirse tüm uranyum atomlarının aynı ağırlıkta olmadığını görürüz. Doğal haldeki uranyum %99.3 izotop 238’den ve %0.7 izotop 235’den meydana gelir. Bu adı, ağırlığı bir hidrojen atomundan 238 kat veya 235 kat daha ağır olduğu için alır.

Bu iki izotop arasındaki küçük farklılık kimyasal oluşumları birbirine ne kadar  yakın olsalar bile radroaktif özelliklerinin birbirinden tamamen ayrı olmasıdır. Örneğin;  Uranyum 235‘ in 710 milyon yıllık bir yarı yaşamı vardır ve 4.5 milyar yıl yarı yaşamı olan uranyum 238’den daha çabuk ayrışır.

Metalik element olan Potasyum bir diğer örnektir. Potasyum bir hidrojen atomundan sıra ile 39 , 40, 41 kat daha fazla ağır olan farklı üç izotopa sahiptir. Potasyum 39 ve 41 izotoptopları ‘’normaldir ‘’ yani mükemmel durağandır, ama izotop 40 radyoaktif olup 1.4 milyar yıl yarı yaşamı vardır.

Potasyum içeren tüm mineraller radyoaktif’tir. Bunlar dünya kabuğundaki en yaygın mineral olan feldspar grubunuda içerir. Buna rağmen potasyumun verdiği radyoaktivite seviyesi çok zayıftır. Ve her hangi bir zararı yoktur.

Bütün yarı yaşam dönemleri uranyum ve potasyum’da olduğu kadar uzun değildir.  Radyum  226’ nın  1500 yıllık bir yarı yaşamı, radon  222’nin ise sadece 3.8  günlük bir yarı yaşamı vardır. Bu elementler sürekli ayrıştığından dolayı aslında doğada zamanla yok olmaları gerekmektedir, ancak uranyum 238 gibi diğer izotopların ayrışması sonucunda yeniden oluşmaktadırlar. (Aslında radyum ve radon özellikle uranyum ve toryum elementlerinin içinde bulunur.)

Uranyum – Kurşun

Tarih Hesaplamaları

Tüm bu bilgiler jeologlar için çok önemlidir çünkü bir kez bir elementin yarı yaşamı keşfedildikten sonra, etrafındaki kaya oluşumlarının yaşlarını hesaplamak çok kolay olacaktır. Uranyum –kurşun tarih hesaplamaları uranyum’un zamanla kurşun’a dönüşeceği ve bu ayrışmanın hesaplanabilir bir program üzerine kurulu olmasına dayalıdır. Uranyum içeren kayaların gerçek yaşı, içinde sıkış olan helyum oranına göre ölçülebilir.

Kaya ne kadar yaşlı olursa içinde o kadar fazla miktarda helyum bulunur.

(Helyum’un varlığı uranyum izotop 238 kendini kurşun-208’e düşürdüğü sırada serbest kalan sekiz alfa parçasından kaynaklanır.)

Nükleer   Füzyon

Tüm uranyum ve toryum izotopları radyoaktiftir. Eğer doğru şekilde kullanılmazsa tehlikeli olabilecek bir enerji yayarlar. Yarı yaşamı 5.3 yıl olan izotop kobalt-60 doktorlar tarafından radyoterapi tedavisinde (kanser hastaları için uygulanan bir tedavi ) kullanılır. Kobalt’ın başlıca kaynakları kobaltit ve smaltit çevher taşlarıdır.

Strontiyum; selestin ve strontianit minerallerinin bir bileşimidir. Bu metalik elementin strontiyum 90 adında bir izotopu vardır ve yarı yaşamı 28.1 yıldır. Strontiyum 90 nükleer güç kaynaklarında kullanılır ve en tehlikeli yan ürünlerden biridir.

Uranyum 235 füzyon sayesinde nükleer enerji kaynağı olarak kullanılır. Füzyon, atom’u küçük parçalarına kadar ayırma işlemidir. Potansiyel bir tehlikeye sahiptir ve taşınırken fazla nötronları emebileceğinden, kadyum elementi koruma olarak kullanılabilir.

Radyum izotop 226’nın 1.602 yıllık bir yarı yaşamı vardır ve sonuçta ayrışarak radon’a dönüşür. Radon alfa parçacıkları radyoterapide kullanılan bir diğer element’tir. Bu element’in yaklaşık 20 izotopu vardır ve bunların içinde en durağan izotop radon 222’dir. Radon’un doğal olarak bulunduğu alanlar sağlık açısından tehlikeli ve zararlı olabilir.