खनिज क्या है और खनिजों का वर्गीकरण कैसे होता है?
खनिज एक प्राकृतिक ठोस है, जिसकी रासायनिक बनावट तय होती है और जिसके परमाणु नियमित पैटर्न (क्रिस्टल) में लगे होते हैं। चट्टानें खनिजों का मिश्रण हैं।
वैज्ञानिक खनिजों को उनके रसायन और संरचना के आधार पर समूहों में बाँटते हैं:
- सिलिकेट: SiO₄ समूह (क्वार्ट्ज़, फ़ेल्डस्पार, अभ्रक)। सबसे बड़ा समूह।
- कार्बोनेट: CO₃ (चूना पत्थर और संगमरमर का कैल्साइट)।
- ऑक्साइड: धातु + ऑक्सीजन (हेमेटाइट, मैग्नेटाइट: लौह अयस्क)।
- सल्फ़ाइड: धातु + सल्फ़र (पाइराइट, गैलेना)।
- सल्फ़ेट: SO₄ (जिप्सम)।
- हैलाइड: क्लोरीन या फ़्लोरीन (सेंधा नमक/हैलाइट, फ़्लोराइट)।
- मूल तत्व: अकेला एक तत्व (सोना, ताँबा, हीरा, ग्रेफ़ाइट)।
SiO₄ चतुष्फलक: पपड़ी की ईंट
पृथ्वी की पपड़ी में सबसे ज़्यादा ऑक्सीजन (द्रव्यमान का लगभग 46%) और सिलिकॉन (लगभग 28%) हैं। ये मिलकर सिलिकॉन-ऑक्सीजन चतुष्फलक SiO₄ बनाते हैं।
चतुष्फलक चार त्रिभुज वाले फलकों का पिरामिड है। सिलिकॉन बीच में, ऑक्सीजन चारों कोनों पर। इस समूह पर −4 आवेश होता है, जिसे धातु आयन (Mg²⁺, Fe²⁺, Ca²⁺, Na⁺, K⁺, Al³⁺) या दूसरे चतुष्फलक से ऑक्सीजन साझा करके संतुलित किया जाता है।
जब दो चतुष्फलक एक कोने का ऑक्सीजन साझा करते हैं, तो वह दोनों का माना जाता है। इसे बहुलकीकरण (पॉलिमराइज़ेशन) कहते हैं।
सिलिकेट संरचना के प्रकार
अकेले चतुष्फलक (नेसोसिलिकेट)
कोई साझा ऑक्सीजन नहीं। Si:O = 1:4। उदाहरण: ओलिवीन, गार्नेट। कठोर, दानेदार, अच्छा विदलन नहीं।
एकल चेन (इनोसिलिकेट)
हर चतुष्फलक 2 ऑक्सीजन साझा करता है। Si:O = 1:3। उदाहरण: पाइरॉक्सीन (ऑजाइट)। लगभग 90° पर दो विदलन।
दोहरी चेन
दो चेन साथ जुड़ी। Si:O = 4:11। उदाहरण: एम्फ़िबोल (हॉर्नब्लेंड)। लगभग 60° और 120° पर विदलन।
परत (फ़ाइलोसिलिकेट)
हर चतुष्फलक 3 ऑक्सीजन साझा करता है। Si:O = 2:5। उदाहरण: अभ्रक (मस्कोवाइट, बायोटाइट), टैल्क, मृदा खनिज। एक दिशा में पूरा विदलन: पन्नियों में उतरता है।
ढाँचा (टेक्टोसिलिकेट)
चारों ऑक्सीजन साझा। Si:O = 1:2 (SiO₂)। उदाहरण: क्वार्ट्ज़ और फ़ेल्डस्पार। हर दिशा में मज़बूत; क्वार्ट्ज़ में विदलन नहीं, कठोरता 7 (मोह्स पैमाना)।
वलय सिलिकेट (जैसे बेरिल, टूरमलीन) में चतुष्फलक बंद छल्ले बनाते हैं।
संरचना से गुण कैसे तय होते हैं
- विदलन: खनिज वहीं टूटता है जहाँ बंध सबसे कमज़ोर हों। अभ्रक की परतें कमज़ोर बंध से जुड़ी हैं, इसलिए परतों में टूटता है। क्वार्ट्ज़ हर दिशा में मज़बूत है, इसलिए घुमावदार (शंखाभ) टूटन होती है।
- क्रिस्टल बनने का तापमान: गर्म मैग्मा से ओलिवीन सबसे पहले (ऊँचे तापमान पर) बनता है, क्वार्ट्ज़ सबसे बाद में।
- अपक्षय: ऊँचे तापमान पर बने ओलिवीन जैसे खनिज सतह पर जल्दी टूटते हैं; क्वार्ट्ज़ सबसे टिकाऊ है, इसलिए रेत में क्वार्ट्ज़ ज़्यादा होता है।
- लोहा-मैग्नीशियम वाले (ओलिवीन, पाइरॉक्सीन, एम्फ़िबोल, बायोटाइट) गहरे रंग और भारी; क्वार्ट्ज़, फ़ेल्डस्पार, मस्कोवाइट हल्के रंग के।
पपड़ी और जीवन की ईंटें: सिलिकॉन बनाम कार्बन
पपड़ी सिलिकॉन-ऑक्सीजन की दोहराती इकाइयों से बनी है। जीव भी दोहराती इकाइयों से बने हैं, पर उनका आधार कार्बन है: प्रोटीन अमीनो अम्लों की चेन है और DNA न्यूक्लियोटाइड की चेन।
सिलिकॉन और कार्बन दोनों चार बंध बना सकते हैं, इसलिए दोनों लंबी चेन और जाल बनाते हैं। कार्बन के बंध पानी में आसानी से टूटते-बनते हैं, जो जीवन के लिए ठीक है; Si–O बंध बहुत मज़बूत हैं, जो कठोर चट्टान के लिए ठीक है।
करके देखो: कागज़ से सिलिकेट बनाओ
6 छोटे कागज़ के पिरामिड बनाओ (या मिट्टी की 4 गोलियों के बीच टूथपिक लगाओ)। कोनों को ऑक्सीजन मानो। अब (1) सबको अलग रखो; (2) कोने से कोना जोड़कर लाइन बनाओ; (3) चपटी परत बनाओ। हर बार साझा कोने गिनो और 3D दृश्य से मिलाओ।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- सिलिकॉन-ऑक्सीजन चतुष्फलक: SiO₄ (आवेश −4)
- अकेला: 0 साझा O, Si:O = 1:4 (ओलिवीन)
- एकल चेन: 2 साझा O, Si:O = 1:3 (पाइरॉक्सीन)
- दोहरी चेन: Si:O = 4:11 (एम्फ़िबोल)
- परत: 3 साझा O, Si:O = 2:5 (अभ्रक, मिट्टी)
- ढाँचा: 4 साझा O, Si:O = 1:2 (क्वार्ट्ज़ SiO₂, फ़ेल्डस्पार)
- खनिज समूह: सिलिकेट, कार्बोनेट, ऑक्साइड, सल्फ़ाइड, सल्फ़ेट, हैलाइड, मूल तत्व
हल किए गए उदाहरण
1. अभ्रक पतली परतों में क्यों उतरता है, क्वार्ट्ज़ क्यों नहीं?
अभ्रक परत सिलिकेट है: परत के अंदर बंध मज़बूत, परतों के बीच कमज़ोर, इसलिए परतों में अलग होता है। क्वार्ट्ज़ ढाँचा है: हर चतुष्फलक चारों O साझा करता है, बंध हर दिशा में मज़बूत, कोई आसान तल नहीं।
2. एकल चेन में Si:O अनुपात निकालो।
हर चतुष्फलक में 1 Si। 2 ऑक्सीजन पूरे उसके, 2 साझा ऑक्सीजन आधे-आधे: 2 + 2 × ½ = 3। इसलिए Si:O = 1:3, यानी SiO₃।
3. ढाँचे में Si:O अनुपात निकालो।
चारों ऑक्सीजन दो चतुष्फलकों में साझा, हर एक ½: 4 × ½ = 2। Si:O = 1:2, यही क्वार्ट्ज़ SiO₂ है।
4. समूह बताओ: कैल्साइट, हैलाइट, पाइराइट, हेमेटाइट, फ़ेल्डस्पार, सोना।
कैल्साइट → कार्बोनेट; हैलाइट → हैलाइड; पाइराइट → सल्फ़ाइड; हेमेटाइट → ऑक्साइड; फ़ेल्डस्पार → सिलिकेट; सोना → मूल तत्व।
आम गलतियाँ
- सिलिकॉन और सिलिका को एक मानना। सिलिकॉन तत्व (Si) है; सिलिका SiO₂ यौगिक है।
- साझा ऑक्सीजन को दोनों चतुष्फलकों में पूरा गिनना। साझा ऑक्सीजन हर एक के लिए ½ है।
- सोचना कि सब सिलिकेट कठोर हैं। टैल्क परत सिलिकेट है और सबसे नरम खनिज है (मोह्स 1)।
- हर चमकीले खनिज को धातु मानना। अभ्रक चमकता है, पर वह सिलिकेट है।