Siarkowodór jest jednym z głównych lotnych składników magmy. Aktywnie oddziałując z metalami, tworzy wiele związków. Pochodne siarkowodoru reprezentowane są w skorupie ziemskiej przez ponad 200 minerałów - siarczków, które nie jako skałotwórcze, zwykle towarzyszą niektórym skałom, będąc źródłem cennych surowców. Poniżej rozważymy główne właściwości siarczków i związków im bliskich, a także zwrócimy uwagę na obszary ich zastosowania.
Ogólna charakterystyka składu i struktury
Ponad 40 pierwiastków układu okresowego (zwykle metale) tworzy związki z siarką. Czasami zamiast tego w takich związkach występuje arsen, antymon, selen, bizmut czy tellur. W związku z tym takie minerały nazywane są arsenkami, antymonidami, selenkami, bizmutydami i tellurkami. Wraz z pochodnymi siarkowodoru wszystkie są zaliczane do klasy siarczków ze względu na podobieństwo właściwości.
Charakterystyczne dla minerałów tej klasy wiązanie chemiczne jest kowalencyjne, zelement metalowy. Najczęstsze struktury to koordynacja, wyspa (klaster), czasami warstwowa lub łańcuchowa.
Fizyczne właściwości siarczków
Praktycznie wszystkie siarczki charakteryzują się wysokim ciężarem właściwym. Wartość twardości w skali Mohsa dla różnych członków grupy jest bardzo zróżnicowana i może wynosić od 1 (molibdenit) do 6,5 (piryt). Jednak większość siarczków jest dość miękka.
Z kilkoma wyjątkami kleofan jest rodzajem blendy cynkowej lub sfalerytu, minerały tej klasy są nieprzezroczyste, często ciemne, czasem jasne, co służy jako ważna cecha diagnostyczna (podobnie jak połysk). Odbicie może wahać się od średniego do wysokiego.
Większość siarczków to minerały o półprzewodnikowej przewodności elektrycznej.
Tradycyjna klasyfikacja
Pomimo wspólności podstawowych właściwości fizycznych siarczki mają oczywiście zewnętrzne różnice diagnostyczne, według których dzielą się na trzy typy.
- Piryty. Jest to zbiorowa nazwa minerałów z grupy siarczków, które mają metaliczny połysk i kolor o odcieniach żółci lub żółci. Najbardziej znanym przedstawicielem pirytu jest piryt FeS2, znany również jako piryt siarkowy lub piryt żelazowy. Obejmują one również chalkopiryt CuFeS2 (piryt miedziany), arsenopiryt FeAsS (piryt arsenowy, znany również jako talheimit lub mispikel), pirotyn Fe7S8 (piryt magnetyczny, magnetopiryt) iinne.
- Brokat. Jest to nazwa nadana siarczkom o metalicznym połysku i kolorze od szarego do czarnego. Typowymi przykładami takich minerałów są galena PbS (połysk ołowiu), chalkocyt Cu2S (połysk miedzi), molibdenit MoS2, antymonit Sb2S3 (połysk antymonu).
- Podróbki. To nazwa minerałów z grupy siarczków, charakteryzujących się niemetalicznym połyskiem. Typowymi przykładami takich siarczków są sfaleryt ZnS (mieszanka cynku) lub cynober HgS (mieszanka rtęci). Znane są również realgar As4S4 - mieszanka czerwonego arsenu i orpiment As2S3 - żółta mieszanka arsenu.
Różnice w charakterystyce chemicznej
Bardziej nowoczesna klasyfikacja oparta jest na charakterystyce składu chemicznego i obejmuje następujące podklasy:
- Siarczki proste to związki jonu metalu (kationu) i siarki (anion). Przykłady takich minerałów obejmują galenę, sfaleryt i cynober. Wszystkie są prostymi pochodnymi siarkowodoru.
- Podwójne siarczki różnią się tym, że kilka (dwa lub więcej) kationów metali wiąże się z anionem siarki. Są to chalkopiryt, bornit („różnorodna ruda miedzi”) Cu5FeS4, stannin (piryt cyny) Cu2FeSnS4 i inne podobne związki.
- Dwusiarczki to związki, w których kationy są związane z grupą anionową S2 lub AsS. Należą do nich minerały z grupy siarczków i arsenków (sulfoarsenidów), takie jak piryt,najbardziej powszechny lub arsenopiryt pirytowy. Podklasa ta obejmuje również kob altyn CoAsS.
- Złożone siarczki lub sulfosole. Jest to nazwa minerałów z grupy siarczków, arsenków i związków zbliżonych składem i właściwościami, którymi są sole tiokwasów, takie jak tiomarsen H3AsS 3, tiobismuth H3BiS3 lub tioantymon H3SbS 3. Tak więc podklasa sulfosoli (tiosoli) obejmuje minerał lilianit Pb3Bi2S6 lub tak zwany Fahlore Cu3(Sb, As)S3.
Cechy morfologiczne
Siarczki i dwusiarczki mogą tworzyć duże kryształy: sześcienne (galena), pryzmatyczne (antymonit), w postaci czworościanów (sfaleryt) i inne konfiguracje. Tworzą również gęste, ziarniste agregaty krystaliczne lub fenokryształy. Siarczki o warstwowej strukturze mają spłaszczone tabelaryczne lub foliowane kryształy, takie jak orpiment lub molibdenit.
Rozszczepienie siarczków może być inne. Różni się od bardzo niedoskonałych w pirycie i niedoskonałych w chalkopirycie do bardzo doskonałych w jednym (orpiment) lub kilku kierunkach (sfaleryt, galena). Rodzaj pęknięcia również nie jest taki sam dla różnych minerałów.
Geneza minerałów siarczkowych
Większość siarczków powstaje w wyniku krystalizacji z roztworów hydrotermalnych. Czasami minerały z tej grupy mają magmęlub pochodzenia skarnowego (metasomatycznego), a także mogą powstawać w procesach egzogenicznych - w warunkach redukcyjnych w strefach wtórnego wzbogacenia, w niektórych przypadkach w skałach osadowych, takich jak piryt lub sfaleryt.
W warunkach powierzchniowych wszystkie siarczki, z wyjątkiem cynobru, laurytu (siarczek rutenu) i sperrylitu (arsenku platyny), są bardzo niestabilne i ulegają utlenianiu, co prowadzi do tworzenia się siarczanów. Wynikiem procesów przemiany siarczków są takie rodzaje minerałów jak tlenki, halogenki, węglany. Ponadto, ze względu na ich rozkład, możliwe jest powstawanie metali rodzimych – srebra lub miedzi.
Cechy wystąpienia
Siarczki to minerały, które tworzą złoża rud o różnym charakterze, w zależności od ich stosunku do innych minerałów. Jeśli przeważają nad nimi siarczki, zwyczajowo mówi się o masywnych lub ciągłych rudach siarczkowych. W przeciwnym razie rudy nazywane są rozpowszechnianymi lub żyłkami.
Bardzo często siarczki osadzają się razem, tworząc złoża rud polimetalicznych. Takimi są na przykład rudy siarczkowe miedzi, cynku i ołowiu. Ponadto różne siarczki jednego metalu często tworzą jego złożone złoża. Na przykład chalkopiryt, kupryt, bornit to minerały zawierające miedź, które występują razem.
Najczęściej złoża rud siarczków mają postać żył. Ale są też soczewkowate, pieńowe, rezerwuarowe formy występowania.
Zastosowanie siarczków
Rudy siarczkowe są niezwykle ważne jako źródłometale rzadkie, szlachetne i nieżelazne. Z siarczków otrzymuje się miedź, srebro, cynk, ołów, molibden. Z rud tych wydobywa się również bizmut, kob alt, nikiel, a także rtęć, kadm, ren i inne rzadkie pierwiastki.
Poza tym niektóre siarczki są wykorzystywane do produkcji farb (cynober, orpiment) oraz w przemyśle chemicznym (piryt, markasyt, pirotyn – do produkcji kwasu siarkowego). Molibdenit, oprócz tego, że jest używany jako ruda, jest używany jako specjalny suchy smar odporny na wysoką temperaturę.
Siarczki są interesującymi minerałami ze względu na ich właściwości elektrofizyczne. Jednak na potrzeby technologii półprzewodnikowej, elektrooptycznej, podczerwieni-optycznej nie wykorzystuje się związków naturalnych, ale ich sztucznie wyhodowanych analogów w postaci monokryształów.
Kolejnym obszarem, w którym siarczki znajdują zastosowanie, jest radioizotopowe datowanie geochronologiczne niektórych skał kruszcowych metodą samarowo-neodymową. W badaniach tych wykorzystuje się chalkopiryt, pentlandyt i inne minerały zawierające pierwiastki ziem rzadkich - neodym i samar.
Te przykłady pokazują, że zakres siarczków jest bardzo szeroki. Odgrywają istotną rolę w różnych technologiach, zarówno jako surowce, jak i jako niezależne materiały.
