ELEMENTE NATIVE

ELEMENTE NATIVE

7.1 Clasificare

I. Metale

Grupa Aurului

Aur Au

Argint Ag

Cupru Cu

Plumb Pb

Mercur Hg

Grupa Platinei

Platina Pt

Paladium Pd

Platiniridium (Ir, Pt)

Grupa Fierului si a mineralelor din meteoriti

Fier Fe

Nichel-fier (Ni, Fe)

Zinc Zn

II. Semimetale

Grupa Arseniului

Arsen As

Antimoniu Sb

Bismut Bi

Grupa Telurului

Seleniu Se

Teluriu Te

III. Nemetale

Grupa Sulfului

α-Sulf S

β-Sulf S

γ-Sulf S

Grupa Carbonului

Diamant C

Grafit C

7.2 Metale

Grupa Aurului

Contine minerale izotipe cu grupul spatial Fmm:

Aur Au, Z=4

Cupru Cu, Z=4

Argint Ag, Z=4

Structura cubica compacta (vezi si împachetarile compacte) descrisa de arhetipul "cupru":

- cea mai densa împachetare a atomilor izodimensionali;

- atomi metalici pozitionati în vârfurile celulei elementare cubice si în centrele fetelor (fig.7.1 a, b);

- planele compacte, de densitate reticulara maxima: (fig.7.1 c);

- legatura metalica (vezi explicatiile de la legatura metalica);

- coordinarea atomilor: 12 (poliedrul de coordinare-cuboctaedru);

- parametrii celulelor elementare, a₀: Cu: 3,61 Ĺ

Ag: 4,08 Ĺ

Au: 4,05 Ĺ

Proprietati fizice

Cu, Ag si Au se afla în grupa Ib a sistemului periodic. Configuratia electronica a ultimului strat este urmatoarea: Cu 4s¹ 3d¹⁰;

Ag 5s¹ 4d¹⁰;

Au 6s¹ 4f¹⁴ 3d¹⁰.

La toate cele trei elemente chimice, în orbitalul s exista doar câte un singur electron. În cazul atomilor care se apropie, electronii de valenta nu mai apartin doar unui atom sau unei perechi de atomi, ci apartin întregului cristal, formând benzi de valenta. La atomi diferiti, izolati, orbitalii s au aceeasi energie; la atomii legati, acestia vor avea energii putin diferite, determinând despicarea nivelului energetic în n nivele energetice (n=numar de atomi). Ansamblul acestor nivele energetice formeaza o banda de energie. Electronii din banda de valenta tind sa ocupe orbitalii din nivelele energetice minime în perechi cu spin opus. De exemplu, n atomi de Cu au n electroni si 2n pozitii electronice disponibile. Electronii vor ocupa jumatatea inferioara a benzii de energie, cea superioara ramânând vacanta, formând banda de conductie. Absorbind o cantitate minima de energie, o parte din electronii din banda de valenta pot trece usor în banda de conductie.

Proprietatile fizice determinate de acest tip de legatura chimica sunt:

- conductibilitatea electrica ridicata: suprapunerea benzilor de energie ale orbitalilor: s, p si d (energiile lor apropiate) determina ca "norul electronic" din banda de conductie sa devina mai dens la aplicarea unei diferente de potential;

- conductibilitatea termica ridicata: cresterea temperaturii determina intensificarea miscarii vibratorii a electronilor si deci transferul de energie cinetica de la un atom la altul;

- coeficienti de absorbtie ridicati, capacitate de reflexie ridicata: determinata de absorbtia energiei luminoase pentru deplasarea electronilor pe nivele de energie superioare;

- maleabilitate, ductilitate (alunecarea relativa a unor plane atomice): atomii nu pierd contactul prin solicitare mecanica datorita "norului electronic" ce mentine coeziunea;

- greutati specifice ridicate (caracterul compact al structurii asigura un grad de ocupare al spatiului de 74%): Cu 8,9; Ag 9,6-12; Au 19 (g/cm³);

- duritate scazuta: Au 2˝; Cu 3;

- clivaj absent.

Alte proprietati fizice:

- tendinta de a forma concresteri scheletice (dendrite, forme arborescente, vermiculare, foite);

- culoarea este diferita: aur-galben auriu, cupru-roz aramiu; aliajele modifica culoarea: aurul, daca dizolva argint capata o culoare mai albicioasa, mai palida; daca contine cupru devine mai rosu (aurul turcesc sau siberian).

Cea mai cunoscuta ocurenta de aur si argint nativ din România este "patrulaterul aurifer" din Muntii Metaliferi, definit de localitatile: Brad, Sacarâmb, Baia de Aries, Rosia Montana si Zlatna.

7.2 Nemetale

Grupa Carbonului

(vezi si informatiile prezentate la legatura covalenta si polimorfism)

Structura

- Diamant β-C, Z=8; Fdm

Structura descrisa de arhetipul "diamant" în care un atom de C este coordonat tetraedric de 4 atomi de C, unghiul de legatura fiind 109°28'. Rezulta o retea tridimensionala infinita (un polimer tridimensional), întreg cristalul constituind o singura molecula. Legatura C-C este aproape total covalenta; d(C-C)=1,54 Ĺ; r_c(cov)=0,77 Ĺ.

Celula elementara contine doua tipuri de pozitii atomice (fig.7.2 a):

- atomii tip A formeaza o retea cubica compacta;

- atomi tip B ocupa alternativ centrele a 4 dintre cele 8 octante ale cubului

- a₀=3,56 Ĺ

- Grafit α-C; P6₃/mmc

Legatura de tip σ dintre atomii de C hibridizati sp² determina formarea unei retele plane cu ochiuri hexagonale în care un atom de C este coordinat planar de alti 3 atomi de C, unghiul de legatura fiind de 120° (fig.7.3); d(C-C)=1,415 Ĺ în interiorul retelei plane. Retelele planare sunt legate între ele în directia axului c prin forte slabe, Van der Waals, distanta dintre plane fiind 3,36 Ĺ. Aceasta legatura este determinata de existenta electronilor din orbitalii p_z.

Coordinare atomilor de C: jumatate sunt coordinati de 3 atomi din reteaua planara si de 2 atomi din retelele planare învecinate; jumatate sunt coordinati de 3 atomi din reteaua planara.

Celula elementara - a₀=2,462 Ĺ; c₀=3,671 Ĺ.

Tabel 7.1 Proprietatile fizice ale mineralelor din grupa carbonului

Zacaminte importante de diamant din lume: Brazilia (provinciile Minas Geraes si Bahia); Africa de Sud (Kimberley, De Beer, Bultfontein, Dutoitspan)

Istoric al diamantului

Primul diamant a fost gasit în India în jurul anilor 800 î.Chr. si probabil, productia de diamant a început cu peste 2000 de ani în urma. Insulele Borneo au fost de asemenea printre primele producatoare alaturi de India. Astazi , atât India cât si în Insulele Borneo, participa la productia mondiala de diamante cu cantitati neglijabile. În anul 1721 sunt descoperite zacamintele aluvionare din Brazilia, provinciile Bahia si Minas Geraes. Se apreciaza ca de aici s-au exploatat peste 15 000 000 carate (1 carat=0,2 g). Continentul african s-a impus pe piata diamantelor începând cu anul 1867 când sunt descoperite primele depozite aluviale în regiunile strabatute de fluviile Orange si Vaal (Republica Sud-Africana) apoi cele de la Kimberley (Republica Sud-Africana), Tshikapa (Angola),cele din regiunea Bushimaie River (Congo) si cele din Tanzania. Limita de exploatabilitate este de 0,25-1 carate/m³ de aluviuni.

Folosirea diamantului ca piatra pretioasa este universal cunoscuta. În ceea ce priveste importanta sa industriala, aceasta s-a evidentiat dupa 1930, fiind utilizat pentru fabricarea cutitelor cu diamante, pentru tragerea de fire metalice (filamentele de tungsten pentru becuri), pentru discuri abrazive cu praf de diamant, în lucrarile de foraj.

Productia de diamante naturale provine în cea mai mare parte din Africa: diamantele pentru bijuterii din Republica Sud-Africana, iar diamantele pentru industrie din Congo. Productia anuala este de 8 000 000 carate în Republica Sud-Africana, 2 017 000 carate în Angola, 10 000 000 carate în Congo.

Diamante celebre: "Regentul" sau "Pitt" (Muzeul Luvru, 137 carate), "Cullinan" (3 125 carate), "Excelsior" (969,5 carate), "Victoria" (457 carate), "Orlov" (194 carate), "Steaua Africii de Sud" (83,5 carate), "Koh-I-Nor" (186 carate) "Marele Diamant" (601,25 carate) "Florentin" sau "Grand Duke Toscana" (133 carate) "Star Suoth Bagagem" (254 carate), "Tiffany" (125 ³/₈ carate), "Jubileu" (634 carate), "Jonker" (726 carate), "Eduard VII" (3025 carate), "Imperial" (457 carate).