Veszprémi Tamás, Veszprémi Tamás veszpremi.tamas@vbk.bme.hu

Általános kémia

Negyedik, átdolgozott kiadás

4. kiad.

7.6.1. Az ásványok és kőzetek keletkezése

Az ásványokat és kőzeteket létrehozó folyamatok három alaptípusba sorolhatók. Ezek szerint léteznek magmás, üledékképződéses és metamorf folyamatok.

A hőmérséklettől és nyomástól függően a földkéreg bizonyos mélységében – általában 610 km mélységben – olvadt kőzet, magma található. A magma, amennyiben lehetősége adódik, a hatalmas nyomás elől a földfelszínre igyekszik kerülni. Ezt a földkéreg mozgása és a kéreg repedései, valamint a vulkáni tevékenység teszik lehetővé. Eközben hőmérséklete csökken, és lassan kőzetté dermed. A kőzetképződés nem más, mint az olvadékból, illetve oldatból történő kikristályosodás, megszilárdulás.

A magma kétféleképpen szilárdulhat meg. Egyik lehetőség a vulkáni tevékenység, melynek során lávaként kerül a felszínre. Ilyenkor kihűlve és megszilárdulva alakulnak ki a kiömlési vagy effuzív magmás kőzetek. A kihűlés és megszilárdulás ez esetben gyors folyamat, ezért a keletkező anyag mikrokristályos, vagy sokszor amorf. Előbbire példa a leggyakoribb lávatípus, a bazalt, mely a kontinensek és az óceánfenék gyakori alkotó kőzete (7.14. ábra), utóbbira az üvegszerű obszidián (5.53. ábra).

7.14. ábra. Hólyagos bazalt. Az anyag tele van gázbuborékokkal, melyek a láva gyors lehűlése és megszilárdulása során keletkeztek.

7.15. ábra. Kromit (FeCr2O4). 1200 °C fölött, a likvidmagmás szakaszban kiváló kőzetek egy alkotója.

7.16. ábra. Kvarc. Ez az ásvány magmás, üledékes és metamorf kőzetekben is előfordul. A nagy és szép kristályok általában pegmatitos vagy hidrotermás ásványtársulásokban keletkeznek.

7.17. ábra. Kvarckristály (ún. Herkimer-gyémánt) dolomit anyakőzetben. Általában a kvarckristály valamilyen felületen nő, ezért csak az egyik vége szabályos. A Herkimer gyémánt kis üregekben, az üreg falát alig érintve nő, így mindkét vége szabályos, vagyis megtalálható a kristálynak mind a 18 oldala.

7.18. ábra. Üledékes mészkőfal Fokváros közelében. A réteges szerkezet kitűnően látható.

7.19. ábra. Bauxit. Jellemzően üledékes ásvány, mely alumínium-szilikát tartalmú kőzetek mállása során keletkezik.

7.20. ábra. Korhadt faágra kristályosodó gipsz. Üledékes képződmény, mely rövid, alig néhány tíz év alatt is kifejlődik. Az itt látható példány Ausztráliából származik.

7.21. ábra. Löszbaba. Üledékes homokkőkonglomerátum Miskolc környékéről.

7.22. ábra. Antracit, a legjobb minőségű szén

7.23. ábra. Grafitpala. Metamorf ásvány, mely az elsődleges ásvány nagy nyomáson és hőmérsékleten történő átalakulása során jött létre.

Amennyiben a magma szép lassan, a nagy nyomás hatására a kéreg hidegebb régióiba szivárog, a megszilárdult anyagot intrúziós, vagy mélységi magmás kőzetnek nevezzük. Erre a legjobb példa a nagyon sok helyen előforduló, földpátból, kvarcból és csillámból álló gránit. A lehűlés ilyenkor lassú folyamat, mely időt enged a kristályosodásnak, és melynek során az egyes hőmérsékleti tartományokban más és más anyagok válnak ki.

Ahogy a magmás kőzet kezd szilárdulni, az egyes komponensek első közelítésben olvadáspontjuk, illetve oldhatóságuk (fordított) sorrendjében válnak ki. Persze jól tudjuk, hogy ez csak egy ökölszabály, hiszen már egy kétkomponensű rendszer szilárdfolyadék fázisegyensúlya is sokszor elég komplikált. Micsoda bonyolult viszonyok lehetnek a magmában, melynek számtalan anyagi összetevője van, ráadásul a nyomás és hőmérséklet is igen nagy!

1200 °C fölött, az ún. likvidmagmás tartományban különböző Cr, Fe, Titartalmú kőzetek, pl. a kromit (FeCr2O4, 7.15. ábra), magnetit (Fe3O4, 4.7/b. ábra) és ilmenit (FeTiO3) válnak ki. A főkristályosodás szakaszában 7001200 °C között keletkezik a mélységi magmás és kiömlési kőzetek döntő többsége. Ekkor keletkeznek a legfontosabb magmás ásványok, a különböző kőzetalkotó szilikátok, és itt kezd kiválni a kvarc is. Ebben a hőmérséklettartományban a magma nagy része megszilárdul.

A főkristályosodás után megmaradt magma az utómagmás folyamatokban szilárdul meg. 700–500 °C között az olvadék már feldúsult néhány ritka elemben (pl. Be, B, Sn, Mo, U), valamint néhány könnyen illó anyagban, főként széndioxidban és a vízben. Az anyag ebben az állapotában gyakran tölt ki föld alatti üregeket és néha hatalmas kristályokat alkot. Az ilyet pegmatitnak nevezik. Ezek általában alig néhány tíz méter kiterjedésűek, de kivételes esetben lehetnek jóval nagyobbak is. Nagyon híres pl. a svédországi Ytterby városka melletti hatalmas pegmatit, melyben négy, addig ismeretlen elemet találtak. Ezek nevei, az ittrium, itterbium, terbium és erbium, a városka nevére utalnak. Pegmatitos képződésű számos drágakő, így a topáz, az akvamarin, a turmalin, a rubin, a zafír és a cirkon.

A pegmatitos szakasz során, illetve után az olvadék egyre gazdagabb a könnyen illó anyagokban, főként a vízben. Ezért 500 °C alatt már nem is tekinthető az anyag olvadéknak, sokkal inkább oldatnak. Itt kezdődik a lehűlés és az ásványképződés hidrotermás szakasza.

És íme, máris az oldhatósági egyensúlyoknál vagyunk. Megjelennek a forró és melegvizes oldatok és ettől kezdve az egyes anyagok kiválását az oldhatósági egyensúlyok szabályozzák. A hidrotermás ásványképződési szakaszban keletkezik a színesfémércek nagy többsége, a szfalerit (ZnS), a galenit (PbS), antimonit (Sb2S3), és egyéb szulfidok, de ekkor keletkezik a kvarc1 (SiO2), a kalcit (CaCO3), a barit (BaSO4) és még számos fontos ásvány.

Az egyes ásványok felszínre kerülése után a víz, a jég, a szél és a hőmérsékletváltozások hosszú idő alatt a kőzetek erózióját okozzák. Kis túlzással állíthatjuk, hogy amint megszilárdul a magmás kőzet, máris romlikbomlik, mállik, pusztul. Az erózió során nemcsak fizikai, de kémiai, sőt biológiai változások is bekövetkezhetnek. A kőzetszemcséket aztán a szél, a víz, a gleccserek magukkal sodorják, majd valahová lerakják. Így keletkeznek az üledékes ásványok. Üledékes ásványok a homokkő, a lösz, a mészkő, melynek nagy része tengeri állatok vázából képződött évmilliók alatt, és ilyen az alumíniumgyártás alapanyaga, a bauxit is.

A szén szintén üledékes kőzet, mely a szénképződés, vagy ahogy mondják, a szénülés során keletkezik. A folyamat mocsári, lápos vidéken mehet végbe, ahol a növények elhalásuk után víz alá kerülnek. Emiatt egyrészt nem következik be a szerves anyag levegőn történő oxidációja, másrészt az iszappal való betemetődés megakadályozza, hogy a baktériumok és gombák a növényi anyagot lebontsák. A folyamat előrehaladtával néhány millió év alatt először tőzeg, lignit, majd barnaszén, kőszén, végül antracit keletkezik. Eközben illékonyanyagtartalma és térfogata fokozatosan csökken, széntartalma pedig közel 100%ra nő.

A tőzeg mocsarakban, lápokban felhalmozódó elhalt vízinövények maradványaiból elsősorban biokémiai folyamatok során képződő üledék. Nedvességtartalma nagy, akár a 90%ot is elérheti, hamutartalma 6–30%. Fűtőértéke kicsi. A tőzeg akkor alakul tovább kőszénné, ha a terület lassú süllyedése miatt további üledékrétegek halmozódnak fel rajta. Ekkor a nyomás és a hőmérséklet növekedése miatt az anyag tömörebbé válik és víztartalma nagy részét elveszíti.

A lignit a legfiatalabb, még erősen fás szerkezetű szén, mely a tőzegből geokémiai folyamatok során képződik. Nagy nedvesség és hamutartalma miatt fűtőértéke kicsi (3,5–10 MJ/kg), viszont előnye, hogy nagy mennyiségben található nem túl vastag takarórétegek alatt, ezért külszíni fejtéssel egyszerűen kitermelhető.

A barnakőszén 20–120 millió évvel ezelőtt képződött. Színe barna, feketésbarna, ritkábban fekete. Úgy 6% hamut és 20–70% vizet tartalmaz. Fűtőértéke kb. 27 MJ/kg. Fiatal geológiai kora következtében a Föld felszínéhez közel helyezkedik el.

7.36. feladat

Mi a különbség oldat és olvadék között?

A feketekőszén nagy szénülési fokú (80–92%), kis hamu és nedvességtartalmú szén. Fekete, zsírosan fénylő, üledékes kőzet. Fűtőértéke magas. A szénülés utolsó szakaszában, 100–400 °C hőmérséklettartományban keletkezik az antracit, mely már 92–98% szenet tartalmaz. Fűtőértéke a legmagasabb: 29–33 MJ/kg. Kínában, Vietnamban, az USAban Pennsylvania államban, Oroszországban, Ukrajnában és DélAfrikában bányásszák. Ha a hőmérséklet és a nyomás tovább növekszik, metamorf átalakulás nyomán az antracit grafittá alakul.

7.10. táblázat. Földtörténeti korszakok

Főidő	Idő	Időszak	Kor	Kezdete (millió éve)
prekambrium	archeozoikum (ősidő)			4600
	proterozoikum (előidő)			2500
		kambrium		542
		ordovícium		488
	paleozoikum	szilur		444
	(óidő)	devon		416
		karbon		359
		perm		299
fanerozoikum	mezozoikum (középidő)	triász jura kréta		251 200 146
			paleocén	65
			eocén	56
		harmadidőszak	oligocén	34
	kainozoikum		miocén	23
	(újidő)		pliocén	5,3
			pleisztocén	1,8
		negyedidőszak	holocén (jelenkor)	0,01

7.36. megoldás

Elvi különbség nincs. Egy vizes oldat tekinthető például vízolvadéknak

is. A gyakorlatban, amikor egy elegy egyik komponense nagy mennyiségben van jelen a másikhoz (többihez) képest, akkor ezt a komponenst oldószernek, az elegyet oldatnak tekintjük. Az viszont természetes, hogy az oldószer az olvadáspontja felett olvadék.

A kőszénképződés legismertebb és legjelentősebb időszaka a karbon kor. A magyarországi kőszenek közül a Mecsek feketeszene a jura időszakban, az Ajka környéki barnakőszén a kréta időszakban képződött. A tatabányai szénmedencében lelhető barnaszenek az eocén, az Északi Középhegységben található barnaszenek pedig a miocén korban keletkeztek. (A földtörténeti korszakok a 7.10. táblázatban láthatók). Működő lignitbányák vannak Gyöngyösvisonta és Bükkábrány térségében. Ez utóbbiakból származik a hazai villamosenergiatermelés harmada.

A magmás vagy üledékes kőzetek idővel eltemetődnek, felmelegszenek, a rájuk ható nyomás is megnő, és mindez újabb változásokat indukálhat. E másodlagos folyamatok során új ásványok és kőzetek alakulhatnak ki. Ezt a folyamatot nevezik metamorf átalakulásnak. Tipikus metamorf ásvány a márvány, mely összetételét tekintve éppen úgy CaCO3, mint a kalcit, a kréta vagy a mészkő, melyek csupán mikroszerkezetükben térnek el egymástól.

Végül megjegyezzük, hogy nemcsak az élettelen természetben jöhetnek létre ásványok, az élővilágban is létezik ilyesmi. A csigák, kagylók héja, a korallok váza, vagy akár a fogak, csontok felépülése, a nem éppen kívánatos vesekő, epekő, vagy az érfalak rugalmatlanságát okozó érelmeszesedés kialakulása is mind egyfajta ásványképződési folyamat, ún. biomineralizáció eredménye.

1 Az egyes anyagok gyakran széles hőmérséklettartományban képződnek. Ilyen pl. a kvarc is, mely a 800 °Ctól 400 °Cig válik ki. A képződés hőmérsékletére a kristály szerkezetéből lehet következtetni.

Tartalomjegyzék

Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

Nyomtatott megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 664 114 6

Kémia

A kémiának számos ága létezik (szerves, szervetlen, fizikai, analitikai, bio- és polimer-kémia stb.), de általános kémia nevű diszciplínát nem ismerünk. Mégis: a General Chemistry, Allgemeine Chemie, Общая химия kifejezések jól ismertek az egész világon. A világ minden részén százszámra találhatók ilyen címmel könyvek, és aligha van olyan egyetemi kémia fakultás, ahol ez a tantárgy ismeretlen. Az általános kémia kurzusok és könyvünk célja az, hogy az olvasó középiskolából hozott kémiai ismereteit olyan szintre segítse, amelyre a fenti szaktárgyak alapozhatnak. Feladata az alapfogalmak definiálása, mintegy a kémiai nyelv alapszókincsének megismertetése, a fontosabb fizikai és kémiai jelenségek és összefüggések megvilágítása.

A könyv több – tipográfiailag is elkülönített – szinten használható. Anyaga a középiskolai kémiától elvezet az egyetemek másod- és harmadéves fizikai kémia tárgyáig. A fontos jelenségek mellé a haladók számára mélyebb magyarázatokat mellékel, melyeket a kezdők nyugodtan átugorhatnak anélkül, hogy ez gátolná a fő gondolat-menet megértését. Az olvasót számos érdekesség, tudománytörténeti kitekintés, rengeteg színes ábra, fénykép és több száz kidolgozott példa is segíti.

Könyvünk elsőrendű célja tehát adott: bevezetés vagy inkább átvezetés a felsőfokú kémiába. A megcélzott olvasókör is adott: érdeklődő középiskolásoknak éppúgy szól, mint első- és másodéves, kémiát tanuló egyetemi hallgatóknak. Emellett ajánlható a középiskolák kémiatanárainak is: számos, a középiskolákban is könnyen használható anyagot tartalmaz – másként, mint ahogyan a középiskolákban általában tanítani szokás. Végül, de nem utolsósorban ajánljuk a könyvet mindazoknak, akik bármikor, bármilyen szinten belekóstoltak vagy belemerültek a kémia izgalmas világába.

Hivatkozás: https://mersz.hu/altalanos-kemia-uj//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero