A hidrogén-szulfid a magma egyik fő illékony összetevője. A fémekkel aktívan kölcsönhatásba lépve számos vegyületet képez. A hidrogén-szulfid származékait a földkéregben több mint 200 ásvány - szulfidok - képviselik, amelyek, mivel nem kőzetképzők, általában kísérnek bizonyos kőzeteket, értékes nyersanyagok forrásaként. Az alábbiakban áttekintjük a szulfidok és a hozzájuk közel álló vegyületek főbb tulajdonságait, valamint figyelmet fordítunk felhasználási területeikre is.
Az összetétel és a szerkezet általános jellemzői
A periódusos rendszer több mint 40 eleme (általában fémek) képez vegyületeket kénnel. Néha helyette arzén, antimon, szelén, bizmut vagy tellúr van jelen az ilyen vegyületekben. Ennek megfelelően az ilyen ásványokat arzenideknek, antimonidoknak, szelenideknek, bizmutidoknak és telluridoknak nevezik. A hidrogén-szulfid származékaival együtt tulajdonságaik hasonlósága miatt mindegyik a szulfidok osztályába tartozik.
Az ebbe az osztályba tartozó ásványokra jellemző a kémiai kötés kovalens,fém alkatrész. A leggyakoribb struktúrák a koordináció, a sziget (klaszter), néha réteges vagy lánc.
A szulfidok fizikai tulajdonságai
Gyakorlatilag minden szulfidra jellemző a nagy fajsúly. A keménység értéke a Mohs-skálán a csoport különböző tagjainál széles skálán mozog, és 1-től (molibdenit) 6,5-ig (pirit) terjedhet. A legtöbb szulfid azonban meglehetősen lágy.
Néhány kivételtől eltekintve a kleofán egyfajta cinkkeverék vagy szfalerit, az ebbe az osztályba tartozó ásványok átlátszatlanok, gyakran sötétek, néha fényesek, ami fontos diagnosztikai tulajdonságként (egyébként fényesként) szolgál. A tükrözőképesség közepestől magasig terjedhet.
A legtöbb szulfid félvezető elektromos vezetőképességű ásvány.
Hagyományos besorolás
Az alapvető fizikai tulajdonságok közössége ellenére a szulfidoknak természetesen vannak külső diagnosztikai eltérései, amelyek szerint három típusra oszthatók.
- Pyrites. Ez a szulfidok csoportjába tartozó ásványok gyűjtőneve, amelyek fémes fényűek és sárga vagy sárga árnyalatúak. A pirit leghíresebb képviselője a pirit FeS2, más néven kén- vagy vaspirit. Ide tartozik még a kalkopirit CuFeS2 (réz-pirit), arzenopirit FeAsS (arzén-pirit, más néven talheimit vagy mispikel), pirrotit Fe7S8 (mágneses pirit, magnetopirit) ésmások.
- Glitter. Így nevezik a fémes fényű és szürkétől a feketéig terjedő színű szulfidokat. Az ilyen ásványok tipikus példái a galéna PbS (ólomfény), a kalkocit Cu2S (rézfény), molibdenit MoS2, antimonit Sb2S3 (antimon fényű).
- Hamisítványok. Ez a szulfidok csoportjába tartozó ásványok neve, amelyeket nem fémes csillogás jellemez. Az ilyen szulfidok tipikus példái a szfalerit ZnS (cink keverék) vagy a cinóber HgS (higanykeverék). Ismert még a realgar As4S4 - vörös arzén keverék és orpiment As2S3 - sárga arzénkeverék.
Kémiai jellemzők különbségei
Egy modernebb besorolás a kémiai összetétel jellemzőin alapul, és a következő alosztályokat tartalmazza:
- Az egyszerű szulfidok egy fémion (kation) és egy kén (anion) vegyületei. Ilyen ásványok például a galéna, a szfalerit és a cinóber. Ezek mind a hidrogén-szulfid egyszerű származékai.
- A kettős szulfidok abban különböznek egymástól, hogy több (két vagy több) fémkation kötődik a kén-anionhoz. Ezek a kalkopirit, bornit („tarka rézérc”) Cu5FeS4, sztannin (ón-pirit) Cu2FeSnS4 és más hasonló vegyületek.
- A diszulfidok olyan vegyületek, amelyekben a kationok az S2 vagy AsS anionos csoporthoz kapcsolódnak. Ide tartoznak a szulfidok és arzenidek (szulfoarzenidek) csoportjába tartozó ásványok, mint például a pirit,a leggyakoribb, vagy arzén-pirit arzenopirit. Ebbe az alosztályba tartozik a kob altin CoAsS is.
- Komplex szulfidok vagy szulfosók. Így nevezik a szulfidok, arzenidek és a hozzájuk összetételükben és tulajdonságaikban közel álló vegyületek csoportjába tartozó ásványokat, amelyek tiosavak sói, mint például a tiomarzén H3AsS 3, tiobiszmut H3BiS3 vagy tioantimon H3SbS 3. Így a szulfosók (tiosók) alosztályába a lillianit ásvány Pb3Bi2S6 ill. az úgynevezett Fahlore Cu3(Sb, As)S3.
Morfológiai jellemzők
A szulfidok és diszulfidok nagy kristályokat képezhetnek: köbös (galéna), prizmás (antimonit), tetraéderek (szfalerit) és más konfigurációk formájában. Sűrű, szemcsés kristályos aggregátumokat vagy fenokristályokat is képeznek. A réteges szerkezetű szulfidok lapos, lapos vagy foltos kristályokat tartalmaznak, például orpimentumot vagy molibdenitet.
A szulfidok hasítása eltérő lehet. A piritben nagyon tökéletlen és a kalkopiritban tökéletlentől az egy (orpiment) vagy több (szfalerit, galenit) irányban nagyon tökéletesig változik. A törés típusa sem azonos a különböző ásványoknál.
A szulfidásványok keletkezése
A legtöbb szulfid hidrotermális oldatokból történő kristályosítással keletkezik. Néha ennek a csoportnak az ásványai magmatikusakvagy szkarn (metaszomatikus) eredetű, és exogén folyamatok során is kialakulhat - redukáló körülmények között másodlagos dúsulási zónákban, esetenként üledékes kőzetekben, például piritben vagy szfaleritben.
Felszíni körülmények között az összes szulfid, kivéve a cinóbert, a lauritot (ruténium-szulfidot) és a sperrilitet (platina-arzenid), nagyon instabil, és oxidációnak van kitéve, ami szulfátok képződéséhez vezet. A szulfidok változási folyamatainak eredményeként olyan típusú ásványok keletkeznek, mint az oxidok, halogenidek, karbonátok. Ezenkívül bomlásuk miatt természetes fémek - ezüst vagy réz - képződése lehetséges.
Az előfordulás jellemzői
A szulfidok olyan ásványok, amelyek más ásványokkal való arányuktól függően eltérő természetű ércfelhalmozódást képeznek. Ha a szulfidok vannak túlsúlyban felettük, akkor masszív vagy folytonos szulfidércekről szokás beszélni. Egyébként az érceket disszemináltnak vagy vénásnak nevezik.
Nagyon gyakran a szulfidok együtt rakódnak le, és így többfémes ércek lerakódásait képezik. Ilyenek például a réz-cink-ólom-szulfid ércek. Ezenkívül egy fém különböző szulfidjai gyakran képezik összetett lerakódásait. Például a kalkopirit, kuprit, bornit réztartalmú ásványok, amelyek együtt fordulnak elő.
A szulfidlelőhelyek érctestei leggyakrabban erek formájában vannak. De vannak lencsés, törzsi, tározós előfordulási formák is.
Szulfidok használata
A szulfidércek rendkívül fontosak forráskéntritka, nemes- és színesfémek. A rezet, ezüstöt, cinket, ólmot, molibdént szulfidokból nyerik. Az ilyen ércekből bizmutot, kob altot, nikkelt, valamint higanyt, kadmiumot, réniumot és más ritka elemeket is kivonnak.
Ezen kívül néhány szulfidot használnak a festékek gyártásában (cinóber, orpiment) és a vegyiparban (pirit, markazit, pirrotit – kénsav előállításához). A molibdenitet amellett, hogy ércként használják, speciális száraz hőálló kenőanyagként is használják.
A szulfidok elektrofizikai tulajdonságaik miatt érdekes ásványok. A félvezető, elektro-optikai, infravörös-optikai technológia szükségleteihez azonban nem természetes vegyületeket használnak, hanem ezek mesterségesen előállított analógjait egykristály formájában.
A szulfidok egy másik alkalmazási területe bizonyos érckőzetek radioizotópos geokronológiai kormeghatározása a szamárium-neodímium módszerrel. Az ilyen vizsgálatok kalkopiritot, pentlanditot és más ritkaföldfémeket tartalmazó ásványokat – neodímiumot és szamáriumot – használnak.
Ezek a példák azt mutatják, hogy a szulfidok hatóköre nagyon széles. Alapvető szerepet töltenek be a különféle technológiákban mind nyersanyagként, mind önálló anyagként.
