Sērūdeņradis ir viena no galvenajām magmas gaistošajām sastāvdaļām. Aktīvi mijiedarbojoties ar metāliem, tas veido daudzus savienojumus. Sērūdeņraža atvasinājumus zemes garozā pārstāv vairāk nekā 200 minerāli – sulfīdi, kas, nebūdami iežu veidojošie, parasti pavada atsevišķus iežus, būdami vērtīgu izejvielu avots. Tālāk apskatīsim galvenās sulfīdu un tiem tuvo savienojumu īpašības, kā arī pievērsīsim uzmanību to izmantošanas jomām.
Kompozīcijas un struktūras vispārīgie raksturojumi
Vairāk nekā 40 periodiskās tabulas elementi (parasti metāli) veido savienojumus ar sēru. Dažreiz tā vietā šādos savienojumos ir arsēns, antimons, selēns, bismuts vai telūrs. Attiecīgi šādus minerālus sauc par arsenīdiem, antimonīdiem, selenīdiem, bismutīdiem un telurīdiem. Kopā ar sērūdeņraža atvasinājumiem tie visi ir iekļauti sulfīdu klasē īpašību līdzības dēļ.
Šīs klases minerāliem raksturīgā ķīmiskā saite ir kovalenta, armetāla sastāvdaļa. Visizplatītākās struktūras ir koordinācijas, salas (kopas), dažreiz slāņveida vai ķēdes.
Sulfīdu fizikālās īpašības
Praktiski visiem sulfīdiem ir raksturīgs augsts īpatnējais svars. Cietības vērtība pēc Mosa skalas dažādiem grupas locekļiem ir ļoti atšķirīga un var svārstīties no 1 (molibdenīts) līdz 6,5 (pirīts). Tomēr lielākā daļa sulfīdu ir diezgan mīksti.
Ar dažiem izņēmumiem kleofāns ir sava veida cinka maisījums vai sfalerīts, šīs klases minerāli ir necaurspīdīgi, bieži tumši, dažreiz spilgti, kas kalpo kā svarīga diagnostikas pazīme (kā arī spīdums). Atstarošanās spēja var būt no vidēja līdz augsta.
Lielākā daļa sulfīdu ir minerāli ar pusvadītāju elektrisko vadītspēju.
Tradicionālā klasifikācija
Neskatoties uz pamata fizikālo īpašību kopību, sulfīdiem, protams, ir ārējas diagnostikas atšķirības, pēc kurām tos iedala trīs veidos.
- Pirīti. Šis ir kopējais nosaukums minerāliem no sulfīdu grupas, kam ir metālisks spīdums un krāsa ar dzeltenu vai dzeltenu nokrāsu. Slavenākais pirīta pārstāvis ir pirīts FeS2, pazīstams arī kā sēra vai dzelzs pirīts. Tajos ietilpst arī halkopirīts CuFeS2 (vara pirīts), arsenopirīts FeAsS (arsēna pirīts, aka talheimīts vai mispikelis), pirotīts Fe7S8 (magnētiskais pirīts, magnetopirīts) unciti.
- Glitter. Tā sauc sulfīdus ar metālisku spīdumu un krāsu no pelēkas līdz melnai. Tipiski šādu minerālu piemēri ir galēna PbS (svina spīdums), halkocīts Cu2S (vara spīdums), molibdenīts MoS2, antimonīts Sb2S3 (antimona spīdums).
- Viltojumi. Šis ir sulfīdu grupas minerālu nosaukums, kam raksturīgs nemetālisks spīdums. Tipiski šādu sulfīdu piemēri ir sfalerīts ZnS (cinka maisījums) vai cinobra HgS (dzīvsudraba maisījums). Zināmi arī realgar As4S4 - sarkanais arsēna maisījums un orpiments As2S3 - dzeltens arsēna maisījums.
Ķīmisko īpašību atšķirības
Mūsdienīgāka klasifikācija ir balstīta uz ķīmiskā sastāva īpašībām un ietver šādas apakšklases:
- Vienkāršie sulfīdi ir metāla jonu (katjonu) un sēra (anjonu) savienojumi. Šādu minerālu piemēri ir galēna, sfalerīts un cinobra. Tie visi ir vienkārši sērūdeņraža atvasinājumi.
- Dubultie sulfīdi atšķiras ar to, ka vairāki (divi vai vairāki) metāla katjoni saistās ar sēra anjonu. Tie ir halkopirīts, bornīts (“raibā vara rūda”) Cu5FeS4, stanīns (alvas pirīts) Cu2FeSnS4 un citi līdzīgi savienojumi.
- Disulfīdi ir savienojumi, kuros katjoni ir saistīti ar anjonu grupu S2 vai AsS. Tajos ietilpst minerāli no sulfīdu un arsenīdu grupas (sulfoarsenīdi), piemēram, pirīts,visizplatītākais jeb arsēna pirīts arsenopirīts. Šajā apakšklasē ir iekļauta arī kob altīna CoAsS.
- Sarežģīti sulfīdi vai sulfosāļi. Tas ir minerālvielu nosaukums no sulfīdu grupas, arsenīdiem un tiem pēc sastāva un īpašībām tuviem savienojumiem, kas ir tioskābju sāļi, piemēram, tiomarsēns H3AsS 3, tiobismuts H3BiS3 vai tioantimons H3SbS 3. Tādējādi sulfosāļu (tiosāļu) apakšklase ietver minerālu lillianīts Pb3Bi2S6 vai tā sauktais Fahlore Cu3(Sb, As)S3.
Morfoloģiskās pazīmes
Sulfīdi un disulfīdi var veidot lielus kristālus: kubiskus (galēnas), prizmatiskus (antimonītu), tetraedru veidā (sfalerīts) un citās konfigurācijās. Tie veido arī blīvus, granulētus kristāliskus agregātus vai fenokristus. Sulfīdiem ar slāņainu struktūru ir saplacināti tabulas vai plankumaini kristāli, piemēram, orpiments vai molibdenīts.
Sulfīdu šķelšanās var būt dažāda. Tas atšķiras no ļoti nepilnīga pirīta un nepilnīga halkopirīta līdz ļoti perfektam vienā (orpimentā) vai vairākos (sfalerīts, galēna) virzienos. Arī lūzuma veids dažādiem minerāliem nav vienāds.
Sulfīdu minerālu ģenēze
Lielākā daļa sulfīdu veidojas, kristalizējoties no hidrotermāliem šķīdumiem. Dažreiz šīs grupas minerāliem ir magmatisksvai skarna (metasomātiska) izcelsme, un var veidoties arī eksogēnos procesos - reducējošos apstākļos sekundārās bagātināšanas zonās, atsevišķos gadījumos nogulumiežu iežos, piemēram, pirītā vai sfalerītā.
Virsmas apstākļos visi sulfīdi, izņemot cinobru, laurītu (rutēnija sulfīdu) un sperilītu (platīna arsenīdu), ir ļoti nestabili un pakļauti oksidācijai, kas izraisa sulfātu veidošanos. Sulfīdu maiņas procesu rezultātā rodas tādi minerālu veidi kā oksīdi, halogenīdi, karbonāti. Turklāt to sadalīšanās dēļ ir iespējama vietējo metālu - sudraba vai vara veidošanās.
Notikuma pazīmes
Sulfīdi ir minerāli, kas veido dažāda rakstura rūdas uzkrājumus atkarībā no to attiecības ar citiem minerāliem. Ja pār tiem dominē sulfīdi, ir ierasts runāt par masīvām vai nepārtrauktām sulfīdu rūdām. Pretējā gadījumā rūdas sauc par izkliedētām vai dzīslām.
Ļoti bieži sulfīdi tiek nogulsnēti kopā, veidojot polimetālu rūdu nogulsnes. Tādas, piemēram, ir vara-cinka-svina sulfīda rūdas. Turklāt dažādi viena metāla sulfīdi bieži veido tā kompleksos nogulsnes. Piemēram, halkopirīts, kuprīts, bornīts ir varu saturoši minerāli, kas sastopami kopā.
Sulfīdu atradņu rūdas ķermeņi visbiežāk ir dzīslu veidā. Bet ir arī lēcveida, krājas, rezervuāra sastopamības formas.
Sulfīdu izmantošana
Sulfīda rūdas ir ārkārtīgi svarīgas kā avotsreti, dārgmetāli un krāsainie metāli. No sulfīdiem iegūst varu, sudrabu, cinku, svinu, molibdēnu. No šādām rūdām tiek iegūts arī bismuts, kob alts, niķelis, kā arī dzīvsudrabs, kadmijs, rēnijs un citi reti elementi.
Papildus tam daži sulfīdi tiek izmantoti krāsu ražošanā (cinaber, orpiment) un ķīmiskajā rūpniecībā (pirīts, markazīts, pirotīts - sērskābes ražošanai). Molibdenīts tiek izmantots ne tikai kā rūda, bet arī kā īpaša sausa karstumizturīga smērviela.
Sulfīdi ir interesanti minerāli to elektrofizikālo īpašību dēļ. Tomēr pusvadītāju, elektrooptiskās, infrasarkanās optiskās tehnoloģijas vajadzībām tiek izmantoti nevis dabiskie savienojumi, bet gan to mākslīgi audzēti analogi monokristālu veidā.
Vēl viena joma, kurā tiek izmantoti sulfīdi, ir noteiktu rūdas iežu radioizotopu ģeohronoloģiskā datēšana, izmantojot samārija-neodīma metodi. Šādos pētījumos izmanto halkopirītu, pentlandītu un citus minerālus, kas satur retzemju elementus – neodīmu un samāriju.
Šie piemēri parāda, ka sulfīdu klāsts ir ļoti plašs. Tiem ir būtiska loma dažādās tehnoloģijās gan kā izejmateriāli, gan kā neatkarīgi materiāli.
