Vazby, struktury,
povrchy
Prvky a periodický systém
Elektronová struktura
Kvantová čísla:
hlavní n = 1, 2, 3... : určuje hlavní část energie elektronu a průměrnou
vzdálenost od jádra vedlejší (azimutální) I = 0, 1, ..., n-1: celkový úhlový moment a tvar orbitalu magentické m = - I, ..., 0, ..., I: určuje z-komponentu úhlového momentu a tedy
orientaci orbitalu spin ms = - 1/2, +1/2: určuje spin elektronu Pauliho princip výlučnosti - žádné dva elektrony v elektronovém obalu
nemohou mít všechna kvantová čísla stejná Princip obsazování orbitalu:
2s2p 3s3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p
2e
8<
8<
18e
18e
32 e
32 e
Vazby a velikosti
Vazby: mezní typy vazeb - kovalentní, iontová, kovová, Van der Waalsova, vodíková - ve strukturách minerálů se většinou setkáváme s jejich kombinacemi
Velikosti stavebních částic minerálů
U neutrálních atomů závisí jejich poloměr na atomovém čísle, tedy na počtu
elektronů v elektronovém obalu atomu. U nabitých částic - ionů - závisí v hlavní míře na jejich náboji. Obecně platí, že
čím vyšší je jejich kladný náboj, tím jsou menší - výrazné přitahování
kladným nábojem protonů jádra; čím je vyšší záporný náboj, tím jsou větší
- vzájemné odpuzování stejných nábojů elektronů. Relativní srovnání iontových poloměrů nejzastoupenějších prvků v zemské kůře
(čísla udávají poloměr v pm - pikometrech - 10-9 m)
Velikosti
■s 100
a   80
koordinační číslo
Základy výstavby struktur
Když se Robert Hook v roce 1665 zamýšlel nad podstatou pravidelných tvarů krystalů, došel k závěru, zeje
to důsledek pravidelného ukládání malých kulových částic:
„[...] A tak se domnívám, že kdybych měl čas a příležitost, mohl bych prokázat, že všechny tyto pravidelné
útvary, jež jsou tak nápadně rozmanité a zvláštní a v takové míře zdobí a zkrášlují tak mnohá tělesa ... mají
s největší pravděpodobností původ ve třech nebo čtyřech polohách či postaveních kulovitých částic ... A to
jsem také názorně demonstroval se souborem kuliček a s několika málo dalšími velmi jednoduchými tělesy,
takže mohu říci, že ani jediný pravidelný tvar, s nímž jsem se dosud setkal, není takový ... abych ho
nemohl napodobit pomocí souboru kuliček a jednoho nebo dvou dalších těles, k čemuž dokonce někdy
téměř úplně postačí setřepat tyto částečky dobře dohromady."
Hook Robert (1665): Micrographia, or Some physiological Description of Minute Bodies made by Magnifying
glasses with observations and Inquiries thereupon. Jo. Marty n and Ja. Allestry, London.
ŕí'íŕi-í'-*-;- '•!■'■■ '•■',•■'•■*"*• -»l-y *••*<• ■*•■*• i •! ■>!"',•
By ihc Council of the Roy at. Society of LorJon Tor Improving oFNatural Knowledge.
On!cícd,7fjí (frEwtiTfJi™ i} Heben, fk&cjt j,fdW/lttSnath
r'rtiVj.W,   Mii|:,.:i..|\i,   *.,  f.ny l'|:. fo|u.'.-L.H   ücJbipiioTäol'
MuijftBodi^mjde bj Agnizing Gbfei.vkli ObTemimn nd liv|ulrki ihnčnp«! FtfiiotJlj JübiMutyn^Juns? Altír ry.
BhOÜKCKF.k. P.RiS.
+Mwm«4*:«4*« *w«4wwwi-t+
MICROGRAPHÍA:
Oft   SdüA
MINUTE^ BODIES
M A O E   BY
M A G N I I  ľ I K G    G L A S-Sfi'i
w r t it
Oni uvití o* i jnJ   íweum fIÍ íhetwpon-
em- wočffZ; ftitowífte it.   ~r—.  ;—

í
-ä *
Tl0:
1
Uspořádán
r
A    A    A    A
TYT
- 2 vrstvy
dutina
s :c:w/,:\ ckou
symetrií
Uspořádání - 2 vrstvy
dutina
s oklaedrickcHj
symetrii

diriiny s ůktaed nehou iymrtni
^r
i   i
duliny ä lAlnäädriCfcúu
^melril
ph'léheilci dutiny * teírgednckau ä Crtrasd riekou iyťťttilni
Uspořádání - 3 vrstvy
■:
T
kubická plošné centrovaná mHíka
m
kubická pldSnŕ oertnovariá mřiika - dutiny s oMaedrickoui s (etrwdrickDu symetrii
Uspořádání - 3 vrstvy

ubřcká plodně centrovaná mřiřka - dutiny loktaedric kou a tetraedriekou symetrii
^     •
hflxagofiáinf mrijna
Uspořádání
skupina	obecný vzorec*	ke křemení	poměr MO:Si02	minerál	vzorec
1          Si02		°^		křemen	Si02
tekto-	MSi2AI208	AI ^ Si	1T4	anortit	CaSi2AI208
______________|					
fyič^	M3Si4O10(OH)2	O^OH    r ->Si	3T4	________________ mastek	________________________ Mg3Si4O10(OH)2
M6Si4O10(OH)8		o^oh r -^Si	STS	chlorit	(Mg,Fe,AI)6 (Si,AI)4O10(OH)8
ino-	MSi03	^ši   r	n	enstatit	MgSi03
		^		diopsid	CaMgSi206
neso-	M2Si04	^ši	2T1	olivín	(Fe,Mg)2Si04
Olivín - (Mg, Fe)2Si04
<
v

<
A
y
Mezi vrstvou A a B jsou střídavě obsazovány oktaedricke {Mg-Fe)
a tetraedrické dutiny (Si).
Olivín - (Mg, Fe)2Si04
Olivín - (Mc						1, Fe)2Si04 04 14					
	J	(	i i	TTTT ^.▲.i        Ik.^KW J        Ik	J	i	1 1	►	► "		
									SiO, 4		
								►	i	m	
1		^	M			^	w<		(Mg.FeJO,		
Pyroxeny - diopsid Ca(Mg, Fe)Si206
Mg, Fe
		
.		
y       V T ÁJk   A   A		A.
CaO
Mezi vrstvou A a B jsou obsazovány jen oktaedrícke dutiny (Ca, Mg-Fe), mezi vrstvou B a C pouze tetraedrícké dutiny (Si).
Pyroxeny - diopsid
■
Mg. Fe  |	m
<_-n	
•                                   •
(Mg, Fe)Öe
Ca(Mg, Fe)Si206
Mezi vrstvou A 3 B jsou obsazovány jen oktaednckě dutiny {C3. Mq-Fc;-.
Mezi vrstvou B a C jsou obsazovány pouze tetraedrické dutiny (Si)
Pyroxeny - diopsid Ca(Mg, Fe)Si206
(Mg, Fe Of
(Mg, Fe)06
Amfiboly - NaCa2(Mg, Fe, AI)5(OH)2(Si, Al)8022
(Mg, Fe)<
Mg, Fe

Na. K
Mezi vrstvou A a B jsou obsazovány jen oktaedrické dutiny (Ca, Mg-Feř Al, Na, K), mezi vrstvou B a C pouze tetraedrické dutiny (Si).
(Na. K)Oc
Amfiboly - NaCa2(Mg, Fe, AI)5(OH)2(Si, Al)8022
,   A
M«i vetvou A ň & jjotr otoai^any jen chtaedftcftŕ dubny (Ca. Wg-Fe.Ar. Na. K}
CaO(   (Hg.Fe>Ot
Men vrvtvw G a C j»u oösaiovany pouze tetiraeůítciíe dviUny (Si. Ai)
Amfiboly - NaCa2(Mg, Fe, AI)5(OH)2(Si, Al)8022
CaOÉ   (Mg, Fe)06
T
AIO.       NaOfi
(Na. K)06
Fylosilikaty - mastek Mg3(OH)2Si4O10
\ř
x
L              A
A
A
A A Á A.
Mezí vrstvou A a B jsou obsazovány jen oktaedrické dutiny (Mg), mezi vrstvou B a C pouze tetraedrické dutiny (Si).
Fylosilikaty - mastek Mg3(OH)2Si4O10
• • • •
Mezi vrstvou A a B jsou obsazovány všechny ofclaedrické duliny (Mg).
Mezi vrstvou B a C jsou obsazovány pouze tetraedricfcé dutiny (Si).
Fylosilikaty - mastek Mg3(OH)2Si4O10
m
m
v.
w
MgOe
Fylosilikaty - mastek Mg3(OH)2Si4O10
m
m
v.
w
MgOe
04 18a
Fylosilikáty -				- pyrofillil			t AI2(OH)2	!SÍ4O10
1     **	* í				L     Jt                                            \      /		•	i       ^
								^^m
m								A!0
	^^			•				
J
A  A.
SiO
X
Mezi vrstvou A a B jsou obsazeny 2/3 oktaedrických dutin (AI), mezi vrstvou B a C jsou obsazovány pouze tetraedrické dutiny (Si).
Fylosilikáty - pyrofillit AI2(OH)2Si4O10
I 1	
	
0° 1 #	*
	w
J^k	
£ 1 <	H
•
*
0
0 0
Mezi vrstvou A a B jsou obsazeny 2/3 oktaedrtckých dutin (Al)
jedná se pak o diokíaedrieké fylosilikáty.
Mezi vrstvou B a C jsou obsazovány pouze tetraedncke dulmy (Si).
Fylosilikáty - pyrofillit AI2(OH)2Si4O10
A
*
a
* *
Fylosilikáty
Mg, Al
van der Waalsova s.
kaolinit AI4(OH)8Si4O10 (dioktaedrický), serpentin Mg6(OH)8Si4O10 (trioktaedrický)
Fylosilikáty
T" T
A        A,
t    t
v
Mg, Al
AtO,             Si04
van der Waalsova s
pyrofilit AI2(OH)2Si4O10 (dioktaedricky), mastek Mg3(OH)2Si4O10 (trioktaedricky)
Fylosilikáty
A
A
A
kaolin it AI JOH^Sip^ ídioktaedrlcký)
i&rpŕrttin Mg {OH} Sip   ítriůktaedrieký)
	
M06	
	
	
(Si. AI A
T: 0= 1 : 1
r\
pyjpfilit A\JiOH} fi\filt ídiůkwwlrický} m«t*k Mg/OHJjS^O,, itrioktaedricky)
muskovit NdAI^OHJ^Si^DO,. (dioktaedrkky) flogopit KMg ^OH),ÍSi j AI)O,0 (i f íůkiaed rk ký)
A
montmonillorir (Na, Ca) (Al, MgyOH^Sip^ X fl KÜ (diukraedritký) věcmi, Jit [M* Fe, Al},«™,!«. W,On * 4 H,0 (trioktaedrickyl   ^        fe     (QH)
T:0 = 2:1
T:0 = 2: 1 :1
Tektosilikáty
tektotlllkáty
dvojCstná osa (h)
živce
I zrcadlová rovina £010)
Koordinační čísla
poměr rkat/r02
0,73-1
0,41 -0,73
0,22-0,41
0,15-0,22
koordinační číslo
koord. polyedr
středy hran krychle
hexaedr
oktaedr
tetraedr
uprostřed trojúhelníka
C4+ vždy obsazuje mezery mezi třemi kyslíky (karbonáty)
Si4+ obsazuje pozice v tetraedrických dutinách (může být zastoupen také AI3H
alumosilikáty, výjimečně Ti4+ - pyroxeny, amfiboly)
další ionty (Fe3+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, Ca2+, Na+) obsazují oktaedrické dutiny v
nejtěsnějším uspořádání kyslíků, přičemž se ve strukturách dobře zastupují
(obsazují strukturně stejné pozice): Fe3+-Mg2+-Fe2+-Mn2+, Ca2+-Na+
K+ obsazuje pozice kyslíků, stejně jako skupiny OH-
Povrchy - dvojvrstva
Elektrická dvojvrstva
Iontová výměna
Povrchy - sorpce
■orpet Pb ntQortifaj
z) C:)   u
K
%%?>%?£&)
ľwr^W
Fe
'Fe
)V_y
Fe
Koloidy
Povrchy - hustoty e STEM
Atomic-scale imaging of mica is one of the standard resolution tests for ambient SPMs. Even though the SPM tip is many atoms wide, atomic-scale resolution is possible due to the periodic arrangement of the atoms. Images were taken in air in constant-height mode using Microlevers. Purdue University.
:.#*
Povrchy - hustoty e STEM
••
*••
Freshly cleaved mica was attached to a standard microscope slide by double-sided adhesive and mounted onto a standard BioScope sample stage atop a Zeiss Axiovert 135 inverted optical microscope. The mica was imaged in contact mode using standard 450um long, single arm, etched silicon probes. Shown is a deflection image taken at a scan rate of 24.4Hz with integral gain set to 0.665 and proportional gain set to 0.176. Purdue University.
•_••
Povrchy - sorpce STEM
STM image of cyclopentene molecules on Ag(111) surface. It has long been thought that inhomogeneities such as defects and/or steps on metal surfaces act as sites for preferential chemical reactivity. This images shows a silver surface which has been exposed to cyclopentene. The cyclopentene molecules clearly adsorb almost exclusively along specific lines. These lines coincide with the locations of steps on the underlying silver surface. In this image, each round ball is a single cyclopentene molecules (Copyright R.J. Hamers and X. Chen).