Mineralogie - věda o minerálech (= nerostech) - termín pochází z latinského „minera“ = ruda Zemská kůra je složena z hornin a ty z minerálů: - horniny mohou být polyminerální (žula = granit), nebo vzácněji monominerální (vápenec, některé pískovce) Nerost /minerál/ - pevná látka, anorganická homogenní přírodnina (většinou s definovatelnou strukturou – krystalická látka), jejíž chemické složení se dá vyjádřit vzorcem Mezi nerosty však počítáme také: - rtuť (Hg) - některé přírodní amorfní látky (opál) - látky analogické pozemským minerálům z jiných kosmických těles pozn. U amorfních látek je rozložení stavebních částic nahodilé, nepravidelné. Znaky a vlastnosti (u každého minerálu): 1. Chemické složení (chemismus) – vzorec, vytváření pevných roztoků, izomorfní příměsi (příklady křemen, plagioklasy, sfalerit) 2. Struktura 3. Krystalografie (soustava, bodová grupa = oddělení, vůdčí krystalové tvary) 4. Fyzikální vlastnosti – hlavní poznávací znaky, podobnost (barva, hustota, tvrdost, štěpnost, lesk a jiné: magnetismus, radioaktivita, luminiscence, rozpustnost ve vodě a v činidlech, …..) 5. Geneze (podmínky vzniku a výskytu, asociace – parageneze) - za kterých podmínek a v jakém prostředí minerál vzniká, je stabilní, v jakých společenstvech minerálů se nachází, - přeměny minerálu a jejich příčiny 6. Topografická mineralogie 7. Význam minerálu v geologii, průmyslové využití Dílčí disciplíny mineralogie a) mineralogie všeobecná ( = krystalografie) - krystalografie morfologická - krystalografie strukturní - krystalografie fyzikální (studuje fyzikální vlastnosti minerálů) - krystalochemie - technická krystalografie a mineralogie využití minerálů v průmyslu, studium pevné fáze mineralogickými metodami - experimentální mineralogie (hraniční disciplína s fyzikou pevné fáze a chemií) laboratorní disciplína: syntéza fází, analogických minerálům, stanovení podmínek krystalizace b) mineralogie systematická - studuje a popisuje charakteristické znaky a vlastnosti jednotlivých minerálů a třídí je do přirozené soustavy (systému) - na základě příbuznosti chemické a strukturní - genetická mineralogie sleduje procesy a podmínky vzniku minerálů v přírodě - topografická mineralogie Definice krystalu a) pohled strukturní - těleso s trojrozměrným periodickým uspořádáním stavebních částic (atomů, iontů, molekul) - způsobu rozmístění stavebních částic v krystalu říkáme krystalová struktura Geometrickým vyjádřením periodicity krystalu je krystalová mřížka Starší definice : krystal je anizotropní, homogenní diskontinuum b) pohled morfologický - krystal je geometrický mnohostěn s určitým stupněm symetrie (ohraničení krystalovými plochami, hranami a rohy) Morfologická krystalografie Prvky morfologického omezení krystalu a) krystalové plochy - pravidelné, souměrné a nesouměrné b) krystalové hrany c) krystalové rohy (průsečíky hran krystalu) Eulerova věta: P + R = H + 2 (platí obecně jen pro monokrystaly !) Tvary jednoduché a spojky Omezení krystalu výhradně stejnocennými plochami (stejného tvaru a stejně velkými) nazýváme jednoduchým tvarem (krychle, osmistěn) Krystal omezený dvěma nebo více druhy různocenných ploch se nazývá spojka - př. “spojka krychle a osmistěnu”, “spojka prizmatu, dipyramidy a pinakoidu”, ... pozn. různocenné plochy (různého tvaru, nebo různě velké) náležejí různým jednoduchým tvarům Každý krystalový tvar má svůj název (hexagonální dipyramida, tetraedr) – mezinárodní (hexaedr) a některé i český (krychle) Jednoduché tvary můžeme rozdělit na: - uzavřené tvary (může sám omezit krystal) - otevřené tvary Krystalový tvar (pinakoid, prizma, osmistěn) je určen počtem ploch a jejich vzájemnou polohou. Úhly krystalových hran Stensenův zákon (1669) o stálosti úhlů krystalových hran: Na všech krystalech téhož minerálu (téže modifikace krystalické látky) svírají sobě odpovídající krystalové plochy stejné úhly. - na velikost úhlů hran nemá vliv různoměrný vývin krystalů - přesným změřením úhlů krystalových hran a porovnáním se známými daty lze exaktně určit daný minerál pozn. - jde o metodiku, která má však dnes jen nepatrné použití Pro měření úhlů krystalových hran se používají goniometry: - příložný goniometr - odrazový (optický) goniometr jednokruhový, - dvojkruhový Monokrystal (krystalový jedinec) x srůsty krystalů (náhodné, zákonité), x krystalický agregát (je tvořen velkým množstvím krystalových jedinců) a bývá popisován podle celkového vzhledu: – např. - lupenitý agregát slídy (muskovitu) - zrnitý agregát magnetitu - stébelnatý agregát amfibolu - celistvý agregát magnesitu Osní (osové) kříže, osní úhly - obecně má osní kříž 3 různocenné osy (x, y, z), (někdy a, b, c) navzájem svírající obecné úhly (a, b, c) – je to případ trojklonné soustavy pozn. směr (značení) os a poloha meziosních úhlů je jednoznačně určena !!! Další výše souměrné soustavy mají své specifické osní kříže: viz obr. Indexování ploch a krystalových tvarů - jde o jednoznačný popis polohy krystalových ploch v prostoru viz obr. - úseky na osách (a, b, c) - Weissovy indexy (ma : nb : pc) př. - 2a : 1/3 b : nekonečno c - Millerovy indexy ( h k l) – reciproké hodnoty odvozovacích čísel Weisse př. 001, 231, 111, ... - příklady přepočtu Weissových a Millerových indexů Prvky morfologické souměrnosti krystalů Střed souměrnosti - je inverzí jednočetné osy - krystal má střed souměrnosti, má-li každá plocha svoji středově souměrnou „proti-plochu“ Rovina souměrnosti (m) – rovina, procházející středem krystalu, která dělí krystal na dvě zrcadlově shodné poloviny Osy souměrnosti (gyry) Osa souměrnosti je přímka, procházející středem krystalu.: - můžeme kolem ní krystalem otáčet - podle toho, kolikrát se při otočení o 360^o dostane krystal do polohy shodné s výchozí, určujeme četnost osy: Značí se čísly: 1, 2, 3, 4, 6 (1-četná – slouží k označení asymetrického krystalu) 2-četná 3-četná 4-četná 6-četná Inverzní osy souměrnosti (gyroidy): prvek souměrnosti, kombinující otáčení kolem osy souměrností se zrcadlením podle středu souměrnosti. Značí se čísly s pruhem (např. 3¯) - procházejí středem krystalu, můžeme kolem nich krystalem otáčet Četnosti inverzních os souměrnosti: (1-četná = střed souměrnosti) 2-četná = rovina souměrnosti 3-četná = 3 v kombinaci se středem souměrnosti 4-četná – zvláštní prvek 6-četná – 3 v kombinaci s rovinou souměrnosti, kolmou na osu Oddělení souměrnosti = bodové grupy (32) - jsou charakterizovány jako množiny prvků (operací) souměrnosti krystalů, které jsou na sobě určitým způsobem závislé. - Operace souměrnosti jsou prvky grup. pozn. krystaly určitého minerálu spadají svojí symetrií do jedné z bodových grup V každé soustavě existuje jedno oddělení s nejvyšší symetrií, které označujeme jako holoedrické (plnoploché) oddělení. Přehled soustav a odddělení - dle tabulky - znalost holoedrických oddělení a jejich krystalových tvarů - znalost příkladů minerálů z jednotlivých soustav a oddělení a) soustavy nižší kategorie Soustava triklinická: Holoedrické oddělení pinakoidální: obecný tvar “pinakoid” – 2 plochy, spolu rovnoběžné - chalkantit (= skalice modrá) Cu SO[4] . 5 H[2]O - albit (Na-živec) Na Al Si[3] O[8] pozn. Oddělení pediální – “pedion” (jednoplochý krystalový tvar) Soustava monoklinická: Holoedrické oddělení prizmatické: obecný tvar “prizma” – 4 plochy, protínající se v rovnoběžných hranách další tvary : pinakoid - sádrovec Ca SO[4] . 2 H[2]O - ortoklas (K-živec) K Al Si[3] O[8] - wolframit, amfiboly, pyroxeny - síra b pozn. Oddělení sfenodické obecný tvar “sfenoid” (2 plochy, souměrné dle osy dvojčetné) - cukry (sacharóza) - kyselina vinná Soustava rombická: Holoedrické oddělení rombicky dipyramidální: obecný tvar “rombická dipyramida” – 8 ploch (dvojjehlan) s půdorysem kosočtverce další tvary : pinakoid, prizma - baryt Ba SO[4] - síra a - aragonit Ca CO[3] - amfiboly, pyroxeny - topaz, olivín - markazit FeS[2] - pozn. - další oddělení rombicky pyramidální rombická pyramida a) soustavy střední kategorie Soustava tetragonální: Holoedrické oddělení ditetragonálně dipyramidální: obecný tvar oddělení “ditetragonální dipyramida” – 8 + 8 ploch (dvojjehlan) základní tvar “tetragonální dipyramida” – 4 + 4 plochy (dvojjehlan s půdorysem čtverce) dále : bazální pinakoid, tetragonální prizma, ditetragonální prizma - kassiterit (cínovec) Sn O[2], - rutil Ti O[2] - zirkon Zr SiO[4] pozn. další oddělení: tetragonální pyramida + pedion, další tvary (tetragonální trapezoedr) - scheelit Ca WO[4] - chalkopyrit Cu Fe S[2] Soustava hexagonální: Holoedrické oddělení dihexagonálně dipyramidální: obecný tvar oddělení “dihexagonální dipyramida” – 12 + 12 ploch (dvojjehlan) základní tvar “hexagonální dipyramida” – 6 + 6 plochy (dvojjehlan s půdorysem pravidelného šestiúhelníku) dále : bazální pinakoid, hexagonální prizma (6 ploch), dihexagonální prizma (12 ploch) - beryl Be[3] Al[2] /Si[6 ]O[18]/ - grafit - molybdenit MoS[2] pozn. další oddělení: hexagonální pyramida + pedion, další tvary (hexagonální trapezoedr) - apatit Ca[5] /PO[4]/[3] Cl (F, OH) - křemen b Soustava trigonální (klencová): Holoedrické oddělení ditrigonálně skalenoedrické: obecný tvar oddělení “ditrigonální skalenoedr” – 6 + 6 ploch (dvojjehlan s klikatými bočními hranami) základní tvar “romboedr” = klenec – 3 + 3 plochy (proti ploše v horní části krystalu je hrana dole) dále : bazální pinakoid, hexagonální prizma - karbonáty kalcitové řady: kalcit (klenec + ditrigonální skalenoedr), dále magnezit, siderit, rodochrozit (pouze klence) pozn. další oddělení: pedion + trigonální pyramida, trigonální prizma a další tvary (trigonální trapezoedr) - křemen a - rumělka – cinabarit / HgS / a) soustava vyšší kategorie Soustava kubická: Holoedrické oddělení hexaoktaedrické: obecný tvar oddělení “hexaoktaedr” – 48-stěn /nejvýše plochý tvar vůbec/ základní tvar “oktaedr” – osmistěn dále : hexaedr (krychle), dodekaedr rombický (dvanáctistěn kosočtverečný), 24 – stěny Krystalům ideálně vyvinutým lze opsat kouli (jsou izometrické) - granáty (almandin, ...) - rombický dodekaedr - Cu, Ag, Au – většinou nevytváří krystaly - diamant (oktaedr) - fluorit CaF[2] , halit (krychle) - galenit PbS - magnetit (osmistěn) Fe[3]O[4] pozn. důležité tvary z dalších oddělení: - tetraedr (čtyřstěn) – tetraedrit, sfalerit /Zn S/ - pentagondodekaedr (dvanáctistěn pětiúhelníkový) – pyrit Fe S[2] (též krychle) Krystalové srůsty a) nahodilé b) zákonité - paralelní (rovnoběžné) – plochy a hrany všech srostlých individuí jsou rovnoběžně orientovány /typicky u křemene, barytu, kalcitu, ...) - dvojčatné srůsty – dva i více jedinců srůstá v poloze, definovatelné pomocí určité dvojčatné roviny nebo osy dvojčatění Typicky dvojčatí sádrovec podle roviny 100 (roviny dané osami yz), běžně dvojčatí živce /K-živce podle karlovarského zákona, plagioklasy podle albitového zákona – roviny 010 /. U živců vzniká často opakovaný, mnohočatný srůst tzv. polysyntetický srůst krystalů.