Učebnice mineralogie pro bakalářské studium

• Úvod
• Obsah
  • 1. Strukturní krystalografie
  • 2. Morfologická krystalografie
  • 3. Krystalová chemie
  • 4. Fyzikální vlastnosti minerálů
  • 5. Základní metody výzkumu minerálů
  • 6. Stabilita a vznik minerálů
  • 7. Systematická mineralogie
  • 8. Optické vlastnosti horninotvorných
    minerálů
• Učebnice
• Autoři
• Rejstřík

• 1. Strukturní krystalografie
• 1.1. Rozdělení látek podle skupenství a stavby
  • 1.1.1. Skupenství látek
  • 1.1.2. Základní vlastnosti amorfních látek
  • 1.1.3. Základní vlastnosti krystalických látek
• 1.2. Krystalické látky
  • 1.2.1. Charakteristiky ideálního krystalu
  • 1.2.2. Charakteristiky reálného krystalu
    • 1.2.2.1. Odlišnosti reálného a ideálního krystalu
    • 1.2.2.2. Stavba reálného krystalu
    • 1.2.2.3. Vlastní definice krystalické látky
• 1.3. Symetrie krystalických látek
  • 1.3.1. Operace symetrie
    • 1.3.1.1. Transformace vektorů
    • 1.3.1.2. Uzavřené operace symetrie
    • 1.3.1.3. Otevřené operace symetrie
  • 1.3.2. Prvky symetrie
    • 1.3.2.1. Jednoduché prvky symetrie
    • 1.3.2.2. Kombinované prvky symetrie
  • 1.3.3. Grupy symetrie
    • 1.3.3.1. Bodové grupy
    • 1.3.3.2. Rovinné grupy
    • 1.3.3.3. Prostorové grupy
• 1.4. Krystalová mřížka
  • 1.4.1. Konstrukce krystalové mřížky
  • 1.4.2. Mřížkový vektor
  • 1.4.3. Základní buňka mřížky
  • 1.4.4. Bravaisovy mřížky
    • 1.4.4.1. Rovinné Bravaisovy mřížky
    • 1.4.4.2. Prostorové Bravaisovy mřížky – primitivní
    • 1.4.4.3. Prostorové Bravaisovy mřížky – centrované
  • 1.4.5. Krystalové soustavy
  • 1.4.6. Indexy mřížkových uzlů
  • 1.4.7. Indexy mřížkových přímek
  • 1.4.8. Indexy mřížkových rovin
  • 1.4.9. Krystalová struktura
• 1.5. Bodové grupy v mineralogii
  • 1.5.1. Značení bodových grup
    • 1.5.1.1. Krystalograficky významné směry
    • 1.5.1.2. Mezinárodní značení bodových grup
    • 1.5.1.3. Schoenfliesovo značení bodových grup
  • 1.5.2. Vlastnosti bodových grup
  • 1.5.3. Kombinace prvků a operací symetrie v bodových grupách
  • 1.5.4. Typy krystalových tvarů v bodových grupách
    • 1.5.4.1. Obecný krystalový tvar
    • 1.5.4.2. Speciální krystalový tvar
    • 1.5.4.3. Limitní krystalový tvar
  • 1.5.5. Asymetrická plošná jednotka bodové grupy
  • 1.5.6. Určování bodových grup na krystalu
  • 1.5.7. Vliv symetrie bodových grup na fyzikální vlastnosti krystalů
• 1.6. Prostorové grupy
  v mineralogii
  • 1.6.1. Značení prostorových grup
  • 1.6.2. Vlastnosti prostorových grup
  • 1.6.3. Asymetrická jednotka prostorové grupy
  • 1.6.4. Ekvivalentní polohy
  • 1.6.5. Mezinárodní krystalografické tabulky
• 1.7. Reciproká mřížka
  • 1.7.1. Konstrukce reciproké mřížky
  • 1.7.2. Vztahy v reciproké mřížce
• 1.8. Reálné krystalové struktury
  a jejich vlastnosti
  • 1.8.1. Popis krystalové struktury
  • 1.8.2. Zobrazení krystalové struktury
  • 1.8.3. Izomorfie v krystalových strukturách
    • 1.8.3.1. Substituční pevný roztok
    • 1.8.3.2. Intersticiální pevný roztok
    • 1.8.3.3. Vakantní pevný roztok
  • 1.8.4. Polymorfie
  • 1.8.5. Polytypie
• 1.9. Defekty krystalových
  struktur
  • 1.9.1. Bodové defekty
  • 1.9.2. Lineární defekty
  • 1.9.3. Rovinné defekty

1.2. Krystalické látky

Minerály jsou krystalické látky složené ze základních stavebních částic (atomy, ionty, molekuly). Každá krystalická látky může vytvářet více či méně pravidelné těleso krystalu, jehož tvar odpovídá symetrii vnitřního uspořádání stavebních částic. Krystal (krystalickou látku) můžeme charakterizovat v následujících dvou bodech:

• krystal má pevné chemické složení a ostrý bod tání, který je pro danou látku (minerál) charakteristický.
• krystal má schopnost omezit svůj vnější tvar plochami, které se sbíhají v hranách a rozích.

Rozhodujícím kritériem, zda látka je nebo není krystalická, je její vnitřní stavba.

Z hlediska přítomnosti lokálních poruch, nečistot a teplotních kmitů atomů rozlišujeme krystaly (krystalické látky) na ideální a reálné.

1.2.1. Charakteristiky ideálního krystalu

Ideální krystal lze definovat jako homogenní anizotropní prostředí s ostrým bodem tání a trojrozměrně periodickým uspořádáním stavebních částic. Jeho existence v reálném světě je prakticky nemožná, jedná se pouze o fyzikální pojem.

1.2.2. Charakteristiky reálného krystalu

V přírodě se setkáme pouze s reálnými krystaly. Jsou to všechny takové, které nevyhovují definici pro ideální krystal. U reálných krystalů dochází k porušování trojrozměrné periodicity a to zejména těmito způsoby:

• ohraničený povrch krystalovou plochou je poruchou periodicity (obrázek 12-1)
• na některých strukturních pozicích může docházet k substituci atomů různých prvků (obrázek 12-2)
• během růstu krystalu, může docházet ke vzniku poruch v krystalové struktuře (obrázek 12-3)
• ve vrstevnatých strukturách může být periodicita narušena odlišným nebo zcela nepravidelným kladem vrstev.

1.2.2.1. Odlišnosti reálného a ideálního krystalu

Hlavní rozdíl mezi ideálním a reálným krystalem spočívá v nedokonalosti reálného krystalu. Při jakékoliv krystalizaci, byť v dokonalých laboratorních podmínkách, dochází ke vzniku poruch v periodicitě, takže ideální krystal zůstává vždy jen fyzikálním pojmem.

1.2.2.2. Stavba reálného krystalu

Krystalový prostor je prostor, který krystal zaujímá. Pokud můžeme v daném tělese předpokládat trojrozměrnou periodicitu stavebních jednotek, označujeme krystal jako uspořádaný. Pokud jsou v krystalu významné odchylky od periodicity, považujeme krystal za neuspořádaný (prakticky všechny reálné krystaly).

Těleso, tvořené jediným krystalem nebo kompaktním agregátem několika krystalů se stejnou orientací, označujeme jako monokrystal. Agregát více různě orientovaných krystalů se označuje jako polykrystal nebo polykrystalická látka.

1.2.2.3. Vlastní definice krystalické látky

Z výše uvedených skutečností je zřejmé, že reálné krystaly by podle definice ideálního krystalu nebylo možné považovat za krystalické látky. Proto byla navržena definice krystalu, která by vyhovovala i běžným krystalickým látkám. Pro její pochopení je třeba objasnit některé pojmy:

• Krystalovou strukturou rozumíme způsob, jakým jsou stavební částice (atomy, ionty, molekuly) uspořádány v reálném prostoru.
• Lokální uspořádání částic je takové, které je ve struktuře realizováno díky silám působícím na „krátkou vzdálenost“ (obrázek 12-4).
• Celkové uspořádání částic je takové, které je realizováno pomocí sil působících na „dlouhou vzdálenost“, viz obrázek 12-4.
• Stavební jednotka je disjunktní (nesouvislou) částí struktury, přičemž soubor všech druhů stavebních jednotek tvoří úplnou strukturu a neexistuje žádná část struktury, která by nebyla součástí nějaké stavební jednotky.
• Konfigurace stavebních jednotek vyjadřuje způsob uspořádání stavebních jednotek ve struktuře (obrázek 12-4).

Pomocí stavebních jednotek a konfigurací jejich párů definujeme krystal takto:

Látku považujeme za krystalickou, když jsou pro stavební jednotky, které jsou pro ni charakteristické, splněny tyto podmínky:

1. Všechny stavební jednotky jsou geometricky ekvivalentní, nebo počet druhů stavebních jednotek je malý v porovnání s celkovým počtem stavebních jednotek obsažených v uvažovaném krystalu.
2. Počet druhů párů sousedících stavebních jednotek je také malý v porovnání s celkovým počtem těchto párů v krystalu.

Této definici vyhovují i reálné krystaly s nejrůznějšími poruchami periodicity uspořádání stavebních částic, viz obrázek 12-5.