KRYSTALOGRAFIA  podstawy
Z uwagi na nowowprowadzony przedmiot do programu studiów kierunku geologia oraz GZMiW
KRYSTALOGRAFIA Z MINERALOGI
, część poświęcona zagadnieniom z krystalografii została
skrócona. Zaś w ramach laboratoriów z przedmiotu Mineralogia zobowiązani są Państwo jedynie do
znajomości układów krystalograficznych.
W zależności od kształtu czworościanu zasadniczego i odpowiadającej mu komórki sieci przestrzennej
klasyfikuje się ciała krystaliczne do grup, zwanych układami krystalograficznymi
Kształt sieciowej komórki elementarnej i odpowiadającego
jej czworościanu zasadniczego
Lp. Układ
kąty między osiami jednostki osiowe
1 regularny Ä… = ² = Å‚ = 90° a0 = b0 = c0
2 tetragonalny Ä… = ² = Å‚ = 90° a0 = b0 `" c0
3 rombowy Ä… = ² = Å‚ = 90° a0 `" b0 `" c0 `" a0
4 jednoskoÅ›ny Ä… = Å‚ = 90°; ² `" 90° a0 `" b0 `" c0 `" a0
5 trójskoÅ›ny Ä… `" ² `" Å‚ `" Ä… a0 `" b0 `" c0 `" a0
Ä…, ², Å‚ `" 90°
6 heksagonalny Ä… = ² = 90°; Å‚ = 120° a0 = b0 `" c0
7 trygonalny lub Ä… = ² = 90°; Å‚ = 120° a0 = b0 `" c0
romboedryczny Ä… = ² = Å‚ = 90°
a0 = b0 = c0
Kształt komórek sieciowych i czworościanów zasadniczych w
poszczególnych układach krystalograficznych
1
Minerał (mineral)  faza krystaliczna powstała w wyniku procesów geologicznych. Cechą minerałów jest
stan krystaliczny, tj. uporządkowane ułożenie atomów w przestrzeni.
Faza (phase) część przestrzeni wypełniona materią jednorodną i odgraniczona od wyraz
nymi
powierzchniami od przyległych obszarów.
Substancje mineralne  substancje niekrystaliczne powstałe w wyniku procesów geologicznych., niezbyt w
przyrodzie rozpowszechnione szkliwa magmowe (np. pumeks), zestarzałe żele mineralne (np. opal) i żywice
kopalne (np. bursztyn). WykazujÄ… one tendencjÄ™ do przekrystalizowania.
Ciało krystaliczne (crystalline solid)  ciało jednorodne i anizotropowe pod względem co najmniej jednej
własności. Jego cechą wyróżniającą jest uporządkowana budowa polegająca na periodycznym powtarzaniu
się w przestrzeni elementów fizycznych, takich jak atomy, jony czy cząsteczki. W praktyce mineralogicznej
jako kryterium krystaliczności przyjmuje się pojawienie się obrazu dyfrakcyjnego na rentgenogramach danej
substancji mineralnej. Następuje to wówczas, gdy wielkość domen uporządkowania (obszary danego ciała w
których jest zachowana periodyczność rozmieszczenia atomów) przekracza 10 -6cm(=10 nm).
Ciało bezpostaciowe (amorficzne, szkliste) (amorphous solid) izotropowe pod względem wszystkich
własności fizycznych, jest ono bądz
całkowicie pozbawione prawidłowej budowy wewnętrznej, bądz
też
periodyczność rozmieszczenia atomów dotyczy tak małych obszarów, że nie jest ona wykrywalna metodami
rentgenowskimi (uporządkowanie bliskiego zasięgu). Stan amorficzny jest termodynamicznie nietrwały i
dlatego ciała stałe bezpostaciowe (szkliwa) przechodzą, choć niekiedy powoli, w substancje krystaliczne 
proces przekrystalizowania (odszklenia, dewitryfikacji).
Kryształ (crystal)  ziarno ograniczone samorzutnie wytworzonymi właściwymi im prawidłowymi
płaszczyznami  ścianami.
Skała (rock)  układ wielofazowy, agregat różnych minerałów.
Jednorodność (homogeneity) jednakowość własności fizycznych i chemicznych danego ciała we
wszystkich punktach.
Izotropia (isotropy) niezależność od kierunku (tj. wszystkie własności fizyczne danej fazy nie zależą od
kierunku).
Anizotropia (anisotropy) zależność od kierunku (tj. przynajmniej jedna z własności danej fazy zmienia się
w zależności od kierunku).
Polimorfizm (wielopostaciowość) (polymorphism)  zjawisko występowania substancji chemicznej
tworzącej dwie lub więcej faz krystalicznych, różniących się strukturą i własnościami fizycznymi. Np.
CaCO3  kalcyt, aragonit; C  grafit, diament; FeS2  piryt, markasyt.
Izomorfizm (równopostaciowość, izostrukturalność) (isomorphism)  podobieństwo form
krystalograficznych i morfologii danych substancji o odmiennym składzie chemicznym. Np. kalcyt CaCO3 i
syderytFeCO3. Pojecie to obejmuje:
1. izomorfizm lato sensu (izotypia)  podobieństwo struktur i komórek elementarnych,
2. izomorfizm sensu stricte  możliwość tworzenia izomorficznych roztworów stałych (kryształy
mieszane), tzn. zdolność zastępowania w swoich sieciach krystalicznych jednych atomów lub jonów
przez inne.
Ciągły szereg izomorficzny  szereg dwóch substancji izomorficznych tworzących kryształy mieszane o
dowolnych proporcjach ogniw krańcowych, np. szereg oliwinów: forsteryt  fajalit.
Diadochia  zdolność zastępowania się jonów w sieci krystalicznej, wynikająca z ich powinowactwa
krystalochemicznego.
2
STRUKTURA I MORFOLOGIA KRYSZTAA
U
Charakterystyka minerału jako ciała krystalicznego obejmuje określenie zarówno jego budowy wewnętrznej,
jak i zewnętrznej. W odniesieniu do budowy wewnętrznej używamy terminu struktura, który oznacza
sposób przestrzennego rozmieszczenia atomów. Mówiąc o zewnętrznej budowie kryształu, tj. jego postaci
geometrycznej, używać będziemy takich terminów, jak: morfologia, pokrój, lub postać zewnętrzna
kryształu.
morfologia  jest niezależna od wielkości poszczególnych ścian kryształów lub ich relacji między sobą. Np.
w układzie regularnym może występować sześcian, ośmiościan, dwunastościan rombowy i ich kombinacje.
pokrój  opisuje relacje wielkości poszczególnych ścian. Np. halit  kostkowy, miki (dwuścian)  płytkowy,
blaszkowy.
Kryształy o tej samej morfologii mogą mieć zupełnie różny pokrój.
Parageneza (paragenesis) wspólność występowania zespołu minerałów, który powstał w trakcie jednego
procesu geologicznego.
Pseudomorfoza (pseudomorph)  zastępowanie kryształów przez inny materiał wskutek zmian warunków
chemicznych czy fizycznych panujących w środowisku występowania minerałów. Zachowany zostaje
pierwotny pokrój minerału.
Defekt sieciowy  każde odstępstwo od idealnej, periodycznej budowy sieciowej kryształu. Można je
klasyfikować według:
 obszaru objętego zaburzeniem  defekty od skali makroskopowej do  subatomowej ;
 natury defektu  chemiczne bÄ…dz
geometryczne;
 w zależności od tego w ilu wymiarach przestrzeni rozciąga się zaburzenie  punktowe, liniowe,
płaskie.
Zbliz
niaczenia  zrosty lub przerosty prawidłowe kryształów. Zrost bliz
niaczy polega na tym, że złączone ze
sobą osobniki krystaliczne wykazują równoległość nie tylko niektórych (co najmniej dwóch) elementów
budowy zewnętrznej i sieci. Bliz
niak jako całość wykazuje obecność elementu symetrii, który jest nieobecny
na pojedynczych osobnikach, może to być płaszczyzna bliz
niacza bÄ…dz
oÅ› bliz
niacza. Każdy z tych
elementów przeprowadza zrośnięte osobniki jeden w drugi. Ślad granicy dwóch osobników tworzących
bliz
niak nazywamy szwem bliz
niaczym.
Wyróżniamy zbliz
niaczenia:
- podwójne,
- wielokrotne (polisentetyczne).
W zależności od wzajemnego położenia poszczególnych osobników:
- bliz
niaki kontaktowe (stykowe), np. gips  jaskółczy ogon;
- bliz
niaki penetracyjne (przerosłe), np. piryt  żelazny krzyż.
Zbliz
niaczenia opisuje siÄ™ za pomocÄ… tzw. praw bliz
niaczych, które określają jakie wskaz
niki ma
płaszczyzna lub oś bliz
niacza. Na przykład dla skaleni wyróżniamy zbliz
niaczenia:
- karlsbadzkie  według (110) lub [001]
- manebachskie  według (001)
- albitowe  według (010)
Skupienia  wygląd zbiorowiska wielu osobników krystalicznych lub form wytworzonych przez mieszaniny
mineralne lub bezpostaciowe substancje mineralne.
Skupienia kryształów  stanowią ich zbiory różniące się układem przestrzennym. Wyróżnia się: kryształy
(pojedyncze osobniki o prawidłowo wykształconych ścianach), szczotki krystaliczne (nieprawidłowe
skupienia kryształów osadzonych blisko siebie na wspólnym podłożu), geody (osadzone w owalnych
wnękach szczotki krystaliczne), dendryty (krzaczastosiatkowe powłoki rozwinięte wydłuż bardzo wąskich
szczelinek).
Skupienia ziarniste  są utworzone z wielu mniejszych lub większych ziaren minerałów nie mających
własnych zarysów krystalograficznych, lecz ograniczonych przypadkowymi powierzchniami. Zależnie od
wielkości ziaren wyróżnia się: wielko-, grubo-, średnio-, drobno-, bardzo drobnoziarniste, zbite, ziemiste,
3
słupkowe, pręcikowe, igiełkowe, włókniste, tabliczkowe, płytkowe, blaszkowe, łuskowe, promieniste,
sferolitowe, rozetowe.
Skupienia naciekowe  powstają w toku krążenia i odparowywania roztworów. Wyróżnia się tu: stalaktyty,
stalagmity; skupienia: nerkowe, groniaste, wykwity, naskorupienia, powłoki.
Konkrecje  luz
no rozmieszczone w skałach kuliste lub owalne skupienia substancji mineralnych, np. pirytu
lub markasytu. Powstają w skutek działania swoistych czynników mechanicznych podczas krystalizacji
substancji mineralnej drogą dyfuzji czy przemieszczenia przez roztwory krążące w skałach. Zewnętrznie są
one ograniczone owalnymi powierzchniami.
FIZYCZNE WA
ASNOÅšCI MINERAA
ÓW
Gęstość (density)  czyli masa jednostki objętości [kg/m3]. Przy rozpoznawaniu minerałów, zwłaszcza
zawierających ołów, bar, wolfram, żelazo, itp., określanie gęstości może mieć praktyczne uzasadnianie, gdyż
pozwala na szybkie wyróżnienie niektórych minerałów (wad, baryt, scheelit, i in.).W przybliżeniu jest ona
określana poprzez ważenie w ręku badanego okrucha oraz podobnego wielkością okrucha minerału o znanej
gęstości.
MECHANICZNE WA
ASNOÅšCI MINERAA
ÓW
A
upliwość (cleavage)  zdolność kryształów do rozłupywania się wzdłuż tzw. płaszczyzn łupliwości pod
wpływem uderzenia bądz
nacisku. Zależnie od stopnia gładkości płaszczyzn łupliwości wyróżnia się:
 doskonałą, np. anhydryt, galena, halit;
 wyraz
nÄ…, np. apatyt, hornblenda;
 niewyraz
na lub niedokładną, np. kwarc, piryt.
Płaszczyzny łupliwości oznaczamy tak samo jak odpowiadające im ściany kryształu, a więc wskaz
nikami
Przełam (fracture) nierówne powierzchnie minerałów i kryształów wzdłuż których może dojść do
pęknięcia. Są to cechy swoiste dla ciał pozbawionych łupliwości. Płaszczyzny przełamu są nierówne.
Wyróżniamy przełamy:
 muszlowy (conchoidal)  kwarc, opal;
 haczykowaty/zadziorowy (jagged, hackly)  metale rodzime;
 nierówny (uneven) - magnetyt;
 ziemisty(earthy) limonit, kaolinit.
Twardość (hardness )  opór stawiany przez minerał zewnętrznemu czynnikowi mechanicznemu,
usiłującemu zarysować jego powierzchnię. Do oznaczania minerałów używa się skali twardości empirycznie
ustalonej przez Mohsa. Jest to szereg składający się z 10 minerałów uporządkowanych według wzrastającej
twardości. Wyznaczają one dziesięć stopni twardości, z których pierwszy oznacza stopień najniższy,
dziesiąty zaś najwyższy.
1 talk Mg3[(OH)2|Si4O10] dają się zarysować
2 gips CaSO4‡2H2O paznokciem
3 kalcyt CaCO3 dają się zarysować
4 fluoryt CaF2 ostrzem stalowym
5 apatyt Ca5[F|(PO4)3]
6 ortoklaz K[AlSi3O8] nie dajÄ… siÄ™
7 kwarc SiO2 zarysować ostrzem
stalowym
8 topaz Al2[F,OH)2|SiO4]
9 korund Al2O3
10 diament C
Twardość minerałów zawłaszcza kryształów, jest właściwością kierunkową, tzn. że wyniki badań zależą od
kierunku zarysowania. Ponadto skupienia minerałów: ziemiste, drobnoziarniste i włókniste niemal zawsze
wykazują niższą twardość aniżeli odpowiadające im kryształy, ograniczone gładkimi ścianami.
4
Spójność (cohesion)  sposób zachowania się minerału wobec działania czynników mechanicznych.
Wyróżniamy minerały:
 sprężyste  powracają one do kształtu pierwotnego po usunięciu nacisku powodującego odkształcenie, np.
Å‚yszczyki;
 giętkie  pozostają one w stanie odkształconym, np. grafit;
 kruche  nie odkształcają się lecz ulegają rozdrobnieniu na mniejsze okruchy, np. większość krzemianów;
 strugalne  dające się strugać na wióry, np. akanty, miedz
rodzima;
Kowalność  zdolność minerałów do odkształceń plastycznych powstających w trakcie kucia, np. miedz

rodzima, złoto rodzime, bizmut rodzimy.
A
agodność (minerału)  przy przekraczaniu granicy wytrzymałości, minerał powoli pęka wykazując pewne
cechy odkształceń plastycznych, np. molibdenit, antymonit.
OPTYCZNE WA
ASNOÅšCI MINERAA
ÓW
Połysk (lustre) to zjawisko wywołane odbijaniem się światła od powierzchni ścian kryształów lub
płaszczyzn przełamu. Ilość światła odbitego od powierzchni minerału, a więc natężenie połysku, zależy od
jego współczynnika załamania światła. Połysk oznacza się na ścianach kryształów i na świeżym przełamie
minerałów, a to dlatego, że niektóre z nich szybko pokrywają się wtórnymi produktami, zmieniającymi
wygląd właściwy. Przy oznaczani połysku nie bierze się pod uwagę barwy minerału. Rozróżniamy połyski:
Metaliczne (metallic)
 metaliczny (właściwy) (metallic)  występuje na świeżych przełamach metali ciężkich, jest
charakterystyczny dla wielu rud, zwłaszcza rodzimych metali ciężkich i ich siarczków, jak np. złoto
rodzime, piryt, nikielin, galena;
 półmetaliczny (sub-metallic)  nieco słabszy od połysku metalicznego, jest właściwy niektórym kruszcom,
jak np. magnetyt;
Niemetaliczne (non- metallic)
 diamentowy (adamantine)  najsilniejszy z połysków niemetalicznych, dostrzegalny na diamencie,
sfalerycie i na niektórych innych minerałach;
 szklisty (vitreous)  charakterystyczny dla powierzchni szkła, można obserwować na ścianach kryształów
kwarcu i na wielu minerałach przezroczystych; pospolity u chlorków, tlenków i węglanów, np. kwarc;
 tłusty(greasy )  jest dość popularny w świecie minerałów; odznacza się nim siarka rodzima;
 perłowy (pearly)  występuje na wielu minerałach o pokroju blaszkowym, np. muskowit;
 jedwabisty (silky)  spotyka się wśród odmian drobnowłóknistych, np. azbest, gips włóknisty;
 ziemisty (zwyczajny) (earthy, dull)  charakteryzuje fosforyty, np. kaolinit, limonit;
 matowy (mat)  to określenie wyraża, iż danemu minerałowi brak połysku.
Przezroczystość (transparency)
Ze względu na zdolność przepuszczania światła wyróżnia się minerały:
- przezroczyste, np. kwarc, sól kamienna;
-półprzezroczyste, np. magnetyt, piryt,
-nieprzezroczyste, np. metale rodzime.
Barwa (color)
Barwy minerałów to wynik selektywnej absorpcji światła. Są one określane ogólnie przyjętymi nazwami.
Minerały barwne krystalizujące w innych układach poza regularnym często odznaczają się pleochroizmem
(wielobarwnością) w skutek tego, iż absorpcja światła w nich jest zależna od kierunku badania. W rzadkich
wypadkach pleochroizm można dostrzec makroskopowo, np. kordieryt  obserwowany w trzech
prostopadłych kierunkach okazuje odcienie barwy niebieskiej, fioletowej i żółtej.
Minerały zabarwione  zawierające domieszki pierwiastków barwiących w stanie rozproszenia atomowego
(np. ametyst  fioletowa odmiana kwarcu), uszkodzenia struktury w skutek promieniotwórczości naturalnej
(np. malakom odmiana cyrkonu) czy wskutek obecności rozproszonego pigmentu mineralnego (np. biaława
siarka rodzima, która zawiera znaczną domieszkę pyłu kalcytowego lub gipsowego).
5
Różnobarwność  następstwo zmian składu chemicznego minerałów w czasie wzrostu osobników, np..
odmiany turmalinów; w minerałach o skupieniach zbitych utworzonych w wyniku przekrystalizowania żeli
mineralnych bywa wynikiem dyfuzji składników barwiących, w tych warunkach tworzą one pierścienie
Lieseganga, typowe dla agatów.
Naloty  cienkie warstwy pokrywające powierzchnie minerałów (zgłasza tych zawierających miedz
, np.
chalkopiryt, bornit), powstałe wskutek reakcji chemicznych ze składników atmosfery (O, CO2, H2O i in.). W
rezultacie owe minerały uzyskują odmienne barwy (barwy naleciałe) i odmienny połysk aniżeli występujący
na świeżym przełamie. Taka zmiana wyglądu minerału jest niejednokrotnie pomocna przy jego
rozpoznawaniu, gdyż w pewnym stopniu ujawnia własności fizyczne.
Rysa (streak) barwa sproszkowanego minerału. Uzyskiwana jest poprzez potarcie minerału o twardą i
szorstką powierzchnię, np. nieszkliwionej płytki porcelanowej. Za pomocą rysy można odróżnić minerały
zabarwione (rysa bezbarwna) od barwnych (rysa barwna). Rysę bezbarwną mają także minerały bezbarwne.
Minerały twarde i bardzo twarde nie posiadają rysy, gdyż podczas pocierania o płytkę zadrapują jej
powierzchnię. W ostateczności można sproszkować badany minerał poprzez wzajemne pocieranie jego
dwóch kawałków.
Opalizacja (iridescence) wynik rozszczepia białego światła wewnątrz minerału (obecność bardzo drobnych
szczelinek czy kanalików) i następującymi po tym zjawiskami interferencji jego barwnych składowych.
Luminescencja (luminescence) ciało poddane określonemu działaniu fizycznemu absorbuje pewien rodzaj
energii, a następnie emituje go w postaci światła widzialnego.
Fotoluminescencja (photoluminescence, PL) naświetlanie próbki minerału promieniowaniem
ultrafioletowym. Np. scheelit  odcienie niebieskie, cyrkon  ocienie złociste.
Katodoluminescencja (cathodoluminescence) bombardowanie elektronami.
Termoluminescencja (thermoluminescence)  ogrzewanie.
Fluorescencja (fIuorescence) jeżeli emisja promieniowania kończy się jednocześnie z zanikiem
wzbudzenia.
Fosforescencja (phosphorescence)  jeśli promieniowanie trwa jeszcze jakiś czas po zaprzestaniu
wzbudzenia.
CIEPLNE WA
ASNOÅšCI MINERAA
ÓW
(rozszerzalność cieplna; przewodnictwo; ciepło właściwe; ogniotrwałość).
WA
ASNOÅšCI MAGNETYCZNE
(paramagnetyzm; diamagnetyzm; ferromagnetyzm; antyferromagnetyzm; ferrimagnetyzm).
WA
ASNOÅšCI ELEKTRYCZNE
(przewodnictwo elektryczne, dielektryki, ferroelektryczność, piezoelektryczność, piroelektryczność).
TOK ROZPOZNAWANIA MINERAA
ÓW NA PODSTANIE CECH ZEWN
RZNYCH
1. Określić połysk, barwę, rysę i twardość. Na tej podstawie zaszeregować dany minerał do jednej z
grup i podgrup według tabelarycznego zestawienia.
2. Dokładnie zapoznać się z opisem minerałów wybranej podgrupy.
3. Określić: spójność, gęstość, kryształy, łupliwość, postać i przełam skupienia oraz własności
szczególne, np. magnetyzm.
4. Wyszukać w tabeli badany minerał.
LITERATURA
Bolewski A. Manecki A., Mineralogia szczegółowa, Wyd, PAE, Warszawa 1993.
Bolewski A. Manecki A., Rozpoznawanie minerałów, Wyd. Geol., Warszawa 1990.
Bolewski A., Kubisz. J., Manecki A., Sabiński W., Mineralogia ogólna, Wyd Geol., Warszawa 1990.
Bojarski Z., Gigla M., Stróż K., Surowiec M., Krystalografia, PWN, Warszawa 2008.
6