background image

Egzamin z mineralogii dla II roku geologii

1. Jakie minimalne i maksymalne elementy symetrii są charakterystyczne dla 

układów trygonalnego i heksagonalnego? Napisz symbol ściany jednostkowej w 
tych układach?

Układ 

krystalograficzny

Stosunki kątowe i osiowe

Symetria minimum Symetria maksimum

Kąty międzyosiowe

Parametry ściany 

jednostkowej

trójskośny

α≠β≠γ≠90º

α≠b≠c

L

1

 lub C

C

jednoskośny

α=γ=90º≠β

α≠b≠c

L

2

 lub P

L

2

 + P + C

Rombowy

α=β=γ=90º

α≠b≠c

3L

2

 lub L

2

 +2P

3L

2

 + 3P + C

Tetragonalny

α=β=γ=90º

a=b≠c

L

4

 lub L

4

s

L

4

 ( L

4

s

) + 4L

2

 + 5P 

+ C

Trygonalny

 (romboedryczny)

α1=α2=α3=90º
γ=120º
α1≠a2≠a3≠90º

a1=a2=a3≠c

a=b=c

L

3

 lub L

6

s

L

6

s

 ( L

3

) + 3L

2

 + 4P 

+ C

Heksagonalny

α1=α2=α3=90º
γ=120º

a1=a2=a3≠c

L

6

 (L

3

 lub L

6

s

)

L

6

+ 6L

2

 + 7P + C

Regularny

α=β=γ=90º

a=b=c

4L

3

 lub 4L

6

s

3L

4

+ 4L

6

 

s

+  6L

2

 +9P 

+C

2. O czym mówi prawo stałości kątów w kryształach?

Wg Stensena 1669: Analogiczne ściany różnych osobników krystalicznych tego samego 
minerału tworzą ze sobą jednakowe kąty.

3. Prawo wymiernych stosunków odcinków. Oblicz symbol ściany kryształu 

odcinającej na osiach X,Y,Z odcinki 2a, b, 1/2c.

(ściana jednostkowa – ściana nierównoległa do żadnej osi krystalograficznej)

:l=

a

2a

:

b
b

:

c

0,5 c

=

0,5 :1: 2 Hauy (1784) wykazał, że wskaźniki wszystkich ścian 

kryształu są liczbami wymiernymi, całkowitymi i ?prostymi? Stwierdzenie to nosi nazwę 
prawa wymiernych wskaźników.

4. Rozszyfruj symbole P, F, C, I opisujące rodzaje komórek elementarnych.

(komórka   elementarna   –   powtarzający   się   równoległościan   elementarny   –   można   ją 
wybrać  na  różne  sposoby,  ale   z  reguły   wybiera  się  komórkę  o  najbliżej   położonych 
punktach identycznych (najkrótszych wektorach translacji), chyba że wybór dłuższej 
translacji prowadzi do komórki o prostszej geometrii)
Komórka typu P: komórka prymitywna (punkty identyczne w narożach, skoro punkt w narożu 
jest wspólny dla ośmiu komórek, stąd statystycznie na jedną komórkę przypada jeden punkt 
identyczny 8*(1/8)
Komórka typu F: komórka ściennie centrowana (punkty identyczne na podstawach i ścianach, 
stąd na jedną komórkę przypadają punkty identyczne: (8*1/8)+(2*1/2) + (4*1/2)
Komórka   typu   C:   komórka   o   centrowanej   podstawie   (punkty   identyczne   również   na 
podstawach,   stąd   statystycznie   na   jedną   komórkę   przypadają   dwa   punkty   identyczne: 
(8*1/8)+(2*1/2)

background image

Komórka typu I: komórka wewnętrznie centrowana: (punkt identyczny również w centrum, 
stąd statystycznie na jedną komórkę przypadają dwa punkty identyczne: (8*1/8)+(1*1)

5. Oblicz sumaryczny wzór chemiczny minerału o składzie: Ag 65,41 %wag., As 

15,13 %wag, S 19,46 %wag. (Ciężary atomowe: Ag 107,9; As 74,9; S 32,06).

Składnik

Zawartość wagowa

[%]

Molekularny

ciężar

stosunek

Ag

65,41

107,9

0,61

As

15,13

74,9

0,2

S

19,46

32,06

0,61

SUMA

100

-------------------------

-------------------------

0,61:0,2:0,61 /0,2

3,05:1:3,05

≈3:1:3

Ag

3

AsS

3  

6. W sfalerycie część Zn podstawiona jest diadochowo przez Fe. Oblicz ile procent 

wagowych Fe jest w sfalerycie o wzorze (Zn

0.8

Fe

0.2

) S. (Ciężary atomowe Zn 5,38; 

Fe 55,85; S 32,06).

20

100

55,85

80

100

5,38+

20

100

55,85+32,06

7. Omów strukturę siarki rodzimej.

Najpowszechniejsza jest siarka rombowa 2/m2/m2/m. Jest zbudowana z ośmioczłonowych 
pierścieni S

o wiązaniach kowalencyjnych (powłoki elektronowe przenikają się). Pomiędzy 

pierścieniami występują wiązania van der Waalsa – powoduje to łupliwość.

8. Uszereguj znane Ci minerały siarczkowe miedzi pod względem zawartości tego 

metalu (od najuboższego do najbogatszego).

Cu – 63,54 Fe – 55,85, S – 32 (ciężary atomowe pierwiastków)

Chalkozyn: Cu

2

S - 

2×63,54

2×63,54+1×32

79,88% Cu

Kowelin CuS 

1×63,54

1×63,54+1×32

66,5% Cu

Bornit  Cu

5

FeS

4

 - 

5×63,54

5×63,54+55,85×1+32×4

63% Cu

Chalkopiryt CuFeS

2 - 

1×63,54

1×63,54+55,85×1+32×2

35% Cu

9. Piryt i galena krystalizują w układzie regularnym, różnią się jednak symetrią. Na 

czym polegają te różnice? 

Galena krystalizuje w klasie symetrii Fm3m, natomiast piryt – w klasie 2/m

3

.

background image

10. Porównaj ze sobą struktury diamentu i grafitu (symetria komórek 

elementarnych, liczba koordynacyjna atomów i rodzaj wiązań chemicznych).

Diament krystalizuje w układzie regularnym, w klasie Fm3m, wielościanem koordynacyjnym 
jest tetraedr, liczba koordynacyjna =4, wiązania są atomowe. Grafit krystalizuje w układzie 
heksagonalnym,  w klasie P63/mmc,  liczba koordynacyjna = 4, wiązania między atomami 
węgla w grafenie (pojedynczej warstwie atomów) są atomowe, natomiast wiązania pomiędzy 
grafenami są van der Waalsa. Uwaga: wyjaśnić podawanie liczby koordynacyjnej dla grafitu i 
diamentu,  bo  w  „Mineralogia  Ogólna”  podawanie  tej   liczby omawiane  jest  w przypadku 
związków jonowych.

11. Wymień co najmniej dwa znane ci minerały izostrukturalne z halitem.

galena(PbS), piryt (FeS

2

)

12. Jak definiujemy twardość minerałów i co to jest anizotropia twardości.

Twardość   minerału   to   opór,   jaki   stawia   minerał   zewnętrznemu   działaniu 
mechanicznemu usiłującemu zarysować jego powierzchnię. Anizotropia twardości to 
zróżnicowanie twardości minerału w zależności od kierunku pomiaru.

13.

Wymień 2 czynniki wewnętrzne i 2 zewnętrzne, od których zależy gęstość 
minerałów.

 

14. Rubin, szmaragd i aleksandryt zawdzięczają swoje zabarwienia obecności w 

strukturze jonów metalu przejściowego. Jaki to jon i jakie zabarwienie 
wywołuje?

Rubin – czerwona odmiana korundu 
szmaragd – zielona odmiana berylu
aleksandryt – zielona odmiana chryzoberylu

15. Co to jest pseudomorfoza? Podaj przykład.

Pseudomorfoza (kryształ fałszywy) – ziarna lub skupienia minerałów wtórnych 
wypełniające przestrzeń ograniczoną ścianami kryształu minerału pierwotnego. Np. 
gipsu po kalcycie

16. Magnetyt należy do grupy spineli o strukturze odwróconej (inwersyjnej). Zapisz 

wzór magnetytu w sposób odzwierciedlający tę strukturę.

[4]

Fe

3+[6]

(Fe

2+

Fe

3+

)   (pozycja   tetraedryczna   w   magnetycie   obsadzona   jest   przez   jony 

trójwartościowe,   w   spinelach   zwyczajnych   pozycje   tetraedryczne   zajmują   jony 
dwuwartościowe)

17. Przedstaw podział minerałów ze względu na ich własności magnetyczne.

diamagnetyki – wypadkowy moment magnetyczny = 0, ϰ<0 (podatność magnetyczna) 
– przykładowe minerały: halit, kwarc, kalcyt – podatność magnetyczna na minusie 
oznacza,   że   substancje   diamagnetyczne   ulegają   namagnesowaniu   w   kierunku 
przeciwnym do zewnętrznego pola magnetycznego (reguła Lenza).

paramagnetyki – wypadkowy moment magnetyczny ≠ 0

 minerały zawierające żelazo, 

ϰ>0, przykładowe minerały: oliwin, piryt – namagnesowanie bardzo słabe

ferromagnetyki – ϰ>0 namagnesowanie o kierunku i zwrocie zgodnym z zewnętrznym 
polem   magnetycznym   o   dużym   natężeniu.   Wykazują   zjawisko   pozostałości 
magnetycznej.

antyferromagnetyki   –   wypadkowy   moment   magnetyczny  =   0,   ponieważ   spinowe 
momenty magnetyczne  sąsiednich  atomów zorientowane  są antyrównolegle  i o tej 
samej wartości (to nie znaczy, że nierównolegle). Przykładowy minerał: hematyt

ferrimagnetyki   -  wypadkowy   moment   magnetyczny  ≠   0

,  

ponieważ

 

momenty 

magnetyczne   zorientowane   są   antyrównolegle,   lecz   różnych   co   do   wielkości. 
Przykładowy minerał: magnetyt.

18. Na czym polega niestechiometria pirotynu? Jaką wspólną właściwość fizyczną 

ma pirotyn i magnetyt?

background image

Pirotyn i magnetyt wykazują właściwości magnetyczne. Niestechiometria pirotynu polega na 
tym,  że wzór pirotynu  przedstawia się Fe

1-x

S, gdzie   ∈(0 ;0.15) Aby zrekompensować 

niedobór ładunków dodatnich, część jonów żelaza występuje na trzecim stopniu utlenienia.

19. Dlaczego magnetyt różni się własnościami magnetycznymi od hematytu?

Magnetyt jest ferrimagnetykiem – patrz wyżej (dodać, że momenty spinowe jonów 
zajmujących pozycje tetraedryczne równoważą się z momentami spinowymi jonów 
zajmujących pozycje oktaedryczne, wypadkowy moment magnetyczny pochodzi od 
jonów Fe

2+

). Hematyt jest antyferromagnetykiem (patrz wyżej).

20. Opisz struktury kalcytu i dolomitu.

Struktura typu dolomitu:

- układ trygonalny , klasa romboedru (nie są izomorficzne z węglanami 
pojedyńczymi)
-występuje   kolejne   następstwo   warstw   zbudowanych   z   okatedrów 
wapniowo-tlenowych i magnezowo-tlenowych

Struktura typu kalcytu:

- kationy są otoczone przez 6 anionów O

2-

(płaszczyznę 0001 tworzą oktaedry 

wapniowo-tlenowe)
-  układ trygonalny , klasa skalenoedru dytrygonalnego 32m
- kryształy tworzą romboedry i skalenoedry, 
- tworzy szereg izomorficzny m.in. z magnezytem

21. Co to jest izomorfizm? Wymień znane ci odmiany izomorficzne kalcytu.

Izomorfizm – podobieństwo struktur krystalicznych substancji o odmiennym składzie 
chemicznym. Izomorficzne odmiany kalcytu: magnezyt (MgCO

3

), syderyt (FeCO

3

), 

rodochrozyt (MnCO

3

), smithsonit (ZnCO

3

)

22. Narysuj wykres fazowy odmian polimorficznych CaCO

3

.

23. W jakiej postaci woda występuje w gipsie, malachicie, a w jakiej w zeolitach?

Zeolity – woda śródwięźbowa (zeolitowa) – słabo związana z siecią krystaliczną, 
można ją usunąć z minerału bez zasadniczej zmiany jego struktury
Gips – woda krystalizacyjna, jej usunięcie pociąga za sobą zniszczenie struktury; 
występuje w formie drobin H

2

O w uwodnionych połączeniach zwanych hydratami

malachit – woda konstytucyjna (w postaci grup hydroksylowych)

24. Co to jest roztwór stały interstycjalny? Podaj przykład.

Roztwór stały interstycjalny – rodzaj izomorficznego roztworu stałego, w którym małe atomy 
(H,N,B,C) ulokowane są w wolnych przestrzeniach między większymi atomami. Przykładem 
jest austenit, w którym małe atomy węgla tkwią między atomami żelaza.

25. Omów grupę oliwinu jako przykład roztworu stałego substytucyjnego.

Roztwór stały substytucyjny to taki izomorficzny roztwór stały, w którym jony lub atomy 
wzajemnie  się zastępują. W grupie oliwinu mamy dodatkowo  ciągły szereg izomorficzny
który polega na tym, że między skrajnymi ogniwami (forsterytem – oliwinem magnezowym a 
fajalitem – oliwinem żelazowym) zachodzi nieograniczona mieszalność między żelazem a 
magnezem.

26. Narysuj wykres fazowy odmian polimorficznych AlSi

2

O

5

.

background image

27. Dokonaj najogólniejszego podziału piroksenów i amfiboli ze względu na skład 

chemiczny i symetrię struktury.

PIROKSENY

rombowe (ortopirokseny)

jednoskośne (klinopirokseny)

magnezowo-żelazowe (enstatyt)

wapniowe (diobsyd, augit)

alkaliczne (jadeit, egiryn)

AMFIBOLE

magnezowo-żelazowe (ortoamfibole) – cummingtonit 

wapniowe (klinoamfibole) – tremolit, aktynolit, hornblendy

sodowe (klinoamfibole) – glaukofan, riebeckit

28. Czym zasadniczo różnią się pirokseny od amfiboli pod względem składu 

chemicznego?
Amfibole w przeciwieństwie do piroksenów zawierają grupy hydroksylowe.

29. Ile warstw tetraedrycznych znajduje się w pakiecie w strukturze kaolinitu, talku i 

muskowitu.
Kaolinit – jedna warstwa tetraedryczna
talk – dwie warstwy tetraedryczne
muskowit – dwie warstwy tetraedryczne

30. Jakie minerały występują w postaci azbestu? 

Amiant, riebeckit, krokidolit

31. Czym zasadniczo różni się pod względem składu chemicznego biotyt od 

muskowitu?
Chemiczną cechą wyróżniającą biotyty od muskowitów jest obecność magnezu i 
żelaza w miejsce glinu.

32. Co to są smektyty (montmorrillonity) i czym w sposób zasadniczy różni się ich 

struktura od innych krzemianów warstwowych?

Smektyty to grupa minerałów ilastych zbudowanych z pakietu 2:1 (warstwa oktaedryczna 
uwięziona   między   dwoma   warstwami   tetraedrycznymi).   Swoistą   cechą   smektytów   są 
podstawienia izomorficzne w warstwie okta – i tetraedrycznej. Ponieważ podstawiające się 
kationy mają różną wartościowość, powstają wolne ładunki ujemne i z tego powodu smektyty 
uzyskują wybitne zdolności sorpcyjne.

33. Z czego wynikają różnice w symetrii struktur odmian polimorficznych KAlSi

3

O

8

Wymień te odmiany.

background image

Różnice symetrii wynikają ze zróżnicowania stopnia uporządkowania jonów Al/Si. 
Niskotemperaturowy   mikroklin   wykazuje   największe   uporządkowane   jonów   Al/Si. 
Średniotemperaturowy   ortoklaz   wykazuje   średnie   uporządkowanie   rozmieszczenie 
Al/Si.   Wysokotemperaturowy   sanidyn   wykazuje   nieuporządkowane   rozmieszczenie 
jonów Al/Si/
Sanidyn – jednoskośny
ortoklaz – jednoskośny
mikroklin - trójskośny

34. Czy przemiana kwarcu wysokotemperaturowego w niskotemperaturowy jest 

szybka i odwracalna? Jak nazywamy ten rodzaj przemiany polimorficznej ze 
względu na zmiany w strukturze (przemieszczeniowa czy rekonstrukcyjna)?
 
Jest to przemiana szybka i odwracalna, przemieszczeniowa.

35. Wymień główne cechy zeolitów decydujące o ich użyteczności.

Zdolność do oddawania wody przy podgrzewaniu bez zmiany kształtu 
kryształu 

zdolność do pochłaniania wprowadzanych atomów pierwiastków (zeolit jako 
nośnik katalizatorów) będąca efektem występowania pustych, kanalikowatych 
przestrzeni

38. Przedstaw klasyfikację meteorytów i wymień minerały główne w każdej z klas 

meteorytów.

Żelazne ( żelazo niklowe - kamacyt)

żelazno-kamienne (kamacyty, oliwiny)

kamienne

chondryty (oliwiny lub pirokseny)

achondryty (pirokseny, plagioklazy, oliwiny)

44. Co to jest parageneza? Podaj kilka przykładów paragenez.

Parageneza – wspólność występowania zespołu minerałów, np. granit to parageneza 
kwarcu skaleni i mik. Gabro to parageneza  plagioglazu zasobnego w anortyt i 
piroksenu. Inne paragenezy:{pirotyn, chalkopiryt, pentlandyt}, {magnetyt, hematyt}

45. Co oznacza termin sukcesja minerałów?

Sukcesja  minerałów   to  kolejność  powstawania   różnych  minerałów.  Np.  z  wody  morskiej 
kolejność   krystalizacji   jest   następująca:   kalcyt,   gips,   halit,   a   na   końcu   sole   magnezowo-
potasowe.

46. Cyrkon często występuje w stanie metamiktycznym. Co to znaczy „stan 

metamiktyczny” i jak powstaje?

Stan   metamiktyczny   odnosi   się   do   minerałów,   które   pierwotnie   występowały   w 

postaci   krystalicznej,   a   wskutek   bombardowania   cząstkami  α  stały   się   bezpostaciowe. 
Warunkiem   koniecznym   na   możliwość   takiej   zmiany   minerału   jest   obecność   pierwiastka 
radioaktywnego, nie jest to jednak warunek wystarczający.  Minerały metamiktyczne  mają 
szklisty   lub   smolisty   połysk   oraz   muszlowy   przełam,   zmniejsza   się   również   gęstość   i 
współczynniki załamania światła.

47. Podaj wzory minerałów: 

CHALKOPIRYT CuFeS

2

CHALKOZYN Cu

2

S

SFALERYT ZnS
MARKASYT FeS

2

SYLWIN KCl
FLUORYT CaF

2

KORUND Al

2

O

3

background image

GIPS CaSO

4 *  

2H

2

O

ANHYDRYT CaSO

4

BARYT BaSO

4

APATYT Ca

5

[F|(PO

4

)

3

]

DOLOMIT CaMg(CO

3

)

2

URANINIT UO

2

ALBIT Na[AlSi

3

O

8

]

ANORTYT Ca[Al

2

Si

2

O

8

]

TRYDYMIT SiO

2

48. Podaj nazwy następujących minerałów: 

Cu

2

(OH)

2

CO

3

, Malachit

Na(Li, Mg, Fe, Al)

3

Al

6

(BO)

3

[Si

6

O

18

] ?

Mg

3

Al

2

[SiO

4

]

3  

pirop

 ZrSiO

4  

cyrkon

CaMgSi

2

O

 piroksen wapniowy - diopsyd

CaAl

2

Si

2

O

8  

Anortyt

 H

2

O Lód

CuS Kowelin
UO

Uraninit

 FeOOH? Goethyt