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)

h : k :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)

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

8

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

.

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?

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

1-x

S, gdzie x ∈(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

.

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.

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

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

6

piroksen wapniowy - diopsyd

CaAl

2

Si

2

O

8

Anortyt

H

2

O Lód

CuS Kowelin
UO

2

Uraninit

FeOOH? Goethyt