Twórcą wykładu 2b. Mineralogia1 jest pan profesor Kozłowski z UW.

Definicja minerału:

Minerał jest to substancja krystaliczna, która powstała w wyniku procesów geologicznych lub kosmologicznych, niekiedy także przy nie intencjonalnym udziale człowieka..

Powstające w analogiczny sposób ciała niekrystaliczne o konsystencji stałej nazywane są substancjami mineralnymi lub mineraloidami.

Inne definicje minerału (w zależności od dziedziny, np. fizycy mają swoją)

Czynnik antropogeniczny w powstawaniu minerałów

- m.in. tak zwane biominerały i biomineralogia (zastosowania w medycynie)

Syntetyczne odpowiedniki minerałów, technologiczne procesy prowadzące do ich otrzymywania . Różnice w stosunku do analogicznych substancji naturalnych

Mamy różne ujęcia mineralogii:

• ogólna,

• szczegółowa¹

• Genetyczna

• Eksperymentalna,

• techniczna

Mineralogia ogólna:

• Charakterystyka cech fizycznych i chemicznych minerałów

• Charakterystyka morfologii minerałów

• Wyjaśnianie przyczyn właściwości minerałów.

• Omawianie rodzajów skupień minerałów i wyjaśnianie przyczyn ich kształtowania się.

• Charakterystyka zrostów i zbliźniaczeń minerałów.

Mineralogia szczegółowa

• Ustalenie zasad klasyfikacji minerałów, systemu klasyfikacyjnego
  i jednostek taksonomicznych.

• Przypisanie minerałów tym jednostkom.

• Pełna charakterystyka poszczególnych minerałów, ich odmian formalnych i nieformalnych.

Mineralogię genetyczną

rozwijają chętnie Rosjanie, a ogólnie mineralogię Niemcy i USA.

Mineralogia eksperymentalna – bardzo ważny dział. W Polsce się nie uprawia bo nie ma pieniędzy. My współpracujemy z uniwersytetem w Hanowerze Otrzymywanie minerałów w różnych warunkach – m.in. wysokich ciśnień, hipergeniczna² itd.

Mineralogia techniczna:

Wykorzystuje się w katalizatorach zeolity. Asfaltobetony. Min. Techniczna będzie przedmiotem wykładu Lorenca. Michniewicz zajmuje się archeologią.

Biomineralogia – dziś bardzo nowoczesny element

Przypomnieć sobie –

• strukturę kryształów,

• struktury o wiązaniach jonowych, atomowych i i jonowo atomowych. Pozostałe rodzaje wiązań.

• Wielościan koordynacyjny i liczba koordynacyjna.

• Struktury Izo, mezo i anizodesmiczne.

• Izomorfizm, polimorfizm, politypie, diadochia.

• Anizotropia fizycznych właściwości wektorowych kryształów.

• Defekty sieci kryształów³

Główne własności:

1. Rysy:

• Żółta aurypigment, brązowa goethyt, czarna piryt, niebieska któryś z fosforanów, wiśniowa hematyt, zielona malachit

• Liroconit jest rzadkością ale ma niebieską rysę rozpoznawalną . Azuryt jest kwaśnym węglanem miedzi.

• Erytryn fioletowa rysa. Erytryn to tak zwany kwiat kobaltowy, (a annabergit to kwiat niklowy). Minerały wtórne.

• Kupryt to minerał utlenienia. A Proustyt to siarkosól⁴. To jest minerał rudny, ale ma połysk diamentowy lub półdiamentowy⁵

Uranofan – związany z uranem. Wszystkie związki uranu mają zawsze odrażające barwy – silno niebieskie, silnozółte i silnozielone. Łatwo się rozpuszczają, kumulują się w wątrobie, mózgu. Malachit zielona rysa. Niewiele różni się od azurytu. Magnetyt ma połysk metaliczny i własności magnetyczne.

Chalkopiryt – CuFeS₂ rzadko są kryształy, na ogół w masywnym stanie. Układ tetragonalny. Rysa jest zgniłozielona.

Goethyt FeOOH jest stabilną końcową formą wszystkich przemian. Hematyt ma wiele ciekawych form, np. róża hematytowoa. Ciemnowiśniowa rysa. Dopiero jak się rozetrze jest jaśniejsza.

1. Zabarwienie:

Kwarc ma mnóstwo odmian. Jeśli pokryty hematytem ma rysę bladoróżową.

Fluoryt ma mnóstwo barw. Podobnie jak apatyt. Rysa jest biała. Zabarwienie wynika z domieszek lub defektów. Ma czterokierunkową łupliwość. Fluoryt może być również sześcianem. Postać zewnętrzna zależy od warunkowi krystalizacji (szybkość, temperatura, zasolenie). Znakomita większość utworów w Ziemi jest zasolona. Wszystkie roztwory są słone. Wszystkie inkluzje zawierają sól i rozpuszczone węglowodory.

Halit – rzadkie przykłady zabarwień. Czerwone ma goethyt.

Strefowość barwy – od mlecznego kwarcu do ametystu.

Elbait – dawna odmiana turmalinu, pochodzi z Elby, jest zielony. Logo amerykańskiego towarzystwa mineralogicznego to poprzecznie przecięty kryształ turmalinu. Barwa to niewielkie domieszki zmiennych ilości litu i innych pierwiastków.

Turmalin to uwodniony borokrzemian wielu metali.

Przykład przecięto granatu – w mineralogii bada się zonalność by odtworzyć warunki krystalizacji.

Większość minerałów budujących skały jest przezroczysta lub półprzezroczysta. W preparatach światło przez nie przechodzi.

Barwy naleciałe – bornit nieprzykryty a pokryty. Nasze rudy miedzi mają często naleciałości fioletowo czerwonawe.

Goethyt często też wykazuje naleciałe barwy. To ciekawe czemu niektóre minerały łatwo rozpuszczają się w roztworach a potem łatwo krystalizują.

Połyski:

Półmetaliczny - chalkozyn (najczęściej nie tworzy ładnych kryształów, na zdjęciu bliźniak)

Diament siedzący w kimberlicie – połysk diamentowy. Prawie zawsze ściany w diamentach naturalnych są lekko wypukłe. To jest kombinacja bardzo wielu kryształów

Połysk półdiamentowy – cynober, siarczek nie wykazuje połysku metalicznego, ma czerwoną rysę

Połysk szklisty – dolomit, na ogół nie tworzy ładnych kryształów

Perłowy – aragonit

Jedwabisty – krokidolit (amfibol w kwarcu), na giełdzie te różne odmiany (sokole oko, bawole oko)

Kwarc różowy – tłusty

Sepentyny - woskowy

Kaolinit – minerał ilasty ze skalenia potasowe

Opalescencja – to mleczne lub perłowe odbijania światła, typowe dla opali

Pleochroizm – wielobarwność, selektywne pochłanianie światła spolaryzowanego w zależności od kierunku przechodzenia światła przez kryształ.

W mikroskopie mamy dwa polaryzatory, większość kryształów jest anizotropowa optycznie, jeden jest u dołu a jeden u góry. Przy jednym polaryzatorze niektóre minerały wykazują pleochroizm (biotyt, turmalin, amfibole).

Dwójłomność – kalcyt jest przykładem, różnica między współczynnikami załamania promienia zwyczajnego i nadzwyczajnego. Dwójłomność jest wykorzystywana w optyce, fotografii

Iryzacja – efekt barw tęczowych wywołany interferencją światła wewnątrz minerału (odmiany opali)

Efekt aleksandrytowy ( polega na zmianie barwy minerału w zależności od rodzaju oświetlenia, odmiana minerału nazywanego chryzoberylem

Efekt kociego oka - cynofan (diopsyd), selenit (włóknisty gips ), spowodowany jest występowaniem równoległych włókien minerałów

Tygrysie oko – związane z równoległymi włóknami amfibolu (riebeckitu, krokidolitu) przeobrażonymi w goethyt, wrośniętymi w kwarc.

Asteryzm – w korundzie , jest gwiaździsty, mamy tu szafir i rubin. Wrostki mineralne ułożone w trzech kierunkach, co 120 stopni. Odbicie budowy wewnętrznej.

Migotliwośc – awenturyn⁶, związana z wrostkami łyszczyku (np. zielonego Fuchsyt), hematytu lub płaskimi pęknięciami w minerale.

Twardość – odporność substancji stałej na oddziaływanie mechaniczne (zarysowanie, nacisk, ścieranie)

1. Talk

2. Gips - układ jednoskośny⁷

3. Kalcyt - trygonalny (jest 7 układów, 32 klasy , 262 podgrupy)

4. Fluoryt – regularny

5. Apatyt – heksagonalny

6. Ortoklaz – jednoskośny, plagioklazy – trójskośny

7. Kwarc – tetragonalny i heksagonalny

8. Topaz – rombowy

9. Korund – trygonalny

10. Diament – regularny

Twardość należy oznaczać na świeżej powierzchni, lekko prowadząc ostry brzeg substancji wzorcowej po minerale badanym.

Bezwzględne – wciskanie przyrządu. W firmie Kranz można kupić wszystko, m.in. zestaw do oznaczania twardości. Kosztuje 50 euro.

węgiel ma różną twardość, przykład dwubiegunowości, dlatego zostało nazwane dialektyką, wszystko jest zawsze dwubiegunowe.

Łupliwość i przełam –

Diament posiada również łupliwość, to jest cecha która pozwala dzielić diamenty uderzeniem bez cięcia. Grafit ma łupliwość równoległą do ułożonych płasko atomów.

Łupliwość odzwierciedla budowę zewnętrzną.

Mamy różne przełamy (przełam występuje wtedy, gdy odłupki nie mają ścian płaskich lub zbliżonych do płaskich – ziemisty, zadziorowaty, muszlowy, włóknisty itd.

Spójność –określa sposób zachowania się minerału podczas deformacji

• Kruchość – polega na opryskiwaniu małych okruchów w wyniku zarysowania cech charakterystyczna dla siarczków i metali rodzimych (siarka, sfaleryt, kalcyt)

• Łagodność – jeśli wzdłuż rysy gromadzi się proszek (antymonit, galena, molibdenit)

• Ciągliwość (krajalność) – zarysowanie nie powoduje powstania proszku, ale wzdłuż rysy tworzą się wybrzuszenia (złoto rodzime, srebro rodzime, argentyt, chroargentyt)

• Kowalność – jeśli podczas uderzeń młotkiem trwale odkształca się plastycznie (srebro rodzime, żelazo rodzime). Czyste złoto jest kowalne, dlatego gryziono dukaty w niektórych Westernach)

• Giętkość – jeśli minerał można wyginać bez spowodowania spękań (antymonit, gips)

• Sprężystość – jeśli wygięty minerał powraca samoistnie do pierwotnego kształtu (muskowit, biotyt)

• Zwięzłość – uderzane minerały nie pękają ani nie odkształcają się albo dają się rozbijać z trudem (żady – nefryt, jadeit)

Magnetyzm

Bazalty krystalizują z lawy po przejściu przez punkt Curie. Mamy pasowe anomalie raz dodatnie raz ujemne. W ten sposób symetrycznie od doliny ryftowej mamy pasy z magnetytem

Luminescencja –

• fluorescencja (UV) – świecenie pod wpływem promieniowania (np. ultrafioletowego)

• Fosforescencja – świecenie pod wpływem promieniownia (np. ultrafioletowego) po ustaniu działania czynnika wzbudzającego

Dla niektórych minerałów potrzebne jest światło krótkie a niektórych długie

• Termoluminescencja – świecenie pod wpływem zmiany temperatury (kalcyt, apatyt, skaleń, fluor, lepidolit)

• Tryboluminescencja – pod wpływem oddziaływania mechanicznego - nacisku, tarcia (sfaleryt, amblygonit, kalcyt, skaleń, lepidolit, muskowit, pektolit, kwarc)

• Katodoluminescencja – świecenie pod wpływem wiązki elektronowej (cyrkon, sfaleryt)

Badanie wieku cyrkonów metodą uran ołow

Inne –

• gęstość

• radioaktywność

• właściwości cieplne

  • rozszerzalność cieplna

  • przewodnictwo cieplne

  • ciepło właściwe

  • temperatura i ciepło topnienia

  • sublimacja

• właściwości elektryczne

  • przewodnictwo elektryczne

  • piezoelektryczność⁸, taki jest kwarc, tak samo jak

  • piroelektrycznośc (na tym oparte są zegarki kwarcowe)

Kształt minerałów – stopień automorfizmu

• Automorficzny = idiomorficzny = euhedralny

• Ksenomorficzny = allotriomorficzny = anhedralny

• Hipatuomorficzny = hipidiomorficzny = subhedralny

Pokrój – izometryczny, krókosłupowy, słupowy, cinekosłupowy, pręcikowy, igiełkowy, włosowy

Amfibole są chude i długie, a pirokseny krótki e i krępe

Grubo tabliczkowy, tabliczkowy, płytkowy, blaszkowy listkowy, baryłkowy, wrzecionowaty , siodłowy itd.

Kryształy szkieletowe, skokowe. Po angielsku hoppercristal. Znane np. z lodu. Także leucyt.

Ważny element rozpoznawania minerałów to również zrosty kryształów. Ukośny , równoległy, przerosty równoległe, zrost snopkowy. Żelazo kocha snopki.

Nietypowe to sferolity. Kwarc buławkowy – u góry ametyst, a na dole kwarc mleczny

Kwarc typu ceper.

• Zbliźniaczenia są bardzo ważne dla skaleni ‼‼!
  W trójskośnych : albit: bliźniak albitowy i peryklinowy,
  Skalenie są zbliźniaczone kwarc nie.

• Rombowy – chryzoberyl, i cerusyt

• Trygonalny kalcyt

• Tetragonalny – rutyl i kasyteryt zbliźniaczenia kolankowe

• Regularny – bliźniak spinelowy magnetytu, fluoryt

• Są też bliźniaki polisyntetyczne – albit i aragonit

Krystalografia:

Można ją przedstawiać w postaci sieci punktów. Nazwano ją siecią Bravais’go.

Efektem trójwymiarowym sieci jest komórka elementarna. Wykazano że wszystkie sieci mają kilka typów.

Prymitywna, wewnętrznie centrowana, ściennie centrowana.

Wszystko co ma krystaliczną postać mieści się w układzie Bravais’ego.

To co jest na poziomie atomowym odbija się na poziomie wyższym, geometrycznym.

Reasumując:

• Istnieje tylko 7 kryształów komórek elementarnych

• 14 typów sieci Bravais’go

Parametry komórek elementarnych:

• Długość

• Kąty

W taki sposób przechodzimy od komórek do osi krystalograficznych.

W efekcie mamy 7 układów krystalograficznych:

Uklady krystalograficznie są odbite zarówno wewnętrznie jak i zewnętrznie. Wszystkie ciała dzielimy na izotropowe i anizotropowe.

Izotropowe to układ regularny. Bezpostaciowe też są izotropowe.

Anizotropowe dzielą się na jednoosiowe i dwuosiowe. Wysokie są układy jednoosiowe. Niskie układy są dwuosiowe ( jednoskośny, trójskośny, rombowy)

Skalenie w układzie trójskośnym są dwuosiowe, zarówno dodatnie jak i ujemnie

To się wyraża przy pomocy indykatrysy. Jeśli kąt między osiami jest mały, jest dodatnia. Jeśli kąt między osiami jest duży mamy dwuosiowe optycznie ujemne.

Własności optyczne wynikają z układu krystalograficznego. Są ważne w rozpoznawaniu.

Wskaźniki Millera (HKL)- są liczbami prostymi. Zawsze się redukują do liczby pierwszej

Są immanentną cechą każdej komórki. Równoległe płaszczyzny mają takie same wskaźniki.

Przechodzimy teraz do krystalografii geometrycznej (wcześniej była wewnętrzna) czyli tak zwanych brył.

Każda bryła ma jakieś zewnętrzne elementy symetrii. Każdy z minerałów ma jakąś swoją postać.

Płaszczyzny, osie i centrum symetrii.

Dla sześcianu 9P, 3L⁴, 4L³, 6L², C – reprezentuje maksymalną ilość symetrii

Układ trójskośny ma tylko C

Wszystko w jakiś sposób dąży do krystalizacji, np. wszystkie szkliwa krystalizują. To samo jest z perłami. Aragonit o układzie rombowym chce wyjść na układ wyższy trygonalny. Stare perły przestają błyszczeć stają się kruche. Dlatego mamy 99,9% substancji krystalicznych.

Krystalografia – wykłady Kozłowskiego

Wojciech Siudmak – polak mieszkający we Francji,

Ciała bezpostaciowe – bursztyn , opal , szkło

Śnieżny obsydian

Tektyty , mołdawity (zielone tektyty)

Kwarc może być czarny lub biały pod mikroskopem zależy od osi

Widok z pod mikroskopu elektronowego

Każdy kryształ ma jakąś własność anizotropowa

Różnorodność kryształów Berylu

Niels Stensen wykazał prawo stałości katów, niezależnie od tego jak wydłużony jest kryształ itd., kąty między ścianami są takie same w tych samych warunkach fizykochemicznych.

Kąty mierzy się goniometrami kontaktowymi albo refleksyjno-jednokołowymi. dzisiaj to jest z automatyzowane. Jest jeden element, którego nie przerobimy, ale musimy mieć pojęcie – rzut stereograficzny

Nie musimy umieć robić rzutu, ale musimy mieć pojęcie. Kółko i krzyżyk – ściany się pokrywają.

Układ odzwierciedla się sferycznie, albo na płaskiej siatce Wulfa. Są równoleżnikowa i południkowa.

Rene Hauy (1743-1822) Prawo wymiernych stosunków odcinków – każdy ze stosunków dwóch odcinków odciętych na jednej osi krystalograficznej przez dwie ściany kryształu wyraża się liczbą wymierną.

Do projekcji stereograficznej WZÓR COSINUSÓW

Prawo Weissa – ściany mają związki nazywane pasem, każda ściana należy przynajmniej do dwoch pasow.

Sfaleryt nie ma połysku metalicznego –

Rachunek pasowy

Reguła komplikacji Goldschidta (najsłynniejszy na świecie geochemik, położył podstawy pod geochemię)

Pasy w układzie regularnym

Płaszczyznę symetrii można zapisać w różnych konwencjach jako P albo jako m

Osie inwersyjne, oś dwukrotna inwersyjna = płaszczyzna symetrii.

Klasy symetrii mamy 32.

---

1. Szczegółowa jest na pierwszym roku SUM.↩

2. . Hipergeniczne znaczy powierzchniowe, to co podlega wpływowi warunków klimatycznych.↩

3. Nie ma idealnych kryształów. Wszystko na tym świecie ma zawsze jakiś defekt. Doskonałość jest atrybutem zupełnie innego ładu natury.↩

4. Nie jest to siarczek, bo oprócz siarki zawiera arsen↩

5. Ruda która nie ma połysku metalicznego ma zawsze połysk diamentowy albo półdiamentowy.↩

6. kwarc↩

7. większość minerałów ma niski układ krystalograficzny↩

8. Generowanie prądu elektrycznego pod wpływem mechanicznego ściskania lub rozciągania↩