1. Prawa krystalograficzne

Prawo stałości kątów (Stensen 1669r) – analogiczne ściany różnych kryształów tego samego minerału zawsze tworzą ze sobą jednakowe kąty

Zasada paralelizmu – między zewnętrzną wielościenną postacią kryształów a ich budową wewnętrzną istnieje następujący związek: ściany kryształów są równoległe do ich płaszczyzn sieciowych a krawędzie do prostych sieciowych. Jest to tzw. Dyfrakcja rentgenowska.

Prawo pasowe- wszystkie ściany kryształu pozostają w związku pasowym tzn. że każda ściana kryształu należy do co najmniej dwóch pasów.

Wskaźnik Millera pasa- trójka liczb całkowitych względem siebie pierwszych odpowiadająca współrzędnym

Dwójka pasowa- wprowadzenie płaszczyzn (ścian) lub pasów bez pomiarów kąta.

2. klasa krystalograficzna – układ krystalograficzny: wzajemne relacje

Klasa symetrii (klasa krystalograficzna) jest zbiorem wielościanów o takich samych elementach symetrii (jest ich 32).

Układ krystalograficzny – jest to zbiór kryształów różnych klas symetrii o pewnych wspólnych elementach symetrii geometrycznej które dają się odwzorować w takim samym układzie osi krystalograficznych. Inaczej mówiąc jest to grupa zbliżonych do siebie klas symetrii. Wyróżniamy 7 układów krystalograficznych:

• trójskośny a¹b¹g a¹b¹c C (plagioklazy)

• jednoskośny a=g=90° b¹90° a¹b¹c L² (ortoklazy, augit, gips)

• rombowy a=b=g=90° a¹b¹c 3L² L² +2P (siarka rodzima, aragonit)

• tetragonalny a=b=g=90° a=b ¹c L⁴_p L⁴_s (chalkopiryt)

• trygonalny a₁=a₂=a₃=90° g=120° a₁=a₂=a₃¹90° a₁=a₂=a₃¹c, a=b=c L³ L⁶_s (kwarc b, kalcyt)

• heksagonalny a₁=a₂=a₃=90° g=120° a₁=a₂=a₃¹c L⁶ (nefelin, apatyt, grafit)

• regularny a=b=g=90 a=b=c 4L³ 4L⁶_s (halit, galena, sfaleryt)

3. Zasady Paulinga

Reguły Paulinga dotyczą budowy i wzajemnych powiązań wielościanów koordynacyjnych w kryształach jonowych. Pozwalają one z dużym prawdopodobieństwem przewidzieć trwałość danej struktury.

I. zasada koordynacji- jony jednego znaku są otoczone jonami przeciwnego znaku w ten sposób, że ich środki tworzą naroża wielościanu wymiarowego. Odległość anion- kation jest sumą promieni jonowych a liczba koordynacyjna zależy od stosunku promieni jonowych.

II. zasada elektroobojętności- ładunek anionu jest wysycony dokładnie lub niemal dokładnie przez wartościowość (wytrzymałość) wiązania otaczających go kationów.

III. zasada wspólnych naroży- wielościany koordynacyjne łączą się wspólnym narożem rzadziej wspólną ścianą.

IV. jeżeli w krysztale występuje kilka rodzajów kationów o różnych ładunkach to kationy o wysokich ładunkach i niskiej liczbie koordynacyjnych nie mają wspólnych anionów

V. zasada oszczędności- liczba nie równoważnych elementów strukturalnych w krysztale jest niewielka.

4) Polimorfizm – izomorfizm definicje porównanie przykłady.

Oba zjawiska odkrył Mitscherlich - izomorfizm w 1819 a polimorfizm w 1822 roku. Polimorfizm(wielopostaciowość) – polega na tym że ta sama substancja chemiczna tworzy dwie lub więcej faz krystalicznych różniących się strukturą i właściwościami fizycznymi. Odmiany polimorficzne mogą tworzyć pierwiastki jak i związki chemiczne. W przypadku polimorfii pierwiastków mówimy często o allotropii. Substancją dymorficzną nazywamy substancję która tworzy tylko dwie fazy o odmiennej strukturze.

Przykłady polimorfizmu: diament i grafit (zdecydowanie różne pod względem właściwości fizycznych i chemicznych polimorfy węgla

Każda odmiana polimorficzna jest trwała w określonych warunkach fizyczno-chemicznych. Zmiany temp i ciśnienia mogą prowadzić do przemian fazowych odwracalnych(enancjotropowych), bądź nieodwracalnych(monotropowych) gdy przy zmianie warunków w kierunku odwrotnym faza B nie przechodzi w odmiane A (w takim przypadku mówimy że faza B jest trwała, a faza A - nietrwała), przykładem przemiany enancjotropowej jest odwracalne przejście trygonalnego kwarcu b w heksagonalny kwarc a przy 573°C. Przykładem przemiany monotropowej jest przejście rombowego CaCO3(aragonitu) w trygonalny (kalcyt).

Reguła stopni Ostwalda – w danych warunkach najpierw krystalizuje odmiana najmniej trwała przechodząc stopniowo później w modyfikacje coraz trwalsze..

Niektóre przemiany polimorficzne nie powodują zasadniczej zmiany ugrupowań koordynacyjnych atomów czy jonów, lecz tylko zmianę ich wzajemnego położenia. Wyróżniamy tu:

a) przemiany fazowe z przemieszczeniem, w których zachodzi nieznaczna deformacja sieci krystalicznej, bez zrywania wiązań; zachodzi ona szybko i odwracalnie (np. kwarc b w kwarc a)

2) przemiany fazowe z przebudową tj. związane ze zrywaniem wiązań i zasadniczą zmianą budowy sieci, zachodzą bardzo powoli, przykładem takich przemian są przejścia miedzy kwarcem, trydymitem i cristobalitem zachodzące opornie i powoli.

Przykładem przemiany polimorficznej pociągającej za sobą zmianę najbliższej koordynacji są przejścia między odmianami polimorficznymi CaCO3(LK wapnia w aragonicie-9, a w kalcycie-6). Podobnym przykładem jest przebudowa odmian pierwiastka C (w diamencie LK 4, a w graficie LK3). W drugim przypadku zachodzi również zmiana charakteru wiązań.

Szczególnym typem przemian polimorficznych są przemiany typu porządek-nieporządek. Zachodzą one wówczas, gdy atomy mogące się wzajemnie zastępować mają do dyspozycji nierównoważne pozycje sieciowe. Przykładu dostarcza Al, Si w skaleniach potasowych

Izomorfizm(równopostaciowość) – podobieństwo struktur krystalicznych substancji o odmiennym składzie chemicznym. Pojęcie to obejmuje:

a) izomorfizm w szerokim znaczeniu (izotypia), polegający na podobieństwie struktur które należą do tej samej grupy przestrzennej i wykazują analogiczne rozmieszczenie geometryczne elementów sieci krystalicznej. Komórki elementarne sieci musza mieć analogiczna budowę i zawierać jednakową liczbe atomów. Kryształy izotypowe moga natomiast wykazywać odmienny typ wiązań chemicznych oraz różne właściwości fizyczno-chemiczne. Przykładem takich minerałów izotypowych jest halit NaCl, galena PbS i peryklaz MgO. Jeśli kryształy odznaczają się podobną budową wewnętrzną, ale nie wszystkie założenia izotypii sa spełnione mówimy niekiedy o kryształach homeotypowych (np kalcyt CaCO3 i dolomit CaMg(CO3)2 lub diament C i sfaleryt ZnS). Termin heterotypia określa natomiast brak podobieństwa struktur (np fluoryt CaF2 i rutyl TiO2)

b) izomorfizm w ścisłym tego słowa znaczeniu (Grimm 1922r), występuje wówczas gdy kryształy izotypowe zdolne są tworzyć izomorficzne roztwory stałe (kryształy mieszane). tzn wykazują zdolnść zastępowania w swoich sieciach krystalicznych jednych atomów lub jonów przez inne.

Diadochia - zdolność zastępowania się jonów w sieci krystalicznej, wynikająca z ich powinowactwa krystalochemicznego. Możliwość takiego zastępowania się jonów uwarunkowana jest ich zblizonymi rozmiarami oraz właściwościami polaryzacyjnymi. Wyróżniamy diadochię izowalentną - gdy zastępują się jony o tej samej wartościowości (np. Mg2+ i Fe2+ w oliwinach (Fe,Mg)₂[SiO₄]), oraz diadochię heterowalentną - gdy zastępują się parami jony o odmiennej wartściowości, jednak suma ich ładunków musi być jednakowa, aby zapewnić kompensację elektryczna sieci (np. Na+ przez Ca2+ oraz Si4+ przez Al3+ w skaleniach sodowo-wapniowych Na[AlSi3O8] - Ca[Al2Si2O8]

Jeśli dwie substancje tworzą kryształy mieszane o dowolnych proporcjach zastępowanych jonów, wówczas mówimy o ciągłym szeregu izomorficznym. Szereg taki tworzą np oliwiny fajalit Fe₂[SiO₄] i forsteryt Mg₂[SiO₄] => (Fe,Mg)₂(SiO₄)

Z poęciem diadochii ma związek zjawisko zwane maskowaniem pierwiastków rzadkich – Jeśli atomy bądź jony mało rozpowszechnionego pierwiastka mają zbliżone rozmiary i własności polaryzacyjne do atomów (jonów) pierwiastka pospolitego, wówczas na ogół nie tworzą własnych faz krystalicznych, lecz ukrywają się na zasadzie podstawień diadochowych w sieciach krystalicznych minerałów utworzonych przez pierwiastek pospolity. Przykładem może być rubid, którego kation Rb+ ma na tyle zbliżone rozmiary i właściwości do kationu potasu K+, że pierwiastek ten nigdy nie tworzy własnych minerałów lecz jest zamaskowany w minerałach potasu, np. w mikach potasowych, skaleniach potasowych i w karnalicie. Kadm wykazuje tak ścisłą diadochię z cynkiem że wyłącznymi rudami kadmu są minerały cynku, a samodzielnie występujące minerały kadmu należą do rzadkości.

5) Zasady systematyki krzemianów

Podstawą systematyki krzemianów jest sposób połączenia ze sobą tetraedrycznych anionów [SiO4]4-, stopień ich kondensacji. Aniony te mogą się łączyć ze sobą narożami według schematu: [SiO4]4- + [SiO4]4- = [Si2O7]6- + O, tworząc grupy złożone z określonej liczby tetraedrów (krzemiany grupowe, pierścieniowe), bądź też utwory zbudowane z nieokreślonej ilości tetraedrów [SiO4]4- (krzemiany łańcuchowe, wstęgowe i warstwowe), a także struktury przestrzenne (szkieletowe) w których tetraedry krzemotlenowe są powiązane wzajemnie wszystkimi narożami. Ze wzrostem kondensacji zmniejsza się stosunek ilościowy O:Si. Krzemiany dzielimy na:

a) wyspowe - zbudowane z izolowanych tetraedrów [SiO4]4-, w których stosunek O:Si wynosi 4:1 (np. oliwiny (Fe,Mg)₂[SiO₄])

b) grupowe - dzielą się na

• pirokrzemiany - inaczej dwukrzemiany, w których dwa tetraedry połączone są wspólnym narożem, i tworzą anion [Si2O7]6-, w których stosunek O:Si wynosi 3,5:1 (hemimorfit Zn4[(OH)2/Si2O7]*H2O)

• pierścieniowe - w których kilka tetraedrów (najczęściej 6) złączonych każdy dwoma narożami tworzy pierścień, stosunek O:Si wynosi 3:1 (beryl)

c) łańcuchowe - nieograniczone łańcuchy tetraedrów złączonych każdy dwoma narożami, tworzy się anion n*[Si2O6]4-, stosunek O:Si - 3:1 (pirokseny)

d) wstęgowe - podwójne łańcuchy, tworzy się anion n*[Si4O11]6-, O:Si = 2,75:1 (amfibole, np. tremolit)

e) warstwowe - nieograniczone warstwy tetraedrów złączonych trzema narożami każdy, stosunek O:Si = 2,5:1 (miki, np. muskowit)

f) szkieletowe(przestrzenne) - tworzone przez nieograniczony szkielet utworzony z tetraedrów, złączonych każdy czterema narożami, O:Si = 2:1 (skalenie, np. ortoklaz)

6) Rudy Cu. Występowanie i eksploatacja rud Cu w Polsce w ujęciu historycznym.

Głównymi minerałami miedzi są: chalkozyn (Cu2S), bornit (Cu5FeS4) i chalkopiryt (CuFeS2). Oprócz nich występują bardzo licznie inne minerały miedzi (kowelin CuS, kupryt Cu2O i in.)

W czasach historycznych złoża były eksploatowane w Niecce Pólnocnosudeckiej (okolice Bolesławca i Złotoryi), w Miedziance w Rudawach Janowickich na Dolnym Śląsku, także w Górach Świętokrzyskich - Miedziana Góra, Miedzianka koło Chęcin a w Tatrach w rejonie Ornaku. Dziś rudy miedzi eksploatowane są w Lubińsko-Głogowskim Okręgu Miedziowym. Obszar złożowy rud miedzi na monoklinie przedsudeckiej rozciąga się od Lubina na południowym wschodzie do Bytomia Odrzańskiego (obszar 60 km długi i 20 km szeroki). Jest to właściwie jedno złoże eksploatowane przez kopalnie Lubin-Małomice, Polkowice, Sieroszowice i Rudna.

7) Rudy Zn i Pb. Występowanie i eksploatacja rud Zn i Pb w Polsce w ujęciu historycznym.

Do głównych rud Zn należy zaliczyć sfaleryt i wurcyt (polimorfy ZnS), również jako składniki blendy skorupowej oraz smithsonit Zn(CO)3 i hemimorfit Zn4[(OH)2/Si2O7]*H2O - także w galmanach. Do najważniejszych rud Pb należy galena PbS a także cerusyt PbCO3 oraz anglezyt PbSO4.

Tradycyjnym obszarem występowania złóż rud cynku i ołowiu o znaczeniu przemysłowym jest północne i północno-wschodnie obrzeżenie Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. W obszarze śląsko-krakowskim wyróżnia się rejony: chrzanowski, olkuski, bytomski i zawierciański. Obecnie wydobycie rud prowadzi się ze złoża Balin-Trzebionka w rej. chrzanowskim oraz ze złóż Olkusz i Pomorzany w rej. olkuskim. Bytomski rejon złóż rud Zn-Pb ma tylko znaczenie historyczne. Wydobycie prowadzono tu od wieków średnich i w złożach pozostały jedynie zasoby rud pozabilansowych. Złoża czwartego rejonu - zawierciańskiego nie są dotychczas eksploatowane.

8) Rudy Fe. Występowanie i eksploatacja rud Fe w Polsce w ujęciu historycznym.

Najważniejszymi rudami żelaza są: magnetyt Fe3O4, różne odmiany hematytu Fe2O3 (błyszcz żelaza - krystaliczna odmiana hematytu, żelazak czerwony - czerwona ruda zawierająca głównie odmianę skrytokrystaliczną, śmietana hematytowa i in.), goethyt a-FeOOH i lepidokrokit g-FeOOH obecne w rudach limonitowych, oraz syderyt FeCO3 - również jako składnik syderytów ilastych.

Rudy żelaza w Polsce występują na Suwalszczyźnie w okolicach Krzemianki, w rejonie Częstochowy, Łęczycy, Starachowic, Rudki koło Nowej Słupi, w Tatrach na hali Ornak a także na Dolnym Śląsku - głównie Kowary i Kletno. W Polsce w XX wieku prowadzono wydobycie rud żelaza w wielu kopalniach w rejonach: częstochowskim, kieleckim i łęczyckim. Złoża tych rud zostały skreślone z krajowego bilansu zasobów już w 1994 roku, gdyż parametry tych złóż nie spełniały warunków ekonomicznych nawet dla rud pozabilansowych. Od tego czasu w Polsce brak jest opłacalnych do eksploatacji złóż rud żelaza. Udokumentowane złoże darniowych rud żelaza (Dębe Małe) stanowi surowiec dla innych zastosowań niż metalurgia.

9) Rudy Ag. Produkcja Ag w Polsce.

Do najważniejszych rud srebra należy zaliczyć srebro rodzime oraz chlorargiryt AgCl i argentyt Ag2S, srebro występuje też często w formie podstawień diadochowych w siarczkach Cu oraz w galenie. W czasach historycznych rudy srebra były eksploatowane na niewielką skalę w wielu miejscach na Dolnym Śląsku - obecnie odzyskuje się srebro z rud miedzi monokliny przedsudeckiej oraz z galeny obszaru śląsko-krakowskiego.

10) Górnictwo kruszcowe w Polsce w ujęciu historycznym

Do najważniejszych rud srebra należy zaliczyć srebro rodzime oraz chlorargiryt AgCl i argentyt Ag2S, srebro występuje też często w formie podstawień diadochowych w siarczkach Cu oraz w galenie. W czasach historycznych rudy srebra były eksploatowane na niewielką skalę w wielu miejscach na Dolnym Śląsku - obecnie odzyskuje się srebro z rud miedzi monokliny przedsudeckiej oraz z galeny obszaru śląsko-krakowskiego.

Rudy złota to złoto rodzime, telleruki Au a także kalawertyt oraz sylwanit. Dziś złoto w Polsce jest odzyskiwane z rud Cu monokliny przedsudeckiej, gdzie występuje w formie podstawień diadochowych. Złoża historyczne: Złoty Stok, zloża piaskow złotonośnych rejonu Lwówka Śląskiego i Zlotoryi - inne niewielkie złoża to złotonośne arsenopiryty rejonu Czarnowa i Radomic.

Platynowce w Polsce nie były i nie sa eksploatowane gdyż nie występują w wystarczających ilościach.

11) Określ bliżej: limonit, boksyt, galman

limonit (ruda Fe) - mieszanina mineralna o zmiennym składzie (goethyt, lepidokrokit, inne). Należy do najpospolitszych związków żelaza. Nigdy nie występuje w postaci pokładów, lecz stanowi składnik większych serii osadowych.

Jest czasem używany jako surowiec do uzyskiwania żelaza, stosowany także do produkcji barwników.

boksyt (ruda Al) - ilasta skała osadowa składająca się głównie z wodorotlenków glinu (hydrargilitu, boehmitu, diasporu) i FeOOH. Zawiera też minerały ilaste oraz krzemionkę. Najczęściej koloru czerwonego lub brunatnego, drobnoziarnisty, miękki, słabo spojony lub zwięzły i twardy. W największych ilościach powstaje na miejscu wietrzenia skał glinokrzemianowych w klimacie gorącym (wietrzenie laterytowe). Jest podstawową rudą glinu. Odmianą boksytu jest lateryt.

galman (ruda Zn) - należy do rud polimineralnych, najistotniejszym składnikiem galmanu jest smithsonit, hemimorfit + zwizki Fe, relikty galeny i inne. Galmany zawierają domieszki kadmu Cd w ilości kwalifikującej się do wykorzystania hutniczego.

W Polsce rozpowszechnione w strefie utleniania triasowych złóż kruszców Zn i Pb. Są to przeważnie czerwone galmany smithsonitowe oraz krzemianowe galmany hemimorfitowe. W okolicy Chrzanowa występują galmany monheimitowe. Są eksploatowane od połowy XVI w. w okolicach Bytomia, Tarnowskich gór, Olkusza, Trzebini i Długoszyna.

12) Granaty

Granaty sa to krzemiany wyspowe metali dwu- i trójwartościowych (magnezu, żelaza, glinu, wapnia, chromu), zastosowanie w jubilerstwie jako kamienie półszlachetne (np. pirop), a także jako materiały ścierne .Kryształy izometryczne, najczęściej w postaci dwunastościanu rombowego. Krystalizują w układzie regularnym. Granaty tworzą szeregi izomorficzne: piralspity (pirop Mg3Al2[SiO4], almandyn Fe3Al2[SiO4], spessartyn Mn3Al2[SiO4]); ugrandyty (grossular Ca3Al2[SiO4], andradyt Ca3Fe2[SiO4], uwarowit Ca3Cr2[SiO4]). Charakteryzują się optyczną izotropowością oraz wysoce dodatnim reliefem, nie posiadaja płaszczyzn łupliwości, często spękane.

występowanie:

• skały ultrazasadowe: jako minerały akcesoryczne w granitach i pegmatytach

• skały metamorficzne: gnejsy, łupki łyszczkowe, granulity, skarny

13) chrakterystyka porównawcza piroksenów i amfiboli

Pirokseny są krzemianami łańcuchowymi, krystalizuja w układzie jednoskośnym i rombowym. Symetria rombowa jest wymikiem wielokrotnego zbliźniaczenia submikroskopowych osobników jednoskośnych_. Ogólny wzór: A₂[Si₂O₆] gdzie A₂ oznacza bądż dwa kationy o średnich rozmiarach, np. Mg2+ lub Fe2+ (symetria rombowa bądź jednoskośna: enstatyt Mg2[Si₂O₆], ferrosilit Fe2[Si₂O₆]), bądź też jeden kation średniej wielkości i drugi znacznie większy, np. Mg2+ i Ca2+ (jednoskośna symetria: diopsyd CaMg[Si₂O₆], hedenbergit CaFe[Si₂O₆]).

Amfibole są krzemianami wstęgowymi. Odznaczaja się złożonym składem chemicznym. Pozostaje to w związku z rozpowszechnionym w tej grupie zjawiskiem podstawień izomorficznych. Podobnie do piroksenów krystalizują w układzie jednoskośnym i rombowym, przy czym osobniki rombowe są wynikiem wielokrotnego zbliźniaczeniaczenia submikroskopowych indywiduów jednoskośnych. Podobnie do piroksenów amfibole również podzielono na rombowe(antofyllit) i jednoskośne (tremolit, aktynolit, hornblenda). Zarówno wśród amfiboli jak i piroksenów jednoskośnych wyróżnia się także odmiany zasobne w alkalia - amfibole (glaukofan) i pirokseny (jadeit, egiryn) alkaliczne.

14) Podstawy budowy wewnętrznej krzemianów warstwowych

Krzemiany warstwowe reprezentuja wysoki stopień kondensacji anionów [SiO₄]4-. Są one wykształcone jako połączenia pierścieni sześcioczłonowych utworzonych z anionów krzemotlenowych [SiO₄]4-. Wolne aniony O2- są skierowane ku sąsiedniej warstwie metalo-tleno-wodorotlenowej w której kationami są najczęściej Al3+ lub Mg2+. Częste są podstawienia anionów [SiO₄]4- przez [AlO₄]5-. Krzemiany tego typu utworzone sa z warstw krzemotlenowych i glinotlenowych rozmieszczonych równolegle do dwuścianu podstawowego. Tworzą kształty heksagonalne lub pseudoheksagonalne.

Możliwe są dwa zasadnicze sposoby wiązania warstw krzemotlenowych i warstw metahydroksylowych w pakiety, które stanowią podstawowe elementy struktury krzemianów warstwowych:

a) warstwa matalohydroksylowa zostaje zamknieta między dwiema warstwami krzemowotlenowymi. Pakiety typu 2:1(grupa pyrofylitu i talku, miki zwyczajne (muskowit, biotyt), hydromiki (illit, glaukonit), grupa montmorillonitu(montmorillonit, wermikulit))

b) warstwa metalohydroksylowa jest jednostronnie połączona z warstwą krzemotlenową (pakiety typu 1:1 - grupa kaolinitu i serpentynu (podgrupa kaolinitu - kaolinit, dickit, nakryt, halozoit; podgrupa serpentynu - antygoryt, chryzotyl, lizardyt))

c) pakiet typu 2:1:1 (Chloryty - Pennin, Klinochlor)

15) podział i szeregi izomorficzne grup skaleni

Skalenie należą do krzemianów przestrzennych. Tworzą dwa szeregi izomorficzne:

a) skalenie potasowo-sodowe (alkaliczne) (K, Na) [AlSi3O8]

• sanidyn K[AlSi3O8] jednoskośny

• anortoklaz (Na,K)[AlSi3O8] jednoskośny

• albit Na[AlSi3O8] trójskośny

• ortoklaz K[AlSi3O8] jednoskośny

• mikroklin K[AlSi3O8] trójskośny

• adular K[AlSi3O8] jednoskośny lub trójskośny

skalenie alkaliczne tworzą także pertyty - są to przerosty skaleni sodowych i potasowych

b) skalenie sodowo wapniowe (plagioklazy) (Na, Ca) [Al(Al, Si)Si2O8] - trójskośne

• albit Na[AlSi3O8] 0-10 %An

• oligoklaz 10-30 %An

• andezyn 30-50 %An

• labrador 50-70 %An

• bytownit 70-90 %An

• anortyt Ca[Al2Si2O8] 90-100 %An

16) pertyty. Podział pertytów. Mechanizm powstawania pertytów eksolucyjnych

W wysokich temperaturach szereg izomorficzny Na[AlSi3O8] - K[AlSi3O8]Jest ciągły. Ze spadkiem temperatury mieszalność maleje, luka w serii kryształów mieszanych rośnie, pojawiają się produkty rozpadu izomorficznych roztworów stałych na dwie fazy krystaliczne - pertyty. Makroskopowo pertyty sa zwykle jednorodne, a dopiero badanie płytki cienkiej pod mikroskopem ujawnia obecność skalenia potasowego i skalenia sodowego. W pertytach przewazajacą fazą jest skaleń potasowy, jeżeli faza przewazającą jest albit (skaleń sodowy), to mówimy o antypertytach. W zależności od fazy krystalicznej skalenia potasowego wyróżniane są pertyty ortoklazowe i bardziej rozpowszechnione pertyty mikroklinowe. Pertyty sa rozpowszechnionymi składnikami skał głebinowych magmowych zasobnych w alkalia i pegmatytów, gdzie powstaja w wyniku odmieszania podczas powolnego ich ochładzania. Podobne roztwory powstają wskutek działania hydrotermalnych roztworów zasobnych w sód na skalenie potasowe(pert. infiltracyjne i metasomatyczne).

17) Skałotwórcze minerały węglanowe podział i własności

trygonalne np: kalcyt, magnezyt, syderyt, dolomit

optycznie anizotropowe jednosiowe

rombowe aragonit

dwuosiowe

wł optyczne

1N bezbarwne, przeźroczyste, pleo brak, syderyt czasem jasno brązowy, łupliwość doskonala 2kier, relief zmienny 2N anizotropowe, ściemnia prosto, binf 3-4r

KALCYT CaCO3

Postać występowania: kalcyt krystalizuje w układzie trygonalnym.

Pokrój kryształów: kryształy dobrze wykształcone, nieraz znacznych rozmiarów,

odznaczające się bogactwem postaci.

Barwa: najczęściej bezbarwny, biały, szary, brunatny lub rozmaicie zabarwiomy przez

domieszki chemiczne i mineralne.

Połysk: szklisty.

Rysa: biała.

Twardość: 3,0 - wzorcowa w skali Mohsa.

Łupliwość: doskonała.

Gęstość: 2,6 - 2,8 g . cm-1.

Inne właściwości: silnie burzy z 10% HCl.

WYSTĘPOWANIE

Tworzy on bardzo urozmaicone formy skupień. Oprócz skupień ziarnistych, zbitych i włóknistych występują formy naciekowe - stalaktyty i stalagmity. Minerał ten jest głównym składnikiem osadowych skał wapiennych, pochodzenia zarówno organicznego jak i chemicznego. Obecny jest w złożach żyłowych pochodzenia hydrotermalnego. W grupie skał metamorficznych stanowi podstawowy składnik marmurów.

DOLOMIT CaMg(CO3)2

Postać występowania: dolomit krystalizuje w układzie trygonalnym.

Pokrój kryształów: kryształy romboerdyczne.

Barwa: biała, szara, żółtawa, brunatna aż do prawie czarnej, w zależności od domieszek.

Połysk: szklisty lu perłowy.

Rysa: biała.

Twardość: 3,5 - 4,0.

Łupliwość: doskonała.

Gęstość: 2,85 - 2,95 g . cm-1.

Inne właściwości: burzy z 10% HCl po sproszkowaniu lub po podgrzaniu kwasu.

WYSTĘPOWANIE

Dolomit jest solą podwójną MgCO3 . CaCO3, prawie zawsze zawierającą domieszki

żelaza, czasem również cynku, niklu i kobaltu.

Jest on głównym składnikiem skał o tej samej nazwie tj. dolomitów, a także

marmurów dolomitowych. Znany jest ponadto z żyłowych utworów hydrotermalnych.

SYDERYT FeCO3

Postać występowania: syderyt krystalizuje w układzie trygonalnym.

Pokrój kryształów: rzadko tworzy kryształy romboerdyczne, niewielkie.

Barwa: w stanie świeżym żółtawoszara, w stanie zwietrzałym - brunatna.

Połysk: szklisty lub perłowy.

Rysa: biaława.

Twardość: 3,5 - 4,5.

Łupliwość: doskonała.

Gęstość: 3,7 - 3,9 g . cm-1.

Inne właściwości: po sproszkowaniu silnie burzy z kwasem solnym.

WYSTĘPOWANIE

Jest obecny w skałach osadowych, w pęcherzach pogazowych skał wulkanicznych, żyłach pochodzenia hydrotermalnego. Może także tworzyć konkrecje i pokłady w utworach pochodzenia sedymentacyjnego i torfach.

18) Załamanie świata w kryształach.

Gdy światło pada na granicę dwóch środowisk optycznych jego część ulega odbiciu a część załamaniu. Zjawisko to podlega następującym prawom:

• Promień padający, odbity i załamany oraz normalna do powierzchni granicznej obu osrodków optycznych wystawiona w punkcie odbicia leży w jednej plaszczyźnie.

• Kąt odbicia a’ zawarty pomiędzy promieniem odbitym a normalną jest równy kątowi padania a pomiędzy promieniem padającym a normalną.

• prawo Sneliusa: sin_a/sin_b = ca/cb = n - stosunek sinusów kąta padania do kąta odbicia jest wartością stałą, charakterystyczną dla tych środowisk. Nosi on nazwę współczynnika załamania światła.

n>1 charakteryzuje przejście światła z ośrodka optycznie rzadszego do gęstszego

n<1 charakteryzuje przejście światła z ośrodka optycznie gęstszego do rzadszego

Minerały w zdecydowanej większości mają współczynnik załamania światła większy od 1 - wyjątkiem są niektóre metale rodzime (złoto, srebro, miedź).

Ze zjawiskiem załamania światła związane jest pojęcie kąta granicznego d max. Kąt graniczny jest to taki kąt padania, dla którego kąt załamania wynosi 90°.

Pojedynczo załamują światło kryształy izotropowe (takie w których prędkość światła jest stała i nie zależy od kierunku jego rozchodzenia się). Są to:

• kryształy układu regularnego

• ciała bezpostaciowe

Kryształy anizotropowe załamują światło podwójnie (wykazują dwójłomność) (anizotropowe to takie w których prędkość rozchodzenia się światła zależy od kierunku). Są to kryształy pozostałych sześciu układów:

• trygonalny, tetragonalny, heksagonalny - kryształy optycznie jednoosiowe (jeden kierunek - wzdłuż osi krystalograficznej Z - nie zachodzi podwójne załamanie światła)

• rombowy, jednoskośny, trójskośny - kryształy optycznie dwuosiowe (w dwóch kierunkach nie następuje podwójne załamanie światła)

Kierunki według których nie zachodzi podwójne załamanie światła w kryształach anizotropowych noszą nazwę osi optycznych.

19) Podział optyczny kryształów

kryształy jednoosiowe mają dwie skrajne barwy pleochroiczne w kierunku osi optycznej pleochroizm nie występuje (Trygonalny, Tetragonalny, Heksagonalny) ściemniają światło prosto

dwuosiowe mają trzy główne barwy pleochroiczne dla drgań odpowiadającym skrajnym współczynnikom załamania światła na, nb, ng (Trójskośny, Jednoskośny, Rombowy) ściemniają światło skośnie

izotropowe

anizotropowe

jednoosiowe ne > nw + // ne < nw -

dwuosiowe ng - nb > nb - na + // nb < nb - na -

20) Struktura a własności optyczne ciał stałych

Właściwości optyczne zalezne sa od tego do którego układu krystalograficznego należy dany kryształ. Minerały izotropowe (ciała bezpostaciowe i kryształy układu regularnego) pojedynczo załamują światło (n=const), pod względem optycznym róznią się od siebie wartością współczynnika załamania światła, barwą i połyskiem.Właściwości optyczne tych ciał sa niezależne od kierunków obranych w krysztale. Minerały anizotropowe optycznie jednoosiowe (układu heksagonalnego, tetragonalnego, trygonalnego) podwójnie załamuja światło przy czym zmienność współczynnika załamania światła (n_e, n_w) można odwzorować przy pomocy indykatrysy - powierzchni elipsoidy obrotowej, której półosiami są n_e i n_w. Poszczególne minerały róznią się współczynnikiem załamania światła, dwójłomnością, charakterem optycznym, barwą, pleochroizmem, skręcaniem płaszczyzny polaryzacji swiatła itp. Minerały anizotropowe optycznie dwuosiowe (układu rombowego, jednoskośnego i trójskośnego) podwójnie załamują swiatło tworząc dwa promienie nadzwyczajne.Wyróznia się trzy skrajne wartosci współczynniki załamania światła w trzech wzajemnie prostopadłych kierunkach n_a, n_b, n_g . Zmienność współczynnika załamania światła odwzorowuje powierzchnia elipsoidy trójosiowej(indykatrysy) w której trzem półosiom odpowiadają n_a, n_b, n_g. Kryształy te mają dwie osie optyczne. Kierunki n_a, n_b, n_g odpowiadaja kierunkom dwukrotnych osi symetrii.

21. Budowa i zasada działania pryzmatu Nicola.

Pryzmat Nikola (zw.nikolem) służy do wyeliminowania jednego z dwóch promieni spolaryzowanych wskutek podwójnego załamania. Pryzmat polaryzujący jest utworzony z romboedrycznego kryształu szpatu islandzkiego (kalcyt CaCO₃), odpowiednio oszlifowanego, przeciętego na 2 części i sklejonego balsamem kanadyjskim, promień światła padając na nikol rozszczepia się na 2 promienie spolaryzowane w kierunkach wzajemnie prostopadłych: zwyczajny i nadzwyczajny (dwójłomność), z nikola wychodzi tylko promień nadzwyczajny, gdyż promień zwyczajny ulega całkowitemu wewnętrznemu odbiciu na styku z balsamem kanadyjskim, a następnie pochłonięciu na zaczernionej bocznej ściance (bezwzględny współczynnik załamania światła balsamu kanadyjskiego ma wartość pośrednią między wartością współczynnika załamania szpatu islandzkiego dla promienia zwyczajnego a największą wartością tego współczynnika dla promienia nadzwyczajnego)

22. Tok badań mikroskopowych

Badania mikroskopowe prowadzone przy jednym nikolu (1N):

a) pokrój - ziarna mogą byc idiomorficzne, czyli posiadać właściwe dla danego minerału formy krystalograficzne, lub allomorficzne - wypełniają wolną przestrzeń między ziarnami
b) barwa własna - podział na minerały mikroskopowo barwne i bezbarwne, barwa obserwowana pod mikroskopem jest wynikiem selektywnej absorpcji światła białego

c) pleochroizm - zmiana barwy podczas obrotu stolika mikroskopu będąca skutkiem selektywnej absorbcji światła białego.

d) relief - określenie reliefu pomaga przy jakościowej ocenie współczynnika załamania światła. Przygotowane preparaty mikroskopowe (szlify), są zatopione w balsamie kanadyjskim (współczynnik n=1,54). W zależności od współczynnika załamania swiatła badanych ziarn mineralnych, można zauważyć pozorne nierówności, które są wynikiem rożnicy współczynników załamania światła pomiędzy minerałem a balsamem kanadyjskim. Jeśli minerał ma współczynnik załamania światła znacznie większy od balsamu, to powierzchnia ziarna sprawia wrażenie wypukłej (relief dodatni), zarysy ziarna są wyraźnie widoczne. W przypadku współczynników załamania światła zbliżonych do balsamu powierzchnia minerału traci swą wypukłość (relief niewyraźny, płaski), staje się gładka a zarysy ziarna są słabo zaznaczone lub niewidoczne.
Przy współczynniku załamania znacznie mniejszym od balsamu powierzchnia ziarna wydaje się wlęsła (relief ujemny) a zarysy ponownie wyraźnie widoczne.

e) przezroczystość

f) łupliwość - lub jej brak

g) wrostki

h) przeobrażenia

Przy 2 nikolach obserwujemy(NX):

a) sposób ściemniania światła - ściemnianie następuje wtedy, gdy kierunki optyczne badanego minerału są zgodne z płaszczyznami drgań światła spolaryzowanego w nikolach. Może być proste, symetryczne i skośne, a w przypadku np. kwarcu również faliste.

b) barwy interferencyjne - wykazują je tylko minerały anizotropowe. Zależą od trzech czynników: dwójłomności minerału, kierunku wycięcia płytki (tylko w przypadku wycięcia płytki równolegle do osi Z można obserwować zjawisko interferencji) oraz od jej grubości (0,02mm)

c) izotropowość (anizotropowość) - izotropowość wykazują kryształy układu regularnego, odznaczające się niezależnością prędkości światła od kierunku jego rozchodzenia się w obrębie danej fazy krystalicznej oraz stałym współczynnikiem załamania światła - są one w dwóch nikolach cały czas ciemne, anizotropowość wykazują kryształy wszystkich układów z wyjątkiem regularnego.

23. Pleochroizm. Związki zjawiska ze strukturą minerału.

Pleochroizm(wielobarwność)- zdolność niektórych barwnych kryształów anizotropowych optycznie do odmiennej absorbcji promieni świetlnych o danej długości fali w zależności od kierunku drgań światła spolaryzowanego przechodzącego przez kryształ. Absorbcja światła w kryształach anizotropowych jest własnością kierunkową. Kryształy optycznie jednoosiowe (barwne) wykazują dwie skrajne barwy pleochroiczne(dichroizm), odpowiadające promieniowi zwyczajnemu i nadzwyczajnemu. W kierunku osi optycznej (oś Z) pleochroizmu nie wykazuje np.turmalin. Kryształy optycznie dwuosiowe (barwne) wykazują trzy główne barwy pleochroiczne (trichroizm) dla drgań odpowiadających skrajnym współcznnikom załamania światła (np. kordieryt). W czasie obrotu minerału pleochroicznego na stoliku mikroskopu następuje zmiana odcienia barwy. Pleochroizm jest ważną cechą rozpoznawczą minerałów.

24. Metody określania względnych relacji pomiędzy współczynnikami załamania światła dwóch różnych substancji optycznych.

Współczynnik załamania światła (oznaczany literą n) jest wielkością opisującą załamanie światła przy przejściu z jednego ośrodka do drugiego. Liczbowo współczynnik załamania wyraża się poprzez stosunek prędkości światła v₁ w jednym ośrodku do prędkości v₂ w drugim ośrodku, n₂₁=v₁/v₂. Jeśli jednym z ośrodków jest próżnia, to wzpółczynnik załamania n nosi nazwę bezwzględnego n=c/v, gdzie c to prędkość światła w próżni.

Współczynnika załamania światła (ocena jakościowa)
Przygotowane preparaty mikroskopowe (szlify), są zatopione w balsamie kanadyjskim (współczynnik n=1,54). W zależności od współczynnika załamania swiatła badanych ziarn mineralnych, można zauważyć pozorne nierówności, które są wynikiem rożnicy współczynników (minerał - balsam kanadyjski).
Jeśli minerał ma współczynnik załamania światła znacznie większy od balsamu, to powierzchnia ziarna sprawia wrażenie wypukłej (relief dodatni), jest chropowata, a zarysy ziarna wyraźnie widoczne.
W przypadku współczynników załamania światła zbliżonych do balsamu powierzchnia minerału traci swą wypukłość (relief newyraźny lub zerowy), staje się gładka, a zarysy ziarna są słabo zaznaczone lub niewidoczne.
Przy współczynniku załamania znacznie mniejszym od balsamu powierzchnia ziarna wydaje się wlęsła (relief ujemny), jaszczurowata, a zarysy ponownie wyraźnie widoczne.

25. Charakterystyka optyczna minerałów o współczynnikach załamania światła a) n b)na,nb c)nw, ne.

26.Łupliwość- związek ze strukturą minerału, rodzaje łupliwości w skali makro-, charakterystyka zjawiska w płytce cienkiej.

ŁUPLIWOŚĆ KRYSZTAŁÓW, zdolność kryształów niektórych substancji (np. łyszczyków, soli kam.) do pękania (np. pod wpływem uderzenia, nacisku, zmian temperatury) wzdłuż tzw. płaszczyzn łupliwości, którymi są zwykle płaszczyzny równol. do płaszczyzn sieciowych znajdujących się względem siebie w dużych odległościach międzypłaszczyznowych; przyczyną łupliwości kryształów jest anizotropia siły wiązań chemicznych.

Płaszczyzny łupliwości określa się wskaźnikami Millera.

Powierzchnie łupliwości są zawsze równoległe do istniejących lub możliwych ścian kryształu. Jeżeli minerał łupie się według jakiejś płaszczyzny, jest przynajmniej teoretycznie możliwe zrobienie nieskończonej liczby innych płaszczyzn łupliwości tak blisko jedna drugiej, jak to określają położenia odpowiednich wiązań w krysztale.

Brak łupliwości nazywamy przełamem.

Wyróżniamy następujące rodzaje łupliwości:

doskonała np. mika, grafit, gips

bardzo dobra (wyraźna) np. galena, halit, kalcyt, sól kamienna

dobra (średnia) np. skalenie, amfibol

wyraźna np. siarka, apatyt, oliwin

zła np. złoto, korund, magnetyt

Łupliwość nie występuje u minerałów bezpostaciowych i u niektórych minerałów krystalicznych.

Podczas wykonywania płytek cienkich i preparatów polerowanych do badań mikroskopowych, wskutek mechanicznego działania ziarn ścierniwa na powierzchni przekroju minerałów, doskonale uwidacznia się ich łupliwość w postaci spękań lub subtelnych szczelinek wykruszeń.

27. Ściemnianie światła. Związki własności ze strukturą minerału.

Proste znikanie światła następuje wówczas, gdy kierunki optyczne minerału są zgodne z jego kierunkami geometrycznymi tj. Kierunkami zaznaczonymi zarysem postaci krystalograficznych, szczelinkami łupliwości itp.

Skośne ściemnianie światła istnieje wtedy gdy znikanie nastąpi w położeniach niezgodnych z kierunkami geometrycznymi.

Kąt zanikania światła to kąt miedzy kierunkami drgań przechodzących przez kryształ anizotropowy z odpowiednio wyróżnionym jego kierunkiem krystalograficznym.

W celu stwierdzenia sposobu znikania światła ustawia się przekrój badanego minerału między skrzyżowanymi nikolami tak, aby nastąpiło wygaszanie światła. Następnie sprawdza się, jakie jest położenie kierunków geometrycznych badanego ziarna. Jeżeli te kierunki są równoległe do ramion krzyża nitkowego oznacza to że minerał wykazuje proste ściemnianie światła.

Gdy badany jest przekrój symetryczny np. rombowy, lub zaznacza się na nim łupliwość siatkowa, a znikanie światła następuje w symetrycznym położeniu ramion krzyża względem tych kierunków- jest to symetryczne znikanie światła.

Faliste ściemnianie światła charakteryzuje się że nie cały przekrój ziarna zaciemnia się jednocześnie. Podczas powolnego obracania stolika można obserwować, jak przez takie ziarno przesuwa się ciemna fala.

Minerały anizotropowe ściemniają i rozjaśniają światło 4 razy podczas obrotu o 360°.

28. Barwy interferencyjne i ich geneza. Od jakich czynników i w jaki sposób zależy barwa interferencyjna.

INTERFERENCJA ŚWIATŁA, interferencja fal świetlnych; w przypadku spójnych wiązek światła (pochodzących z jednego źródła punktowego i rozdzielonych przez odbicie, załamanie lub ugięcie, albo wiązek światła pochodzących z lasera), jeżeli fale te nie są spolaryzowane w płaszczyznach wzajemnie prostopadłych, interferencja światła powoduje wystąpienie charakterystycznych prążków interferencyjnych na przemian jasnych i ciemnych, w przypadku interferencji światła monochromatycznego, bądź barwnych, w przypadku interferencji światła białego; położenie jasnego lub ciemnego prążka, a także barwa prążka kolorowego zależą od różnicy dróg opt. przebytych przez wiązki do miejsca (punktu) interferencji (jeśli jest ona nieparzystą wielokrotnością połowy długości fali, następuje wygaszenie, jeśli parzystą — maks. rozjaśnienie). Interferencja światła znajduje zastosowanie w interferometrach opt., filtrze opt. (interferencyjnym), holografii, mikroskopie (z kontrastem fazowym) i in.; pierwsze doświadczenie w zakresie interferencji światła wykonał 1801 Th. Young.

Barwy interferencyjne, które wykazują minerały anizotropowe, zależą od różnicy dróg, a ściślej od różnicy faz promieni wychodzących z płytki dwójłomnej badanej między nikolami skrzyżowanymi. Różnica ta zależy od dwójłomności.

Barwy interferencyjne zależą od trzech czynników: dwójłomności minerału (właściwość ośrodków opt. anizotropowych powodująca rozdwojenie promienia świetlnego przechodzącego przez ten ośr. (inaczej podwójne załamanie światła), przy czym obydwa załamane promienie są spolaryzowane liniowo w płaszczyznach wzajemnie prostop., kierunku wycięcia płytki(tylko w przypadku wycięcia płytki równolegle do osi Z można obserwować zjawisko interferencji) oraz od jej grubości (0,02mm stała wartość, im grubsza płytka tym większa różnica dróg).

29. Scharakteryzuj przypadki dla których przy NX obserwujemy ciemne pola widzenia. Odpowiednie przykłady.

Wszystkie ciała izotropowe, tj. bezpostaciowe i kryształy układu regularnego, a także kryształy optycznie jednoosiowe badane w kierunku osi krystalograficznej Z (osi optycznej)przepuszczają światło nie zmieniając rodzaju drgań, przeto między nikolami skrzyżowanymi następuje wygaszanie światła tak samo jak gdyby tego preparatu w ogóle nie było. Między nikolami skrzyżowanymi ciała izotropowe, mimo obracania stolikiem, są stale ciemne.

Minerały anizotropowe są ciemne (czarne) tylko w 4 położeniach.

Przykładami anizotropowych minerałów barwnych pleochroicznych:

-dla wygaszania prostego,symetrycznego są: andaluzyt, glaukonit,hipersten,turmaliny,biotyt, goethyt

-dla wygaszania ukośnego: dysten, hornblenda, glaukofan, lamprobolit, epidot, egiryn, tytanit

Przykładami anizotropowych minerałów bezbarwnych:

-z wygaszaniem prostym,symetrycznym : apatyt, nefelin, kaolinit, sillimanit, muskowit

-z wygaszaniem ukośnym: sanidyn, ortoklaz, plagioklaz, gips, tremolit, augit, diopsyd.

30. Metody analizy fazowej.

Celem analizy strukturalnej kryształu jest wyznaczenie współrzędnych atomów w komórce elementarnej. Wykonuje się nią metodami dyfrakcyjnymi: rentgeno-, elektrono-, lub neutronograficzną.

RENTGENOGRAFIA

1) kryształ nieruchomy, naświetlamy promieniowaniem rentgenowskim ciągłym, tj zawierającym szeroki zakres długości fal ?

2) stosujemy promieniowanie monochromatyczne, lecz preparat w czasie naświetlania obracamy, zmieniając w sposób ciągły kąt ?.

Pierwszy wariant stosujemy w metodzie Lauego, drugi- w metodach obracanego kryształu oraz w metodzie proszkowej.

Metoda Lauego- stosujemy ją do badania pojedynczego kryształu. Do określania jego orientacji, obecności symetrii,

Metoda kryształu obracanego- dostarcza danych do obliczenia struktury kryształu i pozniania jego symetrii.

Metoda proszkowa (DSH)- jest zbliżona do m.kryształu obracanego.z rozważań warunków geometrycznych tej metody wynika, że linie interferencyjne na diagramach proszkowych rejestrowanych techniką filmową powstają w wyniku przecięcia się stożków interferencyjnych.

ELEKTRONOGRAFIA

stwarza ona możliwość badania struktur pojedynczych bardzo małych kryształów. W urządzeniu do analizy elek.wyposażone są mikroskopy elektronowe

NOUTRONOGRAFIA

metoda ta stwarza możliwość wyznaczenia położenia tych jąder (atomów) w strukturze minerału. Rozpraszanie paramagnetyczne wykorzystywane jesto do badania rozkładu i orientacji momentów magnetycznych w kryształach rerro-, ferri-, i antyferromagnetycznych.

Rentgenografia- widmo rentgenowskie- ciągłe ( hamowania); charakterystyczne (elektrony wbijają z powłok autykatochowych). Budowa lampy rentgenowskiej- anoda, katoda, materiał niekatodowy.

Metody pojedynczego kryształu: Lauego, kryształ nie ruchomy naświetlany promieniowaniem rentg. o zmiennych długościach

Metoda proszkowa DSH- technika filmowa;

technika dyfrakcyjna

Metody termiczne- termograwimetria; termiczna analiza różnicowa (DTA), kalorymetria różnicowa, termodylatometria, termomagnetometria, wysokotemperaturowa analiza rentgenowska

termograwimetria- metoda pomiaru zmiany masy próbki w warunkach dynamicznych

Metody spektroskopowe

spektroskopia w podczerwieni- notuje efekty uporządkowania bliskiego zasięgu (strukturę molekół). Umożliwia to badanie nie tylko ciał krystalicznych ale i bezpostaciowych

podział widma: podczerwień bliska, podczerwień podstawowa, podczerwień daleka.

Rezonansowa absorbcja promienia IR następuje gdy:

1)drganiom cząstek towarzyszy zmiana momentu dipolowego cząstek

2) absorbcja promieniowania może towarzyszyć drganie związane z przejściem pomiędzy stanami energetycznymi różniącymi się kwantowymi liczbami oscylacji 1.

Typy drgań

- wewnątrz cząsteczkowe ( w podst. zakresie widma)

*rozciągające (widma); * zginające (deformacyjne)- wahadłowe, nożycowe, skręcające

- między cząsteczkowe ( w zakresie dalekiej podczerwieni)- translacje, rutacje

31. Wiązania chemiczne w kryształach.

Spójność kryształów jest zapewniona przez wiązania chemiczne, wśród których wyróżniamy następujące zasadnicze rodzaje:

1)wiązania jonowe(heteropolarne)-polegają na elektrostatycznym przyciąganiu się jonów przeciwnego znaku, które możemy traktować jako naładowane różnoimiennie kule.

2)wiązania atomowe(homepolarne,kowalencyjne)- polega na tworzeniu wspólnych par przez elektrony niesparowane, należące do łączących się atomów. Liczba wiązań kowalencyjnych jest ograniczona liczbą jego elektronów walencyjnych.

3)wiązania metaliczne- kryształy metaliczne mogą być tylko homonuklearne, czyli utworzone przez jeden tylko pierwiastek. Zbudowane są z dodatnio naładowanych zrębów atomowych oraz gazu elektronowego.

4)wiązania resztkowe (van der Waalsa)- występują pospolicie pomiędzy stykającymi się atomami, jonami lub drobinami. Istotną rolę odgrywają też w kryształach molekularnych, w których wiążą drobiny utworzone z kowalencyjnie połączonych atomów.

Kryształy homodesmiczne to takie w których dominują wiązania jednego rodzaju np.halit NaCl- jonowe, diament C-atomowe, miedź rodzima Cu-metaliczne.

Kryształy heterodesmiczne tj. wykazujące dwa lub więcej rodzajów wiązań. W większości kryształów występują wiązania o charakterze pośrednim np. Atomowo-metaliczne.

32. Pokrój i skupienia kryształów. Zrosty kryształów.

Pokrój kryształów
Przez pokrój rozumiemy charakterystyczny kształt wytworzonego kryształu. Porównując trzy prostopadłe do siebie wymiary (a, b, c), można wyróżnić cztery podstawowe typy pokroju: 
-izometryczny (a b c)
gdy kryształ ma identyczne lub zbliżone wymiary w trzech kierunkach

-tabliczkowy (a b c)
gdy kryształ ma różne wymiary w trzech kierunkach

-płytkowy (a b c)
gdy kryształ ma podobne wymiary w dwóch kierunkach, zaś w trzecim jest wyraźnie mniejszy od poprzednich

-słupkowy (a b < c)
gdy kryształ ma podobne wymiary w dwóch kierunkach, w trzecim zaś wymiar wyraźnie większy od dwóch poprzednich (w przypadku, gdy wymiar trzeci bardzo znacznie przeważa nad pozostałymi, można wyróżnić pokrój pręcikowy igiełkowy lub włóknisty)

Do wytworzenia dobrze wykształconych, dużych kryształów dochodzi w przyrodzie
rzadko. Najczęściej mają one postać kryształów wrosłych, tzn. obrośniętych ze wszystkich stron przez inne kryształy. Kryształy dobrze wykształcone spotyka się też w postaci kryształów narosłych, np. na powierzchni szczelin, pęcherzy i innych wolnych przestrzeni w skałach. Najczęściej jednak minerały o budowie krystalicznej tworzą ciała drobnokrystaliczne, w postaci form zbitych, ziarnistych, naciekowych (stalaktyty, stalagmity), konkrecji itp.

Zbliźniaczenia to kryształy tego samego minerału zrośnięte tak, że oba posiadają wspólne pewne elementy krystalograficzne np. kierunek wzrostu i wspólna ściana zrostu.

Minerały tworzące agregat polikrystaliczny mogą zrastać się w sposób przypadkowy lub prawidłowy. Wśród zrostów prawidłowych wyróżniamy:

1)prawidłowe zrosty kryształów tego samego rodzaju: a)zrosty równoległe b)zrosty bliźniacze

2)prawidłowe zrosty kryształów różnego rodzaju tj. zrosty epitaktyczne.

Zrosty równoległe polegają na tym, że wszystkie elementy postaci zewnętrznej (ściany, krawędzie) i sieci krystalicznej, a zarazem elementy symetrii zrastających się osobników, są do siebie równoległe, a osie polarne zgodnie kierowane.

33. Dwójłomność- charakterystyka zjawiska i sposoby wyznaczania.

DWÓJŁOMNOŚĆ, właściwość ośrodków opt. anizotropowych powodująca rozdwojenie promienia świetlnego przechodzącego przez ten ośr. (inaczej podwójne załamanie światła), przy czym obydwa załamane promienie są spolaryzowane liniowo w płaszczyznach wzajemnie prostop.; zjawisko takie jest spowodowane zależnością prędkości światła od kierunku rozchodzenia się oraz kierunku polaryzacji światła. W kryształach jednoosiowych (kryształy dwójłomne) jeden z załamanych promieni — tzw. promień zwyczajny — podlega prawom załamania (odbicie i załamanie fal), drugi — tzw. promień nadzwyczajny — nie spełnia praw załamania; w kryształach dwuosiowych oba promienie nie stosują się do praw załamania. Terminem dwójłomność określa się również największą wartość różnicy współczynników załamania dla obu promieni (n_ndzw –n_zw), będącą miarą właściwości dwójłomnych ośrodka. Oprócz dwójłomności samoistnej, dwójłomność może być wymuszona zewn. polem elektr. (elektroopt. zjawisko Kerra), polem magnet. (magnetoopt. zjawisko Cottona–Moutona, zjawisko Voigta) lub siłami ściskającymi (elastooptyka). Dwójłomność jest podstawą działania licznych przyrządów opt., m.in. kompensatora opt., pryzmatów polaryzujących, modulatorów światła. Dwójłomność opisał 1669 E. Bartholin.

34.Elektroujemność. Wiązania jonowe-atomowe.

Elektroujemność (elektronegatywność) to miara dążenia danego pierwiastka w cząsteczce związku chemicznego do przyciągania elektronów. Im wyższa wartość elektroujemności, tym chętniej dany atom przyciąga elektrony. Stosuje się skalę elektroujemności Paulinga, w której najwyższą wartość elektroujemności ma fluor (4).

Dla ilościowego określenia stopnia jonowości wiązania jonowo-atomowe wprowadził Pauling pojęcie elektroujemności jako miary zdolności przyciągania przez dany atom elektronów walencyjnych innego atomu. Im większa jest różnica elektroujemności atomów uczestniczących w wiązaniu, tym bardziej jonowy jest jego charakter, i odwrotnie. Ze wzrostem ciśnienia wiązania jonowo-atomowe stają się coraz bardziej jonowe, a ze wzrostem temperatury- bardziej atomowe. System elektroujemności Paulinga oparty jest na porównaniu energii wiązań w połączeniach jonowych typu A-B oraz kowalencyjnych typu A-A lub B-B. Pauling wychodził z założeniem, że jonowość wnosi dodatkowy wkład w energię wiazania; im większa jest więc różnica elektroujemności atomów A i B, tym związek AB jest trwalszy.

35.Izomorfizm. Roztwory stałe. Przykłady.

Izomorfizm(równopostaciowość) – podobieństwo struktur krystalicznych substancji o odmiennym składzie chemicznym. Pojęcie to obejmuje:

a) izomorfizm w szerokim znaczeniu (izotypia), polegający na podobieństwie struktur które należą do tej samej grupy przestrzennej i wykazują analogiczne rozmieszczenie geometryczne elementów sieci krystalicznej. Komórki elementarne sieci musza mieć analogiczna budowę i zawierać jednakową liczbe atomów. Kryształy izotypowe moga natomiast wykazywać odmienny typ wiązań chemicznych oraz różne właściwości fizyczno-chemiczne. Przykładem takich minerałów izotypowych jest halit NaCl, galena PbS i peryklaz MgO. Jeśli kryształy odznaczają się podobną budową wewnętrzną, ale nie wszystkie założenia izotypii sa spełnione mówimy niekiedy o kryształach homeotypowych (np kalcyt CaCO3 i dolomit CaMg(CO3)2 lub diament C i sfaleryt ZnS). Termin heterotypia określa natomiast brak podobieństwa struktur (np fluoryt CaF2 i rutyl TiO2)

b) izomorfizm w ścisłym tego słowa znaczeniu (Grimm 1922r), występuje wówczas gdy kryształy izotypowe zdolne są tworzyć izomorficzne roztwory stałe (kryształy mieszane). tzn wykazują zdolnść zastępowania w swoich sieciach krystalicznych jednych atomów lub jonów przez inne.

Diadochia - zdolność zastępowania się jonów w sieci krystalicznej, wynikająca z ich powinowactwa krystalochemicznego. Możliwość takiego zastępowania się jonów uwarunkowana jest ich zblizonymi rozmiarami oraz właściwościami polaryzacyjnymi. Wyróżniamy diadochię izowalentną - gdy zastępują się jony o tej samej wartościowości (np. Mg2+ i Fe2+ w oliwinach (Fe,Mg)₂[SiO₄]), oraz diadochię heterowalentną - gdy zastępują się parami jony o odmiennej wartściowości, jednak suma ich ładunków musi być jednakowa, aby zapewnić kompensację elektryczna sieci (np. Na+ przez Ca2+ oraz Si4+ przez Al3+ w skaleniach sodowo-wapniowych Na[AlSi3O8] - Ca[Al2Si2O8]

Jeśli dwie substancje tworzą kryształy mieszane o dowolnych proporcjach zastępowanych jonów, wówczas mówimy o ciągłym szeregu izomorficznym. Szereg taki tworzą np oliwiny fajalit Fe₂[SiO₄] i forsteryt Mg₂[SiO₄] => (Fe,Mg)₂(SiO₄)

36.Polimorfizm-rodzaje przemian polimorficznych. Przykłady.

Polimorfizm(wielopostaciowość) – polega na tym że ta sama substancja chemiczna tworzy dwie lub więcej faz krystalicznych różniących się strukturą i właściwościami fizycznymi. Odmiany polimorficzne mogą tworzyć pierwiastki jak i związki chemiczne. W przypadku polimorfii pierwiastków mówimy często o allotropii. Substancją dymorficzną nazywamy substancję która tworzy tylko dwie fazy o odmiennej strukturze.

Przykłady polimorfizmu: diament i grafit (zdecydowanie różne pod względem właściwości fizycznych i chemicznych polimorfy węgla

Każda odmiana polimorficzna jest trwała w określonych warunkach fizyczno-chemicznych. Zmiany temp i ciśnienia mogą prowadzić do przemian fazowych odwracalnych(enancjotropowych), bądź nieodwracalnych(monotropowych) gdy przy zmianie warunków w kierunku odwrotnym faza B nie przechodzi w odmiane A (w takim przypadku mówimy że faza B jest trwała, a faza A - nietrwała), przykładem przemiany enancjotropowej jest odwracalne przejście trygonalnego kwarcu b w heksagonalny kwarc a przy 573°C. Przykładem przemiany monotropowej jest przejście rombowego CaCO3(aragonitu) w trygonalny (kalcyt).

Reguła stopni Ostwalda – w danych warunkach najpierw krystalizuje odmiana najmniej trwała przechodząc stopniowo później w modyfikacje coraz trwalsze..

Niektóre przemiany polimorficzne nie powodują zasadniczej zmiany ugrupowań koordynacyjnych atomów czy jonów, lecz tylko zmianę ich wzajemnego położenia. Wyróżniamy tu:

a) przemiany fazowe z przemieszczeniem, w których zachodzi nieznaczna deformacja sieci krystalicznej, bez zrywania wiązań; zachodzi ona szybko i odwracalnie (np. kwarc b w kwarc a)

2) przemiany fazowe z przebudową tj. związane ze zrywaniem wiązań i zasadniczą zmianą budowy sieci, zachodzą bardzo powoli, przykładem takich przemian są przejścia miedzy kwarcem, trydymitem i cristobalitem zachodzące opornie i powoli.

Przykładem przemiany polimorficznej pociągającej za sobą zmianę najbliższej koordynacji są przejścia między odmianami polimorficznymi CaCO3(LK wapnia w aragonicie-9, a w kalcycie-6). Podobnym przykładem jest przebudowa odmian pierwiastka C (w diamencie LK 4, a w graficie LK3). W drugim przypadku zachodzi również zmiana charakteru wiązań.

Szczególnym typem przemian polimorficznych są przemiany typu porządek-nieporządek. Zachodzą one wówczas, gdy atomy mogące się wzajemnie zastępować mają do dyspozycji nierównoważne pozycje sieciowe. Przykładu dostarcza Al, Si w skaleniach potasowych

37. Rola wodoru w minerałach.

Wodór jest zdolny tworzyć szczególnego typu wiązanie wodorowe. Może ono powstać, gdy atom wodoru związany jest kowalencyjnie z jakimś silnie elektroujemnym atomem, zwykle O,N,F, znajdzie się w bliskim sąsiedztwie drugiego elektroujemnego atomu- takiego samego (np. O-H...O)lub odmiennego(np. N-H...O). W świecie minerałów szczególne znaczenie mają wiązania wodorowe pomiędzy dwoma atomami tlenu O-H...O. Położenie wodoru w tym wiązaniu jest bliżej środka jednego z atomów tlenu. Im bardziej odległe atomy tlenu tym bardziej atom wodoru zbliżony jest do jednego z nich, bowiem siła oddziaływania drugiego atomu tlenu zmniejsza się.

Wiązania wodorowe spotykamy m.in. w licznych hydratach, wodorotlenkach, krzemianach pakietowych, mineralnych substancjach organicznych i in.

Fakt, że kation wodoru (proton) nie może obok atomu tlenu występować samodzielnie, lecz zawsze tworzy z nim kompleksy, skłania do wniosku, że krystalochemiczna rolę wodoru należy rozpatrywać łącznie z charakterem tlenu. Jeśli w krysztale są atomy tlenu spolaryzowane w różnym stopniu, wówczas wodór może pełnić różne funkcje, tzn. możliwe jest występowanie kilku różnych kompleksów wodorowo-tlenowych obok siebie.

38. Diadochia. Uwarunkowane zjawiska.

Diadochia - zdolność zastępowania się jonów w sieci krystalicznej, wynikająca z ich powinowactwa krystalochemicznego. Możliwość takiego zastępowania się jonów uwarunkowana jest ich zblizonymi rozmiarami oraz właściwościami polaryzacyjnymi. Wyróżniamy diadochię izowalentną - gdy zastępują się jony o tej samej wartościowości (np. Mg2+ i Fe2+ w oliwinach (Fe,Mg)₂[SiO₄]), oraz diadochię heterowalentną - gdy zastępują się parami jony o odmiennej wartściowości, jednak suma ich ładunków musi być jednakowa, aby zapewnić kompensację elektryczna sieci (np. Na+ przez Ca2+ oraz Si4+ przez Al3+ w skaleniach sodowo-wapniowych Na[AlSi3O8] - Ca[Al2Si2O8]

Jeśli dwie substancje tworzą kryształy mieszane o dowolnych proporcjach zastępowanych jonów, wówczas mówimy o ciągłym szeregu izomorficznym. Szereg taki tworzą np oliwiny fajalit Fe₂[SiO₄] i forsteryt Mg₂[SiO₄] => (Fe,Mg)₂(SiO₄)

Z poęciem diadochii ma związek zjawisko zwane maskowaniem pierwiastków rzadkich – Jeśli atomy bądź jony mało rozpowszechnionego pierwiastka mają zbliżone rozmiary i własności polaryzacyjne do atomów (jonów) pierwiastka pospolitego, wówczas na ogół nie tworzą własnych faz krystalicznych, lecz ukrywają się na zasadzie podstawień diadochowych w sieciach krystalicznych minerałów utworzonych przez pierwiastek pospolity. Przykładem może być rubid, którego kation Rb+ ma na tyle zbliżone rozmiary i właściwości do kationu potasu K+, że pierwiastek ten nigdy nie tworzy własnych minerałów lecz jest zamaskowany w minerałach potasu, np. w mikach potasowych, skaleniach potasowych i w karnalicie. Kadm wykazuje tak ścisłą diadochię z cynkiem że wyłącznymi rudami kadmu są minerały cynku, a samodzielnie występujące minerały kadmu należą do rzadkości.

39.Komórka elementarna. Charakterystyka komórek elementarnych w poszczególnych układach.

KOMÓRKA ELEMENTARNA, krystal. najmniejszy fragment sieci przestrzennej, jednoznacznie charakteryzujący daną sieć.

najprostszy element przestrzenny nosi nazwę komórki elementarnej. Wielkość i kształt komórki elementarnej wyróżnione są długością trzech jej krawędzi a, b, c i trzema kątami (a, b, g) między nimi (rys.6.9)

Wprowadzono siedem podstawowych typów komórek elementarnych, którym odpowiada siedem układów krystalograficznych. Należą tu układy:

-regularny - trzy jednakowe osie o długości a, tworzące z sobą kąty proste

-tetragonalny - dwie jednakowe krawędzie oraz trzecia krawędz o innej długości, wzajemne prostopadłe

-heksagonalny i trygonalny nieromboedryczny - dwie równe krawędzie, pod kątem 120^o, i trzecia krawędz o innej długości, prostopadła do dwóch pierwszych

-rombowy - trzy krawędzie o niejednakowych długościach, wszystkie wzajemne prostopadłe

-jednoskośny - dwie krawedzie a i c pod kątem b względem siebie i trzecia krawędz pod kątem prostym do a i c

-trójskośny - trzy krawedzie a, b, c z trzema kątami a, b, g między nimi

-trygonalny romboedryczny - trzy krawędzie a, b i c oraz kąty a, b, g są jednakowe

Komórkę elementarną, a zatem i sieć przestrzenną, w której element budowy sieci leży tylko w punkcie naroża, określa się jako prostą. W takich sieciach komórka elementarna zawiera tylko jeden element, ponieważ każdy narożny element w jednakowej mierze należy do ośmiu komórek elementarnych, które się w tym punkcie schodzą. Dalsze elementy poza osiami mogą znajdowac sie na środkach ścian i w środku komórek elementarnych. takie sieci nazywane są płasko centrowanymi i przestrzennie centrowanymi. Zbiór 14 możliwych prostych, płasko i przestrzennie centrowanych sieci nazywa się sieciami translacyjnymi czyli sieciami Bravais'go.

40. Polaryzacja światła w kryształach.

Polaryzacja to własność fali poprzecznej takiej jak np. światło lub inny rodzaj promieniowania elektromagnetycznego. Fala spolaryzowana oscyluje tylko w pewnym wybranych kierunku. Fala niespolaryzowana jest złożeniem (interferencją) wielu fal drgających w różnych kierunkach. W naturze powszechnie występują fale niespolaryzowane. Polaryzację można rozpatrywać tylko dla fal rozchodzących się w trójwymiarowej przestrzeni, czyli nie odnosi się ona do fal morskich.

16