Barwa

Obserwowane barwy minerałów są skutkiem selektywnej absorpcji światła - zależą od tego, jaką część widma światła białego absorbuje dany minerał.

Minerały idiochromatyczne (barwne) pochłaniają ściśle określoną część widma światła białego i mają charakterystyczną barwę własną. Najczęściej barwa minerałów jest związana z obecnością w ich składzie chemicznym pierwiastków barwiących (z bloków d i f układu okresowego), takich jak np. Cr, Fe, Cu. Minerały typowo idiochromatyczne to m.in. mosiężno żółty chalkopiryt (CuFeS₂), wiśniowy hematyt (Fe₂O₃), zielony malachit Cu₂[CO₃(OH)₂] oraz niebieski azuryt.

Minerały achromatyczne (bezbarwne) to te, które równomiernie absorbują światło o wszystkich długościach fali. W przypadkach niskiej absorbcji są bezbarwne (np. kwarc (kryształ górski), halit, kalcyt) lub białe (kaolinit), przy wyższej absorbcji światła - szare lub nawet czarne (grafit).

Minerały allochromatyczne (zabarwione) mają zabarwienie związane z obecnością subtelnie rozproszonych domieszek barwiących (w postaci mikrowrostków lub kolloidów) albo defektów sieci krystalicznej. Przykłady takich minerałów to m.in. różnobarwne odmiany kwarcu (fioletowy ametyst, złocisty cytryn, czarny morion, biały kwarc mleczny), niebieski lub różowy halit, różowy ortoklaz (KAlSi₃O₈).

Minerały pseudochromatyczne wykazują barwną migotliwość wskutek wewnętrznego odbicia światła od płaszczyzn łupliwości lub zbliźniaczeń oraz jego interferencji Takim minerałem jest np. labrador (Ca-Na plagioklaz).

Na powierzchni niektórych minerałów mogą pojawiać się barwne naloty, maskujące właściwą barwę minerału. Są to tzw. barwy naleciałe. Często są spotykane na minerałach siarczkowych miedzi, np. bornit pokrywa się niebieskawo-fioletową powłoką produktów utlenienia.

Rysa

Rysa to barwa sproszkowanego minerału. Nazwa wywodzi się od sposobu uzyskiwania proszku badanego minerału - przez potarcie jego okazu o szorstką i względnie twardą powierzchnię, np. nieszkliwionej płytki porcelanowej. Minerał pozostawia wówczas na powierzchni porcelany ślad w postaci tzw. rysy. Rysę twardych minerałów uzyskujemy przez zarysowanie ich powierzchni stalowym (diamentowym) ostrzem.

Badanie rysy pozwala odróżnić minerały idiochromatyczne (barwne) od minerałów allochromatycznych (zabarwionych). Rysa minerałów barwnych jest również barwna, natomiast rysa minerałów bezbarwnych i zabarwionych jest bezbarwna - biała lub szara.

Przeźroczystość

W zależności od zdolności do przepuszczania światła dzielimy minerały na trzy podstawowe grupy:

Przeźroczyste - np. kwarc (kryształ górski), halit (NaCl), kalcyt (CaCO₃), diament (C).

Półprzeźroczyste (przeświecające) - np. chalcedon (SiO₂).

Nieprzeźroczyste - np. grafit (C), piryt (FeS₂), galena (PbS), magnetyt (Fe₃O₄).

Połysk

Światło odbite od powierzchni ścian kryształu sprawia wrażenie połysku, który jest tym silniejszy, im wyższe są wartości współczynnika odbicia oraz całkowitej absorbcji światła.

Intensywność połysku wzrasta wraz ze wzrostem współczynnika załamania światła minerału. Wyróżnia się następujące rodzaje połysku:

Połysk metaliczny - bardzo intensywny, właściwy dla minerałów o bardzo wysokich współczynnikach załamania światła (n > 3.0), charakterystyczny dla wielu minerałów kruszcowych, jak np. piryt, galena, złoto rodzime.

Połysk półmetaliczny - występuje u minerałów o umiarkowanie wysokich współczynnikach załamania światła (2.6 - 3.0), np. magnetyt.

Połysk diamentowy - charakterystyczny dla minerałów o współczynnikach załamania świata od 1.9 do 2.6, np. diament, sfaleryt.

Połysk szklisty - występuje wśród minerałów o niewielkiej absorpcji światła i umiarkowanych współczynnikach załamania światła (n < l.9), np. kwarc, skalenie, kalcyt.

Przy odbiciu od nierównych powierzchni minerałów, na tzw. przełamie, światło ulega rozproszeniu lub pochłonięciu. Obserwujemy wówczas połysk tłusty (siarka rodzima, kwarc na przełamie), perłowy (gips, muskowit i inne minerały blaszkowe), jedwabisty (azbest i inne minerały włókniste), woskowy, ziemisty lub matowy (kaolinit). Ten ostatni termin w zasadzie oznacza brak połysku.

Łupliwość i przełam.

Łupliwość jest to zdolność kryształów do rozdzielania się lub pękania pod wpływem działających na nie sił (uderzenia, nacisku, zmian objętości związanych ze zmianami temperatury) wzdłuż płaskich powierzchni - płaszczyzn łupliwości.

Płaszczyzny łupliwości są równoległe do płaszczyzn sieciowych kryształów najsłabiej związanych ze sobą, zazwyczaj najbardziej odległych od siebie. Zależnie od stopnia gładkości powstających płaszczyzn łupliwości wyróżnia się łupliwość:

doskonałą, np. miki, gips, galena (PbS), halit (NaCl)

dokładną, np. anhydryt (CaSO₄)

wyraźną, np. apatyt

niewyraźną, np. kasyteryt (SnO₂)

bardzo niewyraźną, np. kwarc (SiO₂)

Łupliwość może być jedno- i wielokierunkowa, ten sam minerał często wykazuje niejednakową łupliwość wzdłuż różnych systemów ścian. Do identyfikacji niektórych minerałów (np.  pirokseny, amfibole) wykorzystuje się kąty pomiędzy kierunkami łupliwości.

Minerały nie wykazujące łupliwości pękają wzdłuż nierównych powierzchni tzw. przełamu. Gdy powierzchnia przełamu pokryta jest współśrodkowymi wgłębieniami i wypukłościami, podobnie do powierzchni muszli, to przełam określa się jako muszlowy. Inne rodzaje przełamu określa się terminami: zadziorowaty, haczykowaty, nierówny, włóknisty, ziemisty itp.

Twardość

Twardość jest to opór stawiany przez minerał przy próbie rozerwania spójności jego cząstek przez np. zarysowanie powierzchni lub ścieranie. Do oznaczania twardości minerałów stosuje się 10-stopniową skalę Mohsa; szereg 10 minerałów wzorcowych, które są uporządkowane według wzrastającej twardości:

1 talk Mg₃(OH)₂[Si₄O₁₀]

2 gips CaSO₄·2H₂O

3 kalcyt CaCO₃

4 fluoryt CaF₂

5 apatyt Ca₅(Cl,F,OH)[PO₄]₃

6 ortoklaz K[AlSi₃O₈]

7 kwarc SiO₂

8 topaz Al₂(F,OH)₂[SiO₄]

9 korund Al₂O₃

10 diament C

Do ścisłego, ilościowego określenia stopnia twardości minerałów służą specjalne przyrządy, np. sklerometry lub mikrotwardościomierze.

Gęstość

Gęstość (masa właściwa) to stosunek masy ciała (minerału) do jego objętości. Wśród minerałów najwyższą gęstość mają metale rodzime, natomiast najlżejsze są substancje organiczne np. bursztyn. Gęstości wybranych minerałów (w g/cm³):

grafit C 2.15

halit NaCl 2.16

gips CaSO₄·2H₂O 2.32

skalenie alkaliczne

(K,Na)[AlSi₃O₈] 2.6

kwarc SiO₂ 2.65

kalcyt CaCO₃ 2.7

anhydryt CaSO₄ 3.0

diament C 3.5

oliwiny (Mg,Fe)₂[SiO₄] 3.2-4.4

granaty

(Fe,Ca,Mg,Mn)₃Al₂[SiO₄]₃ 3.6-4.3

syderyt FeCO₃ 4.0

chalkopiryt CuFeS₂ 4.3

baryt BaSO₄ 4.5

cyrkon Zr[SiO₄] 4.7

piryt FeS₂ 5.0

magnetyt Fe₃O₄ 5.2

kasyteryt SnO₂ 7.0

galena PbS 7.6

srebro rodzime Ag 10.5

złoto rodzime Au 19.3

Elementy symetrii kryształów

Proste:

- translacja o wektor t,

- oś symetrii (L),

- płaszczyzna symetrii (P)

- środek symetrii (C).

Oś symetrii to taka prosta, wokół której kryształ obrócony o 360º przyjmuje tożsame położenie przynajmniej dwukrotnie. W najprostszym przypadku (oś dwukrotna - L²) kryształ przyjmuje takie samo położenie po obrocie o 180º

Krotność osi	L^2	L^3	L^4	L^6
Kąt obrotu	180º	120º	90º	60º

Płaszczyzna symetrii (P) to taka płaszczyzna która dzieli kryształ na dwie części będące dla siebie wzajemnie zwierciadlanymi odbiciami.

Środek symetrii (C) to punkt wewnątrz kryształu o takiej własności, że dowolna prosta przezeń przechodząca przecina kryształ w dwóch punktach równo od niego odległych i geometrycznie równoważnych.

Złożone:

oś zwierciadlana

oś śrubowa

płaszczyzna poślizgu.

Rozmiary atomów i jonów w sieci krystalicznej minerałów

Rząd wielkości: 10^-10 m (= 100 pm = 0.1 nm)

Jednostka układu CGS: 1Å = 10^-8 cm

Najpospolitsze jony budujące minerały:

Si⁴⁺, Al³⁺, Ti⁴⁺, Fe³⁺, Fe²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺, Ca²⁺, Na⁺, K⁺,
O^2-, OH^-, Cl^-, F^-, S^2-

Generalnie aniony są wieksze od kationów. Rozmiary kationów zależą od ładunku (im większy ładunek tym mniejszy kation) oraz ilości powłok elektronowych, czyli okresu z układu okresowego pierwiastków.

Kationy i aniony podobne geochemicznie i o podobnych rozmiarach często zastępują się w strukturach krystalicznych minerałów.

Izomorfizm (izotypia) polega na podobieństwie struktur minerałów o odmiennym składzie chemicznym, ale wykazujących analogiczne rozmieszczenie geometryczne atomów i/lub jonów.

Przykłady izotypii:

halit NaCl sylwin KCl galena PbS

kalcyt CaCO₃ dolomit CaMg(CO₃)₂

Sfaleryt ZnS diament C

Izomorfizm sensu stricto występuje wówczas, gdy kryształy izotypowe tworzą szeregi izomorficzne (izomorficzne roztwory stałe, tzw. kryształy mieszane), tzn. wykazują zdolność zastępowania w sieciach krystalicznych jednych atomów lub jonów przez inne.

Szeregi izomorficzne:

oliwiny Mg₂[SiO₄] - Fe₂[SiO₄]

granaty (Fe,Ca,Mg,Mn)₃Al₂[SiO₄]₃

plagioklazy Na[AlSi₃O₈] - Ca[Al₂Si₂O₈]

węglany trygonalne:

kalcyt - syderyt - magnezyt - rodochrozyt

CaCO₃ FeCO₃ MgCO₃ MnCO₃

Zjawisko zastępowania (podstawiania) w sieciach krystalicznych minerałów izomorficznych jednych atomów/jonów przez inne, o podobnych rozmiarach i własnościach krystalochemicznych (polaryzacyjnych), nazywane jest diadochią.

Diadochia izowalentna - podstawianie jonów o tej samej wartościowości;

np. Mg²⁺ ↔ Fe²⁺ ↔ Mn²⁺, Fe³⁺ ↔ Al³⁺, Zr⁴⁺ ↔ Hf⁴⁺ ,

K⁺ ↔ Rb⁺ ↔ Cs⁺

Diadochia heterowalentna - podstawianie jonów o różnej wartościowości;

np. Si⁴⁺ ↔ Al³⁺, Na⁺ ↔ Ca²⁺

POLIMORFIZM (wielopostaciowość) polega na występowaniu tej samej substancji chemicznej w postaci dwóch lub więcej faz krystalicznych (minerałów), różniących się strukturą wewnętrzną, postacią krystalograficzną oraz właściwościami fizycznymi. Zjawisko polimorfizmu, podobnie jak izomorfizmu, odkrył w 1822 r. niemiecki chemik i krystalograf E. A. Mitscherlich. Polimorfizm występuje zarówno wśród związków chemicznych jak i pierwiastków - w tym drugim przypadku nazywany jest alotropią. Każda odmiana polimorficzna danej substancji jest trwała w określonych warunkach ciśnienia i temperatury, zmiana tych warunków może doprowadzić do przemiany fazowej.

Przemiany fazowe dzielimy na odwracalne i nieodwracalne. Jeżeli pod wpływem zmiany ciśnienia i temperatury jedna odmiana polimorficzna przechodzi w drugą, a następnie - w wyniku zmian P-T w odwrotnym kierunku - druga odmiana polimorficzna przechodzi w fazę pierwszą, to jest to odmiana odwracalna (I↔II). Przykładem takiej przemiany jest kwarc, który w temperaturze 573^OC szybko i odwracalnie przechodzi z trygonalnego β-kwarcu w heksagonalny α-kwarc. Gdy w określonych warunkach fizycznych faza I przechodzi w fazę II, ale powrót do pierwotnych warunków P-T nie powoduje już jej przejścia w odmianę I (I→II), to jest to przemiana nieodwracalna, faza I jest fazą nietrwałą (metastabilną), a tylko faza II jest trwałą. Przykładem takiej przemiany jest przejście rombowego aragonitu w trygonalny kalcyt. Ponieważ prędkość przemiany fazowej aragonitu w kalcyt jest bardzo mała, dlatego w przyrodzie wystepuje zarówno stabilny kalcyt jak i metastabilny aragonit (ale tylko w osadach kenozoicznych).

Eksploatowane złoża miedzi

Lubińsko-Głogowski Okręg Miedziowy (LGOM)

Perm (cechsztyn) monokliny przedsudeckiej

KGHM Polska Miedź

kopalnie: Lubin, Rudna, Polkowice, Sieroszowice

Złoża historyczne:

kopalnia Konrad k. Bolesławca (niecka północnosudecka)

Miedzianka k. Chęcin (Góry Świętokrzyskie)

Miedzianka w Rudawach Janowickich (Sudety)

Minerały miedzi (Cu)

siarczki i siarkosole:

Chalkopiryt CuFeS₂

Chalkozyn Cu₂S

Bornit Cu₅FeS₄

Kowelin CuS

Tetraedryt-Tennantyt

minerały strefy utlenienia:

Kupryt Cu₂O

Tenoryt CuO

Malachit Cu₂[CO₃(OH)₂] - zielony

Azuryt Cu₃[CO₃(OH)]₂ - niebieski

Chryzokola uwodniony krzemian Cu i Al

Eksploatowane złoża cynku i ołowiu - dolomity kruszconośne (Trias) Okręgu Śląsko-Krakowskiego (strefa: Bytom - Tarnowskie Góry - Olkusz)

Minerały Zn-Pb

siarczki

Sfaleryt ZnS

Wurcyt ZnS

Galena PbS

minerały strefy utlenienia

Smitsonit ZnCO₃

Cynkit ZnO

Hydrocynkit

Hemimorfit (kalamin)

Cerusyt PbCO₃

Anglezyt PbSO₄

Piromorfit

mieszaniny kruszcowe

blenda cynkowa (skorupowa)

galman

Minerały żelaza

rudy

Magnetyt Fe₃O₄

Hematyt Fe₂O₃

Syderyt FeCO₃

Goethyt FeOOH

Lepidokrokit FeOOH

limonit

siarczki

Piryt FeS₂

Markasyt FeS₂

Pirotyn (piryt magnetyczny)

Złoża rud żelaza w Polsce - tylko historyczne

rudy darniowe i bagienne północnej Polski

syderyty, limonity i piaski żelaziste Staropolskiego Okręgu Przemysłowego - N obrzeżenie Gór Świętokrzyskich, rejon Końskie - Starachowice - Nowa Słupia (Rudki - kop. Staszic)

syderyty ilaste z osadów środkowej Jury (dogger) w regionie Częstochowa - Łęczyca, eksploatowane do połowy XX w.

limonity okolic Tarnowskich Gór, powstałe w wyniku wietrzenia dolomitów kruszconośnych

hematyt - niewielkie żyły, niegdyś lokalnie eksploatowane w Tatrach (Kuźnice, Dolina Kościeliska)

magnetyt - niewielkie, zarzucone już złoże w Kowarach (Sudety)

magnetyt i tytanomagnetyt w skałach magmowych (noryty, anortozyty) podłoża NE Polski (okolice Suwałk)

Chromit FeCr₂O₄

czernie manganowe:

Hausmanit Mn₃O₄

Manganit MnOOH

Piroluzyt MnO₂

Psylomelan

Złoto rodzime Au

Elektrum (Au,Ag)

Srebro rodzime Ag

Argentyt Ag₂S

Pentlandyt (Fe,Ni)₉S₈

Milleryt NiS

Nikielin NiAs

Kobaltyn CoAsS

Smaltyn (Co, Ni)As₃

Ilmenit FeTiO₃

Rutyl TiO₂

Wolframit (Fe,Mn)[WO₄]

Molibdenit MoS₂

Wanadynit Pb₅[(VO₄)₃Cl]

Cyrkon Zr[SiO₄]

Greenokit CdS

Kasyteryt SnO₂

Cynober HgS

Metacynabaryt HgS

Arsenopiryt FeAsS

Realgar AsS

Aurypigment As₂S₃

Antymonit Sb₂S₃

Bizmutynit Bi₂S₃

Podział strukturalny krzemianów

anion O:Si

Krzemiany wyspowe [SiO₄]^4- 4 : 1

Krzemiany grupowe [Si₂O₇]^6- 3.5 : 1

Krzemiany pierścieniowe [Si₆O₁₈]^12- 3 : 1

Krzemiany łańcuchowe [Si₂O₆]^4- 3 : 1

Krzemiany wstęgowe [Si₄O₁₁]^6- 2.75 : 1

Krzemiany warstwowe [Si₄O₁₀]^4- 2.5 : 1

Krzemiany przestrzenne 2 : 1

W glinokrzemianach część tetraedrów krzemotlenowych [SiO₄]^4- jest zastąpiona przez tetraedry glinotlenowe [AlO₄]^5-

Krzemiany wyspowe

Podstawowymi elementami struktury są tetraedry (czworościany) [SiO₄]^4-, które nie łącząc się bezpośrednio w bardziej złożone struktury pozostają jak izolowane wyspy.

Tetraedry są najczęściej połączone z dwoma dwuwartościowymi kationami (np. Mg, Fe²⁺ w oliwinach), znacznie rzadziej z trój- lub czterowartościowymi (Al, Ti, Zr).

Najpospolitsze minerały, które są krzemianami wyspowymi to:

oliwiny (Mg,Fe²⁺)₂[SiO₄]

granaty (Mg,Fe²⁺,Mn,Ca)₃Al₂[SiO₄]₃

cyrkon Zr[SiO₄]

monticellit CaMg[SiO₄]

Najważniejsze krzemiany wyspowe o nieco bardziej złożonej strukturze, obok [SiO₄]^4- zawierające inne aniony to:

sillimanit, andaluzyt
dysten Al₂O₃·SiO₂ lub AlAl[O|SiO₄]

topaz Al₂[SiO₄|(F,OH)₂]

tytanit CaTi[O|SiO₄]

staurolit 2FeO·AlOOH·Al₂[O|SiO₄]

chlorytoid Fe²⁺₂Al₄[(OH)₄|O₂|(SiO₄)₂]

Krzemiany grupowe

Lawsonit CaAl₂[(OH)₂|(Si₂O₇)]·H₂O

Hemimorfit Zn₄[(OH)₂|(Si₂O₇)]·H₂O

Epidot Ca₂(Fe,Al)Al₂[O|OH|SiO₄|Si₂O₇]

Wezuwian Ca₁₀(Mg,Fe)₂Al₄[(OH)₄|(SiO₄)₅|(Si₂O₇)₂]

Krzemiany pierścieniowe

Kordieryt Mg₂Al₃[AlSi₅O₁₈]

Beryl Al₂Be₃[Si₆O₁₈]

Turmaliny

Skalenie

Minerały z grupy skaleni są - ilościowo - najszerzej rozpowszechnionymi składnikami skorupy ziemskiej. Skalenie są minerałami skałotwórczymi większości skał magmowych, wielu skał metamorficznych, a także niektórych skał osadowych (utwory piroklastyczne, piaskowce arkozowe).

Krystalochemicznie skalenie są glinokrzemianami potasu, sodu, wapnia lub baru, o strukturze przestrzennej. Na podstawie składu chemicznego wyróżniamy:

skalenie potasowe (K-skalenie)

skalenie sodowo-wapniowe (plagioklazy)

skalenie barowe (bez znaczenia skałotwórczego)

Skalenie potasowe K[AlSi₃O₈]

ortoklaz

mikroklin

sanidyn

adular

Skalenie sodowo-wapniowe (plagioklazy) (Na,Ca)[Al(Si,Al)Si₂O₈] tworzą ciągły szereg izomorficzny:

albit (Ab) Na[AlSi₃O₈]

oligoklaz 90-70% Ab

andezyn 70-50% Ab

labrador 50-30% Ab

bytownit 30-10% Ab

anortyt (An) Ca[Al₂Si₂O₈].

Minerały skał osadowych

grupa SiO₂

kwarc SiO₂
chalcedon SiO₂
opal SiO₂·nH₂O

węglany

kalcyt CaCO₃
aragonit CaCO₃
syderyt FeCO₃
dolomit CaMg(CO₃)₂

minerały ilaste

kaolinit Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈
illit (hydromuskowit) (K,H₃O)Al₂[AlSi₃O₁₀](OH)₂
glaukonit (K,Ca,Na)(Al,Fe³⁺, Fe²⁺)₂[AlSi₃O₁₀](OH)₂·nH₂O
montmorillonit (Na,Ca)_0-1(Al,Mg)₂[Si₄O₁₀](OH)₂·4H₂O

minerały skał solnych

halit NaCl
sylwin KCl
karnalit KMgCl₃·6H₂O
kainit KMgClSO₄·3H₂O
anhydryt CaSO₄
gips CaSO₄·2H₂O
polihalit K₂MgCa₂(SO₄)₄·2H₂O
kizeryt MgSO₄·4H₂O

wodorotlenki glinu

gibbsyt Al(OH)₃
diaspor AlOOH
boehmit AlOOH

inne

siarka rodzima S

baryt BaSO₄

fluoryt CaF₂

Minerały ilaste

Minerały ilaste to uwodnione glinokrzemiany glinu, żelaza, magnezu i/lub wapnia, niektóre z domieszką alkaliów (K, Na), o strukturze warstwowej (pakietowej).

Zazwyczaj występują w formie submikroskopowych blaszek, rozmiarów pojedynczych mikrometrów, są miękkie (twardość 1-2 w skali Mohsa) i plastyczne, niektóre (montmorillonit, smektyty) w wodzie pęcznieją.

kaolinit Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈
illit (hydromuskowit) (K,H₃O)Al₂[AlSi₃O₁₀](OH)₂
glaukonit (K,Ca,Na)(Al,Fe³⁺, Fe²⁺)₂[AlSi₃O₁₀](OH)₂·nH₂O
montmorillonit (Na,Ca)_0-1(Al,Mg)₂[Si₄O₁₀](OH)₂·4H₂O

smektyty

Analiza mikroskopowa minerałów i skał w płytkach cienkich (tzw. szlifach mikroskopowych o grubości 0.02 mm)

Badania przy jednym polaryzatorze

Identyfikacja minerałów przeźroczystych i nieprzeźroczystych

Dla minerałów przeźroczystych:

Wydzielenie minerałów barwnych i bezbarwnych

Barwa i pleochroizm (dot. minerałów barwnych)

Relief

Łupliwość

Pokrój kryształów, kształt i wielkość kryształów i ziarn minerałów

Wrostki

Charakter powierzchni, spękania, ewentualne oznaki wietrzenia chemicznego minerałów

Badania przy polaryzatorach skrzyżowanych

Rozróżnianie minerałów izotropowych i anizotropowych

Dla minerałów anizotropowych:

Barwy interferencyjne

Kąty ściemniania (wygaszania światła)

Zbliźniaczenia

---