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?

2. O czym mówi prawo stałości kątów w kryształach?

Prawo stałości kątów- kąty między analogicznymi ścianami różnych kryształów tego samego minerału są zawsze jednakowe.

3. Prawo wymiernych stosunków odcinków. Oblicz symbol ściany kryształu odcinającej na osiach X,Y,Z odcinki 2a, b, 1/2c.

Prawo wymiernych stosunków odcinków- każdy stosunek dwóch odcinków odciętych na jednej osi krystalograficznej przez 2 różne ściany kryształu wyraża się liczbą wymierną. 

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

P- prymitywna

F- płasko centrowana

I- przestrzennie centrowana

C- centrowana na jednej parze ścian

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).

	% wagowy	ciężar atomowy	proporcja (2/3)	atomy
Ag	65,41%	107,9	0,61	3
As	15,13%	74,9	0,2	1
S	19,46%	32,06	0,61	3

Ag: As: S=3:1:3

Ag₃AsS₃- proustyt

6. W sfalerycie część Zn podstawiona jest diadochowo przez Fe. Oblicz ile procent wagowych Fe jest w sfalerycie o wzorze (Zn_0.8Fe_0.2) S. (Ciężary atomowe Zn 65,38; Fe 55,85; S 32,06).

(Zn_0,8Fe_0,2)S

	%wagowy	ciężar atomowy	proporcja (2/3)	atomy
Zn	52,3%	65,38	0,8	1
Fe	11,17%	55,85	0,2
S	32,06%	32,06	1	1

7. Omów strukturę siarki rodzimej.

W każdym atomie jest 8 członów S połączonych wiązaniami kowalencyjnymi- tworzą molekułę. Siarka jest kryształem molekularnym, sieć krystaliczną tworzą cząsteczki (molekuły) powiązane słabymi wiązaniami van der Valsa.

8. Uszereguj znane Ci minerały siarczkowe miedzi pod względem zawartości tego metalu (od najuboższego do najbogatszego).

Chalkopiryt (34,5%)→ bornit (63,3%)→kowelin (66,4%)→chalkozyn (79,8%)

9. Piryt i galena krystalizują w układzie regularnym, różnią się jednak symetrią. Na czym polegają te różnice?

W pirycie na ścianach kryształów występuje charakterystyczne prążkowanie związane ze wzrostem kryształu, co jest główną przyczyną różnicy w symetrii między galeną a pirytem. Galena takiego prążkowania nie posiada, tak więc przy idealnym wykształceniu kryształu, wszystkie ściany są jednakowe, natomiast w pirycie identyczne są tylko powierzchnie dwuścianów.

10. Porównaj ze sobą struktury diamentu i grafitu (symetria komórek elementarnych, liczba koordynacyjna atomów i rodzaj wiązań chemicznych).

	Diament	Grafit
Układ krystalograficzny	regularny	Heksagonalny (2H) lub trygonalny (3R), w zależności od politypu
Twardość	10 w skali Mohsa	1-2 w skali Mohsa
Liczba koordynacyjna	8 C w jednej komórce elementarnej	8 C w jednej komórce elementarnej
Typ wiązania	kowalencyjne	Van der Valsa

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

Minerały izostrukturalne z halitem: galena, sylwin.

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

Twardość minerału- opór, jaki minerał stawia zewnętrznemu działaniu mechanicznemu, które próbuje go zarysować lub naruszyć.

Skala Mohsa:

1. Talk Mg[(OH)₂Si₄O₁₀]

2. Gips CaSO₄ * 2H₂O

3. Kalcyt CaCO₃

4. Fluoryt CaF₂

5. Apatyt Ca₅F(PO₄)₃

6. Ortoklaz KAlSi₃O₈

7. Kwarc SiO₂

8. Topaz Al₂F₂SiO₃

9. Korund Al₂O₃

10. Diament C

Anizotropia twardości- to znaczy, że twardość może być odmienna w różnych kierunkach, przykładem anizotropii jest minerał kyanit.

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

Czynniki wewnętrzne:

• ciężar atomów pierwiastków budujących dany minerał

• przestrzenne ułożenie atomów, jonów i cząsteczek (gęstość sieci krystalicznej), np. kalcyt ma większą gęstość od aragonitu.

Czynniki zewnętrzne:

• pęknięcia i szczeliny

• inkluzje

14. Rubin, szmaragd i aleksandryt zawdzięczają swoje zabarwienia obecności w strukturze jonów metalu przejściowego. Jaki to jon i jakie zabarwienie wywołuje?

Jonem barwiącym szmaragd Be₃Al₂(Si₆O₁₈), rubin Al₂O₃ i aleksandryt Al₂BeO₄ jest jon chromu Cr³⁺, który barwi szmaragd na zielono, rubin na czerwono, a barwa aleksandrytu zależy od natężenia światła, w sztucznym świetle jest czerwony, a w świetle słonecznym zielony.

15. Co to jest pseudomorfoza? Podaj przykład.

Pseudomorfoza-minerał albo zespół jednakowych lub różnych minerałów, który powstał w miejscu innego minerału, po którym dziedziczy jego formę zewnętrzną np. pseudomorfoza limonitu po pirycie.

16. Magnetyt należy do grupy spineli o strukturze odwróconej (inwersyjnej). Zapisz wzór magnetytu w sposób odzwierciedlający tę strukturę.

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

Magnetyzm minerałów:

• Diamagnetyki- kwarc, kalcyt; substancje umieszczone w polu magnetycznym uzyskują namagnesowanie, kierunek taki, jak kierunek zewnętrznego pola magnetycznego, lecz przeciwny zwrot. Namagnesowanie jest bardzo słabe. Są wyraźnie odpychane przez magnes.

• Paramagnetyki- namagnesowanie ma kierunek i zwrot zgodny z zewnętrznym polem magnetycznym. Natężenie jest małe, po wyłączeniu pola zanika. Są słabo przyciągane przez magnes.

• Ferromagnetyki- kierunek i zwrot zgodny z zewnętrznym polem magnetycznym, natężenie bardzo niskie. Wykazują zjawisko pozostałości magnetycznej, magnesują się. Mają uporządkowanie magnetyczne, które zanika w wysokich temperaturach, po schłodzeniu może wrócić. Są silnie przyciągane przez magnes.

• Minerały ferromagnetyczne- żelazo rodzime, wszystkie jony są magnetyczne, trwałe namagnesowanie.

• Ferrimagnetyki- magnetyt; jony Fe nie są identyczne (orientacja spinów), momenty w Fe²⁺ i Fe³⁺ mają te same kierunki, ale inne zwroty.

• Antyferromagnetyki- jony identyczne Fe³⁺- zwroty są przeciwne, np. hematyt, nie jest trwale namagnesowany.

18. Na czym polega niestechiometria pirotynu? Jaką wspólną właściwość fizyczną ma pirotyn i magnetyt?

Pirotyn należy do związków niestechiometrycznych (bertolity). Niestechiometria pirotynu polega na istnieniu w jego strukturze pustowęzłów (wakansji) związane z niedoborem jonów żelaza w niektórych węzłach.


Fe²⁺↔Fe³⁺+ ← pustowęzeł (wakansja)

Fe_1-xS, x_max=0,125

x-pewna ilość żelaza usunięta podczas krystalizacji.

Wspólna cechą pirotynu i magnetytu to magnetyczność.

19. Opisz struktury kalcytu i dolomitu.

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

Izomorfizm (izotypia)- podobieństwo struktur wykazujących analogiczne rozmieszanie elementów sieci krystalicznej (atomów, jonów, cząsteczek) i jednakową ich liczbę w komórce elementarnej; i przejawia się podobieństwem zewnętrznej postaci krystalograficznej.

Odmiany izomorficzne kalcytu: magnezyt, smithsonit, syderyt, rodochrozyt, kalcyt.

21. Narysuj wykres fazowy odmian polimorficznych CaCO₃.

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

Zeolity- woda zeolityczna (konstytucyjna)

Gips- woda molekularna

Malachit- woda w postaci grup hydroksylowych

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

Roztwór stały interstycjalny (międzywęzłowy):

• możliwość zmieszczenia się jonu w przestrzeni międzywęzłowej

• zachowanie elektroobjętości kryształu

24. Omów grupę oliwinu jako przykład roztworu stałego substytucyjnego.

25. Narysuj wykres fazowy odmian polimorficznych AlSi₂O₅.




26. Dokonaj najogólniejszego podziału piroksenów i amfiboli ze względu na skład chemiczny i symetrię struktury.

Pirokseny:

• rombowe (ortopirokseny):

• magnezowo-żelazowe:

• enstatyt MgSiO₃

• jednoskośne (klinopirokseny):

• wapniowe:

• diopsyd- hedenbergit CaMgSi₂O₆-CaFeSi₂O₆

• augit (Ca, Na)(Fe²⁺, Fe³⁺, Ti⁴⁺)(Si, Al)₂O₆

• alkaliczne:

• jadeit NaAlSi₂O₆

• egiryn NaFe³⁺ Si₂O₆

Amfibole:

• magnezowo-żelazowe:

• cummingtonit Mg₇Si₈O₂₂(OH)₂

• grüneryt Fe²⁺₇ Si₈O₂₂(OH)₂

• wapniowe:

• tremolit Ca₂Mg₅ Si₈O₂₂(OH)₂

• aktynolit Ca₂Fe²⁺₅ Si₈O₂₂(OH)₂

• hornblendy (Na)_0-1Ca₂(Mg, Fe²⁺)(Al, Fe³⁺)Al Si₇O₂₂(OH,F)₂

• sodowe:

• glaukofan Na₂Mg₃Al₂ Si₈O₂₂(OH)₂

• riebeckit Na₂Fe²⁺₃Fe³⁺₂ Si₈O₂₂(OH)₂

27. Czym zasadniczo różnią się pirokseny od amfiboli pod względem składu chemicznego?

Amfibole zawierają w swojej strukturze cząsteczki wody konstytucyjnej w postaci dodatkowych grup hydroksylowych OH, których nie ma w strukturze piroksenów. Amfibole mają również więcej krzemionki.

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

Kaolinit: 1 warstwa tetraedryczna i 1 warstwa oktaedryczna

Talk: 2 warstwy tetraedryczne i 1 warstwa oktaedryczna

Muskowit: 2 warstwy tetraedryczne i 1 warstwa oktaedryczna

29. Jakie minerały występują w postaci azbestu?

Minerały azbestu: aktynolit, amiant, antofyllit, krokidolit, chryzotyl, tremolit, grüneryt

30. Czym zasadniczo różni się pod względem składu chemicznego biotyt od muskowitu?

Biotyt K(Mg, Fe²⁺)₃(Al, Fe³⁺)Si₃O₁₀(OH, F)₂

Muskowit KAl₂(Si₃Al)O₁₀(OH, F)₂

Biotyt w swoim składzie chemicznym zawiera żelazo i magnez, którego nie zawiera muskowit.

31. Co to są smektyty (montmorrillonity) i czym w sposób zasadniczy różni się ich struktura od innych krzemianów warstwowych?

32. Z czego wynikają różnice w symetrii struktur odmian polimorficznych KAlSi₃O₈? Wymień te odmiany.

Odmiany polimorficzne KAlSi₃O₈: Mikroklin, Ortoklaz, Sanidyn.

Odmiany te różnią się od siebie uporządkowaniem struktury. Mikroklin ma najbardziej uporządkowana strukturę wewnętrzną oraz symetrię trójskośną. Sanidyn ma strukturę nieuporządkowaną i symetrię jednoskośną. Ortoklaz jest odmianą pośrednią między sanidynem a mikroklinem, ma częściowo uporządkowaną strukturę, posiada jednoskośną matrycę i trójskośne domeny- przejście jest płynne- struktura modulowana- przechodzi płynnie ze struktury nieuporządkowanej(jednoskośnej) w uporządkowaną (trójskośną)- modulowana struktura domenowa.

33. 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)?

Przemiana kwarcu wysokotemperaturowego w niskotemperaturowy jest szybka i odwracalna. Ten rodzaj przemiany polimorficznej ze względu na zmiany w strukturze nazywa się przemianą przemieszczeniową.

34. Wymień główne cechy zeolitów decydujące o ich użyteczności.

Zeolity:

• są bardzo dobrymi jonowynieniaczami- co jest przydatne do zmiękczania wody lub do usuwania zanieczyszczeń, np. wykorzystywane były po katastrofie jądrowej w Czarnobylu- pochłaniały pierwiastki promieniotwórcze.

• sita molekularne- umożliwiają osuszanie rozpuszczalników oraz służą do rozdzielania różnych mieszanin i substancji

• podczas ogrzewania do 400⁰C oddają wodę do środowiska, bez naruszenia struktury wewnętrznej, natomiast, gdy znajdą się w wilgotnym pomieszczeniu pobierają wodę do swojej struktury. Dzięki temu zapewniają komfort termiczny, ponieważ pobierając wodę z powietrza oddają również ciepło (domy zbudowane z tufów)

• adsorbenty

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

Meteoryty:

• Kamienne:

• Chondryty - zawierają do 10% krystalicznego żelaza

• Achondryty- zawierają do 1% krystalicznego żelaza, przypominają bazalty

• Metachondryty

• Żelazne- to takie meteoryty, które po przecięciu wykazują charakterystyczną budowę lamelkową, która wynika z zawartości niklu w stopie. Poszczególne lamelki są o składzie albo żelazowo-niklowym, albo o składzie żelaza ubogiego w nikiel.

• Żelazno-kamienne

Minerały w poszczególnych klasach meteorytów:

• Kamienne:

• Chondryty- pirokseny (enstatyt) i oliwiny

• Achondryty- pirokseny i plagioklazy, charakterystyczny minerał to ilmenit

• Żelazne- Fe, Ni, Co, troilit- FeS

• Żelazno-kamienne- minerały krzemianowe

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

Parageneza- zespół minerałów powstałych w wyniku określonego procesu geologicznego w tym samym miejscu i w tym samym czasie, pozostających ze sobą w równowadze termodynamicznej.

Przykłady paragenez:

• kwarc, skalenie, miki, hornblendy w granicie

• malachit z azurytem

• loellingit z arsenopirytem

• galena ze sfalerytem, wurcytem i markasytem

• kasyteryt z wolframitem

37. Co oznacza termin sukcesja minerałów?

Sukcesja minerałów- jest to następstwo krystalizacji.

38. Cyrkon często występuje w stanie metamiktycznym. Co to znaczy „stan metamiktyczny” i jak powstaje?

Minerały metamiktyczne- to takie minerały, które zawierają w swoim składzie pierwiastki promieniotwórcze jako składniki główne lub poboczne, tj. U lub Th. Do ich uszkodzenia lub zniszczenia dochodzi pod wpływem bombardowania cząstkami α pochodzącymi z rozpadów jąder nietrwałych izotopów. Minerał zachowuje swoją zewnętrzną budowę, ale traci wewnętrzną strukturę krystaliczną i staje się bezpostaciowy, amorficzny. Zmniejsza się wtedy gęstość minerału i jego współczynnik załamania światła. Taki stan można wykryć jedynie za pomocą dyfraktometru.

39. Podaj wzory minerałów: chalkopiryt, chalkozyn, sfaleryt, markasyt, sylwin, fluoryt, korund, gips, anhydryt, baryt, apatyt, dolomit, uraninit, albit, anortyt, trydymit.

• Chalkopiryt CuFeS₂

• Chalkozyn Cu₂S

• Sfaleryt ZnS

• Markasyt FeS₂

• Sylwin KCl

• Fluoryt CaF₂

• Korund Al₂O₃

• Gips CaSO₄ * 2H₂O

• Anhydryt CaSO₄

• Baryt BaSO₄

• Apatyt Ca₅F(PO₄)₃

• Dolomit CaMg[CO₃]₂

• Uraninit UO₂

• Albit NaAlSi₃O₈

• Anortyt CaAl₂Si₂O₈

• Trydymit SiO₂

40. Podaj nazwy następujących minerałów: Cu₂(OH)₂CO₃, Na(Li, Mg, Fe, Al)₃Al₆(BO)₃[Si₆O₁₈], Mg₃Al₂[SiO₄]₃, ZrSiO₄, CaMgSi₂O₆, CaAl₂Si₂O₈, H₂O, CuS, UO₂, FeOOH?

• Cu₂(OH)₂CO₃- malachit

• Na(Li, Mg, Fe, Al)₃Al₆(BO)₃[Si₆O₁₈]- turmalin alkaliczny

• Mg₃Al₂[SiO₄]₃-pirop

• ZrSiO₄- cyrkon

• CaMgSi₂O₆- diopsyd

• CaAl₂Si₂O₈- anortyt

• H₂O- lód

• CuS- kowelin

• UO₂- uraninit

• FeOOH- goethyt

---