ÁsvÁny kŐzettan³ zsolt/Ásványtan...hány ásvány van és milyen kritériumok alapján 2009...
TRANSCRIPT
Geológia
Ásványtan Kőzettan Őslénytan Szerkezetföldtan Szedimentológia Nyersanyagkutatás stb.
Általános ásványtan Rendszeres ásványtan
-kristálytan az ásványok jellemzőinek
-kristálykémia tárgyalása...egyenként
-kristályfizika
-ásvány-genetika
Geográfia
Általános ásványtan
Alapfogalmak I.
Ásvány-kőzet-kristály-mineraloid-drágakő-féldrágakő-műtermék
Ásvány definíciók:
1. „a földkéreg természetes és szervetlen eredetű, homogén, szilárd,
meghatározott kémiai összetétellel jellemezhető, kristályos szerkezetű
építőeleme” (Wikipédia 2009)
2. „A mineral is an element or chemical compound that is normally crystalline and that
has been formed as a result of geological processes" (Nickel, E. H., 1995)
3. "Minerals are naturally-occurring inorganic substances with a definite and predictable chemical composition and physical properties." (O' Donoghue, 1990)
De: szervetlen???, homogén???, szilárd???, meghatározott kémiai összetétel???
A határok nem egyértelműek… a kivétel erősíti a szabályt!
Borostyán: nem szervetlen
Kvarc (SiO2)
hegyikristály füstkvarc (+Al)
2. Nem homogén
(feltétlenül)
1. Nem szervetlen
3. Nem szilárd Hg (terméshigany)
4. Meghatározott kémiai összetétel
Albit: NaAlSi3O8 Anortit: CaAl2Si2O8
K-földpát: KAlSi3O8
Földpátok,
Piroxének,
Amfibolok, stb.
5. Kristályos szerkezet
Kvarc
Opál
Mikro-nanométeres nagyságrendben kristályos
De nagyobb méretben rendezetlen: „amorf” A kristály: térrácsszerkezettel
bíró, egyes tulajdonságaiban
anizotróp diszkontinuum
Kívülről is szépen látható a „rend”
Mineraloid
Alapfogalmak II.
Kőzet: A Föld kérgét felépítő ásványtársulások
ásványtani szempontból:
-monomineralikusak pl.: márvány, mészkő
-polimineralikusak pl.: gránit, homok
Drágakő: különleges szépségű és értékű, többnyire nagy keménységű
ásvány. Pl.: gyémánt, smaragd, zafír (K=7-10)
De: drágakő lehet az elefántcsont, a gyöngy, szintetikus anyagok és egyes
kőzetek
Féldrágakő: kisebb keménységű drágakő (barit, topáz,malachit) (ker. elnev.)
malachit
gagát Gyémánt műtermék obszidián
Segédanyagok, tankönyvek
http://www.mindat.org/
http://webmineral.com/
Ásványok (Természetkalauz sorozat)
Ásványhatározó (Bognár László)
Ásványtan I-II. (Koch-Sztrókay 1994)
Kőzetek és Ásványok
Hány ásvány van és milyen kritériumok alapján
2009 augusztus 15-én 4714 ásványt tart nyilván az
IMA (International Mineralogical Association (2010 konferencia az ELTE-n))
És ez a szám dinamikusan nő!!
Nemzetközi Ásványtani Asszociáció Új Ásványfajok és Ásványnevek
Bizottsága dönt
Publikálva: American Mineralogist-ban
Az ásvány leírásának feltételei:
-feleljen meg az ásvány definíciójának
-előtte ne írja le senki
-pontos kémiai összetétel meghatározása
-további kutatáshoz megfelelő mennyiséggel kell rendelkezni
Új magyar ásványok
Ammóniomagnéziovoltait
Klajit
Megtaláló: Papp Csaba (pécsi ásványgyűjtő)
Lelőhely: Recsk, Lahóca-hegy
Képlet: MnCu4(AsO4)2(AsO3OH)2·9.5H2O
Megtaláló: Klaj Sándor (pécsi bányász)
Lelőhely: Pécs, Vasas
Képlet: (NH 4) 2Mg2+5Fe3+3Al[SO 4] 12· 18H 2O
Kabazit-Mg
Megtaláló: MAMIT (2004)
Lelőhely: Kalapos-tető (Balaton-felvidék)
Képlet: (Mg 0.7K 0.5Ca 0.5Na 0.1)[Al 3Si 9O 24]·10H 2O
Pilsenit
Képlet: Bi4Te3
Nagybörzsöny (Deutsch-Pilsen)
Kengott (1853)
Mátrait
Képlet: ZnS
leíró: Koch Sándor
ikresedett szfalerit – diszkreditálva 2006-ban
Magyar mineralógusok
Benkő Ferenc
1745-1816
Magyar mineralogia (Kolozsvár, 1786)
Első magyar nyelvű ásványtan könyv
Göttingenben tanul Nagyszebeni ref. lelkész
Kitaibel Pál
1757-1817
Szabó József
1822-1894
20 000 km utazás
„Igazi” geográfus:
állattan, növénytan, ásványtan,
geofizika
A Te egyik felfedezője,
de Klaproth ellopja tőle
(Berlini Tud. Akadémia
analitikusa)
...cégül Müller Ferencé a dicsőség
„Kit”
1851: Műszaki Egyetem: ásványtan, kémia
1862 a Pesti Egyetem földtan-ásványtan
Tanára, dékánja, rektora
1855: Budai Főreáliskola magyar tanára
Jelentős utazások a történelmi Magyarország
Területén
Az első Ásványtan tankönyv szerzője
Budapest és környéke földtani térképe
Krenner József
1839-1920
Koch Antal
1843-1927 1870-től az Ásványtár vezetője
-kiválóan ismerte az ásványokat lelőhely szerint is
„élő ásványtan” Európa első ásványismerője
-A kor nagy ásványtan professzora (Műszaki, Pesti Egyetem)
-Ásvány felfedező: andorit, bunsenit (ma krennerit),
fizélyit, kornelit, lorándit, romboklász, schafarzikit,
semseyit, szomolnokit
-Nemzeti Múzeum ásványtára általa lesz világhírű
Utazás faggyúban Felsőbányáról
-A Kolozsvári Egyetem ásványtan-földtani
tanszékének első tanára
-”rossz” tanár
-A kőzetmikroszkópia hazai meghonosítója
-Koch-Sztrókay: Ásványtan
-minden tudományterületen alkotott a geológiában
Már az ókori
görögök is…
Kristálytan
(krisztallográfia)
Arisztotelész nem foglalkozik vele
Plinius: Historia Naturalis csak leírás: lelőhely, hasznosíthatóság,
az ásványok mágikus, gyógyító hatásai
Kivétel: Albiruni: fajsúly maghatározása
Alkhazani (arab tudósok)
Ibn Sina (Avicenna) (tadzsik): az első rendszeres ásványtan
A XIX. sz. elejéig használják rendszerét
Agricola 1494-1555
De re natura fossilium (1546)
De re metallica libri XII (1556)
Ókor
Középkor
Az ásványok leírása és maghatározása,
Bányaművelés, kohászat technikája
Cesalpinus
„nem ésszerű élettelen testeknek határozott,
változatlan alakot tulajdonítani, mert maghatározott
alakot létrehozni a szervezet feladata” (1602)
Újkor N. Steno 1669
A lapszögek a kvarc kristályain állandóak
M.N. Capeller 1723
A kristályalak jelentős tulajdonsága az ásványnak,
kristály fogalom bevezetése
Rome de l’Isle (1736-90)
szögállandóság törvénye, a kontakt goniométeres vizsgálatok
alapján
Haüy (1743-1836)
Számos ásvány ábráját közli, de az ásvány még „kontinuum”
Seeber 1824
Az ásvány diszkontinuum
Bravais 1811-63
A 14 elemi test levezetése
Laue 1912
Betekintés a kristály belső szerkezetébe X-ray segítségével
Szilárd Folyadék Gáz
A felépítő részecskék középtávoldága állandó,
Tehát nincsenek kitüntetett irányok
Az anyagot leíró jellemzők (p, T stb.) skalárisak
Halmazállapotok
A szabálytalan felépítésű meghatározott belső szerkezet
nélküli anyagokat amelynek minden sajátsága skaláris,
izotróp anyagoknak nevezzük
Amorf állapot:
szilárd testek de nincsenek
kristályos állapotban, az anyagnak
nincsen belső szerkezete:
Pl.: kőzetüveg, opál-A
De: az anyag rendezettségre törekszik,
alacsonyabb energiaállapotba
Átkristályosodás
pl. kőzetüvegek
Az anyag fizikai tulajdonságai
Skaláris tulajdonságok
-hőmérséklet (T)
-nyomás (p)
Vektoriális tulajdonságok
-fénytani jellemzők
-hő és elektromos vezetőképesség
-hasadás
-keménység -Folyadék
-Gáz
-Szilárd (amorf és kristályos anyagok)
Szilárd halmazállapotú kristályos anyagok
1.Gáz 2. Folyadék 3.Szilárd
amorf kristályos
izotróp anizotróp
-Szilárd (kristályos anyagok)
Kristály
A kristály felépítése nem folyamatos, hanem diszkontinuális…még ha a látszat csal is!
- A kristályoknak térrácsszerkezete van, anyaguk tömegrészecskéi a térrács rácspontjaiban
helyezkednek el.
-Azonos irányokban azonos elrendeződésben vannak a tömegpontok, irányonként tehát azonos
tulajdonságokat kapunk (ebben az irányban homogén), de más-más irányokban eltérőek a tulajdonságok.
Az irányfüggő tulajdonságok a vektoriális tulajdonságok.
Vektoriális tulajdonságokkal rendelkező anyagok anizotrópok. Ez a kristályok legjellegzetesebb tulajdonsága.
térrácsszerkezettel bíró szilárd anyag, amely egyes sajátságaiban anizotróp,
homogén diszkontinuum.
A kristályrács belső rendje megjelenik a kristály külső formáján is!
Térrácselmélet
Pontsor Síkrács Térrács
Az elemi cella a térrács azon legkisebb része, amely még rendelkezik a
teljes rácsszerkezet tulajdonságaival, szimmetriaviszonyaival.
Az elemi cellát a rácsállandó jellemzi: a három legrövidebb
transzlációs távolság, vagyis az elemi cella élhosszai (a, b, c), illetve az
általuk bezárt szög.
Az elemi cella párhuzamos eltolásával (transzláció) a tér három irányában épül
fel a térrács.
Elemi cella
A térrács legkisebb elemi egysége az elemi cella.
Bravais féle elemi cellák
Ha a kristályrács felépítésében csak
azonos tömegpontok vesznek részt, akkor
az elemi cella felépítésének 14 lehetséges
módja van. Olyan elrendeződés,
amelynek csak a csúcsain helyezkednek
el azonos tömegpontok, 7 db lehetséges.
Volume centered=tércentrált
Face centered=minden lapon centrált
Base centered=bázislapon centrált
Milyen mérettartományról beszélünk???
Angstrom: 10-10m
Ezzel egy nagyságrendben lévő hullámok a röntgensugarak, ezért az ásványok belső szerkezetét
röntgensugárzás segítségével vizsgálhatjuk lsd: röntgenpordiffrakció
Látható fény: 10-6m
Diffrakció diffringere (darabokra törés)
Egy egydimenziós optikai rácson szóródó lézersugarak interferálnak egymással; intenzitás-maximumok
keletkeznek azon irányok mentén, melyekre teljesül, hogy az egymással párhuzamosan szórt, két
interferáló sugár közötti útkülönbség a fény hullámhosszának egész számú többszöröse:
Röntgen (por)diffrakció az ásványok meghatározásának egyik módszere
X-ray
Szimmetria műveletek A kristályrendszerek beazonosításának eszköze
Inverzió/
szimmetria centrum
Jele:1 (i)
Tükörsík
Jele: m (mirror)
I. Egyszerű szimmetriaműveletek I.
I. Egyszerű szimmetriaműveletek II.
Digír
Jele:2
Trigír
Jele:3
Tetragír
Jele:4
Hexagír
Jele:6
II. Összetett szimmetriaműveletek
Digír tetragiroid
Jele: 4
Trigír hexagiroid
Jele: 3
A térrács legkisebb elemi egysége az elemi cella.
Ennek párhuzamos eltolásával (transzláció) a tér három irányában épül fel a térrács.
a: élhossz (Angstrom nagyságrend)
Transzláció irányai a tér három irányában
Térrácselmélet
Bravais féle elemi cellák
Ha a kristályrács felépítésében csak azonos tömegpontok vesznek részt, akkor
az elemi cella felépítésének 14 lehetséges módja van. Olyan elrendeződés,
amelynek csak a csúcsain helyezkednek el azonos tömegpontok, 7 db lehetséges.
Szabályos (köbös)
Tetragonális
Rombos
Hexagonális,
Trigonális
Monoklin
Triklin
Szimmetria: olyan geometriai
művelet amivel a lapok , élek
egymással fedésbe hozhatóak.
=tércentrált
=minden lapon centrált
=bázislapon centrált
Tengelykereszt
-kristály középpontja egybeesik a tengelykereszttel
-tengelyei párhuzamosak az elemi cella éleivel
-tengelyek elnevezése
a
-a
b
-b
c
-c
a
-a
b
-b
c
-c
Formák:
Példák: földpátok, kalkantit,
kaolin
Tengelykereszt
Maximális szimmetria:
inverzió (szimmetria centrum)
a≠b≠c
α≠β≠γ
Nem főtengelyes rendszerek I.
Triklin (háromhajlású) rendszer
Elemi cella
a b
c
β
γ α
véglapok
Formák:
Példák: piroxének, földpátok,
gipsz, amfibolok, csillámok
Tengelykereszt
Minimális szimmetria:
1 db digír vagy
1 db tükörsík (de több értékű forgatás nem lehetséges)
a≠b≠c
α=γ=90°
Nem főtengelyes rendszerek II.
Monoklin (egyhajlású) rendszer
Elemi cella
a b
c
β
Formák:
Példák: olivin, markazit, barit,
piroxének, amfibolok
Tengelykereszt
Minimális szimmetria:
3 db digír vagy
2 db tükörsík (de több értékű forgatás nem lehetséges)
a≠b≠c
α=β=γ=90°
Nem főtengelyes rendszerek III.
Rombos rendszer
Elemi cella
a
b
c
Formák:
Példák: rutil, kassziterit, xenotim
Tengelykereszt
Minimális szimmetria:
1 db tetragír vagy
1 db digír-tetragiroid
a=b≠c
α=β=γ =90°
Főtengelyes rendszerek I.
Tetragonális (négyszöges) Elemi cella
a a
c
Formák:
Példák: kalcit, kvarc,
hematit, korund
Tengelykereszt
Minimális szimmetria:
1 db trigír vagy
1 db trigír-hexagiroid
a1=a2=a3≠c
α=β=γ=120°
αβγ<δ=90°
Főtengelyes rendszerek II.
Trigonális (háromszöges) Elemi cella
Főtengelyes rendszerek III.
Hexagonális (hatszöges)
Formák:
Példák: grafit, berill, pirrhotin
Tengelykereszt
Minimális szimmetria:
1 db hexagír
a1=a2=a3≠c
α=β=γ=120°
αβγ<δ=90°
Elemi cella
Szabályos rendszer
a1=a2=a3
α1= α2= α3=90°
a1
a2
a3
Formák:
Kocka Oktaéder Rombdodekaéder
Deltoidikozitatraéder Triakoszoktaéder Tetrakiszhexaéder Hexakiszoktaéder
Példák: Gyémánt, Halit,
Galenit, Magnetit, Pirit
Minimális szimmetria:
4 db trigír v.
trigír hexagiroid
A kristályrendszerekben megjelenő szimmetriaelemek
A szimmetriák alapján 32 kristályosztáy vezethető le:
Triklin pedionos
véglapos
Monoklin szfenoidos
dómás
prizmás
Rombos diszfenoidos
piramisos
dipiramisos
Tetragonális piramisos
dipiramisos
trapezoéderes
ditetragonlis piramisos
ditetragonális dipiramisos
diszfenoidos
szkalenoéderes
Trigonális piramisos
romboéderes
trapezoéderes
ditrigonális piramisos
ditrigonális szkalenoéderes
dipiramisos
ditrigonális dipiramisos
Rendszer osztály Minimális szimmetriaműveletek Maximális szimmetriaműveletek
1
2 m i
222, mmm, i
4, mmmm, 2222, i
vagy
-42mm
3, mmmm, 222, i
2 vagy m
222 vagy mmm
4
3
A kristályrendszerekben megjelenő szimmetriaelemek
Hexagonális piramisos
dipiramisos
trapezoéderes
dihexagonális piramisos
dihexagonális dipiramisos
Szabályos pentagondodekaéderes
diszdodekaéderes
penatgonikozitetraéderes
hexakisztetraéderes
hexakiszoktaéderes
Rendszer osztály Minimális szimmetriaműveletek Maximális szimmetriaműveletek
6 222222
mmmmmmm
4 db trigír hexagiroid
3 db tetragír
6 db digír
9 tükörsík
inverzió
6
4 db trigír v.
trigír hexagiroid
Mathematica..\TheSevenCrystalClasses.nbp player
A kristálytan alaptörvénye
A szögállandóság törvénye: Egy bizonyos anyag kristályainak meghatározott lapjai
és élei által bezárt szög az illető anyagra jellemző, állandó érték
(p, T csak kevésbé módosítja)
Ideálisan fejlett kristály esetén a kristály egyenértékű határoló elemeinek a kristály
középpontjától való távolsága egyenlő. (nagyon ritka)
Akármennyire is torzul a kristály, az anyagára és kristályformáira jellemző lapszögek
értéke nem változik.
Ideális kristály
A kristály alakját a kristály lapjainak
egymáshoz viszonyított arányai adják meg.
A kristálylapok a kristályrács anyagi
részecskék által sűrűn megterhelt síkjainak
felelnek meg
Ideális esetben a kristályrács alakja csak a
kristályrács sajátosságaitól függ, és a kristály
egyenértékű lapjainak távolsága a kristály
középpontjátától egyenlő.
Egyenértékű lapok: szimmetriaművelet által
fedésbe hozható lapok
Ideálisan fejlett kristály esetén a kristály egyenértékű határoló elemeinek a kristály
középpontjától való távolsága egyenlő. (nagyon ritka)
Reális kristály
A kristály alakját a képződés körülményei befolyásolhatják
A körülmények függvényében a kristály egyenértékű
lapjai nem szükségszerűen a középponttól egyenlő
távolságban jelennek meg, azaz az „ideális” alak torzul.
Akármennyire is torzul a kristály, az anyagára és
kristályformáira jellemző lapszögek értéke nem változik.
Egy adott kristály egyenértékű lapjai
közötti szög mindig azonos. Ez a kristálytan egyik
alaptörvénye!!!
Véglap (i)
Szfenoid (2) Dóma (m)
Rombos prizma Rombos piramis Rombos dipiramis Rombos diszfenoid
Kristályformák a kristálytani rendszerekben I. (Nyílt formák)
Prizmák
Kristályformák a kristálytani rendszerekben I. (Nyílt formák)
Kristályformák a kristálytani rendszerekben II. (Zárt formák)
Dipiramisok
Kristályformák a kristálytani rendszerekben II. (Zárt formák)
Tetragonális diszfenoid Ditatragonális szkalenoéder Tetragonális trapezoéder
Romboéder Trigonális Ditrigonális Hexagonális
trapezoéder szkalenoéder trapezoéder
Kristályformák a kristálytani rendszerekben II. (Zárt formák)
Tetraéder Deltoiddodekaéder
Triakisztetraéder Hexakisztetraéder
Kristályformák a kristálytani rendszerekben II. (Zárt formák)
Hexaéder Oktaéder Rombdodoekaéder
Deltoidikozitetraéder Triakiszoktaéder Tetrakiszhexaéder Hexakiszoktaéder
Paramétertörvény, lapindexelés
A kristály lapjainak valamilyen nevet kell adni, a alapok egymáshoz
ás a kristálytani tengelykereszthez viszonyított helyzetét jelölni kell
Alaplap: (minden kristályra jellemző egy ilyen lap)
jellemzője, hogy minden tengelyt metsz.
Egységül választjuk a b tengelyen mért távolságot
Alaplap
Barit esetén:
a0 : b0 : c0 = 1,627:1:1,310
Ez a barit tengelyaránya (meghatározása rtg diffrakcióval
vagy kristálytani számításokkal)
Mivel ez a tengelyarány csak és kizárólag a baritra jellemző, ezért ezeket az értékekeket
a barit esetében egységnyinek tekinthetjük és innentől az elnevezés:
a : b : c
ahol a=1,627, b=1, c=1,130
Alaplap
Paramétertörvény, lapindexelés
...folyatás...
A többi lap a tengelyeket csak a, b, c tengelyarányok
racionális számú többszöröseivel metszhetik.
ma : nb : pc, ahol m, n, p racionális számok
A geometriai kristálytan II. törvénye (racionalitás tv.):
a paraméter viszonyszámok (m, n, p) mindig racionális
számok vagy a végtelennel egyenlők.
Pl.: kocka
-a tengelyt metsző lap: 1a:∞b:∞c
-a és b tengelyt egységnyi távban metsző lap: 1a:1b:∞c
-mindhárom lapot 5 egység távolságra metszve: 5a:5b:5c
Végtelennel számolni nehéz, ezért m, n, p értékének reciprokát vette Miller (1852).
Az így kapott indexeket h, k, l –nek nevezte el. Jelölése: (hkl)
h=1/n k=1/n l=1/p
Paramétertörvény, lapindexelés
...folyatás.
Példa: baritkristályon egy lapon a következő
adatokat állapították meg:
3a : 2b : ∞c
ebből a Miller index
1/3 : ½ : 1/∞ ...de ez bonyolult ...közös nevező kell
2 : 3 : 0
6 (230) ez a kristálylap Miller indexe.
A kristálytan harmadik törvénye A zónatörvény
A párhuzamos élekben végződő kristálylapok összességét kristályövnek hívjuk
A zónát a zónatengely jellemzi: jele [uvw]
Meghatározása:
h k l h k l
h’ k’ l’ h’ k’ l’
u=kl’-lk’
v=lh’-hl’
w=hk’-kh’
(hkl) (h’k’l’)
[uvw]
Pl. (231) és (122)
2 3 1 2 3 1
1 2 2 1 2 2 x x x
u=3x2-1x2=4
v=1x1-2x2=-2
w=2x2-3x1=1
Az öv vagy zónatörvény kimondja hogy a kristályon lehetséges összes lapok
övviszonyban vannak egymással
Ha egy lap benne fekszik egy övben akkor:
hu+kv+lw=0 Ez a zónaegyenlet.
Példa: 2x4 + 3x(-3) + 1x1 = 0
Két lap tompítólapja: pl (110) és (010)
110
+010
120
Sztereografikus projekció (vetítés)
Jelentősége:
-kristálytani számítások
-szerkezetföldtan
-ásványok kémiai összetételének
meghatározása
És a valóság…
Kristályok szabályos összenövése
Párhuzamos összenövés Ikerösszenövés
1. Párhuzamos összenövés: szimmetriaművelettel a lapok nem hozhatók fedésbe
Párhuzamos rovátkák a kristályon Jogarkvarc: orientált továbbnövekedés (p, T)
2. Ikerösszenövés
-mellénőtt (juxtapozíciós) pl. gipsz „fecskefark” ikre
-átnövési iker (penetrációs)
staurolit
gipsz
gipsz
Az ikresedés lehet ikersík vagy ikertengely szerinti
Ortoklász karlsbadi ikre kvarc dauphinéi ikre
Poliszintetikus ikrek pl albit és az összetett ikrek: álszimmetria
Phillipsit (monoklin álszabályos)
Az ásványok termete
- Egy adott anyagi minőségű kristály
szerkezetének megváltozása nélkül képes a
képződési körülmények függvényében
más-más alakban megjelenni
- A kristály termetét az adott körülmények
között uralkodó kristályforma szabja meg
Kristályhalmazok-aggregátumok
antimonit bauxit Mn dendrit
Goetit Mészkő-oolit Cseppkő
Bennőtt-fennőtt
Idiomorf-hipidiomorp-xenomorf
Gránit
Almeira gipsz barlang
Gránát
Turmalin Szodalit
Álalakok
klorit gránát után malachit azurit után limonit pirit után
Pszeudomorfóza
Fogtürkiz valójában vivianit
Polimorfia Ugyanazon kémiai összetételű vegyület különböző kristályformákban jelenik meg.
(Mitscherlich 1821)
Pontosabban: azonos a kémiai összetétel de különböző rácsszerkezet.
De: ugyanazon hőmérsékleten ezek eltérő termodinamikai paraméterekkel jellemezhetőek
(V, entrópia, szabadenergia)
A különböző módosultok közül adott nyomáson és hőmérsékleten a legalacsonyabb
szabadenergiájú módosulat a stabilis.
Ha nem stabilis, de átalakulás csak nagyon lassan történik meg, akkor metastabilis
C
gyémánt grafit
CaCO3
Kalcit Aragonit Metastabilak
2000°C
400°C
Instabilitás esetén:
Átalakulás egyik módosulatból a másikba pl: kvarc
1. α-kvarc - β-kvarc: átalakulás 573°C-n reverzibilis (visszafordítható)
A rács nem változik jelentősen csak a kötésszögek és így a szimmetria
2. kvarc – tridimit metastabilis átalakulás
A rács jelentősen változik, a kötések felbomlanak
Izomorfia
Kémiailag különböző anyagok azonos vagy nagyon hasonló szerkezettel,
kristályformával jelenhetnek meg. (Mitscherlich 1821)
Rombos-sor
Trigonális sor
Magnezit
Sziderit
Smithsonit
Rodokrozit
Kalcit
Aragonit
Stroncianit
Cerusszit
Witherit
Karbonátok izomorf módosulatai
A kationok bizonyos mérethatárok között szabadon helyettesíthetik egymást, ha a rádiuszhányados ezt megengedi
Magnezit Kalcit
Elegykritályképződés
A reális ásványok ritkán felelnek meg a képletüknek, a kationok helyettesíthetőek
Feltétel: -ionrádiusz
-kötéstípus azonossága
Egyszerű helyettesítés Kapcsolt helyettesítés
MnWO4-FeWO4
Hübnerit-ferberit
FeSiO4-MgSiO4
fayalite-forsterite
(olivin)
MgAl2O4-Fe2+Fe3+2O4
Spinell-magnetit
NaAlSi3O8 – CaAl2Si2O8
Albit-anortit
50%-os szabály!!
Zárványok
kőolaj zárvány
Szilárd zárványok: rutil kvarcban Folyadékzárvány
20μm
20μm Olvadékzárvány
Kristályfizika
I. Mechanikai deformáció
Ha a kristályra irányított húzó vagy nyomóerő hat,
akkor irányított igénybevételről (nyomás) van szó.
Elasztikus Plasztikus Töréses
deformáció
Függ:
-anyagi minőség
-fluidumok jelenléte
-hőmérséklet
-nyomás
-alakváltozás sebessége
-nyomás iránya
Plasztikus deformáció: transzláció
Grafit Jég
Kősó
-Meghatározott kristálysíkok mentén elmozdulás:
vektoriális tulajdonság
-a kristály egyben marad
-a tömegpontok környezete nem változik
Mechanikai ikerképződés
Kalcit ikerlemezessége mechanikai nyomás hatására:
Jelentősége: szerkezetföldtani rekonstrukció
Jellemzően ikresedő ásványok:
-dolomit
-hematit
-galenit
-rutil
Hasadás
Ha a kristály mechanikai behatásra meghatározott kristálylapok mentén válik részekre, azt
hasadásnak nevezzük. Ásványok fontos határozóbélyege!!!!
Piroxének: 88° Amfibolok: 120°
Minden hasadással rendelkező anyag kristályos
szerkezetű, de nem minden kristály hasad!!!!
Törés
Mechanikai behatásra kristálytani irányoktól függetlenül megjelenő egyenetlen felületek
mentén válik részekre a kristály.
Típusai:
-kagylós pl: opál
-egyenetlen pl.: pirrhotin
-egyenes pl.: jáspis
-szálkás pl.: tűzkő
-horgas pl.: fémek
-földes pl.: kaolin
kvarc
pirrhotin
opál jáspis
fém
kaolin
Keménység
Mohs-féle keménységi sor:
1. talk
2. gipsz
3. kalcit
4. fluorit
5. apatit
6. földpát
7. kvarc
8. topáz
9. korund
10. gyémánt
Jelentősége csiszolásnál, drágaköveknél van
Vigyázat!!! Irányfüggő!!!
Sűrűség
ρ=m/V
Nehéz ásványok: 2,7 g/cm3 felett
pl: rutil: 4,3
kvarc: 2,65
galukonit: 2,2 – 2,8
Fénytani sajátságok
1. Az ásvány színe
Az ásvány színe attól függ, hogy a
fehér fény komponenseiből mennyit
abszorbeál a kristály a fény
kristályon való áthaladásakor, valamint
mennyit ver abból vissza.
Idiokrómás ásványok: a sajátszínű ásványok
Allokrómás ásványok: valamilyen szennyező anyag megváltoztatatja az ásvány saját színét
Kvarc változatok:
Hegyikristály: színtelen
Morion (föstkverc): Al,
radiometrikus sugárzás
Macskaszem: amfiboltűk
Hegyikristály, fluidzárványok
Földpátok:
Plagioklász idiokrómás
Labradorit
A poliszintetikus
ikresedés lemezei a fény
hullámhosszába esnek
Holdkő
belső lemezesség
Saját szín csak karcpróba alapján!!
Fénytörés
Fénytörés: A fény egy idegen anyag határára érkezve megtörik (irányt változat), mert a két anyagban
eltérő a fényterjedési sebessége.
A két anyag közöl amelyikben
lassabb a fény: optikailag sűrűbb
gyorsabb a fény: optikailag ritkább
Legritkább a vákuum (levegő) n=1. Minden közegben ennél nagyobb n értéke.
Törésmutató: n=sinα/sinβ
Ritkábból sűrűbb anyagba hatolva a fény a beesési merőlegeshez törik (refrakció).
Teljes visszaverődés:
A fény sűrűbb közegből akar ritkábba jutni, de sűrűbből ritkább anyagba a fény a beesési
merőlegestől törik, ezért egy bizonyos határszögön túl, visszaverődik (reflektálódik).
Gyémánt:
n=2,42 A fény belehatol, és megfelelő csiszolás esetén a táblán és a felső fazettákon távozik
ettől ragyog a gyémánt
Kettőstörés:
Az amorf és szabályos rendszerű kristályokat leszámítva
számít az, hogy a fény melyik irányban milyen sebességgel
terjed a kristályban.
A törésmutató tehát irányfüggő!!!
Erősen kettőstörő a kalcit.
A kettőstörés mértéke jellemző érték adott kristályra.
Izlandi pát
Az ásványok fénye
Fémfény
R=25-90%
n=totálreflexió
Félfémfény
R=19-25%
n=2,5-3
Gyémántfény
R=10-19%
n=1,8-2,5
Üvegfény
R=4-10%
n=1,5-1,8
Zsírfény
n<1,5
Földes fény
Gyémánt
Kuprit
Kalkopirit Kvarc
Nefelin
Kaolin R=fénynyvisszaverő képesség
n=törésmutató
Pleokroizmus
Az átlátszó, optikailag anizotróp színes ásványok a rajtuk áthaladó fehér fényből
eltérő kristálytani irányokban eltérő hullámhosszúságú sugarakat abszorbeálnak.
Irányoktól függően tehát más és más színt látunk.
Szabad szemmel is megfigyelhető pl a turmalin esetében.
Dinnyeturmalin
Törökfej
Mórfej
Lumineszcencia
Ideális kristályban a különböző energiasávok vannak:
megengedett energiasávok, köztük tiltott sávok helyezkednek el.
Kiemelt a felső töltött és a felette lévő vezető sáv (üres).
Ha rácshiba van a kristályban: aktivátor nívó lép be.
Folyamat:
1. gerjesztés (abszorbció) egy e- belép a vezető sáv fölé
2. a visszamaradt pozitív töltésű lyuk az aktivátornívóba vándorol
3. a gerjesztett e- vissza esik a vezetési sávra fényemisszió
4. innen vagy rekombinálódik a pozitív lyukkal
5. vagy befogódik az aktivátorok által létrehozott köztes
energianívókba
Tehát kell -egy rácshiba pl.: szfalerit (ZnS) Cu, Ag, Mn szennyezi
fluorit (CaF2), willemit Zn2SiO4, scheelit (CaWO4)
-egy gerjesztés: a) fotolumineszencia (fény hatásárapl UV-fény)
b) radiolumineszencia (X-ray hatására)
c) elektrolumineszencia (e-hatására)
d) termolumineszencia (T hatására)
e) kemolumineszencia vegyi hatás
f) tribolumineszencia (dörzsölés)
g) krisztallolumineszencia (kristályosodáskor)
Lumineszencia: csak rövid ideig tart az emisszió
Foszforeszencia: örökké tart a fényemisszió
Franklinbánya, USA
Ásványok mágneses tulajdonságai
Diamágneses ásványok: a mágnes taszítja őket
pl: kősó, kalcit, jég
Paramágneses ásványok: átmenetileg mágnesezhetőek
pl.: sziderit, berill (a mágnes már vonzza)
Ferromágneses ásványok: maguk is mágnesként viselkednek
pl.: magnetit
De a mágnesesség nem az atomok hanem a rács tulajdonsága!
A Ni-Fe ötvözet pl. 580°C-n paramágnesessé változik
Jelentőség: kontinensvándorlás modellezése a paleomágneses irányok alapján
Piezoelektromosság
Orientált kvarcszelet
poláros melléktengelyre
merőlegesen
turmalin, szfalerit stb.
- Orientált nyomás hatására elektromos töltés lép fel
elektromosan polárossá válik
- Elektromos erőtérben (megfelelő orientáció esetén) a kristály
összehúzódik, az el. polaritás cseréjével kitágul, azaz rezgésbe jön
Felhasználsás: szonár, nyomásmérő, mérleg, kvarcóra, rádiótechnika