ÁSVÁNY-KŐZETTAN Előadás

Átírás

1 ÁSVÁNY-KŐZETTAN Előadás Földrajz BSc I. évfolyam VI. előadás Nyugat-magyarországi Egyetem, Savaria Egyetemi Központ, Természetföldrajzi Tanszék

2 Ásványosztályok I. OSZTÁLY: Terméselemek II. OSZTÁLY Szulfidok III. OSZTÁLY Oxidok és hidroxidok IV. OSZTÁLY V. OSZTÁLY Szilikátok Foszfátok és rokon vegyületek VI. OSZTÁLY Szulfátok és rokon vegyületek VII. OSZTÁLY Borátok, karbonátok és nitrátok VIII. OSZTÁLY Halogenidek IX. OSZTÁLY Organikus vegyületek 1. Ásványosztályok, rendszerezés alapelve: -Összetétel -Kristályszerkezet -Előfordulás 2. Osztályon belüli rendszerezés: -Kation/anion arány -Szerkezeti összetartozás -Izomorf sorok 3. Ásvány leírás: a. Szerkezet b. Alaki-fizikai-vegyi sajátságok c. Genetika d. Lelőhely

3 Ásványfajok száma Terméselemek Szulfidok Az ásványok rendszerezése Oxidok Szilikátok Foszfátok Szulfátok Borátok Halogenidek Organikus vegyületek 1400 A rendszerezés alapelvei: -összetétel kristályszerkezet -előfordulás 1000 Összesen 9 kristályosztály ismert annak függvényében Összesen: hogy mi 4070 az ANION I. Terméselemek nincs anion 800 II. Szulfidok fémek kénnel (vagy arzénnel, antimonnal, bizmuttal, tellúrral) III. Oxidok, hidroxidok fémek oxiddal, hidroxiddal alkotott vegyületei IV. 600 Szilikátok fémek (SiO 4 ) 2- tetraéderrel alkotott vegyületei V. Foszfátok fémek (PO 4 ) 3-, (AsO 4 ) 3-, (VO 4 ) 3 - anionokkal alkotott vegyületei 400 VI. Szulfátok fémek (SO 4 ) 2- és (CrO 4 ) 2-, (WO 4 ) 2- (MoO 4 ) 2- anionokkal alkotott vegyületei VII. Borátok, karbonátok, nitrátok fémek (BO 3 ) 3-, (CO 3 ) 2-, NO 3- anionokkal alkotott vegyületei VIII. Halogenidek fémek halogenidekkel alkotott vegyületei IX. Organikus vegyületek 0

4 Terméselemek ~100 db A földkéreg 0,002%-a Nagyon fontosak pl: Au, S, Ag, C A, Fémek és ötvözeteik -fémes kötés -erős fényvisszaverés, opakok -jó hő és elektomos vezetőkéepsség -szabályos rendszer +Terméshigany, termésréz Au B, Félfémek és nemfémek -kovalens, fémes és van der Waals kötés -nem szabályos rendszer Ag C C S

5 ZnS Szulfidok Földkéreg 0,2%-a (főleg pirit) Főleg a földkéreg alsó részeiben Vulkáni, üledékes környzetében Könnyen lebomlanak (az O nagyobb elektronegativitása miatt) Nagy jelentőségűek: ércek Mindenféle kötéstípus Sb 2 S 3 Kationok: Fe, Mn Co, Ni, Cu, Ge, As, Mo, As, Cd, Hg, Ta, Sb, Pb, Bi Jellemzők: -opakok -fémfényűek -sokuk vezető, vagy félvezető -para-, dia-, ferromágnesesek Rendszerezés alapelvei: fém/kén arány, a teljesen fémes vegyületektől a nemfémes vegyületekig FeS 2 HgS CuFeS 2 As 4 S 4 -realgár As 4 S 6 -auripigment PbS MoS 2

6 Oxidok ~500 db Fe 3 O 4 Földkéreg 17%-a de ebből 12% SiO 2 Magmás-metamorf-üledékes környezet Stabilabbak a mállással szemben Főleg ionos kötés: nagy keménység, magas Tolv Anion: O 2-, (OH) - Kation: Si, H, Fe, Al, U, Cu, Zn, Mg, Mn, Ca SiO 2 + TiO 2 -A rendszerezés alapelve a fém(kation)/oxid arány, ami a 2:1-től az 1:2-ig változik -A hidroxidokban belépnek a van der Waals kötések: kisebb keménység, kisebb ellenállóság zafír Al 2 O 3 rubin FeO(OH) AlO(OH) Fe 2 O 3

7 Kvarc és kvarcváltozatok meteorit becsapódás során UHP metamorf kőzetekben Kvarc polimorf módosulatai: α-kvarc: trigonális β-kvarc: hexagonális tridimit: rombos krisztobalit: tetragonális sztishovit: tetragoonális coesite: monoklin

8 Kalcedon: tűs kvarckristályok gömbös-vesés halmaza Heliotrop Achát: sávos kalcedon Krizopráz Jáspis Mohaachát Tűzkő/szarukő

9 Opál SiO 2 *nh 2 O (n=1-20%) A amorf C krisztobalit szerkezetű T tridimit szerkezetű Diagenetikus átalakulás során: Opál-A Opál-CT Kis távolságon rendezett, nagy távolságon rendezetlen nemesopál Májopál Faopál - Gyöngyösvisonta hialit tejopál

10 Szilikátok A legfontosabb csoport: kőzetalkotók, a földkéreg m/m%-a Metamorf és magmás kőzetek mind szilikátok kevés kivételtől eltekintve Ionos és kovalens kötés Fő kationok: Si, O, Al, Fe, Mg, Ca, K, Na A rendszerezés alapelve az SiO 4 tatraéderek kapcsolódása polimerizációja Alapegység az (SiO 4 ) 4- tetraéder Ebben helyettesíthet az Al Polimerizáció

11 A, Szigetszilikátok: alapegysége az SiO 4 tetraéder a tetraéderek nem kapcsolódnak Olivin: (Fe,Mg) 2 SiO 4 Olivin xenolitban Összetétel: Mg Forsterit Fayalit Fe Mg 2 SiO 4 Fe 2 SiO 4 50% szabály!!!

12 Olivin kristályosodása magmából C C Fe Mg 1. olvadékban van a teljes kőzet 2. első szilárd fázis megjelenése, vasdús lesz 3. az olvadék összetétele változik, növekszik a Mg részaránya 4. az utolsó szilárd fázis összetétele megegyezik a kiindulási olvadékéval 5. vagy gyors kristályosodás esetén zónás lesz az olivin

13 Gránátok Általános képlet: A 2+ 3B 3+ (SiO 4 ) 3 A: Ca, Mg, Fe (két vegyértékű, nagy méretű) B: Fe, Al, Cr, Ti (három vegyérték, kisebb méret) Piralspit sor Pirop Mg 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 Ugrandit sor Uvarovit Ca 3 Cr 2 (SiO 4 ) 3 Almandin Fe 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 Grosszulár Ca 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 Spessartin Mn 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 AndraditCa 3 Fe 3 (SiO 4 ) 3

14 Andaluzit csoport Al 2 O(SiO 4 ) Kianit Szillimanit Andaluzit

15 Cirkon ZrSiO 4 -Magma genezis a kristálymorfológia alapján -U/Pb kormeghatározás -RFF szemetesláda Zr, Hf alapanyaga -drágakő

16 B, Szoroszilikátok: alapegysége a (Si 2 O 7 ) 6- kettő vagy több tetraéder kapcsolódik sziget szerűen Epidot Ca-Mg-Al szoroszilikát Ca-Fe-Al szoroszilikát Vezuvián Kontaktmetamorf ásványképződési környezet

17 C, Gyűrűs(ciklo)szilikátok: alapegysége: (Si 3 O 9 ) 6- vagy (Si 4 O 12 ) 8- vagy (Si 6 O 18 ) 12- Berill: Be 3 Al 2 (Si 6 O 18 ) Turmalin: Ca, Mg, Fe -ikloszilikát elbait drávit sörl smaragd akvamarin morganit

18 D, Inoszilikátok: piroxének (Si 2 O 6 ) 4- E, Szalagszilikátok: amfibolok (Si 4 O 11 ) 6- kation: Al, Mg, Fe, Ca, Na, Li Kőzetalkotók!!! lánc szalag

19 Piroxének Wollasztonit Két csoport: Rombos piroxének: Fe-Mg piroxének (hiperszén, ferroszilit) Monoklin piroxének: Ca-piroxének (augit, diopszid, hedenbergit) Na-piroxének (egirin, jadeit, spodumen)

20 Csoportosítás kationok szerint: Amfibolok 1. Mg-Fe-Mn-Li csoport antofilllit, gaedrit, grunerit Gaedrit: Fe 2+ 7Si 8 O 22 (OH) 2 2. Ca csoport aktinolit, hornblende, edenit Aktinolit: Ca 2 (Fe,Mg) 5 Si 8 O 22 (OH) 2 3. Ca-Na csoport Richterit-kataforit Richterit: Na(CaNa)Mg 5 Si 8 O 22 (OH) 2 4. Na csoport glaukofán, ribeckit, afverdsonit Glaukofán: Na 2 (Mg 3 Al 2 )Si 8 O 22 (OH) 2 Ca-amfibolok rendszere Hornblende Glaukofán (mikroszkópi kép) Aktinolit

21 E, Filloszilikátok alapegysége a (Si 2 O 5 ) 2- Végtelen kiterjedésű két dimenzós hálót alkotnak Kation: K, Al, Mg, Fe A, Csillám típusú rétegkomplexumok tetraéderes és oktaéderes rétegekkel 1. Pirofillit-talk csoport Al 2 Si 4 O 10 (OH) 2 Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 SiO 4 tetraéder + AlO(OH) oktaéder Talk: hintőpor, csúszófelület T O T T O T 2. Csillám csoport Muszkovit KAl 2 [AlSi 3 O 10 (OH) 2 ] Biotit K(Fe,Mg) 2 [AlSi 3 O 10 (OH) 2 ] Illit K(Na)-csillám Glaukonit K,Na,Al,Fe csillám Jelentőség: -kormeghatározás, kőzetalkotók T O T K T O T

22 A, Csillám típusú rétegkomplexumok tetraéderes és oktaéderes rétegekkel (folytatás) 3. Szmektit csoport (a TOT rétegek között kation és víz van) Montmorillonit, szaponit, nontronit Ca, Na, Al, Mg rétegszilikátok T O T K, H 2 O T O T 4. Klorit csoport (Fe, Mg, Al) A TOT rétegek között brucit Mg(OH) 3 vagy gibbsit Al(OH) 3 réteg van Kisfokú metamorfózis vagy hidrotermás hatásra keletkeznek

23 B, Kaolinit típusú rétegkomplexumok tetraéderes és oktaéderes rétegekkel 1. Kaolinit-szerpentin csoport TO rétegek sorozata (O: gibbsit) Kaolinit Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 triklin Jelentősége: fehérít, nedvszívó hidrotermás, üledékes T O T O 2. Szerpentin csoport Mg 3 Si 2 O(OH) 4 A TO rétegek között nincs tökéletes illeszkedés ezért hajlottak (T: brucit) Krizotil, lizardit, antigorit Előfordulás: b és ub kőzetek tengerfenéki metamorfózisával

24 F, Tektoszilikátok alapegysége: SiO 4 -az ásványok közel 60%-a -a tetraéder minden csúcsán keresztül további 4 tetraéderhez kapcsolódik (ilyen a cristobalit és a tridimit) De: a Si helyére Al lép be töltéskiegyenlítés miatt további kationok beépülése szükséges Földpátok: - alkáliföldpátok KAlSi 3 O 8 - plagioklászok NaAlSi 3 O 8 CaAl 2 Si 2 O 8 Szilárd oldatot alkotnak, ami T függő!

25 F/1. Alkáliföldpátok (KAlSi 3 O 8 -NaAlSi 3 O 8 ) F/2. Plagioklászok NaAlSi 3 O 8 -CaAl 2 Si 2 O 8 albit - anortit Triklinek Szanidin -Magas T olvadék -kiömlési kőzetben -monoklin Ortoklász -Mélységi magmás közetben -lassúbb hűlés -pertites szerkezet -monoklin Poliszintetikus ikresedés Mikroklin -Mélységi magmás kőzetekben -lassú hűlés -skót textil (albitiker) -triklin Gyakran zónásak gyors hűlés

26 Szételegyedés alkáli földpátokban Makropertit ortoklászban mikroklinben Szanidin-albit: nagyon magas hőmérsékleten látszólag van elegyedés De: szerkezetvizsgálattal kiderül hogy nem, szételegyednek Kriptopertit TEM felvétel Ortoklász (mikroklin)-albit korlátozottabb az elegyedés hűléssel pertit jön létre:

27 Plagioklászok fázisdiagramja 1380 C Lassú hűlés, nincsenek zónák 1120 C 1. olvadékban van a teljes kőzet 2. első szilárd fázis megjelenése, Ca dús lesz 3. az olvadék összetétele változik, növekszik a Na részaránya 4. az utolsó szilárd fázis összetétele megegyezik a kiindulási olvadékéval 1....vagy gyors kristályosodás esetén zónás lesz az plagioklász Gyors hűlés: zónás plagioklász

28 F/3 Földpátpótlók ha nincs elég SiO 2 leucitoéder Nefelin NaAlSiO 4 Leucit KAlSi 2 O 6 Álszabályos tetragonális F/4 Szodalitok, zeolitok A szerkezetbe Cl -, (CO 3 ) 2-, (SO 4 ) 2- épül be Zeolitok esetében nagyon laza a szerkezet: víz, és más nagy ionok épülhetnek be Talajszerk. jav., ammónia, nehézfémek megkötése Zeolit

29 Foszfátok A földkéreg felszínközeli zónáiban, valamint apatit, xenotim monacit (U, Th) Apatit a legjelentősebb: biológia, magmás, metamorf kőzettan Kovalens és ionos kötés PO 4 tetraéderben kovalens Ezen kívül ionos Víz épülhet a szerkezetbe Kis keménység, kis stabilitás Türkiz Monacit: CePO 4 Ce helyére U, Th, RFF épülhet Apatit: Ca 5 (PO 4 ) 3 (F, OH, CO 3, Cl)

30 Szulfátok Kis mennyiségben jelennek meg a földkéreg legfelső részén a szulfát fémeket köt meg, transzportjukban jelentős 400 db de csak a barit, gipsz, jarosit jellemző Kis stabilitás, kis keménység, alacsony olvadáspont, jó oldhatóság Alapeleme a SO 4 tatraéder (kovalens), a kationokkal ionos kötés Kationok:Ca, Ba, Sr, Pb, Cu, Fe, Na, Mg Gipsz CaSO 4 *2H 2 O Barit BaSO 4 (súlypát) Sivatagi rózsa Jarosite KFe(SO 4 ) 2 (OH) 6

31 Üledékes ásványképződési környezetek / evaporitok Kalcit CaCO3 Dolomit (CaMg)CO 3 Gipsz/anhidrit CaSO 4 *2H 2 O Halit NaCl Szilvin (KCl)+fedősók (bischofit, karnallit, polihalit)

32 Karbonátok, nitrátok, borátok Felszínközeli ásványok, ennek 90%-a kalcit: mészkő Alapegysége a CO 3 2- anion, kovalens kötéssel, ehhez a kationok ionosan kötődnek Kationok: Ca, Mg, Fe, Pb, Mn, Zn Kis keménység, könnyű oldhatóság 1. Karbonátok Kalcit-dolomit-magnezit (trigonálisak) CaCO 3 MgCa(CO 3 ) 2 MgCO 3 Kalcit CaCO 3 trigonális Dolomit CaMg(CO 3 ) 2 Aragonit Ca(CO 3 ) rombos

33 Izomorf elegysorok karbonátok esetén Karbonátok izomorf módosulatai Trigonális sor Rombos-sor Magnezit Sziderit Smithsonit Rodokrozit Kalcit Aragonit Stroncianit Cerusszit Witherit A kationok bizonyos mérethatárok között szabadon helyettesíthetik egymást, ha a rádiuszhányados ezt megengedi Magnezit Kalcit

34 Vízgazdag karbonátok Cu 2 (CO 3 )(OH) 2 Cu 3 (CO 3 ) 2 (OH) 2 2. Nitrátok, Borátok Szikeseken, beszáradt sóstavakban képződnek colemanite

35 Halogenidek Kősórács Üledékesen, evaporitokban Ionrács Anion: Cl -, J -, F -, Br - Kation: Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+ Sószerűek, kis keménységűek, átlátszó, üvegfényűek Gyémántrács NaCl KCl CaF 2

36 Organikus vegyületek Kárpátit C 24 H 12 50db jelenőségük elhanyagolható Földfelszínen növényvilág részvételével jönnek létre Küőszén, kőolajtelepekhez kapcsolódnak Gyenge van der Waals kötések a molekulák között Ritkán kristályosak Whewellit CaC 2 O 4 *H 2 O Mellit Al 2 C 6 (COO) 6 *16H 2 O