ÁSVÁNY-KŐZETTAN Előadás

Átírás

1 ÁSVÁNY-KŐZETTAN Előadás Földrajz BSc I. évfolyam Dr. Benkó Zsolt

2 Geológia Geográfia Ásványtan Kőzettan Őslénytan Szerkezetföldtan Szedimentológia Nyersanyagkutatás stb. Általános ásványtan -kristálytan -kristálykémia -kristályfizika -ásvány-genetika Rendszeres ásványtan az ásványok jellemzőinek tárgyalása...egyenként

3 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???

4 A határok nem egyértelműek a kivétel erősíti a szabályt! 1. Nem szervetlen Borostyán: nem szervetlen 2. Nem homogén (feltétlenül) hegyikristály Kvarc (SiO 2 ) füstkvarc (+Al) 3. Nem szilárd Hg (terméshigany)

5 4. Meghatározott kémiai összetétel K-földpát: KAlSi 3 O 8 Földpátok, Piroxének, Amfibolok, stb. Albit: NaAlSi 3 O 8 Anortit: CaAl 2 Si 2 O 8

6 5. Kristályos szerkezet Opál Kvarc Kívülről is szépen látható a rend A kristály: térrácsszerkezettel bíró, egyes tulajdonságaiban anizotróp diszkontinuum Mikro-nanométeres nagyságrendben kristályos De nagyobb méretben rendezetlen: amorf Mineraloid

7 Féldrágakő: kisebb keménységű drágakő (barit, topáz,malachit) (ker. elnev.) 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 malachit gagát Gyémánt műtermék obszidián

8 Segédanyagok, tankönyvek Ásványok (Természetkalauz sorozat) Ásványhatározó (Bognár László) Ásványtan I-II. (Koch-Sztrókay 1994) Kőzetek és Ásványok

9 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

10 Új magyar ásványok Ammóniomagnéziovoltait Megtaláló: Klaj Sándor (pécsi bányász) Lelőhely: Pécs, Vasas Képlet: (NH 4 ) 2Mg 2+ 5Fe 3+ 3Al[SO 4 ] 12 18H 2O Klajit Megtaláló: Papp Csaba (pécsi ásványgyűjtő) Lelőhely: Recsk, Lahóca-hegy Képlet: MnCu 4 (AsO 4 ) 2 (AsO 3 OH) 2 9.5H 2 O

11 Kabazit-Mg Megtaláló: MAMIT (2004) Lelőhely: Kalapos-tető (Balaton-felvidék) Képlet: (Mg 0.7 K 0.5 Ca 0.5 Na 0.1 )[Al 3 Si 9 O 24] 10H 2 O

12

13 Pilsenit Képlet: Bi 4 Te 3 Nagybörzsöny (Deutsch-Pilsen) Kengott (1853) Mátrait Képlet: ZnS leíró: Koch Sándor ikresedett szfalerit diszkreditálva 2006-ban

14 Magyar mineralógusok Benkő Ferenc Kitaibel Pál Szabó József Magyar mineralogia (Kolozsvár, 1786) 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 km utazás Igazi geográfus: állattan, növénytan, ásványtan, geofizika Budapest és környéke földtani térképe A Te egyik felfedezője, de Klaproth ellopja tőle (Berlini Tud. Akadémia analitikusa) Első magyar nyelvű ásványtan könyv Göttingenben tanul Nagyszebeni ref. lelkész...cégül Müller Ferencé a dicsőség Kit

15 Utazás faggyúban Felsőbányáról Krenner József 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 Koch Antal A Kolozsvári Egyetem ásványtan-földtani tanszékének első tanára - rossz tanár -A kőzetmikroszkópia hazai meghonosítója -Koch-Sztrókay: Ásványtan -minden tudományterületen alkotott a geológiában

16 Ókor 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 Középkor Agricola De re natura fossilium (1546) De re metallica libri XII (1556) Cesalpinus nem ésszerű élettelen testeknek határozott, változatlan alakot tulajdonítani, mert maghatározott alakot létrehozni a szervezet feladata (1602) Az ásványok leírása és maghatározása, Bányaművelés, kohászat technikája

17 Laue 1912 Betekintés a kristály belső szerkezetébe X-ray segítségével N. Steno 1669 A lapszögek a kvarc kristályain állandóak Újkor M.N. Capeller 1723 A kristályalak jelentős tulajdonsága az ásványnak, kristály fogalom bevezetése Rome de l Isle ( ) szögállandóság törvénye, a kontakt goniométeres vizsgálatok alapján Haüy ( ) Számos ásvány ábráját közli, de az ásvány még kontinuum Seeber 1824 Az ásvány diszkontinuum Bravais A 14 elemi test levezetése

18 Halmazállapotok Amorf állapot: szilárd testek de nincsenek kristályos állapotban, az anyagnak nincsen belső szerkezete: Pl.: kőzetüveg, opál-a De: az anyag rendezettségre törekszik, alacsonyabb energiaállapotba Szilárd Folyadék Gáz Átkristályosodás pl. kőzetüvegek A felépítő részecskék középtávoldága állandó, Tehát nincsenek kitüntetett irányok Az anyagot leíró jellemzők (p, T stb.) skalárisak A szabálytalan felépítésű meghatározott belső szerkezet nélküli anyagokat amelynek minden sajátsága skaláris, izotróp anyagoknak nevezzük

19 Az anyag fizikai tulajdonságai Skaláris tulajdonságok -hőmérséklet (T) -nyomás (p) -Folyadék -Gáz -Szilárd (amorf és kristályos anyagok) Vektoriális tulajdonságok -fénytani jellemzők -hő és elektromos vezetőképesség -hasadás -keménység -Szilárd (kristályos anyagok) Szilárd halmazállapotú kristályos anyagok 1.Gáz 2. Folyadék 3.Szilárd amorf kristályos izotróp anizotróp

20 Kristály térrácsszerkezettel bíró szilárd anyag, amely egyes sajátságaiban anizotróp, homogén diszkontinuum. 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. A kristályrács belső rendje megjelenik a kristály külső formáján is!

21 Térrácselmélet Pontsor Síkrács Térrács

22 Elemi cella A térrács legkisebb elemi egysége az elemi cella. 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.

23 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

24 Milyen mérettartományról beszélünk??? Látható fény: 10-6 m Angstrom: m Ezzel egy nagyságrendben lévő hullámok a röntgensugarak, ezért az ásványok belső szerkezetét röntgensugárzás segítségével vizsgálhatjuk lsd: röntgenpordiffrakció

25 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:

26 Röntgen (por)diffrakció az ásványok meghatározásának egyik módszere X-ray

27 Szimmetria műveletek A kristályrendszerek beazonosításának eszköze I. Egyszerű szimmetriaműveletek I. Inverzió/ szimmetria centrum Jele:1 (i) Tükörsík Jele: m (mirror)

28 I. Egyszerű szimmetriaműveletek II. Digír Jele:2 Trigír Jele:3 Tetragír Jele:4 Hexagír Jele:6

29 II. Összetett szimmetriaműveletek Digír tetragiroid Jele: 4 Trigír hexagiroid Jele: 3

30 Térrácselmélet 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

31 Szimmetria: olyan geometriai művelet amivel a lapok, élek egymással fedésbe hozhatóak. 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 =tércentrált =minden lapon centrált =bázislapon centrált Rombos Hexagonális, Trigonális Monoklin Triklin

32 Tengelykereszt -kristály középpontja egybeesik a tengelykereszttel -tengelyei párhuzamosak az elemi cella éleivel -tengelyek elnevezése c c -b -b -a -a a a b b -c -c

33 Tengelykereszt Nem főtengelyes rendszerek I. Triklin (háromhajlású) rendszer Elemi cella c β a γ b α Formák: a b c α β γ Maximális szimmetria: inverzió (szimmetria centrum) Példák: földpátok, kalkantit, kaolin véglapok

34 Nem főtengelyes rendszerek II. Monoklin (egyhajlású) rendszer Tengelykereszt Elemi cella c a b c α=γ=90 a b β Formák: Minimális szimmetria: 1 db digír vagy 1 db tükörsík (de több értékű forgatás nem lehetséges) Példák: piroxének, földpátok, gipsz, amfibolok, csillámok

35 Nem főtengelyes rendszerek III. Rombos rendszer Tengelykereszt Elemi cella c b a a b c α=β=γ=90 Formák: Minimális szimmetria: 3 db digír vagy 2 db tükörsík (de több értékű forgatás nem lehetséges) Példák: olivin, markazit, barit, piroxének, amfibolok

36 Tengelykereszt Főtengelyes rendszerek I. Tetragonális (négyszöges) Elemi cella c a a a=b c α=β=γ =90 Formák: Minimális szimmetria: 1 db tetragír vagy 1 db digír-tetragiroid Példák: rutil, kassziterit, xenotim

37 Tengelykereszt Főtengelyes rendszerek II. Trigonális (háromszöges) Elemi cella a 1 =a 2 =a 3 c α=β=γ=120 αβγ<δ=90 Formák: Minimális szimmetria: 1 db trigír vagy 1 db trigír-hexagiroid Példák: kalcit, kvarc, hematit, korund

38 Tengelykereszt Főtengelyes rendszerek III. Hexagonális (hatszöges) Elemi cella a 1 =a 2 =a 3 c α=β=γ=120 αβγ<δ=90 Formák: Minimális szimmetria: 1 db hexagír Példák: grafit, berill, pirrhotin

39 Szabályos rendszer a 2 a 1 a 1 =a 2 =a 3 α 1 = α 2 = α 3 =90 a 3 Formák: Példák: Gyémánt, Halit, Galenit, Magnetit, Pirit Kocka Oktaéder Rombdodekaéder Minimális szimmetria: 4 db trigír v. trigír hexagiroid Deltoidikozitatraéder Triakoszoktaéder Tetrakiszhexaéder Hexakiszoktaéder

40 A kristályrendszerekben megjelenő szimmetriaelemek A szimmetriák alapján 32 kristályosztáy vezethető le: Rendszer osztály Minimális szimmetriaműveletek Maximális szimmetriaműveletek Triklin pedionos véglapos 1 Monoklin szfenoidos dómás prizmás 2 vagy m 2 m i Rombos diszfenoidos piramisos dipiramisos 222 vagy mmm 222, mmm, i Tetragonális piramisos dipiramisos trapezoéderes ditetragonlis piramisos ditetragonális dipiramisos diszfenoidos szkalenoéderes Trigonális piramisos romboéderes trapezoéderes ditrigonális piramisos ditrigonális szkalenoéderes dipiramisos ditrigonális dipiramisos 4 3 4, mmmm, 2222, i vagy -42mm 3, mmmm, 222, i

41 A kristályrendszerekben megjelenő szimmetriaelemek Rendszer osztály Minimális szimmetriaműveletek Maximális szimmetriaműveletek Hexagonális piramisos dipiramisos trapezoéderes dihexagonális piramisos dihexagonális dipiramisos mmmmmmm Szabályos pentagondodekaéderes diszdodekaéderes penatgonikozitetraéderes hexakisztetraéderes hexakiszoktaéderes 4 db trigír v. trigír hexagiroid 4 db trigír hexagiroid 3 db tetragír 6 db digír 9 tükörsík inverzió Mathematica..\TheSevenCrystalClasses.nbp player

42 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.

43 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 Ideális kristály Ideálisan fejlett kristály esetén a kristály egyenértékű határoló elemeinek a kristály középpontjától való távolsága egyenlő. (nagyon ritka)

44 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!!!

45 Kristályformák a kristálytani rendszerekben I. (Nyílt formák) Véglap (i) Dóma (m) Szfenoid (2) Rombos prizma Rombos piramis Rombos dipiramis Rombos diszfenoid

46 Kristályformák a kristálytani rendszerekben I. (Nyílt formák) Prizmák

47

48 Kristályformák a kristálytani rendszerekben II. (Zárt formák) Dipiramisok

49 Kristályformák a kristálytani rendszerekben II. (Zárt formák) Tetragonális diszfenoid Ditatragonális szkalenoéder Tetragonális trapezoéder Romboéder Trigonális Ditrigonális Hexagonális trapezoéder szkalenoéder trapezoéder

50 Kristályformák a kristálytani rendszerekben II. (Zárt formák) Tetraéder Deltoiddodekaéder Triakisztetraéder Hexakisztetraéder

51 Kristályformák a kristálytani rendszerekben II. (Zárt formák) Hexaéder Oktaéder Rombdodoekaéder Deltoidikozitetraéder Triakiszoktaéder Tetrakiszhexaéder Hexakiszoktaéder

52 Paramétertörvény, lapindexelés A kristály lapjainak valamilyen nevet kell adni, a alapok egymáshoz ás a kristálytani tengelykereszthez viszonyított helyzetét jelölni kell Alaplap Alaplap: (minden kristályra jellemző egy ilyen lap) jellemzője, hogy minden tengelyt metsz. Egységül választjuk a b tengelyen mért távolságot Barit esetén: a 0 : b 0 : c 0 = 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: ahol a=1,627, b=1, c=1,130 a : b : c

53 Paramétertörvény, lapindexelés...folyatás... Alaplap 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

54 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.

55 A kristálytan harmadik törvénye A zónatörvény A párhuzamos élekben végződő kristálylapok összességét kristályövnek hívjuk [uvw] A zónát a zónatengely jellemzi: jele [uvw] Meghatározása: Pl. (231) és (122) h k l h k l x x x h k l h k l (hkl) (h k l ) u=kl -lk v=lh -hl w=hk -kh u=3x2-1x2=4 v=1x1-2x2=-2 w=2x2-3x1=1 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) Az öv vagy zónatörvény kimondja hogy a kristályon lehetséges összes lapok övviszonyban vannak egymással

56 Sztereografikus projekció (vetítés) Jelentősége: -kristálytani számítások -szerkezetföldtan -ásványok kémiai összetételének meghatározása

57 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)

58 2. Ikerösszenövés -mellénőtt (juxtapozíciós) pl. gipsz fecskefark ikre -átnövési iker (penetrációs) gipsz gipsz staurolit

59 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)

60 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

61 Kristályhalmazok-aggregátumok antimonit bauxit Mn dendrit Goetit Mészkő-oolit Cseppkő

62 Bennőtt-fennőtt Almeira gipsz barlang Gránit Idiomorf-hipidiomorp-xenomorf Turmalin Szodalit Gránát

63 Álalakok Pszeudomorfóza klorit gránát után malachit azurit után limonit pirit után Fogtürkiz valójában vivianit

64 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 2000 C gyémánt grafit CaCO C Aragonit Metastabilak Kalcit

65 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

66 Izomorfia Kémiailag különböző anyagok azonos vagy nagyon hasonló szerkezettel, kristályformával jelenhetnek meg. (Mitscherlich 1821) 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

67 Elegykritályképződés A reális ásványok ritkán felelnek meg a képletüknek, a kationok helyettesíthetőek Feltétel: -ionrádiusz -kötéstípus azonossága Egyszerű helyettesítés Kapcsolt helyettesítés MnWO 4 -FeWO 4 Hübnerit-ferberit FeSiO 4 -MgSiO 4 fayalite-forsterite (olivin) MgAl 2 O 4 -Fe 2+ Fe 3+ 2O 4 Spinell-magnetit 50%-os szabály!! NaAlSi 3 O 8 CaAl 2 Si 2 O 8 Albit-anortit

68 20μm Zárványok Olvadékzárvány kőolaj zárvány 20μm Szilárd zárványok: rutil kvarcban Folyadékzárvány

69 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

70 Plasztikus deformáció: transzláció Grafit Jég -Meghatározott kristálysíkok mentén elmozdulás: vektoriális tulajdonság -a kristály egyben marad -a tömegpontok környezete nem változik Kősó

71 Mechanikai ikerképződés Kalcit ikerlemezessége mechanikai nyomás hatására: Jelentősége: szerkezetföldtani rekonstrukció Jellemzően ikresedő ásványok: -dolomit -hematit -galenit -rutil

72 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!!!!

73 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 opál pirrhotin jáspis fém kvarc kaolin

74 Keménység Mohs-féle keménységi sor: Jelentősége csiszolásnál, drágaköveknél van 1. talk 2. gipsz 3. kalcit 4. fluorit 5. apatit 6. földpát 7. kvarc 8. topáz 9. korund 10. gyémánt Vigyázat!!! Irányfüggő!!!

75 Sűrűség ρ=m/v Nehéz ásványok: 2,7 g/cm 3 felett pl: rutil: 4,3 kvarc: 2,65 galukonit: 2,2 2,8

76 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

77 Allokrómás ásványok: valamilyen szennyező anyag megváltoztatatja az ásvány saját színét Kvarc változatok: Földpátok: Hegyikristály: színtelen Plagioklász idiokrómás Morion (föstkverc): Al, radiometrikus sugárzás Labradorit A poliszintetikus ikresedés lemezei a fény hullámhosszába esnek Macskaszem: amfiboltűk Holdkő belső lemezesség Hegyikristály, fluidzárványok Saját szín csak karcpróba alapján!!

78 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).

79 Gyémánt: n=2,42 A fény belehatol, és megfelelő csiszolás esetén a táblán és a felső fazettákon távozik ettől ragyog a gyémánt Kettőstörés: Izlandi pát 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.

80 Az ásványok fénye Kalkopirit Fémfény R=25-90% n=totálreflexió Kvarc Üvegfény R=4-10% n=1,5-1,8 Kuprit Félfémfény R=19-25% n=2,5-3 Nefelin Zsírfény n<1,5 Gyémántfény R=10-19% n=1,8-2,5 Földes fény Gyémánt R=fénynyvisszaverő képesség n=törésmutató Kaolin

81 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 Mórfej Törökfej

82 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 (CaF 2 ), willemit Zn 2 SiO 4, scheelit (CaWO 4 ) -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) Franklinbánya, USA Lumineszencia: csak rövid ideig tart az emisszió Foszforeszencia: örökké tart a fényemisszió

83 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

84 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