ÁSVÁNY-KŐZETTAN Előadás Földrajz BSc I. évfolyam Dr. Benkó Zsolt benko.zsolt@ttk.nyme.hu
Geológia Geográfia Ásványtan Kőzettan Őslénytan Szerkezetföldtan Szedimentológia Nyersanyagkutatás stb. Általános ásványtan -kristálytan -kristálykémia -kristályfizika -ásvány-genetika Rendszeres ásványtan az ásványok jellemzőinek tárgyalása...egyenként
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! 1. Nem szervetlen Borostyán: nem szervetlen 2. Nem homogén (feltétlenül) hegyikristály Kvarc (SiO 2 ) füstkvarc (+Al) 3. Nem szilárd Hg (terméshigany)
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
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
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
http://www.mindat.org/ http://webmineral.com/ Segédanyagok, tankönyvek 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 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
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
Pilsenit Képlet: Bi 4 Te 3 Nagybörzsöny (Deutsch-Pilsen) Kengott (1853) Mátrait Képlet: ZnS leíró: Koch Sándor ikresedett szfalerit diszkreditálva 2006-ban
Magyar mineralógusok Benkő Ferenc 1745-1816 Kitaibel Pál 1757-1817 Szabó József 1822-1894 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 20 000 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
Utazás faggyúban Felsőbányáról Krenner József 1839-1920 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 Koch Antal 1843-1927 -A Kolozsvári Egyetem ásványtan-földtani tanszékének első tanára - rossz tanár -A kőzetmikroszkópia hazai meghonosítója -Koch-Sztrókay: Ásványtan -minden tudományterületen alkotott a geológiában
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 1494-1555 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
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 (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
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
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
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!
Térrácselmélet Pontsor Síkrács Térrács
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.
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??? Látható fény: 10-6 m Angstrom: 10-10 m Ezzel egy nagyságrendben lévő hullámok a röntgensugarak, ezért az ásványok belső szerkezetét röntgensugárzás segítségével vizsgálhatjuk lsd: röntgenpordiffrakció
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 I. Egyszerű szimmetriaműveletek I. Inverzió/ szimmetria centrum Jele:1 (i) Tükörsík Jele: m (mirror)
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
A kristályrendszerekben megjelenő szimmetriaelemek Rendszer osztály Minimális szimmetriaműveletek Maximális szimmetriaműveletek Hexagonális piramisos dipiramisos trapezoéderes dihexagonális piramisos dihexagonális dipiramisos 6 6 222222 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
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.
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)
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!!!
Kristályformák a kristálytani rendszerekben I. (Nyílt formák) Véglap (i) Dóma (m) Szfenoid (2) Rombos prizma Rombos piramis Rombos dipiramis Rombos diszfenoid
Kristályformák a kristálytani rendszerekben I. (Nyílt formák) Prizmák
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 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
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
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 [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 2 3 1 2 3 1 1 2 2 1 2 2 (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) 110 +010 120 Az öv vagy zónatörvény kimondja hogy a kristályon lehetséges összes lapok övviszonyban vannak egymással
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) gipsz gipsz staurolit
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 Almeira gipsz barlang Gránit Idiomorf-hipidiomorp-xenomorf Turmalin Szodalit Gránát
Álalakok Pszeudomorfóza klorit gránát után malachit azurit után limonit pirit után 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 2000 C gyémánt grafit CaCO 3 400 C Aragonit Metastabilak Kalcit
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) 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
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
20μm Zárványok Olvadékzárvány kőolaj zárvány 20μm Szilárd zárványok: rutil kvarcban Folyadékzárvány
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 -Meghatározott kristálysíkok mentén elmozdulás: vektoriális tulajdonság -a kristály egyben marad -a tömegpontok környezete nem változik Kősó
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 opál pirrhotin jáspis fém kvarc kaolin
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!!!
Sűrűség ρ=m/v Nehéz ásványok: 2,7 g/cm 3 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: 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!!
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: 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.
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
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
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
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