Opća mineralogija

radna verzija 2006/07III. dio

Literatura:1. Klein, C. (2002): Mineral Science. John Wiley & Sons, Inc., New York.

Starija izdanja npr: Klein, C. & Hurlbut, C.S. (1999): Manual of mineralogy.

2. Nesse, W.D. (2000): Introduction to mineralogy. Oxford University Press, Oxford.

3. Hibbard, M.J. (2002): Mineralogy, a geologist’s point of view. McGraw-Hill, New York.

4. Wenk, H.R. & Bulakh, A. (2004): Minerals, their constitution and origin. Cambridge University Press, Cambridge.

5. Borchardt-Ott, W. (1995): Crystallography. Springer, Berlin.6. Barić, Lj. & Tajder, M. (1967): Mikrofiziografija petrogenih minerala.

Školska knjiga, Zagreb.7. Međimorec, S. (1998): Kristalna optika - interna skripta. Prirodoslovno-

matematički fakultet, Zagreb.8. Tućan, F. (1951): Opća mineralogija. Školska knjiga, Zagreb.

- na slajdovima je uz slike gore navedenim brojevima označen izvor

Klasifikacija minerala

• Minerali se na temelju dominantnog aniona odnosno anionske grupe dijele u mineralne razrede:

1. samorodni elementi2. sulfidi, selenidi, teluridi3. oksidi, oksihidroksidi, hidroksidi4. halogenidi5. karbonati6. nitrati7. jodati8. borati9. sulfati, selenati, telurati, kromati10. fosfati, arsenati, vanadati11. molibdati, volframati12. silikati13. organski minerali

Mineralni tip• Unutar razreda minerali se dijele na

mineralne tipove prema stehiometriji tj. omjeru kationa i aniona, odnosno prema dodatnim anionima. Tako se npr. karbonati dijele na:– karbonate tipa ACO3– karbonate tipa AB(CO3)2– karbonate tipa A2B2(CO3)3– kisele karbonate– karbonate s vodom– karbonate s dodatnim anionima.

Mineralna grupa i mineralna vrsta

• Mineralne grupe čine minerali s istim tipom strukture– karbonati tipa ACO3 dijele na grupu kalcita i grupu

aragonita. • Grupe se dalje dijele na mineralne vrste

odnosno minerale– grupu kalcita čine:

– kalcit CaCO3– magnezit MgCO3– smithsonit ZnCO3– rodokrozit MnCO3– siderit FeCO3– otavit CdCO3– sferokobaltit CoCO3– gaspeit NiCO3.

Fizička svojstva

• Fizička svojstva minerala karakteristična su za mineral jer su posljedica strukturnih i kemijskih svojstava minerala.

• Dio tih svojstva može se opažati prostim okom ili odrediti relativno jednostavnim testovima na prikupljenim uzorcima minerala, pa se takva svojstva koriste za preliminarnu brzu odredbu minerala. Takva su svojstva npr. oblik, kalavost, lučenje, lom, tvrdoća, specifična težina, boja, crt, sjaj.

• postoje i svojstva za čije određivanje je potrebna, često složena, oprema. U tu skupinu spadaju npr. optička i električna svojstva.

skalarna i vektorska svojstva

• Skalarna svojstva su ona koje ne ovise o smjeru i koja možemo matematički prikazati skalarom. npr. gustoća

• Daleko su češća svojstva za čiji prikaz su nam potrebni vektori, dakle ona čija veličina ovisi o smjeru. U tu skupinu spadaju npr. kalavost, tvrdoća, brzina širenja svjetlosti kroz mineral, toplinska i električna vodljivost, magnetska svojstva.

Oblik minerala• oblik minerala je vrlo često karakterističan

za pojedine minerale i to stoga jer je on posljedica njihove karakteristične unutrašnje građe

• oblik je izrazito ovisan i o uvjetima nastanka minerala – ovisno o uvjetima nastanka minerali se mogu

razviti u:• kristalima• agregatima tj. u nakupinama manje više

nepravilnih individua

Kristali• nastaju samo u idealnim uvjetima (mjesto i

vrijeme) • slobodni kristali - razvijeni sa svih strana. Mogu

nastati samo ukoliko kristal može nesmetano rasti od samog početka kristalizacije. – kristalizacijom iz magme – utrusci vidljivi ili prostim

okom ili u mikroskopskim preparatima (idiomorfnipresjeci)

– u nevezanim sedimentnim stijenama• prirasli kristali - rastu s neke podloge. Nastaju

kristalizacijom otopina koje cirkuliraju pukotinama u stijeni i rastu od stijenki pukotine prema njenoj sredini. nakupine kristala odnosno tzv. kristalne druze.

Slobodni kristali

prirasli kristali

kristalna druza

• idealni kristali • razvučeni kristali nejednoliki donos materije• stepeničasti kristali, dendritične forme, kristalni

kosturi - brzi rast kristala

preuzeto iz 1

preuzeto iz 4

kristalni agregati• kristalni agregat - nakupina jedinki pravilne

unutrašnje građe i nepravilnog vanjskog izgleda naziva se kristalni agregat - do kristalizacije najčešće dolazi oko nekoliko kristalizacijskih centara, pa pri rastu nakon nekog vremena individui počinju smetati jedan drugome. Zbog toga nastaju jedinke koje imaju nepravilni vanjski izgled kojeg nazivamo alotriomorfnim. Ukoliko je jedinka dijelom omeđena vlastitim kristalnim plohama govorimo da je hipidiomorfna

vrste kristalnih agregata• na temelju broja minerala:

– monomineralni– polimineralni

• na temelju veličine jedinki– makrokristalasti– mikrokristalasti– kriptokristalasti

• na temelju izgleda individua– zrnati– listićavi– igličasti– vlasasti

zrnati agregat

listićavi agregat

igličasti – vlasasti agregati

• na temelju izgleda agregata– zemljasti– bubrežasti, sigasti, grozdasti– oolitski– radijalnozrakasti

Kalavost

• svojstvo minerala da uslijed djelovanja sile puca na pravilan način. Pravilnost se očituje u tome da:

1. mineral puca duž ravnih površina paralelnih s mrežnim ravninama kojima možemo pripisati Millerov indeks

2. određeni mineral uvijek puca paralelno s određenim tipom mrežnih ravnina

Kalavost• u mineralima koji se odlikuju kalavošću opaziti ćemo čitav niz pravilnih paralelnih pukotina

• neki mineral može imati jedan ili više sistema pukotina kalavosti – mogu, ali ne moraju biti simetrijski ekvivalentni

preuzeto iz 1

Kalavostgips – kalavost po {010}, {100}, {111}

kvaliteta kalavosti• minerali se razlikuju po kvaliteti kalavosti

tj. po tome koliku je silu potrebno upotrijebiti da bi se mineral kalao, odnosno kolika je vjerojatnost da će mineral pucati duž ravne površine– izvanredna – djelovanjem vrlo slabe sile

dolazi do pucanja duž ravnih površina– dobra– slaba – vjerojatnost da će mineral puknuti

pravilno je vrlo mala, ti minerali najčešće pucaju duž nepravilnih površina

ovisnost o strukturi• kvaliteta kalavosti i orijentacija površine duž koje će doći do kalanja ovisi o strukturi minerala; do kalanja dolazi paralelno s mrežnim ravninama koje su vezane slabije od ostalih– npr. grafit – kalavost po {0001} tj. po baznom

pinakoidu

preuzeto iz 1

pirokseni – kalavost po {110}

preuzeto iz 1

preuzeto iz 2

Lučenje

• svojstvo koje se manifestira na isti način kao i kalavost, tj. uslijed djelovanja sile mineral puca duž ravne površine

• uvjetovano je defektima u strukturi npr. eksolucijske lamele, sraslačke lamele

• razlika kalavost – lučenje– prisutnost svojstva na svim ili samo nekim

individuima nekog minerala– broj pukotina duž kojih dolazi do pucanja

preuzeto iz 1

Lom• minerali bez kalavosti ili sa slabom kalovošću

uslijed djelovanja sile pucaju duž površina koje nisu kristalografski definirane

• prema obliku površine nastale lomom razlikujemo:– školjkasti– iverasti– zemljasti– ravan– neravan– kukasti

Tvrdoća

• otpor koji mineral pruža ukoliko pokušamo zaparati njegovu površinu

• najčešće govorimo o relativnoj tvrdoći –Mohsova skala

1. talk (milovka)2. gips3. kalcit4. fluorit5. apatit6. ortoklas7. kvarc (kremen)8. topaz9. korund10. dijamant

nokat - 2½nožić - 5½

- površina mora biti svježa- zrna moraju biti dovoljno velika- moramo biti sigurni da smo zagreblipovršinu minerala

kvantitativno određivanje tvrdoće

• po Brinellu – u materijal se utiskuje kuglica pod poznatim opterećenjem, mjeri se površina udubine (kalote), izražava se u kg/mm2

• Vickersova metoda – utiskuje se dijamantna piramida

• Rosiwalova metoda – mjeri se gubitak težine nakon brušenja s određenom količinom brusnog praha

preuzeto iz 1

• tvrdoća je vektorsko svojstvo tj. ovisna je o smjeru. Razlike tvrdoće u raznim smjerovima su u pravilu takve da ih ne uočavamo pri određivanju relativne tvrdoće

• kod minerala kijanita(distena) Al2SiO5 razlike su izrazito velike

7

4

Gustoća – specifična težina

• gustoća je masa jedinice volumenaρ = m/V [kg/m3 ili g/cm3]

• specifična težina je broj koji nam kaže koliko puta je određeni volumen nekog materijala teži ili lakši od jednakog volumena vode kod 4°C – omjer pa nema jedinica

specifična težina• ovisi o kemijskom sastavu materijala i njegovoj strukturi• ovisnost o strukturi može se prikazati na primjeru

polimorfnih modifikacija (dijamant 3,5; grafit 2,2)• ovisnost o kemijskom sastavu može se prikazati na

primjeru minerala s istom strukturom, npr. olivini

preuzeto iz 1

metode određivanja gustoće• metode temeljene na vaganju; važe se mineral u

zraku (Tz), pa u vodi (Tv)ρ = Tz /(Tz - Tv)

– metoda piknometra– Bermanova torziona vaga

• metoda suspenzije (teške tekućine)– bromoform CHBr3 - 2,89– metilen jodid CH2I2 - 3,3– Thuletova otopina - HgI2 + KI – 3,19– Clericijeva otopina – CH2(COOTl)2 + HCOOTl – 4,2– natrijev polivolframat Na6(H2W12O40) – 3,1

Koriste se i za separiranje

OTROV !!!

Računska gustoća

• izračunava se na temelju kemijskog sastava (kemijska analiza) i volumena jedinične ćelije (rtg-difrakcija)

• uspoređuje se s mjerenom gustoćom i služi za provjeru eksperimenata

ρ = Z*M/N*V Z = broj formulskih jedinki u jediničnoj ćeliji

M = relativna molekulska masaAvogadrov broj (6,02338*1023)

V=abc√1 - (cos2α+cos2β+cos2γ) + 2 cosα cosβ cosγ

Vidljiva svjetlost

• elektromagnetsko zračenje valnih duljina od približno 380-760 nm

• pod bojom podrazumijevamo način na koji oko-mozak reagira na vidljivu svjetlost– ljubičasto 380-450 nm– plavo 450-500– zeleno 500-570– žuto 570-600– narančasto 600-620– crveno 620-760

Interakcija svjetlosti i minerala• svjetlost koja dospije do minerala može biti:

– propuštena– reflektirana– raspršena– lomljena– apsorbirana– ponovo emitirana (fluorescencija)

• raspršenje, refleksija i lom utječu na sjaj• boja je posljedica apsorpcije, odnosno toga koji

je dio spektra prošao kroz mineral, odnosno koji je dio spektra mineral reflektirao

preuzeto iz 1

Boja minerala

• minerali se prema tome da li im je bojakarakteristično svojstvo ili ne dijele na:– idiokromatske– alokromatske

• glavni faktori koji uvjetuju postanak boje:– prisutnost nekih elemenata kao bitnih

sastojaka– prisutnost nekih elemenata u tragovima– defekti u strukturi– prisutnost fino razmaknutih fizičkih granica

(npr. eksolucijske lamele)– mehaničke primjese u mineralu

• boja koju vidimo je smjesa onih valnih duljina koje su zaostale nakon apsorpcije

• ista boja može biti smjesa svjetlosti različitih valnih duljina

• apsorbira se svjetlost onih energija koje odgovaraju energiji pobuđivanja atoma odnosno energiji prelaska elektrona u viši energetski nivo

• spektrometri

preuzeto iz 1

• ioni prelaznih elemenata (V, Cr, Mn, Co, Fe, Ni, Cu) imaju djelomično popunjenu d orbitalu. d orbitale koje su usmjerene u slobodnom atomu sve imaju istu energiju. Ako je atom u oktaedarskom okruženju dvije orbitale, su usmjerene prema susjednim atomima. Zbog elektrostatskog odbijanja energija te dvije orbitale je povišena

• tzv. cijepanje energetskih nivoa u kristalnom polju

preuzeto iz 1

preuzeto iz 4

• kod smaragda (varijetet berilaBe3Al2Si6O18) i rubina (varijetet korundaAl2O3) boja potiče od Cr3+ koji u rešetci zamjenjuje Al3+ u oktaedarskom okruženju kisikovih iona

preuzeto iz 1

• iako je obojenje posljedica prisutnosti istog elementa (Cr) koji se nalazi u oba slučaja u oktaedarskom okruženju boja je različita i to zbog tipa veze; kod korunda veza je izrazitije ionskog karaktera, a kod berila ima izraženiji kovalentni karakter. Zbog toga je kod berilamanji utjecaj kristalnog polja, odnosno manja je razlika u energijama orbitala

preuzeto iz 1

kromofori

• ako je prelazni element koji izaziva obojenje (kromofor) prisutan kao bitan sastojak nekog minerala onda je mineral idiokromatski– Cr: uvarovit Ca3Cr2(SiO4)3

– Cu: malahit Cu2CO3(OH)2

azurit Cu3(CO3)2(OH)2

• kod alokromatskih minerala takvi elementi prisutni su u tragovima – Cr: smaragd, rubin

obojenje zbog defekata• boja minerala može biti posljedica

prisutnosti defekata tzv. F (Farbe) centara– npr. kod ružičastog fluorita ion fluora u

strukturi je zamijenjen elektronom koji može zauzimati različite energetske nivoe

preuzeto iz 1

obojenje zbog mehaničkih nečistoća

• kvarc je zelen zbog prisutnog klorita• kalcit je crn od Mn-oksida ili grafita• jaspis i feldspat mogu biti crveno obojeni

zbog prisutnog hematita – Fe2O3

obojenje zbog prisutnih fizičkih granica

• dolazi do interferencije ili do difrakcije na fino razmaknutim sraslačkim lamelama, eksolucijskimlamelama, kalotinama

preuzeto iz 4

Crt

• boja fino smrvljenog minerala, odnosno njegovog praha – u pravilu karakteristično svojstvo

• određuje se tako da mineralom pišemo po nezaglađenoj porculanskoj pločici

Sjaj• pod tim pojmom podrazumijevamo izgled

minerala u reflektiranom svjetlu– metalni sjaj – opáki minerali, neprozirni u

prerezima debljine 0,02-0,03 mm, kod minerala s metalnom vezom zbog male energije potrebne se prevođenje elektrona u pobuđeno stanje svjetlost je izrazito apsorbirana, ali se veći dio oslobađa u vidu vidljivog svjetla > visoki sjaj

– nemetalni sjajevi

nemetalni sjajevi

• nemetalni sjajevi– smolasti– staklasti – sedefasti (kod listićavih minerala i minerala s

izvanrednom kalavošću)– mastan (zbog raspršenja svjetlosti na

mikroskopski neravnoj površini)– svilenkasti (kod vlaknatih minerala)– dijamantni (posljedica visokog indeksa loma)