Mineralogie a petrografie

Mineralogie a petrografie Pro 1. ročník ,

VŠB-TUO HGF

Ing. Jiří Mališ, Ph.D. [email protected], tel. 4171, kanc. J441

Cíle předmětu mineralogie a petrografie • • • •

Předmět seznamuje studenty se základy dvou vědních disciplín: mineralogie a petrografie. Studenti získají znalosti o krystalické stavbě minerálů, jejich základních vlastnostech, principech klasifikace, genezi a možnostech jejich technického využití. Dále jsou studenti seznámeni s principy vzniku a dělení hornin, jejich složení, výskytu a rovněž o možnostech využití hornin v technické praxi. Součástí předmětu je výuka praktického určování minerálů a hornin na základě makrodiagnostického popisu.

Literatura Základní literatura: Zamarský V., Kudělásková M., Slivka V.: Mineralogie a petrografie. ES VŠB v Ostravě, 1990. Slavík, F. a kol.: Mineralogie. – Vydav. ACADEMIA, Praha, 1974. Chvátal M. (2005): Úvod do systematické mineralogie. – Silikátový svaz. Holub F. (2002) Obecná a magmatická petrologie. skriptum UK–PřF, Karolinum, Praha Další informace (prezentace, doplňující literatura, otázky, atd.): http://geologie.vsb.cz/malis

Rozdělení předmětu mineralogie Všeobecná mineralogie • morfologická krystalografie - zabývá se vnějším tvarem krystalů • strukturní krystalografie - studuje zákonitosti krystalových struktur • fyzikální krystalografie - zabývá se fyzikálními vlastnostmi minerálů • krystalová chemie - studuje chemické vztahy a zákonitosti v minerálech • genetická mineralogie - řeší vznik, výskyt a přeměny minerálů Systematická (speciální) mineralogie - rozděluje jednotlivé minerály do tříd podle chemické a strukturní příbuznosti Topografická mineralogie - zpracovává výskyt nerostů podle nalezišť Experimentální mineralogie - studuje fáze syntetizované v laboratorních podmínkách a sleduje jejich chování za různých teplot a tlaků Technická mineralogie je disciplínou mineralogie aplikovanou na technické hmoty jako např. betony, strusky, elektrárenské popílky a podobné materiály

Mineralogie a ostatní vědní disciplíny V mineralogii se využívají poznatky z řady jiných vědních oborů. Mezi nejdůležitější patří:  matematika (především v krystalografii a optice)  fyzika (v oblasti RTG difrakce nebo optice)  chemie (hlavně v krystalochemii)

Mineralogie jako geologická věda tvoří základ pro většinu ostatních geologických disciplín, především pro petrologii a geochemii.

Základní pojmy v mineralogii Mineralogie je věda zabývající se všestranným studiem minerálů (nerostů). V obecné rovině je za minerál pokládán prvek nebo chemická sloučenina, která je za normálních podmínek krystalická a která vznikla jako produkt geologických procesů. Tato definice zahrnuje naprostou většinu látek, které jsou všeobecně za minerály považovány. Existují ovšem některé výjimky, které tuto formulaci porušují, přesto jsou ale za minerály tradičně pokládány. Za minerály považujeme mimo jiné: – rtuť (která je za normálních podmínek kapalná), – některé amorfní látky (např. opál), – látky obdobné pozemským minerálům, ale pocházející z jiných kosmických těles (Měsíc, Mars, meteority), – biogenní materiály, pokud se na jejich formování podílely geologické procesy (např. minerály guana).

Základní pojmy v mineralogii

Kapky rtuti v křemen-sideritové žilovině s drobně zrnitým cinabaritem. Štola Zimné, Rudňany, Slovensko. Velikost kapek 7 a 3 mm. Sbírka J. Mazucha, foto J. Jirásek 2006.

Základní pojmy v mineralogii Naopak za minerály nepovažujeme: – vodu v kapalném stavu (led je obvykle řazen mezi minerály), atmosférické plyny atd., – ropu a nekrystalické bitumenní látky (např. uhlí), – antropogenní (člověkem vytvořené) materiály, – geologickými procesy modifikované antropogenní materiály, – látky vzniklé zásahem člověka do přírody (např. produkty hoření uhelných hald), – biogenní materiály, pokud nejsou modifikovány geologickými procesy (žlučové kameny, schránky měkkýšů apod.), – směsi minerálů (horniny).

Horniny jsou obvykle mechanické směsi různých minerálů (např. žuly se skládají z křemene, živců a slíd a dalších minerálů). Výjimkou jsou monominerální horniny, jež jsou tvořeny jen jedním minerálem (např. mramor se skládá pouze ze zrn kalcitu).

Základní pojmy v mineralogii Minerál je homogenní přírodní fáze s přesně definovatelným chemickým složením (ne vždy stálým) a s vysoce uspořádanou stavbou částic (atomů, ionů, molekul). Většinou vzniká v anorganických procesech.  Pod pojmem přírodní fáze se obvykle míní substance vzniklá přírodním procesem. Látky připravené v laboratoři se označují jako syntetické. Antropogenní látky, které vznikly působením člověka, a jsou strukturně i chemicky identické s minerály je třeba označovat jako jejich syntetické ekvivalenty.  Homogenitou fáze máme na mysli, že látka má stejné fyzikální a chemické vlastnosti v kterékoliv své části. Definovatelné chemické složení znamená, že můžeme chemismus minerálu vyjádřit určitým vzorcem, např. křemen jako SiO2. Některé minerály však mají složení proměnlivé, jako třeba dolomit CaMg(CO3)2, u kterého je poměr Ca a Mg kolísavý.  Uspořádaná stavba atomů v minerálu odpovídá geometricky definovatelné struktuře. Minerály jsou látky krystalické.

Látky krystalické a amorfní, krystaly •

•

• •

•

Pevné látky jsou charakterizovány omezeným pohybem základních stavebních částic (atomů, iontů, molekul) kolem rovnovážných poloh. Podle uspořádání těchto poloh v prostoru můžeme pevné látky rozdělit do dvou skupin: na látky krystalické a látky amorfní (beztvaré). Rovnovážné polohy stavebních částic krystalických látek jsou v prostoru rozmístěny pravidelně, v pravidelné prostorové síti či mříži. Takovému tělesu, tedy pevnému tělesu s trojrozměrně periodickým uspořádáním základních stavebních částic (atomů, iontů, molekul), říkáme krystal. Konkrétní způsob rozmístění základních stavebních částic v krystalu se nazývá krystalová struktura. Prostorové rozložení stavebních částic amorfních látek je neperiodické, nepravidelné. Z tohoto hlediska se pevné amorfní látky podobají kapalinám. Mezi amorfní látky patří např. skla. Zde je třeba zdůraznit skutečnost, že krystal je definován na základě periodicity struktury, ne na základě vnějšího omezení. Krystaly tedy nejsou jen ona dokonalá, hladkými plochami omezená tělesa známá z muzeí, ale i jejich úlomky, valounky, nepravidelně omezená zrna atd.

Látky krystalické a amorfní, krystaly Struktura krystalu a krystalová mřížka Strukturou krystalu rozumíme způsob rozmístění základních stavebních částic (atomů, iontů či molekul) v prostoru. Geometrickým vyjádřením periodicity struktury krystalu je krystalová mřížka. Je to v podstatě prostorové (trojrozměrné) “lešení”, jehož každá buňka obsahuje stejnou skupinu stavebních částic. V krystalu se tyto buňky periodicky opakují ve všech směrech ve vzájemně rovnoběžné poloze a lze je vzájemně převádět pouhou translací (posunutím).

Fyzikální vlastnosti minerálů Minerály jako fyzikální látky mají různé vlastnosti, např. barvu, tvrdost, lesk, hustotu, elektrickou vodivost aj. Všechny tyto vlastnosti, podobně jako vnější geometrický tvar jsou projevem vnitřní stavby – krystalové struktury a chemického složení.

Fyzikální vlastnosti významné pro rychlé určení minerálů Barva Barva vrypu Lesk Štěpnost Tvrdost Hustota Magnetizmus Luminiscence

Barva Většina mechanismů, které produkují barvu minerálů jsou výsledkem vzájemného působení (interakce) vlnění světla s elektrony látky, takže barva je viditelným vyjádřením některých specifických strukturních vlastností hmoty. Hlavní faktory, které se podílejí na vzniku barvy můžeme klasifikovat následovně: -

hlavní prvky, tvořící chemickou sloučeninu

-

přítomnost nečistot ve stopovém množství

-

výskyt defektů krystalové struktury

přítomnost jemných laminárních rozhraní způsobujících interferenci světla -

mechanické příměsi jemně rozptýlené v hostitelském minerálu

V podstatě každá barva závisí na absorpci určitých vlnových délek polychromatického bílého světla, ve kterém nerost pozorujeme. Část světla je absorbována, část se odráží a část prochází minerálem. Podle poměru odraženého, absorbovaného a procházejícího světla rozlišujeme minerály:

 průhledné, průsvitné,  průsvitné jen na hranách  neprůsvitné, opakní.

Barevné minerály Podle toho, které vlnové délky jsou absorbovány, dostává minerál v procházejícím i odraženém světle určitý barevný odstín. Rozeznáváme podle příčin vyvolávajících tuto absorbanci dvě skupiny minerálů: Minerály barevné (idiochromatické) Barva je podstatnou vlastností, způsobenou přítomností barevných iontů (prvků) ve sloučenině tvořící minerál (chromofory), nebo určitým typem krystalové mřížky. Důležitými chromofory jsou např. Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu. Fe3+ - barva červenohnědá, Fe2+ barva zelená Ti3+ - barva fialová, Co – červená, Ni - zelená, Cu - zelená a modrá, Cr zelená U izomorfních směsí tvořených složkou barevnou a bezbarvou se podle poměru složek mění intenzita barvy (chlority, olivín apod.).

Barevné minerály

Cavansit (V – způsobuje modrou barvu)

Barevné minerály

Malachit – zelenou barvu způsobuje Cu

Barevné minerály U izomorfních směsí tvořených složkou barevnou a bezbarvou se podle poměru složek mění intenzita barvy (chlority, olivín apod.).

Sfalerit – Fe izomorfně zastupuje Zn. Barva se mění (tmavne) s rostoucím podílem Fe.

Zbarvené minerály Minerály zbarvené (allochromatické) Barva není podstatnou vlastností. Jejich barevnost způsobují barvicí příměsi (mnohdy minerální), deformace strukturní mřížky apod. Zabarvení může být u jednoho minerálu různé. Zbarvení je nejčastěji rozptýlené (dilutní) tak, že ani při použití největšího zvětšení v mikroskopu nepozorujeme přítomnost barvicí látky. Například křemen může být čirý (křišťál), žlutý (citrín), fialový (ametyst), růžový (růženin), hnědý (záhněda), černý (morion). Někdy naopak lze snadno mikroskopicky rozeznat částečky cizí hmoty (pigmentu) v hostitelském minerálu. Například červenohnědé zbarvení křemene je způsobeno jemnými částicemi hematitu apod. Zbarvení nebývá vždy vlastností stálou. Mění se často zahřáním na vysoké teploty, ozářením apod. Diamant např. při ozařování hnědne, ametyst po vypálení žloutne.

Zbarvené minerály

Příklad různě zbarvených krystalů fluoritu.

Barva vrypu Barva vrypu minerálů u některých minerálů reprezentuje významnou diagnostickou vlastnost (např. rozlišení magnetitu – vryp černý a chromitu – vryp žlutý). Barvou vrypu rozumíme barvu jemného prášku minerálu, který nejčastěji obdržíme otěrem o drsný neglazovaný porcelán. Barevné nerosty mívají často stejný vryp jako jejich barva nebo o něco světlejší. Někdy se však barva vrypu od barvy nerostu liší, zvláště u nerostů kovového vzhledu. Např. žlutý chalkopyrit má vryp černý, šedý galenit černý apod. Zbarvené minerály mají většinou vryp bílý nebo našedlý i při poměrně intenzivním zbarvení (odrůdy křemene, bronzit).

Lesk Část světla dopadajícího na minerál se vždy odráží. Intenzita tohoto odrazu závisí jednak na výšce lomu a na koeficientu světelné absorbance (optické vlastnosti), jednak na agregátním stavu nerostu a povaze odrážejícího povrchu. Velmi intenzivní lesk mají minerály o vysokém světelném lomu a vysokém koeficientu absorbance. Jsou-li zcela opakní mají lesk kovový – kovový vid (galenit, antimonit, pyrit aj.), jsou-li poloprůsvitné mají vid (lesk) – polokovový (wolframit, ilmenit, chromit aj.). Nerosty průsvitné a průhledné při vysokém světelném lomu nebo minerály až neprůhledné při nízkém světelném lomu mají vid (lesk) nekovový (křemen, kalcit, granát apod.).

Lesk Nekovový lesk dále dělíme:

Diamantový - při vysokém světelném lomu a průhlednosti (diamant, sfalerit), s ubývající průhledností se mění v lesk polokovový. Skelný - při středním a nízkém světelném lomu a dobré průhlednosti (křemen, živec apod.). Perleťový u nerostů s dokonalou štěpností, kdy na štěpných trhlinách vznikají jevy interference a totálního odrazu světla (slídy, sádrovec, mastek aj.).

Mastný - připomínající lesk vosku (síra). Matný na lomných plochách nerostů s nižším světelným lomem. Jemnozrnné agregáty mívají pro svůj drsný povrch rovněž lesk matný nebo jsou bez lesku. Zcela matné bývají velmi jemnozrnné agregáty, které jsou jako zemité (bauxit, kaolinit aj.). Hedvábný - je typický pro vláknité agregáty (chryzotil, amfibolitové azbesty apod.)

Štěpnost Je definována jako krystalograficky orientované minimum soudržnosti. Rovnoběžně ke krystalograficky daným rovinám dochází k odlučnosti s rovnými plochami. Tam, kde štěpnost chybí, vznikají při překročení meze pevnosti nerovné plochy lomné. Plochami štěpnosti bývají zpravidla krystalové roviny s nejjednoduššími symboly. Štěpnost u krystalů bývá různě intenzivně vyvinutá, což se projevuje kvalitou štěpných ploch. Proto se stupeň štěpnosti vyjadřuje kvalitativně:  velmi dokonalá štěpnost (slídy, sádrovec)  dokonalá štěpnost (amfiboly)  dobrá štěpnost (pyroxeny)  nedokonalá štěpnost (beryl, olivín)  špatná štěpnost (granáty)  neštěpné minerály – lomné (křemen) Štěpných směrů může být u jednoho krystalu vyvinuto několik s různým stupněm štěpnosti. Jako příklad může posloužit štěpnost skupiny živců.

Štěpnost

Různá kvalita štěpnosti: a) velmi dokonalá, b) dokonalá, c) dobrá, d) nedokonalá, e) špatná, f) chybějící

Příklady označení různých ploch štěpnosti podle jejich tvaru: a) kubická, b) oktaedrická, c) dodekaedrická, d) klencová, e) prizmatická, f) pinakoidální

Tvrdost Tvrdostí rozumíme odpor kladený minerálem proti vnikání cizího tělesa bez vzniku lomu. Mírou pevností je velikost odporu, který je nutné překonat, aby vznikl lom, tj. úplné oddělení části zkoumaného tělesa. Pro praktické účely v mineralogii využíváme stanovování poměrné tvrdosti, kdy tvrdost zkoumaného minerálu vztahujeme k srovnávací stupnici tvrdosti, jejíž čísla jsou pouze pořadová a neurčují velikost konstanty tvrdosti. Všeobecně užívaná stupnice Mohsova zahrnuje deset stupňů tvrdosti v pořadí od nejměkčího minerálu po nejtvrdší: 1. Mastek

6. Ortoklas

2. Sádrovec

7. Křemen

3. Kalcit

8. Topaz

4. Fluorit

9. Korund

5. Apatit

10. Diamant

Vztah Mohsovy stupnice k hodnotám absolutní tvrdosti

Hustota Hustota minerálu je definována jako číslo, udávající kolikrát je určitý jeho objem těžší než stejný objem chemicky čisté (destilované) vody při +4 oC, tj. při teplotě, při níž má voda minimální objem. Hustota obecně vzrůstá u minerálů s obsahem prvků o vysoké atomové hmotnosti, zvláště těžkých kovů, jako olovo, rtuť, stříbro apod. Klesá s obsahem vody. U polymorfních modifikací bývá různá. Nerosty, jež se vyskytují v přírodě v chemickém složení konstantním, jako křemen, diamant, mají i hustotu stálou, kdežto u izomorfních směsí se hustota mění podle kvantitativního poměru zastupujících se prvků.

Příklad separace minerálů v kapalině podle jejich rozdílné hustoty. Kapalinou je bromoform s hustotou 2,9 g.cm-3. Těžší minerály (s vyšší hustotou) klesnou na dno, lehčí plavou na hladině.

Magnetismus Ve většině jemných látek se v magnetickém poli indukuje magnetický moment M (v jednotce objemu). Zpravidla platí, že zmagnetování je úměrné intenzitě magnetického pole H podíl M/H =  nazýváme magnetická susceptibilita.

Podle ní dělíme pevné látky na diamagnetické, paramagnetické a feromagnetické. Diamagnetické mají  malé a záporné a jsou v magnetickém poli slabě odpuzovány. Z minerálů k nim patří např. měď, stříbro, zlato, halit, křemen aj.

Paramagnetické látky mají  malé, ale kladné a jsou silným magnetem slabě přitahovány jako např. platina, siderit, rutil, olivín, turmalín beryl aj. Feromagnetické látky mají velké a kladné , jsou póly magnetů silně přitahovány a jejich zmagnetování trvá i po odstranění vnějšího magnetického pole. Výrazně feromagnetické minerály jsou: železo, kobalt, nikl, magnetit, maghemit (Fe2O3 - ), pyrhotin. Domény feromagnetické látky a)před vložením do magnetického pole, b)po vložení do magnetického pole.

Luminiscence Některé fluority, jeví jinou barvu v prostupujícím, jinou v odraženém světle. Nejvýznačnější jsou v tomto směru krystaly zeleně průhledné s temně modrou až fialovou barvou ve světle odraženém. Tento jev známý také u organických látek se nazývá podle fluoritu fluorescencí. Některé minerály obsahující radioaktivní prvky, sfalerity, fluority apod. fosforeskují ve tmě po ozáření přímým slunečním světlem, nebo záhřáty v baničce, nebo ozářeny světlem ultrafialovým, paprsky katodovými, rentgenovými apod. tj. světélkují různými barvami, mnohdy velmi efektními. Rovněž nárazem, třením nebo štípáním lze u některých minerálů vyvolat světélkování, které je viditelné pouze ve tmě. Všechny tyto jevy shrnujeme pod názvem luminiscence. U různých odrůd jednoho a téhož minerálu jsou tyto úkazy velmi různé a závislé na cizích příměsích. Tyto tzv. aktivační atomy zastupují normální atom (ion) v mřížce nebo jsou vtěsnány mezi atomy. Nejznámější tzv. „krystalové fosfory“ jsou ZnS a CdS, aktivované Mn, Cu, Ag nebo vzácnými zeminami.

Metody studia minerálů Metody používané pro identifikaci minerálů a krystalových struktur. RTG-metody výzkumu krystalických látek - Braggova rovnice. Základy chemické a fyzikální krystalografie. Chemická krystalografie, typy vazeb, izomorfie, polymorfie a polytypie.

Metody studia minerálů Analytických metod zkoumajících minerály je celá řada. Zde budou uvedeny pouze nejdůležitější z nich, na jejichž základě můžeme stanovit strukturní nebo chemické vlastnosti minerálů.

Metody studia minerálů Metody RTG difrakce Metody studia minerálů založené na základě jejich struktury Principy: Elektromagnetické záření můžeme považovat buď za vlnu s definovanou délkou nebo proud částic s určitou energií.

10-12 m - kosmické záření 104 m - radiové vlny Energie elektromagnetického záření

E=h=hc/

energie

frekvence

Planckova konstanta

rychlost šíření

vlnová délka

Rozsah vlnových délek elektromagnetického spektra

RTG záření má vlnovou délku v oblasti od 100.10-10 m do 0,02.10-10 m (starší označení hodnoty 10-10 je angström Å)

Vzdálenosti atomů v krystalech jsou řádově stejné jako vlnová délka RTG záření. Při dopadu záření na krystal proto dochází k ohybovým a interferenčním jevům, které jsou měřitelné. Důkaz pravidelné vnitřní stavby krystalů pomocí RTG záření provedl Max Laue v roce 1912.

Vznik RTG záření Spojité (polychromatické) záření •obsahuje různé vlnové délky

Spojité záření wolframu při různých hodnotách napětí na RTG lampě.

Vznik RTG záření Charakteristické (monochromatické) záření •má přesně definovanou vlnovou délku

•Charakteristické záření RTG lampy s Cu antikatodou.

Vznik RTG záření •Standardní RTG lampa pro práškové difraktometry •Vlnová délka charakteristického záření závisí na složení antikatody. •Nejčastěji Cu, Co, Fe, W.

Difrakce záření na krystalech •Při dopadu RTG záření na krystal začnou elektrony v jeho dráze kmitat na stejné frekvenci, jako má dopadající svazek. Vibracemi se část energie RTG svazku pohltí a vzniká nový zdroj emitující energii se stejnou frekvencí a vlnovou délkou. Obecně je tento jev destruktivní, ale existují speciální případy (záleží na směru dopadu RTG svazku do dané struktury), kdy dojde k difrakci RTG svazku. •Aby nastalo zesílení difraktovaného záření, musí být splněny určité geometrické podmínky mezi svazkem dopadajícího RTG záření a orientací strukturních řad a rovin v krystalové struktuře. Tyto podmínky jsou jednoduchou formou vyjádřeny Braggovou rovnicí, kdy difrakční jev je pojat jako odraz záření na semitransparentních strukturních rovinách.

Braggova rovnice Představme si sérii strukturních rovin hkl vzdálených od sebe o hodnoty dhkl. Na strukturní roviny dopadá svazek paprsků pod úhlem . Na tomto souboru rovin dochází k odrazu primárního svazku záření rovněž pod úhlem , přitom vzniká mezi paprskem 1 a 2 fázové zpoždění a jeho hodnota odpovídající AB, BC se dá vyjádřit na základě podobnosti trojúhelníků pomocí hodnot d a : AB+BC = 2 d . sin 

Braggova rovnice K zesílení intenzity difraktovaného záření dojde jen v případě, že fázové zpoždění AB+BC interferujících paprsků je rovno celému násobku vlnové délky. Tato podmínka je pak vyjádřena Braggovovou rovnicí: n = 2 d . sin  celé číslo

délka vlny

Braggova rovnice je splněna pro daný krystal jen při určitých hodnotách úhlu dopadu  a vlnové délky . Splnění této podmínky dosáhneme jen tehdy, zajistíme-li proměnnost hodnoty  nebo  během rentgenometrické analýzy.

Braggova rovnice

Monokrystalové RTG metody •pro měření monokrystalu. Záření se používá spojité i charakteristické. Pomocí těchto metod lze u minerálů určovat jejich struktury. •Laueho metoda - svazek bílého (polychromatického) záření, získaný obvykle z wolframové anody, dopadá na nehybný monokrystal. Proměnnou veličinou je v tomto případě vlnová délka použitého záření, která zaujímá určitý vlnový obor.

•metoda otáčeného krystalu – monokrystal se otáčí ve svazku monochromatických rentgenových paprsků. Otáčením se uvádějí postupně různé strukturní roviny do reflexní polohy. Proměnnou veličinou je úhel .

Monokrystalové RTG metody Nevýhody •potřeba monokrystalu (tj. úlomku o velikosti 0,x mm)

•minerály se často vyskytují v agregátech menších než 0,0x mm •větší krystaly mívají nepravidelné omezení které ztěžuje krystalografickou orientaci •krystaly bývají zdvojčatělé

Práškové metody •nejběžnější metody •proměnnou veličinou je úhel , neboť rozpráškovaný krystalický materiál se umístí v monochromatickém svazku a mezi obrovským počtem částic zcela náhodně orientovaných se pro každou z možných reflektujících rovin vždy najde určitý počet částic prášku s patřičnou orientací. Mimo to se pravděpodobnost splnění Braggovy podmínky zvětšuje otáčením práškového preparátu. •z práškového difrakčního záznamu lze identifikovat minerál (srovnáním s mezinárodními standardy) •můžeme vypočítat mřížkové parametry minerálu

Práškové metody

Difraktogram halitu

Práškové metody

Automatický difraktometr Phillips MPD

Metody chemické analýzy •řada metod umožňujících stanovovat chemické složení minerálů •mají různou citlivost stanovení

Klasická chemická analýza na "mokré cestě" Jedná se o nejstarší klasický postup, kdy jemně napráškovaný vzorek je pomocí kyselin rozpuštěn a převeden do roztoku. Procentuelní zastoupení jednotlivých prvků je pak stanovováno podle nejrůznějších postupů - titračně, vážkově. Pro běžné prvky (silikátová analýza) je přesnost stanovení těmito metodami zpravidla postačující.

Metody chemické analýzy

Atomová absorpční spektroskopie (AAS)

Metody chemické analýzy

RTG fluorescenční analýza Schema vzniku charakteristického spektra přechodem elektronů z vyšších energetických hladin na nižší

•metoda umožňuje stanovení převážné většiny prvků s citlivostí v ppb

Metody chemické analýzy

Elektronová mikroskopie a mikroanalýza Běžný rastrovací elektronový mikroskop umožňuje sledování objektů při zvětšení až několika desítek tisíc, speciální transmisní mikroskopy s vysokým rozlišením umožňují sledovat objekty velikosti atomů. Sledování objektu se provádí pomocí wolframového vlákna, které emituje elektrony a ty po urychlení a fokusaci dopadají na vzorek a způsobují řadu jevů, z nichž jsou nejdůležitější tyto: •emise zpětně odražených elektronů (BEI), které po detekci umožňují sestavit elektronový obraz objektu s ohledem na jeho molekulovou hmotnost v každém bodě •vznik sekundárních elektronů (SEI), které po detekci umožňují sestavit elektronový obraz s ohledem na reliéf vzorku •RTG spektrum, které dává informace o složení materiálu a princip je podobný jak byl popsán u RTG fluorescenční analýzy

Výhodou této metody je možnost provedení chemické analýzy z bodu o velikosti 1 m m s citlivostí srovnatelnou s jinými metodami jako je RTG fluorescence.

Metody chemické analýzy

Elektronová mikroskopie a mikroanalýza •emise zpětně odražených elektronů (BEI), které po detekci umožňují sestavit elektronový obraz objektu s ohledem na jeho molekulovou hmotnost v každém bodě

•vznik sekundárních elektronů (SEI), které po detekci umožňují sestavit elektronový obraz s ohledem na reliéf vzorku •RTG spektrum, které dává informace o složení materiálu a princip je podobný jak byl popsán u RTG fluorescenční analýzy Výhodou této metody je možnost provedení chemické analýzy z bodu o velikosti 1 m m s citlivostí srovnatelnou s jinými metodami jako je RTG fluorescence.

Chemická krystalografie Chemické složení minerálů je jedním z faktorů, který určuje jeho vlastností. Vlastnosti minerálů závisí na: •Chemickém složení •Geometrickém uspořádání základních stavebních jednotek (atomů, iontů nebo molekul)

Vlastnosti minerálů = f (strukturní uspořádání + chemické složení) Struktura je dále ovlivňována fyzikálně-chemickými podmínkami (tlakem a teplotou) a chemickým složením prostředí, které určovalo podmínky pro vznik minerálů.

Struktura = f (chemické složení, T, p) Strukturou rozumíme umístění skutečných stavebních částic (atomů a iontů) v geometrických bodech strukturní mřížky.

Chemická krystalografie

Vlastnosti minerálních fází, které ovlivňují podstatným způsobem geochemickou migraci chemických prvků, jsou určovány zákonitou vnitřní stavbou – krystalovou strukturou. Fyzikální a chemické vlastnosti minerálních fází se projevují v závislosti na geochemických podmínkách prostředí (vnějších faktorech migrace). Chování minerálních fází a tím i chemických prvků, které je vytvářejí, určují vlastnosti minerálů: rozpustnost, tvrdost, štěpnost, specifická hmotnost, habitus krystalů, odolnost vůči zvětrávání – oxidaci, hydrolýze, hydrataci, odolnost při transportu ve vodní tocích a další. Vlastnosti minerálních fází jsou významné i při migraci chemických prvků ve vodním prostředí, v povrchových a podzemních vodách nebo v půdní vodě. Chemické prvky jsou dále v přírodním prostředí přítomny v roztocích v rovnováze s minerálními fázemi a jejich migrace v roztocích je ovlivňována vlastnostmi těchto minerálních fází.

Iontový poloměr

Významnou roli ve struktuře hraje atomový nebo iontový poloměr. Vývoj poznání iontových poloměrů úzce souvisí s historií geochemie. První tabulku empirických hodnot iontových poloměrů publikoval v roce 1926 jeden ze zakladatelů geochemie V.M.Goldschmidt. V roce 1927 publikoval L.Pauling hodnoty vypočítané na základě vlnové mechaniky. Velikost iontových poloměrů je vyjadřována v nanometrech (nm). Například ve struktuře halitu má sodík poloměr 0.098 nm, chlor 0.18 nm a vzdálenost Na-Cl je 0.231 nm.

Chemické vazby v krystalech Rozlišujeme 4 typy krystalů: Molekulové krystaly, iontové krystaly, atomové (kovalentní) krystaly, kovové krystaly 1. Molekulové krystaly = jsou tvořeny molekulami, které jsou navzájem soudržné působením slabých van der Waalsových sil. • V minerálech se vyskytují ojediněle • Vyskytují se hlavně u organických sloučenin • Snadno se rozkládají

Chemické vazby v krystalech Rozlišujeme 4 typy krystalů: Molekulové krystaly, iontové krystaly, atomové (kovalentní) krystaly, kovové krystaly 2. Iontové krystaly Základní buňka iontových krystalů je složena z pravidelně uspořádaných iontů. Každý ion v krystalu je obklopen co největším počtem iontů opačně nabitých. Každý ion v krystalu přitahuje všechny okolní kationy a naopak. Při iontové vazbě dochází k předání elektronů jedním atomem atomu druhému, takže vzniká pár kation (dárce elektronů) – anion (příjemce elektronů). Příkladem může být NaCl halit s kationty Na1+ a anionty Cl1-. Iontové struktury jsou tvořeny dotýkajícími se zhruba kulovitými útvary iontů. V krystalu chloridu sodného proto neexistují jednotlivé molekuly. Uspořádaní iontů v základní buňce závisí na poměru velikosti anionu a kationu, a je možné je odvodit ze zjednodušeného předpokladu, že se ionty chovají jako koule, které se navzájem dotýkají.

Chemické vazby v krystalech Rozlišujeme 4 typy krystalů: Molekulové krystaly, iontové krystaly, atomové (kovalentní) krystaly, kovové krystaly 2. Iontové krystaly V pevném skupenství jsou tyto látky elektricky nevodivé, ale jejich roztoky a taveniny elektrický proud vedou. Elektrickou vodivost umožňují volně pohyblivé ionty. Dalším důsledkem vnitřní stavby iontových látek je jejich křehkost. Jakmile dojde k takovému posunu iontových vrstev, že se k sobě přiblíží stejně nabité ionty, uplatní se mezi nimi odpuzování. Iontové látky se většinou rozpouštějí v rozpouštědlech složených z polárních molekul (tj. v polárních rozpouštědlech, např. ve vodě).

Chemické vazby v krystalech Rozlišujeme 4 typy krystalů: Molekulové krystaly, iontové krystaly, atomové (kovalentní) krystaly, kovové krystaly 3. Kovalentní krystaly Krystalové struktury jsou v tomto případě tvořeny kovalentně vázanými atomy. U kovalentní vazby jde u nerostů o sdílení dvou valenčních elektronů sousedními atomy ve struktuře. Elektrony jsou společné oběma atomům. Příkladem takové struktury je diamant. Každý atom uhlíku je spojen kovalentní vazbou se čtyřmi dalšími uhlíkovými atomy. Na stavbě atomových krystalů se může podílet i několik prvků. V krystalu křemene je např. každý atom křemíku spojen se čtyřmi atomy kyslíku a každý atom kyslíku se dvěma atomy křemíku. Tyto látky mají velmi vysokou teplotu tání (většinou nad 1000oC) a v pevném skupenství jsou velmi tvrdé. Atomové krystaly jsou v obvykle používaných rozpouštědlech nerozpustné a nevedou elektrický proud.

Chemické vazby v krystalech Rozlišujeme 4 typy krystalů: Molekulové krystaly, iontové krystaly, atomové (kovalentní) krystaly, kovové krystaly 4 . Kovové krystaly Ve vazbě kovové se kolem kationtů kovu volně pohybují valenční elektrony, které jsou společné všem stavebním jednotkám struktury a tvoří tzv. elektronový plyn. Pohyblivé elektrony jsou příčinou výborné elektrické a tepelné vodivosti kovů. Se vzrůstající teplotou se důsledkem tepelných kmitů atomů tato pohyblivost zmenšuje a obráceně s poklesem teploty zvyšuje. Příkladem jsou struktury kovů.

Izomorfie Termín izomorfie byl poprvé použit v roce 1819 pro označení jevu, kdy různé látky vytvářejí krystaly stejného tvaru.

Dnes tímto termínem označujeme zastupování iontů ve struktuře. Zastupovat se mohou chemicky příbuzné ionty, které mají blízkou velikost iontových poloměrů. Při nahrazování iontů se stejným oxidačním číslem je zachována rovnováha, při zastupování iontů s různým oxidačním číslem musí být náboje vykompenzovány jinými ionty ve struktuře. Zastupovat ve struktuře se mohou hlavní složky. Ty se zastupují ve vzorci v závorce, odděleny čárkou. Jako příklad je uvedena izomorfní řada (série) olivínu: Olivín - (Mg,Fe)2SiO4 Krajní členy (složky) izomorfní řady: Mg2SiO4 – Forsterit a Fe2SiO4 - Fayalit Olivín při krystalizaci z magmatu tvoří krystaly s určitým zastoupením forsteritové a fayalitové složky podle složení magmatu a teploty krystalizace.

Polymorfie Polymorfie je jevem, kdy chemická sloučenina vytváří dvě nebo více minerálních fází s rozdílnou strukturou, které se označují jako polymorfní modifikace. Při vzniku polymorfních modifikací sehrává důležitou úlohu teplota a tlak. Z termodynamického hlediska se polymorfní modifikace vyznačují různým obsahem volné energie. Modifikace s nejmenším obsahem volné energie označujeme jako stálé, stabilní, ostatní jsou za podmínek existujících na zemském povrchu nestálé, nestabilní. Nestabilní modifikace se mění samovolně nebo po dodání určité energie na modifikace stabilní. Doba trvání přeměny může být u samovolných přeměn velmi dlouhá a u téže sloučeniny různě dlouhá.

Polymorfie

Polymorfie Polymorfní modifikace SiO2 Významná je polymorfie SiO2, který vytváří jako hlavní polymorfní modifikace nízkoteplotní křemen (do 573oC) a vysokoteplotní křemen, ale i řadu dalších polymorfních modifikací vznikajících za vysokých teplot (tridymit a cristobalit) a za vysokých tlaků. Každá z hlavních modifikací SiO2 má ještě dvě polymorfní formy:  nižší (stabilní za obyčejných teplot) a  vyšší (stabilní za vyšších teplot). Charakter struktury polymorfních modifikací ,  je uveden v tabulce:

Modifikace 

Modifikace 

Křemen Tridymit Cristobalit

trigonální monoklinický tetragonální

hexagonální hexagonální kubický

Polymorfie Pyrit - markazit Struktury polymorfních modifikací FeS2 – kubického pyritu a rombického markazitu jsou na dalším obrázku.

Polymorfie Pyrit - markazit Struktury polymorfních modifikací FeS2 – kubického pyritu a rombického markazitu jsou na dalším obrázku.

Polymorfie V případě polytypie jde v podstatě o polymorfii vrstevnatých struktur, která spočívá v různých způsobech změny pozice jedné nebo i více stejnocenných vrstev stavebních jednotek nad sebou. Opakování pozice první vrstvy nastává po dvou, třech, čtyřech, ale také až po několika stech vrstvách. Tím se odpovídajícím způsobem zvyšuje i periodita identity ve směru kolmém na vrstvy.

Polytypy se zpravidla označují jedním názvem nerostu. Číslicí se udává počet vrstev v periodě a následným velkým písmenem symbol soustavy (T-triklinická, Mmonoklinická, R-rombická, H-hexegonální, C-kubická apod.). Polytypie je velmi rozšířeným jevem u nerostů s vrstevnatými strukturami. Tak např. jsou známy polytypy MoS2 (molybdenitu), ZnS (sfalerit, wurtzit), jílových minerálů a slíd (muskovit 1M, 2M, 3T apod.).

Přirozený vývin krystalových tvarů Jedním z nejnápadnějších znaků krystalů je jejich krystalový tvar. Všude tam, kde krystaly mohou volně růst a volně se vyvíjet do dokonalého tvaru (automorfně), tvoří pravidelná tělesa s jasně patrnou symetrií. Z hlediska morfologického omezení jsou krystaly různých látek velmi rozmanité. Tvar krystalu je jedním z projevů anizotropie. Anizotropní krystal je v jednotlivých směrech různě vyvinut. Tvar krystalu nezávisí na velikosti jednotlivých ploch krystalu a na jejich vzájemném poměru. Celkový vzhled krystalu (čili habitus) popisuje velikostní poměry ploch. Některé krystaly jsou protáhlé (jednorozměrné), jiné jsou plošně protáhlé (dvojrozměrné), nebo izometrické (stejnorozměrné). Celkový vzhled krystalů charakterizuje habitus a typus. Habitus – reprezentuje celkový vzhled krystalů bez ohledu na to, který krystalový tvar jej podmiňuje. Habitus určuje počet směrů, ve kterých je krystal vyvinut, a tím i podobu krystalů. Rozlišujeme habitus: Izometrický (stejnorozměrný) Dvojrozměrný (destičkovitý, tabulkovitý, lupínkovitý, šupinkovitý, lístkovitý atd.) Jednorozměrný (jehličkovitý, sloupcovitý, vřetenovitý, vláknitý atd.).

Přirozený vývin krystalových tvarů

Přirozený vývin krystalových tvarů

Přirozený vývin krystalových tvarů

Přirozený vývin krystalových tvarů Krystalový tvar Tvar krystalů vznikajících v přírodě závisí nejen na vnitřní struktuře, ale také na fyzikálně-chemických podmínkách prostředí, kde krystaly vznikají. Odrazem těchto vztahů je pak různý vývin krystalových tvarů: Monokrystaly Zákonité srůsty Krystalové agregáty Pseudomorfózy

Přirozený vývin krystalových tvarů Monokrystal Krystalový jedinec s jednotnou vnitřní stavbou a jakýmkoliv omezením = monokrystal.

Přirozený vývin krystalových tvarů Zákonité krystalové srůsty Krystaly téhož nerostu bývají často společně srostlé. Srůsty mohou být náhodné a bez jakékoliv pravidelnosti vzájemných poloh (krystalické agregáty). Zákonité srůsty jsou projevem krystalové symetrie, mohou se vyskytovat ve všech sedmi krystalových soustavách. Za srůsty zákonité = dvojčatné považujeme opakovaně se vyskytující srůsty krystalů téže látky, které jsou navzájem spojeny společným prvkem souměrnosti. Krystaly dvojčatně srostlé mají společnou buď jednu rovinu nebo osu. Oba jedinci rovnoměrně vyvinutého dvojčete mají stejnou velikost a stejné krystalové tvary. Dva nebo více krystalových jedinců může zákonitě srůst a vytvářet tzv. „dvojčata“,„trojčata“ apod.

Přirozený vývin krystalových tvarů Zákonité krystalové srůsty Z hlediska vzájemné pozice srůstajících krystalových jedinců rozeznáváme zákonité srůsty: kontaktní - dvojčata, která srůstají ve dvojčatné rovině (sádrovec), jedinci srůstají plochou penetrační - krystaly vzájemně prorůstají, hraničí v nerovných plochách (ortoklas) polysyntetická - srostlice jsou vytvořeny větším počtem krystalových jedinců

Přirozený vývin krystalových tvarů Zákonité krystalové srůsty U penetračních srůstů (prorůstání) oba jedinci hraničí jeden oproti druhému nerovnými plochami, jako příklad lze uvést dvojčatný srůst K-živce podle karlovarského zákona. Dvojčatně mohou srůstat buď jen dva, nebo i větší počet jedinců, to je příklad polysyntetického srůstání (albit), kdy srůstající jedinci jsou vyvinuti v podobě velmi tenkých až mikroskopických lamel a je jich vždy větší počet - krystalová individua jsou spolu ob jedno rovnoběžná.

Přirozený vývin krystalových tvarů Krystalové agregáty Krystaly mohou rozvíjet svou vlastní idiomorfní (automorfní) podobu jen v případech, kdy jim v růstu nic nebrání. Nejčastěji k tomu dochází v dutinách a puklinách hornin. Pokud si však krystaly v růstu navzájem brání vznikají agregáty. Nejrozšířenější formou srůstání krystalů jsou agregátní srůsty krystalů, u nichž krystaly srůstají zcela náhodně bez zákonité orientace. Jestliže větší počet krystalů narůstá vedle sebe jedním koncem na podložku (např. stěny tektonických puklin) a na druhém konci jsou krystaly ukončeny krystalovými plochami hovoříme o drůze.

Přirozený vývin krystalových tvarů Krystalové agregáty Má-li podložka tvar kulovité dutiny, mluvíme o geodě.

Roste-li velké množství krystalových zárodků blízko sebe, vznikají krystalové agregáty, které pak specifikujeme podle velikostí, tvaru krystalů a jejich vlastností.

Přirozený vývin krystalových tvarů Krystalové agregáty Rozlišujeme agregáty: Zrnité - podle velikosti zrn je dále dělíme na: hrubozrnné, středně zrnité, jemnozrnné, mikrokrystalické. Zemité - jsou tvořeny krystaly bez lesku, agregát má malou soudržnost. Zemité agregáty vytváří jíly, limonit, práškové sekundární minerály (malachit, azurit).

Stébelnatý - (vláknitý) agregát. Je tvořen krystaly stébelnatého až vláknitého habitu. Radiálně paprsčité agregáty mohou vznikat jako ploché (na puklinách) nebo sférické agregáty ve volných prostorách (například v dutinách).

Přirozený vývin krystalových tvarů Pseudomorfózy Pseudomorfozami nazýváme takové krystalové tvary, u nichž neodpovídá vnitřní stavba vnějšímu tvaru, ať již z hlediska chemického složení, kdy např. vnější tvar odpovídá pyritu (kubická soustava), hmota krystalů je však limonit nebo z hlediska krystalové symetrie, kdy chemické složení zůstalo stejné a nastala pouze strukturní přeměna, jejímž výsledkem je jiná krystalová modifikace. V tomto případě hovoříme o paramorfóze. Ve všech podobných případech je krystalový tvar starší a odpovídá původnímu minerálu, který byl zastoupen minerálem novým, mladším. Ten zpravidla vyplňuje jen prostor původního minerálu, a tím přebírá jeho krystalový tvar.

Přirozený vývin krystalových tvarů Pseudomorfózy

Schéma vzniku různých druhů pseudomorfóz Vývoj se může v kterémkoliv okamžiku vývoje zastavit. Častá je i možnost pokrytí původního minerálu A vrstvou minerálu C bez vyluhování (perimorfózy s obsahem primárního minenrálu v centru)

Systematická mineralogie I

Princip mineralogického systému.

Systematický přehled nejdůležitějších minerálů ze skupiny prvků, sulfidů, halogenidů, oxidů, karbonátů, sulfátů a fosfátů. Základní vlastnosti těchto minerálů, možnosti jejich technického použití a významu, jejich ložiska a výskyty.

Klasifikace minerálů Principy členění minerálů podle Strunzova krystalochemického systému. · Minerály rozděleny do deseti tříd podle příbuznosti aniontů nebo aniontových skupin. · Minerály se stejnou aniontovou skupinou mají podobné vlastnosti a vyskytují se ve stejných nebo podobných paragenezích. · Třídy se dělí na oddělení podle poměru hlavních prvků, přítomnosti cizích aniontů nebo podle krystalové struktury. · Oddělení mohou být rozdělena na minerální řady nebo skupiny minerálů podle podobného složení.

·

Nejnižším stupněm dělení je minerální druh.

Klasifikace minerálů Nejpoužívanější klasifikace minerálů zahrnuje tyto třídy (zjednodušený přehled): 1.

Třída prvků

2.

Třída sulfidů

3.

Třída halogenidů

4.

Třída oxidů a hydroxidů

5.

Třída karbonátů

6.

Třída borátů

7.

Třída sulfátů

8.

Třída fosfátů

9.

Třída silikátů

10. Třída organických minerálů

Klasifikace minerálů 9.

Třída silikátů – obsahuje nejvíce minerálních druhů, silikáty tvoří větší část zemské kůry, jednotlivá oddělení se vyčleňují na základě struktury.

a)

oddělení nesosilikátů

b)

oddělení sorosilikátů

c)

oddělení cyklosilikátů

d)

oddělení inosilikátů

e)

oddělení fylosilikátů

f)

oddělení tektosilikátů

Třída prvků Kromě vzácných plynů se vyskytuje v elementárním stavu ještě dalších asi 20 prvků. Tyto pak rozdělujeme na kovy, polokovy a nekovy. Kovy mají jednoduchou strukturu a rozdělují se do tří skupin: 1.

skupina zlata – zlato, stříbro, měď a olovo

2.

skupina platiny - platina, palladium, iridium a osmium

3.

skupina železa - v závislosti na podílu Ni

Kromě toho se v kovovém stavu nacházejí rtuť, tantal, cín a zinek. Polokovy se dělí do dvou skupin: 1.

arsen, antimon, bismut

2.

selen, telur

Důležitými nekovy jsou síra a uhlík (grafit, diamant).

ZLATO

Au

Symetrie: kubická Forma výskytu: Krystaly jsou vzácné, častější jsou drátky, valounky nebo plíšky s charakteristickými trojúhelníčkovými výrůstky

Obsah v zemské kůře: 0,004 ppm Diagnostické znaky: vysoká hustota, vysoký lesk, měkký a kujný kov

Zlato - velikost 5 cm, lokalita Brusson (zdroj Lapis)

ZLATO Fyzikální vlastnosti: T 2,5 - 3; H 19,3; typický je hákovitý lom, intenzivně žlutá barva. Složení a struktura: Téměř vždy je přítomna příměs stříbra, nad 20% Ag se mluví o elektru. Ryzost se vyjadřuje jako počet dílků zlata z 1000.

Vznik a výskyt: Nejčastěji se vyskytuje na hydrotermálních křemenných žilách spjatých s granitickými horninami Velkou skupinu tvoří hydrotermální a metamorfogenní ložiska zlata. Častá je kombinace zlata s Sb minerály. Velmi častá a z ekonomického hlediska výhodná jsou rozsypová ložiska, vzniklá zvětrávacími pochody. Naleziště: Roudný u Vlašimi (křemenné žíly), Mokrsko (granitické horniny), Zlaté Hory, Zlatý Chlum (metamorfogenní ložiska), Otava (rýžoviště), Witwatersrand Jihoafrická republika (zlatonosné metakonglomeráty) Použití: Platidlo, zubní lékařství, elektroprůmysl, kosmický výzkum, šperkařství.

SÍRA

S

Symetrie: rombická Forma výskytu: Krystaly bývají dipyramidální méně tabulkovité. Agregáty jsou celistvé, krápníkovité, práškovité nebo ledvinité.

Fyzikální vlastnosti: H = 2,05; T = 1,5 - 2,5; barva nejčastěji žlutá, může být i zelená nebo červená. Štěpnost nedokonalá, lesk diamantový, vryp bílý, je křehká. Síra je špatným vodičem tepla a rozpadá se po zahřátí v dlani. Vznik a výskyt: Je to nerost spojený s vulkanickou činností - sráží se z vulkanických par. V sedimentech může vznikat síra redukcí sulfátů za přispění baktérií. V neposlední řadě vzniká síra spalováním pyritem bohatého uhlí (požáry slojí, hořící haldy). Naleziště: Radvanice u Trutnova, Oslavany, Kladno (hořící haldy), Tarnobrzeg Polsko (sedimentární ložisko), Sicílie (sopečný původ).

SÍRA Použití: Základní surovina chemického průmyslu. Používá se pro např. výrobu insekticidů a při vulkanizaci gumy. Síra ze Sicílie, velikost 2 cm (zdroj Ďuďa, 1990)

SÍRA Výskyt elementární síry v přírodě: • nadloží solných dómů v USA a Mexiku - síra vznikla redukcí usazenin síranů působením anaerobních baktérií. • sedimentární ložiska v Polsku - síra vznikla redukcí usazenin síranů působením anaerobních baktérií. •

ložiska sopečného původu - vznik sublimací ze sopečných plynů.

Těžba: Do počátku 20. století převážně z ložisek sopečného původu. Vyskytují se v hornatých oblastech kolem Tichého oceánu (Amerika, Nový Zéland, Filipíny, Kamčatka) a v oblasti Středozemního moře (Sicílie, Turecko). Dnes se z těchto ložisek těží v Japonsku, Turecku, Mexiku, Jižní Americe. Z nadloží solných dómů se síra těží v Louisianě, Texasu a Mexiku. Sedimentární (evaporitní) ložiska se vyskytují v jihovýchodním Polsku (Tarnobrzeg) a na Ukrajině, Uzbekistánu, Tadžikistánu, Iráku.

SÍRA Síra jako prvek se nezískává jen z ložisek elementární krystalické síry, ale i z jiných nerostů.

UHLÍK

C

Vyskytuje se ve dvou modifikacích - grafit a diamant. Symetrie: diamant je kubický, grafit je hexagonální, Forma výskytu: Diamant krystaluje převážně v osmibokých krystalech, časté jsou zaoblené plochy a hrany. U grafitu jsou krystaly vzácné, zpravidla se vyskytuje v jemně až hrubě lupenitých agregátech nebo celistvých či zemitých masách.

Diamant, krystal 0,5 cm, Kimberley (zdroj Ďuďa, 1990)

UHLÍK

C

Fyzikální vlastnosti: Diamant H = 3,5; T = 10; dokonalá štěpnost podle (111), diamantový až mastný lesk (závisí na kvalitě ploch), vysoký index lomu se silnou disperzí světla (tzv. “oheň”). Barva je zpravidla šedá, světle žlutavá nebo je bezbarvý. Grafit H = 2,1 - 2,3; T = 1; dokonalá štěpnost podle (001), lesk zemitý až polokovový. Barva je černá, snadno se otírá. Dobře vodí teplo a elektrický proud.

UHLÍK

C

Obě polymorfní modifikace mohou existovat za běžných pokojových podmínek. Důvodem je, že rekonstruktivní přeměna mezi oběma probíhá velmi pomalu. Diamant vzniká za vysokých tlaků, grafit vzniká zpravidla z organických látek postupným zvyšováním teploty. Vznik a výskyt: Primárním zdrojem diamantů jsou kimberlitové trubky (peridotity ze spodní části kontinentální kůry). Díky značné odolnosti přecházejí i do náplavů. Výskyty grafitu jsou spjaty převážně s metamorfovanými horninami. Naleziště: Nejznámější naleziště diamantů jsou v JAR, Indii nebo v jakutské oblasti v Rusku. Grafit se u nás vyskytuje v rulách u Velkého Vrbna a v okolí Českého Krumlova.

UHLÍK

C

Použití: Zlomek diamantů lze využít na šperkařské účely, ostatní těžba je využita k výrobě brusných materiálů nebo řezání skla. Z velké části se ale používají synteticky vyrobené diamanty. Grafit se využívá ve slevárenství jako tavné kelímky, přidává se do olejů a samomazných ložisek, používá se i v elektrotechnice. Diagnostické znaky: Diamant má vysokou tvrdost, grafit je měkký a snadno otiratelný.

Třída sulfidů Převážně rudní minerály, které jsou charakteristické svými fyzikálními vlastnostmi (vysokým leskem a opakností). Obecný vzorec pro tuto třídu minerálů je Xm Zn, kde X představuje kovový prvek a Z nekovový prvek. Poměr X : Z se používá i při rozdělení do jednotlivých oddělení.

Některé sulfidické minerály (minerály vytištěné tučně se vyskytují hojně nebo jsou důležité jako rudy)

GALENIT

PbS

Symetrie: kubická Forma výskytu: Krystaly kubického méně kubooktaedrického typu, může dvojčatět podle (111) nebo (114). Běžné jsou zrnité nebo celistvé agregáty.

Spojky galenitu, zleva {110} a {111}, {100} a {110}, {100} a {110} (zdroj Slavík, 1974)

GALENIT

PbS

Fyzikální vlastnosti: H = 7,5; T = 2,5; barva olověně šedá se silným kovovým leskem. Štěpnost dokonalá podle krychle (100), kruchý. Složení a struktura: Tvoří izomorfní řadu se selenidem olova clausthalitem, přítomno je často velké množství jiných prvků jako Ag, Bi, Cd, Te, As a další. Galenit zpravidla obsahuje velké množství inkluzí, takže některé stopové prvky prokázané analýzou nemusí nutně vstupovat do struktury galenitu. Struktura galenitu je typu NaCl. Každý atom Pb je obklopen šesti atomy síry. Lze si to představit jako tělesově centrované kubické buňky atomů S a Pb, posunuté navzájem o 1/4 tělesové úhlopříčky.

GALENIT

PbS

Velikost krystalů cca 3 cm.

GALENIT

PbS

Vznik a výskyt: Galenit (často doprovázený sfaleritem) se vyskytuje na hydrotermálních žilách Pb-Zn, na žilách a metasomatických ložiscích mladých pásemných pohoří, je častým sulfidem fluorit - barytových žil, vyskytuje se na ložiscích Pb-Zn vulkanosedimentárního typu. Naleziště: Příbram, Vrančice, Stříbro (hydrotermální žilná ložiska), Harrachov (fluorit - barytové žíly), Mežica (Slovinsko), Tri State - Oklahoma (obě v karbonátových horninách). Použití: Důležitá ruda olova a stříbra, přičemž olovo se používá např. pro výrobu baterií, ve zbrojařském průmyslu, nebo se využívá při ochraně před RTG ionizujícím zářením. Diagnostické znaky: kovový lesk, dokonalá štěpnost

SFALERIT

(Fe, Zn)S

Symetrie: kubická Forma výskytu: Krystaly zpravidla tetraedrického vzhledu nebo zdvojčatělá podle (111) nebo (112). Kontaktní a penetrační srůsty způsobují rýhování štěpných ploch. Agregáty kusové, jemně až hrubě zrnité.

Krystal sfaleritu a dvojčata podle (111); o (111), h (100), d (110), zdroj Ježek, 1932.

SFALERIT

(Fe, Zn)S

Fyzikální vlastnosti: H = 4,0; T = 3,5 - 4; barva je závislá na chemickém složení (obsah Fe) od téměř čirých sfaleritů přes žluté, červené, hnědé až k černým. Dokonalá štěpnost podle (110), lesk na krystalech až diamantový. V UV záření jeví různé luminiscenční barvy - modrou, žlutou nebo oranžovou. Složení a struktura: Sfalerit nikdy nebývá čistý, obsahuje poměrně značné množství izomorfních příměsí: Fe, Cd, Mn, Hg, Cu, In, As, Ag a další. Struktura sfaleritu je příbuzná se strukturou diamantu. Atomy Zn jsou obklopeny čtyřmi atomy síry v tetraedrické koordinaci, přičemž Zn atomy tvoří plošně centrovanou kubickou mřížku.

SFALERIT

(Fe, Zn)S

Vznik a výskyt: Sfalerit často doprovází galenit a i jejich podmínky vzniku jsou podobné, takže se vyskytuje na stejných typech ložisek. Naleziště: Kutná Hora, Příbram, Nová Ves u Rýmařova, Zlaté Hory, Horní Benešov Světová naleziště leží v Kanadě, USA, Austrálii Použití: důležitá ruda zinku( přes 90% Zn se získává ze sfaleritu), kadmia a india. Zinek se využívá při galvanizaci Fe (antikorozní povlaky 35 - 40% produkce), na výrobu slitin, v elektrických bateriích nebo k výrobě barev (ZnO), skla, emailů, glazur, důležitý biogenní prvek (tělo dospělého člověka obsahuje asi 2 g Zn) Příprava: Ruda se praží na ZnO, který se dále upravuje elektrolyticky nebo se taví s koksem. Přitom získáváme také Cd nebo Pb (rudy PbS a ZnS se často vyskytují společně). Světová produkce Zn je asi 6 mil.tun ročně.

Diagnostické znaky: tvar krystalů, dokonalá štěpnost

PYRHOTIN

FeS

Symetrie: hexagonální při teplotách nad 254°C, pro teploty nižší monoklinický. Forma výskytu: Prizmatické hexagonální krystaly jsou vzácné, zpravidla tvoří zrnité nebo celistvé agregáty, často bývá vtroušený. Fyzikální vlastnosti: T = 4; H = 4,6 (závisí na složení); barva je světle až tmavě bronzově hnědá s kovovým leskem. Zvláště monoklinické polymorfy jsou silně magnetické. Složení a struktura: Rovný poměr síry a železa mají pyrhotiny pouze za vysokých teplot ( 400°-1190°C). Složení běžného monoklinického pyrhotinu se pohybuje kolem stechiometrie Fe7S8 . Časté jsou příměsi niklu.

PYRHOTIN

FeS

PYRHOTIN

FeS

Vznik a výskyt: Pyrhotin vzniká zpravidla za vysokých teplot, proto je charakteristický pro bazické vyvřelé horniny (gabra, diority), dále vzniká na kyzových polymetalických asociacích, objevuje se na siderit - sulfidických žilách, méně častý je ve skarnech a pegmatitech, vzácný je v sedimentech. Naleziště: Staré Ransko, Norilsk - Rusko, Sudbury - Kanada (vše bazické vyvřeliny), Kutná Hora (polymetalická asociace), Měděnec (skarn) Použití: je ruda Ni, těží se zpravidla spolu s minerály Ni, Cu a Pt Diagnostické znaky: významný magnetismus, bronzová barva

PYRIT

FeS2

Symetrie: kubická Forma výskytu: Krystaly pyritu se vyskytují až v 60-ti různých krystalových tvarech, z nichž nejběžnější je krychle a pentagondodekaedr. S typickým rýhováním krystalových ploch se setkáváme hlavně u krychle. Typická jsou i dvojčata podle (110) - tzv. železný kříž. Běžně se vyskytuje v kusových, zrnitých nebo vtroušených agregátech. Je častým fosilizačním materiálem.

Krystaly pyritu: (a) rýhovaná krychle, (b) pentagon dodekaedr, (c) spojka krychle a pentagon dodekaedru, (d)(e) spojky oktaedru a pentagon dodekaedru (f) penetrační dvojče (110) - železný kříž (zdroj Klein a Hurlbut, 1993)

Krystal pyritu (2 cm) Španělsko (zdroj Ďuďa, 1990)

Krystal pyritu Hnúšťa (Herčko, 1984)

PYRIT

FeS2

Fyzikální vlastnosti: T = 6 - 6,5; H = 4,9 - 5,2; barva je mosazně žlutá, ale může pestře nabíhat, vryp je hnědočerný. Lesk je kovový, lom lasturnatý, štěpnost nezřetelná.

Vznik a výskyt: Pyrit je jeden z nejběžnějších sulfidických minerálů, který vzniká za nejrůznějších podmínek od magmatického procesu, přes pegmatitovou fázi, hydrotermální vznik, vzniká v sedimentech i v metamorfním procesu. Běžný je i ve skarnech, alpských žilách a mořských sedimentech. Naleziště: Kutná Hora (hydrotermální vznik), Dolní Bory (pegmatit), Horní Benešov, Zlaté Hory (metamorfogenní ložiska) a řada dalších. Použití: Používal se pro výrobu kyseliny sírové, často se těží pro obsahy zlata. Diagnostické znaky: vysoká tvrdost, snadno se mění na limonit

MARKAZIT

FeS2

Symetrie: rombická Forma výskytu: Krystaly mohou být tabulkovité podle (001), pyramidální nebo sloupcovité podle a, typická jsou kopinatá dvojčata podle (110) příp. jejich polysyntetické opakování či hřebenovité prorůstání. Tvoří velké bohatství agregátových forem - ledvinité, krápníkovité, kulovité a další. Srostlice markazitu (2,5 cm) Komořany (zdroj Ďuďa, 1990)

Krystal markazitu, cyklická a kopinatá srostlice; c (001), m (110), l (011), r (014), zdroj Slavík, 1974

MARKAZIT

FeS2

Fyzikální vlastnosti: T = 6 - 6,5; H = 4,85 - 4,9; barva zpravidla mosazně žlutá s výraznými náběhovými barvami. Štěpnost dokonalá podle (110), lesk kovový. Složení a struktura: Nad 450°C se mění na pyrit. Základem struktury jsou nejtěsněji uspořádané atomy síry s Fe v šestičetné koordinaci. Vztahy markazit - pyrit nejsou v některých ohledech dostatečně známé.

Struktura markazitu (zdroj Klein a Hurlbut, 1993)

MARKAZIT

FeS2

Vznik a výskyt: Je nízkoteplotním minerálem, vznikajícím i za povrchových podmínek, a při stoupající teplotě se mění na pyrit. Může vznikat jako pozdní minerál v pegmatitech a na hydrotermálních žilách. Významné jsou i akumulace v sedimentech - uhlí nebo jílech. Naleziště: Příbram, Stříbro, Chvaletice, sokolovská pánev Použití: podobné jako u pyritu, ale v menším měřítku Diagnostické znaky: krystalové tvary, přeměna na limonit nebo melanterit

Třída halogenidů V této třídě minerálů je dominantní přítomnost silně elektronegativního prvku ze 7.sloupce periodické tabulky (Cl-, F-, I- a Br-). Tyto poměrně velké anionty lehce vytvářejí sloučeniny s poměrně velkými jednomocnými kationty a výsledkem je zpravidla strukturní uspořádání s vysokou symetrií. Vazby v těchto sloučeninách jsou převážně iontové, sloučeniny jsou zpravidla měkké, nevodivé, se středním nebo vyšším bodem tání. Některé jsou velmi dobře rozpustné ve vodě.

HALIT

NaCl

Symetrie: kubická Forma výskytu: Krystaly jsou převážně kubické. Agregáty jsou celistvé, drobně zrnité, stébelnaté, může tvořit kůry a povlaky.

Krystal halitu (3,5 cm), Searles Lake, Kalifornie (zdroj Lapis)

HALIT

NaCl

Fyzikální vlastnosti: T = 2; H = 2,16; barva bílá, hnědá, červená nebo modrá (je to vše výsledkem přítomnosti nečistot), čistá přírodní sůl je bezbarvá. Štěpnost dokonalá podle krychle, lesk skelný, slabě hygroskopický, ve vodě dobře rozpustný. Průměrný podíl v mořské vodě je 3,5%. Složení a struktura: Izomorfně může do struktury halitu místo Na vstupovat draslík (za vyšších teplot), často obsahuje heterogenní nečistoty jílových minerálů nebo hematitu, které jsou zodpovědné za zbarvení halitu. Struktura NaCl (zdroj Klein a Hurlbut, 1993)

HALIT

NaCl

Vznik a výskyt: Obrovská ložiska halitu vznikají evaporizací (odpařováním) mořské vody, kdy jsou těžena hlavně fosilní ložiska tohoto typu často spolu se sádrovcem a anhydritem. Halit může vznikat i na sopečných fumarolách, nebo tvoří výkvěty na půdách v aridních oblastech. Naleziště: Ostrava (v dolech krápníky vznikající ze solného obsahu nadloží), Prešov; Hallstadt, Bad Ischel (Rakousko - trias), Wieliczka (Polsko), záliv Karabogaz (Kaspické moře), oblast Hannoveru (Dolní Sasko) Použití: halit je důležitá biogenní sloučenina, používá se v potravinářství a chemickém průmyslu Diagnostické znaky: tvrdost, barva, forma výskytu

HALIT

NaCl

Nejvýznamnější naleziště soli na světě

HALIT

NaCl

Použití NaCl v USA (1974, 42,5 mil tun)

Třída oxidů Oxidy tvoří skupinu minerálů s relativně vysokou tvrdostí a hustotou a vyskytují se zpravidla jako akcesorické minerály s vysokou odolností a schopností přecházet do klastických sedimentů. Principielně jsou oxidy sloučeniny kyslíku s kovem a dělí se podle složitosti na oxidy jednoduché a komplexní. Jednoduché oxidy jsou sloučeninou kyslíku a jednoho kovu v různých poměrech (např. CaO, Cu2O), zatímco komplexní oxidy obsahují alespoň dva nestejné kovy v různých strukturních pozicích. Další dělení se provádí na základě přítomnosti vody ve struktuře. Vazby jsou v oxidech převážně iontové. Mezi oxidy je řada minerálů, které mají obrovský ekonomický význam pro získávání Fe, Cr, U, Sn, Ti a dalších prvků.

HEMATIT

Fe2O3

Symetrie: hexagonální Forma výskytu: Krystaly čočkovité, tabulkovité. Agregáty jsou celistvé, zrnité nebo zemité, ledvinité agregáty s radiálně paprsčitou stavbou se nazývají lebníky, častá je forma oolitického hematitu, lístkovité agregáty se označují jako železná slída (spekularit) a v neposlední řadě jsou to nejrůznější zemité agregáty většinou ve směsi s dalšími oxidy a hydroxidy.

Krystal hematitu (2 cm), Švýcarsko (zdroj Ďuďa, 1990)

HEMATIT

Fe2O3 Hematit - lebník (7 cm), Ibrg, Harz (zdroj Muller, 1990)

Krystaly hematitu r (10-11), n (22-43), u (10-14), e (01-12), c (12-32) (zdroj Ježek, 1932)

HEMATIT

Fe2O3

Fyzikální vlastnosti: T = 6 - 6,5 (u krystalů, agregáty až kolem 1); H = 5,26 (krystaly); barva červená, červenohnědá až černá, vryp světle až tmavě červený, lesk krystalů kovový a u některých agregátů pouze matný.

Složení a struktura: Zpravidla mívá příměsi Ti, Mn a inkluze SiO2. Nad 950°C je zcela mísitelný s ilmenitem. Vznik a výskyt: Vzniká při různých teplotách a je obecně rozšířeným červeným pigmentem minerálů a hornin. Ekonomický význam mají ložiska páskovaných hematitů v jaspilitech (prekambrická ložiska) a metamorfovaná forma těchto ložisek (itabirity). Menší ložiskový význam mají oolitická a detritická sedimentární ložiska hematitu a reziduální ložiska Fe a Al rud v tropických oblastech. Naleziště: Lahn - Dill v Porýní, Krivoj Rog na Ukrajině (hemtit v jaspilitech), Itabira v Brazílii, okolí Železného Brodu (itabirity), Mníšek u Prahy (oolitický hematit), Rudňany, Slovinky (Slovensko, siderit - sulfidické žíly se spekularitem), Horní Blatná, Horní Halže (lebníky na mladých rudních žilách), Příbram (na rudních žilách), Elba (světoznámé krystaly). Použití: Významná ruda Fe Diagnostické znaky: barva vrypu

KASITERIT

SnO2

Symetrie: tetragonální Forma výskytu: Habitus krystalů je závislý na teplotách vzniku: vysokoteplotní krystaly bývají dipyramidální zpravidla zdvojčatělé, hydrotermálně vzniklé krystaly jsou jehličkovité a v epitermálních podmínkách je kolomorfní. Téměř vždy (i zdánlivé monokrystaly) bývá zdvojčatělý podle (101) a to i polysynteticky nebo cyklicky. Agregáty zpravidla zrnité. Kasiterit (2,5 cm), Cínovec (zdroj Ďuďa, 1990) Dvojčata kasiteritu podle (011); a (100), m (110), e (101), s (111) (zdroj Ježek, 1932)

KASITERIT

SnO2

Fyzikální vlastnosti: T = 6 - 7, H = 6,8 - 7,1; barva zpravidla hnědá až černá, může být ale i bezbarvý, lesk kovový, štěpnost nedokonalá. V závislosti na příměsích může být polovodičem. Složení a struktura: Izomorfně může být přítomno Fe, Nb a Ta. Vznik a výskyt: Je typickým minerálem cínonosných žul (greiseny) a některých pegmatitů. Je běžný na hydrotermálních Sn - W žilách, vyskytuje se ve skarnech, velký význam mají i subvulkanická ložiska Sn a barevných kovů bolivijského typu. Běžně se těží v náplavech. Naleziště: Cínovec, Krupka, Horní Slavkov (hydrotermální Sn - W mineralizace), Otov, Rožná, Hagendorf - Bavorsko (pegmatity)

Použití: základní ruda Sn; používá se pro výrobu slitin, ve zbrojařském průmyslu

MAGNETIT

Fe3O4

Symetrie: kubická Forma výskytu: Běžně tvoří oktaedrické krystaly, které mohou být zdvojčatělé podle (111), agregáty hrubě zrnité.

Magnetit (2 cm), Švýcarsko (zdroj Ďuďa, 1990) Fyzikální vlastnosti: T = 6, H = 5,18; barva černá, lesk kovový, vryp černý, lom lasturnatý. Je magnetický.

MAGNETIT

Fe3O4

Složení a struktura: Běžné jsou příměsi - Cr, Mg, Al nebo V, za vyšších teplot Ti. Struktura je inverzní spinelová.

Vznik a výskyt: Převážně vysokoteplotní minerál, vzniká ale i za pokojových teplot. V magmatických horninách (hlavně bazických a ultrabazických) tvoří akumulace, hojný je ve skarnech. Na hydrotermálních žilách spíše vzácný, na alpských žilách běžný. Pěkné krystaly bývají v chloritických a mastkových břidlicích, vzniká i v sedimentech za nízkých teplot. Naleziště: Obří důl - Krkonoše, Vlastějovice, Měděnec, Nedvědice (skarny), Bushveldský komplex - JAR (magmatity), Sobotín (v mastkových břidlicích), Použití: ruda Fe Diagnostické znaky: magnetismus, vryp

Třída karbonátů Základem struktury karbonátů jsou aniontové skupiny (CO3)-2, které mezi sebou navzájem nesdílí kyslíkové atomy. Vazba mezi uhlíkem a kyslíky je poměrně pevná, ne však tolik jako v CO2. Důležité bezvodé karbonáty spadají do tří strukturních skupin: řada kalcitu, řada aragonitu a řada dolomitu.

KALCIT

CaCO3

Forma výskytu: U kalcitu bylo popsáno přes 500 krystalových tvarů a 1500 spojek těchto tvarů. Mezi nejběžnější patří: sloupcovité krystaly, klenec, skalenoedr. Agregáty kalcitu jsou kusové, zrnité, stébelnaté, tvoří oolity, konkrece a krápníky.

Kalcitová drůza, Nižná slaná (zdroj Herčko, 1984)

KALCIT

CaCO3

Fyzikální vlastnosti: T = 3; H = 2,71; barva je bílá, šedá, žlutá, hnědavá, růžová nebo je bezbarvý, lesk skelný, dokonale štěpný podle klence. Složení a struktura: Ca může být izomorfně zastupováno Fe, Mn nebo Mg (dokonalá izomorfní mísitelnost je za vyšších teplot).

Krystaly kalcitu horní řada: klenec pozitivní a negativní, prostřední řada: různé spojky klenců, dolní řada zleva skalenoedr, spojka skalenoedru a klence a spojka dvou skalenoedrů (zdroj Ježek, 1932)

KALCIT

CaCO3

Vznik a výskyt: Velmi rozšířený minerál, vznikající během mnoha nejrůznějších procesů. Může vznikat v magmatickém cyklu - je součástí karbonatitů, je velmi častou hlušinovou výplní hydrotermálních žil nejrůznějších typů, vzniká na termálních pramenech, vzniká přímým srážením z mořské vody, je tedy podstatnou součástí sedimentů (vápence, slínovce) a při metamorfóze je součástí mramorů. Často fosilizuje organické zbytky. Velmi časté je nahrazování kalcitu jinými minerály (pseudomorfózy) např. křemenem, limonitem a naopak - kalcit tvoří pseudomorfózy po aragonitu, barytu, fluoritu a dalších. Naleziště: Příbram, Stříbro (krystaly na rudních žilách), Černý důl v Krkonoších, Štramberk (krystaly ve vápencích) a mnoho dalších. Použití: výroba cementu, čiré krystaly se používají jako nikoly Diagnostické znaky: štěpnost

ARAGONIT

CaCO3

Symetrie: rombická Forma výskytu: Sloupcovité krystaly (někdy zploštělé podle (010)), jehlicovité krystaly podle osy c. Dvojčatí podle (110) často i cyklicky tak, že vzniká pseudohexagonální symetrie. Agregáty stébelnaté, paprsčité, vřídlovcovité, keříčkovité nebo krápníkovité. Fyzikální vlastnosti: T = 3,5 - 4; H = 2,94; barva bílá, šedá, žlutá, nazelenalá nebo je bezbarvý, lesk skelný až mastný, štěpnost podle (010) málo zřetelná.

ARAGONIT

CaCO3

Složení a struktura: Omezeně může na pozici Ca vstupovat Sr a Pb. Třením v achátové misce může kalcit přecházet na aragonit - ten je stabilnější za vyšších tlaků. Vznik a výskyt: Vzniká za nízkých teplot v připovrchových podmínkách. Objevuje se v pozdních fázích na něktrých hydrotermálních žilách, vzniká během supergenních pochodů na mnoha ložiscích, je běžný produkt vylučování z horkých pramenů (vřídlovec), zvětráváním Ca minerálů v bazaltech nebo se tvoří v jílových sedimentech. Naleziště: Hřídelec u Nové Paky, Hořenec u Bíliny (v bazaltech), Příbram, Špania Dolina (supergenní zóna ložiska) Diagnostické znaky: štěpnost, hustota

MALACHIT

Cu2 CO3 (OH)2

Symetrie: monoklinická Forma výskytu: Krystaly sloupcovité nebo jehlicovité, zpravidla zdvojčatělé podle (100). Agregáty ledvinité s vrstevnatou stavbou, krápníky, povlaky nebo výplně. Fyzikální vlastnosti: T = 3,5 - 4; H = 3,9 - 4,03; barva v různých odstínech zelené, někdy až do černa. Lesk podle formy výskytu skelný až zemitý, dokonale štěpný podle báze, vryp zelený.

Řez kolomorfním agregátem malachitu, Zair (zdroj Ďuďa, 1990)

MALACHIT

Cu2 CO3 (OH)2

Složení a struktura: Základem struktury jsou koordinační oktaedry CuO2(OH)4 a CuO4(OH)2. Ty jsou hranami propojeny do řetězců ve směru osy c. Jednotlivé řetězce jsou pak prostorově provázány pomocí skupin CO32. Vznik a výskyt: Běžný produkt oxidace Cu rud v gosanech nejrůznějších typů ložisek. Naleziště: Tsumeb (Namíbie), Špania Dolina (Slovensko), Nová Ves u Rýmařova, Borovec u Štěpánova, Ludvíkov u Vrbna Diagnostické znaky: barva, agregace

AZURIT

Cu3 (CO3)2 (OH)2

Symetrie: monoklinická, oddělení monoklinicky prizmatické Forma výskytu: Sloupcovité nebo tabulkovité krystaly, agregáty práškovité nebo kůrovité. Fyzikální vlastnosti: T = 3,5 - 4; H = 3,77; barva modrá až černě modrá, vryp modrý. Lesk na krystalech vyšší než na agregátech, štěpnost (100) dokonalá. Azuritový povlak, Piesky (zdroj Herčko, 1984)

AZURIT

Cu3 (CO3)2 (OH)2

Složení a struktura: Ionty Cu jsou v koordinaci se dvěma kyslíky a dvěma hydroxylovými skupinami. Tyto "tetragonální" skupiny jsou propojeny do řetězců podél osy b, které jsou provázány skupinami CO3. Každá OH skupina je sdílena třemi ionty Cu a každý kyslík z CO3 skupiny je vázán na jeden atom Cu. Vznik a výskyt: Běžný produkt oxidace Cu sulfidických rud, doprovázející malachit. Naleziště: Špania Dolina, Tsumeb (Namíbie) Diagnostické znaky: barva, štěpnost

Třída sulfátů Základem struktury sulfátů je malý kationt síry v tetraedrické koordinaci s kyslíky - aniontová skupina (SO4)-2.

BARYT

BaSO4

Symetrie: rombická Forma výskytu: Krystaly jsou převážně tabulkovité podle báze nebo sloupcovité (rakve) podle osy a, často hojnoploché. Agregáty bývají zrnité. Fyzikální vlastnosti: T = 3 - 3,5; H = 4,5; barva šedá, žlutá, nazelenalá, modrá, červená, lesk na krystalových plochách skelný, jinak matný, dokonale štěpný podle báze, zřetelně štěpný podle (210).

Baryt, Banská Štiavnica (zdroj Herčko, 1984)

Různé typy krystalů barytu (zdroj Bernard, 1992)

BARYT

BaSO4

Složení a struktura: Běžně bývá izomorfně přimíšeno Sr nebo Pb, mechanickou nečistotou bývá Fe2O3. Vznik a výskyt: Je to běžný středně až nízce teplotní minerál postmagmatického a sedimentárního původu. Běžný je na některých hydrotermálních žilách (asociace fluorit-barytová), je součástí hydrotermálně sedimentárních ložisek, vzniká i krystalizací z termálních vod, a na řadě typů sedimentárních ložisek (reziduální zvětraliny, evaporitová ložiska nebo ve vápencích). Naleziště: Příbram, Jihlava, Stříbro, Harrachov, Moldava (hydrotermální žíly), Štěpánovice a Květnice u Tišnova (čočky ve vápencích), Kladno (na trhlinách pelosideritů), Kozákov, Studenec (dutiny bazaltů) Použití: při těžbě ropy na výplach vrtů, ve stavebniství na RTG absorbující omítky, výroba barev, plnidlo v papírenství a gumárenství

Diagnostické znaky: hustota

SÁDROVEC

CaSO4 . 2H2O

Symetrie: monoklinická Forma výskytu: Je známo asi 70 jednoduchých tvarů krystalů sádrovce, z nichž nejčastější jsou krystaly tabulkovité podle (010), sloupcovité nebo čočkovité. Zcela běžné jsou také srůsty podle (100) tzv. "vlaštovčí ocas" nebo podle (001) tzv. "pařížská dvojčata". Agregáty bývají zrnité, celistvé, vláknité (selenit) nebo lupenité. Fyzikální vlastnosti: T = 2; H = 2,32; zpravidla bezbarvý bílý, šedý nebo nažloutlý, lesk skelný na štěpných plochách perleťový. Štěpný velmi dokonale podle (010).

Krystaly sádrovce (a) a dvojče (b) podle (100); n (111), f (110), b (010), e (001) (zdroj Klein a Hurlbut, 1993)

SÁDROVEC

CaSO4 . 2H2O

Složení a struktura: Se zvyšující se teplotou postupně ztrácí vodu (přes bassanit až k anhydritu), zpravidla obsahuje řadu mechanických příměsí. Vznik a výskyt: Typický minerál sedimentárních a zvětrávacích procesů (evapority, jílové sedimenty, zvětrávací kůry ložisek), méně často vzniká na fumarolách. Naleziště: Hromnice, Chvaletice (zvětrávání kyzových ložisek), Kateřinky a Kobeřice u Opavy (v sedimentech), v hnědouhelných pánvích Použití: výroba sádry Diagnostické znaky: štěpnost, krystalové tvary a srůsty Postupná dehydratace sádrovce se zvyšující se teplotou zdroj Klein a Hurlbut, 1993)

SÁDROVEC

CaSO4 . 2H2O

Složení a struktura: Se zvyšující se teplotou postupně ztrácí vodu (přes bassanit až k anhydritu), zpravidla obsahuje řadu mechanických příměsí. Vznik a výskyt: Typický minerál sedimentárních a zvětrávacích procesů (evapority, jílové sedimenty, zvětrávací kůry ložisek), méně často vzniká na fumarolách. Naleziště: Hromnice, Chvaletice (zvětrávání kyzových ložisek), Kateřinky a Kobeřice u Opavy (v sedimentech), v hnědouhelných pánvích Použití: výroba sádry Diagnostické znaky: štěpnost, krystalové tvary a srůsty Postupná dehydratace sádrovce se zvyšující se teplotou zdroj Klein a Hurlbut, 1993)

Třída fosfátů Základní jednotkou struktury fosfátů je aniontová skupina (PO4)-3.

APATIT

Ca5 (PO4)3 (F, Cl, OH)

Symetrie: hexagonální Forma výskytu: Krystaly jsou velmi rozmanitých forem - krátce i dlouze sloupcovité, jehlicovité nebo tabulkovité podle báze. Většinou převažuje prizma, báze nebo dipyramida. Agregáty nejčastěji zrnité nebo celistvé, ale i oolitické, vláknité či zemité. Krystaly apatitu (0,5 cm) Gunheath Pit, Cornwall (zdroj Lapis) Fyzikální vlastnosti: T = 5; H = 3,15 - 3,2; barva šedá, žlutá, zelená, modrá, hnědá někdy i čirý, lesk skelný, nezřetelně štěpný podle báze.

APATIT

Ca5 (PO4)3 (F, Cl, OH)

Složení a struktura: Ve struktuře se běžně zastupují F, Cl, (OH) a CO3. Skupina PO4 může být nahrazována SO4 nebo i SiO4. Za vápník nejčastěji substituují Sr a Mn. Vznik a výskyt: Běžný akcesorický minerál hornin nejrůznějšího genetického typu. Zcela běžný je v magmatických a metamorfovaných horninách, krystalovaný bývá v pegmatitech a greisenech. Vzácněji se objevuje na hydrotermálních žilách a alpských žilách. Naleziště: alkalické horniny na poloostrově Kola, Rožná, Dobrá Voda (pegmatity), Horní Slavkov, Krupka (greiseny)

Použití: zdroj fosforu, surovina pro přípravu syntetických hnojiv. Diagnostické znaky: barva, krystalové tvary

Systematická mineralogie II

Silikáty - základní klasifikace na základě struktur.

Systematický přehled nejdůležitějších minerálů ze skupiny silikátů. Přehled technického použití vybraných minerálů a jejich výskyt.

Silikáty cca 1050 minerálů, tj. 26 % známých minerálů (údaj k r. 2002)

Silikáty jsou vůbec nejdůležitější skupinou minerálů – podle kvalifikovaných odhadů tvoří asi 75 % zemské kůry, spolu s křemenem (který je jim strukturně blízký) dokonce asi 95 %. Zemská kůra obsahuje 49,13 % O a 26 % Si. Silikáty představují velmi důležitou skupinu nerostných surovin (keramický a sklářský průmysl, stavební průmysl, těžba některých kovů atd.). Z těchto důvodů je silikátům věnována mimořádná pozornost ze strany přírodovědců i technologů.

Struktury silikátů Silikáty - převažující minerály v horninách zemské kůry a svrchního pláště. Převážná část hlavních horninotvorných minerálů (křemen, živce, amfiboly, pyroxeny, slídy a další). Velmi rozsáhlá skupina, která se dále člení na základě struktury. Základem struktury je tetraedrická skupina [SiO4]-4, která má schopnost polymerizace, tzn. může vytvářet skupiny, řetězce, sítě nebo celé prostorové mřížky. Iont Si+4 je ve struktuře řady silikátů nahrazen iontem Al+3, což je nezbytně nutné pro vstup dalších kationtů do struktury.

Do struktur silikátů vstupují převážně prvky - Ca, Mg, Fe, Na, Mn, K, Ti a některé další.

Struktury silikátů • Základní strukturní jednotkou silikátů je koordinační tetraedr [SiO4]4• Tetraedr se polymerizuje do skupin, řetězů, vrstev nebo prostorově.

model kuličkový se znázorněním vazeb

model polyedrický

Struktury silikátů • Základní strukturní jednotkou silikátů je koordinační tetraedr [SiO4]4• Tetraedr se polymerizuje do skupin, řetězů, vrstev nebo prostorově. •[SiO4]4-

Nezávislé tetraedry

Nesosilikáty

•Příklady: olivín granáty

•[Si2O7]6-

Dvojice tetraedrů

Sorosilikáty

•Příklad: lawsonit

•n[SiO3]2- n = 3, 4, 6

Cyklosilikáty

•Příklady: benitoit BaTi[Si3O9] • axinit Ca3Al2BO3[Si4O12]OH • beryl Be3Al2[Si6O18]

Struktury silikátů • Základní strukturní jednotkou silikátů je koordinační tetraedr [SiO4]4• Tetraedr se polymerizuje do skupin, řetězů, vrstev nebo prostorově.

•[SiO3]2- jednoduché řetězce tetraedrů •pyroxeny

Inosilikáty

[Si4O11]4dvojité řetězce tetraedrů amfiboly

Struktury silikátů • Základní strukturní jednotkou silikátů je koordinační tetraedr [SiO4]4• Tetraedr se polymerizuje do skupin, řetězů, vrstev nebo prostorově.

•[Si2O5]2Vrstvy tetraedrů •slídy mastek jílové minerály serpentin

Fylosilikáty

Struktury silikátů • Základní strukturní jednotkou silikátů je koordinační tetraedr [SiO4]4• Tetraedr se polymerizuje do skupin, řetězů, vrstev nebo prostorově.

•[SiO2] 3-D kostra tetraedrů: plně polymerizovaná •křemen živce zeolity

Tektosilikáty

Nesosilikáty: nezávislé (izolované) tetraedry [SiO4]4-

•Do prostorové struktury jsou propojeny přes iontové vazby s jinými kationty (nejčastěji Fe, Mg, Ca, Li, Be, Zn, Al). •Uspořádání atomů ve strukturách nesosilikátů je těsné a proto mají relativně vysokou hustotu a tvrdost. •Nezávislé tetraedry nevytváří žádný přednostní směr, takže štěpnost zpravidla chybí. •Substituce Al za Si v tetraedrických pozicích je zanedbatelná.

Nesosilikáty: nezávislé (izolované) tetraedry [SiO4]4Olivín - obecné označení minerálů, které jsou svým složením mezi dvěma krajními členy neomezeně mísitelné olivínové řady - forsteritem (Mg2SiO4) a fayalitem (Fe2SiO4).

V přírodě mají běžné olivíny podíl kolem 20% fayalitové komponenty. Chemický vzorec: forsterit - Mg2SiO4 a fayalit - Fe2SiO4 Symetrie: rombická, oddělení rombicky dipyramidální

Forma výskytu: Zpravidla krátce sloupcovité krystaly, které mohou srůstat podle (031) nebo hrubě zrnité agregáty Olivín v bazaltu u Podmoklic (zdroj Ďuďa, 1990)

Krystaly olivínu; a (100), b (010), C (001), m (110), s (120), r (130), h (011), k (021), d (101), p (111), f (121) (zdroj Ježek, 1932)

Nesosilikáty: nezávislé (izolované) tetraedry [SiO4]4Složení a struktura: Poměr Fe : Mg kolísá. Vznik a výskyt: jeden z hlavních horninotvorných minerálů v gabrech, peridotitech a bazaltech. Téměř monominerální olivínovou horninou je dunit. Při vyšším zastoupení SiO2 v krystalizující tavenině reaguje za vzniku enstatitu (pyroxen). V metamorfovaných horninách je přítomen v dolomitických mramorech a erlanech. Při alteraci olivinických hornin dochází k přeměně na minerály serpentinové skupiny. Naleziště: Smrčí a Podmoklice u Semil (olivinické bazalty), Sušice (skarn), Višňová u Moravského Krumlova (dolomitický mramor) Použití: některé odrůdy (chryzolit) mají využití ve šperkařství

Nesosilikáty: nezávislé (izolované) tetraedry [SiO4]4Granát A2+3 B3+2 [SiO4]3 “Pyralspity” - B = Al Pyrop: Mg3 Al2 [SiO4]3 Almandin: Fe3 Al2 [SiO4]3 Spessartin: Mn3 Al2 [SiO4]3 “Ugrandity” - A = Ca Uvarovit: Ca3 Cr2 [SiO4]3 Grossular: Ca3 Al2[SiO4]3 Andradit: Ca3 Fe2 [SiO4]3

Nesosilikáty: nezávislé (izolované) tetraedry [SiO4]4Granáty - skupina je tvořena řadou koncových členů, mezi kterými je úplná nebo omezená izomorfní mísitelnost. Běžné přírodní granáty jsou zpravidla směsí dvou a více koncových členů. Symetrie: kubická, oddělení hexaoktaedrické Forma výskytu: Krystaly nejčastěji ve formě dvanáctistěnu nebo čtyřiadvacetistěnu, resp. jejich spojek. Často tvoří jen izometrická zrna nebo jemně až hrubě zrnité agregáty. Almandin krystal 2 cm, Itálie (zdroj Ďuďa, 1990)

Nejběžnější krystaly granátu; d (110), n (211), s (321) (zdroj Klein a Hurlbut, 1993)

Nesosilikáty: nezávislé (izolované) tetraedry [SiO4]4Fyzikální vlastnosti: Barva a další fyzikální vlastnosti granátů závisí na jejich chemickém složení. Barva: pyropu - temně rudá, almandinu - červená nebo červenohnědá, spessartinu hnědočervená, grossulár - zelený nebo žlutavý, andradit - zelenavý nebo hnědavý a uvarovit - smaragdově zelený. Neomezaná mísitelnost je v rámci skupiny "pyralspitové" (pyrop - almandin spessartin) a pak mezi grosulárem a andraditem.

Nesosilikáty: nezávislé (izolované) tetraedry [SiO4]4Vznik a výskyt: pyropy - v ultrabazických horninách (peridotity, serpentinity, kimberlity), almandiny - typické pro metamorfované horniny (svory, ruly, amfibolity), spessartin - ve skarnech, Mn ložiscích a pegmatitech, grosulár nebo andradit - typické pro kontaktní metamorfózu uvarovit - bývá v Cr bohatých hadcích. Naleziště: Měrunice, Třebenice (pyrop v peridotitech českého středohoří), Přibyslavice u Čáslavi (almandin v pegmatitu), Zlatý Chlum u Jeseníku (almandin ve svoru), Budislav, Maršíkov (spessartin v pegmatitech), Švagrov (spessartin v Fe páskovaných rudách), Chvaletice (spassartin v Mn, Fe sedimentárních rudách), Obří důl v Krkonoších (grosulár ve skarnu), Žulová, Vápenná (grosulár v kontaktních skarnech), Mariánská hora v Ústí n. Lab. (andradit ve fonolitu). Použití: jako brusivo nebo šperky Diagnostické znaky: tvrdost, krystalový tvar

Sorosilikáty: dvojice tetraedrů

[Si2O7]6-

silikáty se samostatnými skupinami tetraedrů, diortosilikáty; sóros ř. skupina

Ve strukturách sorosilikátů jsou samostaté (vzájemně nazávislé) skupiny křemíkkyslíkových tetraedrů. Nejčastěji jde o dvojice tetraedrů spojené prostřednictvím jednoho společného atom u kyslíku, takže společně tvoří skupinu [Si2O7]6-. K sorosilikátům řadíme i minerály se smíšenou strukturou, které mají ve strukturách současně izolované tetraedry [SiO4]4– i dvojice tetraedrů [Si2O7]6- (řada epidotu, vesuvian). Horninotvorný význam mají zejména sorosilikáty řady epidotu.

Sorosilikáty: dvojice tetraedrů

[Si2O7]6-

Epidot Chemický vzorec: Ca2 (Fe+3, Al) Al2 (SiO4) (Si2O7) O (OH) Forma výskytu: Krátce i dlouze sloupcovité často hojnoploché krystaly protažené podle osy b (známo kolem 200 tvarů), některé plochy bývají výrazně rýhované. Častý je srůst podle (100). Agregáty zrnité nebo celistvé. Fyzikální vlastnosti: T = 6,5; H = 3,3 - 3,5; barva v různých odstínech zelené až zelenočerné, lesk skelný, štěpnost dokonalá podle (100). Složení a struktura: Poměry Al : Fe jsou proměnlivé, může mít izomorfní příměsi Mn nebo Cr. Vznik a výskyt: Vzniká při alteraci vyvřelých hornin. Nejkrásnější krystaly pocházejí z alpských žil, objevuje se i v kontaktně metamorfovaných skarnech. Naleziště: Sobotín, Markovice, Krásné u Šumperka (alpská parageneze), na puklinách granitoidů brněnského masívu (Dolní Kounice), Žulová, Vápenná (kontaktní skarny). Použití: výjimečně jako šperk Diagnostické znaky: barva a tvary krystalů

Cyklosilikáty: uzavřené kruhy tetraedrů n[SiO3]2- n = 3, 4, 6 silikáty s kruhovou vazbou tetraedrů, kruhové silikáty

Tetraedry [SiO4]4– jsou spojeny do samostatně uložených prstenců, nejčastěji šestičlánkových, takže vzniká skupina [Si6O18]12– (beryl, cordierit, turmalíny atd.). Méně časté jsou cyklosilikáty s trojčlánkovými (benitoid) či čtyřčlánkovými (axinit, neptunit) prstenci. Tvar prstenců výrazně ovlivňuje symetrii cyklosilikátů – nejčastěji jsou trigonální či hexagonální.

Cyklosilikáty: uzavřené kruhy tetraedrů n[SiO3]2- n = 3, 4, 6

Beryl Chemický vzorec: Be3Al2 (Si6O18) Symetrie: hexagonální, oddělení dihexagonálně dipyramidální Forma výskytu: Krystaly mají tvar dlouhých hexagonálních sloupců. Méně časté jsou tlustě tabulkovité krystaly podle (0001). Beryl, Brazílie (zdroj, Bernard, 1992)

Fyzikální vlastnosti: T = 7,5 - 8; H = 2,65 - 2,8; barva obecného berylu je žlutozelená, lesk skelný. Drahokamové odrůdy jsou průhledné s barvou zelenou (smaragd), světle modrou (akvamarín), růžovou (morganit), žlutou (heliodor) nebo purpurově červenou (bixbit). Štěpnost nedokonalá podle (0001).

Cyklosilikáty: uzavřené kruhy tetraedrů n[SiO3]2- n = 3, 4, 6 Složení a struktura: Ve struktuře jsou šestičetné prstence Si tetraedrů uloženy rovnoběžně s bází. Be v 4-četné a Al v 6-četné koordinaci propojují tyto aniontové skupiny ve vertikálním i horizontálním směru. Kruhy SiO4 tetraedrů jsou v jednotlivých vrstvách uloženy nad sebou, takže ve struktuře vznikají poměrně široké "kanály" ve směru osy c. V těchto kanálech mohou být uloženy ionty (Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, OH, F) nebo neutrální skupiny (H2O, He). Vznik a výskyt: Beryl se vyskytuje převážně ve spojitosti s kyselým granitickým magmatem - v pegmatitech, albititech a greisenech. Méně častý je na alpských žilách a ve svorech v kontaktu s granity (smaragdy). Přechází i do rozsypů. Naleziště: Maršíkov, Lázně Kynžvart, Sobotín, Jeclov, Puklice (pegmatity), Horní Slavkov, Čistá (greiseny), Habachtal (smaragdy ve svoru, Rakousko). Použití: šperkařství, Be ve slitinách zvyšuje tvrdost Diagnostické znaky: barva, tvar krystalů

Inosilikáty silikáty s řetězovou vazbou tetraedrů, řetězové silikáty; inós ř. vlákno

Tetraedry [SiO4]4– jsou uspořádány do “nekonečných” řetězců, nejčastěji jednoduchých nebo dvojitých. Řetězce jsou ve struktuře uloženy navzájem rovnoběžně. Tetraedry jsou kolem osy řetězce různě natočeny, takže ve směru řetězců se opakují různě dlouhé skupiny tetraedrů. Nejčastějšími kationty jsou Fe2+, Mg2+, Mn2+, Al3+, Ca2+ a Na1+. Některé inosilikáty obsahují i “cizí” anionty jako (OH)– a F–.

Inosilikáty často vytvářejí sloupcovité, stébelnaté až vláknité krystaly protažené ve směru řetězců, které obvykle tvoří nepravidelně, rovnoběžně nebo paprsčitě uspořádané agregáty. Rovnoběžně s řetězci probíhají velmi často plochy štěpnosti.

Inosilikáty Mezi inosilikáty patří především:

a) pyroxeny

Inosilikáty s jednoduchými dvojčlánkovými řetězci (ve směru řetězců se periodicky opakuje skupina dvou tetraedrů [Si2O6]4–). Jsou monoklinické (2/m) a rombické (2/m2/m2/m).

b) amfiboly

Inosilikáty s dvojitými dvojčlánkovými řetězci (skupina [Si4O11]6–). Jsou monoklnické (2/m) a rombické (2/m2/m2/m). Velmi složitá skupina sestávající z několika izomorfních řad s velkým počtem krajních členů.

Inosilikáty Pyroxeny a amfiboly patrí k významným horninotvorným minerálům magmatických a silněji metamorfovaných hornin. V důsledku podobné struktury jsou často vzájemně makroskopicky natolik podobné, že jejich rozlisení může činit obtíže. Hlavní rozpoznávací znaky pyroxenů a amfibolů jsou: pyroxeny většinou krátce sloupcovité

amfiboly habitus většinou dlouze krystalů sloupcovité, stébelnaté, jehličkovité příčný průřez většinou většinou šestiúhelníkovitý krystalů osmiúhelníkový nebo nebo kosočtverečný čtvercový štěpnost podle {110} dobrá, podle {110} dokonalá, štěpné plochy svírají štěpné plochy svírají úhel úhel cca 90° , bývají cca 120°. Často skelný lesk stupňovité. na štěpných plochách. v mikroskopu

většinou bezbarvé často výrazně zbarvené, nebo nahnědlé, bez hlavně zeleně, výrazný pleochroizmu nebo pleochroizmus, úhel jen slabý zhášení 0–24°. pleochroizmus, úhel zhášení 30–50°.

Inosilikáty s jednoduchými řetězci tetraedrů [SiO3]2- - pyroxeny Minerály této skupiny mohou být izomorfní směsi asi dvaceti koncových členů, které jsou definovány v klasifikaci Morimota (1989). Obecný vzorec pyroxenů lze psát ve tvaru:

XYZ2O6

X atomy Na+, Li+, Ca+2, Mg+2, Fe+2 nebo Mn+2 a odpovídá strukturní pozici M2. Y atomy Mn+2, Fe+2, Mg+2, Fe+3, Al+3, Cr+3, Ti+3 a odpovídá strukturní pozici M1. Z je tetraedrická pozice v silkátovém řetězci a je obsazována atomy Si+4 a Al+3. Kationty v pozici X (M2) mají zpravidla větší iontový poloměr než kationty v pozici Y.

Podle uvedené klasifikace se pyroxeny člení do několika skupin na základě svého chemického složení. Pro potřeby základního přehledu můžeme vyčlenit řadu rombických pyroxenů (enstatit - ferrosilit), řadu monoklinických pyroxenů diopsid - hedenbergit a řadu monoklinických alkalických pyroxenů (aegirín, jadeit).

Inosilikáty s jednoduchými řetězci tetraedrů [SiO3]2- - pyroxeny

Inosilikáty s jednoduchými řetězci tetraedrů [SiO3]2- - pyroxeny Přehled pyroxenů: řada Mg2Si2O6 (enstatit) - Fe2Si2O6 (ferrosilit) Pyroxen s převahou enstatitové složky se vyskytuje v bazických a ultrabazických horninách (gabra, nority, pyroxenit) a ve vysoce metamorfovaných horninách (granulity). Ferrosilit je vzácný. řada CaMgSi2O6 (diopsid) - CaFeSi2O6 (hedenbergit) Diopsidické pyroxeny jsou typické pro kontaktně metamorfované karbonátové horniny a pro metamorfované horninyfacie granátických amfibolitů bohatši na Mg. Pyroxeny s převahou hedenbergitové složky se uplatňují hlavně v kontaktně a regionálně metamorfovaných horninách bohatých Fe (erlány, skarny), méně často gabrech, syenitech a pegmatitech. (Ca, Na) (Mg, Fe, Al, Ti) (Si,Al)2O6 (augit) Augity mívají zpravidla velmi komplikované složení a tvoří nejrůznější přechody mezi koncovými členy (např. eagirinaugit, Ti - augit). Je to minerál bazických a ultrabazických intruzív (gabra) a efuzív (bazalty, pyroklastické horniny), běžný je v alkalických horninách. Při metamorfóze se mění (uralitizace) na amfiboly.

„Ideální“ pyroxenové řetězce s pravidelným opakováním dvojic tetraedrů po 5.2 A jsou deformovány pokud pozice M1 okupují jiné kationty

Pyroxenoidy

17.4 A 7.1 A

12.5 A

5.2 A

Pyroxen

Wollastonit (Ca  M1)

Rhodonit MnSiO3

Pyroxmangit (Mn, Fe)SiO3

Inosilikáty s dvojiými řetězci tetraedrů [Si4O11]4- - amfiboly

Inosilikáty s dvojiými řetězci tetraedrů [Si4O11]4- - amfiboly Jedná se o rozsáhlou skupinu horninotvorných minerálů, jejichž složení je zpravidla poměrně komplikované a vyjadřuje se pomocí velkého množství koncových členů. Platná klasifikace amfibolů je v práci Leake et al. (1998).

Obecný vzorec amfibolů je A0-1 B2 CVI5 TIV8 O22 (OH,F,Cl)2, kde pozici T můžou obsazovat atomy Si, Fe, Al, Cr, pozici C atomy Al, Cr, Ti, Fe+3, Mg, Fe+2 a Mn, pozici B pak Fe+2, Mg, Mn, Ca a Na a pozici A atomy Na, K a Li. Na základě chemického složení lze amfiboly rozdělit do 4 skupin: •Fe-Mg-Mn-Li amfiboly mají Ca+Na v pozici B zastoupeny méně než 1,34 apfu (atom per formula unit - atomů na vzorcovou jednotku); (Ca+Na)B < 1,34 •Ca amfiboly (vápenaté) mají (Ca+Na)B > 1,34 a NaB < 0,67 apfu •Na-Ca amfiboly (sodno-vápenaté) mají (Ca+Na)B > 1,34 apfu a 0,67 < NaB <1,34 apfu •alkalické amfiboly mají NaB > 1,34 apfu Kromě toho je v terminologii vypracován systém různých předpon a přípon ke jménům jednotlivých amfibolů, které vyjadřují zvýšenou přítomnost nebo naopak absenci některých prvků.

Inosilikáty s dvojiými řetězci tetraedrů [Si4O11]4- - amfiboly Přehled amfibolů: antofylit (Mg,Fe)7 Si8O22(OH)2

Vyskytuje se jako sekundární minerál - produkt přeměny minerálů ultrabazických hornin a jako rekční lem na kontaktu s intruzívy. Je také minerálem Mg bohatých hornin facie granátických amfibolitů. tremolit Ca2Mg5Si8O22(OH)2 Je produktem regionální metamorfózy, kdy vzniká z olivínu a pyroxenů. Častý je také v desilikovaných pegmatitech a na žilách alpské parageneze. Zcela běžný je v metamorfovaných mramorech a dolomitech. obecný amfibol složení je zpravidla kombinací pargasitu, tschermakitu, hastingsitu a dalších koncových členů Pojem obecný amfibol se požívá pro běžné horninotvorné amfiboly. Zpravidla se jedná o kombinaci několika krajních členů Ca nebo Na-Ca amfibolů. Variety vulkanických hornin zpravidla podstatněji obsahují Fe+3. Jedná se o běžné horninotvorné amfiboly přítomné ve vyvřelých (syenity, diority, gabra, hornblendity) a metamorfovaných horninách(amfibolity, ruly).

Inosilikáty s jednoduchými řetězci tetraedrů [SiO3]2- - wollastonit Chemický vzorec: CaSiO3 Forma výskytu: Jehlicovité nebo vláknité, často radiálně paprsčité agregáty, někdy též zrnitý nebo celistvý. Fyzikální vlastnosti: T = 5 - 5,5; H = 2,8 - 2,9; barva bílá, šedá nebo bezbarvý, lesk skelný, perleťový nebo hedvábný, štěpnost dokonalá podle (100) a (001), dobrá podle (-101) a (-201). Při 1120°C přechází na pseudowollastonit.

Složení : Zpravidla bývá velmi čistý, může mít malý podíl Fe nebo Mn. Vznik a výskyt: Typický kontaktní minerál erlánů, skarnů nebo mramorů, často tvoří až monominerální horninu. Vzniká reakcí kalcitu a křemene za současného uvolnění CO2. Naleziště: Žulová, Vápenná, Bludov, Nedvědice (kontaktní horniny) Použití: ve stavebnictví Diagnostické znaky: agregace, štěpnost

Inosilikáty s jednoduchými řetězci tetraedrů [SiO3]2- - wollastonit

Fylosilikáty: tetraedry [SiO4]4- vázány do dvojrozměrných sítí Většina fylosilikátů má destičkovitý nebo lístkovitý habitus s dokonalou štěpností, což je dáno přítomností nekonečných sítí ve struktuře, jejichž součástí jsou i Si tetraedry. Jednotlivé sítě jsou pak mezi sebou vázány do vrstev poměrně slabými silami. Ve fylosilikátech se mohou vrstvy kombinovat různým způsobem. Klad jednotlivých vrstev může být různý, takže vzniká prostor pro vznik různých polytypů. Vazba mezi vrstevnými komplexy sítí může být různá - jedná se buď o slabé elektrostatické síly spojené přítomností (OH) skupin, nebo může být mezi komplexy sítí umístěn tzv. mezivrstevní kation (zpravidla Na, K, Ca). Tím počet možných kombinací uspořádání struktur opět narůstá. Identifikace fylosilikátů na základě běžných fyzikálních vlastností nebo i chemismu je zpravidla velmi obtížná a je proto třeba využít RTG difrakčních technik. Pomocí nich je možno snadno zjistit mezivrstevní vzdálenost - tedy velikost základního motivu ve směru osy c. Tato vzdálenost (bazálních strukturních rovin) se u běžných fylosilikátů pohybuje od 7 do 21 . 10-10m.

Skupina serpentinu

Do této skupiny patří několik minerálů, z nichž nejběžnější jsou chrysotil a antigorit. Mezivrstevní vzdálenost bývá 7 - 7,4 . 10-10m. Chemický vzorec: Mg6Si4O10(OH)8 Forma výskytu: Antigorit tvoří destičkovité krystaly a šupinkovité agregáty, chrysotil tvoří celistvé nebo vláknité agregáty, často je ve formě azbestu. Fyzikální vlastnosti: T kolem 4, H = 2,5 - 2,6; barva obou žlutavá, zelenavá, hnědozelená, lesk skelný nebo perleťový, antigorit je dokonale štěpný podle báze. Složení a struktura: Antigorit - vrstvy ve tvaru vlnitého plechu. Chrysotil - vrstvy stočené do válců nebo trubiček (makroskopicky pak vlákna). Vznik a výskyt: Oba minerály jsou produktem přeměny olivínu a tvoří z více jak 90% serpentinity (metamorfovaná ultrabazika). Naleziště: Borek u Golčova Jeníkova, Hrubšice, Věžná (hadce) Použití: chrysotil se využívá jako azbest

Diagnostické znaky: lístkovité nebo vláknité agregáty, barva

Skupina serpentinu

Do této skupiny patří několik minerálů, z nichž nejběžnější jsou chrysotil a antigorit. Mezivrstevní vzdálenost bývá 7 - 7,4 . 10-10m.

Jílové minerály Obecné označení minerálů, které tvoří podstatnou část jílů (významě jsou zastoupeny i v půdách) a jsou i zodpovědné za jejich typické vlastnosti - plasticitu, bobtnavost a sorpční schopnosti. Existuje jich celá řada s různými typy struktur a jednotlivé strukturní typy se navzájem kombinují za vzniku tzv. smíšených struktur. KAOLINIT Al4Si4O10(OH)8 Forma výskytu: Tvoří tenké pseudohexagonální destičky a šupinky, agregáty jsou zpravidla celistvé nebo zemité. Fyzikální vlastnosti: T = 1 - 2; H = 2,6; barva bílá, žlutá, hnědavá, ve vlhku je plastický. Složení a struktura: Bývá zpravidla poměrně čistý, mívá hlavně mechanické nečistoty. Vznik a výskyt: Vzniká zvětráváním živců v kyselém prostředí. Je běžný na pegmatitech, v kyselých granitoidech a při intenzivním zvětrávání tvoří rozsáhlá ložiska. Naleziště: Horní Bříza, Lažánky u Veverské Bytíšky, Karlovarsko Použití: surovina keramického průmyslu!!! Diagnostické znaky: plasticita

Skupina slíd Slídy jsou fylosilikáty 2:1 s mezivrstevním kationtem, krystalizující v monoklinické symetrii. Mezi jednotlivými koncovými členy je možná omezená iontová substituce. MUSKOVIT

KAl2(AlSi3O10)(OH)2

Forma výskytu: Krystaly jsou tabulkovité nebo šupinkovité, dvojčata podle (001). Fyzikální vlastnosti: T = 2 - 2,5; H = 2,76 - 2,88; bývá bezbarvý, světle šedý nebo nazelenalý, perleťový lesk. Šupinky jsou pružné, štěpnost dokonalá podle báze. Složení a struktura: Zpravidla zastupuje vždy malé množství Fe, Mg a Ti, v pozici mezivrstevního kationtu může částečně zastupovat Na, Li nebo Ca. Mezivrstevní vzdálenost bývá kolem 10.10-10m. Vznik a výskyt: Je důležitým horninotvorným minerálem v kyselých granitoidech (žula, pegmatit), metamorfitech (fylit, svor) i sedimentech (slepence).

Naleziště: Otov, Bory, Maršíkov (pegmatity), Přibyslavice u Čáslavi (žuly), svory v Jeseníkách Použití: v elektrotechnice Diagnostické znaky: barva, štěpnost

Skupina slíd Slídy jsou fylosilikáty 2:1 s mezivrstevním kationtem, krystalizující v monoklinické symetrii. Mezi jednotlivými koncovými členy je možná omezená iontová substituce. MUSKOVIT

KAl2(AlSi3O10)(OH)2

Forma výskytu: Krystaly jsou tabulkovité nebo šupinkovité, dvojčata podle (001).

BIOTIT

K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH)2

Forma výskytu: Tabulkovité krystaly s pseudohexagonálním průřezem, dvojčatné srůsty podle (001). Agregáty lupenité nebo masívní. Fyzikální vlastnosti: T = 2,5 - 3; H = 2,8 - 3,2; barva tmavě hnědá až černá, lesk perleťový, dokonalá bazální štěpnost. Vznik a výskyt: Běžný minerál vyvřelých hornin (granodiorit, diorit, syenit, pegmatity) a běžný i v metamorfovaných horninách (svor, rula). Zvětráváním se mění na chlority nebo smektity (jílové minerály). Naleziště: Bory, Věžná (pegmatity), Blansko (granodiority), Diagnostické znaky: barva, štěpnost

Tektosilikáty - prostorově propojené tetraedry SiO4 Více než polovina minerálů tvořících zemskou kůru.

Ve struktuře každý kyslík propojuje dva tetraedry a poměr Si:O = 1:2. Struktura je pevná a stabilní. Pokud jsou ve struktuře pouze tetraedry SiO4 je elektricky neutrální a jedná se o minerál ze skupiny SiO2. Ostatní tektosilikáty mají ve struktuře i jiné ionty, nejčastěji Na, Ca, Mg nebo Fe. Část Si+4 iontů musí být nahrazena jiným iontem, zpravidla Al+3. Vznikne nedostatek kladného náboje, který je vyrovnán vstupem výše uvedených kationtů do struktury.

Skupina SiO2 Struktura sestavena pouze z tetraedrů SiO4 a nejsou přítomny žádné další ionty. Existuje minimálně 9 způsobů, jak mohou být tetraedry v prostoru uspořádány to odpovídá existenci jednotlivých polymorfů SiO2 V běžných podmínkách se vyskytují tři základní polymorfy (podle vzrůstající symetrie): nízký tridymit, nízký křemen a nízký cristobalit. Všechny mohou přecházet transformací z jednoho na druhý. Zároveň může každý polymorf přecházet reversibilním procesem na vysokoteplotní formu vyšší křemen - nad 573°C vyšší tridimit nad 870°C vyšší cristobalit nad 1470°C Existují i vysokoteplotní a vysokotlaké polymorfní modifikace SiO2- stišovit (rutilová struktura) a coesit.

KŘEMEN SiO2 Symetrie: hexagonální, nízký křemen oddělení trigonálně trapezoedrické a vyšší křemen oddělení hexagonálně trapezoedrické Forma výskytu: Krystalových tvarů byla popsána celá řada. Dvojčatné srůsty se řídí podle tří zákonů: dauphinéský zákon (alpský) je srůstání pravého křemene s pravým nebo levého s levým podle osy c. brazilský zákon je srůstání levého a pravého křemene podle roviny (11-20). japonský zákon je srůst podle roviny (11-22). Agregáty bývají kusové, zrnité, vláknité nebo stébelnaté s radiálně paprsčitou stavbou.

Levý a pravý křemen

Srůst křemene dauphinéský (vlevo) a brazilský (vpravo)

KŘEMEN SiO2 Křemen, Banská Štiavnica (zdroj Herčko. 1982)

Fyzikální vlastnosti: T = 7, H = 2,65; barva křemene bývá různá a vyčleňují se tyto barevné variety:

Japonský srůst křemene (4 cm), Arkansas (zdroj Lapis)

KŘEMEN SiO2 Křemen, Banská Štiavnica (zdroj Herčko. 1982)

Fyzikální vlastnosti: T = 7, H = 2,65; barva křemene bývá různá a vyčleňují se tyto barevné variety: •ametyst - fialový křemen •citrín - žlutý křemen •záhněda - hnědý nebo kouřový křemen

•morion - černý křemen •mléčný křemen - bílý křemen zakalený vzduchovými bublinkami •křišťál - čirý křemen •růženín - růžový křemen železitý křemen - červený křemen zabarvený šupinkami hematitu

KŘEMEN SiO2 Lesk je skelný, lom lasturnatý. Vzhledem k polaritě osy c jeví piezoelektrické vlastnosti.

Křemen existuje také v mikrokrystalických varietách, z nichž nejznámější jsou chalcedon, achát a jaspis. Složení a struktura: Chemicky bývá čistý. Při teplotě 573°C přechází  křemen (nižší) na  křemen (vyšší) pouhým posunutím atomů ve struktuře bez porušení vazeb. Vznik a výskyt: Nejběžnější minerál magmatických hornin (granity, pegmatity, křemenné diority), metamorfovaných hornin (fylity, svory) i sedimentárních hornin (slepence, pískovce). Běžný je v greisenech, na hydrotermálních žilách, na alpských žilách nebo v rozsypech.

Naleziště: Dolní Bory (záhnědy v pegmatitech), Andělské domky u Žulové (křišťály), Mirošov, Krásné u Šumperka (alpská parageneze), Banská Štiavnica (drůzovitý křemen na hydrotermálních žilách) a řada dalších lokalit. Použití: využíván v průmyslu pro své optické a piezoelektrické vlastnosti, ve šperkařství Diagnostické znaky: tvrdost, krystalové tvary, nedostatek štěpnosti.

Skupina živců Složení minerálů této skupiny lze vyjádřit pomocí trojúhelníkového diagramu ortoklas (KAlSi3O8) - albit (NaAlSi3O8) - anortit (CaAl2Si2O8) Členy v řadě albit - ortoklas se označují jako alkalické živce, členy řady albit - anortit jako plagioklasy. Mimo tyto řady existuje ještě barnatý živec celsian (BaAl2Si2O8). Živce jsou charakterizovány svým složením (podíl koncových členů Or, Ab a An), i svým strukturním stavem. Distribuce atomů Al v tetraedrických pozicích je totiž silně závislá na teplotě krystalizace a teplotní historii každého živce. Živce utuhlé velmi rychle mají vysoký stupeň neuspořádanosti Al - Si (označují se jako vysoké - high), živce krystalizující zvolna se vyznačují vysokým stupněm uspořádání (označení nízké - low).

Nomenklatura plagioklasů a vysokoteplotních alkalických živců (podle Dear, 1963)

ORTOKLAS

KAlSi3O8

Forma výskytu: Krystaly mají krátce sloupcovitý nebo tabulkovitý habitus, velmi často bývá zdvojčatělý. Podle karlovarského zákona jsou to penetrační prorostlice podle osy c, u bavenského zákona podle plochy (021) nebo podle manebašského zákona podle roviny (001). Zpravidla tvoří štěpné agregáty a zrna v horninách. Fyzikální vlastnosti: T = 6; H = 2,57; je bezbarvý nebo světle béžový, šedý, načervenalý, lesk skelný, štěpnost podle (001) a (010) dokonalá.

Složení a struktura: Běžná je přítomnost Na. Je středněteplotním živcem s částečným uspořádáním Al - Si. Vznik a výskyt: Jeden z nejdůležitějších horninotvorných minerálů magmatických hornin (žuly, syenity, aplity, pegmatity) a metamorfitů (ruly). Méně častý je na hydrotermálních a alpských žilách.

ORTOKLAS

KAlSi3O8 Krystaly ortoklasu (zdroj Ježek, 1932)

Naleziště: Dolní Bory, Meclov, Otov (pegmatity), třebíčský masív (syenity), Karlovy Vary, Loket (dvojčata v žulách) Použití: keramický průmysl Diagnostické znaky: barva, štěpnost

Karlovarské dvojče ortoklasu levé a pravé (zdroj Ježek, 1932)

ORTOKLAS

KAlSi3O8

Naleziště: Dolní Bory, Meclov, Otov (pegmatity), třebíčský masív (syenity), Karlovy Vary, Loket (dvojčata v žulách) Použití: keramický průmysl Diagnostické znaky: barva, štěpnost

SANIDIN KAlSi3O8 Forma výskytu: Krystaly mají tabulkovitý habitus s převládajícími plochami (010). Časté jsou srůsty podle karlovarského, manebašského a bavenského zákona. Fyzikální vlastnosti: T = 6; H = 2,56 - 2,62; bezbarvý, šedý, lesk skelný. Štěpnost podle (010) a (001) dokonalá. Složení a struktura: Vysokoteplotní živec, který je za teplot vzniku mísitelný s vysokým albitem. Vyznačuje se vysokým stupněm neuspořádanosti Al - Si.

Vznik a výskyt: Typický minerál výlevných hornin (trachity, ryolity) a kontaktně metamorfovaných hornin. Naleziště: Heřmanov u Teplé (trachyt), Vyhně u Banské Štiavnice (ryolit)

Diagnostické znaky: vyrostlice v efuzívech

Plagioklasová řada albit (NaAlSi3O8) - anortit (CaAl2Si2O8) složení jednotlivých členů podle přítomnost anortitové složky: albit - An0-10, oligoklas - An10-30, andezín - An30-50, labradorit - An50-70, bytownit - An70-90 a anortit - An90-100.

Forma výskytu: Krystaly zdvojčatělé podle karlovarského, manebašského, bavenského, periklinového nebo albitového zákona, agregáty štěpné masy nebo zrna. Fyzikální vlastnosti: T = 6; H = 2,62 - 2,76; barva světle šedá, světle okrová nebo bývají bezbarvé, štěpnost podle (001) a (010) dokonalá. Většina fyzikálních vlastností souvisí s chemickým složením. Složení a struktura: V rámci izomorfní řady různé poměry Na:Ca, běžně bývá nepatrně K. Stupeň uspořádání Al : Si je vysoký. Vznik a výskyt: Běžné horninotvorné minerály vyvřelých (gabro, bazalt, diorit) a metamorfovaných (amfibolit, rula) hornin. Naleziště: téměř všude Použití: keramický průmysl

Diagnostické znaky: štěpnost, zdvojčatění (jen mikroskopicky)

Skupina zeolitů Rozsáhlá skupina vodnatých silikátů s podobným složením a stejným typem geneze. V prostorové základní strukturní kostře jsou uloženy vedle atomů K, Na, Ca i molekuly vody. Kromě toho struktura obsahuje velké dutiny nebo kanály, ze kterých po zahřátí uniká vázaná voda a po ochlazení se může opět vrátit do svých původních pozic. Kromě vody je tento typ struktury schopen absorbovat i další ionty různých velikostí. Této důležité vlastnosti zeolitových struktur se hojně využívá v průmyslu, kde se zeolity používají jako iontoměniče. Zeolity jsou zpravidla dobře krystalované minerály běžné v dutinách a na puklinách bazických vyvřelých hornin nebo v nízce metamorfovaných horninách.

Skupina zeolitů K nejběžnějším zeolitům se řadí natrolit, chabazit a heulandit.