Opća mineralogija i Mineralogija I

radna verzija 2006/07II dio

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

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

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

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

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

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

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

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

- na slajdovima su uz slike brojkama označeni izvori

Određivanje simetrije

• Problemi:– morfologija –pseudoforme– rendgenska istraživanja – “Fridelov zakon” –

na snimkama dobivenim primjenom difrakcijertg-zraka u pravilu je prisutan centar simetrije, stoga se na temelju simetrije difrakcijskih slika materijale može razvrstati samo u 11 tzv. Laueovih grupa npr. svi materijali u rompskomsustavu imaju istu simetriju difrakcijske slike

Simetrija difrakcijske slike

preuzeto iz 1

Laueove grupeLaueova grupa kristalne klase

, 1, m, 2

, mm2, 222, 3

, 3m, 32, , 6

, m2, 6mm, 622, , 4

, 2m, 4mm, 422

, 23

, 3m, 432

1

3

m2

m4

m6

1

m2

m2

m2

m2

m2

m2

m2

m2

m2

m2

m2

m2

33 3

m6

m6

m6

6

m2

m2

m2

m2

m2

m2

m2

m2

m2

6

m4

m4

m4

m4

m4 4

4

4

3 3

33

Određivanje simetrije

• neka su svojstva uvjetovana simetrijom kristala i mogu nam pomoći pri određivanju prave simetrije kristala– prutanja– izjedine– optička aktivnost– piezoelektricitet– piroelektricitet

Prutanja

preuzeto iz Lieber, V.: Il libro dei minerali, Franco Muzzio & C. Editore , 1974

Izjedine

Optička aktivnost

• svojstvo molekula i kristala da zakreću ravninu polarizacije udesno ili ulijevo

• ovisi o valnoj duljini svjetlosti i debljini minerala

• svojstvo je moguće samo kod klasa koje nemaju centra simetrije, s tim da u 6 njih optička aktivnost nije moguća

Piezoelektricitet

• svojstvo kristala da se uslijed usmjerenih pritisaka polarno nabija

• pritisak mora biti duž polarnih smjerova tj. onih čiji suprotni krajevi nisu simetrijski odnosno fizički jednaki

• rastezanje uzrokuje suprotne naboje od pritiska• javlja se kod kristalnih klasa bez centra simetrije

s izuzetkom klase 432• kristali s takvim svojstvima se u električnom

polju rastežu ili stežu

Piezoelektricitet

preuzeto iz 5

preuzeto iz 2

Piroelektricitet

• svojstvo kristala da se električki nabije uslijed promjene temperature

• veličina dipola ovisi o promjeni temperature

• hlađenjem se postiže efekt suprotan onom koji se dobije grijanjem

• dipolni moment moguć samo duž polarnih smjerova koji nemaju simetrijski ekvivalentne smjerove, pa je zato mogućsamo u 10 kristalnih klasa

Simetrija molekula

• osim simetrije kristalnih poliedara može se proučavati i simetrija molekula

• simetrija molekula nije ograničena na simetriju 32 točkaste grupe, mogući su i elementi simetrije koji nisu u skladu s trodimenzionalnim periodičnim rasporedom materije

H2Omm2

∞⁄mmkoronen

6/m 2/m 2/m

preuzeto iz 5

Kristalne strukture• za definiranje kristalne strukture nekog materijala

potrebno je poznavati dimenzije jedinične ćelije, ali i sadržaj te ćelije

Kristalne strukture– u pravile se ćelija prikazuje u projekciji na xy0 ravninu– ishodište je gornjem lijevom kutu– položaj atoma unutar ćelije određen je koordinatama

x, y, z koje su izražene u dijelovima perioda identičnosti duž kristalografskih osi a, b, c

– 0 x, y, z < 1– Z = broj formulskih jedinki u jediničnoj ćeliji

≤

ćelija

+

sadržaj

=

struktura

preuzeto iz 5

preuzeto iz 5

Koordinate atoma

preuzeto iz 5

Z

CsIZ=1

NaClZ=4

preuzeto iz 5 preuzeto iz 1

Elementi simetrije fine strukture

• atomi u kristalnim strukturama su pravilno tj. simetrično raspoređeni

• osim elemenata simetrije prisutnih na kristalnim poliedrima do ponavljanja atoma dovode i elementi simetrije koji uključuju translaciju– vijčane ili helikoidalne osi simetrije– klizne ravnine simetrije

Vijčane osi

• njihova simetrijska operacija sastoji se od zakreta za neki određeni kut i od pomaka dužosi (translacije) za određeni dio periode identičnosti. Koliki je zakret odnosno pomak ovisi o vrsti osi

• u strukturama te osi mogu ići jedino dužsmjerova paralelnih s onima duž kojih na kristalima idu obične osi simetrije

• internacionalni simboli za vijčane osi su 21, 31, 32, 41, 42, 43, 61, 62, 63, 64 i 65

Vijčane osi simetrije

• iz simbola se može zaključiti kakav je zakret odnosno pomak. Iz velikog broja zaključujemo koji je red osi tj. kakav je zakret (u ovom slučaju 90˚), a iz indeksa i broja koliki je pomak, u ovom slučaju za ¼ periode identičnosti duž osi

• ukoliko je os vertikalna zakret je u pravilu u smjeru suprotnom od smjera kretanja kazaljke na satu, a pomak za prije navedeni iznos je prema gore

41

preuzeto iz 1

Klizne ravnine simetrije

• njihova simetrijska operacija sastoji se od zrcaljenja i određenog pomaka duž nekog smjera paralelnog s ravninom simetrije. Koliki je pomak i duž kojeg smjera ovisi o vrsti ravnine simetrije

cbacbcaba

cbacbcaba

c

b

a

rrrrrrrrr

rrrrrrrrr

r

r

r

41

41

41

41

41

41

41

41

41d

21

21

21

21

21

21

21

21

21n

21c

21b

21a

+++++

+++++

Klizne ravnine

preuzeto iz 5

Simboli za osi simetrije

preuzeto iz International Tables for Crystallography

Simboli za ravnine simetrije

preuzeto iz International Tables for Crystallography

Bravaisove rešetke

• jedinične ćelije mogu imati različite oblike ovisno o parametrima jedinične ćelije tj. o sustavu u kojem je materijal kristalizirao

• ćelije se mogu razlikovati i po centriranosti tj. broju čvorova u jediničnoj ćeliji

• Bravais je pokazao da postoji ukupno 14 različitih ćelija koje predstavljaju jedinih 14 mogućih načina periodičnog ponavljanja točaka u prostoru

preuzeto iz 1

preuzeto iz 5

Bravaisove rešetkeTip rešetke Broj čvorova u ćeliji Koordinate čvorova

P 1 0,0,0

A 2 0,0,0; 0,1/2,1/2

B 2 0,0,0; 1/2,0,1/2

C 2 0,0,0; 1/2,1/2,0

I 2 0,0,0; 1/2,1/2,1/2

F 4 0,0,0; 0,1/2,1/2; 1/2,0,1/2; 1/2,1/2,0

R 1ili3

0,0,0

0,0,0; 2/3,1/3,1/3; 1/3,2/3,2/3

Plošne rešetke - kosokutna

preuzeto iz 1

Plošne rešetke - pravokutna

preuzeto iz 1

Plošne rešetke –pravokutna centrirana

preuzeto iz 1

Plošne rešetke - heksagonska

preuzeto iz 1

Plošne rešetke - kvadratična

preuzeto iz 1

Pravila za izbor ćelije

• bridovi jedinične ćelije trebaju se, ako je to moguće, podudarati s osima simetrije

• bridovi moraju biti međusobno povezani elementima simetrije rešetke

• poštujući prethodna pravila treba izabrati najmanju ćeliju preuzeto iz 5

Prostorne grupe

• kombiniranjem 14 Bravaisovih rešetki sa simetrijom 32 kristalne klase i uvođenjem elemenata simetrije s translacijom dolazi se do 230 mogućih kombinacija –prostornih grupa

• predstavljaju 230 mogućih načina na koji se neki motiv može periodično ponoviti u prostoru

Izvod prostornih grupa –monoklinski sustav

• možemo kombinirati dvije Bravaisoverešetke (P i C) s tri točkaste grupe (2/m, 2, m), a obične elemente simetrije možemo zamijeniti s onima koji uključuju translaciju

• elementi simetrije ponavljaju se u pravilu nakon svakih pola periode

Oznake za prostorne grupe

• Internacionalne – mogu se pisati u punom ili skraćenom obliku– simbol se sastoji od dva dijela, prvog iz kojeg

je vidljivo koji je tip Bravaisove rešetke, i drugog iz kojeg se vidi koji su elementi simetrije prisutni npr. Cmca

– na temelju tog simbola može se zaključiti kojoj kristalnoj klasi pripada ta prostorna grupa –Cmca > mmm > 2/m 2/m 2/m

• Schoenfliesovi – ne pružaju toliko informacija pa se sve rjeđe koriste

preuzeto iz 5

Multiplicitet• zbog prisutnih elemenata simetrije neka točka

unutar jedinične ćelije ponavlja se određeni broj puta tj. postoji više točaka koje su ekvivalentne

• broj točaka = multiplicitet• ovisi o prisutnim elementima simetrije i o simetriji

same točke - razlikujemo opći i specijalne položaje

• multiplicitet za opći položaj = broj ploha opće forme u odgovarajućoj klasi * broj čvorova u Bravaisovoj rešetki– Cmca > 8*2=16

Asimetrična jedinica• Kod opisa strukture treba ili navesti sve atome u

jediničnoj ćeliji ili reći o kojoj je prostornoj grupi riječ tj. definirati simetriju i dati podatke za sve atome u asimetričnoj jedinici

• asimetrična jedinica – najmanji dio jedinične ćelije koji će ponovljen putem elemenata simetrije dati čitavu ćeliju – naziv zbog toga jer ne postoji simetrijska veza među točkama unutar asimetrične jedinice

• volumen asimetrične jedinice = volumen jedinične ćelije/multiplicitet općeg položaja

International Tables for Crystallography

International Tables for Crystallography

Kristalne strukture• raspored atoma u kristalnim strukturama uvjetovan

je prvenstveno kemijskim vezama• u mineralima su prisutni svi tipovi kemijskih veza

– ionska– kovalentna– metalna– van der Waalsova– vodikova

• vrlo su česte veze prijelaznog karaktera npr. veza djelomično kovalentnog i djelomično ionskog karaktera

• u istom mineralu atomi mogu biti vezani raznim vezama

veza uključuje valentne elektrone

veza ne uključuje valentne elektrone- međumolekulske veze

Ionska veza

• ostvaruje se među atomima koji se izrazito razlikuju po elektronegativnosti

• atomi ostvaruju energetsku stabilnost otpuštanjem odnosno prihvaćanjem elektrona –nastaju ioni – kationi i anioni

• veza se zasniva na privlačnoj sili različito nabijenih iona – Coulombova sila –proporcionalna umnošku naboja i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti među ionima

• u strukturama je u ravnoteži s odbojnom Bornovom silom

• veza je neusmjerena pa ione možemo smatrati kuglicama

Kovalentna veza

• stabilna elektronska konfiguracija atoma odnosno veza među njima ostvaruje se dijeljenjem elektrona tj. preklapanjem elektronskih orbitala

• ostvaruje se među atomima slične, u pravilu velike elektronegativnosti

• veza je usmjerena zbog usmjerenosti orbitala

preuzeto iz 2

Metalna veza

• među atomima koji se neznatno razlikuju po elektronegativnosti, ali im je elektronegativnost mala

• elektroni su vezani za više jezgara• veze su neusmjerene i relativno slabe

Međumolekulske sile

• van der Waalsova sila – posljedica trenutne asimetrične raspodjele

naboja u molekuli– slaba

• vodikova– posljedica razlike u elektronegativnosti kisika i

vodika– molekula vode je polarno nabijena– naboji razmješteni u vrhovima tetraedra

Kristalne strukture• kod neusmjerenih veza (metalna, ionska) pri

opisu struktura može se koristiti geometrijski pristup tj. atome možemo smatrati kuglicama i možemo promatrati kako se te kuglice slažu

• kod metalne veze svi atomi (kuglice) su jednake veličine, a kod ionskih to u većini slučajeva nije tako

• kod kovalentne veze koja je usmjerena raspored atoma ovisi o orijentaciji orbitala

• kod materijala s molekulskim vezama struktura ovisi o obliku molekula i raspodjeli naboja na njima

Guste slagaline• u strukturama s metalnom vezom atomi se

nastoje čim gušće posložiti. To je zadovoljeno kod gustih slagalina– heksagonska– kubična

- u sloju svaki atom jeokružen sa 6 atoma- između atoma nalaze se šupljine (dva tipa: B i C)-7 atoma – 3+3 šupljine- svaki atom je okružen s12 atoma, 6 u sloju, 3 izsloja iznad i 3 iz sloja ispod

preuzeto iz 1

Heksagonska gusta slagalina - hcp• slaganje tipa ABABAB• simetrija heksagonska• ponavljanje duž [0001]

preuzeto iz 1

Kubična gusta slagalina - ccp

• slaganje ABCABCABC• simetrija kubična, F – tip rešetke• ponavljanje duž [111]

preuzeto iz 1

Volumno centrirana kubična rešetka - bcc

• nešto manja gustoća slaganja• svaki atom okružen je s osam isto takvih atoma

preuzeto iz 2

Strukture s ionskom vezom

• geometrijski pristup, slaganje kuglica različitih veličina – vrijedi ako je veza dominantno ionskog karaktera

• Paulingova pravila1. princip koordinacije2. princip valencije3. dijeljenje zajedničkih elemenata poliedara - I4. dijeljenje zajedničkih elemenata poliedara -

II5. princip racionalnosti - ekonomičnosti

Princip koordinacije

• Oko svakog kationa formira se koordinacijski poliedar izgrađen od aniona. (koordinacijski broj je broj najbližih susjeda koji okružuju neki atom, a koordinacijski poliedar je poliedar koji dobijemo ukoliko linijama spojimo središta tih atoma). Udaljenost kation-anion jednaka je sumi njihovih radijusa. Koordinacijski broj odnosno poliedar ovisni su o relativnim veličinama kationa i aniona tj. rk/ra

princip koordinacije - nastavak

• minimalni broj aniona oko nekog kationa nije limitiran, ali svaki se kation nastoji okružiti s čim većim brojem aniona, ali kako je nužno da se kation i anion dodiruju čim je kation veći oko njega će moći biti veći broj aniona – maksimalan broj aniona limitiran je omjerom radijusa

preuzeto iz 1

Princip valencije

• u stabilnim ionskim strukturama ukupna jakost valentnih veza koje dopiru do nekog aniona jednaka je njegovom naboju

• jakost veze = naboj iona/koordinacijski brojkod CO3 grupe jakost svake C-O veze je

4/3=1 1/3

Dijeljenje zajedničkih elemenata poliedara - I

• svaki zajednički brid ili ploha koju dijele dva susjedna poliedra dovodi do smanjenja stabilnosti strukture – zbog odbijanja kationa

preuzeto iz 2

Dijeljenje zajedničkih elemenata poliedara -II

• ukoliko u strukturi postoje različiti kationi, dijeljenje zajedničkih elemenata koordinacijskih poliedara biti će pogotovo rijetko kod kationa s velikim nabojem i malim koordinacijskim brojem

• zbog dijeljenja zajedničkih bridova i ploha dolazi do smanjivanja zajedničkog elementa te do pomicanja kationa iz središta poliedra tj. dolazi do deformacije poliedra

Princip ekonomičnosti

• broj različitih koordinacijskih poliedara u kristalu je u pravilu mali; bez obzira na kompleksnost sastava postoji samo nekoliko kationskih i anionskih položaja tj. više elemenata zauzima isti položaj u strukturi– npr. amfiboli W0-1X2Y5Z8(OH)2

– W = Na+, K+ u A položaju koordinacija 10-12– X = Ca2+, Na+, Mn2+, Fe2+, Mg2+, Li+ u M4 položaju

koordinacija 8 (heksaedarska)– Y = Mn2+, Fe2+, Mg2+, Fe3+, Al3+, Ti4+ u M1, M2, M3

položajima koordinacija 6 (oktaedarska)– Z = Si4+, Al3+ u T1,T2 položajima – tetraedarska k.– OH = OH-, Cl-, F-

• svojstva kristala su ovisna o tipu veze– materijali s metalom vezom su dobri vodiči

struje, imaju veliku gustoću, mekani su i kovki– kristali s kovalentnom vezom su često tvrdi i s

visokim talištem– kristali s ionskom vezom su krti– materijali s molekulskim vezama su mekani i s

dobrom kalavošću

Izomorfija, izotipija

• pojava da supstance analognih kemijskih formula sa sličnim omjerom radijusa kationa i aniona imaju slične kristalne strukture (isti koordinacijski poliedri zauzimaju isto mjesto u strukturi – ista simetrija) – isti tip strukture

• posljedica slične unutrašnje građe je sličan vanjski izgled – isos (grč.) = isti morphé (grč.) = oblik

Izomorfija - nastavak• primjeri:

– NaCl i PbS – AX struktura halita• Na+ -1,02 Cl- -1,81 omjer radijusa 0,56• Pb2+ -1,33 S2- -1,70 omjer radijusa 0,65

– CaF2 i UO2 – AX2 struktura fluorita• Ca2+ -1,12 F- -1,31 omjer radijusa 0,85• U4+ -1,0 O2- -1,38 omjer radijusa 0,72

– NaNO3 i CaCO3 – AXO3 struktura kalcita• svojstva izomorfnih minerala koja proizlaze iz

strukture su slična (kalavost, izgled), dok su ona koja su posljedica sastava različita (gustoća, tvrdoća, talište)

Izomorfija - strukture

preuzeto iz 1

Izomorfija

• izostrukturne grupe minerala – minerali imaju istu strukturu, zajednički anion ili anionsku grupu, česte su ionske zamjene među članovima grupe (kristali mješanci) npr. Ca u kalcitu je često zamijenjen s Mn, Fe, Mg

polimorfija

rompski

heksagonski

koordinacija 9

koordinacija 6

Polimorfija• pojava da neki element ili spoj, ovisno o PT

uvjetima , kristalizira s različitim strukturama koje nazivamo polimorfnim modifikacija

polýs (grč.) = mnogo

alotropija

preuzeto iz 1

Polimorfni prijelazi

• svaka je polimorfna modifikacija stabilna, kao energetski najpogodnija, u određenim PT uvjetima– u pravilu pri povišenom tlaku stabilnije su

modifikacije s gušće složenim atomima, a pri povišenoj temperaturi one s manjom gustoćom

• ukoliko se uvjeti u kojima je neka modifikacija kristalizirala promijene može se očekivati da će doći do prijelaza u drugu modifikaciju tj. da će doći do polimorfnog prijelaza (transformacije)

Polimorfni prijelazi

• postoji više mehanizama prijelaza:– promjena koordinacijskog broja odnosno rasporeda prvih

susjednih atoma– raspored prvih susjeda ostaje nepromijenjen, a mijenja

se raspored udaljenijih atoma – prijelazi vezani uz uređenost strukture (red-nered)– promjena tipa veze

• ovisno o veličini promjene razlikujemo:– prijelaze koji uključuju manje pomake atoma – brzi i u

pravilu reverzibilni– rekonstrukcijske prijelaze – potrebna velika energija,

spori, a ponekad polimorfna modifikacija zaostane kao metastabilna

promjena koordinacijskog broja

VIIICsCl 445 °C VICsCl

preuzeto iz 5

Promjena rasporeda daljnjih susjeda

tridimit, cristobalit

niskotemperaturni kvarc

visokotemperaturni kvarc

preuzeto iz 1

Uređenost strukture

• atomi nekog elementa mogu biti raspoređeni statistički na više položaja u strukturi ili pak može doći do koncentracije njegovih atoma u određenim položajima tj. do uređenja strukture

• primjer kalijski feldpati KAlSi3O8– sanidin (neuređena struktura – monoklinski) >

ortoklas (djelomično uređena str.) > mikroklin (uređena str. - triklinski)

preuzeto iz 1

Uređenost strukture

• stupanj uređenosti je često uvjetovan temperaturom na kojoj je došlo do kristalizacije te brzinom hlađenja

• kristalizacija na visokim temperaturama rezultira neuređenim strukturama, ukoliko je hlađenje sporo dolazi uslijed difuzije do sređivanja strukture tj. do prijelaza iz tzv. visokotemperaturne modifikacije u niskotemperaturnu– sanidin u vulkanskim stijenama, mikroklin u

plutonskim

Promjena tipa veze

• primjer za takav tip prijelaza nalazimo kod ugljika

preuzeto iz 2

Politipija

• posebna vrsta polimorfije kod koje se polimorfne modifikacije razlikuju samo po načinu slaganja identičnih dvodimenzionalnih slojeva

• dvije dimenzije jedinične ćelije (paralelne sa slojevima) su jednake, a razlikuje se treća koja ovisi o broju slojeva nakon kojeg dolazi do ponavljanja

• primjer: guste slagaline, tinjci

Politipija - tinjci

preuzeto iz 1

Pseudomorfija

• pojava da je vanjski izgled nekog minerala nije karakterističan za njega nego za neki drugi mineral

• trošenje, kristalizacija novog minerala uslijed promjene uvjeta• npr.:

–pseudomorfoza goethita FeO(OH) po piritu FeS2

–pseudomorfoza goethita po magnetitu Fe3O4

–pseudomorfoza malahita Cu2(CO3)(OH)2 po kupritu Cu2O

Kristali mješanci – čvrste otopine

• minerali kod kojih je jedan ili više položaja u strukturi statistički zaposjednut atomima dva ili više elemenata – u homogenom kristalu su prisutne molekule dvaju ili više supstanci– npr. minerali iz skupine olivina (Mg,Fe)2SiO4 su

kristali mješanci između dva krajnja člana forsterita(Fo) - Mg2SiO4 i fayalita (Fa) Fe2SiO4

– konkretan sastav (Mg0,85Fe0,15)2SiO4 Fo85Fa15

• odlučujući faktor o kojem ovisi da li će neki atom (ion) biti zamijenjen s drugim je njegova veličina. Da bi došlo do zamjene razlika u veličinama ne bi smjela biti veća od 15%.

• poželjno je da su kemijska svojstva elemenata koji se zamjenjuju slična

Neutralnost molekule• isti naboj nije nužan za zamjenu

– jednostavna zamjena • kod olivina Mg2+ Fe2+

– vezana zamjena • kod plagioklasa (kristali mješanci između albita

(Ab) NaAlSi3O8 i anortita (An) CaAl2Si2O8 Na+Si4+ Ca2+Al3+

– zamjene koje uključuju popunjavanje ili nastanak vakancija

• amfiboli □Ca2Mg5Si8O22(OH)2 □Si4+ Na+Al3+

• mikroklin – varijetet amazonit K+K+ □Pb2+

kristali mješanci ≠ izomorfija

• ta se dva pojma često poistovjećuju jer su kristali mješanci česti među članovima izomorfnih grupa

• postoje članovi izomorfnih grupa među kojima nema kristala mješanaca

• postoje kristali mješanci među mineralima koji nisu izomorfni – ZnS (sfalerit) do 20% Zn može biti zamijenjeno s Fe

iako FeS (troilit) ima drugačiju strukturu

Eksolucija• na višim temperaturama

moguća je i zamjena atoma čiji radijusi se razlikuju za više od 15%

• kristali mješanci nastali na visokim temperaturama ne moraju više biti stabilni na nižim temperaturama – često dolazi do eksolucije, izdvajanja dvije faze (minerala), jedne bogate s manjim i druge s većim atomima

• kemijski sastav sustava ostaje nepromijenjen

preuzeto iz 1

eksolucija – alkalni feldspati

•ovisno o veličini lamela razlikujemo:–makropertit–mikropertit–kriptopertit

pertit – izdvajanje albita u K-feldspatu

veličina ovisi o brzini hlađenja -

difuzija

preuzeto iz 1

eksolucija - objašnjenje

• dva hipotetska spoja ASixOy i BSixOy• A i B se razlikuju za cca. 25%• na visokim temperaturama postoji kompletan niz kristala mješanaca,

a na nižim postoji tzv. područje nemiješanja koje je to veće što je temperatura niža

• na temperaturi T2 postojati će homogena čvrsta otopina, dok će padom temperature na T4 doći do eksolucije, nastat će lamele bogate na atomu A unutar minerala (A,B)SixOy u kojem prevladava atom B. S padom temperature te dvije faze postaju sve bogatije na A odnosno B

preuzeto iz 1

Eksolucija

• dvije faze nastale eksolucijom najčešće imaju različite dimenzije jedinične ćelije što dovodi do naprezanja na njihovoj granici koja se nastoje kompenzirati dislokacijama

preuzeto iz 4

Kristalni defekti

• realni kristali odstupaju od predodžbe o idealnoj trodimenzionalnoj periodičnoj građi prema kojoj bi se neki motiv (atom) morao ponavljati u prostoru

• u njima su prisutni različiti defekti (nepravilnosti), npr. pukotine, uklopci (inkluzije), zamjene atoma

• defekti mogu biti makroskopski, mikroskopski ili submikroskopski

• prema geometriji dijelimo ih na:– točkaste– linijske– plošne

Točkasti defekti

• Schottky-jev defekt – neka mjesta u strukturi su upražnjena

• Frenkel-ov defekt – atom je pomaknut u intersticijskipoložaj

• defekt onečišćenja (od par ppm ili čak ppb do 50%)– strani atomi su u intersticijama– strani atome zamjenjuju atome u

nekom strukturnom položaju

preuzeto iz 1

Linijski defekti

• bridna dislokacija– mrežna ravnina nije

beskonačna– olakšava smicanje

• vijčana dislokacija– važna uloga pri rastu

kristala

preuzeto iz 1

vijčana dislokacija

preuzeto iz 4

Plošni defekti

• mozaična građa• greške u redoslijedu slaganja slojeva

– npr. u hcp ABABAB redoslijed ABABCABABABA

• sraslaci

Mozaična građa

• kristal je građen od blokova s “idealnom građom” koji su međusobno malo zakrenuti

preuzeto iz 1

SraslaciSraslaci

••dva ili vidva ili višše individua iste mineralne vrste koji su e individua iste mineralne vrste koji su pravilno simetrijski sraslipravilno simetrijski srasli

••individui su ili zrcalno orijentirani individui su ili zrcalno orijentirani -- sraslasraslaččkaka ravninaravnina••zakrenuti jedan prema drugom za 180zakrenuti jedan prema drugom za 180°° oko oko sraslasraslaččkeke osi (B)osi (B)

Sraslački zakoni

• pomoću sraslačkog zakona definiramo vezu među individuima tj. element simetrije koji povezuje srasle individue i njegovu orijentaciju

• naziv prema mineralu kod kojeg se često javlja (spinelski), po lokalitetu na kojem su takvi sraslaci opaženi (karlovarski)– sraslačka ravnina – paralelna s postojećom ili

mogućom plohom na kristalu, ali ne smije biti paralelna s postojećom ravninom simetrije

– sraslačka os nikad nije paralelna s postojećom parnom osi simetrije

• okomita na neku plohu (okomični ili normalni sraslački zakon B= (hkl)

• paralelna s nekim bridom (bridni zakon) B=[uvw]• okomita na brid i paralelna s nekom plohom

(kompleksni zakon)

⊥

[ ](hkl)uvw B ⊥

=

• površina srastanja, ravnina sraštanja, sraslački šav

• dodirni i prodorni sraslaci

preuzeto iz 1

Višestruki sraslaci

• sraslaci kod kojih je tri ili više individua sraslo po istom zakonu– polisintetski – paralelne površine srastanja

• lamelarni – tanki individui– ciklički – neparalelne površine srastanja

preuzeto iz 1

Sraslačka rešetka

• na granici dva individua prestaju mrežne ravnine, odnosno rešetka jednog individua i počinje ona drugog, dakle riječ je o plošnom defektu

- vjerojatnost nastanka sraslaca je to veća što je većapodudarnost rešetke drugog individua s produženomrešetkom prvog

preuzeto iz 1

• primjer aragonit –struktura iz jednog individua se djelomično nastavlja u drugom – takvi sraslaci su česti

preuzeto iz Ramdohr, P. & Strunz, H.: Lehrbuch der Mineralogie. Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart, 1978

Postanak sraslaca

• sraslaci rasta• transformacijski sraslaci• deformacijski ili mehanički sraslaci

preuzeto iz 1