Chemicke vlastnosti mineralu. Isomorfie, Polymorfie. Chemicke zkousky nerostu.

1. MIN 05
Chemické vlastnosti
minerálU
Vnitřní struktura
pyropu v prohlížeči
Jpowd
Katedra chemie FP TUL – www.kch.tul.cz

2. KRYSTALOVÁ CHEMIE KRYSTALOCHEMIE
Studuje vztah mezi vnitřní stavbou krystalů a jejich vlastnostmi
fyzikálně–chemickými.
Zkoumá uspořádání atomů a iontů v krystalech a síly mezi nimi.
mineralogický systém
struktura krystalů
vazby v krystalech
IZOMORFIE
POLYMORFIE
analýza minerálů
Paul von GROTH
Hlavní část prezentace zpracoval © Pavel Jakubů, 2005, doplnil a upravil 2011 J. Grégr

3. MINERALOGICKÝ SYSTÉM
síra sfalerit fluorit
1. Prvky
2. Sulfidy
3. Halogenidy
hematit malachit borax chalkantit
4. Oxidy
hydroxidy
5. Uhličitany
6. Boritany
7. Sírany apatit topaz jantar
8. Fosforečnany
9. Křemičitany
10. Organické
minerály

4. ABSTRAKCE: krystaly vybudované z pravidelně uložených
kulovitých stavebních částic (atomů/iontů; r ≈ 0,X–X,0 Å; Å = 10–10 m),
které se vzájemně dotýkají.
Faktory r:
STRUKTURA
▪ elektronová konfigurace Li 0,59 Å Na 0,99 Å
▪ náboj iontu Pb4+ 0,65 Å Pb2+ 0,98 Å
▪ koordinace iontu Al3+/4 0,39 Å Al3+/6 0,54 Å
REALITA: deformované stavební částice díky elektrostatickým
silám
KRYSTALOCHEMICKÝ POPIS
Krystal ~ soubor jednodušších
rovinných či prostorových útvarů – tzv.
koordinačních
polygonů či polyedrů, v jejichž středech
a rozích se nacházejí atomy nebo ionty.
Tyto polyedry se řídí Paulingovými
Struktura sfaleritu (ZnS) pravidly.

5. Paulingova pravidla
1. koordinační číslo (KČ) a tvar polyedru lze odhadnout na základě
poměru
poměru poloměru kationtu a aniontu rkat/ran
KČ rkat/ran
2* do 0,155
3 0,155–0,225
4 0,225–0,414
6 0,414–0,732
8 > 0,732
12 1,000
* různý koordinační
polyedr

6. 2. stabilnější jsou struktury s malými a vícevaznými kationty než
s velkými a méněvaznými kationty
3. společné hrany a plochy polyedrů snižují stabilitu struktury, a to tím
více, čím vyšší je náboj centrálního kationtu a čím menší je jeho KČ
a) b) c)
Modifikace TiO2
a) rutil
b) brookit
c) anatas
a) b) c)

7.  tvrdé  tvrdé
 vysoká tt  vysoká tt
 křehké nerozpustné
VAZBY V KRYSTALECH
 štěpné  nevodiče či
 nevodivé polovodiče
NaCl (iontová) diamant (kovalentní)
 elektrická  měkké
i tepelná
 nízká tt
vodivost
 kujnost
 tažnost
Au (kovová)  lesk grafit (van der Waals)
 neprůhlednost

8. DEFINICE Izomorfní řady Faktory Hranice Význam
Izomorfie je schopnost atomů dvou nebo více prvků či jejich skupin
vzájemně se zastupovat ve strukturách krystalů.
dialogit (Mn) siderit (Fe)
vápenec / CaCO3
IZOMORFIE
magnesit (Mg) smithsonit (Zn)
Mřížkové parametry:
CaCO3 0,8543 / 74°55'
MnCO3 0,8184 / 73°00'
FeCO3 0,8184 / 73°00'
MgCO3 0,8112 / 72°36'
ZnCO3 0,8063 / 72°20'

9. Definice IZOMORFNÍ ŘADY Faktory Hranice Význam
FeWO4 (ferberit) → (Fe,Mn)WO4 (wolframit) ← MnWO4 (hübnerit)
krajní člen přechodný člen krajní člen
ZnS (sfalerit) FeS
Izomorfní řada
 úplná
 neúplná ?
 jednostranná →

10. Definice IZOMORFNÍ ŘADY Faktory Hranice Význam
Granáty: R32+R23+(SiO4)3 R2+ = Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+…
6 z 12 krajních členů R3+ = Al3+, Fe3+, Cr3+…
spessartin Mn/Al
almandin Fe/Al
pyrop Mg/Al
andradit Ca/Fe
grosular Ca/Al
uvarovit Ca/Cr

11. Definice IZOMORFNÍ ŘADY FAKTORY Hranice Význam
MgAl2O4 (spinel) BaSO4 (baryt) Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)
(apatit)
řada chalkantitu (CuSO4·5H2O) Skupina skalic:
řada hexahydritu (MgSO4·6H2O) řada melanteritu (FeSO4·7H2O)
F
A a) vnitřní b) vnější
K  geometrický  teplota
T
O  chemický  tlak
R  fyzikální  chemické vlastnosti
Y krystalizačního prostředí

12. Definice Izomorfní řady Faktory HRANICE Význam
1) homogenita izomorfní směsi
CaMn(CO3)2 (kutnohorit)
Izomorfní
směs
vs.
nový
minerál
pevný roztok inkluze
2) neuspořádanost izomorfní (Ca,Mn)CO3
směsi
ano částečná ne

13. Definice Izomorfní řady Faktory Hranice VÝZNAM
 systematická mineralogie Al2O3 + Cr
 geotermometry a geobarometry
 získávání „vzácných“ prvků
 polovodiče, lasery
sfalerit zirkon pyrit
Ge Hf Tl

14. DEFINICE Polymorfní přeměny Význam & Polytypie
Polymorfie je jev, kdy jedna chemická sloučenina (prvek) tvoří
krystaly ve dvou nebo více krystalických mřížkách.
C/diamant C/grafit C/fulleren SiO2 / křemen
POLYMORFIE
kubický hexagonální tetragonální
CaCO3 / trigonální kalcit CaCO3 / rombický aragonit

15. Definice POLYMORFNÍ PŘEMĚNY Význam & Polytypie
870°C 1470°C
 enantiotropní: SiO2 křemen tridymit cristobalit
°C
 monotropní: T [°C]
C diamant grafit
pT – diagram modifikací C
p [kbar]

16. Definice Polymorfní přeměny VÝZNAM & POLYTYPIE
 indikátory geologických pT – podmínek
Polytypie ~ speciální případ polymorfie; polytypy vznikají různými
způsoby uspořádání 2D strukturních jednotek, vrstev.

17. Definice Polymorfní přeměny VÝZNAM & POLYTYPIE
 indikátory geologických pT – podmínek
Polytypie ~ speciální případ polymorfie; polytypy vznikají různými
způsoby uspořádání 2D strukturních jednotek, vrstev.

18. metody tradiční metody moderní
0
1
0
ANALÝZA MINERÁLŮ
2
 reakce s kyselinami 0
3
 rozpustnost ve vodě 0
4
 barvení plamene 0
5
 barvení „perliček“ 0

19. metody tradiční metody moderní
Rozpustnost ve vodě
většina minerálů je ve vodě nerozpustná
ANALÝZA MINERÁLŮ
ve vodě je dobře rozpustný halit (sůl kamenná, NaCl)
nitronatrit (čilský ledek, NaNO3)
nitrokalit (sanytr, KNO3) …
ve vodě nepatrně rozpustné kalcit (vápenec, CaCO3)
aragonit (CaCO3)
sádrovec (CaSO4 ·2H2O)
živce …

20. metody tradiční metody moderní
Reakce s kyselinami
ANALÝZA MINERÁLŮ
– nejčastěji se používá reakce se zředěnou kyselinou
chlorovodíkovou (HCl) k důkazu uhličitanů.
– při této reakci se uvolňují bubliny CO2 (šumění)
– reakce probíhá u některých uhličitanů za studena (kalcit, aragonit)
– jindy je třeba úlomek minerálu v kyselině zahřát (ve zkumavce)
– k důkazu karbonátů, které reagují s HCl za studena, můžeme
použít místo HCl běžný kuchyňský ocet
– zlato se rozpouští v lučavce královské, směs kyseliny dusičné
(HNO3) a kyseliny chlorovodíkové (HCl) 1:3

21. metody tradiční metody moderní
Zbarvení plamene
ANALÝZA MINERÁLŮ
červené cihlový vápník Ca
purpurový lithium Li
karmínový stroncium Sr
žluté žlutý sodík Na
zelené světle žluto zelený baryum Ba
zelený měď Cu
velmi slabě zelený antimon Sb
modré šedomodrý arsen As
fialové bleděfialový draslík K
šedofialový rtuť Hg

22. metody tradiční metody moderní
Alkalické kovy v plameni
ANALÝZA MINERÁLŮ

23. ANALÝZA MINERÁLŮ metody tradiční metody moderní

24. metody tradiční metody moderní
Boraxové perličky
Některé minerály můžeme dokázat
zbarvením taveniny boraxu.
ANALÝZA MINERÁLŮ
Jejich tavením s boraxem na očku
platinového drátku získáme
charakteristicky zabarvenou kapku
boritanů - boraxovou perličku

25. metody tradiční metody moderní
 rentgen-fluorescenční analýza
 metoda elektronové mikroanalýzy
 metody termické analýzy
ANALÝZA MINERÁLŮ
 infračervená spektrometrie
 Ramanova spektroskopie
 atomová spektrometrie

26. LITERATURA
1) Kraus I.: Strukrura a vlastnosti krystalů. Academia, Praha 1993
ISBN 80-200-0372-X
2) Winter M.: WebElements Periodical Table [online]. Poslední
aktualizace 29. prosinec 2004, [cit. 2005-03-01].
<http://www.webelements.coml>
3) Chadimová V., Chvátal M., Kühn J., Matějka D.: Mineralogie pro
školy [online]. [cit.2004-16-12]
<http://www.natur.cuni.cz/~ugmnz/mineral>
4) Jolyon R.: mindat.org – The Mineral Database [online]. c2004
[cit. 2004-12-12] <http://www.mindat.org>
5) Slavík M.: Technická univerzita v Liberci, Katedra chemie
[online]. c2005 [cit. 2005-10-01] <http://www.kch.vslib.cz/>