Kristályok és az ásványok természete
Rövid tájékoztató az ásványokról és kristályokról
Mi az ásvány?
Az ásvány fogalma többféleképpen megfogalmazható. Legegyszerűbben a következő definícióval írható le: „az ásvány a földkéreg szilárd, homogén, természetes eredetű építőköve”. Az ásványok természetes állapotukban leggyakrabban szilárd halmazállapotúak. Kivételt képez azonban néhány ásvány, pl. a terméshigany és a víz. Az ásványok homogének, más szóval egyneműek. Minden ásványfajnak megszabott, az illető ásványra jellemző belső szerkezete és képlettel kifejezhető vegyi összetétele van. Az ásványok természetes eredetűek. Az ember által előállított kristályos anyagokat nem tekintjük ásványoknak.
Ezek alapján az ásvány definíciója a következő módon is leírható: „határozott kémiai összetétellel és térrácsszerkezettel rendelkező, túlnyomó többségében kristályos állapotú, földtani folyamatok során képződött, szilárd halmazállapotú vegyület (ritkábban elem)”.
Jelenleg mintegy 4300 ásványfajt ismerünk a Földön. Számuk évről-évre nő, átlagosan mintegy 40-50 fajjal.
Mik a kristályok?
Kristályok, kristályrendszerek
Az ásványok kristályokból épülnek fel. Minden ásványnak megvan a rá jellemző kristályformája. A kristály olyan diszkontinuális térkitöltésű anizotrop térrács, melynek külső megjelenési formája síklapokkal határolt mértani test. „Diszkontinuális térkitöltésű”, azaz a kristályt felépítő anyagok az illető anyagra jellemző szigorú rendben, egymástól meghatározott irányba és távolságba helyezkednek el. „Anizotrop térrács”: a kristályrácsot felépítő ionok elrendeződése a tér különböző irányaiban eltérő lehet (1_1_ ábra).
1_1_ ábra: A térrács a tömegpontok három irányba történő transzlációjával alakul ki
Emiatt a kristály tulajdonságai is irányonként eltérőek lehetnek. Kivételt képeznek ez alól a szabályos rendszerbeli kristályok, (pl. NaCl) és a szabályos belső szerkezettel nem rendelkező ásványok (pl. opál), melyek a tér minden irányában egyforma tulajdonságokkal bírnak, vagyis ezek izotrópok. „Külső megjelenési formája síklapokkal határolt mértani test”: a térrácsot felépítő ionok a térben meghatározott három-dimenziós forma szerint rendeződnek. Ez a forma a kristály jellemző alakja is. Síklapok által határolt test, melynek alakját a kristály belső szerkezete határozza meg.
A kristályok térrácsát az egymáshoz legközelebb eső nyolc tömegponttal meghatározott egyszerű elemi testnek, az ún. elemi cellának az ismétlődésével érhetjük el. Az elemi cella tehát az a legkisebb térfogategység, melynek önmagával párhuzamos, sorozatos siklatása útján a kristály térrácsához jutunk. Az elemi cella éleinek irányát úgy választjuk meg, hogy ezek a legrövidebb transzlációk irányai legyenek, és egyúttal olyan irányok, amelyek egymásra merőlegesek, ill. a szimmetria folytán azonos transzlációval ismétlődnek. A természetben 14 lehetséges elemi cella van. Közülük 7 olyan egyszerű elemi test, melyben a tömegpontok (ionok) csak az elemi test csúcsain helyezkednek el. Ezek az egyszerű, vagy egyszer primitív elemi cellák (1_2. ábra).
1_2. ábra: A hét egyszerű elemi cella
Éleik határozzák meg nagyság és irány szerint az egyes kristályrendszerek tengelykeresztjét. Ezek alapján hét kristályrendszert különböztetünk meg, ezeken belül pedig 32 kristályosztályt:
Triklin (háromhajlású) kristályrendszer: A tengelykeresztek különböző egységhosszúak és különböző szögeket zárnak be egymással. A legkevesebb szimmetriaelemmel rendelkezik, jellemző szimmetriatengelye nincs, minden kristálylap különálló és egyedi (1_3. ábra). A triklin rendszer két osztályt tartalmaz: pedionos, véglapos.
Fontosabb ásványai: kaolinit, rodonit, türkiz.
1_3. ábra: A triklin rendszer tengelykeresztje
Monoklin (egyhajlású) rendszer: A rendszerben a tengelyarányok különbözőek, a hajlásszögük egymáshoz képest egy kivételével derékszögű, kevés szimmetriaelemet tartalmaz (1_4. ábra). A rendszer osztályai: szfenoidos, dómás, prizmás.
Fontosabb ásványai: gipsz, azurit, terméskén, malachit, ortoklász, talk, csillámok.
1_4. ábra: A monoklin rendszer tengelykeresztje
Rombos rendszer: A három koordinátatengely egymásra merőleges, de különböző egységhosszúságúak. Szimmetriaelemeinek száma több mint három (1_5. ábra). A rendszer három osztályt tartalmaz: biszfenoidos, piramisos, bipiramisos.
Fontosabb ásványai: aragonit, barit, terméskén, markazit, olivin-csoport, csillámok.
1_5. ábra: A rombos rendszer tengelykeresztje
Tetragonális (négyzetes) rendszer: A három tengely egymásra merőleges, de csak kettő azonos egységhosszúságú, így egy, a főtengely kitüntetett szerepű. Főtengelyes kristályrendszernek is nevezik. Több főtengelyi, melléktengelyi és síkszimmetriával (tükörszimmetria) rendelkezik (1_6. ábra). A rendszerbe hét osztály tartozik: piramisos, bipiramisos, trapezoéderes, ditetragonális piramisos, ditetragonális bipiramisos, biszfenoidos, szkaleonéderes.
Fontosabb ásványai: cirkon, kalkopirit, kassziterit, rutil.
1_6. ábra: A tetragonális rendszer tengelykeresztje
Trigonális rendszer: A főtengely a melléktengelyekkel derékszöget zár be. A melléktengelyek egymáshoz képest nem derékszögűek, a főtengely és a melléktengelyek egységhossza különböző. Sok tengely-, lap- és tükörszimmetriával rendelkezik (1_7. ábra). Hét kristályosztály tartozik ide: piramisos, romboéderes, trapezoéderes, ditrigonális piramisos, ditrigonális szkalenoéderes, dipiramisos, ditrigonális dipiramisos.
Fontosabb ásványai: cinnabarit, dolomit, kalcit, korund, kvarc, sziderit.
1_7. ábra: A trigonális rendszer tengelykeresztje
Hexagonális (hatszöges) rendszer: Hasonló a trigonális rendszerhez, de szimmetriájában döntően a hatszöges elemek az elsőrendűek (1_8. ábra). Ide tartozó kristályosztályok: piramisos, dipiramisos, trapezoéderes, dihexagonális piramisos, dihexagonális dipiramisos.
Fontosabb ásványai: apatit, grafit, kvarc, molibdenit, nefelin.
1_8. ábra: A hexagonális rendszer tengelykeresztje
Szabályos (köbös) kristályrendszer: arra utal, hogy a tulajdonságok jelentős része az iránytól független. Ez a kristályrendszer szabályosságáról könnyen felismerhető, de osztályai nehezen különböztethetőek meg (1_9. ábra). A rendszer osztályai: tetraéderes pentagon-dodekaéderes, diszdodekaéderes, pentagonikozi-tetraéderes, hexakisztetraéderes, hexakiszoktaéderes.
Fontosabb ásványai: fluorit, galenit, gránátok, gyémánt, kősó, pirit, termésréz, szfalerit.
1_9. ábra: A szabályos rendszer tengelykeresztje
Kristályformák
A kristályokat általában síklapok határolják. Ezek a kristály növekedése során jönnek létre és az anyag szerkezetét, képződési viszonyait tükrözik. A kristályformákat alkotó lapok, élek, csúcsok – alakjuk, kristálytani tengelyekhez való elhelyezkedésük, illetve számuk szerint – az egyes kristályrendszerekre jellemző szimmetriaviszonyok által meghatározottak. A triklintől a köbös rendszerig nő a szimmetriaelemek száma, így egyre több lapból álló kristályformák jelennek meg. A triklinben van például egy lapból álló forma, míg a legnagyobb lapszámú a köbös rendszerre jellemző: 48 ugyanolyan lapból áll. A kristályformák görög neveket viselnek és alapvetően a lapok típusára és számára utalnak. A mindennapi életben is közismert forma a kocka (kristálytani neve hexaéder). A triklin rendszerben a szimmetriaelemek kis száma miatt kevés a kristályforma, és ezek lapokban szegények (csupán egy vagy két lapból állnak) (1_10. ábra).
Bővebben:
https://regi.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0038_foldrajz_asvanyeskotzettanda/ch01s11.html
Dr. Dávid Árpád (2011)
EKF ttk