Jaké druhy krystalů vytvářejí minerály? Co je to pseudomorfóza, polymorfie a izomorfie?
To, co nás na minerálech zaujme jako první, je určitě barva a také tvar krystalů. Celý článek je zkrácen a graficky upraven ze stránek Přírodovědecké fakulty UK. Co tedy najdete na této stránce nového? Pokusili jsme se dohledat v archivu a ve volně dostupných obrázcích nějaké krystaly, které text jistě oživí. Původní články, ze kterých jsme vycházeli, naleznete zde a zde.
Tvary krystalů
Minerály (až na několik výjimek) vytvářejí krystaly. Je pro ně totiž charakteristický krystalický stav, který je dán jejich vnitřní stavbou - krystalovou strukturou. Ta vzniká zákonitým trojrozměrným opakováním atomů, iontů nebo molekul, z nichž je minerál složen. Proto i zrna minerálů, která nejsou omezena krystalovými plochami (například valouny křemene), musíme považovat za krystaly.
V praxi ovšem nejčastěji používáme výrazu "krystal" u minerálů, které jsou ohraničeny rovnými plochami, hranami a rohy. Pro některé nerosty je typický nerovný povrch krystalových ploch. Například křemen, turmalín nebo pyrit mívají často krystalové plochy rýhované, a dají se tak dobře poznat.
Na foto: pyrit z Španělska s typickým rýhováním
Skupinu krystalů narostlých na společném základě nazýváme drúza. Velké množství krystalů téhož nerostu pohromadě vytváří shluk neboli agregát. Vykrystalováním minerálů na stěnách oválné dutiny v hornině vzniká geoda.
Vznik a růst krystalů
Český název minerálu – nerost, vytvořil obrozenec J. S. Presl. Název nerost není příliš přesný, protože krystaly nerostů rostou. Rostou však samozřejmě jinak než živé organismy. Vznik nerostů probíhá ve dvou etapách. Nejdříve se seskupí nepatrné množství stavebních částic a vytvoří tak zárodek krystalu. Krystal pak roste připojováním dalších částic na povrch zárodku. Postupně se přikládají další a další částice. To znamená, že centrální část krystalu je nejstarší, zatímco jeho povrchová vrstva je nejmladší.
Částice, které se připojily k povrchu krystalu v krátkém časovém úseku, tvoří v krystalu určitou zónu. V průběhu krystalizace se mění řada fyzikálních a chemických podmínek, proto se od sebe jednotlivé zóny jednoho minerálu mohou lišit. Velmi výrazné zonální zbarvení mívají krystaly turmalínu.
Krystal roste v různých směrech různou rychlostí. Proto mohou vzniknout různé tvary, které u krystalů pozorujeme. Pokud by krystal rostl ve všech směrech stejně rychle, vznikla by koule. Velikost krystalu není teoreticky nijak omezena. V přírodě záleží na velikosti prostoru, ve kterém minerál krystaluje a také na množství matečného roztoku. Největší krystaly nalezené v přírodě dosahují velikosti několika metrů (výjimečně i více než 10 metrů) a hmotnosti několika tun.
Na foto: největší krystaly na světě, jedná se o krystaly selenitu v obří geodě Naica, Chihuahua, Mexico.
Vnější tvar krystalů
Vnější tvar a souměrnost krystalu nerostu jsou odrazem jeho vnitřní stavby. Krystaly mohou být souměrné podle rovin, os a středu souměrnosti. Krystaly mohou být i zcela nesouměrné; nerostů, které vytvářejí takové krystaly, je však velmi málo. Okem lze souměrnost pozorovat u dobře vyvinutých krystalů, které se blíží ideálním tvarům. U hodně různoměrně vyvinutých krystalů již krystalová souměrnost nebývá na první pohled dobře vidět. Nejlépe můžeme u krystalů sledovat souměrnost podle rovin.
Rovina souměrnosti rozděluje krystal na dvě zrcadlově stejné části.
Osa souměrnosti je myšlená přímka vedená středem krystalu. Při otáčení kolem této osy o 360° se krystal opětovně dostává do polohy shodné s výchozí pozicí. Podle toho, kolikrát se při otočení o celý kruh docílí shoda s výchozí polohou, rozeznáváme dvojčetné, trojčetné, čtyřčetné a šestičetné osy souměrnosti. (Příklad: Když se při otáčení krystalem objeví stejné uspořádání ploch dvakrát, mluvíme o dvojčetné ose souměrnosti.)
Střed souměrnosti: krystal má střed souměrnosti, pokud každá jeho plocha má odpovídající protiplochu. Protiplocha je shodná a rovnoběžná s výchozí plochou a je otočená kolem myšleného středu o 180°.
Osní kříž: je tvořen krystalovými osami, které procházejí středem krystalu. Osní kříže jednotlivých soustav se liší. Pro každou krystalovou soustavu je charakteristická délka os a úhly, které mezi sebou jednotlivé osy svírají.
Pseudomorfóza
To jsou formy výskytu minerálů, které si „vypůjčily" tvar od jiného nerostu. Pseudomorfózy vznikají částečnou nebo úplnou přeměnou chemického složení původního minerálu. Jeho hmota byla nahrazena hmotou odlišného složení, přitom však zůstal zachován tvar původního minerálu. Tvar je tedy starší než hmota, která jej nyní tvoří.
Příklad: Časté jsou například pseudomorfózy limonitu po pyritu, vzniklé chemickým zvětráváním. Díky tomu můžeme nalézt limonit ve tvaru krychlí, které by sám jako amorfní minerál nikdy nevytvořil.
Jako pseudomorfózy jsou označovány i zkamenělé zbytky organismů, jejichž vnější tvar zůstal zachován (př. pseudomorfózy pyritu po schránkách amonitů).
Na foto: pyritizovaná schránka amonita
Polymorfie (mnohotvarost)
Polymorfní nerosty mají stejné chemické složení, ale vznikly za různých podmínek. Mohou proto krystalovat v různých soustavách.
Příklady: C: diamant - grafit, CaCO 3 : kalcit - aragonit, FeS 2 : pyrit - markazit.
Izomorfie
Izomorfní minerály mají různé složení, ale stejné (nebo velmi podobné) vlastnosti. Izomorfní minerály tvoří přirozené řady, např. uhličitany kalcitové řady: kalcit CaCO 3 - magnezit MgCO 3 - siderit FeCO 3 . Stavební částice izomorfních minerálů se mohou ve struktuře navzájem zastupovat, proto se v přírodě často setkáváme s kalcitem, který obsahuje také hořčík (tzv. hořečnatý kalcit).
Krystalové soustavy
Podle počtu rovin souměrnosti, os souměrnosti a přítomnosti či nepřítomnosti středu souměrnosti můžeme krystalové tvary nerostů zařadit do skupin, které označujeme jako krystalové soustavy.
Jsou to soustavy:
Soustava trojklonná
Tato soustava je nejméně souměrná. Nemá ani jednu rovinu souměrnosti, je souměrná pouze podle středu souměrnosti. To znamená, že každá plocha má svou odpovídající protiplochu. Krystaly tvoří zpravidla samá dvojploší.
Osní kříž této soustavy tvoří tři osy, které spolu svírají kosé úhly. Předozadní a pravolevá osa je ukloněná. Krystalové plochy utínají na osách nestejně dlouhé úseky a, b, c.
Minerály trojklonné soustavy: albit, chalkantit (modrá skalice), kaolinit
Na foto: uměle vypěstované krystaly chalkalitu - modrá skalice, Author: Ra'ike
Jak si vypěstovat doma vlastní krystaly podobné těm které vidíte na fotografii, můžete dle návodu zveřejněného na stránkách
Soustava jednoklonná
Krystaly této soustavy jsou souměrné podle jedné roviny souměrnosti (dělí krystal na dvě zrcadlově stejné poloviny). Jednoklonné krystaly také mívají ve svém průřezu kosočtverec. Dále se na nich objevují šikmo ukloněné plochy nebo hrany.
Osní kříž jednoklonné soustavy má předozadní osu ukloněnou. Zbývající osy - svislá a pravolevá - jsou vzájemně kolmé. Všechny osy jsou nestejně dlouhé.
Minerály jednoklonné soustavy: amfibol, augit, biotit, epidot, mastek, muskovit, ortoklas, sádrovec, staurolit
Na foto: muskovit, Bohdalec
Soustava kosočtverečná
Má název podle kosočtverce. Minerály krystalující v této soustavě mají v průřezu tvar kosočtverce (nebo se tvar průřezu kosočtverci blíží). Krystaly kosočtverečné soustavy jsou souměrné podle tří na sebe kolmých rovin souměrnosti. Převládajícím krystalovým tvarem bývá kosočtverečný hranol.
Všechny tři osy - předozadní (osa a), pravolevá b i svislá c jsou navzájem kolmé (svírají pravé úhly) a jsou také nestejně dlouhé.
Minerály kosočtverečné soustavy: antimonit, aragonit, baryt, markazit, olivín, síra, topaz
Na foto: síra, Itálie
Soustava čtverečná
Krystaly čtverečné soustavy mají pět rovin souměrnosti. Otáčíme-li svisle orientovaným krystalem čtverečné soustavy, dostaneme se do polohy shodné s výchozí polohou čtyřikrát. Svislá osa je tedy čtyřčetná. Krystaly mívají čtvercovitý průřez a zpravidla na nich převládají čtyřboké hranoly.
Osní kříž čtverečné soustavy je tvořen třemi vzájemně kolmými osami. Vodorovné osy jsou stejně dlouhé a nazývají se a1, a2. Osa c bývá většinou delší.
Minerály čtverečné soustavy: chalkopyrit, kasiterit, rutil
Na foto: chalkopyrit na dolomitu, Autor: Leon Hupperichs
Soustava šesterečná
Na krystalu šesterečné soustavy můžeme zjistit větší počet (7) rovin souměrnosti. Svislá osa je šestičetná. Otáčíme-li krystalem, dosáhneme shodné polohy s výchozí polohou šestkrát. Krystaly mívají šestiúhelníkový příčný průřez a často na nich převažuje šestiboký hranol.
Osní kříž šesterečné soustavy tvoří tři vodorovné osy, které jsou stejně dlouhé a značíme je a1, a2, a3. Čtvrtá, svislá osa c je k nim kolmá.
Minerály šesterečné soustavy: apatit, beryl, grafit
Na foto: apatit, Durango, Mexiko
Soustava klencová
Klencová soustava bývá někdy pro zjednodušení řazena do šesterečné soustavy. Tyto soustavy mají stejný typ osního kříže a liší se četností svislé osy. (U šesterečné soustavy je svislá osa šesterečná a u klencové trojčetná.) Pro kalcit a další hojné uhličitany je typickým tvarem klenec.
Osní kříž klencové soustavy tvoří tři vodorovné osy, které jsou stejně dlouhé a značíme je a1, a2, a3. Čtvrtá svislá osa c je k nim kolmá.
Minerály klencové soustavy: hematit, kalcit, korund, křemen, magnezit, siderit, cinabarit (rumělka), turmalín
Na foto: krystal kalcitu
Soustava krychlová
Krystaly krychlové soustavy mají nejvíce rovin souměrnosti (9). Na krystalech se často uplatňuje krychle, osmistěn, dvanáctistěn kosočtverečný nebo dvanáctistěn pětiúhelníkový. Najdeme zde i tvar s největším počtem ploch - 48t stěn - a různé typy 24 stěnů. V horninách mívají zrna krychlových minerálů kruhovitý průřez (například granát).
Osní kříž krychlové soustavy je tvořen třemi osami, která jsou na sebe kolmé a všechny jsou stejně dlouhé. Stejně dlouhé osy u této soustavy nazýváme a1, a2, a3.
Minerály krychlové soustavy: diamant, fluorit, galenit, granát, halit (sůl kamenná), měď, pyrit, sfalerit, stříbro, zlato
Zdroj:
