1. Definice nerostu

Nerost (minerál) je přírodnina vzniklé fyzikálně-chemickými procesy probíhajícími v zemské kůře, hydrosféře a atmosféře nebo na jejich rozhraní jako produkt jejich vzájemného působení. Za normálních podmínek jsou nerosty v pevném skupenství (výjimkou je voda a rtuť).

(Obrázky)

2. Krystalografie

Většina minerálů se vyskytuje ve formě pravidelných těles se zákonitou vnitřní krystalickou strukturou, které nazýváme krystaly. Krystal lze definovat jako homogenní, anizotropní diskontinuum.

Jen menší část nerostů nemá pravidelnou vnitřní strukturu a takové minerály označujeme jako amorfní (např. opál.)

Homogenita znamená, že krystal má ve všech částech shodné chemické a skalární fyzikální vlastnosti. U přírodních krystalů je homogenita často porušena zonálností (= zóny s rozdílným chemickým složením v důsledku izomorfie), poruchami krystalické mřížky apod.

Anizotropie znamená, že krystal má v různých směrech rozdílné vektorové fyzikální vlastnosti (např. šíření světla, tvrdost apod.). Izotropie je opakem a znamená, že fyzikální vlastnosti jsou shodné ve všech částech minerálu bez ohledu na směr. Izotropie je vlastností látek amorfních a minerálů soustavy kubické.

Diskontinuita znamená, že látka není v krystalu rozmístěna spojitě, ale je základních stavebních částicích (atomech, iontech, molekulách), které jsou periodicky uspořádané v krystalové struktuře.

Krystal nemusí být jen pevné těleso. Některé organické krystalické látky mohou mít krystalickou strukturu i v kapalném stavu v rámci určitého tepelného rozmezí. Souhrnně takové látky označujeme jako tekuté krystaly.

(Obrázky)

2.1 Prvky morfologického mezení krystalů

Na krystalech můžeme pozorovat plochy (P), hrany (H) a rohy (R). Jejich vztah lze vyjádřit Eulerovou rovnicí:

R + P = H + 2

Tento vztah neplatí u srostlic.

Soubor ploch, jejichž hrany, skutečné či možné, jsou rovnoběžné, označujeme jako pásmo. Osy osního kříže (často vertikální osa c) jsou v některých případech totožné s osou pásma.

(Obrázky)

2.2 Růst krystalů a zákon o stálosti úhlů hran

Krystaly rostou apozicí, tj. přikládáním hmotných částeček v rovnoběžných plochách. Růst krystalu vyžaduje určitou míru přesycenosti roztoku (taveniny). Vznikají zárodky, která dále rostou. Rychlost postupu určité plochy od středu krystalu je růstová rychlost. Ta je rozdílná pro různé plochy a proto těmto plochám říkáme různocenné. Plochám se stejnou růstovou rychlostí říkáme stejnocenné.

Pokud je krystal omezen jen jedním typem ploch, tedy plochami stejnocennými, označujeme jej jako tvar jednoduchý. Je-li omezen dvěma a více různocennými plochami, jde o spojku.

Růst apozicí je dobře patrný na růstových zónách, které mohou svými vlastnostmi (např. rozdílnou barvou) být patrné i makroskopicky.

Velikost úhlů sevřených krystalovými plochami se nemění s růstem krystalu. Tedy nezáleží na absolutní velikosti krystalu. Platí tedy, že: na všech krystalech téže látky za stejných podmínek je velikost úhlů hran sevřených stejnolehlými plochami veličinou stálou. Toto je známo jako Zákon o stálosti úhlů.

(Obrázky)

2.3 Prvky souměrnosti

Rozmístění ploch, hran a rohů na krystalech je zákonité; můžeme pozorovat opakování určitých motivů. Je projevem geometrické souměrnosti krystalu. Projevem souměrnosti je také rozmístění stejnocenných směrů, ve kterých se opakují geometrické i fyzikální vlastnosti krystalu (např. tvrdost, optické vlastnosti).

Operace, kterými můžeme převést morfologické prvky krystalu do pozic stejnocenných nazýváme operace souměrnosti. Jsou jimi

Inverze (přes střed souměrnosti)

Zrcadlení (rovinou souměrnost)

Rotace (okolo osy souměrnosti)

Střed souměrnosti má krystal tehdy, když ke každé ploše na krystalu existuje plocha protější, rovnoběžná a otočená o 180°. Střed souměrnosti se označuje 1

Rovina souměrnosti je rovina, která dělí krystal na dvě zrcadelně shodné poloviny. Může chybět, může být jedna i jich může být několik. Rovina souměrnosti se označuje m.

Osa souměrnosti (gyra) je přímka procházející středem krystalu, okolo níž můžeme krystal otočit o určitý úhel tak, abychom jej dostali do polohy shodné s polohou výchozí. Četnost osy n je číslo, které udává, kolikrát jej dostaneme do polohy shodné s polohou výchozí při otáčce o 360°, tedy n = 360/α, kde α = úhel pootočení. Dvojčetná osa (digyra) má α = 180°, trojčetná osa (trigyra) má α = 120°, čtyřčetná osa (tetragyra) má α = 90°, šestičetná osa (hexagyra) má α = 60°. Gyry mohou chybět, může jich být více i v různých kombinacích.

Na krystalech jsou osy souměrnosti s četností n = 1, 2, 3, 4 a 6. Pětičetná souměrnost neexistuje. Vyplývá to z požadavku homogenitu krystalové struktury; při využití pětičetné symetrie nelze dodržet homogenitu strukturní roviny. Osy souměrnosti se označuji číselně (1, 2, 3, 4, 6) nebo graficky pomocí symbolů (·, ▲,<, Ã).

Možné jsou i kombinace otáčení a inverze. Taková kombinace se označuje jako inverzní osa souměrnosti (gyroida). V praxi se používá jen čtyřčetná osa souměrnosti (tetragyroida). Ostatní inverzní osy souměrnosti lze nahradit kombinací středu a otočení okolo gyry.

Celkem je známo 32 možných kombinací prvků souměrnosti, tzv. oddělení.

(Obrázky)

2.4 Krystalové osní elementy

Pro vyjádření pozice plochy na krystalu se volí osní kříž tří souřadných os x, y, z. Na nich se vymezují polohy ploch. V obecném případě je osa x předozadní, y pravolevá a z vertikální. U krystalů soustavy šesterečné a klencové se volí 4 osy x, y, u, z. Osy x, y, u jsou vodorovné, z je vertikální. Polohy os se volí tak, aby procházely středem krystalu a byly rovnoběžné s významnými směry na krystalu. Proto nejsou vždy na sebe kolmé a meziosní úhly α, β, γ mohou být kosé. Meziosní úhel mezi osami y : z = α, x : z = β a x : y = γ. U každé osy rozeznáváme část kladnou (k pozorovateli) a zápornou, z výjimkou osy u.

Polohy krystalových ploch stanovíme podle úseků (parametrů) na souřadných osách. Podle polohy k souřadným osám a počtu průsečíků s osami x, y, z (x, y, u, z) rozeznáváme plochy jednoúsekové (protínají jednu osu), dvojúsekové (protínají dvě osy), trojúsekové (protínají tři osy) a čtyřúsekové (protínají čtyři osy). Trojúsekovou plochu, která se na krystalech určitého nerostu vyskytuje nejčastěji a v největších plochách, bereme jako tvar základní. S jeho parametry poměřujeme parametry ostatních ploch na krystalu. Parametr základní trojúsekové plochy je a : b : c, ploch odvozených je ma : nb : pc. Aby parametry na souřadných plochách byly srovnatelné, volíme parametr na ose y – tedy parametr b – jako jednotkový.

Na třech nestejnocenných osách je tedy poměr parametrů základního tvaru . Základní poměr parametrů spolu s velikostí meziosních úhlů jsou tzv. krystalové osní elementy. Jsou to veličiny stálé pro všechny nerosty téhož nerostu, ale různé pro krystaly různých nerostů.

Pro soustavu souřadných os, omezených v poměru základních parametrů používáme označení osní kříž.

(Obrázky)

2.5 Weissovy a Millerovy symboly a zákon o racionalitě indexů

Pro popis poloh se používají krystalografické symboly. Nejjednodušší jsou Weissovy symboly. Symbol plochy základní se vyjadřuje trojpoměrem parametrů a : b : c. Odvozená plocha má v obecném zápisu symboly ma : nb : pc, kde odvozené koeficienty m, n, p jsou násobky základního parametru. Pro průsečík se zápornou částí osy se používá znaménko - (minus) před koeficientem. V případě, že plocha osu neprotíná, koeficient je . Tedy, základní trojúsekové plocha má symbol a : b : c, odvozená trojúseková plocha má symbol ma : nb : pc (např. 1a : 2b : 2c), dvojúseková plocha rovnoběžná s osou c 1a : 1b : c. Celý tvar označíme tak, že jej dáme do závorky, např. {1a : 2b : 2c }.

Millerovy symboly jsou převrácené koeficienty Weissových symbolů převedené na tři nejnižší nesoudělná čísla celá včetně nuly (na místě symbolu pro nekonečno). Obecně se tyto převrácené hodnoty koeficientů m, n, p zapisují jako h, k, l. U soustav se čtyřmi osami (šesterečná a klencová soustava) se používá pro osu a₃ koeficient i. Přitom platí že h + k = -i. Tyto symboly se označují jako Bravaisovy symboly. Záporná hodnota koeficientu Millerových souborů se označuje vodorovnou čárkou nad koeficientem.

Chceme-li označit celý krystalový tvar, dáme Millerovy (Bravaisovy) symboly do složené závorky, např. {111}.

Zákon o racionálnosti indexu krystalových ploch zní: Indexy, kterými odvozujeme libovolné krystalové plochy na krystalu určitého nerostu jsou vždy racionální hodnoty parametru základního.

(Obrázky)

2.6 Přehled krystalových soustav

Krystaly řadíme podle souměrnosti do sedmi krystalových soustav. V každé soustavě jsou možné různé kombinace prvků souměrnosti. Nejvyšší souměrnost v každé soustavě má tzv. plnoploché (holoedrické) oddělení. Redukcí počtu prvků souměrnosti v dané soustavě vznikají poloplochá (hemiedrická) oddělení.

Podle symetrie rozlišujeme soustavy nižší, které mají různocenné osy (soustava trojklonná, jednoklonná a kosočtverečná), soustavy střední, které mají stejnocenné (= zaměnitelné) osy pasné a různocennou osu vertikální (soustava čtverečná, šesterečná a klencová) a soustavu vyšší, u které jsou všechny osy stejnocenné (soustava krychlová).

V následujícím přehledu jsou probrána pouze oddělení plnoplochá, případně jsou zmíněny význačné tvary poloplochých oddělení.

(Obrázky)

2.6.1 Trojklonná (triklinická) soustava

Soustava trojklonná má tři různocenné osy a, b, c, jejichž meziosní α, β, γ jsou různé od 90°. Prvky souměrnosti buď nejsou nebo je střed souměrnosti. Tvary na krystalu jsou jedno-, dvoj- nebo trojúsekové dvojploší (pinakoidy).

Význačnými nerosty trojklonné soustavy jsou chalkantit, kyanit, mikroklin, plagioklasy aj.

(Obrázky)

2.6.2 Jednoklonná (monoklinická) soustava

Soustava jednoklonná má tři různocenné osy a, b, c, jejichž meziosní α, γ jsou pravé, úhel β je různý od 90°. Plnoploché oddělení 2/m má jednu rovinu souměrnosti (m) kolmou na osu b, a jednu digyru ve směru osy b. Možnými tvary na krystalu jsou jedno- a dvojúsekové dvojploší (pinakoid) a dvoj- a trojúsekový hranol (prizma).

Význačnými nerosty jednoklonné soustavy jsou ortoklas, sádrovec, azurit, augit, amfibol, slídy aj.

(Obrázky)

2.6.3 Kosočtverečná (rombická) soustava

Soustava kosočtverečná má tři různocenné osy a, b, c, jejichž meziosní α, β, γ jsou pravé. Soustava má tři oddělení. Plnoploché oddělení 2/m 2/m 2/m má 3 rovinu souměrnosti a tři digyry. Osy osního kříže jsou totožné s digyrami. Z možných tvarů jsou zde tvary jednoúsekové (dvojploší – pinakoidy), tvary dvojúsekové (hranol – prizma) a tvary trojúsekové (rombická dipyramida).

U hemiedrických oddělení je významné dóma (souměrné dvojúsekové plochy souměrné jen podle m) a disfenoid (trojjúsekový tvar souměrný podle digyr; připomíná tetraedr)..

Význačnými nerosty kosočtverečné soustavy jsou chalkopyrit, síra, olivín, ortopyroxeny a ortoamfiboly aj.

(Obrázky)

2.6.4 Čtverečná (tetragonální) soustava

Soustava čtverečná má stejnocenné osy a₁, a₂ v pasném směru a různocennou osu c. Meziosní úhly jsou pravé. Soustava má šest oddělení. Plnoploché oddělení 4/m 2/m 2/m má 5 rovin souměrnosti, 4 digyry a jednu tetragyru. Osy osního kříže a₁, a₂ jsou totožné s digyrami svírajícími úhel 90°, osa c je totožná s tetragyrou. Z možných tvarů jsou zde tvary jednoúsekové (dvojploší – pinakoidy; hranol - tetragonální deuteroprizma), tvary dvojúsekové (hranol – tetragonální protoprizma a ditetragonální prizma; dipyramida - tetragonální deuterodipyramida) a tvary trojúsekové (dipyramida - tetragonální protodipyramida a ditetragonální dipyramida).

V soustavě čtverečné krystalizuje menší počet minerálů, např. scheelit, kasiterit, rutil aj.

(Obrázky)

2.6.5 Šesterečná (hexagonální) soustava

Soustava čtverečná má tři stejnocenné osy a₁, a_2, a₃ v pasném směru a různocennou osu c. Meziosní úhly mezi kladnými polosami os a₁, a_2, a₃ jsou 60°. Soustava má sedm oddělení. Plnoploché oddělení 6/m 2/m 2/m má 7 rovin souměrnosti, 6 digyr a jednu hexagyru. Osy osního kříže a₁, a_2, a₃ jsou totožné s digyrami svírajícími úhel 60°, osa c je totožná s hexagyrou. Z možných tvarů jsou zde tvary jednoúsekové (dvojploší – pinakoid), tvary dvojúsekové (hranol – hexagonální protoprizma), trojúsekové (hranol – dihexagonální prizma; dipyramida - hexagonální protodipyramida) a tvary čtyřúsekové (dipyramida - hexagonální deuterodipyramida a dihexagonální dipyramida).

V soustavě šesterečné krystalizuje řada nerostů, např. apatit, nefelín, beryl, pyromorfit aj.

(Obrázky)

2.6.6 Klencová (trigonální) soustava

Soustava klencová má tři stejnocenné osy a₁, a_2, a₃ v pasném směru a různocennou osu c. Meziosní úhly mezi kladnými polosami os a₁, a_2, a₃ jsou 60°. Soustava má pět oddělení. Plnoploché oddělení 3/m 2 m má 3 roviny souměrnosti, 3 digyry a jednu trigyru. Osy osního kříže a₁, a_2, a₃ jsou totožné s digyrami, osa c je totožná s trigyrou. Z možných tvarů jsou zde tvary jednoúsekové (dvojploší – pinakoid), tvary dvojúsekové (hranol – hexagonální protoprizma), trojúsekové (klenec – romboedr; hranol – dihexagonální prizma a hexagonální deuteroprizma) a tvary čtyřúsekové (skalenoedr; dipyramida - hexagonální deuterodipyramida).

V soustavě klencové krystalizuje řada nerostů, např. kalcit, siderit, turmalín, rumělka, křemen aj.

(Obrázky)

2.6.7 Krychlová (kubická) soustava

Soustava krychlová má tři stejnocenné osy a₁, a_2, a₃. Meziosní úhly jsou pravé. Soustava má pět oddělení. Plnoploché oddělení 4/m 3 2/m má 9 rovin souměrnosti, 6 digyr, 4 trigyry a 3 tetragyry. Osy osního kříže a₁, a_2, a₃ jsou totožné s tetragyrami. Z možných tvarů jsou zde tvary jednoúsekové (krychle – hexaedr), tvary dvojúsekové (dvanáctistěn – rombododekaedr; čtyřiadvacetistěn – tetrahexaedr) a tvary trojúsekové (osmisten – oktaedr; čtyřiadvacetistěn – trigon-trioktaedr a tetragon-trioktaedr; osmačtyřicetistěn – hexaoktaedr).

Z poloplochých oddělení jsou významné některé tvary dvojúsekové (dvanáctistěn – pentagon-dodekaedr) a trojúsekové (čtyřstěn – tetraedr).

V soustavě klencové krystalizuje řada nerostů, např. halit, fluorit, galenit, sfalerit, granát aj.

(Obrázky)

2.7 Srostlice

Dva nebo více krystalů stejné velikosti téhož nerostu může srůstat zákonitě a vytváří dvojčata, trojčata apod. Podmínkou zákonitých srůstů je jeho definování určitým vztahem: buď osou (dvojčatnou) nebo rovinou (dvojčatnou). Dvojčatná osa je osa symetrie dvojčete jako celku. Dvojčatnou rovinou je jeden krystal zobrazen do polohy druhého krystalu.

Z hlediska vzájemné pozice jsou možné srůsty kontaktní, penetrační a polysyntetické.

Kontaktní srůst je dán definovatelnou rovinou. U penetračních srůstů je plocha srůstu nepravidelná. U polysyntetických srůstů je srostlice tvořena vyšším počtem lamelovitých krystalů.

Řada nerostů se vyskytuje hojně nebo dokonce přednostně ve srostlicích. Ortoklas je často zdvojčatělý podle vertikální osy jako tzv. „karlovarské dvojče“. Sádrovec má srůst podle 100 jako „vlaštovčí ocas“. Penetrační srůst dvanáctistěnů pyritu je „železný kříž“ . Významné jsou dvojčata u kasiteritu, sfaleritu, diamantu, křemene aj.; běžné jsou i různé srůsty téhož nerostu. Polysyntetické srůsty u velmi časté u plagioklasů ve vyvřelých horninách.

Přítomnost dvojčatných srůstů se někdy morfologicky projevuje přítomností zapuklých úhlů, které u monokrystalů nikdy nejsou přítomny. Rovněž u nich neplatí Eulerova rovnice. Zákonité srůsty jsou přítomné a běžné u všech krystalových soustav. Považujeme je za projev krystalové symetrie.

(Obrázky)

2.8 Morfologie agregátů

Nerosty nejčastěji srůstají nepravidelně a vytváří agregáty. Jsou li na společné podložce a jsou-li omezeny, alespoň na jednom konci krystalovými plochami čnějícími do volného prostoru (např. puklině v hornině), hovoříme o drúze. Vystýlají-li souvisle kulovité dutiny, např. po vulkanických plynech v efuzívních horninách, hovoříme o geodě. Pokud velké množství krystalů roste vedle sebe a navzájem se posléze omezí, vytvářejí se agregáty, které podle velikosti, tvaru, a případně dalších vlastností blíže označujeme.

Podle velikosti zrna nerostů se rozlišují agregáty zrnité (hrubozrnné, středně zrnité, jemnozrnné až celistvé); podle soudržnosti a tvaru agregáty zemité, keříčkovité aj.; podle protažení krystalů: agregáty radiálně paprsčité, vláknité, stébelnaté apod.

Agregáty jsou tvořeny jen jedním druhem nerostů. Jde-li o agregát více druhů nerostů jedná se již o horninu.

(Obrázky)

2.9 Pseudomorfózy

Krystalové tvary, u kterých krystalový tvar neodpovídá chemickému složení jsou

pseudomorfózy. Typickým příkladem je např. tvary limonitu po pyritu. Někdy zůstává jen tvar po vylouženém nerostu v okolních nerostech (hornině).

Pokud při stejném chemickém složení zevní tvar neodpovídá krystalové struktuře (obvykle má nižší symetrii nežli je zevní tvar), hovoříme o paramorfóze. Příkladem paramorfózy je kubický krystal leucitu s vnitřní strukturou čtverečnou.

(Obrázky)

2.10 Fyzikální vlastnosti nerostů

2.10.1 Hustota

Hustotu definujeme jako je číslo, které udává, kolikrát je určitý objem minerálu těžší nežli stejně velký objem chemicky čisté vody o teplotě +4°C. Hustota nerostů se zjišťujeme trojím způsobem. U větších zrn se hustota zjišťuje vážením při znalosti objemu. U menších zrn lehčích minerálů se využívá metoda imerzní, spočívající ve schopnosti vznášení se zrnek v kapalinách o známé hustotě. Pomocí pyknometru se hustota měří, pokud máme malé kousky minerálu.

Většina minerálů zemské kůry má hustoty mezi 2,5-3,5. Hlavní minerály zemské kůry, tj. živce a křemen, mají hustoty 2,5-2,7. Tmavé horninotvorné nerosty (pyroxeny, slídy, amfiboly) mají hustoty vyšší, v závislosti na obsahu prvků (Fe) Z běžných minerálů mají vysoké hustoty zejména sulfidy; běžně mají h = 4-5 . Příčinou je obsah těžkých prvků (Pb, Hg, Cu, Fe). Mnohé těžší nerosty mívají kovový vzhled, i když jsou výjimky (např. cinabarit). Nezvykle vysokou hustotu ((h = 4,5) vzhledem k nekovovému vzhledu má baryt (BaSO₄). Rovněž nerosty typické pro metamorfované horniny (granáty, kyanit, staurolit) mají vyšší hustoty, stejně jako nerosty charakteristické pro horniny svrchního pláště; olivín a pyroxeny mají hustoty (h = 3,2-3,5). K minerálům s nízkými hustotami patří nerosty s obsahem alkálií (K, Na) a nerosty se skupinou OH a vodou. Velmi vysoké hustoty najdeme mezi minerály se skupiny prvků, zejména u ryzího zlata, stříbra a platiny.

Hustota nerostů je spolu s mechanickou a chemickou odolností příčinou vzniku minerálních akumulací. V průběhu tuhnutí bazických magmat dochází ke gravitačnímu odmísení hustších nerostů likvací nebo segregací od taveniny nebo nerostů lehčích; takovým způsobem se vytvářejí akumulace magnetitu, pyrhotinu a dalších sulfidů v gabrových a dioritových tělesech (tzv. kumulátové horniny). Podobné, ještě významnější procesy probíhají při zvětrávání. Těžké a odolné nerosty vytvářejí v náplavech (aluviích řek, mořských plážích) akumulace nedaleko zdrojové oblasti a vznikají rýžoviska; typickým příkladem jsou rýžoviska zlata, kasiteritu nebo wolframitu.

(Obrázky)

2.10.2 Tvrdost

Tvrdost (T) je odpor kladený nerostem proti vnikání cizího tělesa bez vzniku lomu. Kvantitativně se měří sklerometry. Pro běžné použití existuje srovnávací Mohsova stupnice tvrdosti, sestavená z rozšířených a dostupných minerálů. Platí, že následující člen má tvrdost vyšší nežli člen předcházející.

Stupnice je v pořadí:

(1) mastek

(2) halit

(3) kalcit

(4) fluorit

(5) apatit

(6) ortoklas

(7) křemen

(8) topaz

(9) korund

(10) diamant

Rozdíly v absolutní tvrdosti jsou však nepoměrné. Zatímco např. mastek až fluorit mají tvrdost do 25, ortoklas má tvrdost asi 50, křemen 100, korund 400. Diamant je již 140.000x tvrdší nežli korund.

Tvrdost nerostů závisí na povaze vazeb v nerost a na směru; proto se běžně setkáváme s rozdílnými hodnotami v různých směrech. Příkladem je sádrovec, který má na plochách štěpnosti tvrdost 1,5, na hranách 2. Jiným příkladem je kyanit, kde rozdíl tvrdostí mezi plochami dosahuje tří stupňů stupnice (4 ve směru 100, resp. 7 ve směrech ostatních) .

Tvrdost nerostů je společně s chemickou odolností významná vlastnost přispívající k akumulaci některých nerostů v náplavech, např. granátů či kasiteritu. Kombinace vysoká tvrdosti a chemické odolnosti křemene je příčinou vzniku křemenných, prakticky monominerálních písků při dlouhotrvajících třídících procesech. Tvrdost nerostů se prakticky využívá u obráběcích přístrojů (frézy, vrtáky) a je důležitou vlastností při výrobě šperků.

(Obrázky)

2.10.3 Lom a štěpnost

Mnohé minerály jsou za běžných podmínek pružné (např. slídy; po deformaci se vrací do původního tvaru) nebo plastické (molybdenit; po deformaci se do původního tvaru nevrací). Některé nerosty, zejména ryzí kovy, jsou kujné. Přitom nedochází k porušení soudržnosti. Pokud je překročena mez pevnosti, dochází k porušení vazeb mezi atomy a vzniká lom. Lom může mít nerovné plochy a pak směr lomné plochy není na minerálu přesně orientován (lom nerovný, tříšťnatý, lasturnatý apod.). nebo je definovatelný krystalograficky, většinou rovinami s nejjednoduššími symboly a pak se označuje jako štěpnost. Štěpnost je tedy definována jako krystalograficky orientované minimum soudržnosti. Na lomné ploše se přítomnost štěpnosti projevuje souborem paralelně uspořádaných, většinou lesklých lomných ploch, často schodovitě ustupujících.

Štěpnost může být od nezřetelné až k dokonalou. Výborně patrnou štěpnost mají mnohé křehké minerály, např. galenit, halit, kalcit. Počet a orientace štěpných rovin závisí na struktuře minerálu; je dána největší mezirovinnou vzdáleností stavebních částic. Z běžných minerálů mají jednu rovinu (001) vynikající štěpnosti slídy. Dvě roviny, buď na sebe kolmé nebo kosé mají živce (proto názvy ortoklas a plagioklas). Vzájemné postavení štěpných trhlin může být i výborným rozlišovacím znakem mezi nerosty (např. pyroxeny mají cca 90° úhel, amfiboly 124° úhel mezi štěpnými plochami). Tři roviny štěpnosti jsou na sebe (001) buď kolmé (např. halit, galenit) nebo svírají kosé úhly; takový případ je charakteristický u klencových uhličitanů (kalcit, siderit, dolomit), kde štěpné plochy svírají úhel 105° a tvar odpovídá základnímu klenci (1011). Se čtyřmi rovinami štěpnosti (111) se můžeme setkat u fluoritu, se šesti u sfaleritu (110). U mikroskopických minerálních zrn se štěpnost projevuje kluzkostí a snadným otěrem (např. grafit, mastek ). Přítomnost či nepřítomnost štěpnosti je dobrým určovacím znakem řady minerálů; chybí např. u křemene a granátů. Nerosty neštěpné a křehké (např. kalcit, galenit) se označují jako kruché.

Křehkost a štěpnost jsou obvykle nevítanými vlastnostmi při využití nerostů pro výrobu šperků.

(Obrázky)

2.10.4 Tavitelnost

Při zahřívaní nerostu dochází k porušení vazby mezi stavebními částicemi (atomy, ionty, molekulami) a nerost se taví. Teplota tavení je různá a je charakteristickou veličinou pro jednotlivé nerosty. U rtuti je -40°C. Nízké teploty tavení má např. síra (119°C), naproti tomu vysoké teploty tavení mají a platina (2000°C) a grafit (3000°C).

Při chladnutí na normálních tlakových podmínek může vznikat stejný nerost, nerost odlišný (např. granát z pyroxenů) nebo při rychlém ochlazení může vzniknou sklo stejného složení.

Proces krystalizace z taveniny je velmi složitý a popisují jej fázové digramy. Velký význam pro tavení a krystalizaci minerálů má voda v tavenině.

(Obrázky)

2.10.5 Rozpustnost a lepty

Většina nerostů je nerozpustných nebo slabě rozpustných ve vodě. K rozpustným patří kromě halitu i mnohé sírany (chalkantit, melanterit), slabě rozpustný je sádrovec. Další minerály jsou rozpustné v kyselinách (kalcit v HCl) nebo zásadách.

Lepty se vytváří na povrchu minerálu při neúplném rozpouštění. Jsou to drobné obrazce geometrického tvaru s určitou souměrností. Mohou prozrazovat nižší symetrii vnitřní struktury nežli je patrné podle krystalového tvaru (např. u kalcitu jsou lepty na ploše klence symetričtější nežli u dolomitu)

(Obrázky)

2.10.6 Magnetismus

Ve většině látek, tedy i nerostů, vzniká při působení magnetického pole magnetický moment (M). Ten je úměrný intenzitě magnetického pole H. Poměr M/H = κ se označuje magnetická susceptibilita.

Podle ní dělíme minerály na látky:

Diamagnetické, které mají χ malé a záporné a v magnetickém poli jsou slabě odpuzovány. Příkladem je měď, stříbro, zlato, halit, křemen aj.

Paramagnetické, které mají χ malé, ale kladné, a v magnetickém poli jsou slabě přitahovány. Příkladem je platina, siderit, rutil, olivín aj.

Feromagnetické, které mají χ velké a kladné, a jsou silně přitahovány póly magnetu. Jejich zmagnetování trvá i po vymizení vnějšího magnetického pole. Příkladem jsou nerosty magnetit, pyrhotin, ryzí železo, kobalt a nikl.

Feromagnetické vlastnosti lze využít pro separaci nerostů při jejich těžbě. Také mají velký význam při vyhledávání ložisek nerostů (tzv. magnetometrii) a při zjišťování směru a intenzity magnetické pole Země v geologické minulosti, při kterém se využívá zbytkového (remanentního) magnetismu.

(Obrázky)

2.10.7 Polární elektřina

U nerostů bez středu souměrnosti můžeme pozorovat vznik elektrického náboje. Lze jej docílit zahříváním (pyroelektrický efekt) nebo mechanickou deformací (piezoelekrický efekt). Vznik náboje je dán deformací krystalové struktury. Pól kladný je analogní, pól záporný antilogní. Typickým příkladem je turmalín (vznik náboje ve směru osy c) a křemen (vznik náboje ve směru osy a). Prakticky se této vlastnosti využívá při výrobě piezoelektrických zařízení (např. zapalovače).

(Obrázky)

2.10.8. Optické vlastnosti

2.10.8.1 Barva

Nerosty, u kterých je barva podstatnou vlastností nerostu samotného, označujeme jako nerosty barevné (idiochromatické). Barva u takových nerostů je způsobena přítomostí barevných iontů (prvků) nebo určitým typem krystalové mřížky. Důležitými prvky které podmiňují barvu jsou tzv. chromofory. Jsou to především jsou Fe³⁺ (způsobuje barvu: červenohnědá), Fe²⁺ (zelená), Ti³⁺ (fialová), Cr (zelená), Co (červená), Ni (zelená), Cu (zelená a modrá) aj. Typickými idiochromatickými nerosty je ryzí síry se žlutou barvou nebo cinabarit s nachovou barvou.

U mnohých nerostů je barva podmíněna příměsemi, defekty krystalové struktury, přítomností laminárních rozhraní vedoucích k interferenci světla a dalšími faktory. Pak hovoříme o nerostech zbarvených (allochromatických). Příměsi, zejména v čirých nerostech (např. křemeni, korundu) mohou podmiňovat celou barevnou škálu daného nerostu. Příkladem je křemen; čirý, průhledný je křišťál, bílý je mléčný křemen, nahnědlý je záhněda, černý je morion, růžový růženín, fialový ametyst aj. Zbarvení nemusí být vlastností stálou, může se měnit zahřátím, ozářením apod.

U minerálů rychle podléhajících větrání dochází ke druhotnému zbarvení povrchové částí oxidací, typicky u minerálů s kovy prvků, sulfidů. Tyto tzv. náběhové barvy mohou být nevýrazné a zakrývají původní kovový lesk (např. ryzí stříbro) nebo mohou být pestré a pro nerost charakteristické (u chalkopyritu). Označují se jako zbarvení pseudochromatické a vznikají interferencí světla na povrchu minerálů.

(Obrázky)

2.10.8.2 Barva vrypu

Barva vrypu je barva jemného prášku minerálu. Je to výborný diagnostický znak řady nerostů (např. magnetit má černý vryp, zevně podobný chromit má vryp žlutý). Nejlépe se získá otěrem nerostu o hrubý neglazovaný porcelán. Charakteristická je rudohnědá barva vrypu u hematitu, černá barva u chalkopyritu aj. Nerosty zbarvené mají většinou vryp bílý nebo našedlý i při poměrně intenzívním zbarvení.

(Obrázky)

2.10.8.3 Propustnost světla a lesk

Část světla dopadající na minerál se odráží, část je pohlcována (absorbována) a část minerálem prochází. Podle poměru odraženého, absorbovaného a procházejícího světla se rozlišují nerosty průhledné, průsvitné a neprůhledné. Některé neprůhledné minerály jsou průhledné v tenkém výbrusu. Jiné nejsou průhledné ani v tenkém výbrusu a označují se jako opakní (např. ryzí kovy, magnetit, některé sulfidy).

Intenzita odrazu světla od povrchu nerostu závisí na výšce lomu, koeficientu světelné absorbance, na povaze odrážejícího povrchu a na typu agregátu nerostu. U nerostů s vysokou absorbancí a vysokém lomu pozorujeme kovový lesk; jsou-li poloprůsvitné, mají lesk polokovový. Průsvitné a průhledné nerosty, a také některé neprůhledné (při nízkém lomu), mají lesk nekovový.

Nekovový lesk se označuje řadou termínů, s klesajícím leskem lze rozlišit lesk diamantový (při vysokém světelném lomu a průhlednosti), skelný (při nízkém a středním světelném lomu a dobré průhlednosti), perleťový (u štěpných nerostů vlivem interference a totálního odrazu), mastný, matný (u nerostů s nižším lomem a nerostů s drsným povrchem) a hedvábný (u vláknitých agregátů).

(Obrázky)

2.10.8.4 Pleochroismus

Jako pleochroismus označujeme vlastnost, kdy v procházejícím světle se při otáčení nerostu mění jeho barva. U většiny nerostů je pleochroismus patrný pouze při mikroskopickém pozorování (amfibol, biotit).

(Obrázky)

2.10. 8.5 Fosforescence

Po zahřátí nebo osvitu (zejména UV lampou) je u mnohých minerálů patrná fosforescence, většinou charakteristické barvy. Je způsobena dodáním energie, která je při návratu z excitovaného do normálního stavu vyzářena ve viditelném světle. Často jsou tyto jevy závislé na cizích příměsích. Typickým příkladem je fosforescence scheelitu nebo kalcitu.

(Obrázky)

2.10.8.6 Fluorescence

U některých fluoritů je patrná odlišná barevnost ve světle procházejícím (zelená) a ve světle odraženém (modrá až fialová).

(Obrázky)

2.10.8.7 Lom světla

Pří dopadu světelného paprsku ze vzduchu na minerál nastává odraz (obvykle s malou intenzitou) a paprsek vchází do nerostu. Mohou nastat dva jevy:

1) lom světla, který je charakteristický pro látky opticky izotropní (krychlové a amorfní).

2) dvojlom světla, který je charakteristický pro látky opticky anizotropní (ostatní soustavy).

Úhel dopadu a lomu se měří ke kolmici dopadu. Při přechodu paprsku z prostředí opticky řidšího (vzduch) do opticky hustšího (minerál) se paprsek lomí ke kolmici, za opačné situace od kolmice. Při přechodu z prostředí opticky hustšího (minerálu) do řidšího (vzduch) může při určitém úhlu (tzv. mezní úhel) dojít o odrazu paprsku zpět to minerálu. Tento jev se využívá při výbrusu drahokamů tak, aby se světlo vracelo k oku pozorovatele (většinou je umožněn soustavou drobných plošek vybroušených pod určitými úhly na zadní straně kamene).

Poměr rychlostí paprsků v obou prostředích, který lze vyjádřit i poměrem sinů úhlů dopadu a lomu je index lomu (n).

Velikost závisí na barvě světla: pro světlo fialové je vyšší nežli pro světlo červené. Index lomu se proto měří v monochromatickém světle. Proto u nerostů s vysokým indexem lomu (např. diamant, zirkon, sfalerit) dochází s nápadnému rozkladu bílého světla na jednotlivé barvy a čiré nerosty mají barevný třpyt.

Velikost indexu lomu rovněž závisí na teplotě a tlaku: s rostoucím tlakem se n zvětšuje, s rostoucí teplotou se n zmenšuje.

U látek izotropních je index lomu nezávislý na směru dopadu paprsku do minerálu, tj. v každém směru má n stejnou hornotu.

U látek anizotropních se paprsek štěpí na dva na sebe kolmo polarizované paprsky, paprsek řádný (ordinarius) a paprsek mimořádný (extraordonarius). U anizotropních nerostů však dvojlom nenastává ve všech případech. U soustavy čtverečné, šesterečné a klencové je takový směr jeden a takové nerosty jsou označovány jako minerály jednoosé; tento směr odpovídá ose c. Paprsek řádný má index lomu ω, paprsek mimořádný má index lomu ε. Rozdíl jejich hodnot, tedy D = ε - ω, je hodnota dvojlomu. Hodnota dvojlomu patří mezi významné vlastnosti nerostů, využívanou při mikroskopické identifikaci nerostů

U soustavy trojklonné, jednoklonné a kosočtverečné jsou dvě optické osy a jsou proto označovány jako minerály dvojosé. Směr optických os leží mimo osy osního kříže. Oba paprsky se chovají jako mimořádné. Mezní hodnoty indexu lomu minerálů opticky dvojosých se označují α, β a γ.

Dvojlomu, při kterém vznikají dva navzájem kolmo polarizované paprsky, se prakticky využívá při konstrukci polarizačních přístrojů (v mineralogii u polarizačního mikroskopu).

(Obrázky)

2.11. Chemická vlastnosti nerostů

2.11.1 Typy vazeb

Některé fyzikální vlastnosti nerostů (např. tvrdost) jsou projevem vazebných sil mezi stavebními jednotkami v nerostu. Existují tři hlavní typy vazeb: vazba iontová, vazba kovalentní a vazba kovová.

U vazby iontové dochází k předání elektronů jedním atomem atomu druhému. Vzniká pár kationt (dárce elektronů) a aniont (příjemce elektronů). Příkladem je halit NaCl s kationty Na¹⁺ a anionty Cl ^1-. Nerosty s převahou iontové vazby jsou zpravidla méně tvrdé, méně chemicky odolné a nemají kovový vzhled.

U vazby kovalentní dochází ke sdílení dvou valenčních elektronů sousedními atomy ve struktuře. Elektrony jsou společné oběma atomům. Příkladem je diamant, sfalerit aj. Kovalentní vazby jsou velmi pevné, nerosty s jejich převahou mají vysoké tvrdosti a jsou chemicky odolné.

U vazby kovové se kolem kationů kovu pohybují valenční elektrony, které jsou společné všem stavebním jednotkám struktury a tvoří tzv. elektronový plyn. Pohyblivé elektrony jsou příčinou výborné elektrické a tepelné vodivostí. Tato pohyblivost se snižuje s rostoucí teplotou. Nerosty s kovovou vaznou jsou výbornými vodiči elektřiny a tepla. I malý podíl této vazby se projevuje kovovým vzhledem nerostu. Příkladem jsou ryzí kovy. Kovová vazba je o něco slabší nežli předchozí dva typy.

Vazebné síly v nerostech jsou většinou kombinací zmíněných tří typů vazeb. Takové vazby se označují jako vazby přechodné. Nejčastěji jsou to přechody mezi vazbou kovalentní a iontovou. Ve strukturách nerostů je přítomno více druhů vazeb. Např. u silikátů je mezi SiO₄ a kovy převážně vazba iontová, mezi Si a O₂ v tetraedru je vazba přechodná.

Kromě uvedených sil jsou v nerostech velmi rozšířené slabé elektrické vazebné síly, zvané zbytkové nebo také van der Waalsovy. Jsou to síly podmiňující některé významné vlastnosti, např. štěpnost podle báze u grafitu, u jílových nerostů apod.

(Obrázky)

2.11.2 Izomorfie

Izomorfií nazýváme jev, kdy nerosty mají stejnou nebo blízkou krystalovou strukturu a podobné chemické složení. U nerostů dochází za této situace (tj. podobných geometrických struktur) k zastupování jednoho prvku prvkem jiným. Příkladem je CaCO3, kdy Ca²⁺ může být zastupováno Mg²⁺. Pro izomorfní látky se používají i termíny směsné krystaly nebo pevné roztoky. Směsné krystaly může tvořit i více nerostných fází nežli dvě. Příkladem je izomorfní míšení CaCO₃, MgCO₃ a FeCO₃.

Mísitelnost je dokonalá nebo omezená. Příkladem dokonalé mísitelnosti je tzv. plagioklasová řada. Trojklonný albit NaAlSi₃O₈ se neomezeně mísí se složkou anortitovou CaAl₂Si₂O₈. Izomorfní mísení je dokonalé díky velmi blízkým poloměrům Na¹⁺ a Ca^2+.

Olivín (Mg,Fe)₂SiO₄ je izomorfní směsí forsteritu Mg₂SiO₂ a fayalitu Fe₂SiO₄. Ve struktuře jsou statisticky rozmístěny ionty Mg²⁺ a Fe^2+. Mísitelnost je opět díky příznivému geometrickému faktoru dokonalá.

Izomorfní řada uhličitanová je tvořena kalcitem CaCO₃, magnezitem MgCO₃, sideritem FeCO₃ a rodochrozitem MnCO_3. Vazebné síly mezi kovy a skupinou CO₃ jsou převážně iontové. Za normálních teplot je mísitelnost omezená. Proto nacházíme v přírodě spíše členy krajní s menším podílem ostatních izomorfních složek.

Pokud máme prvky se sblíženými atomovými nebo iontovými poloměry, může dojít z jejich zastupování ve struktuře nerostu. Tuto vlastnost nazíváme diadochie. Příkladem je diadochie ve sfaleritu. Atomy Zn ve struktuře sfaleritu jsou zastupovány atomy Fe, Mn, Cd, Hg, In, Ga, Tl; síra může být zastupována Se. Množství diadochně přimíšených prvků bývá malé (v X.0 – 0.X%). Přesto takové nerosty mohou být významnou rudou, a to některých prvků, které samotné netvoří těžitelné nerosty. Např. sfalerit, i když je především rudou Zn, je také významnou surovinou Ga, Ge a In.

Vzorce izomorfních směsí se píší tak, že uvádíme jen souborný počet zastupujících se prvků. Zastupující se prvky oddělujeme čárkou a píšeme je v závorce. Vzorec nevyjadřuje tedy konkrétní chemické složením, tedy obsahy (počty) atomů v základní buňce nerostu. Ten je vyjadřován krystalochemickými vzorci, ve kterých se desetinnými čísly uvádí obsahy všech prvků směsného krystalu ve vztahu k základní buňce.

(Obrázky)

2.11.3 Polymorfie

Polymorfie je jev, kdy při stejném chemickém složení mají nerosty odlišnou strukturu; to se projevuje odlišnou symetrií, zevně tedy odlišnou krystalovou soustavou.

Příčinou polymorfie jsou odlišné tlakové a teplotní podmínky vzniku nerostu. Modifikace s nejmenším obsahem volné energie je modifikací stálou, stabilní. Ostatní modifikace jsou nestálé a samovolně (nebo po dodání určitého množství energie) se mění na modifikaci stálou. Polymorfie se kromě odlišného krystalového tvaru projevuje i rozdílnými fyzikálními vlastnostmi, zejména tvrdostí.

CaCO_3: Příkladů je velké množství. Uhličitan vápenatý se vyskytuje jako kalcit (klencový) a mírně tvrdší aragonit (kosočtverečný); aragonit rekrystalizuje samovolně na kalcit. Aragonit vzniká za mírně vyšších teplot nežli kalcit (z vod teplejších než 35°C za normálního tlaku).

C: Velmi výrazná je polymorfie u uhlíku. Ten je buď kubický (diamant, tvrdost 10) nebo šesterečný (grafit, tvrdost 6). Grafit je stabilní modifikací, diamant je nestabilní, vznikající v prostředí s vysokými tlaky. K rozbití struktury diamantu je potřeba zahřátí na asi 1000°C.

SiO₂: Křemen se vyskytuje v několika modifikacích. Nejrozšířenější na zemském povrchu je modifikace klencová (tzv. „nižší“) α-křemen. Křemen šesterečný, (tzv. „vyšší“) β-křemen vzniká za teplot vyšších než 573°C. Změna je reverzibilní. Kromě uvedených dvou modifikací se SiO₂ může vyskytovat i v modifikacích dalších (monoklinický tridymit, tetragonální cristobalit aj.).

FeS_2: Pyrit je krychlovou modifikací, markazit je nestabilní modifikací kosočtverečnou. Při stejné tvrdosti je významný odlišný vzhled krystalů a bledší barva markazitu.

Al₂SiO₅: Křemičitan hlinitý je v přírodě zastoupen třemi modifikacemi: kyanitem, andaluzitem a sillimanitem. Jejich vznik je přesně definován poměrem tlaku a teploty. Za nejvyšších tlaků a teplot vzniká sillimanit, za nižších teplot a vysokých tlaků kyanit a za nižších teplot i tlaků andaluzit. Znalost Pt-podmínek jejich vzniku nám umožňuje rekonstrukci podmínek metamorfózy hornin, ve kterých se tyto nerosty vyskytují.

(Obrázky)