note de curs_2013

download note de curs_2013

If you can't read please download the document

  • date post

    10-Dec-2016
  • Category

    Documents

  • view

    216
  • download

    2

Embed Size (px)

Transcript of note de curs_2013

  • 1

    MINERALOGIENOTE DE CURS

  • 2

    CUPRINS

    I MINERALOGIE GENERALA 5

    1. INTRODUCERE 5

    2. PRINCIPII DE FORMARE A STRUCTURII MINERALE 6

    2.1. Stabilitatea structurii minerale 6

    2.2. Legaturi chimice. Dimensiunile efective ale atomilor in structura mineralelor (Raze cristalochimice) 7

    2.2.1 Modelul legaturii ionice. Raza ionica 8

    2.2.2 Modelul legaturii covalente. Raza covalenta 10

    2.2.3 Modelul legaturii metalice. Raza atomica in metale 13

    2.2.4 Modelul legaturii Van der Waals. Raza Van der Waals 13

    2.2.5 Modelul legaturii de hidrogen 15

    2.3 Modelul geometric al structurii cristaline 15

    2.4 Unitatile structurale ale mineralelor. Tipuri de structuri 16

    2.5 Impachetari atomice compacte 16

    2.6 Coordinarea 18

    2.7 Pozitii interstitiale in structurile compacte 21

    2.8 Valenta electrostatica 23

    3. ANALIZA STRUCTURILOR MINERALE 24

    3.1 Simetria structurii minerale. Celula elementara 24

    3.2 Relatiile de pozitie dintre atomi 27

    3.3. Reprezentarea grafica a structurilor minerale 29

    4. CHIMISMUL MINERALELOR 38

    4.1 Compozitia chimica a scoartei terestre 38

    4.2 Compozitia chimica a mineralelor 39

    4.2.1.Tehnici analitice de determinare a compozitiei chimice a mineralelor 40

    4.2.2 Calculul analizelor chimice 43

    4.2.3 Reprezentarea grafica a compozitiei chimice a mineralelor 48

    5. RELATIA STRUCTURA-CHIMISM IN LUMEA MINERALA 54

    5.1 Izotipism. Antitipism. Homeotipism 56

    5.1.1 Izotipism (Izostructuralitate) 56

    5.1.2 Antitipism. Homeotipism 59

    5.2 Polimorfism. Politipism 62

    5.2.1 Polimorfismul 62

    5.2.2 Politipismul 75

  • 3

    5.3 Izomorfism. Solutii solide 77

    5.3.1 Definirea conceptelor 77

    5.3.2 Factorii care determina extensia solutiei solide 78

    5.3.3 Reprezentarea grafica a solutiilor solide 83

    5.3.4 Clasificarea solutiilor solide (seriilor izomorfe) 83

    5.3.5 Exemple de solutii solide 90

    6. PROPRIETATI FIZCE ALE MINERALELOR 93

    II SISTEMATICA MINERALELOR 98

    7. CLASA ELEMENTE NATIVE 99

    7.1. Metale 100

    Grupa aurului 100

    7.2. Nemetale 102

    Grupa carbonului 102

    Habitus 103

    8. CLASA SULFURI 105

    8.1. Sulfuri tip AX 106

    8.1.1. Grupa galenei 106

    8.1.2. Grupa sfaleritului 106

    8.1.3. Grupa calcopiritei 108

    8.1.4. Grupa nichelinei 109

    8.2. Sulfuri Tip AX2 111

    8.2.1. Grupa piritei 111

    9. CLASA OXIZI 113

    9.1. Oxizi simpli 114

    9.2.1 Oxizi tip A2X3 114

    9.2.1.1 Grupa hematitului 114

    9.2.1.2 Grupa ilmenitului 115

    9.2.2 Oxizi tip AX2 117

    Grupa rutilului 117

    Grupa spinelilor 119

    10 CLASA HALOGENURI 121

    10.1. Grupa halitului 121

    10.2 Grupa fluorinei 123

    11. CLASA CARBONATI 124

    11.1 Carbonati normali anhidri 125

    11.1.1 Structurile carbonatilor normali anhidri. 125

    11.1.2 Chimismul carbonatilor trigonali 129

    11.1.3 Proprietati fizice ale carbonatilor normali anhidri 129

    12. CLASA SULFATI 131

  • 4

    12.1 Caractere generale 132

    13. CLASA FOSFATI 134

    13.1 Fosfati anhidri normali tip A(XO4) 135

    13.2. Fosfati anhidri cu hidroxil sau halogen de tip A5(XO4)3Zq 136

    Grupa apatitului 136

    14. CLASA SILICAI 13814.1 Caractere generale 138

    14.2 Clasificarea silicailor 141

    14.3. SUBCLASA NEZOSILICAI 143

    14.3.1 Grupa olivinei 144

    14.3.2 Grupa granailor 147

    14.3.3 Grupa silicailor de Al 149

    14.4 SUBCLASA SOROSOLICAI 150

    14.5 SUBCLASA NEZO-SOROSILICAI 150

    14.6 SUBCLASA CICLOSILICAI 151

    14.7 SUBCLASA INOSILICAI 154

    14.7.1 Inosilicai cu lanuri simple 154

    14.7.1.1. PIROXENII 155

    14.7.1.2 PIROXENOIZII 159

    14.7.2 Inosilicai cu lanuri duble 163

    AMFIBOLII 163

    14.8 SUBCLASA FILOSILICAI 16914.9 SUBCLASA TECTOSILICAI 178

    14.9.1 FELDSPAII 178

    14.9.2 FELDSPATOIZII 182

    14.9.3 ZEOLITII 184

    14.9.4 GRUPUL MINERALELOR SiO2 188

  • 5

    I MINERALOGIE GENERALA

    1. INTRODUCERE

    Mineralogia studiaza substantele cristaline formate in mod natural mineralele.

    Mineralul este un solid omogen, anorganic, caracterizat printr-un aranjament

    atomic regulat, bine definit, format in mod natural, cu o compozitie chimica bine definita (dar nu

    fixa).

    1.1 Conceptul de mineral

    1.2 Denumirea mineralelor

    1.3 Numele mineralelor in limba romana

    1.4 Clasificarea mineralelor

    (vezi C. Klein & C.S. Hurlbut, Jr., 1999, Manual of Mineralogy, cap.1, Introduction)

  • 6

    2. PRINCIPII DE FORMARE A STRUCTURII MINERALE

    2.1. Stabilitatea structurii minerale

    Asa cum s-a aratat in capitolul inroductiv, mineralele reprezinta cristale cu o

    compozitie chimica definita. Cu alte cuvinte, ele reprezinta un sistem de particule (atomi, ioni,

    molecule) care interactioneaza, aceasta interactiune avand drept consecinta aparitia unei

    configuratii spatiale caracteristice, numita structura minerala. Cunoscand natura particulelor

    constitutive si a tipului de interactiune dintre acestea putem explica si, pana la un punct chiar

    anticipa structura cristalina a unui mineral.

    O prima intrebare ridicata de analiza structurilor mineralelor ar putea fi: De ce se

    leaga aceste particule intre ele pentru a forma un edificiu cristalin? Raspunsul la aceasta

    intrebare este dat de conditia de echilibru a sistemului mineral, adica de tendinta sistemelor

    minerale de a atinge faze cat mai stabile in conditii date. Exista doua moduri de abordare a

    stabilitatii sistemelor minerale:

    a) Stabilitatea termodinamica foloseste drept criteriu de studiu al echilibrului

    energia libera de reactie G. Se considera transformarea minerala AB. Daca energia libera de

    reactie are valoare pozitiva (G>0), compusul A este mai stabil decat compusul B. In consecinta,

    sistemul evolueaza in sensul scaderii energiei libere (G

  • 7

    termodinamic. Potrivit analizei termodinamice, ea ar trebui sa evolueze spre structura grafitului,

    stabila in aceste conditii. Deoarece rata de transformare a diamantului in grafit este neglijabila,

    diamantul se considera stabil cinetic in conditii normale de temperatura si presiune. Existenta

    mineralelor metastabile termodinamic, dar stabile cinetic poate fi explicata prin faptul ca

    adaptarea acestora nu se poate face totdeauna spontan, fiind necesara o energie de activare a

    transformarii.

    2.2. Legaturi chimice. Dimensiunile efective ale atomilor in structura mineralelor(Raze cristalochimice)

    O structura minerala presupune existenta unei interactiuni intre elementele

    chimice existente, a carei explicatie trebuie cautata in tendinta de evolutie spre starea de

    echilibru. Privit la scara atomica, echilibrul se refera la stabilitatea invelisurilor electronice ale

    atomilor componenti.

    O scurta analiza a elementelor chimice arata faptul ca doar in cazul gazelor nobile

    este stabila termodinamic configuratia electronica a unui atom liber in conditii normale de

    temperatura si presiune. Pentru toate celelalte elemente chimice aceasta configuratie nu este

    stabila termodinamic in conditii normale. Astfel, pentru atingerea starii de echilibru, atomii

    acestor elemente chimice interactioneaza cu alti atomi, fie ai aceluiasi element, fie ai unor

    elemente diferite. Aceste interactiuni sunt reprezentate prin legaturile chimice.

    Legaturile chimice si valentele elementelor chimice sunt foarte importante pentru

    intelegerea structurii cristaline a mineralelor, dar ele au fost elaborate in special pentru a explica

    structurile moleculelor, astfel incat este necesara o abordare particulara a lor pentru a explica

    interactiunea din spatiul cristalin. Intr-un cristal, fiecare atom este inconjurat de alti atomi aflati

    in imediata lui vecinatate, la distante definite, interactionand cu acestia. Interactiunea nu se

    restrange insa la acest nivel, atomul respectiv interactionand direct sau indirect si cu atomii din a

    doua, a treia etc. vecinatate. Asadar, formarea cristalului rezulta din interactiunea colectiva a

    atomilor constituenti, putand fi privita ca un rezultat al fortelor atractive si repulsive dintre

    atomi.

    Sa luam de exmplu halitul, NaCl. Daca scriem formula acestuia Na+Cl- in acord

    cu valentele atomilor, am putea deduce faptul ca mineralul este format din molecule izolate de

    Na+Cl-. In realitate in structura halitului fiecare ion de Na este inconjurat de 6 ioni de Cl si apoi

  • 8

    de alti 12 ioni de Na (sau invers), situatie ce nu poate fi explicata prin formula Na+Cl-. (Vom

    vedea mai tarziu si ca implicarea unui atom intr-o astfel de legatura depinde de numarul atomilor

    care il inconjoara; (vezi conceptele de coordinare si electrovalenta). Aceasta configuratie a

    atomilor de Na si Cl este impusa de conditia de echilibru a acestor elemente chimice in conditii

    termodinamice date (presiune, temperatura).

    Clasificarea conventionala a legaturilor chimice cuprinde: legatura covalenta,

    legatura ionica, legatura metalica, legatura van der Waals, legatura de hidrogen. Aceste tipuri

    de legaturi reprezinta de fapt niste modele care nu pot explica total situatiile reale din structurile

    minerale din doua motive principale:

    - nu se poate vorbi despre legaturi pur covalente, pur ionice etc., ci de legaturi

    care se apropie in mai mica sau mai mare masura de unul dintre aceste modele, cel mai

    adesea putand fi interpretate ca niste legaturi intermediare intre acestea;

    - legatura dintre doi atomi nu poate fi izolata perfe