| hlavní stránka | obsah | učebnice | mapa webu | o autorech | rejstřík |
Z prvků
periodické soustavy (obrázek 72-1)
se kromě vzácných plynů vyskytují prvky v elementárním stavu pouze
omezeně. Je to dáno především schopností většiny
prvků vytvářet sloučeniny, nejčastěji s kyslíkem nebo sírou.
kovy
– skupina mědi (Cu, Ag, Au), skupina železa (Fe a slitiny s Ni),
skupina platiny (Pt, Os, Ir, Pd, Rh) a další např. Hg (včetně přírodních
amalgámů), Ta, Sn nebo Zn.
polokovy
– zejména As, Sb, Bi, Te
nekovy – skupina uhlíku (grafit a diamant), skupina síry (síra a, b a rosickýit) nebo Se
V rámci
kovů rozlišujeme krystalochemicky příbuzné skupiny kovů:
skupina
mědi (Fm3m) – měď, stříbro, zlato a olovo (všechny izostrukturní)
skupina
železa – v závislosti na podílu Ni prostorová grupa Im3m nebo Fm3m
skupina
platiny (Fm3m) – platina, paladium, iridium a osmium (všechny izostrukturní)
Výše uvedené kovy jsou dostatečně odolné, aby se udržely v ryzím stavu a tvoří-li slitiny, jsou cizí atomy vázány relativně slabou kovovou vazbou.
Minerály
skupiny mědi jsou izostrukturní, základem jejich struktury je plošně
centrovaná kubická mřížka s atomy kovu v 12-ti četné koordinaci.
Jedná se vlastně o nejtěsnější uspořádání atomů v trojvrstvém
sledu s kubickou symetrií – ccp struktura (obrázek
72-2). Nepřetržitou izomorfní řadu tvoří Au a Ag, protože mají blízký
iontový poloměr (kolem 1,44 Å), izomorfní mísitelnost s mědí je
omezená (iontový poloměr 1,28 Å). Stejná struktura podmiňuje i stejné
fyzikální vlastnosti –
kujnost, tažnost, relativní měkkost, dobrou tepelnou
a elektrickou vodivost a vysokou hustotu.
Ve skupině železa jsou běžné různé typy slitin niklu a železa, jednotlivé ryzí kovy se vyskytují vzácněji. Oba prvky mají velmi blízké iontové poloměry, takže jejich izomorfní mísitelnost je velmi dobrá. Některé typy slitin (kamacit) mají tělesově centrovanou buňku (obrázek 72-3), prostorová grupa Im3m, ostatní jsou izostrukturní s mědí.
Ve
skupině platiny mají slitiny iridia a platiny resp. osmia a platiny strukturu
typu nejtěsnějšího hexagonálního uspořádání atomů – struktura
hcp, prostorová grupa P63/mmc (obrázek
72-4). Ostatní kovy skupiny mají strukturu typu mědi.
Chemické
složení mědi (Cu) bývá doplněno o některé minoritní prvky, běžné
jsou izomorfní příměsi Ag, Bi, Hg nebo As.
Symetrie
je kubická (oddělení
hexaoktaedrické). Struktura (izostrukturní se zlatem) je založena na nejtěsnějším
uspořádání atomů mědi v prostorové grupě Fm3m (obrázek
72-5). Jedná se o typický příklad ccp struktury. Mřížkové
parametry: a = 3,615; Z = 4. Práškový RTG difrakční záznam je na obrázku
72-6.
Měď vzácně
tvoří kubické, oktaedrické nebo dodekaedrické krystaly (obrázek
72-7), které jsou ale zpravidla deformované do kostrovitých krystalů (obrázek
72-8). Nejčastěji se vyskytuje ve formě větvených dendritických agregátů,
drátků (obrázek 72-9) nebo plíšků.
Fyzikální
vlastnosti: H = 8,9; T = 2,5 – 3. Na čerstvém lomu je typická měděná červená
barva, oxidací tmavne a pestře
nabíhá. Ostatní fyzikální vlastnosti jsou velmi podobné s ostatními
kovy – vynikající elektrická a tepelná vodivost, kujnost.
Hypogenní
(primární) měď je vázána na bazická efuzíva, převážně paleobazalty.
Typickými nalezišti je oblast Hořejšího jezero v Michiganu, v České
republice
Studenec u Nové Paky (obrázek 72-9) nebo Lomnice nad Popelkou. Častěji
se setkáme s výskyty mědi druhotného (sekundárního) charakteru (supergenní
minerál). Vzniká v zóně zvětrávání sulfidických ložisek Cu (subzóně
cementační), kde se vyskytuje spolu s kupritem. Typickými lokalitami
jsou Borovec u Štěpánova, Zlaté Hory nebo Smolník (Slovenské rudohoří). Jako minerál nemá měď na většině ložisek průmyslový význam, protože
je vzácná. Měď se průmyslově získává ze sulfidů (chalkopyrit, bornit,
chalkozín a další).
Využití
mědi je poměrně široké, nejčastěji na elektrické dráty, elektroniku,
plechy nebo na výrobu bronzu.
Dobrými
diagnostickými znaky je
charakteristická forma výskytu
a fyzikální vlastnosti (hustota, barva, kujnost).
Stříbro
(Ag) běžně obsahuje příměsi Au, se kterým tvoří slitiny v nejrůznějším
poměru. Izomorfně mohou být zastoupeny i další prvky jako Bi, Cu, Hg nebo
Sb.
Symetrie
je kubická (oddělení
hexaoktaedrické). Je izostrukturní s mědí – tvoří nejtěsnější kubické
uspořádání atomů Ag (obrázek 72-10). Stříbro
tvoří polytypní modifikace, z nichž nejčastější je 3C, méně běžné
jsou 2H a 4H. Mřížkové
parametry: a = 4,0862; Z = 4. Práškový RTG difrakční záznam je na obrázku
72-11.
Velmi vzácně se vyskytuje ve formě kubických, oktaedrických nebo dodekaedrických krystalů, zpravidla jsou deformované nebo jednosměrně vyvinuté (obrázek 72-12). Nejčastější formou výskytu jsou drátky (obrázek 72-13), dendritické agregáty, povlaky nebo celistvé masy.
Fyzikální
vlastnosti:
T 2,5 - 3; H = 10,5. Barva
je stříbrná (stříbřitě bílá), na vzduchu tmavne až černá a pokrývá
se vrstvičkou Ag2S. Typický je hákovitý lom, má vynikající teplotní
a elektrická vodivost a kujnost.
Jde
o typicky druhotný (supergenní) minerál, vznikající v zóně zvětrávání
ložisek Pb-Zn-Ag rud (subzóně cementační). Supergenní stříbro je známo především
z rudních revírů Příbram, Vrančice, Jihlava, Kutná Hora, Stříbro,
Jáchymov, Banská Štiavnica, Freiberg.
V některých hydrotermálních žilných formacích je známo stříbro primární – na žilách pětiprvkové formace na ložiskách Jáchymov nebo Zálesí u Javorníka, ve světě ložisko Kongsberg v Norsku. Jako minerál je ryzí stříbro vzácné a nemá většinou průmyslový význam. Získává se zejména při úpravě galenitu, jako další kov vedle Pb.
Využití
stříbra je poměrně široké, např. ve fotografickém průmyslu,
elektrotechnice nebo šperkařství.
Důležitými
diagnostickými znaky je forma výskytu (drátky) a fyzikální vlastnosti (
kujnost, za čerstva bílá barva a rychle oxidující povrch).
Téměř
vždy obsahuje zlato (Au) izomorfní příměs stříbra, nad 20 % podílu Ag se
používá označení elektrum.
Symetrie
je kubická (oddělení hexaoktaedrické). Struktura je založena na nejtěsnějším
trojvrstvém uspořádání atomů Au, jde tedy o typickou ccp
strukturu
(obrázek 72-14). Mřížkové
parametry: a = 4,0876; Z = 4. Práškový RTG difrakční záznam je na obrázku
72-15.
Krystaly
s plochami oktaedru (obrázek 72-16),
krychle nebo dodekaedru jsou vzácné, častější jsou zprohýbané plíšky (obrázek
72-17), někdy s náznaky krystalových ploch nebo výraznou skulptací
(obrázky 72-18 a 72-19).
Rozšířené jsou též dendritické útvary („mechové zlato“) a valounky
– „nuggety“ (anglicky nuggets) nebo drobná zrnka v náplavech.
Fyzikální
vlastnosti: T = 2,5 - 3; H = 19,3. Barva
zlata bývá zlatožlutá (s přibývajícím podílem Ag je bledší), typický je
kovový lesk, hákovitý lom a vynikající
elektrická a tepelná vodivost.
Primární
výskyty ryzího zlata jsou na hydrotermálních žilách, většinou s křemenem
a malým podílem sulfidů (Jílové u Prahy, Kremnica, Roudný u Vlašimi
atd.). Primární zlato je též složkou na stratiformních sulfidických ložiscích,
většinou s pyritem a Cu-sulfidy (např. Zlaté Hory). Zlato se často
hromadí v metamorfním procesu, běžná je i spojitost s Sb minerály
(Magurka). Zlato vzniká také jako druhotný (supergenní) minerál, v zóně
zvětrávání Au-ložisek různé geneze (subzóně cementační), ložiska
Zlaté Hory nebo Kremnica. Vzhledem ke své vysoké hustotě a odolnosti vůči
zvětrávání tvoří zlato rozsypová (druhotná) ložiska v klastických
sedimentech. V nich se akumuluje po uvolnění z matečných hornin a
ložisek po jejich zvětrání (povodí Otavy a Vltavy, toky v okolí Zlatých
Hor) nebo se objevují i ve zpevněných sedimentech např. metakonglomeráty na
ložisku Witwatersrand (Jihoafrická republika).
Využití
zlata je široké: elektroprůmysl, zdravotnictví, šperkařství, finančnictví - jedna z hlavních komodit na burze.
Důležitými
diagnostickými znaky jsou barva,
vysoká hustota a vysoký
lesk.
Většinou
se platina (Pt) vyskytuje jako slitina s malým množstvím Fe, Ir, Os, Rh
nebo Pd.
Symetrie
je kubická (oddělení hexaoktaedrické). Je izostrukturní s mědí (prostorová
grupa Fm3m). Mřížkové
parametry platiny: a = 3,9231; Z = 4.
Krystaly
jsou vzácné, většinou se vyskytuje ve formě nepravidelných zrn nebo nuggetů.
Fyzikální
vlastnosti:
H = 21,5; T = 4 - 4,5. Barva
bývá zpravidla ocelově šedá až tmavě šedá (obrázek
72-20), vykazuje silný kovový lesk. Je kujná a dobře vodivá, při vyšších
obsazích Fe magnetická.
Vzniká magmatickou segregací v ultrabazických, chromem bohatých horninách (dunity, pyroxenity, gabra). Při zvětrávání hornin přechází podobně jako zlato do náplavů. Známými světovými výskyty je oblast Uralu, Bushveldský komplex v JAR nebo ložisko Sudbury (Ontario).
Používá
se s dalšími vzácnými
prvky do automobilových katalyzátorů, v elektrotechnice nebo v chemické
laboratorní technice (je velmi odolná).
Pozemské
železo (Fe) je obvykle čisté, železo meteorického původu obsahuje řadu příměsí
nebo vytváří slitiny s podílem Ni (tenit obsahuje 30-45 % Ni, kamacit
pak 5-10 % Ni). Obě fáze lze rozlišit leptáním naleštěných meteorických
želez zředěnou kyselinou dusičnou za vzniku Widmanstättenových obrazců (obrázek
72-21).
Symetrie
železa je
kubická (oddělení hexaoktaedrické). Strukturu železa lze popsat jako
prostorově centrovanou kubickou mřížku. Mřížkové
parametry: a = 2,874; Z = 2.
Fyzikální
vlastnosti H = 7,6; T = 4-5. Barva je tmavě šedá v závislosti na složení
(obrázek 72-22), lesk je kovový.
Velmi
vzácné železo pozemského původu je nalézáno v zrnech a
kumulacích v některých bazaltech. Meteorické železo tvoří tzv.
železné meteority (obrázek 72-22).
Jako
minerál nemá ryzí železo žádný průmyslový význam.
Z prvků,
které můžeme označit jako polokovy, jsou mezi minerály nejčastější
bismut, arzen a antimon. Jedná se o izostrukturní fáze s trigonální symetrií.
As a Sb vykazují při vysokých teplotách neomezenou mísitelnost (tvoří úplný
pevný roztok).
Bismut
(Bi) je relativně čistý, může obsahovat drobné příměsi jiných prvků.
Symetrie
je trigonální (oddělení ditrigonálně skalenoedrické). Struktura je na obrázku
72-23. Mřížkové
parametry: a = 4,537; c = 11,838; Z = 6.
Tvoří
mikroskopická zrna, vzácněji i makroskopické agregáty, zrnité až celistvé
(obrázek 72-24).
Fyzikální
vlastnosti: H = 9,75, T = 2 –
2,5. Čerstvý bismut je stříbřitě bílý s nažloutlým
odstínem, časem nabíhá do bronzově červené barvy. Lesk má kovový, štěpnost
je dokonalá podle báze, bod tání 280o C. Odraznost v nábrusu
69 %.
Ryzí
Bi bývá akcesorickým nerostem pegmatitů (Dolní
Bory, Maršíkov, Vápenná)
a skarnů (Svratouch, Županovice). Ložiskové akumulace Bi známe z některých
Sn-W greisenů a křemenných žil (Krupka, Horní Slavkov), ekonomické výskyty
pocházejí také ze žil pětiprvkové formace (Jáchymov, Abertamy, Freiberg).
Na
žilných ložiskách Au bývá bismut typickou mikroskopickou akcesorií (Jílové,
Kasejovice), podobně je tomu např. v kyzové polymetalické asociaci
kutnohorských žil.
Symetrie
arsenu (As) je trigonální (oddělení ditrigonálně skalenoedrické). Mřížkové
parametry: a = 3,768; c = 10,574; Z = 6. Struktura arzenu je na obrázku
72-25, práškový RTG difrakční záznam je na obrázku
72-26.
Arsen
vytváří většinou celistvé, ledvinité (obrázek
72-27) a miskovité agregáty s patrnou radiální stavbou. Krystaly
jsou vzácné.
Fyzikální
vlastnosti: H = 5,7, T = 3,5. Čerstvý arsen je stříbřitě bílý, rychle
nabíhá a tmavne až černá. Lesk je kovový, po oxidaci matný. Štěpnost
dokonalá podle báze. Odraznost v nábrusech cca 52 %.
Arsen
bývá převážně hydrotermální (mezotermální až epitermální), hlavně
v sulfoarzenidovém stadiu pětiprvkové formace – Jáchymov, Měděnec,
Freiberg (až 15 cm velké miskovité agregáty). Ojedinělý byl na žilách
v Příbrami.
Antimon
(Sb) obsahuje malé příměsi Ag a Bi. Je omezeně mísitelný s arzenem (obrázek
72-28).
Symetrie
je trigonální (oddělení ditrigonálně skalenoedrické). Mřížkové
parametry: a = 4,299; c = 11,25; Z = 6. Struktura je na obrázku
72-29.
Obvykle
vytváří zrnité až miskovité agregáty, většinou je mikroskopický,
krystaly antimonu jsou velmi vzácné, někdy tvoří čtyřčata (obrázek
72-30).
Fyzikální
vlastnosti: H = 6,7; T = 3. Čerstvý antimon je cínově bílý s jemným
nažloutlým odstínem, lesk kovový. Je štěpný podle báze. V nábrusech
je antimon bílý s vysokou odrazností (74 %).
Antimon
bývá zarostlý v antimonitu na hydrotermálních ložiskách antimonitových
rud, někdy spolu se zlatem (Krásná Hora u Milešova, Pezinok). Byl popsán
jako pozdní nerost na příbramských rudních žilách. „Allemontit“
je starší označení pro slitiny As a Sb známé např. z Příbrami.
K minerálům
ze skupiny prvků-nekovů řadíme polymorfní modifikace uhlíku (grafit,
diamant) a síry (modifikace a,
b
a g).
Na hranici mezi polokovy a nekovy stojí vzácný ryzí selen.
Grafit
(C) obsahuje obvykle heterogenní příměsi, např. jílové minerály nebo
organickou složku.
Symetrie
grafitu je hexagonální (oddělení dihexagonálně dipyramidální). Jeho
struktura je složena z kovalentně vázaných atomů uhlíku, které tvoří
vrstvy s hexagonální symetrií rovnoběžné s (001). Tyto vrstvy jsou navzájem
vázány slabými van der Waalsovými silami (obrázek
72-31). Grafit jako polymorfní modifikace uhlíku vykazuje i polytypii –
hexagonální polytyp 2H a vzácnější trigonální polytyp 3R (obrázek
72-32). Struktura grafitu určuje níže uvedené fyzikální vlastnosti a
morfologické charakteristiky. Mřížkové
parametry: a = 2,464; c = 6,736; Z = 4. Práškový RTG difrakční záznam je
na obrázku 72-33.
Grafit
tvoří nejčastěji šupinky, lupenité agregáty (obrázek
72-34) až masivní agregáty. Krystaly grafitu jsou velmi vzácné (obrázek
72-35).
Fyzikální vlastnosti: H = 2,1 - 2,3; T =
1-1,5. Barva je černá, lesk zemitý až polokovový (obrázky 72-36
a 72-37), snadno se otírá (dokonalá štěpnost
podle 001). Dobře vodí teplo a elektrický proud. Je žáruvzdorný do 3000o
C.
Grafit
je minerálem středně a silně metamorfovaných hornin (metasedimentů),
kde byla původně obsažena organická hmota – grafitové ruly, grafitové mramory.
Trigonální polytyp grafitu je méně běžný a je typický ve špatně
krystalických grafitech, vznikajících za nižší metamorfózy (grafitové břidlice).
Grafit
je důležitý průmyslový minerál používaný k výrobě tužek,
elektrod, kelímků pro hutnictví nebo maziv ložisek.
Důležitým
diagnostickým znakem je jeho černá barva, snadná otíratelnost a nízká
tvrdost.
Ve
složení diamantu dominuje uhlík, obvykle jsou přítomny drobné heterogenní
nečistoty (jiné minerály). Fázové vztahy s druhým polymorfem grafitem
jsou na obrázku 72-39.
Symetrie
je kubická (oddělení hexaoktaedrické). Ve struktuře diamantu je každý uhlíkový
atom obklopen dalšími čtyřmi v tetraedrické koordinaci (obrázek
72-40). Délka kovalentní vazby mezi atomy je 1,54 . 10-10m,
hrana základní plošně centrované buňky je 3,56 . 10-10m
(prostorová grupa Fd3m). Struktura diamantu může být znázorněna pomocí
kubického nejtěsnějšího uspořádání atomů uhlíku. Mřížkové
parametry: a = 3,5668; Z = 8.
Na
krystalech převládá krystalový tvar oktaedru (obrázek
72-41), případně jde o spojky oktaedru s hexaoktaedrem. Známé je
dvojčatění podle spinelového zákona (obrázek
72-42).
Fyzikální
vlastnosti: H = 3,5; T = 10. Barva je zpravidla šedá, světle žlutavá
(stopová příměs dusíku) nebo je bezbarvý. Lesk může kolísat mezi
diamantovým až mastným (závisí na kvalitě ploch). Charakteristický je
vysoký index lomu se silnou disperzí světla (tzv. „oheň“). Štěpnost je
dobrá podle (111).
Vznik
diamantu je podmíněn vysokými teplotami a tlaky ve svrchním plášti (viz fázový
diagram uhlíku na obrázku 72-39). Diamant je vázán na matečné horniny kimberlity
nebo podobné ultrabazické horniny, provází ho často pyrop. Velká ložiska
jsou těžena zejména v JAR, Namíbii a Jakutsku. Sekundární výskyty
diamantu najdeme v náplavech (Brazílie, Jakutsko). Obě polymorfní
modifikace (grafit a diamant) mohou existovat za běžných pokojových podmínek.
Důvodem je, že rekonstruktivní polymorfní přeměna mezi oběma probíhá
velmi pomalu.
Diamant
je důležitým průmyslovým minerálem (brusné prostředky a obráběcí nástroje,
klenotnictví – nejcennější drahokam).
Důležitými
diagnostickými tvary je vzhled krystalů, vysoká tvrdost a typ výskytu (kimberlity).
Síra
(S) mívá izomorfní příměsi Se a Te, často bývají přítomny heterogenní
nečistoty jako jílové minerály nebo bitumenové složky.
Přírodní
síra má tři polymorfní modifikace. Nejhojnější a za normálních
podmínek stabilní je a-síra,
krystalující v soustavě kosočtverečné (oddělení rombicky dipyramidální).
Při teplotě 95o C přechází na monoklinický polymorf b-síry.
Velmi vzácnou monoklinickou modifikací je g-síra
(minerál rosickýit). Ve struktuře nízkoteplotní a-síry
se objevují kovalentně vázané motivy S8, které mají tvar
prstenců (obrázek 72-44). Tyto prstence jsou
navzájem propojeny slabými van der Waalsovými silami. Teplota tání je 119°C,
ale uvedené prstence jsou stabilní do 160°C. Základní buňka síry obsahuje
128 atomů (16 S8). Mřížkové
parametry (modifikace a):
a = 10,45; b = 12,845; c = 24,46; Z = 16. Práškový RTG difrakční záznam je
na obrázku 72-45.
Na
krystalech a-síry
převládají rombické dipyramidy (obrázek 72-46)
v kombinaci s pinakoidy a prizmaty, agregáty jsou zrnité až celistvé
(obrázek 72-47), síra často tvoří práškovité
povlaky nebo krápníkovité útvary.
Fyzikální
vlastnosti: H = 2,05; T = 1,5 - 2,5. Barva je nejčastěji žlutá (obrázek
72-48), může mít ale i odstín do zelena nebo
do červena. Štěpnost je nedokonalá, lesk diamantový na krystalových plochách,
vryp bílý. Síra je velmi křehká. Typická je špatná vodivost tepla a
rozpadá se po zahřátí v dlani.
Prvním
významným genetickým typem výskytů a ložisek síry jsou vulkanogenní akumulace,
vznikající sublimací ze sopečných plynů v sopečných oblastech –
Sicílie, Japonsko. Druhým a ekonomicky nejvýznamnějším genetickým typem síry
jsou ložiska sedimentární. Vznikají z ložisek sádrovce biochemickou činnosti
sirných bakterií. Sádrovec je redukován na S, za spoluúčasti organických
látek – např. metanu. Příkladem ložiska je Tarnobrzeg v Polsku.
Environmentálně
významný je antropogenní vznik síry na hořících haldách uhelných dolů
(Ostrava, Kladno, Oslavany).
Síra je velmi důležitý minerál pro chemický průmysl.