IZOMORFIZM – ZMIEŠANÉ CRYSTALY

IZOMORFIZM – ZMIEŠANÉ CRYSTALY

Chemické zloženie jednotlivých minerálov je možné určiť chemickým vzorcom. Existujú však aj také minerály, ktorých chemické zloženie sa pohybuje v určitých medziach. Príkladom môže byť minerál olivín, ktorých chemické zloženie možno predstaviť ako zmes dvoch zložiek: kremičitan horečnatý, Mg2SiO4 (forsterytu) a kremičitan železitý Fe2SiO4 (fajalitu). Obe tieto chemikálie majú rovnakú štruktúru, a jednotkové bunky ich mriežok majú veľmi podobné rozmery. Spôsobuje, že kryštalická forma týchto látok je identická. Fenomén existuje, že rôzne chemikálie (prvky alebo chemické zlúčeniny) majú rovnaké kryštálové štruktúry (s rovnakými alebo podobnými rozmermi jednotkovej bunky) a rovnaká alebo veľmi podobná forma kryštálov sa nazýva izomorfizmus (jedno-forma). Výsledkom izomorfizmu je, že môžu vznikať zmiešané kryštály, nazývané aj tuhé riešenia. Vznikajú potom, keď dva prvky alebo chemické zlúčeniny kryštalizujú v spoločnom prostredí a nevytvárajú samostatné minerály, ale uvoľňujú sa v homogénnej forme so stredným chemickým zložením. V prípade olivínov horčíkové iónové lúče (Mg2 + - 0,066 nm) a železo (Fe2 + - 0,074 nm) veľmi sa nelíši, ktorý umožňuje tvorbu ich zmiešaných kryštálov Mg2SiO4 a Fe2SiO4 vzorca (Mg,Fe)2SiO4. Vo vzorcoch zmiešaných kryštálov sú zložky substituujúce diadochy uvedené v zátvorkách, oddeľuje sa čiarkami, v poradí podľa ich klesajúcej kvantitatívnej úlohy.

Množstvo olivínov bolo konvenčne rozdelených na jednotlivé časti, ktoré dostali samostatné mineralogické názvy:

názov % forsterytu % fajalitu
Mg2SiO4 Fe2SiO4
forsteryt 100—90 0—10
chryzolit (peridot) 90—70 10—30
hialosyderyt 70—50 30—50
hortonolit 50—30 50—70
železitý hortonolit 30—10 70—90
fajalit 10—0 90—100

Diadoch horčíkové ióny Mg v kryštalických mriežkach olivínu2+ a železo Fe2+ sa nahrádzajú v rôznych pomeroch.

Ióny rôznych prvkov sa môžu navzájom nahradiť aj vtedy, keď majú rôzne valencie, ak sú ich iónové polomery rovnaké alebo mierne odlišné. Príkladom môže byť niekoľko plagioklasov, pričom vonkajšími členmi sú hlinitokremičitan sodný NaAlSi3O8 (bielenie) a hlinitokremičitan vápenatý CaAl2A2O8 (anortyt). Ióny sodíka je možné vymieňať v Diadochowe (On+ - 0,097 nm) a vápnik (To2+ - 0,099 nm) a ióny kremíka (A4+ - 0,040 nm) a hlina (Al3+ - 0,049 nm). Jednotliví členovia série plagioklasov dostávali mená:

názov % albit % anortytu
NaAlSi3O8 CaAl2A2O8
bielenie 100—90 0—10
oligokláza 90—70 10—30
andezyn 70—50 30—50
labrador 50—30 50—70
bytownit 30—10 70—90
anortyt 10—0 90—100

Množstvo plagioklasov predstavuje, rovnako ako séria olivín, príklad súvislý rad zmiešaných kryštálov.

Je tu vyjadrený nižší stupeň kryštallochemickej príbuznosti, že tieto dva prvky, ktorých veľkosť iónových lúčov nie je veľmi blízka, môžu sa navzájom nahradiť v kryštálových mriežkach nie spojito, ale s určitými obmedzeniami. Takéto nesúvislé rady zmiešaných kryštálov zahŕňajú riadok granátu, ktorých chemické zloženie je dané vzorcom: A32+ B23+[SiO4]3 alebo A32+ B23+A3O12 kde A = Mg2+, To2+, Mn2+, Fe2+, B = Al3+, Fe3+, Cr3+. Najdôležitejšie granáty sú:

pirop Mg3Al2[SiO4]3, teda Mg3Al2A3O12
Almandyn Fe3Al2[SiO4]3, to je Fe3Al2A3O12
spessartyn Mn3Al2[SiO4]3, to je Mn3Al2A3O12
Grossular To3Al2[SiO4]3, teda Ca3Al2A3O12
andradyt To3Fe2[SiO4]3, teda Ca3Fe2A3O12
uwarowit To3Cr2[SiO4]3, teda Ca3Fe2A3O12

Vápnikové granáty, t.j.. Grossular Ca3Al2A3O12, andradyt Ca3Fe2A3O12 i uwarowit Ca3Cr2A3O12, poskytujú zmiešané kryštály vo všetkých pomeroch. Železný granát - Almandine Fe3Al2A3O12 — dáva súvislý rad kryštálov zmiešaných oboje s magnéziovým granátom - Mg pyrop3Al2A3O12, a mangánový granát - spessartín Mn3Al2A3O12. Pirop so spessartínom však neposkytuje súvislé série, ale iba séria s veľkým odstupom, a všetky vápnikové granáty so železo-horečnato-mangánovými granátmi tvoria zmiešané kryštály tiež len v obmedzenej miere. Je to spôsobené podobnou veľkosťou iónových polomerov dvojmocného železa (Fe2+ - 0,078 nm) a horčík (Mg2+ - 0,060 nm). Hliníkové ióny majú podobné veľkosti (Al3+ - 0,049 nm), chróm (Cr3+ - 0,069 nm) a trojmocné železo (Fe3+ - 0,064 nm). Jon manganawy (Mn2+ - 0,080 nm) má polomer iónov podobný ako v prípade železných iónov (Fe2+ - 0,074 nm), príliš odlišný od iónového polomeru horčíka (Mg2+ - 0,066 nm), aby sa mohli navzájom slobodne nahradiť. Vápnikový ión (To2+ - 0,099 nm) má polomer iónov oveľa väčší ako iné dvojmocné ióny nájdené v granátových jablkách, a preto má veľmi obmedzenú možnosť izomorfného zmiešania s nimi.

Medzi minerálmi sú také, ktoré pri rovnakom chemickom zložení majú rozdielne štruktúry, kryštalické formy a vlastnosti. Príklady môžu byť: prvok uhlík C pochádzajúci z dvoch minerálov: diamant patriaci do pravidelného systému a grafit kryštalizujúci v šesťuholníkovom systéme. Sulfid železitý FeS sa vyskytuje ako pyritový minerál (pravidelné) d markasyt (rombowy), uhličitan vápenatý CaC03 ako kalcit (trigonálny) ja aragonit (rombowy). Oxid titaničitý Ti02 je to troj forma, pretože sa javí ako tetragonálny rutil, štvoruholníkový, ale inej formy a štruktúry anataz i rombowy brookit (použité). Vo forme troch minerálov: sillimanitu, andaluzytu i dystenu, teda kyanit, existuje tiež chemická zlúčenina so vzorcom oxidu Al2O3 • SiO2. Fenomén výskytu jednej chemickej látky v dvoch alebo troch formách sa nazýva - na rozdiel od izomorfizmu - polymorfizmus (mnohotvárnosť). Prítomnosť dvoch foriem je známa ako dimorfizmus.

Jednotlivé polymorfy sa tvoria za určitých fyzikálno-chemických podmienok. Kalcit sa vytvára z vodných roztokov pod 29 ° C, nad touto teplotou sa vytvorí aragonit. Kalcit sa tiež môže vytvárať pri vysokých teplotách pri správnom tlaku, napr.. ako hlavná zložka metamorfovaných guličiek. Markazit je v porovnaní s pyritom menej stabilný typ sulfidu železa, ktorá sa pri 530 ° C zmení na pyrit. Podobne sa pod vysokým tlakom andalusit a disten premieňajú na silimanit.

Z prítomnosti niektorých polymorfov v hornine možno niekedy vyvodiť závery o podmienkach, v ktorej bola vytvorená. Platí to najmä pre teploty, čo malo za následok pomenovanie týchto polymorfov ako geologických teplomerov.