Cristalografie

NOŢIUNI GENERALE

Mineralogia este una dintre ştiinţele naturii care se ocupă cu studiul mineralelor.

Termenul de mineral derivă din cuvântul “minera” care înseamnă minereu.

Mineralele sunt considerate toate substanţele naturale anorganice, solide sau lichide, omogene din punct de vedere fizico-chimic, cu o compoziţie chimică definită şi structură determinată, care s-au format în scoarţa terestră şi fac parte integrantă din ea. În prezent se cunosc peste 2500 specii minerale, cu aproape 10.000 de varietăţi , dar numai 100 din acestea au o răspândire însemnată în scoarţa terestră.

Cristalografia joacă un rol important în cadrul mineralogiei şi se ocupă cu studiul formelor exterioare şi structurii interne, creşterii şi dizolvării, cât şi proprietăţilor fizico-chimice ale cristalelor. Starea cristalină este starea normală de existenţă a materiei solide, caracterizată prin aranjarea ordonată şi periodică a particulelor constituente (atomi, ioni, molecule, radicali).

Cristalul (de la Krystallos= gheaţă= poate fi definit, din punct de vedere morfologic, ca un poliedru convex, mărginit de feţe plane, format în procesul de cristalizare dintr-o topitură sau soluţie sau direct prin sublimare.

Asociaţiile naturale de minerale duc la formarea rocilor şi mineralelor.

Rocile pot fi monominerale, atunci când sunt constituite dintr-un singur mineral (calcare, gipsuri, sare geamă etc.) sau poliminerale, atunci când sunt constituite din mai multe minerale. Cu studio rocilor se ocupă petrografia.

Mineralele sau asociaţiile de minerale folosite în diferite activităţi economice poartă numele de substanţe minerale utile, care dacă pot fi exploatate în mod economic, la un moment dat, constituie zăcăminte.

Zăcământul poate fi definit ca o acumulare neobişnuită (peste media concentraţiei în scoarţa terestră) a unor substanţe minerale utile, prezentându-se sub forma unor corpuri geologice definite prin formă, compoziţie geneză.

Minereul reprezintă o substanţă minerală utilă din care se pot extrage, în mod rentabil, unul sau mai multe metale.

Dacă substanţele minerale utile sunt folosite în alte scopuri decât pentru extragerea metalelor poartă numele de minerale sau roci utile.

Mineralele nemetalice din minereuri (care se găsesc în asociaţie naturală cu mineralele metalice utile) se numesc minerale de gangă. În procesele de exploatare din zăcământ a minereurilor, pe lângă substanţa minerală utilă se scoate şi o anumită cantitate din roca înconjurătoare, aceasta constituind sterilul.

Din unele minereuri se poate extrage un singur metal, când se numesc simple (minereuri de cupru, de aur, de aluminiu etc.) sau mai multe metale – minereuri complexe (minereuri de Pb, Cu, Zn etc.).

Conţinutul în metal al minereurilor poate fi exprimat în procente (%) sau în grame la tonă (g/t) în cazul metalelor preţioase (Au, Ag, Pt).

Importanţa practică a cursului de cristalografie rezultă din rolul tot mai important pe care l-au avut şi îl au mineralele, minereurile şi rocile în dezvoltarea societăţii omeneşti, neexistând domeniu de activitate în care să nu se folosească substanţe minerale, fie ca materie primă, materiale auxiliare sau sub formă de produse prelucrate.

Capitolul 1

CRISTALOGRAFIA GEOMETRICĂ MORFOLOGICĂ

Pornind de la definiţia enunţată anterior, cristalografia poate fi împărţită astfel:

- cristalografia geometrică morfologică (forma externă a poliedrilor)

- cristalografia geometrică structurală (structura internă a cristaleor) şi care se mai numeşte cristalochimia;

- cristalogeneza (studiul nucleaţiei, creşterii şi dizolvării cristalelor);

- cristalografia fizică ( proprietăţile fizice ale cristalelor).

1.1. Legile cristalografiei geometrice

1.1.1. Legea Euler-Descart

Din punct de vedere geometric orice cristal este un corp solid mărginit de feţe plane care se intersectează după linii drepte numite muchii, care la rândul lor, se întâlnesc în puncte numite colţuri. Între feţele (F), muchiile (M) şi colţurile (C) ale unui cristal există relaţia:

F+C=M+2

De exemplu, în cazul cubului relaţia este: 6+8=12+2

1.1.2. Legea constanţei unghiurilor (Nicolaus Steno, Romée d’Isle)

Formele cristaline sunt caracterizate prin unghiurile diedre pe care le fac feţele între ele. Aceste unghiuri sunt constante la temperatură şi presiune constantă.

Primul care a enunţat această lege a fost Nicolaus Steno în 1669: unghiurile dintre elementele echivalente (feţe, muchii) ale diferiţilor indivizi ai aceleiaşi specii cristaline sunt întotdeauna egale, indiferent de mărimea cristalului, pe de o parte şi mărimea şi forma feţelor, pe de altă parte.

În anul 1783 Romée d’Isle verifică legea pe diferite cristale iar Mitscherich în 1823 precizează că legea este valabilă numai la presiune şi temperatură constantă, deoarece dilataţia termică, fiind o mărime vectorială, nu este aceeaşi în toate direcţiile.

Unghiul dintre feţele unui cristal se măsoară cu ajutorul unor dispozitive numite goniometre.

După felul de construcţie şi după principiul de măsurare, goniometrele sunt de două categorii:

- goniometre de aplicaţie sau de contact: este întrebuinţat pentru măsurarea unghiurilor diedre dintre feţe la cristalele mai dezvoltate (fig. 1)

- goniometre de reflexie: se bazează pe principiul reflexiei luminii şi este întrebuinţat la măsurarea unghiurilor diedre dintre feţe la cristalele mici (fig.2)