Kryształy w procesach geologicznych. Cz. 1. Wykształcenie kryształów i ich rozwój 1300-WKPG1W
Ogólna charakterystyka kryształów i procesów krystalizacji. Kryształy periodyczne i aperiodyczne. Kwazikryształy naturalne. Naturalne kryształy koloidalne (opal szlachetny). Nanominerały i nanocząstki mineralne (ich własności i znaczenie). Megakryształy (największe minerały) i warunki ich rozwoju. Morfologia i budowa wewnętrzna kryształów. Sieć przestrzenna a sieć krystaliczna. Defekty punktowe, liniowe (dyslokacje krawędziowe, śrubowe i mieszane), płaskie, objętościowe. Kryształy ścianowe i nieścianowe. Kryształy jako ziarna w metalurgii. Krystality. Postacie i kombinacje postaci krystalograficznych. Forma wzrostu, stabilna forma wzrostu, forma równowagi. Teoria periodycznych łańcuchów wiązań (Hartmana-Perdoka) a morfologia kryształów. Kryształy idealne i realne. Krystalizacja z fazy gazowej, roztworów i ciekłych stopów (magmy). Siły napędowe krystalizacji. Metody otrzymywania kryształów i minerałów syntetycznych. Krystalizacja naturalna. Teorie wzrostu kryształów. Mechanizmy wzrostu i morfologia kryształów w niskich i wysokich przesyceniach i przechłodzeniach. Front krystalizacji atomowoszorstki i atomowogładki. Dyslokacje a wzrost kryształów. Geneza i rozmnażanie dyslokacji. Dyslokacje wzrostowe i powzrostowe. Badanie dyslokacji w minerałach. Normalny i warstwowy wzrost ścian kryształów. Stopnie elementarne (monomolekularne) i makrostopnie, płynięcie i gromadzenie stopni. Tworzenie stopni elementarnych poprzez zarodkowanie dwu- i trójwymiarowe. Dyslokacyjny (spiralny) mechanizm ciagłego wzrostu. Zarodkowanie kryształów. Klasyczne i nieklasyczne teorie zarodkowania. Zarodek przedkrytyczny, krytyczny i nadkrytyczny. Ugrupowania przedzarodkowe. Zarodkowanie pierwotne (homo- i heterogeniczne) i wtórne (następcze). Siły sprawcze (napędowe) zarodkowania: przesycenie (w roztworze) i przechłodzenie (w stopie). Zarodkowanie biominerałów. Zarodkowanie kryształow w środowiskach naturalnych. Stadia krystalizacji z roztworów: stadium przed zarodkowaniem (czas indukcji), stadium zarodkowania, i stadium wzrostu. Roztwory nienasycone, nasycone, przesycone. Stan metastabilny. Krystalizacja z roztworu przez parowanie i schładzanie. Krystalizacja przez reakcję chemiczną (precypitacja) i przez zmianę składu chemicznego (wysalanie). Przykłady z środowisk naturalnych. Krystalizacja przez ochładzanie stopu (stygnięcie magmy). Likwidus. Solidus. Przechłodzenie i stopień przechłodzenia. Tempo zarodkowania i tempo wzrostu kryształów w krzepnącym stopie a tekstury skał magmowych. Dojrzewanie Ostwalda. Rozkłady wielkości kryształów w skałach (rozkłady z dojrzewaniem Ostwalda i inne; przykłady interpretacji). Czynniki wpływające na przebieg krystalizacji i tempo wzrostu kryształów. Wzrost antyszkieletowy i szkieletowy. Relief (mikrotopografia) ścian i akcesoria wzrostu. Wzgórki i dołki wzrostu dyslokacyjne i niedyslokacyjne. Centra i spirale wzrostu. Linie warstw wzrostu. Ściany i piramidy wicynalne. Prążkowanie ścian. Ślady rozpuszczania i figury (dołki) wytrawień. Przykłady ze świata minerałów. Subkryształy. Parkietowa budowa ścian. Budowa blokowa (mozaikowa) kryształów. Krystality. Struktury typu lineage i ich rozwój. Granice bloków (subkryształów). Piramidy (sektory) wzrostu i strefy wzrostu. Strefowość wzrostu. Typy strefowości. Strefowość składu. Strefowość dyfuzyjna i jej rozwój. Strefowość koncentryczna, sektorowa i wewnątrzsektorowa. Strefowość oscylacyjna i jej geneza. Przykłady z świata minerałów. Strefowa (pasowa) budowa skaleni: normalna, odwrócona i oscylacyjna. Strefowość łaciata. Budowa klepsydrowa (chiastolit, gwiaździsty szafir i in.). Inkluzje w kryształach (stałe, ciekłe, gazowe, pierwotne i wtórne) i ich wykorzystanie w badaniach geologicznych. Przykłady zastosowania analiz inkluzji do interpretacji warunków krystalizacji. Inkluzje stopu w skałach krystalicznych. Morfologia kryształów a warunki środowiska. Wpływ przesycenia, temperatury, pH, obcych domieszek na morfologię kryształów. Adsorpcja domieszek na ścianach kryształów; częstokół Cabrery. Morfologiczna ewolucja rosnących kryształów i jej przyczyny. Selektywna adsorpcja jako mechanizm hamujący wzrost określonych ścian i generujący zmiany w morfologii kryształu. Rozwój określonej odmiany polimorficznej pod wpływem specyficznych domieszek. Morfodromy wzrostu (diagramy krystalogenetyczne). Metody ich konstruowania oraz przykłady ze świata minerałów. Koncepcja typomorfizmu minerałów. Minerały przewodnie. Minerały krytyczne (indeksowe, wskaźnikowe). Minerały typomorficzne. Cechy (własności, wskaźniki) typomorficzne. Typomorfizm morfologiczny. Przykłady typomorficznego wykształcenia minerałów (cyrkon, skaleń, piryt, fluoryt i in.). Typomorfizm w poszukiwaniach geologicznych. Krystalomorfologia poszukiwawcza. Asymetryczny rozwój kryształów i jego przyczyny. Dyslokacje a przyspieszony wzrost ścian. Asymetryczny rozwój kryształów w krzepnących stopach wskutek niejednorodnego stygnięcia. Potoki koncentracyjne wokół rosnącego i rozpuszczanego kryształu. „Geotropizm” kryształów naturalnych i jego przyczyny. Orientacja kryształów w żyłach mineralnych – przykład kwarcu. Wpływ kierunku przepływu roztworu na morfologię kryształów. Kryształy rosnące w potokach roztworów mineralizujących. Przykłady ze świata minerałów. Analiza paleoprądów solanek na podstawie orientacji kryształów gipsu w zapadlisku przedkarpackim. Wytrącanie i wzrost kryształów pływających na powierzchni roztworu. Kryształy łódkowate i tratwy krystaliczne; ich przykłady (halit, kalcyt i in.). Kryształy o zakrzywionych ścianach. Somatoidy. Wpływ adsorpcji, rozpuszczania i korozji magmowej na formowanie ścian zakrzywionych. Przykłady ze świata minerałów (soczewkowaty gips, diamenty). Kryształy skręcone, ich cechy i ich geneza; przykłady (siodłowaty dolomit, radiaksjalny kalcyt, skręcone kwarce, gips). Kryształy szkieletowe, rozwój naroży i krawędzi (wzrost szkieletowy, efekt Berga). Kryształy antyszkieletowe. Dendryty dwu- i trójwymiarowe, ścianowe i nieścianowe. Warunki i mechanizmy wzrostu dendrytów. Rozwój czoła i gałęzi dendrytu. Czynniki kontrolujące kształt dendrytów, rola dyfuzji. Przykłady dendrytów w świecie minerałów. Wiskersy i kryształy nitkowe (włókniste). Wiskersy metali, niemetali i minerałów. Mechanizmy wzrostu kryształów nitkowych. Wzrost u podstawy i u wierzchołka kryształu (przykłady z środowisk naturalnych). Rozszczepianie rosnących kryształów (przykłady kalcytu i gipsu). Deformacje, destrukcja i przeobrażenia kryształów naturalnych. Rozpuszczanie kryształów, kryształy negatywowe. Synsedymentacyjne rozpuszczanie minerałów solnych, powierzchnie rozpuszczania (gips, halit). Przeobrażenia strukturalne kryształów minerałów. Deformacje i spękania kompakcyjne i tektoniczne. Deformacje wywołane impaktami (kwarc szokowy). Prawidłowe zrosty kryształów tej samej fazy. Zrosty równoległe i nierównoległe. Definicje bliźniaków i ich symetria. Zbliźniaczenia wzrostowe, transformacyjne i poślizgowe (mechaniczne) – ich morfologia i geneza. Bliźniaki penetracyjne (przerosłe) i kontaktowe (stykowe). Zbliźniaczenia podwójne, potrójne i wielokrotne (polisyntetyczne). Geneza i prawa rozwoju bliźniaków wzrostowych (rola przesycenia i domieszek). Bliźniaki zarodkowania. Teoria początkowej płaszczyzny zrostu. Synneusis. Przegląd charakterystycznych mineralnych bliźniaków (rutyl, staurolit, aragonit, cerusyt, chryzoberyl i in.). Zbliźniaczenia transformacyjne kwarcu. Bliźniaki polisyntetyczne skaleni, kalcytu, dolomitu. Bliźniaki gipsu (jaskółcze ogony) narastające na podłożu, reguła Mottury. Prawidłowe zrosty kryształów różnych faz. Epitaksja i zrosty epitaksjalne. Grafoepitaksja. Epitaksja skalenia i kwarcu. Przerosty pismowe w pegmatytach. Myrmekit. Przykłady epitaksji z różnych środowisk. Topotaksja i zrosty topotaktyczne. Odmieszanie roztworów stałych. Przykłady ze świata minerałów. Pertyty i antypertyty. Figury Widmanstättena. Wzrost kryształu w otoczeniu ciał obcych; wzrost przechwytujący, wypierający i zastępujący. Siła i ciśnienie krystalizacji. Pseudomorfozy. Paramorfozy, kryształy metamiktyczne, pseudomorfozy odmieszania, przeobrażeń i zastąpień (pseudomorfozy wypełniające, pleromorfozy), pseudomorfozy inkrystacyjne (perymorfozy). Przykłady słynnych pseudomorfoz (glendonit, achtarandyt i in.). Kryształy w organizmach żywych. Biomineralizacja. Biominerały i organominerały. Biomineralizacja biologiczne kontrolowana (wewnątrz-, między- i pozakomórkowa). Biomineralizacja biologicznie indukowana. Przykłady biominerałów (kalcyt, aragonit, magnetyt i in.). Biomineralizacja eksperymentalna. Krystalizacja biomimetyczna w inżynierii materiałowej. Kryształy a chiralne związki organiczne. Hipotetyczna rola kryształów w powstaniu życia na Ziemi.
Rodzaj przedmiotu
Założenia (opisowo)
Koordynatorzy przedmiotu
Efekty kształcenia
Wykład uczy rozumienia procesów wzrostu i przeobrażeń kryształów naturalnych (minerałów), oraz rozpoznawania (interpretacji) zapisu tych procesów w widocznych makroskopowo cechach morfologicznych i budowie wewnętrznej kryształów i ich zrostów. Wykład uczy rozumienia polskiej i anglojęzycznej terminologii naukowej.
Kryteria oceniania
Test zaliczeniowy lub kolokwium ustne sprawdzający stopień opanowania wiedzy przekazanej na wykładzie.
W przypadku prowadzenia zajęć w sposób zdalny (On-line) zaliczenie może odbyć się na podstawie oceny samodzielnie przygotowanych prac pisemnych na zadany temat.
Praktyki zawodowe
brak
Literatura
Beckmann W., ed., 2013. Crystallization: Basic Concepts and Industrial Applications. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany.
Bolewski A., Kubisz J., Manecki A., Żabiński W., 1990. Mineralogia ogólna, wyd. 3, zmienione. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa.
Buckley H.E., 1951. Crystal Growth. John Wiley & Sons Inc., New York and Chapman & Hall Ltd., London.
Byrappa K., Ohachi T., eds., 2003. Crystal Growth Technology. William Andrew Inc., Norwich-New York; Springer; Berlin.
Dhanaraj G., Byrappa K., Prasad V., Dudley M., eds., 2010. Handbuch of Crystal Growth. Springer, Berlin-Heidelberg.
Givargizov E.I., 1991. Oriented Crystallization on Amorphous Substrates. Springer Science+Business Media, LLC; New York (tłum. z ros.).
Grigoriew, D.P., 1961. Ontogeneza minerałów. Izdatielstwo Lwowskowo Uniwiersitieta, Lwów (po ros., tłum. ang.: Ontogeny of Minerals, Israel Program for Scientific Translations, Jerozolima, 1965).
Grigoriew D.P., Żabin A.G., 1975. Ontogeneza minerałów. Indiwidua. Nauka, Moskwa (po ros.).
Growth of Crystals, v. 1-21, 1959-2002 (tlumacznie z ros., Wzrost Kryształów, t. 1-21, 1957-2002).
Honigmann B., 1958. Gleichgewichts- und Wachstumsformen von Kristallen. Fortschritte der Physikalischen Chemie, Bd. 4. Dr. Dietrich Steinkopff Verlag, Darmstadt.
Hull D., 1982. Dyslokacje. PWN, Warszawa (tłum. wyd. ang.: Introduction to Dislocations, 2 ed., Pergamon Press, 1975).
Hull D., Bacon D.J., 2001. Introduction to Dislocations, 4 ed. Butterworth-Heinemann, Oxford.
Jewzikowa N.Z., 1984. Krystalomorfologia poszukiwawcza. Niedra, Moskwa (po ros.).
Juszkin N.P. 1982. Topomineralogia. Niedra, Moskwa (po ros.).
Kelly A., Groves G.W., 1980. Krystalografia i defekty kryształów. PWN, Warszawa (tłum. wyd. ang.: Crystallography and Crystal Defects, London Group Ltd., London 1970).
Kelly A., Knowles K.M., 2012. Crystallography and Crystal Defects, 2 ed. John Wiley & Sons, Ltd., Chichester, UK.
Klassen-Neklyudova M.V., 1964. Mechanical Twinning of Crystals. Consultants Bureau, New York (tłum. z ros.).
Kloprogge J.T., Lavinsky R., 2017. Photo Atlas of Mineral Pseudomorphism. Elsevier, Amsterdam.
Kostov I., 1968. Mineralogy. Oliver and Boyd, Edinburgh-London.
Krasnova N.I., Petrov T.G., 1995. Geneza mineralnych indywiduów i agregatów. Nevskii Kur’er, Sankt-Petersburg (po ros.).
Liemmliejn G.G., 1973. Morfologia i geneza kryształów. Nauka, Moskwa (po ros.).
Markov I.V., 1995. Crystal Growth for Beginners. Fundamentals of Nucleation, Crystal Growth and Epitaxy. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Singapore, New Jersey, London, Hong Kong.
Mersmann A., ed., 2001. Crystallization Technology Handbook, 2 revised expanded ed. Marcel Dekker, Inc.; Taylor & Francis Group, LLC., New York-Basel.
Modern Crystallography (v. 1-4), B.K. Vainshtein et al., eds., 1984-2000. Springer (tłumaczenie z ros., Współczesna Krystalografia, t. 1-4, Nauka, Moskwa 1979-1981).
Mullin J.W., 2001. Crystallization, 4 ed. Butterworth-Heinemann, Oxford.
Myerson A.S., ed., 2001. Handbook of Industrial Crystallization, 2 ed. Butterworth-Heinmann, Boston.
Naka K., ed., 2007. Biomineralization I. Crystallization and Self-Organization Process. Springer, Berlin.
Nishinaga T., ed., 2015. Handbook of Crystal Growth, 2ed., v. 1. Fundamentals, Part A. Thermodynamics and Kinetics. Part B. Transport and Stability. Elsevier, Amsterdam.
Popov V.A., 2010. Praktyczna genetyczna mineralogia. UrO RAN, Jekatierinburg (po ros.).
Rudolph P., ed., 2015. Handbook of Crystal Growth, 2 ed., Bulk Crystal Growth, v. 2, part B. Growth Mechanisms and Dynamics. Elsevier, Amsterdam.
Sangwal K., 1987. Etching of Crystals: Theory, Experiment, and Application. Elsevier, Amsterdam.
Sangwal K., 2007. Additives and Crystallization Processes: from Fundamentals to Applications. John Wiley & Sons Ltd., Chichester.
Schneer C.J., ed., 1977. Crystal Form and Structure. Benchmark Papers in Geology, v. 34. Dowden, Hutchinson & Ross Inc.; Stroudsburg, Pennsylvania.
Saratowkin, D.D., 1959. Dendritic crystallization, Consultants Bureau Inc., New York (tłum z ros., Moskwa 1953).
Sunagawa I., ed., 1987. Morphology of Crystals, Part A and B. Terra Scientific Publishing Company; Tokyo & D. Reidel Publishing Company; Dordrecht.
Sunagawa I., ed., 1989. Morphology and Growth Unit of Crystals. Terra Scientific Publishing Company (TERRAPUB), Tokyo.
Sunagawa I., 2005. Crystals: Growth, Morphology, and Perfection. Cambridge University Press, Cambridge, New York.
Synowiec P.M., 2008. Krystalizacja przemysłowa z roztworu. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa.
Tarján I., Mátrai M., eds., 1972. Laboratory Manual on Crystal Growth. Akadémiai Kiadó, Budapeszt.
Tschermak G., Becke F., 1923. Podręcznik mineralogji (tłum. z niem. i uzupełnił J. Mrozewicz, T.J. Wojno). Wydawnictwo Kasy im. Mianowskiego Instytutu Popierania Nauki, Warszawa 1931.
Van Driessche A.E.S., Kellermeier M., Benning L.G., Gebauer D., eds., 2017. New Perspectives on Mineral Nucleation and Growth from Solution Precursors to Solid Materials. Springer International Publishing.
Żmija J., 1987. Podstawy teorii wzrostu monokryształów. PWN, Warszawa.
Więcej informacji
Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb: