A kémiában, az ásványtanban és az anyagtudományban a kristályoknak olyan szilárd halmazállapotú anyagokat neveznek, melyekben az atomok, molekulák vagy ionok szabályos rendben, a tér mindhárom irányában ismétlődő minta szerint helyezkednek el, a térrácsot három dimenziós elemi cellák hozzák létre.
Kőzetek, ásványok, kristályok meghatározása:
Kőzetek: a bolygónk szilárd anyagának kémiailag heterogén, többfelé megtalálható, nagy kiterjedésű ásványtömegei, vagy ásványtársulásai. Képződésük szerint lehetnek üledékes, magmás és metamorf kőzetek.
Ásványok: olyan a Föld belsejében és a földön kívüli objektumokban előforduló, természetes eredetű, szilárd, szervetlen anyagok, amelyek összetétele és szabályos, rendezett szerkezete egyaránt viszonylag állandó.
Az ásványokat tanulmányozó tudomány az ásványtan (mineralógia).
Kristályok: olyan ásványok, amelyek legtöbbször egyetlen kémiai elemből épülnek fel vagy egymáshoz kapcsolódó elemek keverékei. Többségük szimmetrikus, vagyis pontos szögek által határolt geometriai mintázatot követnek, kristályszerkezetük pedig atomjaik elrendezését tükrözik vissza.
Földünkön az egyik leggyakoribb kristály a kvarckristály, melyet a földkéreg két legközönségesebb eleme, a szilícium és oxigén alkotja.
A legtöbb kvarckristály forró, gőzölgő, túltelített szilícium-dioxid (SiO2) oldatként kezdi pályafutását, amely a lehűlés következtében sűrűsödik.
A szilícium-dioxid molekula hozzákötődik a gránitból vagy homokkőből álló anyag- vagy alapkőzethez.
Az idő múlásával egyre több atom kapcsolódik össze molekulává, majd több millió atom összekapcsolódásával létrejön egy meghatározott hálózat a kristályrács, így kezd el növekedni a kvarckristály, egyik réteg a másik után.
Kristályformák
A kristályformákat a kristályt alkotó atomok kötésszögei alakítják ki, ezért állandóak.
A tér három irányába mutató kristálytani tengelyeket lehet felvenni jellemzésükre.
A tengelyek meghatározott szögeket zárhatnak be egymással és különböző hosszúságúak lehetnek.
A legkülönbözőbb kristályok is alapvetően csak a tengelykeresztjükben térnek el egymástól.
A tengelyek tulajdonságai szerint megkülönböztetünk:
Izometrikus vagy szabályos – a tengelyek egyenlő hosszúságúak, az általuk bezárt szög mindegyike 90°, kockaformájú kristályok, jellemzőjük hexaéder, oktaéder, tetraéder;
Tetragonális vagy négyszöges – a tengelyek közül egynek a hossza változó, a másik kettő egyenlő, a bezárt szög 90°-os, négyzetes oszlop alakú kristályok, jellemzőjük trapezoéder, szkalenoéder, négyzetes prizma;
Rombos – a tengelyek különböző hosszúságúak,a bezárt szögük 90°, téglatest alakú kristályok, jellemzőjük a diszfenoid, dipiramis, rombos piramis;
Trigonális – a leghosszabb tengelyen két, arra merőleges, egyforma hosszúságú tengely helyezkedik el, amik egymással 60°-os szöget zárnak be, háromszöges oszlop alakú kristályok, jellemzőjük romboéder, trapezoéder, trigonális prizma;
Monoklin vagy egyhajlású – a tengelyek nem egyenlő hosszúságúak, és az egyik szög nem egyenlő 90°-kal, trapezoid alakú kristályok, jellemzőjük a szfenoid, dóma és prizma;
Triklin vagy háromhajlású – a tengelyek nem egyenlő hosszúak és egyetlen szögük sem 90°, trapezoid kristályok, jellemzőjük a pedion és a véglap;
Hexagonális vagy hatszöges – az egyik tengelyre három merőleges tengely húzható, amik egymással 60°-os szöget zárnak be, hatszöges oszlop alakú kristályok, jellemzőjük dihexagonális prizma, piramis, trapezoéder.
A kristálylapok általában párhuzamosak valamelyik tengellyel, de előfordul, hogy három tengelyre mért adott távolságok rajzolnak ki lapot, ekkor háromszöges lapok jönnek létre, ilyenek alkotják a piramisformájú kristályokat.
A kristályformák nem mindig kivehetőek, ezért a kristályosodás alakja szerint is lehet csoportosítani a kristályokat:
Saját alakú
Fenn-nőtt – valamely felültre tapadó, onnan kiinduló kristályosodásnál a felülettel érintkező kirástálylapok torzulnak, mivel ott nem fejlődik.
Ez jellemző az üregkitöltő kristályosodásra
Benn-nőtt – oldatból kiváló kristály, aminek minden részlete saját kristály alakú, mivel szabadon növekedhet minden irányban
Egyirányban növekvők
oszlopos
rostos
tűs
pamacsszerű
Két irányban növekvők
táblás
lemezes
pikkelyes
leveles
Vázkristályos
Fürtös-gömbös
Bekérgezés
Alacsony kristályosodási készségű – egyes ásványok kristályosodáskor szinte mindig befejezetlennek hatnak, egy részükben kristályosak, más részükben amorfak (például pirit).
Az ásvány (kristály) meghatározásban használt fizikai és geometriai tulajdonságok:
– kristályalak: egy ásványt határolhatnak jól fejlett, szabad szemmel is könnyen azonosítható kristálylapok, de gyakoribbak a tömeges megjelenésű, finomszemcsés, szélsőséges esetben csak mikroszkóp alatt tanulmányozható kristályok.
– keménység: meghatározásában leggyakrabban a karcolási keménységet alkalmazó, Mohs-féle keménységi skála használatos, a legpuhább ásvány a talk, majd gipsz, kalcit, fluorit, apatit, földpát, kvarc, topáz, korund és végül a gyémánt.
– szín: a különféle ásványfajok a látható fény különböző hullámhosszúságú részeit nyelik el, vagy verik vissza, így jellegzetes színben pompáznak.
Bizonyos ásványok különféle idegen szennyező ionokat vagy zárványokat tartalmazhatnak, melyek jellegzetes színt kölcsönözhetnek (például tigrisszem = kvarcváltozat, amiben finom-rostos, sárgászöld színű azbesztzárványok vannak, például achát szalagos színezettségű kalcedon).
A szín lehet saját szín vagy porszín.
Az átlátszatlan (opac) ásványok a visszavert fénytől, az átlátszóak az elnyelt fénytől függő színűek, míg a nem saját színűeknél gyakran előfordul, hogy a porszín egészen eltérő az ásvány saját színétől.
Ilyen például a jellegzetes lila színű ametiszt,aminek porszíne fehér.
– fény: az ásványok a felületükre eső fényt különféle módon nyelik el, szórják vagy reflektálják.
Ezen tulajdonság alapján megkülönböztethető matt, fém-, zsír-, selyem-, üveg-, vagy gyémántfényű ásvány.
– karc szín: a karcolással előállított finomszemcsés ásványtörmelék színe mázatlan porcelánon
– hasadás: ha mechanikai behatásra egy kristály meghatározott síkok, kristálylapok mentén válik részekre, akkor hasad.
Minősége szerint lehet tökéletes (például csillámok), jó és rossz.
– törés: ha mechanikai hatásra az ásvány kristálytani irányoktól függetlenül megjelenő, egyenetlen felületek mentén válik részekre, akkor törik. Típusai például kagylós (például opál), egyenetlen, földes (például kaolinit), horgas törés (ércásványok) stb.
– sűrűség, fajsúly: a fajsúly a kristály súlyának a kristállyal azonos térfogatú víz súlyához viszonyított értéke.
A nehezebb ásványoknak nagyobb a fajsúlya.
– optikai tulajdonságok: többnyire polarizációs mikroszkópban meghatározható tulajdonságok, többek között a többszínűség (pleokroizmus), az UV-fény hatására keletkező lumineszcens szín, a relatív törésmutató, a kettőstörés mértéke stb.
– egyéb tulajdonságok: mágnesesség, radioaktivitás, mechanikai deformáció
– piezoelektromosság: nyomó- vagy húzóerő hatására létrejövő potenciálkülönbség.
Jellemzője, hogy elektromos áram hatására a folyamat ellenkezője zajlik, hosszméret-változás, váltóáram hatására periodikus.
– elektromos vezetőképesség: legtöbbször nagy mértékben anizotróp.