Krystalové soustavy minerálů: proč mají krystaly různé tvary
Krystaly minerálů mohou připomínat krychle, šestiboké hranoly, jehlice, tabulky, pyramidy, klence nebo nepravidelně skloněné bloky. Jejich tvary nejsou náhodné. Vycházejí z vnitřního uspořádání atomů, iontů nebo molekul, které se v krystalické látce pravidelně opakuje. Podle základních prvků symetrie se všechny trojrozměrné krystalické struktury zařazují do sedmi krystalových soustav: krychlové, tetragonální, hexagonální, trigonální, rombické, monoklinické a triklinické.
Rychlá odpověď: proč mají minerály různé krystalové tvary?
Vnitřní částice krystalu jsou uspořádány v pravidelném prostorovém vzoru. Jednotlivé minerály mají rozdílné chemické složení, typy vazeb a prvky symetrie, a proto se jejich základní stavební buňky liší délkou os, úhly mezi osami a způsobem opakování v prostoru.
Krystalová soustava však neurčuje jediný povinný vnější tvar. Krychlový minerál může vytvořit krychli, osmistěn i složitou kombinaci ploch. Trigonální křemen často vypadá jako šestiboký hranol a monoklinický sádrovec může růst jako tabulka, jehlice nebo vláknitý agregát. Vnější vzhled ovlivňují také teplota, tlak, prostor pro růst, rychlost krystalizace, chemické prostředí, srůstání a dvojčatění.
Sedm krystalových soustav není sedm konkrétních tvarů
Názvy soustav se často vysvětlují pomocí jednoduchých geometrických těles, například krychle nebo pravoúhlého hranolu. Jde ale pouze o názorné modely konvenční základní buňky. Skutečný krystal může mít mnoho ploch a jeho vnější vzhled nemusí model buňky vůbec připomínat.
Rozhodující je vnitřní symetrie. Krychlovou soustavu charakterizují mimo jiné tříčetné osy symetrie v tělesových úhlopříčkách, tetragonální soustavu čtyřčetná osa, hexagonální šestčetná osa a trigonální trojčetná osa. Rombické, monoklinické a triklinické struktury mají postupně nižší omezení symetrie.
Mezinárodní krystalografická terminologie rozlišuje sedm krystalových soustav, 32 bodových grup, 14 Bravaisových mřížek a 230 prostorových grup. Pro běžné určování minerálů je sedm soustav základním a srozumitelným vstupem do této podrobnější klasifikace.
Sedm krystalových soustav v jedné tabulce
Písmena a, b, c označují délky hran konvenční základní buňky. Řecká písmena α, β, γ označují úhly mezi osami. U trigonální soustavy se používají dvě běžná nastavení os, proto je její popis složitější.
| Krystalová soustava | Délky os | Úhly mezi osami | Typické modelové tvary | Příklady minerálů |
|---|---|---|---|---|
| Krychlová kubická, izometrická |
a = b = c | α = β = γ = 90° | Krychle, osmistěn, dvanáctistěn, pyritoedr | Halit, fluorit, pyrit, diamant, granát, spinel |
| Tetragonální | a = b ≠ c | α = β = γ = 90° | Čtvercový hranol, tetragonální dipyramida, tabulka | Zirkon, rutil, kasiterit, wulfenit, chalkopyrit |
| Hexagonální | a = b ≠ c | α = β = 90°, γ = 120° | Šestiboký hranol, bazální tabulka, hexagonální dipyramida | Beryl, apatit, molybdenit, vanadinit, pyromorfit |
| Trigonální | V hexagonálním nastavení a = b ≠ c; v romboedrickém a = b = c | Hexagonální nastavení: 90°, 90°, 120°; romboedrické: α = β = γ ≠ 90° | Romboedr, skalenoedr, trigonální prizma, zdánlivě šestiboký hranol | Křemen, kalcit, korund, turmalín, hematit |
| Rombická ortorombická |
a ≠ b ≠ c | α = β = γ = 90° | Pravoúhlý hranol s rozdílnými hranami, dipyramida, tabulka | Olivín, topaz, aragonit, síra, baryt, markazit |
| Monoklinická | a ≠ b ≠ c | α = γ = 90°, β ≠ 90° | Šikmý hranol, tabulka, jehlice, prizmatické a čepeľovité tvary | Sádrovec, ortoklas, malachit, azurit, spodumen, muskovit |
| Triklinická | a ≠ b ≠ c | α ≠ β ≠ γ; úhly nejsou omezeny na 90° | Šikmý nepravidelný rovnoběžnostěn, tabulky, čepele | Albit, mikroklin, labradorit, kyanit, tyrkys, rodonit |
Krystalová struktura, soustava, tvar a habitus nejsou totéž
Stejný minerál může mít podle podmínek růstu odlišný habitus. Křemen může tvořit dlouhé prizmatické krystaly, krátké podsadité krystaly, jehličkovité agregáty, drúzy i masivní křemenné žíly. Jeho vnitřní struktura a zařazení do trigonální soustavy se tím nemění.
1. Krychlová soustava – halit, fluorit, pyrit, diamant a granáty
Krychlová neboli kubická soustava má tři stejně dlouhé osy, které se protínají v pravých úhlech. Její struktury patří mezi nejsymetričtější. Název však neznamená, že každý krychlový minerál musí vytvořit krychli.
Halit často vytváří skutečné krychle, protože jeho štěpnost i růstové plochy odpovídají krychlové symetrii. Fluorit může tvořit krychle, osmistěny nebo jejich kombinace a při rozbití se dokonale štěpí podle osmistěnu. Pyrit vytváří krychle s charakteristickým rýhováním, pyritoedry i složité kombinace ploch.
Diamant často krystalizuje jako osmistěn, nikoliv jako krychle. Granáty jsou známé především dvanáctistěnnými a čtyřiadvacetistěnnými tvary. Všechny tyto odlišné vnější formy jsou slučitelné se stejnou krychlovou soustavou.
2. Tetragonální soustava – zirkon, rutil, kasiterit a wulfenit
Tetragonální soustava má tři navzájem kolmé osy. Dvě osy jsou stejně dlouhé, třetí má jinou délku. Model základní buňky proto připomíná krychli prodlouženou nebo zkrácenou v jednom směru. Charakteristická je čtyřčetná osa symetrie.
Zirkon může tvořit krátké až dlouhé čtyřboké hranoly zakončené dipyramidami. Rutil často vytváří dlouhé jehlicovité krystaly, které mohou srůstat do dvojčat. Jeho jemné inkluze v křemeni nebo korundu mohou vytvářet optické jevy.
Kasiterit neboli cínovec je hlavní rudou cínu. Může vytvářet krátké prizmatické krystaly, dvojčata i zrnité agregáty. Wulfenit je známý tenkými čtvercovými až obdélníkovými tabulkami oranžové, žluté nebo červené barvy.
3. Hexagonální soustava – beryl, apatit a vanadinit
Hexagonální soustava má v běžném tříosém popisu dvě stejně dlouhé osy svírající úhel 120° a třetí osu kolmou k jejich rovině. V mineralogii se často používá názornější čtyřosé schéma se třemi stejně dlouhými vodorovnými osami a jednou svislou osou. Charakteristická je šestčetná rotační symetrie.
Beryl často vytváří nápadné šestiboké hranoly. Do skupiny berylu patří smaragd, akvamarín, morganit, heliodor a bezbarvý goshenit. Apatit může tvořit krátké i dlouhé šestiboké krystaly, ale také zrnité agregáty.
Vanadinit je známý červenými až oranžovými šestibokými soudkovitými krystaly. Molybdenit vytváří lupenité až tabulkovité krystaly, protože jeho struktura obsahuje slabě vázané vrstvy.
Šestiboký obrys krystalu ještě automaticky neznamená hexagonální soustavu. Také trigonální křemen nebo kalcit mohou při běžném pohledu působit šestibokým dojmem.
4. Trigonální soustava – křemen, kalcit, korund a turmalín
Trigonální soustava je určena přítomností trojčetné rotační osy. Je úzce příbuzná hexagonální soustavě a obě se společně řadí do hexagonální krystalové rodiny, ale nejde o totožné krystalové soustavy.
Trigonální struktury lze popisovat pomocí hexagonálních os nebo u části struktur pomocí romboedrické základní buňky. Označení trigonální patří krystalové soustavě, zatímco romboedrická označuje typ mřížky nebo buňky. Proto není přesné používat oba pojmy jako vždy zcela zaměnitelné.
Křemen často tvoří zdánlivě šestiboký hranol zakončený plochami připomínajícími pyramidu. Jeho skutečná rotační symetrie je však trojčetná. Pravolevé uspořádání struktury umožňuje vznik pravotočivých a levotočivých krystalů.
Kalcit může tvořit romboedry, skalenoedry připomínající „psí zuby“, tabulky i prizmatické krystaly. Korund, jehož drahokamovými varietami jsou rubín a safír, vytváří soudkovité, dipyramidální nebo tabulkovité krystaly. Turmalín často roste jako dlouhé podélně rýhované prizma s trojúhelníkovým až zdánlivě šestibokým průřezem.
5. Rombická soustava – olivín, topaz, aragonit a baryt
Rombická neboli ortorombická soustava má tři navzájem kolmé osy různých délek. Model základní buňky připomíná pravoúhlý kvádr, jehož délka, šířka a výška jsou rozdílné. Symetrie je nižší než u tetragonální soustavy, protože žádné dvě osy nemusejí být stejně dlouhé.
Olivín se často nachází jako zrna v bazaltech a horninách zemského pláště, zatímco dobře vyvinuté krystaly jsou méně běžné. Jeho drahokamová zelená varieta se označuje jako peridot.
Topaz vytváří prizmatické krystaly s podélným rýhováním a rozmanitým zakončením. Přestože má tvrdost 8, má dokonalou štěpnost a může se při nárazu rozdělit. Více o rozdílu mezi tvrdostí a štěpností vysvětluje článek Mohsova stupnice tvrdosti minerálů.
Aragonit může vytvářet jehlicovité, sloupcovité, paprsčité i pseudohexagonální krystaly. Jeho chemické složení CaCO3 je stejné jako u trigonálního kalcitu, ale odlišné uspořádání částic vytváří jinou krystalovou soustavu a jiné fyzikální vlastnosti.
6. Monoklinická soustava – sádrovec, ortoklas, malachit a spodumen
Monoklinická soustava má tři osy různých délek. Dvě dvojice os svírají pravé úhly, zatímco jeden úhel je šikmý. Konvenční popis obvykle používá α = γ = 90° a β odlišné od 90°.
Sádrovec vytváří tabulkovité a prizmatické krystaly, dvojčata typu vlaštovčího ocasu, vláknitý satin spar i jemnozrnný alabastr. Všechny tyto materiály mají stejné základní chemické složení CaSO4·2H2O.
Ortoklas patří mezi draselné živce a často tvoří prizmatické nebo tabulkovité krystaly. Název odkazuje na jeho štěpné směry protínající se přibližně pod pravým úhlem. Spodumen může vytvářet velmi dlouhé zploštělé krystaly; mezi jeho drahokamové variety patří růžový až fialový kunzit a zelený hiddenit.
Malachit a azurit mohou tvořit krystaly, ale častěji se vyskytují jako hroznovité, vláknité, paprsčité nebo masivní agregáty. Vnější hroznovitý tvar sám o sobě proto neprozrazuje monoklinickou soustavu.
7. Triklinická soustava – albit, mikroklin, labradorit a kyanit
Triklinická soustava má tři osy různých délek a obecně také tři rozdílné úhly. Žádný z úhlů nemusí být pravý. Její základní buňka proto připomíná šikmý nepravidelný rovnoběžnostěn. Ze sedmi soustav má nejnižší omezení bodové symetrie.
Albit, labradorit a další plagioklasové živce patří do triklinické soustavy. Přesto jejich krystaly a štěpné úlomky mohou na první pohled působit poměrně pravidelně. Jemné srůstové lamely v labradoritu vytvářejí známou labradorescenci, která je vysvětlena také v článku Proč mají minerály různé barvy.
Mikroklin je triklinický draselný živec. Jeho zelenomodrá varieta amazonit je ceněným dekorativním a šperkovým kamenem. Kyanit často vytváří dlouhé ploché čepele a je známý rozdílnou tvrdostí v různých krystalografických směrech.
Nízká symetrie neznamená nepravidelnou nebo neuspořádanou látku. Triklinický krystal má přesně uspořádanou periodickou strukturu, pouze obsahuje méně prvků symetrie než například krychlový krystal.
Proč vnější tvar někdy neodpovídá očekávané soustavě?
Křemen je trigonální, přesto často vypadá šestiboký
Křemenný krystal obvykle tvoří šest prizmatických ploch, a proto jej začátečník snadno zařadí do hexagonální soustavy. Šestiboký vnější průřez však sám o sobě neprokazuje šestčetnou rotační symetrii.
Vnitřní struktura křemene má trojčetnou osu. Některé plochy, růstové znaky a leptové obrazce se proto střídají po třech, nikoli po šesti zcela rovnocenných pozicích. Rentgenová difrakce jednoznačně potvrzuje trigonální uspořádání.
Hexagonální a trigonální soustava jsou příbuzné a používají podobné osové nastavení, ale podle současné mezinárodní krystalografické terminologie jde o dvě samostatné soustavy.
Krystalovou soustavu nelze vždy bezpečně určit pouze pohledem
Dokonale vyvinuté volné krystaly mohou nabídnout důležité vodítko, ale většina minerálů v horninách vytváří nepravidelná zrna, masivní agregáty, povlaky nebo mikroskopické krystaly. Vnější tvar může být ovlivněn poškozením, zvětráváním, srůstem nebo nedostatkem prostoru.
Podobný tvar mohou mít minerály z různých soustav. Pseudohexagonální aragonit je rombický, křemen trigonální a beryl hexagonální. Krychlový diamant může vytvořit osmistěn a monoklinický malachit nejčastěji pozorujeme jako hroznovitý agregát.
Spolehlivé zařazení vychází z kombinace krystalových ploch, úhlů, optických vlastností a především difrakčních dat. U neznámého hodnotného vzorku se nedoporučuje ničivý test ani závěr založený pouze na jedné fotografii.
Jak začátečník může pozorovat krystalovou symetrii?
Nejčastější omyly o krystalových soustavách
Krychlový minerál musí mít tvar krychle
Skutečnost: Krychlový diamant často tvoří osmistěn, granát dvanáctistěn a fluorit krychli, osmistěn nebo kombinaci více tvarů.
Každý šestiboký krystal je hexagonální
Skutečnost: Křemen a kalcit jsou trigonální a aragonit může pseudohexagonální tvar vytvářet dvojčatěním.
Krystalová soustava je totéž co habitus
Skutečnost: Soustava vychází z vnitřní symetrie, zatímco habitus popisuje celkový vnější vzhled konkrétního krystalu nebo agregátu.
Triklinický krystal je neuspořádaný
Skutečnost: Má pravidelnou periodickou strukturu, pouze nižší bodovou symetrii a šikmé vztahy mezi osami.
Romboedrická a trigonální znamená vždy totéž
Skutečnost: Trigonální je krystalová soustava, zatímco romboedrická označuje mřížkový systém nebo tvar buňky.
Stejné chemické složení znamená stejnou soustavu
Skutečnost: Kalcit a aragonit mají složení CaCO3, ale kalcit je trigonální a aragonit rombický.
Soustavu lze určit podle barvy
Skutečnost: Barva souvisí s chemickými prvky, defekty a světlem, nikoliv přímo s jedinou krystalovou soustavou.
Po rozbití vždy vznikne stejný tvar jako krystal
Skutečnost: Lom a štěpnost závisí na vazbách uvnitř struktury. Štěpný úlomek není totéž co původní růstový tvar.
FAQ – krystalové soustavy minerálů
Kolik existuje krystalových soustav?
V trojrozměrné krystalografii se rozlišuje sedm soustav: triklinická, monoklinická, rombická, tetragonální, trigonální, hexagonální a krychlová.
Co určuje zařazení minerálu do krystalové soustavy?
Rozhodující jsou prvky bodové symetrie krystalové struktury. Vztahy mezi osami základní buňky slouží jako praktický geometrický popis, ale samotná podobnost délek os není jediným kritériem.
Proč křemen nepatří do hexagonální soustavy?
Křemen má trojčetnou, nikoliv skutečnou šestčetnou rotační symetrii. Proto je zařazen do trigonální soustavy, přestože jeho běžné krystaly vypadají šestiboké.
Jaký je rozdíl mezi hexagonální a trigonální soustavou?
Hexagonální soustava obsahuje šestčetnou osu nebo odpovídající šestčetnou rotoinverzní symetrii. Trigonální soustava je určena trojčetnou osou. Obě patří do hexagonální krystalové rodiny.
Může jeden minerál krystalizovat v různých soustavách?
Jeden přesně definovaný minerální druh má za daných podmínek určitou strukturu, ale stejné chemické složení může vytvářet různé minerální fáze. Tyto polymorfy mohou patřit do různých soustav, jako kalcit a aragonit nebo diamant a grafit.
Je granát vždy dvanáctistěnný?
Ne. Granáty mohou vytvářet dvanáctistěny, čtyřiadvacetistěny, kombinované tvary i nepravidelná zrna. Vždy však patří do krychlové soustavy.
Patří labradorit do hexagonální soustavy?
Ne. Labradorit je plagioklasový živec zařazený do triklinické soustavy. Jeho barevná labradorescence nesouvisí s hexagonální symetrií, ale s jemnými vnitřními lamelami.
Jak se krystalová struktura zjišťuje?
Nejdůležitější metodou je rentgenová difrakce. Doplňují ji elektronová difrakce, neutronová difrakce, spektroskopie, chemická analýza a mikroskopické pozorování.
Proč jsou krystaly stejného minerálu někdy odlišné?
Odlišný prostor, rychlost růstu, koncentrace prvků, teplota, tlak, dvojčatění a přítomnost jiných minerálů mění velikost a poměr viditelných ploch, nikoliv základní krystalovou soustavu.
Související články GaiaMineraly.cz
Krystalová soustava je jednou z vlastností, které pomáhají porozumět vzniku, vzhledu a určování minerálu. Další články rozšiřují tvrdost, barvy, světová naleziště a mineralogické rarity.
Odborné zdroje a terminologie
Článek vychází z terminologie International Union of Crystallography – Crystal system, která rozlišuje sedm krystalových soustav: triklinickou, monoklinickou, rombickou, tetragonální, trigonální, hexagonální a krychlovou.
Rozlišení trigonální soustavy a romboedrického mřížkového systému odpovídá současné mezinárodní krystalografické terminologii. Trigonální a hexagonální soustava jsou samostatné, přestože společně patří do hexagonální krystalové rodiny.
Vztahy mezi osami uvedené v tabulce představují konvenční geometrický popis buněk. Přesné určení krystalové soustavy je založeno na symetrii krystalové struktury, nikoliv pouze na vizuálním porovnání jednoduchých geometrických těles.
MINERALS-STONES® – přírodní krystaly a minerály v jejich skutečných tvarech
Projekt MINERALS-STONES® se specializuje na přírodní minerály, krystaly, drúzy, tektity, šperkové kameny a investiční drahokamy. Minerály získáváme od těžařů, zpracovatelů a prověřených prodejců působících přímo v zemích a lokalitách jejich výskytu.
Jednotlivé kusy vybíráme podle původu, krystalového vývoje, mineralogického charakteru, barvy, estetické kvality a zachování. U samostatně nabízených minerálů zákazník zpravidla kupuje přesně kus zobrazený na fotografiích. Nabízené minerály jsou skutečně skladem, pečlivě zabalené a připravené k rychlému odeslání.
Další projekty MINERALS-STONES® a AURAWISE s.r.o.
Jednotlivé weby rozvíjejí mineralogii, gemologii, krystalové a fyzikální vlastnosti, konkrétní drahokamy, světová naleziště, certifikaci i kulturní souvislosti kamenů.
GaiaMineraly.cz – krystalové tvary jako viditelný projev vnitřního uspořádání minerálů.
Odborný projekt MINERALS-STONES® provozovaný společností AURAWISE s.r.o. Všechna práva vyhrazena.