Cấu trúc tinh thể của đá quý

Các loại đá quý được kết tinh ở các hệ tinh thể khác nhau, điều đó làm cho ta sơ bộ phân biệt được khoáng vật này với khoáng vật khác. Các hệ tinh thể bao gồm: lập phương, 6 phương, 4 phương, 3 phương, trực thoi, một nghiêng và tinh hệ 3 nghiêng.

1. Tính đối xứng của tinh thể

Yếu tố đối xứng là một điểm, một mặt phẳng hay một đường thẳng tưởng tượng đặt thêm vào hình mà qua nó (đối với điểm hoặc mặt) hoặc quanh nó (đối với đương) các phần tử bằng nhau lập lại theo một quy luật.

Có 3 loại yếu tố đối xứng tâm, mặt và trục đối xứng

1.1 Tâm đối xứng: ký hiệu C là một điểm nằm bên trong hình có đặc tính sau: Một đường thẳng bất kỳ qua nó bao giờ cũng cắt hình ở hai điểm cách đều hai bên nó. Một đa diện có tâm C khi mỗi mặt bất kỳ của đa diện có một mặt tương ứng nằm ở phía xuyên tâm đối, song song, bằng nhau và trái chiều đối với nhau.

1.2. Mặt đối xứng P là một mặt phẳng chia hình thành hai phần bằng nhau với điều kiện phần này như ảnh của phần kia qua gương đặt thay mặt P.

1.3 Trục đối xứng xoay Ln: là một đường thẳng mà quanh nó các phần bằng nhau của hình được lặp lại một cách đều đặn. Khi xoay hình quanh trục đủ một vòng 360⁰ bao giờ hình cũng chiếm những vị trí tương tự vị trí đầu tiên một số nguyên n lần (n được gọi là bậc của trục). Góc quay bé nhất để hình trở lại vị trí tương tự vị trí đầu tiên gọi là góc xoay cơ sở của trục. Trong tinh thể chỉ có các trục đối xứng bậc 1, 2, 3, 4, 6.

1.4. Trục tinh thể (crystal axes) là những đường tưởng tượng đi qua tâm của các mặt tinh thể (hoặc cạnh của tinh thể) và cắt nhau tại một điểm nằm trong tinh thể.

2. Hình đơn và ghép

Hình đơn là một hình mà từ một mặt cho trước của nó có thể suy ra các mặt còn lại nhờ các yếu tố đối xứng trong hình đó.

Một đa diện tinh thể được tạo nên bởi hai hoặc nhiều hình đơn gọi là hình ghép.

Trục đối xứng Các hình đơn của tinh thể

a - Trục bậc 4, b - Trục bậc 3 a- Mặt đôi cơ sở; b- Lăng trụ;

c- Hình tháp; d-e- Dạng vòm (dome forms)

Các hình đơn cơ bản của tinh thể là: hình tháp (piramid forms), hình lăng trụ (prism), hình song diện (pinacoid forms), hình song diện cơ sở (basal pinacoid), hình vòm (dome forms).

Hình tháp thường chứa các mặt hình tam giác, mỗi mặt này cắt 3 trục tinh thể.

Hình lăng trụ có 3 mặt hoặc hơn, các mặt giốn nhau và cạnh của chúng thì song song với nhau. Ta có lăng trụ bậc một khi mỗi mặt cắt của trụ bên (lateral) và song song với trục thẳng đứng; lăng trụ bậc hai khi mỗi mặt cắt một trục bên (lateral) và song song với hai trục kia.

Hình đôi mặt (song diện) là một cặp mặt giống nhau, đều cắt 1 trục và song song với hai trục kia.

Hình đôi mặt cơ sở luôn song song với các trục bên (lateral axes).

Hình vòm (dome forms) là hình với các mặt cắt 2 trục (trong đó có 1 trục là trục thẳng đứng) và song song với trục thứ ba.

2. Các hệ tinh thể

3.1. Hệ lập phương: Các tinh thể thuộc hệ này có 3 trục có độ dài bằng nhau và tạo với nhau góc 90⁰. Các dạng lý tưởng của hệ lập phương là khối lập phương, khối 8 mặt, khối 12 mặt.

Các loại đá quý kết tinh trong hệ lập phương gồm:

Granat Spinen Kim cương Fluorit Lazurit

Các tinh thể này có 9 mặt đối xứng, 3 trục bậc 4, 4 trục bậc 3, 6 trục bậc 2 và một tâm đối xứng.

Các tinh thể của hệ lập phương và tinh thể fluorit (bên phải)

a- Khối lập phương (tinh thể fluorit)

b-Khối tám mặt (tinh thể kim cương)

c- Tinh thể pyrit (12 mặt ngũ giác)

3.2. Hệ bốn phương (hệ tứ phương): Các tinh thể thuộc hệ này có 3 trục tạo với nhau góc 90⁰, 2 trục trong đó có độ dài bằng nhau và nằm ngang. Trục thứ ba là trục thẳng đứng có độ dài khác 2 trục kia và được coi là trục tinh thể. Dạng lý tưởng của tinh thể loại này là 1 hình lăng trụ với 2 mặt đáy là hinh vuông. Trong tinh thể hệ bốn phương có 5 mặt phẳng đối xứng, 1 trục bậc 4, 4 trục bậc 2 và 1 tâm đối xứng.

Các loại đá kết tinh theo hệ bốn phương (tứ phương ) là :

Anata Rutin Zircon Caxiterit Scapolit Sielit

Các tinh thể của hệ bốn phương và tinh thể zircon (bên phải)

3.3. Hệ sáu phương: Các tinh thể thuộc hệ này có 4 trục. Trục chính là trục thẳng đứng dài hơn hoặc ngắn hơn 3 trục kia, 3 trục này dài bằng nhau và tạo với nhau góc 60⁰, trục chính vuông góc với mặt phẳng chứa 3 trục còn lại. Hình dạng lý tưởng của tinh thể này là một lăng trụ 6 phương hoặc tháp đôi của hai tháp 6 phương.

Các đá quý kết tinh trong hệ sáu phương là apatit và berin.

Tinh thể hệ sáu phương có 7 mặt phẳng đối xứng, 7 trục đối xứng (1 trục bậc 6 và 6 trục bậc 2).

Các dạng tinh thể của hệ 6 phương và tinh thể aquamarin (bên phải)

3.4. Hệ ba phương: Các tinh thể thuộc hệ này có 4 trục giống như tinh thể hệ 6 phưong. Nhưng chúng chỉ có 3 mặt phẳng đối xứng và 4 trục đối xứng (1 trục bậc 3 và 3 trục bậc2), 1 tâm đối xứng.

Các đá quý kết tinh trong hệ ba phương gồm canxit, thạch anh, benitoit, corindon, smitsonit, phenakit, tuamalin.

Các tinh thể của hệ ba phương và tinh thể canxit (bên phải)

3.5. Hệ trực thoi:Các tinh thể thuộc hệ này có 3 trục vuông góc với nhau và có độ dài khác nhau, trục chính là trục đứng và trục ngang đi qua mặt bên, trong đó trục dài hơn gọi là trục dài và trục ngắn hơn gọi là trục ngắn. Chúng có 3 mặt đối xứng, 3 trục đối xứng và 1 tâm đối xứng. Hình dạng lý tưởng của tinh thể hệ này là hình lăng trụ hoặc dang của tháp 4 phương với mặt chính là hình chữ nhật.

Những đá quý kết tinh thuộc hệ này là :

Andalusit Đanburit Peridot Tomxonit

Aragonit Đumocterit Prenit Topaz

Berilonit Estatit Storlit Zoizit

Crizobenrin Iolit Sinhalit

Các tinh thể hệ trực thoi và tinh thể topaz (bên phải)

3.6. Hệ một nghiêng (monoclinic system): Các tinh thể hệ một nghiêng có 3 trục đối xứng với độ dài khác nhau, trong đso hai trục cắt nhau với một góc nghiêng và trục thứ 3 vuông góc với chúng. Tinh thể hệ này có 1 mặt đối xứng và 1 trục đối xứng bậc 2, 1 tâm đối xứng.

Tinh thể hệ một mặt nghiêng và tinh thể azurit (bên phải)

Các đá quý kết tinh trong hệ này là :

Azurit Ơcla Nephrit Spocđumen

Đatolit Jađeit Octocla Brazilianit

Điopxit Lazulit Secpentin Tan

Epidot Malachit Sphen

3.7. Hệ ba nghiêng (triclinic system): Các tinh thể thuộc hệ này cũng có 3 trục đối xứng với độ dài khác nhau và nghiêng với nhau (một trục thẳng đứng và 2 trục nằm ngang được gọi là trục dài và trục ngắn như trong hệ trực thoi). Các tinh thể này không có mặt và tâm đối xứng.

Đá quý kết tinh theo hệ này là :

Ambligonit Kianit Microclin Buruza

Axinit Labrado Oligocla fenspat

Các tinh thể hệ một nghiêng, ba nghiêng và trực thoi được gọi là tinh thể hạng thấp. Các tinh thể hệ ba phương, bốn phương, sáu phương được gọi là tinh thể hạng trung bình. Tinh thể hệ lập phương là tinh thể hạng cao.

Tinh thể hệ ba nghiêng và tinh thể microclin (bên phải)

4. Tinh thể đôi (song tinh)

Người ta gọi tinh thể đôi (hay song tinh) là một liên kết có quy luật của hai tinh thể cùng chất, nếu cấu trúc mạng của hai cá thể đó có thể trùng lại với nhau nhờ một trong những phép đối xứng sau: phép quay quanh trục bậc hai, phép chiếu qua mặt phẳng gương hay qua tâm đối xứng, hoặc nhờ tác dụng đồng thời của chúng.

Tinh thể đôi luôn luôn tạo thành theo những định luật tinh thể học xác định. Mặt phẳng chia đôi (song tinh) được gọi là mặt phẳng song tinh. Một số tinh thể đôi thành tạo nhờ phép quay 180⁰ quanh một trục được gọi là trục song tinh. Có các loại tinh thể đôi đơn giản có thể chia thành 2 tinh thể đơn, ví dụ tinh thể đôi của spinen. Có loại tinh thể đôi phức tạp không thể chia thành 2 tinh thể đơn, ví dụ: tinh thể fluorit. Nhóm plagiocla đặc trưng cho hiện tượng song tinh đa hợp, tức là có hàng loạt tinh thể liên kết với nhau, trong đó cứ mỗi tinh thể gần kề thành một song tinh và song song với một tinh thể thứ ba.

Trong trường hợp có ba tinh thể, bốn tinh thể ghép lại một cách có quy luật, ta gọi là tam tinh, tứ tinh...