Основы кристаллографии и минералогии

                                      Основы кристаллографии и минералогии.

Минералогия - наука о минералах, их составе, свойствах, происхождении и применении в  народном хозяйстве.

В природе  химические соединения встречаются  в твердом, жидком и газообразном состоянии. Большинство геологов к минералам относят только твердые химические соединения, а остальные объединяют в минералоиды.

Все твердые  минералы по своему внутреннему строению делятся на кристаллические и  аморфные.

Химические  элементы (атомы, ионы, молекулы), слагающие минералы, могут располагаться друг относительно друга закономерно, т.е. на определенном расстоянии и в определенном количественном соотношении. В этом случае образуются кристаллы или минералы кристаллического строения. Если же расположение химических элементов хаотичное (неупорядоченное)- образуются минералы аморфного строения.

Роль  внутреннего строения является определяющей в совокупности свойств минерала. Поэтому в минералогии выделился  раздел науки называемый кристаллографией. По Дэна – это наука о твердых телах и законах, которые управляют их ростом, внешней формой и внутренней структурой.

Закономерное  размещение атомов и ионов заключается  в следующем. Атомы и ионы, составляющие минералы располагаются в виде узлов  геометрических фигур:

Серия таких фигур образует плоскую  сетку (модель графита). Плоские сетки  могут располагаться параллельно  друг другу и взаимно пересекаться. В этом случае они образуют пространственную решетку. Факт геометрически закономерной кристаллической структуры минералов объясняет ряд важнейших свойств. Рассмотрим некоторые из них.

1. Прежде  всего, из этого вытекает само  определение кристалла – это  твердое тело, имеющее естественную  форму многогранника, в котором  слагающие частицы (атомы, ионы  …) располагаются закономерно по принципу кристаллической решетки.

2. Отсюда  способность к самоогранению,  т.е. принимать внешние формы,  отражающие плоские сетки кристаллической  решетки. Элементами самоогранения  кристаллов являются грани, ребра, вершины углов. Здесь же важное свойство кристаллов, формулируемое как Закон постоянства гранных углов. Его суть: углы между соответствующими гранями во всех кристаллах одного и того же минерала постоянны. На практике применение этого закона дает возможность, сделав измерения углов, определить минералогическую принадлежность кристалла.

3. Однородность - важное свойство, означающее, что  любая часть кристалла обладает  теми же свойствами, что и весь  кристалл по параллельным направлениям.

4. Анизотропность - свойство однородных кристаллов изменять величину одного и того же физического свойства по не параллельным направлениям. Наглядным примером служат:

• минерал ДИСТЕН, у которого разная твердость по взаимно перпендикулярным направлениям
• слюды легко расщепляются по параллельным пластинам, но трудно в перпендикулярном направлении.

Аморфные  вещества - изотропны, т.е. все свойства одинаковы по всем направлениям.

5. Симметрия  (от греч. symmetria - соразмерность) - свойство  кристаллов закономерно повторять  “равные части”, т.е. элементы  огранения кристаллов, относительно воображаемым вспомогательным элементам, которые называются элементами симметрии . К ним относятся:

• Центр С - точка внутри кристалла, которая располагается на равном удалении от элементов огранения (граней, ребер, углов).
• Плоскость симметрии Р - воображаемая плоскость, делит кристалл на равные зеркально отраженные части.
• Ось симметрии L - воображаемая линия, вокруг которой несколько раз повторяются равные части фигуры. Поскольку кристалл можно повернуть на 360 0 , то количество совмещений элементов его огранения составляет 2, 3, 4, 6 раз. Эти числа определяют порядок оси, запись делают: L 2 – что означает ось второго порядка.

Кроме обычных осей, существуют инверсионные оси (редко встречаются). Они определяются при одновременном повороте кристалла вокруг оси симметрии и вокруг центра.

Полный  набор элементов симметрии данного  кристалла называется видом симметрии  или классом. Установлено, что существует 32 класса. Запись полной совокупности элементов симметрии кристалла  от высших к низшим называется формулой симметри и - например L33L 23PC.

Классы  объединяются в сингонии. Сингония - это группа видов симметрии, которая  обладает одним или несколькими  общими элементами симметрии. Всего  установлено 7 сингоний. В свою очередь, сингонии объединяются в 3 категории - низшую, среднюю и высшую.

Кристаллографические  сингонии

Формы кристаллов

Простые формы- все грани равны и одинаковы (пример- куб, призма, ромбоэдр и др.).

Комбинационные  формы - представляют собой сочетание  простых форм. Сколько простых  форм скомбинировано в кристалле, можно  установить, сосчитав количество разновидностей простых форм.

Название  граней и форм - от греч. сло в- моно, ди , тетра, пента, эдра , пинакос - доска и т.п.

Морфология  минералов и минеральных агрегатов - способ заполнения минеральным веществом  пространства.

Габитус - облик кристаллов, зависит от строения кристаллической решетки: призматический, изометричный, пластинчатый.

Чаще, чем  одиночные кристаллы, в природе  встречаются СРАСТАНИЯ минералов, которые можно подразделить на :

С особенностями  кристаллической структуры связаны  такие явления как изоморфизм, полиморфизм и псевдоморфизм.

Изоморфизм - явление, когда в кристаллической  решетке часть атомов или ионов  замещается другими атомами или ионами, с близкими ионными радиусами. Иначе говоря, при сходном кристаллическом строении мы имеем расхождение в химическом составе. Например: минералы группы гранатов имеют общую формулу А3 В2 [ SiO4]3 , где А - Mg , Fe2 , Ca ; B - Al , Fe3 , Ce .

Полиморфизм - свойство одинаковых по химическому  составу веществ, в зависимости  от условий, кристаллизоваться с  образованием разных кристаллических  решеток и как следствие, относиться к разным сингониям. Яркий пример: углерод образует две полиморфические разновидности: алмаз - кубическая сингония и графит - гексагональная сингония.

Псевдоморфизм - явление замещения одного минерала другим с сохранением внешней  формы замещаемого кристалла. Таковы, например, псевдоморфозы лимонита по кристаллам пирита.  
 
 
 
 

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕШЕТКИ

                                   Важнейшие св-ва кристаллов

Анизотропия - это  зависимость его физических свойств  от направления в кристалле.  
Важное значение в описании и идентификации кристаллов имеют их оптические свойства. Когда свет падает на прозрачный кристалл, он частично отражается, а частично проходит внутрь кристалла. Свет, отражающийся от кристалла, придает ему блеск и цвет, а свет, проходящий внутрь кристалла, создает эффекты, которые определяются его оптическими свойствами. 

Кристаллические вещества обладают однородностью химического  состава во всех частях кристалла. 

Кристаллические вещества способны самоограняться (регенерироваться) т.е восстанавливать свою внешнюю многогранную форму в насыщенном растворе данного в-ва. Аморфные тела не способны самоогранються.   

Закон постоянства  гранных углов