Учебно-методический комплекс дисциплины преподавателя (стр. 4 )

Поскольку углы между соответствующими гранями кристаллов одного и того же минерала всегда равны, эта закономерность может служить основанием для их диагностики.

Рисунок 2 Кристаллы кварца, иллюстрирующие закон постоянства углов

Симметрия есть закономерная повторяемость в расположении фигур или их частей на плоскости или в пространстве. Эта закономерность выражается, например, в совмещении частей фигуры при отражении в плоскости или вращении фигуры вокруг какой-либо оси. В природе симметрия проявляется в большом разнообразии и особенно характерна для кристаллов. Она является их важнейшим и специфическим свойством, отражающим закономерность внутреннего строения. Рассмотрим симметрические преобразования, или элементы симметрии.

1. Плоскость симметрии. Это воображаемая плоскость, которая делит фигуру на две равные части так, что одна из частей является зеркальным отражением другой. Плоскость симметрии обозначается буквой Р.

Если плоскостей симметрии в данном кристалле несколько, то перед обозначением плоскости ставится их число, например ЗР (три плоскости симметрии имеет спичечная коробка). В кристаллах могут быть одна, две, три, четыре, пять, шесть, семь и девять плоскостей симметрии. Теоретически можно доказать, что восьми и более девяти плоскостей симметрии в кристаллах быть не может. Многие кристаллы вообще не имеют ни одной плоскости симметрии.

2.  Центр симметрии (иногда заменяется термином «центр инверсии»). Центром симметрии называется такая точка внутри фигуры, при проведении через которую любая прямая встретит на равном от нее расстоянии одинаковые и обратно расположенные части фигуры. Центр симметрии обозначается буквой С (или i). Если каждая грань кристалла имеет себе равную, параллельную, хотя и обратно расположенную грань, то данный кристалл обладает центром симметрии. Некоторые кристаллы могут не иметь центра симметрии.

3.  Оси симметрии. Осью симметрии называется воображаемая прямая, при повороте вокруг которой всегда на один и тот же угол происходит совмещение равных частей фигуры.

При повороте на 360° совмещение граней в разных кристаллах возможно два, три, четыре или шесть раз (т. е. при каждом повороте на 180, 120,90 и 60°). Ось симметрии обозначается буквой L (или G), порядок оси показывает, сколько раз при повороте на 360° произойдет совмещение каждой из граней. Так, в кристаллах возможны оси второго L2, третьего Lз, четвертого L4 и шестого L6 порядков. Оси симметрии L3, L4, L6 называются осями симметрии высшего порядка.

Как же сочетаются элементы симметрии в кристаллах? Оказывается, в кристаллах возможны только 32 сочетания элементов симметрии, или, как говорят, 32 вида симметрии. Вывод всех возможных видов симметрии был сделан и . Виды симметрии объединяются в сингонии (от греческого «син» — сходно и «гония» — угол) или системы. Всего различают семь сингоний.

Триклинная, моноклинная и ромбическая сингоний называются низшими, потому что они не имеют осей симметрии выше второго порядка

Тригональная, тетрагональная и гексагональная сингонии называются средними; они имеют одну ось симметрии высшего порядка.

Кубическая сингония имеет несколько осей симметрии высшего порядка, она называется высшей сингонией.

Совокупность граней, которая может быть получена из исходной грани при действии всех элементов симметрии данного кристалла, называется простой формой. Следовательно, это такая фигура в кристалле, все грани которой при равномерном развитии по размеру и форме одинаковы. В кристалле могут присутствовать одна, две или несколько простых форм. Сочетание двух или нескольких простых форм называется комбинацией.

Простые формы могут замыкать и не замыкать пространства; они соответственно называются открытыми и закрытыми.

Так, например, кристалл циркона, изображенный на рисунке 3, представляет собой комбинацию двух простых форм: тетрагональной призмы (грань а) и тетрагональной дипирамиды (грань р). Призма является открытой формой, поскольку она не замыкает пространства, дипирамида же — закрытая форма, так как она полностью замыкает пространство, пусть даже на продолжении своих граней.

Рисунок 3. Образование комбинации простых форм у кристалла циркона: а — (100) — тетрагональная призма; р(Ш) — тетрагональная дипирамида

Чтобы различить на кристаллах простые формы, нужно, прежде всего, знать правило: сколько на равномерно развитом кристалле разных граней, столько будет и простых форм. На описанном кристалле циркона различаются грани двух видов, следовательно, имеются и две простые формы. На рисунках 4-7 представлены простые формы низших, средних и высшей сингоний.

Рисунок 4 Простые формы низших сингоний:

а — моноэдр; 6 — пинакоид; а — диэдр; г — ромбическая призма; д — ромбический тетраэдр; е — ромбическая пирамида; ж — ромбическая дипирамида

Рисунок 5 Призмы и пирамиды средних сингоний:

а — тригональная; б — тетрагональная, в — гексагональная; г — дитригональная, д — дитетрагональная; е — дигексагональная

Рисунок 6 Простые формы, выводящиеся из октаэдра:

а — октаэдр; 6 — тригонтриоктаэдр; в — тетрагонтриоктаэдр; г — пентагонтриоктаэдр; д — гексаоктаэдр

Рисунок 7. Простые формы, выводящиеся из тетраэдра:

а — тетраэдр; б — тригонтритетраэдр; в — тетрагонтритетраэдр; г — пентагонтриоктаэдр; д — гексатетраэдр

Рекомендуемая литература

1. Булах с основами кристаллографии. М. Недра, 1989.

2. Кузьмин методы поисков и оценки месторождений полезных ископаемых. //Минеральное сырье. № 5. М.: ВИМС, 1999.

3. Миловский и петрография, М.: Недра, 1985

4.  Попов Г М., Шафроновский , М.: Недра, 1972

Контрольные задания для СРС (темы 1, 2) [3, 9, 11]

1. Решетка Бравэ. Кристаллографические оси и углы между ними.

2. 47 простых форм кристаллов. Обзор простых форм по сингониям.

3. Закон рациональных отношений параметров и символы граней.

4. Основы кристаллохимии.

Раздел 2 Основные понятия о минералах и минералогии

Тема 1 Минерал. Минералогия как самостоятельная наука ( 1час)

План лекции:

1.  Понятие о минерале. Минеральные виды и разновидности.

2.  Основные этапы истории становления минералогии как самостоятельной науки и ее связь с другими науками.

3.  Распространенность химических элементов в земной коре и распространенность минералов. Понятие о кларках.

Сто с лишним лет назад к объектам минералогии относили все горные породы, кристаллы, руды, окаменелости, уголь, нефть, жидкости и газы, т. е. все неживые естественные тела. Затем из минералогии были выделены окаменелости (палеонтология), горные породы (петрография), каустобиолиты (уголь и нефть). Еще в 1925 г. к объектам минералогии относил воду и природные газы.

В настоящее время минералами называются однородные посоставу и строению кристаллические вещества, образовавшиеся в результате природных физико-химических процессов и являющиеся составными частями горных пород и руд. С химической точки зрения минерал — более или менее однородное тело, отвечающее определенному составу. Физически каждый минерал также характеризуется более или менее определенными, присущими ему качествами: твердостью, плотностью, магнитностью, оптическими свойствами и др.

К определению понятия «минерал» нужно сделать следующие замечания.

1.  К минералам мы условно будем относить не только явнокристаллические вещества, но также и некоторые скрытокристаллические и аморфные природные вещества (халцедон, агат, опал и некоторые другие), которые относятся к минералам. Они также твердые вещества, продукты природных процессов, составные части горных пород и руд.

2.  К минералам следует относить природные химически и структурно однородные образования, являющиеся составными частями других космических тел — Луны, планет, метеоритов. Так, можно говорить о минеральном составе лунных горных пород, минеральном составе каменных метеоритов и т. д. При этом интересно отметить, что некоторые минералы, известные в метеоритах, неизвестны на Земле (например, сульфид кальция — ольдгамит CaS или фосфид железа, никеля и кобальташрейберзит (Fe, Ni, Co)3P.

3.  Различные синтетические продукты, близкие по свойствам, составу и структуре к минералам, называются искусственными минералами. Таковы, например, полученные в лабораторных условиях искусственные кварц, корунд, слюда и др.

Наука Минералогия изучает морфологию (внешний вид), хи­мический состав, примеси, внутреннюю структуру минералов. Не меньшее значение имеет определение физических свойств мине­ралов, что важно как с практической точки зрения, так и для диагностики. И, наконец, минералогия изучает происхождение (генезис) минералов и закономерности их распространения в природе.

Известно около 2200 минералов, а число их названий с разновидностями более 4000. Последнее объясняется тем, что многие минералы имеют несколько названий (синонимы). Кроме того, разновидности минералов получают самостоятельные названия благодаря отклонениям от химического состава, цвета и других свойств. Широко распространенных в природе минералов насчитывается около 450 видов, остальные встречаются редко.

Названия минералов даются по характерным физическим свойствам, по химическому составу или по месту, где они были впервые обнаружены. Многие минералы названы в честь ученых, открывших или описавших их.