Минералогия с основами кристаллографии и петрографии (стр. 3 )

 Тетрагональная призма (от греч."тетра"- четыре) - четыре равных попарно параллельных грани, образующих в сечении квадрат;

 Гексагональная призма (от греч."гекса"- шесть) - шесть равных граней, пересекающихся по параллельным ребрам и образующих в сечении правильный шестиугольник.

Названия дитригональных, дитетрагональных и дигексагональных получили призмы с удвоенным числом граней, когда все грани равны, а одинаковые углы между гранями чередуются через один.

Пирамиды - простые формы кристаллов средней категории могут быть, также как и призмы, тригональными (и дитригональными), тетрагональными (и дитетрагональными), гексагональными( и дигексагональными). Они образуют в сечении правильные многоугольники. Грани пирамид располагаются под косым углом к оси симметрии высшего порядка.

В кристаллах средней категории встречаются так же закрытые простые формы. Таких форм несколько:

 Дипирамиды - простые формы, образованные двумя равными пирамидами, сложенными основаниями. В таких формах происходит удвоение пирамиды горизонтальной плоскостью симметрии, перпендикулярной главной оси симметрии высшего порядка (рис. 8). Дипирамиды, как и простые пирамиды, в зависимости от порядка оси могут иметь различные формы сечения. Они могут быть тригональными, дитригональными, тетрагональными, дитетрагональными, гексагональными и дигексагональными.

 Ромбоэдр - простая форма, которая состоит из шести граней в виде ромбов и напоминает вытянутый или сплющенный по диагонали куб. Он возможен только в тригональной сингонии. Верхняя и нижняя группа граней повернуты относительно друг друга на угол 60о таким образом, что нижние грани располагаются симметрично между верхними.

В сингониях средней категории вероятны также скаленоэдры, тетрагональный тетраэдр и трапецоэдры.

1.1.3. Простые формы кристаллов кубической сингонии

Рис. 9. Простые формы кубической сингонии.

Кристаллы кубической сингонии имеют свои особенные простые формы. В кристаллах кубической сингонии описанные выше простые формы не могут присутствовать. Здесь мы всегда имеем 4 взаимно перпендикулярных оси третьего порядка, поэтому все простые формы кубической сингонии - закрытые. Всего имеется 15 простых форм, которые принадлежат только кристаллам кубической сингонии. Мы рассмотрим пять главных, а остальные являются производными от них.

 Кубический тетраэдр - простая форма, образованная четырьмя равными равносторонними треугольными гранями, перпендикулярными осям 3-го порядка (рис.9).

 Куб - простая форма, образованная шестью равными попарно параллельными квадратными гранями (рис. 9), образующими друг с другом углы 90о. Грани куба перпендикулярны осям четвертого порядка (L4).

 Октаэдр ( от греч."окта"- восемь,"эдр"- грань) - простая форма, образованная восемью равными равносторонними треугольными попарно параллельными гранями (рис. 9), перпендикулярными осям третьего порядка (L3).

 Ромбододекаэдр (от греч."додека" - двенадцать) - простая форма, образованная 12 равными гранями, имеющими форму ромба (рис. 11).

 Пентагондодекаэдр (от греч."пента"- пять) - закрытая простая форма, которая состоит из 12 равных граней, имеющих форму неправильных пятиугольников (рис. 11).

Рис. 10. Простые формы высшей категории.

Рис. 11. Кристаллы, образо - ванные комбинацией двух простых форм: 1 - призмы и бипирамиды, 2 - куба и октаэдра.

Заканчивая обзор простых форм кристаллов, следует отметить, что в природных образцах мы будем иметь, как правило, комбинации нескольких простых форм.

Сочетание нескольких простых форм в одном кристалле часто совершенно искажает форму граней, характерную при ее полном развитии, поэтому при определении простых форм в комбинациях нельзя основываться только на форме граней. Главными критериями следует считать число равных граней и их расположение относительно элементов симметрии.

Контрольные вопросы

 Дайте определение кристаллического состояния вещества, назовите важнейшие свойства кристаллов.

 Расскажите об основных элементах симметрии, дайте их определения, примеры.

 Назовите сингонии, дайте их характеристику.

 Расскажите о простых формах кристаллов низшей категории, дайте определения, приведите примеры.

 Расскажите о простых формах кристаллов средней категории, дайте определения, приведите примеры.

 Расскажите о простых формах кристаллов кубической сингонии, дайте определения, приведите примеры.

ЧАСТЬ I. Глава 2
2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МИНЕРАЛАХ

Минералами называют однородные по строению неорганические кристаллические вещества, образовавшиеся в результате природных физико-химических процессов.

Земля, ее верхняя оболочка (литосфера), все горные породы и руды, а также почвы состоят из минералов. Известно около 3,5 тыс. минеральных видов, а вместе с химическими, структурными, морфологическими и физическими разновидностями их более 5 тысяч.

Наиболее широко распространены породообразующие минералы: полевые шпаты, кварц, пироксены, амфиболы, хлориты, слюды, глинистые минералы, карбонаты. Таких минералов около 500. Остальные минеральные виды встречаются редко. Минералы образуются не только на Земле. Они слагают другие планеты и космические тела, обломки которых попадают на поверхность Земли в виде метеоритов и частиц космической пыли.

Минералогия изучает состав, структуру, свойства и условия образования минералов в природе, закономерности их распространения. Практическое значение минералогии велико, так как все полезные ископаемые, в том числе и агрохимическое сырье, состоят из минералов. Процессы минералообразования имеют большое значение для формирования почв, состав которых во многом определяется присутствием разнообразных алюминиевых гидросиликатов, образующихся в результате гидролиза породообразующих силикатов в различных климатических обстановках. Важнейшими характеристиками минералов являются их состав, структура и физические свойства.

2.1. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА МИНЕРАЛОВ

Реальный состав и структура реальных минеральных индивидов отличаются от идеальных, выраженных в химических формулах и структурных схемах. Эти отклонения, связанные с колебаниями условий минералообразования, принято рассматривать в рамках существующих теоретических понятий о полиморфизме и изоморфизме.

Полиморфизм - пребразование структуры химического соединения без изменения его химического состава под влиянием внешних условий ( T, Р, Еh, рН).

Минералы одного и того же состава, но разной структуры - полиморфные модификации (от лат. "поли" - много, "морфо" - форма) - относятся к разным минеральным видам. Каждая модификация устойчива при определенных термодинамических параметрах. С изменением условий происходит переход одной модификации в другую. Различают переходы двух видов: обратимые - энантиотропные (различные модификации SiO2: кварц- тридимит- кристобалит) и необратимые - монотропные (модификации С: графит - алмаз). Если такой переход осуществляется с сохранением формы кристаллов первичного минерала, то образуются псевдоморфозы. Одной из разновидностей полиморфизма является политипия - сдвиг или поворот идентичных двумерных слоев, приводящий к образованию структурных разновидностей.

Изоморфизм (от лат."изо"- одинаковый, равный, "морфос" - вид, образ) - изменение химического состава минерала при сохранении его кристаллической структуры. Вариации состава являются в данном случае результатом замещения в данной структуре одного иона или ионной группировки на другой ион или группу ионов. Необходимым условием таких замещений является близость химических свойств и размеров замещающих друг друга атомов.

Существует несколько видов изоморфизма:

1. Изовалентный - замещающие друг друга атомы имеют одинаковую валентность. В качестве примера таких замещений можно привести замещение Мg+2 на Fe+2 в оливине, когда существуют все промежуточные составы минерала от фаялита (Mg2SiO4) до форстерита (Fe2SiO4). Примером полного анионного ряда изовалентных изоморфных замещений между двумя соединениями являются KCl и KBr.
2. Гетеровалентный изоморфизм более сложен. Одним из важнейших условий его появления является требование сохранения электронейтральности структуры. Это требование может быть выполнено в результате парного замещения, когда, в одном соединении один из ионов (например, Ca2+) замещается на ион с меньшей валентностью (такой как Na1+) и, в то же время, другой ион (например Al3+) замещается на ион с большей валентностью (такой как Si4+). Суммарный заряд сохраняется при этом сохраняется, что можно выразить в виде равенства:

Ca2+ + Al3+ = Na+ + Si4+

Такой тип замещений известен в ряду плагиоклазов.

Образующиеся в результате изоморфизма химические соединения переменного состава принято называть твердыми растворами. В зависимости от механизма образования выделяют твердые растворы замещения, внедрения и вычитания.

·  Твердые растворы замещения образуются, когда один сорт атомов или ионов замещается на другой незакономерно (беспорядочно) размещаясь в одной и той же атомной позиции в кристаллической структуре. Все рассмотренные выше примеры являются примерами твердых растворов замещения. По такому же механизму происходит замещение Fe2+ на Zn2+ в структуре железистого сфалерита - марматита (Zn, Fe)S.