Методика выполнения лабораторной работы



 

Почти все твердые минералы обладают кристаллической структурой, что выражается в правильности их внутреннего сложения и во внешней форме: очень часто минералы представлены в виде более или менее четко оформленных кристаллов с плоскими гранями, закономерно развивающимися в каждом данном минерале. Лишь самая малая часть минералов должна
быть отнесена к категории аморфных тел. Поэтому изучение минералов следует начинать с рассмотрения элементов кристаллографии, науки о кристаллах.                                                                                                                          

Под кристаллами понимают тела, находимые в природе или получаемые искусственно (например, в лаборатории), которые под влиянием внутрен­них физико-химических процессов, присущих самому веществу этого тела получили форму плоскостных многогранников. Кристаллическое вещество, из которого состоят кристаллы, обладает одно­родностью, анизотропностью и способностью самоограняться, что и приводит к формированию природных кристаллов.

Под однородностью вещества понимается следующее: какую бы часть кристалла мы ни взяли, она будет обладать теми же физическими и химическими свойствами, что и любой другой такой же участок кристалла, взятый в любом месте кристалла, но так же ориентированный
в пространстве, как и первый.                                                                                              

Анизотропным называется однородное тело, в которое при оди­наковых свойствах по параллельным направлениям, в общем случае, обла­дает неодинаковыми свойствами по непараллельным направлениям. Весьма показательным примером анизотропности могут служить кристаллы слюды, которые легко расщепляются на тонкие пластинки лишь по одному направ­лению.

Способностью самоограняться, т. е. принимать форму пра­вильных многогранников в результате свободного роста в подходящей среде, обладают лишь кристаллы.  

Изучение кристаллов показывает, что они по своей форме, как правило, симметричны. Это значит, что одну какую-либо часть кристалла можно совместить с другой его частью, мысленно повернув кри­сталл вокруг какой-либо оси на определенный угол или отразив одну часть в какой-либо плоскости (как в зеркале), разделяющей кристалл на две одинаковые части. В соответствии с этим следует различать оси симмет­рии и плоскости симметрии, а также центр симметрии. Оси, плоскости и центр симметрии именуются элементами симметрии.

Ось симметрии – прямая, около которой можно повернуть многогранник (кристалл) так, чтобы все точки поверхности его в новом положении в точности совпали с точками прежнего положения, т. е. чтобы при повороте кристалл как бы совместился сам с собой. Различаются двойные, трой­ные, четверные шестерные оси в зависимости от того, сколько раз-два, три, четыре или шесть – можно повернуть кристалл вокруг оси так, что он каждый раз будет принимать первоначальное положение. Оси симметрии обычно обозначаются символом L с цифрой вверху или внизу справа, указывающей порядок данной оси: L2, L3, L4 или L6. В решетчатых системах а, следовательно, и в кристаллах, невозможны оси пятого порядка и оси порядка выше шести (L5 и L7).

Плоскость симметрии – такая плоскость, которая делит многогранник (кристалл) на две зеркальноподобные части, причем зеркалом служит плоскость симметрии. Плоскость симметрии обозначается символом Р.            

Центр симметрии – точка, которая лежит в середине многогранника (кристалла) и делит пополам все линии, которые соединяют равнозначныё точки поверхности кристалла. При наличии в кристалле центра симметрии каждой грани отвечает другая грань, равная и параллельная (обратно-параллельная) первой. Центр симметрии принято обозначать буквой С.

Различаются также зеркально-поворотные оси симметрии с помощью зеркально-поворотной оси симметрии можно привести кристалл в первоначальное положение следующим образом: сначала кристалл поворачивается вокруг оси на определенный угол, а затем мысленно разрезается плоскостью, перпендикулярной к этой оси, в которой каждая из частей отражается. Зеркально-поворотные оси обозначаются символом Л.

Кроме перечисленных выше элементов симметрии, необходимо еще ука­зать на понятие о единичных направлениях: единичным направлением на­зывается единственное не повторяющееся в кристалле направление.

Изучение кристаллов показывает, что существует лишь ограниченное число фигур, отвечающих тем или иным сочетаниям элементов симметрии. Совокупность элементов симметрии данной фигуры называется видом симметрии.

А. В. Гадолин, русский кристаллограф, в 1867 г. показал, что можно
себе представить существование лишь 32 видов симметрии, которые естественно группируются в 7 сингоний – триклинную, моноклинную, ромбическую или орторомбическую, тригональную-тетрагональную, гексагональную и кубическую.    

Сингонией называется группа видов симметрии, обладающих одним или несколькими сходными элементами симметрии (с обязательным учетом осей выше второго порядка) при одинаковом числе единичных направлений.

Сингонии в свою очередь делятся на три категории или группы: низ­шую, среднюю и высшую.    

Низшая сингония характеризуется отсутствием осей выше 2-го порядка и наличие нескольких единичных направлений (не меньше 3). К низшей группе относятся триклинная, моноклинная и ромбическая син­гонии.

Кристаллы средней группы имеют одно единичное на­правление, совпадающее с единственной осью выше второго порядка. К этой категории относятся тригональная, тетрагональная и гексагональная сингонии.

К высшей категории относятся все кристаллы, не имеющие еди­ничных направлений, у которых всегда несколько осей симметрии выше второго порядка.

                                                                                                                                

Сингонии низшей группы

Триклинная сингония. Все три угла между кристаллографическими осями косые. Элементов симметрии (осей и плоскостей) или совсем нет или имеется один центр. Пример – моноэдр (рисунок 1 а).

Моноклинная сингония. Один угол между кристаллографическими осями косой, а два других прямые. Из 4 элементов симметрии могут быть: 1) одна ось второго порядка (L2) или 2) одна плоскость (Р), или 3) плоскость, ось второго порядка и центр: PL2C. Пример – диэдр или же ромбическая призма с двумя скошенными гранями (в противоположных концах) (рисунок 1 б).

Ромбическая сингония. Все три угла между кристаллографическими осями прямые. Кристаллы обычно представляют комбинацию призм и пирамид, часто имеющих в сечениях, перпендикулярных к двойной оси симметрии, форму ромбов (рисунок 1 в).

 

Сингонии средней группы

Тригональная сингония. Всегда существует одна ось третьего порядка (L3). Из элементов симметрии присутствуют центр, плоскости и оси порядка выше двух (L3 3 L2 PC).

Тетрагональная сингония. Всегда существует одна четверная ось (например, L4 4 L2 5 PC). Кристаллы обычно удлиненного типа, представляющие комбинацию призм и пирамид с квадратными прямоугольными параллелепипедами в поперечнике. Пример – призма с квадратным поперечным се­чением (рисунок 1 г).

Гексагональная сингония. Имеется одна шестерная (L6) поворотная ось симметрии. Кристаллы обычно удлинены, имеют форму шестигранных приз. Пример – призма с правильным шестиугольником в поперечнике (рисунок 1 д).

 

Сингонии высшей группы

Кубическая сингония. Кристаллы кубической сингоний обладают наибольшим количеством элементов симметрии. Несколько осей выше второго порядка. Обязательно есть 4 L3. Пример – куб (рисунок 1е).

Совокупность элементов симметрии, характерную для того или иного вида симметрии, можно записать весьма кратко в виде своего рода фор­мулы. В таблице 2 перечислены все 32 вида симметрии с соответствующими им формулами.

Изучение внешних форм минералов и отнесение их к тому или иному виду симметрии имеет существенное значение по той причине, что все свойства минералов тесно связаны с их структурой. Эмпирическим путем выведены законы, касающиеся особенностей кристаллов: закон плоскогранности и прямореберности кристаллов, закон постоянства углов, закон рациональности отношений параметров и ряд других. Эти законы позволяют ближе понять процессы роста и развития кристаллических форм, присущих тем или иным минералам.    

Особенно большое значение имеет закон постоянства углов. Этот закон, известный как закон Стено-Ломонсова-Роме-Делиля, формулируется следующим образом: углы между соответственными гранями (и ребрами) во всех кристаллах одного и того же вещества постоянны. При росте кри­сталлов, в зависимости от условий, форма, число и размеры граней могут
изменяться, углы же между соответственными гранями растущего кристалла остаются неизменными.

Материальные частицы, слагающие кристаллические вещество, расположены в определенном порядке, они не заполняют полностью все простран­ство, а отстоят на некотором расстоянии друг от друга, образуя как бы скелет каждого кристалла. Расстояния между частицами (атомами, иона­ми и молекулами) для каждого данного направления в кристалле по­стоянны.

Такое правильное, закономерное расположение частиц в кристалле, называется кристаллической или пространственной решеткой.

В зависимости от характера частиц, лежащих в узлах ре­шетки, последняя бывает атомной, ионной и молекулярной. Так, кристалли­ческая решетка галита (каменной соли) состоит из ионов металла Na и га­лоида СI, располагающихся в вершинах элементарных кубов попеременно, в шахматном порядке (рисунок 3).

Решетка кристаллов графита состоит из ато­мов углерода С, расположенных плоскими слоями, причем в каждом слое они находятся в вершинах правильных шестиугольников. Расстояние между атомами в плоскости равно i, 43 А (знаком А обозначается единица длины, ангстрем; 1А=10-8 см), расстояние между плоскостями = 3,35, А (см. рисунок 2).

Поэтому слои легко скользят один относительно другого. Те же атомы С, расположенные так, что каждая частица окружена четырьмя соседними, образующими вершины тетраэдра, дают вещество с совершенно иными свойствами, а именно алмаз (см. рисунок 2). Способность одного и того же хи­мического соединения при изменении внешних факторов (главным образом температуры) кристаллизоваться в различных кристаллографических фору­мах с изменением физических свойств называется. Кроме того, в природных условиях достаточно широко распространено явление изоморфизма, под которым понимается, свойство родственных по химическому составу веществ кристаллизоваться в близких формах, образуя кристаллы переменного состава, так называемые смешанные кри­сталлы. Примером такого замещения одного элемента другим может служить MgCO3 – FeCO3 (магнезит и сидерит). Изоморфные замещения при высоких температурах происходят в более широких пределах, чём при низких.

Многие кристаллы построены чрезвычайно сложно; выяснение строения кристаллической решетки для естественных, а также и искусственных кри­сталлов составляет важную задачу современной кристаллографии.

 

 

Рисунок 2 Простые формы, возможные в кристаллах

а – моноэдр, триклиниая сингония; б – диэдр, моноклинная син­гония; в – ромбический тетраэдр, ромбическая сингония; г – тетрагональная призма, тетрагональная сингония: д – гексагональная призма, гексагональная сингония; е – куб, кубическая сингония

 

Таблица 2 32 вида симметрии кристаллов

 

Триклинная сингония

1 нет элементов симметрии моноэдрический вид симметрии
2 С пинакоидальный вид симметрии

моноклинная сингония

3 L2 диэдрический осевой вид симметрии
4 P диэдрический безосевой вид симметрии
5 L2PC призматический вид симметрии

ромбическая сингония

6 3L2 ромбо-тетраэдрический вид симметрии
7 L22P ромбо-пирамидальный вид симметрии
8 3L23PC ромбо-дипирамидальный вид симметрии

тетрагональная сингония

9 Л4 тетрагонально-тетраэдрический вид симметрии
10 L4 тетрагонально-пирамидальный вид симметрии
11 L44P дитетрагонально-пирамидальный вид симметрии
12 L44L2 тетрагонально-трапецоэдрический вид симметрии
13 2L2Л4 тетрагонально-скаленоэдрический вид симметрии
14 L4PC тетрагонально-дипирамидальный вид симметрии
15 L44L25PC  дитетрагонально-дипирамидальный вид симметрии

тригональная сингония

16 L3 тригонально-пирамидальный вид симметрии
17 L33P дитригонально-пирамидальный вид симметрии
18 L33L2 тригонально-трапецоэдрический вид симметрии
19 Л6С ромбоэдрический вид симметрии
20 Л63L23PC дитригонально-скаленоэдрический вид симметрии

гексагональная сингония

21 L3P тригонально-дипирамидальный вид симметрии
22 L33L24P дитригонально-дипирамидальный вид симметрии
23 L6 гексагонально-пирамидальный вид симметрии
24 L66P дигексагонально-пирамидальный вид симметрии
25 L66L2 гексагонально-трапецоэдрический вид симметрии
26 L6PC гексагонально-дипирамидальный вид симметрии
27 L66L27PC дигексагонально-дипирамидальный вид симметрии

кубическая сингония

28 4L33L2 пентагон-тритетраэдрический вид симметрии
29 4L33L26P гексатетраэдрический вид симметрии
30 4L33LL23PC дидодекаэдрический вид симметрии
31 3L44L36L2 пентагон-триоктаэдрический вид симметрии
32 3L44L36L29PC гексаоктаэдрический вид симметрии

 

 

Рисунок 3 Структура кристаллической решетки некоторых минералов

а – галит; б—графит; в – алмаз

 

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое элементы кристаллографии?

2.  Что такое сингония?

3. Что такое кристаллическая решетка?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ЭЛЕМЕНТЫ МИНЕРАЛОГИИ

 

Цель лабораторной работы – изучение элементов минералогии.

Используемый материал – учебная литература, содержащая сведения об элементах минералогии, коллекция образцов главных породообразующих и характерных по диагностическим признакам минералов, шкала Мооса из природных образцов

Содержание лабораторной работы:

1. Изучение свойств минералов, химическую классификацию минералов, а также происхождение минералов.

Для получения зачета по теме обучающийся должен знать:

1. Элементы минералогии.

2. Выучить и рассказать шкалу твердости минералов по ученому Ф. Мооса.

 


Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 38; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ