І. Теоретичні відомості

В земній корі мінерали знаходяться в основному у твердому (кристалічному) стані і незначна частина в аморфному та рідкому стані.

Кристалами називаються тверді тіла, що мають природну форму багатогранників і відрізняються закономірним розміщенням у просторі елементарних частинок (атомів, іонів, молекул), які утворюють різноманітні кристалічні решітки (ґратки). Розрізняють такі типи просторових решіток: атомні, іонні, радикал – іонні, молекулярні (рис.1).

Проста Об'ємно - Гране - Іонна решітка Радикал-іонна Молекулярна

кубічна центрована центрована галіту кальциту твердої фази CО₂

решітка решітка решітка алмазу

Рис. 1.Типи просторових решіток

Для аморфних тіл (янтар, опал, агат) характерна невпорядкованість їх складових частин. Різниця внутрішньої будови впливає на зовнішній вигляд, фізичні та хімічні властивості мінералів та аморфних тіл. Кристалічні форми і структури мінералів вивчає наука кристалографія.

Головні властивості кристалів полягають в їх анізотропності, однорідності, здатність само огранюватися й симетрії.

Анізотропність к ристалів виявляється у тому, що значення одних і тих самих фізичних параметрів (наприклад, твердість, тепло-, електропровідність), виміряні у різних напрямках, будуть різними (нерівновластивість кристалічної речовини в різних напрямках). Це явище добре ілюструється відомим дослідом, коли кристал гіпсу покривають парафіном і торкаються до нього гарячою голкою. При цьому парафін плавиться навколо голки у вигляді еліпса, а не кола, що вказує на різну теплопровідність гіпсу в різних напрямках. Аморфні тіла ізотропні, тобто властивості їх у всіх напрямках статистично однакові (скло, бурштин, обсидіан).

Однорідність виявляється у тому, що кожна окремо взята ділянка (частина) кристала має один і той самий хімічний склад і, відповідно, ті самі властивості, що й цілий кристал.

Здатність до самоогранення При вільному зростанні кристали утворюються у вигляді правильних багатогранниківрізної геометричної форми. Розрізняють такі морфологічні елементи кристалів: грані - тобто площини, що обмежують кристал; ребра - лінії, по яких перетинаються суміжні грані; вершини - точки, в яких перетинаються ребра кристала; гранні кути, що утворені суміжними гранями. Кристали однієї речовини можуть різнитися розміром, формою, кількістю граней, але кути між гранями сталі. Троє вчених (датчанин Н. Стено, француз Роме де Лілль і росіянин М. В. Ломоносов), незалежно один від одного, відкрили так званий закон постійності гранних кутів, який називається основним законом кристалографії. Він полягає у тому, що гранні кути між відповідними гранями у кристалах одного і того самого мінералу постійні. Гранні кути вимірюються за допомогою спеціальних приладів - гоніометрів, що дає змогу діагностувати мінерали у найдрібніших кристаликах.

Під симетрією кристалів розуміють закономірну повторюваність елементів їх огранення (граней, ребер, вершин) у просторі. Це можна спостерігати при уявному перетині кристала площиною, обертанні його навколо уявної осі, а також зіставленні розміщення окремих його елементів щодо центра. Площина, вісь і центр - елементи симетрії кристала (рис. 2). Площина симетрії Р - уявна площина, що поділяє кристал на дві дзеркально рівні частини.

1 2 3

Рис. 2. Елементи симетрії кристалів:

1 — площини симетрії: а) 3 площини (3Р) через середини ребер,

б, в, г) 6 площин (6Р) через пару ребер; 2 - осі симетрії

3 — б)центр симетрі

Вісь симетрії l - уявна лінія, при обертанні навколо якої на 360° кристал суміщається сам із собою кілька разів. Кількість суміщень називається порядком осі симетрії. Відомі осі симетрії другого l _2, третього l _3, четвертого l₄ і шостого l₆ порядків. Осі симетрії третього, четвертого і шостого порядків називаються осями симетрії вищого порядку, вісь другого - вісь симетрії нижчого порядку. Центром симетрії С називається точка всередині кристала, в якій перетинаються і діляться навпіл усі прямі лінії, що сполучають однакові (відповідні) елементи його поверхні. У кристалі може бути лише один центр симетрії.

У кожному кристалі існує певна сукупність елементів симетрії чи певна їх комбінація. Кристалограф А. В. Гадолін визначив, що в кристалах можливі лише 32 комбінації елементів симетрії, названих кристалографічними класами або видами симетрії. Наприклад, у кубі є 3 осі симетрії четвертого порядку, 4 осі третього порядку, 6 осей другого порядку, 9 площин і центр симетрії. Вид симетрії куба можна записати у вигляді формули 3l₄ 4l₃ 6 l ₂ 9PC.

За ступенем складності усі види симетрії групуються умовно у 7 великих підрозділів, що називаються сингоніями. У свою чергу сингонії об'єднуються у три категорії — вишу, середню і нижчу (табл. 1).

Рис. 3. Поширені форми кристалів

1, 2 — кристали триклинної сингонії; 3-5 - кристали ромбічної сингонії;

6-8 — кристали моноклінної сингонії; 9-11 - кристали тригональної сингонії; 12-14 — кристали гексагональної сингонії; 15, 16 — кристали тетрагональної сингонії; 17-20 — кристали кубічної сингонії.

Для віднесення кристала до певної сингонії необхідно визначити усі його елементи симетрії, записати їх у вигляді формули і скористатись табл. 1, у якій наведено необхідний мінімум елементів симетрії для кожної сингонії.

Таблиця 1

Кристалографічні сингонії та їх категорії

Як видно з таблиці, для віднесення кристалів до вищої категорії в них має бути чотири осі третього порядку, в кристалах сингоній середньої категорії є по одній осі вищого порядку, що однак, зовсім не виключає наявності в них осей другого порядку, площин і центра симетрії. У кристалах нижчої категорії осі вищого порядку відсутні. Найпоширеніші форми кристалів представлено на рис. 3.

Поиск по сайту: