Школьникам и первокурсникам о минералогии

Основные элементы кристаллографии и кристаллохимии

При нормальных условиях известно два типа типа состояния твердых тел: кристаллческое и аморфное. Если расположение частиц (атомов, ионов или молекул) в твердом теле подчиняется правильной трехмерной периодичности, то такие тела получили название кристаллических. Кристаллы имеют формы разнообразных многогранников - кубов, призм, пирамид и др. Внешние плоскости кристаллов получили название граней, линии пересечения граней - ребер, а точки пересечения трех и более ребер - вершины. Одним из важных положений кристаллографии является закон постоянства гранных углов - для всех кристаллов одного и того же вещества углы между соответствующими гранями кристаллов одинаковы и постоянны. Этот закон позволяет определять минералы путем измерения углов между гранями кристаллов.

Каждый из кристаллов характеризуется определенной симметрией, т.е. закономерной повторяемостью одинаковых граней, ребер и углов при его вращении в пространстве (рис. 3). Выделяют следующие элементы симметрии: плоскости, оси и центр симметрии. Плоскость симметрии - воображаемая плоскость, которая делит кристалл на две равные части, каждая из которых является зеркальным отражением другой. Ось симметрии (L) - воображаемая линия при вращении вокруг которой на 360^о кристалл несколько раз повторяет свое первоначальное положение в пространстве. Число подобных повторений получило название порядка оси симметрии. В кристалле могут быть оси симметрии только второго (L²), третьего (L³), четвертого (L⁴) и шестого (L⁶) порядков. В одном кристалле могут одновременно присутствовать несколько осей симметрии одного или разных порядков. Центр симметрии - точка внутри кристалла, вокруг которой правильно повторяются грани и ребра кристаллов.

В кристаллах возможны только 32 различных комбинации элементов симметрии, получивших название кристаллографических классов или видов симметрии. Кристаллографические классы объединены в сингонии:

Форма кристаллов зависит от особенностей закономерного распределения в пространстве частиц, слагающих минералы - атомов (ионов) или молекул. В аморфном веществе эти частицы располагаются неупорядочено. Закономерное пространственное расположение атомов, ионов или молекул в минерале образует структуру кристалла, или его кристаллическую решетку. Последняя может быть представлена в виде плотно пригнанных друг к другу многогранников, часто называемых полиэдрами (кубов, тетраэдров, октаэдров и др.), в вершинах, центрах или серединах граней которых на строго определенном расстоянии друг от друга располагаются атомы или ионы. Они образуют так называемые узлы кристаллической решетки. Кристаллические структуры крайне разнообразны. Они определяют внешнюю форму кристаллов и зависят от химического состава минералов, т.е. определенным минералам свойственны и определенные кристаллические формы.

В зависимости от характера частиц, находящихся в узлах кристаллической решетки и природы химических связей различают четыре типа кристаллических решеток: ионные, атомные, металлические и молекулярные.

В узлах ионной (гетерополярной) решетки располагаются противоположно заряженные ионы разных элементов. Притягивание разноименных ионов обуславливает ионную связь. Эта связь очень прочная. Ионную решетку имеют многие минералы, например, силикаты.

Атомные решетки характеризуются тем, что в их узлах находятся атомы элементов между которыми существует ковалентная (гомополярная) связь . Кристаллы с атомной решеткой имеют большую твердость, высокие температуры плавления и кипения. Примером минерала с атомной решеткой может служить алмаз.

Металлические решетки характеризуются прочным каркасом из положительно заряженных ионов металла, между которыми равномерно распределены электроны, образующие так называемый "электронный газ " . Такие решетки характерны для типичных металлов - медь, серебро, золото, и объясняют присущие последним характерные физические свойства: высокую электро- и теплопроводность, металлический блеск, ковкость.

Молекулярные решетки сложены отдельными атомами или молекулами, между которыми проявлены остаточные межмолекулярные (ван-дер-ваальсовые) связи . Эти связи очень непрочны, что отражается и на свойствах минералов с молекулярным типом решетки.

Кристаллические вещества с одним типом связи получили название гомодесмических. Если в одних и тех же кристаллах проявлены разные типы структурных связей, то такие кристаллические структуры называются гетеродесмическими.

У минералов преобладают гетеродесмические и ионные кристаллические структуры (например, соли кислородных кислот, галогениды и др.). Атомные и молекулярные структуры в минералах встречаются относительно редко. Для оксидов и гидроксидов характерна смешенная ионно-ковалентная связь с преобладанием ионной, а для сульфидов (солей сероводородной кислоты) - та же связь, но с преобладанием ковалентной. Металлические связи и структуры типичны для самородных металлов.

далее>>