Кристаллография

 

        Содержание

                                                                                                          

 

1. Опешите, чём заключается закон постоянства углов  - -  - - 2 

 

2. Возникновение кристаллов. Почему часто 

     кристаллы  растут в форме дендрита?                         - - - - 4

 

3. Опишите методы изучения  минералов.                         - - - - 6

 

4. Класс    окислов    и    гидроокислов.  Опишите                  

    минералы  подкласса  цепочечной.                                 - - - - 8

 

5. Критическая точка (723°С), при которой 

аустенит   превращается в перлит, его состав.            - - - - 10

 

6. Список литературы.                                                        - - - - 11                                                   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Опишите,  в чем заключается закон постоянства  углов.

 

 

Когда кристалл растет, частицы  выстраиваются в закономерные и  симметричные ряды, сетки, решетки. Грани  кристаллических многогранников соответствуют  плоскостям, составленным из материальных частиц, ребра кристалла – линиям пересечения этих плоскостей, т. е. рядам материальных частиц.

Центры масс частиц могут  образовать плоские сетки и ряды решетки. Очевидно, любой ряд в  структуре соответствует возможному ребру кристалла, а любая плоскость – возможной грани кристалла.

Кристалл растет так, что частицы вещества из окружающей среды отлагаются на его гранях. Грани нарастают параллельно самим себе.

Меняются площади граней, их форма, какие-то грани могут вытесняться соседними и зарастать, но взаимный наклон граней остается неизменным. Поэтому углы между гранями тоже остаются постоянными.

В этом заключается количественный закон кристаллографии, открытый Николаем Стеноном (1669) – закон постоянства  углов: во всех кристаллах данного вещества при одинаковых условиях углы между соответствующими гранями кристаллов постоянны.

В законе под одинаковыми  условиями понимаются одинаковые температура  и давление. Тем самым подразумевается, что, если у вещества есть несколько  полиморфных модификаций, речь здесь идет об одной модификации.Кристаллы разных веществ отличаются друг от друга внешней формой. У кристаллов одного и того же вещества облик (габитус) может оказаться совсем различным, размеры, формы и даже число граней разные, но углы между соответствующими гранями кристаллов одного вещества всегда постоянны.Закон постоянства углов дает возможность свести все многообразие форм кристаллических многогранников к совокупности углов между гранями и изобразить их с помощью проекции.

Этот закон сыграл огромную роль в развитии кристаллографии. До открытия дифракции рентгеновских лучей и разработки рентгеноструктурного анализа кристаллические вещества характеризовали и отличали одно от другого только по углам между их гранями.

Закон постоянства гранных углов Стенона впоследствии дал начало учению о морфологической симметрии кристаллов — основе учения о симметрии любых фигур с особенной точкой. Напомним слова А.В Шубникова об особенных элементах фигуры: «Точка (прямая, плоскость) фигуры (или ее части) называется особенной, если она совмещается с собою всеми операциями фигуры (или ее части). Особенные геометрические элементы существуют в фигурах в единственном числе». Центр сферы, ось конуса, поперечная плоскость цилиндра—соответственно особенные точка, линия, плоскость; трехмерное пространство в классическом учении о пространственной симметрии кристаллов — также особенный геометрический элемент.

Существует несколько  наименований фигур с особенными точками. Чаще всего их называют конечными или строже точечными фигурами, реже — фигурами симметрии нулевого измерения. Последние могут быть разделены на две категории: фигуры без особенных плоскостей и фигуры с особенными плоскостями. Все платоновы тела и шар принадлежат к фигурам первой категории. К фигурам второй категории принадлежат так называемые розетки (одно- и двусторонние). Примеры односторонних розеток — фигуры пуговицы, цветка растения, насекомого, детской бумажной вертушки, фигуры травления на гранях кристалла; примеры двусторонних розеток - решетки ворот, колеса, кольца, платки с одинаковым рисунком с обеих сторон, буквы без лица и изнанки (П, Н, Ж ), снежинки, фигуры млекопитающих, если смотреть на них сбоку (при другой ориентации они предстанут уже в виде односторонних розеток). Таким образом, и у тех и у других розеток имеется одна особенная плоскость с особенной точкой в ней. При этом у односторонних розеток эта плоскость полярна, т. е. ее «лицо» отлично от «изнанки», а у двусторонних она не полярна и может являться поэтому плоскостью симметрии.

По-видимому, будет правильно  связать развитие учения о симметрии  нулевого измерения с построениями древними математиками таких типичных конечных фигур, как многоугольники и многогранники.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.  Возникновение кристаллов. Почему часто кристаллы растут в форме дендрита?

 

В природе кристаллы  образуются при различных геологических  процессах из растворов, расплавов, газовой или твердой фазы.

Значительная часть  минеральных видов произошла  путем кристаллизации из водных растворов. Примеры выпадения кристаллов из раствора – выпадение кристаллов солей в замкнутых водоемах; рост кристаллов на стенках трещин и полостей при гидротермальных процессах, на больших глубинах в условиях высоких давлений и температур; образование отдельных кристаллов вторичных минералов в зонах окисления рудных месторождений.

Образование кристаллов из расплавов. Если магматический очаг располагается на большой глубине  и его остывание идет медленно, то магма успевает хорошо раскристаллизоваться и кристаллы вырастают достаточно крупными и хорошо ограненными. Если магма застывает внезапно, могут образоваться некристаллические минералы и горные породы. Внезапное застывание магмы происходит при извержении вулканов. Потоки застывшей лавы дает начало не кристаллическим, а стекловидным породам.

Образование кристаллов в результате конденсации газов  или из паров. Кристаллизоваться  могут не только водяные пары, но и пары других веществ. Пример- на фумаролах  образуются кристаллы из газов.

Образование кристаллов при перекристаллизации твердых веществ. При переходе из твердого состояния в твердое выделяют 2 случая:

1. Кристаллическое вещество  образуется из аморфного–например, с течением времени закристаллизовываются  содержащие стекла кристаллические  породы.

2. Перекристаллизация – это процесс, при котором структура одних веществ разрушается, и образуются новые кристаллы с другой структурой. Например, известняк под действием высоких температур и давления становится мрамором. Перекристаллизация связана с таким явлением как метосамотоз – преобразование горной породы или минерала в другую горную породу или минерал под воздействием привноса или выноса вещества.

Материальные частицы (атомы, молекулы, ионы), слагающие газообразные или жидкие (расплавленные) вещества, обладая высокой кинетической энергией, находятся в непрерывном движении. Время от времени они сталкиваются, образуя зародыши – микроскопические фрагменты будущей структуры. Чаще всего такие зародыши распадаются, что связано либо с собственными колебаниями, либо с бомбардировкой их свободными частицами. Однако для начала кристаллизации необходимо, чтобы зародыш достиг критической величины, т.е. содержал такое количество частиц, при котором присоединение следующей частицы сделало бы разрастание зародыша энергетически более выгодным, чем его распад. Такая возможность для большинства веществ проявляется либо с понижением температуры, в результате чего уменьшаются температурные колебания, либо с повышением концентрации вещества в растворе или газе, что приводит к увеличению вероятности встречи частиц друг с другом, то есть к возникновению зародышей.

Таким образом, рост кристаллов можно рассматривать как процесс, посредством которого мельчайшие кристаллические  частицы – зародыши – достигают  макроскопических размеров. Причем кристаллизация протекает не во всем объеме, а лишь там, где возникнут зародыши. Факторами, влияющими на появление зародышей, являются не только переохлаждение и повышение концентрации раствора или вязкости расплава, но и присутствие посторонних обломков кристаллов или пылинок, на поверхности которых собираются частицы, упрощая этим начало кристаллизации.

Процесс кристаллизации является энергетически выгодным. Растущий кристалл не принимает равновесную  форму вследствие того, что на него влияют различные изменяющиеся условия кристаллизации: температура, давление, сила тяжести, химический состав и динамика среды и т.д.

Формы роста  кристаллов

При различных отклонениях  от идеальных условий кристаллизации (например, в вязких, загрязненных или  сильно пересыщенных средах) вырастают экзотические образования. Опыт показывает, что при малых пресыщениях и переохлаждениях на фронте роста возникают совершенные – гранные – формы кристаллов. С увеличением отклонения от равновесия кристаллы меняют свой облик, превращаясь в скелеты, дендриты (от греч. Дендрон – дерево), нитевидные образования или кристаллы сферической формы. Указанные формы различаются тем, что скелетные кристаллы – это монокристаллы, а дендриты – чаще всего поликристаллические агрегаты.

Кристаллизация идет одновременно с продуцированием самого ее вещества, а кристаллизатор - полость или система щелей в горной породе служит одновременно и реакционным котлом. Но если нас интересует энергетический расклад процесса, то следует условно разделить его на две фазы: реакцию продуцирования частиц меди и отдельно - сборку их этих частиц кристалла самородной меди.     

 …Питающий раствор  застаивается в трещине, где  растет медный самородок. Питание  он получает только за счет  диффузии реагентов. Пересыщение  достаточно велико, чтобы обеспечить высокую скорость роста, но вялый массоперенос к поверхности самородка обрекает его на голодный режим. Процесс идет быстрее там, где есть более свежий раствор. Будь у нас возможность наблюдать происходящее воочию, мы решили бы, что за дело взялся сам кристалл: он сам ищет себе пищу. Огибая препятствия, проникая в промежутки между зернами вмещающей породы, он разрастается отдельными ветвями, и каждая стремится развиваться в сторону более крепкого раствора, подальше от конкурирующих соседних ветвей. Вопреки требованию минимизации, поверхность кристалла развивается чрезвычайно; но благодаря этому «цель» достигается за кратчайшее время. Так образуется дендрит.

3.  Опишите  методы изучения минералов.

 

В студенческой практике, для того чтобы научиться простыми методами определять распространенные в земной коре минералы, приходится иметь дело с более или менее крупными кристаллами или же с однородными минеральными массами. Для этой цели обычно пользуются внешними диагностическими признаками изучаемых минералов, описанными в главе II. Многие из минералов, особенно те, которые могут содержать ценные для промышленности металлы, требуют дополнительных исследований с помощью паяльной трубки и элементарных качественно-химических реакций, излагаемых в специально составленных определителях.

Однако более редко  встречающиеся или трудно определимые  простыми методами минералы, обнаруживаемые при систематических минералогических исследованиях, могут быть достоверно определены лишь при условии применения более совершенных методик. Необходимость этих детальных исследований появляется во всех случаях, когда возникает задача более полного познания состава природных образований:

- при петрографическом изучении горных пород, необходимом для составления геологических карт;

- при освоении какого-либо нового месторождения, в связи с чем ставится задача всестороннего изучения вещественного состава руд с целью решения вопросов о комплексном использовании всех компонентов сырья;

- при специальных исследованиях в районах, особо интересных в минералогическом отношении;

- при решении вопросов геохимии, требующих углубленных исследований минерального вещества, и т. д.

При детальном изучении минералов в случае необходимости  применяют обычно следующие методы исследования: кристаллохимический, рентгенометрический , кристаллооптический, термический и химикоаналитический совместно с спектральным и иногда рентгеноспектральным анализом.

Кристаллохимический анализ, разработанный Е. С. Федоровым, может быть применен в тех случаях, когда мы имеем дело с кристаллами, и притом достаточно крупными, чтобы можно было измерить углы между гранями кристаллов на гониометре*. Этим путем удается не только установить сингонию и вид симметрии кристаллов, но и определить состав минерала. В последнее время его школой разрабатываются определители кристаллов с учетом углов между гранями, комбинаций простых форм и оптических констант.

Рентгенометрический анализ, применяемый для определения вещества путем сравнения рентгенограмм, может быть произведен различными методами, из которых наиболее употребительны: метод вращения кристалла(Поляни), метод рентгеновского гониометра (Вейссенберга) и метод порошка (Дебая).

Кристаллооптический анализ сводится к определению с помощью микроскопа ряда оптических констант, свойственных изучаемому минералу.

Прозрачные минералы горных пород и руд исследуются в тонких шлифах (толщиной около 0,02 мм) или в виде порошков.

 

Непрозрачные минералы, слагающие главным образом руды месторождений металлических полезных ископаемых, а также встречающиеся в виде включений в горных породах, изучаются в зеркально отполированных шлифах в отраженном свете под микроскопом с помощью специального осветителя, называемого опак-иллюминатором.