морфологическое заключение
электрохимическое нанесение сплавов
biflu-jen цена

Форма й структура кристалів

Форма й структура кристалів

а. Кристал і стекло
За винятком обпала, усі мінерали, використовувані в ювелірній справі, відрізняються від скла й подібних його речовин тим, що вони є кристалічними речовинами; інакше кажучи, їх атоми утворюють правильну структуру
Зміст олов «кристал» («кристалічний») і «стекло» («стекловатий»), уживаних у наукових описах, значно відрізняється від звичайного їхнього змісту. Перше з них походить від грецького xpwog, що означає лід, і деякий час це слово використовувалося в англійській мові саме в такому змісті. Наприклад, у староанглийском перекладі Псалтири читаємо: «Не sendis his kristall as morcels»
(у російському перекладі; «Кидає гради свій шматками» — Псалом 147, стих 6). Воно застосовувалося також для позначення прекрасних блискучих шматків кварцу, які попадалися серед покритих вічними снігами гірських вершин Альп; ці шматки були настільки прозорі, що, за свідченням Плиния
, їх уважали, що полягають із води, яка застигла під дією
найсильнішого морозу, що панує в тих районах. Сьогодні ми теж говоримо «кристали кварцу», але вже в сучасному звичайному значенні. Однак, коли перші дослідники виявили, що розчин солі, випаровуючись, залишає після себе скупчення тонких блискаючих призм, дуже схожих одна на іншу, вони, природно (хоча, як ми тепер знаємо, помилково), сприйняли їх як ещє одну форму затверділої води й назвали ця речовина вже відомим словом — «кристал». Наступні дослідження показали, що як ця сіль, що випала з розчину, так і мінеральні речовини, що зустрічаються в природі плоскі грані, що й часто мають, мають, як правило, важливою властивістю закономірного розташування складових їхніх атомів; тому наука визначає «кристал» як матеріальне тіло, у якому структура всюди однакова, а всі близькі по характеру атоми, що входять до його складу, розташовуються в цій структурі однаковим образом
Інше слово «стекло» — ще обикновеннее; цим словом позначають прозору, блискучу, тверду й тендітну речовину, що утворюється при плавленні піску в суміші із содою або з поташем (або й з тим, і з іншим). Стекло вставляють у віконні рами, воно використовується й для безлічі інших цілей. Дослідження показали, що в склі, такому, видалося б, однорідному по зовнішньому вигляду, немає закономірного розташування атомів. У дійсності скло являє собою тривимірну мозаїку атомів, якось зібраних разом, але настільки незакономірно, що це їх випадкове розташування створює видимість зовсім правиль-пого обладнання. Наука використовує слово «стекло» у цьому широкому значень. По суті справи, дві речовини можуть мати той самий хімічний склад, Але одне буде кристалічним, а інше — стекловатим. Наприклад, кварц, якщо його нагрівати до високої температури, може розплавитися й перетворитися в скло. Відмінність між двома типами структур можна зрівняти з відмінністю між батальйоном солдатів, вибудуваних для параду, і простий юрбою людей
У природі зустрічаються різні види скла. Раніше всіх став відомий обсидіан, який являє собою стекло, що утворювалося при швидкому остиганні лави, що викидав з діючого вулкана. За назвою «тектити» поєднуються таємничі шматочки зеленуватого скла, виявлені в різних місцях земної кулі й відомі як молдавйт, австралит або биллитонит ( за назвою місцевості). Оскільки тектити зустрічаються далеко від вулканічних районів, вони, мабуть, відрізняються від обсидіану по походженню. По їхній характерній формі можна припустити, що вони потрапили на земну поверхню, пройшовши через атмосферу, тобто що вони з`явилися із зовнішнього простору, однак вони відрізняються по. сполуці й фізичним характеристикам від усіх відомих метеоритів, і ніхто ніколи не бачив, щоб вони падали з неба. Походження стекол-кременів, знайдених у Лівійській пустелі (Північна Африка) у вигляді великих шматків, усе ще невідомо. Скла-Кремені набагато більш неправильної форми, що зустрічаються біля деяких метеоритних кратерів,- це результат плавлення піску під дією тепла, що виділяється при падінні великих метеоритів. Можна вважати, що як тектити, так і скла-кремені Лівійської пустелі утворювалися при сильному нагріванні, але джерело тепла залишається поки невідомим
Клас мінералів, що не ставляться ні до кристалічних, ні до стекловатим, представлений опалом. Коли гарячі підземні води з розчиненим у них кремнеземом досягають поверхні, з них завдяки швидкому охолодженню й випару випадає драглистий кременистий осад зі змінним змістом води, який і перетворюється в мінерал, відомий за назвою «обпав». Надалі в ньому може відбуватися кристалізація, але, що утворюються при цьому кристали звичайно настільки дрібні, що в оптичному відношенні обпав поводиться так, ніби він був зовсім аморфним, хоча за допомогою рентгенівських променів можна виявити в ньому частково раскристаллизованную структуру
.
б. Морфологія кристалів
Природні кристали, за малим виключенням, мають гладкі кристалічні грані. У невеликих кристалах ці грані оптично плоскі й дають чіткі відбиття предметів ( як у шибці); у більших кристалів грані часто бувають не такими зробленими, і відбиття в них виявляються трохи розмитими. Плоскі грані — це зовнішнє вираження правильності внутрішнього розташування атомів, що характеризує кристалічний стан речовини. Наука, що вивчає, як відбувається розвиток цих природніх граней і як вони розміщаються в просторі, являє собою галузь кристалографії й називається морфологією кристалів. Знання морфології дорогоцінних мінералів часто необхідно для визначення таких каменів у неопрацьованому стані; це знання має також велике значення для майстра, що бажає провести найкраще огранювання каменю
1. Симетрія кристалів
У добре сформованих кристалах, наприклад у кристалах гранату (мал. 1) або циркону (мал. 2), добре видні системи подібних друга другові граней. Розташування цих подібних граней визначає симетрію кристала (а в остаточному підсумку — цим метршо його внутрішньої атомної структури). Усі кристали того самого речовини мають однакову симетрію, але в кристалів різних речовин симетрія може бути дуже різної. Так, гранат має дуже високу симетрію, циркон — трохи меншу, а ортоклаз (мал. 3) і аксинит (мал. 4) — ще більш низьку симетрію. Елементи симетрії, властиві кристалам,
діляться на три типи. У наведені дотепер прикладах кожної грані кристала відповідає подібна й паралельна грань на його протилежній стороні, і про такі кристали говорять, що в них є центр симетрії. Однак у ряді речовин ріст кристалів відбувається в загальному випадку так, що щонайменше деякі грані не мають паралельних однакових граней,- у них немає центру симетрії. Прикладами можуть служити кристали сфалериту (мал. 5) і турмаліну (мал. 6).
Другий елемент симетрії-площина Симетрії. Такою площиною кристал можна подумки розділити на дві зовсім однакові частини, але кристалографічне розуміння площини симетрії відрізняється від чисто геометричного одним важливим обмеженням. Дві частини кристала не тільки повинні бути однаковими, але вони повинні розташовуватися щодо площини симетрії як предмет і його дзеркальне відбиття. Таким чином, якщо в простому кубі (мал. 7) існують діагональні площини симетрії, що розташовуються під прямими кутами до кожної квадратної грані, то в прямокутному паралелепіпеді (рис. 8) площин кристалографічної симетрії, які займали б діагональне положення, немає. Кількість гарна виражених площин симетрії змінюється від одного речовини до іншого it широких межах. У простому кубі ми бачимо 9 площин симетрії: три площини одного виду проходять паралельно граням куба (мал. 9) і шість — діагонально (мал. 7).
Рис. 9, Три головні площини симетрії в кубі,
Рис. 8. Діагональна площина в прямокутному паралелепіпеді не є кристалографічною площиною симетрії,
Рис. 10. Єдина площина симетрії в кристалі ортоклазу
В ортоклазі є одна площина симетрії (мал. 10), а у кварці (мал. 11) і акошште (мал. 4) немає ні однієї
Рис. 11, Кристал кварцу,
Третій елемент кристалографічної симетрії — вісь симетрії. Якщо кристал повертається навколо такої осі, він сполучається сам із собою за повний оборот п раз; число п називається порядком осі. У кристалах бувають осі симетрії чотирьох різних порядків:.
при п=2 сполучення відбувається через 180° — це.
вісь 2-го порядку (подвійна вісь);.
при п=3 сполучення відбувається через 120° — це.
вісь 3-го порядку (потрійна вісь);.
при п-п—4 сполучення відбувається через 90° — це вісь
4-го порядку (тетрагональна вісь);.
при п=6 сполучення відбувається через 60° — це вісь 6-го порядку (гексагональна вісь).
Як і відносно площин симетрії, різні речовини можуть мати найрізноманітніші комбінації осей симетрії. У той час як простий куб має три осі 4-го порядку, чотири осі 3-го порядку й шість осей 2-го порядку, ортоклаз, з його єдиною площиною симетрії, має тільки одну вісь 2-го порядку; у кіаніту взагалі немає осей симетрії. Різні комбінації осей симетрії дають основу для класифікації кристалів, але перед тем, як звернутися до цієї класифікації, розглянемо деякі інші потребуючі уваги аспекти морфології кристалів
2. Форма й габітус
Хоча всі кристали того самого речовини повинні мати те саме комбінація елементів симетрії, це не означає, що вигляд усіх кристалів буде однаковим. Гранат, що володіє такий же симетрією, як і простий куб (13 осей, 9 площин і
центр), часто зустрічається у вигляді кристалів, форма яких показана на мал. 12, з 12 ромбічними гранями, тобто у вигляді ромбододекаєдров. Зустрічаються також тіла з 24 гранями (мал. 13) — икоситетраєдри (трапецоєдри), і ці два види кристалів описуються як різні прості форми
Просту форму можна точно визначити як «сукупність граней, що відповідає даної симетрії, якщо дано одна грань». Припустимо, наприклад, що деяка речовина має таку структуру, яка створює гексагональну вісь симетрії, нормальну до площини симетрії (такий вид симетрії характерний для кристалів апатиту). Грань, похила як до осі, так і до площини, буде повторюватися навколо осі шість раз, і ці шість граней відіб`ються по іншу сторону площини, так що в підсумку утворюється форма гексагональної бипирамиди (мал. 14). Однак якщо задана грань паралельна гексагональної осі, вона розташовується під прямим кутом до площини симетрії, і тому вона при повторенні по іншу сторону площини не утворює нової
Рис, 14. Гексагональна бипирамида.
грані; у результаті утворюється гексагональна призма (мал. 15), яка відкрита по торцях (відкрита форма) і не може тому існувати в кристалі сама по собі. Грань, розташована під прямим кутом до гексагональної осі, повторюється тільки по іншу сторону площини симетрії; ці дві грані створюють іншу відкриту форму — пинакоид ( від греч. jxtvod;- дошка). У цій групі симетрії можливі тільки три види форм, і всі кристали, що належать до даної групи, утворені різними комбінаціями цих форм
Рис. 15, Гексагональна призма,
Повернемося на короткий час до аналізу форми гранату, кристали якого в ряді випадків мають вигляд, показаний на мал. 16 або 17. На перший погляд нелегко побачити зв`язок цих 36-гранних тіл з більш простими багатогранниками, зображеними на мал. 12 і 13. Фактично обоє тіла — комбінації форм, показаних на мал. 12 і 13. Великі грані на мал. 16 — це грані икоситетра-єдра, а малі-грані ромбододекаєдра. Великі грані на мал. 17 легко распознаются як грані ромбододекаєдра, ребра якого ускладнені вузькими гранями, що належать икоситетраєдру. Такі варіації вигляду різних кристалів того самого речовини називаються варіаціями габітусу, який залежить від відносного розвитку різних форм. Кристали, показані як на мал. 12, так і на мал. 17, мають додекаєдрический га-
Рис. 17. Кристал гранату, що відрізняється але габітусу від кристала, ноказанного на мал. 16,.
битус, а кристали, зображені на мал. 13 і 16,- икоситет-раєдрический габітус. На мал. 18 показано три кристали апатиту з різним габітусом: 1) кристал призматичного габітусу,
Рис. 16. Кристал гранату, у якому сполучаються дві кристалографічні форми
, що кінчається невеликими гранями нинакоида й однієї гексагональної бипирамиди; 2) таблитчатий кристал із гранями пи-накоида, тупий бипирамиди й дрібними гранями призми; 3) кристал таблитчатого габітусу більш складної форми, що містить грані декількох бипирамид. При зображенні кристалів на малюнках усі грані однієї форми іноді відзначаються однаковими буквами ( як на деяких малюнках у цьому розділі), але, на жаль, загальноприйняті принципи літерного позначення відсутні. Через той що вираження «проста форма» у кристалографії має спеціальне значення, треба ретельно стежити за тим, щоб не використовувати його в загальному значенні, тобто для опису загального вигляду кристала, для чого існує особливий термін- «габітус».
Характерна риса багатьох з названих дотепер кристалів — тенденція до розвитку комплексів граней, перетинання яких утворюють серію паралельних ребер; такі комплекси граней називають зонами. Деякі речовини, наприклад
Рис. 19. Верхівка кристала берилла,
Рис. 20. Кристал епідоту,
Рис. 21, Таблитчатий кристал рубіна,
берилл (мал. 19) і епідот (мал. 20), звичайно утворюють кристали, подовжені уздовж ребер однієї сильно розвитому зони, що й мають, як говорять, призматичний габітус; при дуже сильному подовженні виникає голчастий (голкоподібний) габітус, як у голках рутилу кристали, що пронизують іноді, кварцу. Чітко виражений сплощений вигляд кристалів із сильним розвитком однієї пари граней створює таблитчатий габітус, як у рубіна (мал. 21), або пластинчастий габітус, як у деяких кристалів гематиту
Перед тем як знову звернутися до класифікації кристалів по симетрії, необхідно ввести ще одне визначення. Терміни «гексагональна призма» і «пинакоид» з`являються в описі апатиту у зв`язку з особливим відношенням граней до елементів симетрії (грані призми паралельні гексагональної осі й розташовуються під прямим кутом до площини симетрії; грані пинакои-так перпендикулярні цієї осі й паралельні площини симетрії); цими термінами позначаються так звані особливі форми. Ці прості форми характерні не тільки для цієї групи симетрії; обидві вони можуть вийти, наприклад, шляхом симетричних операцій і в тій симетрії, де є потрійна вісь і центр симетрії ( до цієї групи належить фенакіт). Гексагональна бипирамида утворюється за рахунок грані, що лежить косо стосовно елементів симетрії (нахил граней залежить від структури речовини, у цьому випадку — апатиту), і являє собою загальну форму для цієї групи елементів симетрії. Для кожної з можливих груп елементів симетрії характерна своя загальна форма (хоча загальна форма однієї групи може виявитися особливою формою в інших групах).
.