Студентам і школярам книги кристалографія. Основи кристалографії геометрична кристалографія кристалографія Геометрична кристалографія

Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

1 . Загальна характеристика геологічних дисциплін

Науки мінералогія, кристалографія і петрографія історично виділилися з науки про речовинний склад, будову та історії розвитку землі званої геологією.

кристалографія вивчає освіту, форму і фізико-хімічні властивості кристалів, з яких складаються різні мінерали.

металографія-наука, що вивчає будову і властивості металів і встановлює зв'язок між їх складом, будовою і властивостями.

мінералогія виділилася як наука про природні хімічні сполуки званих мінералами. Мінералогія вивчає склад і структуру мінералів, умови їх утворення і зміни.

петрографіянаука про гірських породах, їх складі, структурі, класифікації, умови залягання.

Ці науки нерозривно пов'язані з практичними потребами металургійного та інших виробництв. Не існує жодної галузі промисловості, де б не використовувалися мінерали в природному вигляді, або будь-які компоненти, витягнуті з них. Знання мінералів, їх складу, різних властивостей і областей практичного застосування, необхідні для фахівців, які працюють в різних галузях виробництва.

Мінераламі називають хімічні елементи або сполуки, що утворюються в земній корі, водномуоболонці або атмосфері в результаті різних фізико-хімічних процесів (без будь-якого втручання).

Мінерали можуть складатися з одного хімічного елемента: алмаз (С); графіт (С); сірка (S); золото (Au) або можуть являти собою з'єднання постійного або змінного складу:

З'єднання постійного складу (лавіновий шпат; кварц; кальцій)

З'єднання змінного складу: олівіни мають склад від Mg 2 (SiO 4) форстерит до Fe 2 (SiO 4) фаяліт.

Більшість мінералів є твердими, кристалічні речовини. Хоча окремі мінерали зустрічаються в ськритокрісталлічеського вигляді (зазвичай каллоідно-дисперсному) стані.

У природі мінерали можуть бути розсіяні у вигляді мельчайщіх частинок або представляти великі скупчення. При цьому мінерали одного і того ж речовини можуть зустрічатися в різному вигляді. Це завдає труднощів при зовнішньому визначенні мінералів, що входять в будь-яку гірську породу.

В даний час відомо близько 3800 різних мінералів, з яких тільки 250-300 широко поширені, і мають практичне значення. Це руди чорних, кольорових металів і рідкісних металів, сировину для виробництва будівельних матеріалів, сировину для хімічної промисловості, дорогоцінні і інші камені.

Так як мінерали володіють правильним закономірним розташуванням атомів, внаслідок свого кристалічної будови, до мінералів не належать рідини, гази, штучні тверді тіла і природні атмосферні речовини.

Мінерали відрізняються один від одного хімічним складом і кристалічною структурою.

Мінерали, які мають ідентичну кристалічну структуру, але різняться хімічними складом, називають ізоморфними.

Мінерали з одіннаковом хімічним складом, але різною кристалічною структурою називають поліморфними (Приклад поліморфних мінералів: алмаз і графіт).

1.1 Морфологія мінералів (форми знаходження мінералів в природі)

У природі мінерали зустрічаються у вигляді:

монокристалів;

двійників;

Агрегатів.

двійником називають такий закономірний зросток двох кристалів, в якому один індивід може бути отриманий з іншого або відображенням в деякій площині (двійникової), або поворотом навколо деякої осі (двійникової).

Найбільш часто мінерали зустрічаються у вигляді випадкових незакономерного сростков агрегатів. Агрегати можуть складатися з кристалів одного мінералу (мономінеральні агрегати) або декількох агрегатів (полімінеральні агрегати).

За величиною агрегати поділяються на:

Грубозернисті (більше 5 мм);

Середньозернисті (1-5 мм);

Дрібнозернисті (менше 1 мм).

Форми зерен, що складають агрегати, бувають: лускатими, волокнистими, землистої. Розрізняють такі морфологічні типи агрегатів:

Друзи - зростки добре сформованих кристалів, різних по висоті і по-різному орієнтованих, але прикріплених одним кінцем до загального плоскому або увігнутому основи.

Секреції - мінеральні утворення, що заповнюють порожнечі гірських породах. Заповнення порожнеч відбувається в результаті поступового відкладення речовин на їх стінках від периферії до центру.

Конкреції - утворення округлої форми, мають зазвичай радіальнолучістое або скорлуповатие будова. На відміну від секреції відкладення речовини відбувається від центру до периферії.

Ооліти - сферичні утворення невеликих розмірів, мають концентрично-скорлуповатие будова.

Псевдооліти - освіти за формою аналогічні ооліти, але не мають концентрично-скорлуповатие будови.

Дендрити - деревоподібні агрегати, що нагадують листя папороті, гілки дерева.

1.2 Фізичні властивості мінералів

До основних фізичних властивостей мінералів, що дозволяє визначати їх за зовнішніми ознаками, відносяться: колір, колір риси, мінливість, блиск, ступінь прозорості, твердість, спайність, злам, питома вага, магнітних, крихкість, гнучкість, гнучкість і т.д.

колір є одним з характерних фізичних властивостей мінералів. У одного і того ж мінералу в залежності від хімічного складу, структури, механічних і хімічних домішок колір може бути різноманітним. За забарвленням можна судити про умови утворення мінералів і про приналежність їх до тієї чи іншої родовищу.

Академік А.Є. Ферсман виділяє три типи фарбувань мінералів: ідіохроматіческую, аллохроматіческую і псевдохроматіческую.

Ідіохроматіческая - власна забарвлення мінералу.

Аллохроматіческая - наслідок наявності в мінералі включень сторонніх механічних домішок.

Псевдохроматіческая - явище дифракції променів світла від будь-яких внутрішніх тріщин.

колір риси - слід, який залишає мінералом на неглазурованої порцеляни платівці. Це колір подрібненого порошку мінералу.

мінливість - явище коли мінерал крім основного забарвлення в тонкому поверхневому шарі має додаткову забарвлення.

Спайність - здатність деяких мінералів розколюватися або розщеплюватися по певним площинам з освітою гладких, рівних, блискучих поверхонь.

1.3 Генезис мінералів (пробразованіе мінералів в природі)

Процеси утворення мінералів можна розділити на:

1) Ендогенні (що відбуваються всередині землі і пов'язані з магматичної діяльністю);

2) Екзогенні (що відбуваються на поверхні землі, прояляется в дії атмосферних агентів і повнрхності водних розчинів, а також в біохімічної діяльності орагнізма (окислення, розкладання);

3) Метаморфічні (що відбуваються в результаті перетворення раніше сформованих гірських порід при зміні фізико-хімічних умов.

Парагезис мінералів.

Парагенезісом називають спільне знаходження мінералів в природі, обумовлене спільністю процесу їх утворення. Мінерали при цьому можуть утворюватися послідовно або одночасно.

1.4 Петрографія

петрографія - наука, що вивчає гірські породи, їх мінеральний і хімічний склади, структуру, поширення та умови утворення.

гірськими породами називають мінеральні агрегати більш-менш постійного хімічного і мінерального складу, що займають значні ділянки земної кори. Гірські породи можуть бути мономинеральной, що складаються з одного мінералу, і полімінеральними, до складу яких входить кілька мінералів

мономінеральні гірські породи - вапняк і мармур (складаються з мінералу кальциту), кварцит (складається з кварцу).

полімінеральні гірські породи - граніт (головні породообразующие мінерали - польові шпати (микроклин, ортоклаз, плагіоклаз), кварц і слюда (біотит, мусковіт).

Відомо близько тисячі видів гірських порід, які за умовами освіти (генезис) поділяються на три класи:

1. Магматичні(або вивержені). Вони утворені з застиглої в надрах Землі або на її поверхні магми, вони представляють собою типові високотемпературні освіти.

2. Осадові.Вони являють собою наповнені і перетворені продукти руйнування раніше виниклих гірських порід, решток організмів і продуктів їх життєдіяльності; освіту осадових гірських порід відбувається на поверхні Землі при звичайних температурах і нормальному тиску, головним чином у водному середовищі.

3. Метаморфічні. Утворюються на великих глибинах за рахунок зміни осадових і магматичних порід під дією різних ендогенних процесів (високих температур і тиску, газоподібних речовин, що виділяються з магми і. Т.д.).

2 . основи кристалографії

Кристалографія підрозділяється на: геометричну кристалографію, кристалохімічною і фізичну кристалографію.

геометрична кристалографія розглядає загальні закономірності побудови кристалічних речовин, що утворюють їх кристали, а також симетрію і систематику кристалів.

кристаллохимия вивчає зв'язок між структурами і хімічними властивостями кристалічної речовини, а також опис структур кристалів

фізична кристалографія описує фізичні властивості кристалів (механічні, оптичні, теплові, електричні і магнітні).

2 .1 основигеометричній кристалографії

Особливості кристалічного стану. Слово «кристал» завжди асоціюється з поданням про многограннике тієї чи іншої форми. Однак кристалічні речовини характеризуються не тільки здатністю давати освіти певної форми. Основною особливістю кристалічних тіл є їх анізотропія - залежність ряду властивостей (міцність на розрив, теплопровідність, стисливість і ін.) Від напрямку в кристалі.

кристалл - тверді тіла, утворені у вигляді геометрично правильних багатогранників.

а) кам'яної солі; б) кварцу; в) магнетиту

Малюнок 1. Кристали

Елементами обмеження кристалів є: площині - грані; лінії перетину граней - ребра; точки перетину ребер - вершини.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Малюнок 2. Елементи обмеження кристалів

Елементарні частинки (атоми, іони або молекула) в кристалах розташовуються у вигляді просторової решітки.

Просторова решітка представляє собою систему точок, розташованих у вершинах рівних паралельно орієнтованих і суміжних цілими гранях паралелепіпедів, без проміжків, що заповнюють простір.

Малюнок 3. Просторова решітка кристала

мінерал кристалічний пластичний метал

Елементарні паралелепіпеди, які складають просторову решітку кристала, називають елементарними осередками.

Параметрами такого осередку є: три кути між, прийнятими за основні осі і три відрізки (А, В, С) відстаней між вузлами уздовж цих осей.

Малюнок 4. Параметри елементарної комірки

Певне розташування частинок в кристалах у вигляді просторової решітки, обумовлює ряд особливих властивостей кристалічних речовин - однорідність, анізотропія, здатність самоограняться, тобто рости у вигляді правильних багатогранників).

однорідністьозначає, що властивості кристалів однакові у всіх його точках.

анизотропность кристалів полягає в нерівноцінності в різних напрямках більшості їх фізичних властивостей (механічних, оптичних та інших).

здатність самоограняться полягає в тому, що при сприятливих умовах зростання вони утворюють правильні багатогранники, гранями яких є плоскі сітки просторової решітки.

Якщо помістити неправильної форми шматочок кристалів розчин з відповідними умовами, то через деякий час він обросте гранями і прийме форму правильного багатогранника, властивого кристалів даної речовини.

Перетворення вирізаного з кубічного кристала кам'яної солі кулі в насиченому розчині назад в кристал кубічної форми.

Малюнок 5. Схема перетворення

Кристали будь-якого мінералу найчастіше характеризуються наявністю у них граней певного виду, хоча в окремих випадках зовнішні форми кристалів одного і того ж мінералу можуть відрізнятися в залежності від умов утворення.

Для вивчення кристалів важливе значення мають Закони геометричної кристалографії.

Перший закон: Закон сталості гранних кутів-закон Стіна: У різних кристалів одного і того ж речовини незалежно від розмірів і форми, між відповідними гранями при даних умовах є постійною.

Малюнок 6. Різні кристали кварцу

другий закон-закон раціональності відносин параметрів. Закон Аюі.

На одному кристалі можуть зустрічатися тільки такі фігури, параметри граней яких відносяться до параметрів граней простої форми, прийнятої за основну, як раціональні числа.

симетрія кристалів

симетрія кристалів полягає в закономірною повторюваності однакових граней, ребер, кутів в цьому кристалі.

Умовні образи, щодо яких спостерігається симетрія, називаються елементами симетрії. До них відноситься: площину симетрії, вісь симетрії, центр і вершина.

площина симетрії - це уявна площина, що ділить кристалічний багатогранник на дві рівні частини, одна з яких є дзеркальним відображенням іншої.

Кількість площин симетрії у кристалів вказується цифрою, що стоїть перед умовним символом площині симетрії буквою Р.

У кристалів не може бути більше дев'яти площин симетрії.

вісь симетрії - уявна пряма лінія, яка проходить через кристал і при обертанні навколо якої на 360 ° фігура поєднується сама з собою певне число раз (n раз). Найменування осі або її порядок визначається числом поєднань при повному оберті навколо осі (360 градусів) кристала.

У кристалів існує осі другого, третього, четвертого і шостого порядків.

Осі симетрії позначаються літерою L і символом який вказує порядок осі симетрії (L 1, L 2, L 3, L 4, L 6).

Крім звичайних осей симетрії існують інверсійні і дзеркально-поворотні осі. При їх наявності для суміщення фігури самої з собою обертання навколо осі має супроводжуватися поворотом на 180 ° навколо осі, перпендикулярної даній (інверсією), або дзеркальним відображенням від площини.

Центром симетрії Сназивають точку, яка ділить навпіл всяку проходить через неї пряму, проведену до перетину з гранями фігури.

У 1867 р А.В. Гадолінієм було математично показано, що можливе існування 32 видів симетрії кристалічних форм, кожен з яких характеризується певним поєднанням елементів симетрії.

Всі види симетрії кристалів поділяються на три категорії: нижчу, середню і вищу. Кристали нижчої категрії не мають осей вищого порядку - вище другого; для середньої категорії характерна одн вісь вищого порядку, для вищої - кілька таких осей. Катеоріі діляться на кристалічні системи або сингонії.

сингонії називається сукупність елементів симетрії з однаковим числом осей одного і того ж порядку. Всього сингоний сім: тріклінная, моноклінна, ромбічна, трігональная, гексагональна, кубічна, тетрагональна.

Нижча категорія включає три сингонії - тріклінную, моноклинную і ромбічну. У кристалах триклинной сингонії немає ні осей, ні площин симетрії: може бути відсутнім і центр симетрії. У моноклінних кристалів може бути як вісь, так і площину симетрії, проте не може бути декількох осей або площин симетрії. Для ромбічної системи характерна наявність декількох елементів симетрії - кількох осей або площин.

Необхідною умовою для утворення кристалів високої симетрії є симетричність складових їх частинок. Оскільки більшість молекул несиметрично, кристали високої симетрії складають лише невелику частку від загального числа відомих.

Відомо багато випадків, коли один і той же речовина існує в різних крісталліческмх формах, тобто відрізняється за внутрішньою будовою, а тому і за своїми фізико-хімічними властивостями. Таке явище називається поліморфізмом.

Серед кристалічних тіл нерідко також спостерігається явище ізоморфізму- властивість атомів, іонів або молекул заміщати один одного в кристалічній решітці, утворюючи змішані кристали. Змішані кристали є абсолютно однорідними сумішами твердих речовин - це тверді розчини заміщення. Тому можна сказати, що ізоморфізм - це здатність утворити тверді розчини заміщення.

форми кристалів

Крім елементів симетрії кристали характеризуються і своєю зовнішньою формою. Так куб і октаедр мають однакові елементи симетрії, але зовнішня форма і число граней різному.

формою кристала називають сукупність всіх його граней. Розрізняють прості і складні форми.

простий формою називається така форма, всі грані якої пов'язані один з одним елементами симетрії або іншими словами це кристали які складаються з однакових граней, що мають симетричне розташування (куб, октаедр, тетраедр)

Прості форми можуть бути як замикаючим циклом простір (закриті форми), так і відкритими, що не замикаючими простір з усіх боків.

До відкритих простих форм відносяться:

Моноедр, діедр, пінаноід, піраміди, призми

До закритих простих форм відносяться:

Діпіраміди, ромбоедр, тетраедр, куб, октаедр і ін.

Малюнок 7. Прості форми кристалів

Складною формою або комбінацією називається така форма, яка складається з двох або кількох простих форм, тобто грані кристалів бувають декількох типів, і вони не пов'язані між собою елементами симетрії.

Прості і складні форми кристалів в природі утворюються надзвичайно рідко. Відхилення реальних кристалів від описаних простих форм викликаються неоднаковим розвитком граней внаслідок впливу на формування кристала умов середовища, в якій він утворюється.

Іноді поряд з утворенням окремих одиночних кристалів виникають різні їх зростки. Одним з таких випадків є двійникові утворення двох або декількох кристалів, зростаються між собою в неправильному положенні. Такий процес називається двійникуванням. Утворення таких зростків обумовлюється зазвичай різними ускладненнями процесу кристалізації (зміна температури, концентрації розчинів і т.п.)

Існують первинні (виникають при кристалізації) двійники і вторинні двійники, які виникають в результаті будь-яких впливів.

Крім зрощення кристалів одного речовини, можливо закономірне зрощення кристалів різних речовин або поліморфних модифікацій одного речовини, що кристалізуються в різних сингониях. Цей процес називають - епітаксії.

3 . основи кристалохімії

Внутрішня будова кристалів в кінцевому підсумку визначає все його особливості: форму кристалів, фізичні та хімічні властивості.

просторова решітка - це система точок, розташованих у вершинах рівних паралельно орієнтованих і суміжних цілими гранях паралелепіпедів, без проміжків заповнюють простір.

Просторова решітка складається з нескінченної кількості рівних по величині і формі паралелепіпедів (елементарних осередків). Французький вчений О. Браве в 1855 році встановив, що існує всього 14 типів просторових решіток (рисунок 8). Ці осередки поділяються на дві групи:

1) Примітивні, всі вузли яких розташовані тільки в вершинах елементарних осередків.

2) Складні вузли, в яких розміщені не тільки в вершинах елементарних осередків, а й на гранях, ребрах і в обсязі.

1 - тріклінная;

2 і 3 - моноклінні;

4,5,6 і 7 - ромбічні;

8 - гексагональна;

9 - ромбоедрична;

10 і 11 - тетрагональні;

12,13 і 14 - кубічні.

Малюнок 8. Чотирнадцять просторових решіток О. Браве

Крім розглянутих вище класифікацій структури кристалів за типом просторових решіток, існують поділ структури кристалів за типами хімічних зв'язків між атомами в кристалі.

Існують наступні типи хімічних зв'язків:

А) іонна

В) металева

В) ковалентний або молекулярна

Г) Ван - дер - ваальсовская або залишкова

Д) воднева

іонна (іонна) зв'язок спостерігається в іонних кристалічних спорудах і виникає між двома рівномірно зарядженими іонами. З'єднання з іонними зв'язками добре розчиняються у водних розчинах. Такі сполуки погано проводять електрику.

ковалентний(Гомеополярной) зв'язок здійснюється в атомних і частково іонних кристалічних спорудах за рахунок появи у сусідніх атомів загальних електронів. Цей зв'язок дуже міцна, чим і пояснюється підвищена твердість мінералів з ковалентним зв'язком. Мінерали з таким зв'язком хороші ізолятори, нерозчинні у воді.

металева зв'язок проявляється тільки в атомних будівлях. Вона характеризується тим, що в вузлах кристалічної решітки розміщені ядра атомів, як би занурені в газ, що складається з вільних електронів, які рухаються подібно часткам газу. Атом віддає свої електрони і стає позитивно зарядженим іоном. Віддані ж електрони не закріплюються за будь-яким атомом, а водночас були б в загальному користуванні.

Цей зв'язок обумовлює міцність структури. Вільне переміщення електронів визначає наступні властивості: хорошу електропровідність і теплопровідність, металевий блиск, ковкість (наприклад, самородні метали)

Ван - дер-ваальсовская (залишкова) зв'язок здійснюється між двома молекулами. Хоча кожна молекула електростатично нейтральна і в ній врівноважені всі заряди, багато молекули являють собою диполь, тобто центр ваги всіх позитивно заряджених частинок молекули не збігається з центром тяжіння всіх негативно заряджених частинок. Внаслідок цього різні частини однієї молекули набувають певний заряд. За рахунок цього між двома молекулами виникають залишкові зв'язку. Сили Ван - дер - Ваальса дуже невеликі. Кристалічні структури з цим зв'язком є \u200b\u200bхорошими діелектриками, відрізняються невеликою твердістю, крихкістю. Такий тип зв'язку характерний для органічних сполук. Таким чином можна сказати, що характер зв'язку визначає всі основні властивості кристалічних речовин.

Треба відзначити, що кристали можуть мати одним типом зв'язку, такі кристали називаються гомодесміческімі і змішаними типами зв'язків, такі кристали називаються гетеродесміческімі.

У ряді мінералів (кристали льоду) велику роль відіграють водневі зв'язку. Вони виникають в результаті взаємодії атома водню однієї молекули з атомом азоту, кисню, хлору сусідніх молекул. Водневі зв'язки міцніше Ван - дер - ваальсовскіх, але значно слабше всіх інших типів зв'язків.

3 .1 Атомні і іонні радіуси. координаціонного число. мотиви структур

Атоми і іони, з яких складаються кристалічні структури різних мінералів, розташовуються один від одного на різних відстанях. Ці величини залежать від заряду іона, термодинамічних умов і т.д.

Дана величина називається - атомним (іонним радіусом). атомним (іонним) радіусом називається мінімальна відстань на яке центр сфери даного атома може наблизиться до поверхні сусідніх атомів.

Кількість же найближчих атомів (іонів) оточуючих даний атом (іон) називається координаційним числом.

Існує три способи зображення кристалічних структур.

1 Спосіб зображення структур кулями.

2 Спосіб зображення структур шляхом нанесення центрів тяжіння куль.

3 Спосіб зображення структур координаційними Поліедр - такий спосіб зручний для зображення складних структур. Оскільки різні мінерали складаються з різних за формою кристалічних структур (октаедр, куб і т.д.).

Структура кристалічних речовин визначається, як формою самих координаційних багатогранників так і характером їх взаємодії поєднання тобто мотивом структур.

Розрізняють такі мотиви структур:

1 Координаційна мотив структури. В цьому випадку всі координаційні багатогранники з'єднані один з одним спільними гранями і ребрами.

2 Острівнаой мотив структури. Окремі координаційні багатогранники один з одним не стикаються і з'єднані за допомогою загальних катіонів та аніонів.

3 Ланцюговий і стрічковий мотиви структури. В цьому випадку координаційні багатогранники з'єднані один з одним в нескінченні, витягнуті в одному напрямку ланцюжка.

4 шаруватий мотив структури. Координаційні поліедри з'єднані один з одним в нескінченні в двох вимірювання шари. В межах шару окремі поліедри зближені один з одним. Окремі шари розташовуються на значній відстані один від одного.

5 каркасний мотив структури. В даному випадку все координаційні фігури з'єднані один з одним тільки одними вершинами в нескінченні в трьох вимірах каркаси.

Мотив структур кристалічних налаштувань визначає багато фізичні властивості.

Таким чином фізичні властивості кристалічних речовин визначаються в основному складом самих атомів і іонів, що входять в кристалічні будівлі (питома вага, колір), типом зв'язку (електропровідність, теплопровідність, твердість, гнучкість, розчинність), і мотивом структури (твердість).

4 . Дефекти в кристалах

Кристали металів зазвичай мають невеликі розміри. Тому металевий виріб складається з дуже великого числа кристалів.

Подібним чином називається полікристалічним. У поликристаллическом агрегаті окремі кристали не мають можливості прийняти правильну форму. Кристали неправильної форми в поликристаллическом агрегаті називаються зернами, або кристаллитами. Однак цей стан не є єдиним. Пластична деформація в холодному стані (прокатка, волочіння і т.д.) призводить до переважної орієнтуванні зерен (текстура). Ступінь переважної орієнтації може бути різна і змінюється від випадкового розподілу до такого стану, коли все кристали орієнтовані однаково.

При дуже повільному відведення тепла при кристалізації, а також за допомогою інших спеціальних способів може бути отриманий шматок металу, який представляє собою один кристал, так званий монокристал. Монокристали великих розмірів (масою в кілька сот грамів) виготовляють для наукових досліджень, а також для деяких спеціальних галузей техніки (напівпровідники).

Дослідження показали, що внутрішня кристалічна структура зерна не є правильною.

Відхилення від ідеального розташування атомів в кристалах називають дефектами. Вони мають великий, іноді вирішальний вплив на властивості кристалічних речовин.

Неправильне розташування окремих атомів в кристалічній решітці створює точкові дефекти. У кристалі, що складається з однакових атомів, наприклад в кристалі металу, в якійсь ділянці решітки може бути відсутнім один з атомів. На його місці буде порожнину, навколо неї - спотворену структуру. Такий дефект називається вакансією. Якщо ж атом даної речовини або атом домішки потрапляє між атомами в вузлах решітки то виникає дефект впровадження (Малюнок 9).

Картина ускладнюється при переході від металевого кристала до іонного. Тут повинна дотримуватися електронейтральність, тому утворення дефектів пов'язане з перерозподілом зарядів. Так, поява вакансії катіона супроводжується виникненням вакансії аниона; такий тип дефекту в іонному кристалі називається дефектом Шотткі. Впровадження іона в междоузлие сопровждается появою на його колишньому місці вакансії, яку можна розглядати як центр заряду протилежного знака тут ми маємо дефект Френкеля. Зазначені назви дано на честь австрійського вченого Шотткі і радянського фізика Я.І. Френкеля.

Точкові дефекти виникають з різних причин, в тому числі і в результаті теплового руху частинок. Вакансії можуть переміщатися по кристалу - в порожнечу потрапляє сусідній атом, його місце звільняється і т.п. Цим пояснюється дифузія в твердих тілах і іонна провідність кристалів солей і оксидів, які стають помітними при високих температурах.

Крім розглянутих точкових дефектів в кристалах завжди є також дислокації - дефекти, пов'язані зі зміщенням рядів атомів. Дислокації бувають крайовими і гвинтовими. Перші обумовлені обривом площин, заповнених атомами; другі - взаємним зсувом перпендикулярної їй осі. Дислокації можуть переміщатися по кристалу; цей процес відбувається при пластичної деформації кристалічних матеріалів.

Уявімо собі, що в кристалічній решітці з яких-небудь причин з'явилася зайва напівплощина атомів, так звана екстраплоскості (Рисунок 10). Край 3-3 такій площині утворює лінійний дефект (Недосконалість) решітки, який називається крайової дислокацією. Крайова дислокація може сягати в довжину на багато тисяч параметрів решітки, може бути прямий, але може і вигинатися в ту або іншу сторону. У межі вона може закрутитися в спіраль, утворюючи гвинтову дислокацію. Навколо дислокації виникає зона пружного спотворення решітки. Відстань від центру дефекту до місця решітки без спотворення приймають рівним ширині дислокації, вона невелика і дорівнює кільком атомним відстаням.

а - вакансії; б - заміщений атом; в-впроваджений атом

Малюнок 9. Схема точкових дефектів

Малюнок 10. Дислокація в кристалічній решітці

Малюнок 11. Переміщення дислокації

Внаслідок спотворення решітки в районі дислокацій (рисунок 11, а) остання легко зміщується від нейтрального положення, а сусідня площину, перейшовши в проміжне положення (малюнок 11, б), перетворитися в екстраплоскості (рисунок 11, в), утворюючи дислокацію уздовж крайових атомів. Таким чином, дислокація може переміщатися (вірніше, передаватися, як естафета) уздовж деякої площини (площини ковзання), розташованої перпендикулярно до екстраплоскості. Відповідно до сучасних уявлень в звичайних чистих металах щільність дислокацій, тобто кількість дислокацій в 1см 3, перевищує один мільйон., Механічні властивості металів залежать від кількості дислокацій та особливо від здатності їх до переміщення і розмноженню.

Таким чином, правильність кристалічної будови порушується двома видами дефектів - точковими ( вакансії) І лінійними ( дислокациями). Вакансії безперервно переміщаються в решітці, коли сусідить з нею атом переходить в «дірку», залишаючи порожнім своє старе місце. Підвищення температури, теплової рухливості атомів збільшує число таких актів і збільшує число вакансій.

Лінійні дефекти не рухаються мимовільно і хаотично, як вакансії. Однак досить невеликого напруги, щоб дислокація почала рухатися, утворюючи площину, а в розрізі - лінію ковзання З(Рисунок 12). Як вказувалося, навколо дислокацій створюється поле спотвореної кристалічної решітки. Енергія спотворення кристалічної решітки характеризується так званим вектором Бюргерса.

Малюнок 12. Площина зсуву (С) какслед руху дислокації (А-А); По-екстраплоскості

Якщо навколо дислокації + (рисунок 13) обвести контур АВСD, то ділянку контуру ВС буде складатися з шести відрізків, а ділянку АВ з п'яти. Різниця ВС-АD \u003d b, де b означає величину вектора Бюргерса. Якщо контуром обвести кілька дислокацій (зони спотворень кристалічної решітки, які перекриваються або зливаються), то величина його відповідає сумі векторів Бюргерса кожної дислокації. Здатність до переміщення дислокацій пов'язана з величиною вектора Бюргерса.

Малюнок 13. Схема визначення вектора Бюргерса для лінійної дислокації

4.1 поверхневі дефекти

До поверхневих дефектів решітки відносяться дефекти упаковки і кордони зерен.

Дефект упаковки. При русі звичайної повної дислокації атоми послідовно стають з одного рівноважного положення в інше, а при русі часткової дислокації атоми переходять в нові положення, нетипові для даної кристалічної решітки. В результаті в матеріалі з'являється дефект упаковки. Поява дефектів упаковки пов'язано з рухом часткових дислокацій.

У тому випадку, коли енергія дефекту упаковки велика, розщеплення дислокації на часткові енергетично невигідно, а в тому випадку, коли енергія дефекту упаковки мала, дислокації розщеплюються на часткові, і між ними з'являється дефект упаковки. Матеріали з низькою енергією дефекту упаковки міцніше матеріалів з високою енергією дефекту упаковки.

межі зерен являють собою вузьку перехідну область між двома кристалами неправильної форми. Ширина кордонів зерен, як правило, становить 1,5-2 міжатомних відстані. Оскільки на кордонах зерен атоми зміщені з рівноважного положення, то енергія меж зерен підвищена. Енергія кордонів зерен істотно залежить від кута разориентация кристалічних решіток сусідніх зерен. При малих кутах разориентация (до 5 град.) Енергія меж зерен практично пропорційна куту разоріентіровкі. При кутах разоріентіровкі, що перевищують 5 град., Щільність дислокацій на кордонах зерен стає настільки високою, що ядра дислокацій зливаються.

Залежність енергії кордонів зерен (ЄДР) від кута разориентация (q). qсп 1 і qсп 2 - кути разориентация спеціальних кордонів.

При певних кутах разориентация сусідніх зерен енергія меж зерен різко знижується. Такі кордону зерен називаються спеціальними. Відповідно кути разориентация кордонів, при яких енергія кордонів мінімальна, називають спеціальними кутами. Подрібнення зерен веде до зростання питомої електричного опору металевих матеріалів і падіння питомої електричного опору діелектриків і напівпровідників.

5 . Атомно-кристалічна будова

Будь-яке речовина може перебувати в трьох агрегатних станах - твердому, рідкому і газоподібному.

Тверда речовина під впливом сил тяжкості зберігає форму, а рідке розтікається і приймає форму посудини. Однак це визначення недостатньо для характеристики стану речовини.

Наприклад, тверде скло при нагріванні розм'якшується і поступово переходить в рідкий стан. Зворотний перехід буде також відбуватися плавно - рідке скло в міру зниження температури густіє і, нарешті, загусне до «твердого» стану. У скла немає певної температури переходу з рідкого в «тверде» стан, немає і температури (точки) різкої зміни властивостей. Тому закономірно розглядати «тверде» скло як сильно загусла рідина.

Отже, перехід з твердого в рідкий і з рідкого в твердий стан (так само як і з газоподібного в рідкий) відбувається при певній температурі і супроводжується різкою зміною властивостей.

У газах немає закономірності розташування частинок (атомів, молекул); частинки хаотично рухаються, відштовхуються одна від одної і газ прагне зайняти якомога більший обсяг.

У твердих тілах порядок розташування атомів певний, закономірний, сили взаємного тяжіння і відштовхування врівноважені, і тверде тіло зберігає свою форму.

Малюнок 14. Області твердого, рідкого і газоподібного стану в залежності від температури і тиску

У рідини частинки (атоми, молекули) зберігають лише так званий ближній порядок, тобто в просторі закономірно розташоване невелику кількість атомів, а не атоми всього обсягу, як в твердому тілі. Близький порядок нестійкий: він то виникає, то зникає під дією енергійних теплових коливань. Таким чином, ліквідність -як би проміжне між твердим і газоподібним; при відповідних умовах можливий безпосередній перехід з твердого стану в газоподібний без проміжного розплавлення - сублімації(Рисунок 14). Правильне, закономірне розташування частинок (атомів, молекул) в просторі характеризує кристалічний стан.

Кристалічну будову можна уявити собі у вигляді просторової решітки, у вузлах якої розташовані атоми (рисунок 15).

В металах в вузлах кристалічної решітки розташовані не атоми, а позитивно заряджені нони, а між ними рухаються вільні електрони, але зазвичай говорять, що в вузлах кристалічної решітки знаходяться атоми.

Малюнок 15. Елементарна кристалічна осередок (проста кубічна)

5. 2 Кристалічні решітки металів

Кристалічний стан перш за все характеризується певним, закономірним розташуванням атомів в просторі . Це обумовлює те, що в кристалі кожен атом має одне і те ж кількість найближчих атомів - сусідів, розташованих на однаковому від нього відстані. Прагнення атомів (іонів) металу розташуватися якомога ближче один до одного, щільніше, призводить до того, що число зустрічаються комбінацій взаємного розташування атомів металу в кристалах невелика.

Існує ряд схем і способів опису варіантів взаємного розташування атомів в кристалі. Взаємне розташування атомів в одній з площин показано на схемі розміщення атомів (малюнок 15). Уявні лінії, проведені через центри атомів, утворюють решітку, в вузлах якої розташовуються атоми (позитивно заряджені нони); це так звана кристалографічна площину. Багаторазове повторення кристалографічних площин, розташованих паралельно, відтворює просторову кристалічну решітку, вузли якої є місцем розташування атомів (іонів). Відстані між центрами сусідніх атомів вимірюються ангстрема(1 А 10 -8 см) або в кілоіксах - KХ x (1 KХ \u003d 1,00202 А). Взаємне розташування атомів в просторі і величину між атомних відстаней визначають рентгеноструктурньїм аналізом. Розташування атомів в кристалі вельми зручно зображувати у вигляді просторових схем, у вигляді так званих елементарних кристалічних осередків. Під елементарних кристалічних осередком мається на увазі найменший комплекс атомів, який при багаторазовому повторенні в просторі дозволяє відтворити просторову кристалічну решітку. Найпростішим типом кристалічної комірки є кубічна решітка. У простій кубічної решітці атоми розташовані (упаковані) недостатньо щільно. Прагнення атомів металу зайняти місця, найбільш близькі один до одного, призводить до утворення решіток інших типів: кубічної об'ємно-центрованої(малюнок 16, а), Кубічної гранецентрированной(малюнок 16, б) ігексагональної плотноупакованной(Рисунок 16 , е). Тому метали і володіють більш високою щільністю, ніж неметали

Гуртки, що зображують атоми, розташовуються в центрі куба і по його вершин (куб об'ємно-центрованої), або в центрах граней і по вершинах куба (куб гранецентрированний), або у вигляді шестикутника, всередину якого наполовину вставлений також шестигранник, три атома верхньої площині якого знаходяться всередині шестигранної призми (гексагональна решітка).

Метод зображення кристалічної решітки, наведений на малюнку 16, є умовним (як і будь-який інший). Може бути, більш правильно зображення атомів в кристалічній решітці у вигляді дотичних куль (ліві схеми на малюнок 16). Однак таке зображення кристалічної решітки не завжди зручно, ніж прийняте (праві схеми на малюнок 16).

а - кубічна об'емноцентрірованная;

б - кубічна гранецентрированная;

в-гексагональная щільноупакована

Малюнок 16. Елементарні кристалічні комірки

6 . кристалізація металів

6 .1 Три стану речовини

Будь-яка речовина, як відомо, може перебувати в трьох агрегатних станах: газоподібному, рідкому і твердому. В чистих металах при певних температурах відбувається зміна агрегатного стану: тверде стан змінюється рідким при температурі плавлення, рідкий стан переходить в газоподібний при температурі кипіння. Температури переходу залежать від тиску (рисунок 17), але при постійному тиску вони цілком певні.

Температура плавлення - особливо важлива константа властивостей металу. Вона коливається для різних металів в досить широких межах - від мінус 38,9 ° С, для ртуті - самого легкоплавкого металу, що знаходиться при кімнатній температурі в рідкому стані, до 3410 ° С для самого тугоплавкого металу - вольфраму.

Низька міцність (твердість) при кімнатній температурі легкоплавких металів (олова, свинцю і т.д.) є наслідком головним чином того, що кімнатна температура для цих металів менш віддалена від температури плавлення, ніж у тугоплавких металів

При переході з рідкого стану в тверде утворюється кристалічна решітка, виникають кристали. Такий процес називається кристалізацією.

Енергетичне стан системи, яка має величезне число охоплених тепловим рухом частинок (атомів, молекул), характеризується особливою термодинамічної функцією F, званої вільної енергією (Вільна енергія F \u003d (U - ТS), де U - внутрішня енергія системи; Т- абсолютна температура; S-ентропія).

Малюнок 17. Зміна вільної енергії рідкого і кристалічного стану в залежності від температури

При температурі, що дорівнює Т s, вільні енергії рідкого і твердого станів рівні, метал в обох станах знаходиться в рівновазі. ця температура Т s і є рівноважна або теоретична температура кристалізації.

Однак при Т s не може відбуватися процес кристалізації (плавлення), тому що при даній температурі

Для початку кристалізації необхідно, щоб процес був термодинамічно вигідний системі і супроводжувався зменшенням вільної енергії системи. З кривих, наведених на малюнок 17, видно, що це можливо тільки тоді, коли рідина буде охолоджена нижче точки Т s. Температура, при якій практично починається кристалізація, може бути названа фактичною температурою кристалізації.

Охолодження рідини нижче рівноважної температури кристалізації називається переохолодженням. Зазначені чинники обумовлюють і те, що зворотне перетворення з кристалічного стану в рідкий може відбутися тільки вище температури Т s це явище називається перегріву.

Величиною або ступенем переохолодження називають різницю між теоретичною і фактичною температурами кристалізації.

Якщо, наприклад, теоретична температура кристалізації сурми дорівнює 631 ° С, а до початку процесу кристалізації рідка сурма була переохолоджена до 590 ° С і при цій температурі закристалізуватися, то ступінь переохолодження пвизначається різницею 631-590 \u003d 41 ° С. Процес переходу металу з рідкого стану в кристалічний можна зобразити кривими в координатах час - температура (рисунок 18).

Охолодження металу в рідкому стані супроводжується плавним зниженням температури і може бути названо простим охолодженням, так як при цьому немає якісної зміни стану.

При досягненні температури кристалізації на кривій температура - час з'являється горизонтальна площадка, оскільки відвід тепла компенсується що виділяється при кристалізації прихованої теплотою кристалізації. Після закінчення кристалізації, тобто після повного переходу в твердий стан, температура знову починає знижуватися, і тверде кристалічна речовина охолоджується. Теоретично процес кристалізації зображується кривої 1 . крива 2 показує реальний процес кристалізації. Рідина безперервно охолоджується до температури переохолодження Т п , що лежить нижче теоретичної температури кристалізації Т s. При охолодженні нижче температури Т s створюються енергетичні умови, необхідні для протікання процесу кристалізації.

Малюнок 18. Криві охолодження при кристалізації

6 .2 Механізмпроцесу кристалізації

Ще в 1878 р Д.К. Чернов, вивчаючи структуру литої сталі, вказав, що процес кристалізації складається з двох елементарних процесів. Перший процес полягає в зародженні найдрібніших частинок кристалів, які Чернов називав «зачатками», а тепер їх називають зародками, або центрами кристалізації. Другий процес полягає в зростанні кристалів з цих центрів.

Мінімальний розмір здатного до зростання зародка називається критичним розміром зародка, а такий зародок називається стійким.

Форма кристалічних утворень

Реально протікає інтерес кристалізації ускладнюється дією різних факторів, в настільки сильному ступені впливають на процес, що роль ступеня переохолодження може стати в кількісному відношенні другорядною.

При кристалізації з рідкого стану для швидкості перебігу процесу і для форми утворюються кристалів першорядне значення набувають такі чинники, як швидкість і напрямок відводу тепла, наявність нерастворившихся частинок, наявність конвекційних струмів рідини і т.д.

У напрямку відводу тепла кристал росте швидше, ніж в іншому напрямку.

Якщо на бічній поверхні зростаючого кристала виникає горбок, то кристал набуває здатності рости і в бічному напрямку. В результаті утворюється деревовидний кристал, так званий дендрит, схематична структур а якого, вперше зображена д. К. Черновим, показана на рисунок 19.

Малюнок 19. Схема дендрита

будова злитка

Структура литого злитка складається з трьох основних зон (рисунок 20). Перша зона - зовнішня дрібнозернистий кірка 1, що складається з дезоріентірованньгх дрібних кристалів - дендритів. При першому зіткненні зі стінками виливниці в тонкому прилеглому шарі рідкого металу виникає різкий градієнт температур і явище переохолодження, що веде до утворення великої кількості центрів кристалізації. В результаті кірка отримує дрібнозернисту будову.

Друга зона злитка - зона стовпчастих кристалів 2. Після утворення самої кірки умови тепловідведення змінюються (через теплового опору, через підвищення температури стінки виливниці та інших причин), градієнт температур в прилеглому шарі рідкого металу різко зменшується і, отже, зменшується ступінь переохолодження стали. В результаті з невеликого числа центрів кристалізації починають рости нормально орієнтовані до поверхні кірки (тобто в напрямку відводу тепла) стовпчасті кристали.

Третя зона злитка - зона рівноосних кристалів3 . У центрі злитка вже немає певної спрямованості віддачі тепла. «Температура застигаючого металу встигає майже зовсім врівноважуватися в різних точках і рідина звертається як би в кашоподібну стан, внаслідок утворення в різних її точках зачатків кристалів. Далі зачатки розростаються осями - гілками з різних напрямків, зустрічаючись один з одним »(Чернов Д.К.). В результаті цього процесу утворюється равноосная структура. Зародками кристала тут є зазвичай різні дрібні включення, присутні в рідкій сталі, або випадково в неї потрапили, або що не розчинилися в рідкому металі (-тугоплавкіе складові).

Відносний розподіл в об'ємі зливка зони стовпчастих і рівноосних кристалів має велике значення.

У зоні стовпчастих кристалів метал більш щільний, він містить менше раковин і газових бульбашок. Однак місця стику стовпчастих кристалів мають малу міцність. Кристалізація, яка веде до стику зон стовпчастих кристалів, носить назву транскрісталлізаціі.

Рідкий метал має більший обсяг, ніж закристалізувався, тому залитий в форму метал в процесі кристалізації скорочується в обсязі, що призводить до утворення пустот, які називаються усадочні раковини; усадочні раковини можуть бути або сконцентровані в одному місці, або розсіяні по всьому об'єму злитка або по його частині. Вони можуть бути заповнені газами, розчинними в рідкому металі, але виділяються при кристалізації. В добре раскисленной так званої спокійній стали, відлитою в изложницу з утепленою надставкою, усадочная раковина утворюється у верхній частині злитка, і в обсязі всього злитка міститься мала кількість газових бульбашок і раковин (рисунок 21, а). Недостатньо розкислення, так звана кипляча сталь, містить раковини і бульбашки в усьому обсязі (рисунок 21, б).

Малюнок 20. Схема будови сталевого злитка

Малюнок 21. Розподіл усадочноюраковини і пустот в спокійній (а) і киплячій (б) сталях

7 . деформація металів

7.1 Пружна і пластична деформація

Додаток до матеріалу напруги викликає деформацію. Деформація може бути пружною, зникає після зняття навантаження, і пластичної, що залишається після зняття навантаження.

Пружна і пластична деформації мають глибоке фізичне відмінність.

При пружному деформуванні під дією зовнішньої сили змінюється відстань між атомами в кристалічній решітці. Зняття навантаження усуває, причину, що викликала зміна межатомного відстані, атоми стають на колишні місця і деформація зникає.

Пластичне деформування являє собою зовсім інший, значно більш складний процес. При пластичній деформації одна частина кристала переміщається (зсувається) по відношенню до іншої. Якщо навантаження зняти, то переміщена частина кристала не відходить на старе місце; деформація збережеться. Ці зрушення виявляються при мікроструктурному дослідженні, як це, наприклад, показано на малюнок 22.

...

подібні документи

Морфологія мінералів як кристалічних і аморфних тіл, шкала Мооса. Властивості мінералів, які використовуються в макроскопічної діагностики. Вивітрювання гірських порід. Джерело енергії, фактори, види вивітрювання, геологічний результат: кора вивітрювання.

контрольна робота, доданий 29.01.2011


Оптичні та електричні властивості мінералів, напрямки використання мінералів в науці і техніці. Характеристика мінералів класу "фосфати". Уламкові осадові породи, родовища графіту, характеристика генетичних типів родовищ.

контрольна робота, доданий 20.12.2010


Дослідження генезису мінералів як процесу походження будь-яких геологічних утворень. Основні типи генезису: ендогенний, екзогенний і метаморфічних. Методи вирощування кристалів: з пара, гидротермального розчину, рідкої і твердої фази.

реферат, доданий 23.12.2010


Деформація тіла як зміна форми та об'єму тіла під дією зовнішніх сил, її різновиди: пружна, пластична, залишкова, тендітна. Структура складок, їх компоненти та дослідження, морфологічна класифікація, геологічні умови освіти.

презентація, доданий 23.02.2015


Принципи класифікації кристалів. Фізичні властивості, походження і застосування мінералів класу вольфраматів. Особливості аморфних тіл. Властивості кристалічних речовин. Мінерали чорної металургії осадового походження, механізм їх утворення.

контрольна робота, доданий 03.04.2012


Морфологія мінералів, їх властивості, залежність складу та структури. Розвиток мінералогії, зв'язок з іншими науками про Землю. Форми мінералів в природі. Габітус природних і штучних мінералів, їх питома щільність і крихкість. Шкала твердості Мооса.

презентація, доданий 25.01.2015


Поняття і місце в природі мінералів, їх будова і значення в організмі людини, визначення необхідних для здоров'я доз. Історія дослідження мінералів від давніх часів до сучасності. Класифікація мінералів, їх фізичні та хімічні властивості.

реферат, доданий 22.04.2010


Фізичні властивості мінералів і їх використання в якості діагностичних ознак. Поняття про гірських породах і основні принципи їх класифікації. Охорона природи при розробці родовищ корисних копалин. Складання геологічних розрізів.

контрольна робота, доданий 16.12.2015


Освіта оксидів, пов'язане з різними геологічними процесами: ендогенними, екзогенними і метаморфічними. Фізичні властивості арсеноліта - рідкісного мінералу, оксиду миш'яку. Хімічна формула, морфологія, різновиди та освіту кварцу.

презентація, доданий 05.02.2016


Визначення та розуміння генезису, парагенезиса, тіпоморфізма та інших генетичних ознак мінералів. Значення генетичної мінералогії. Зміна мінералів при різних геологічних і фізико-хімічних процесах і в різних областях земної кори.

Залежно від внутрішньої будови розрізняють кристалічні і аморфні тверді тіла.

кристалічними називають тверді речовини, утворені з геометрично правильно розташованих в просторі матеріальних частинок - іонів, атомів або молекул. Впорядковане, закономірне їх розташування утворює в просторі кристалічну решітку - нескінченне тривимірне періодичне освіту. У ній виділяють вузли (окремі точки, центри тяжкості атомів і іонів), ряди (сукупність вузлів, що лежать на одній прямій) і плоскі сітки (площини, що проходять через будь-які три вузла). Геометрично правильна форма кристалів обумовлена \u200b\u200bнасамперед їх строго закономірним внутрішньою будовою. Сітки кристалічної решітки відповідають гранях реального кристала, місця перетину сіток - ряди - ребрах кристалів, а місця перетину ребер - вершин кристалів. Більшість відомих мінералів і гірських порід, в тому числі і кам'яні будівельні матеріали, являють собою кристалічні тверді тіла.

Всі кристали мають ряд загальних основних властивостей.

однорідність будови - однаковість візерунка взаємного розташування атомів у всіх частинах обсягу його кристалічної решітки.

анизотропность - відмінність фізичних властивостей кристалів (теплопровідність, твердість, пружність та інші) по паралельних і непаралельність напрямками кристалічної решітки. Властивості кристалів однакові по паралельних напрямах, але неоднакові по непаралельність.

Здатність самоограняться, тобто приймати форму правильного багатогранника при вільному зростанні кристалів.

симетричність - можливість суміщення кристала або його частин певними симетричними перетвореннями, відповідними симетрії їх просторових решіток.

аморфними або мінералоідамі називають тверді тіла, які характеризуються беспорядоченним, хаотичним (як в рідині) розташуванням складають його частинок (атомів, іонів, молекул), наприклад, скла, смоли, пластмаси та ін. Аморфна речовина відрізняється ізотропності властивостей, відсутністю чітко вираженої температури плавлення і природною геометричної форми.

Вивчення кристалічних форм мінералів показало, що світ кристалів відрізняється симетрією, добре спостерігається в геометричній формі їх огранки.

Симетричним вважається об'єкт, який може бути поєднаний сам з собою певними перетвореннями: поворотами, відображеннями в дзеркальній площині, відображенням в центрі симетрії. Геометричні образи (допоміжні площині, прямі лінії, точки), за допомогою яких досягається поєднання, називаються елементами симетрії. До них відносяться осі симетрії, площини симетрії, центр симетрії (або центр інверсії).

Центром симетрії (позначення С) називається особлива точка всередині фігури, при проведенні через яку будь-яка пряма зустріне на рівному від неї відстані однакові і назад розташовані частини фігури. Площиною симетрії (позначення Р) називається уявна площина, яка ділить фігуру на дві рівні частини так, що одна з частин є дзеркальним відображенням іншої. Віссю симетрії називається уявна пряма лінія, при повороті навколо якої на деякий певний кут повторюються однакові частини фігури.

Найменший кут повороту навколо осі, що призводить до такого суміщення, називається елементарним кутом повороту осі симетрії «А». Його величина визначає порядок осі симетрії «П»,який дорівнює числу самосовмещеній при повному повороті фігури на 360 ° (п = 360/ А). Осі симетрії позначаються літерою Lз цифровим індексом, що вказує на порядок осі - L n. Доведено, що в кристалах можливі тільки осі другого ( L 2), третього ( Ь ь), четвертого (Ь 4) і шостого порядків (L 6). Осі третього L 3, четвертого L 4 і шостого L 6 порядку вважають осями вищого порядку.

Інверсійно-поворотною (або інверсійної) (позначення L in)називають уявну лінію, при повороті навколо якої на деякий певний кут з наступним відображенням в центральній точці фігури, як в центрі симетрії, фігура поєднується сама з собою. Для кристалів показано, що можливо лише існування інверсійних осей наступних порядків L n, L a, L iV L i4 , L i6. Повна сукупність елементів симетрії кристалічного багатогранника називається видом симетрії. Існує всього 32 класу симетрії (табл. 1.1). Кожен з них характеризується своєю формулою симетрії. Вона складається із записаних в ряд елементів симетрії кристала в наступному порядку: осі симетрії (від вищих порядків до нижчих), площини симетрії, центр симетрії. Наприклад, формула симетрії куба має вигляд 3Z 4 4L 3 6Z 2 9PC (три осі четвертого порядку, чотири осі третього порядку, шість осей другого порядку, дев'ять площин симетрії, центр симетрії).

За симетрії і кристалографічних напрямах 32 види симетрії діляться на три категорії: нижчу, середню, вищу. Кристали нижчої категорії - найменш симетричні з яскраво вираженою анізотропією властивостей, не мають осей симетрії вище другого порядку. Для кристалів середньої категорії характерна наявність головної осі, що збігається з віссю симетрії порядки вище, ніж 2, тобто з віссю 3, 4 або 6-го порядку, простий або інверсійної. Для кристалів вищої категорії обов'язкова присутність чотирьох осей 3-го порядку. Три категорії підрозділяються на 7 сингоний. Сингония об'єднує кристали з однаковою симетрією і мають однакове розташування кристалографічних осей. У нижчу категорію входять тріклінная, моноклінна і ромбічна сингонії, в середню - трігональ- ная, тетрагональна і гексагональна, в вищу - кубічна.

Порядок внутрішньої структури кристалів, наявність в ній тривимірної періодичності розташування матеріальних частинок обумовлює правильну зовнішню форму кристалів. Кожному мінералу властива своя певна форма кристалів, наприклад, кристали гірського кришталю мають вигляд шестигранних призм, обмежених шестигранними ж пірамідами. Кристали кам'яної солі, піриту і флюориту часто зустрічають у вигляді добре розвинених кубічних форм. Проста форма кристалічного багатогранника - це сукупність рівних (за формою і розміром) граней, пов'язаних між собою його елементами симетрії. Комбінована форма - це багатогранник, огранений двома або кількома простими формами. Встановлено всього 47 простих форм: в нижчої категорії - 7 простих форм, в середній - 25, у вищій - 15. Взаємне розташування граней в просторі визначають по відношенню до координатних осях і деякої вихідної межі, використовуючи кристалографічні символи. Кожна проста форма або комбінація простих форм описується сукупністю символів, наприклад, для куба символи - шести його граней: (100), (010), (001), (100), (010) і 001).

Таблиця 1.1

	сингония	види симетрії
		примітивний	центральний		аксіальний	планаксіаль-	Інверсіоннопрімітівний	Інверсіонно- планальний
	тріклінная
	моноклінна
	ромбическая					3L 2 3PC
	трігональная					1_з31_ 2 ЗРС
	тетрагональна
	гексагональна							L i6 3L 2 3P \u003d L 3 3L 2 4P
	кубічна	41_з31_ 2	4L 3 3L 2 3PC	4L 3 3L 2 6P	3L 4 4L 3 6L 2	3L 4 4L 3 6L 2 9PC

Мінерали, що характеризуються кристалічною будовою, мають певний тип кристалічної решітки, частки в яких утримуються хімічними зв'язками. Виходячи з уявлень про валентних електронах, виділяють чотири основні типи хімічного зв'язку: 1) іонна або іонна (мінерал галіт), 2) ковалентний або гомеополярной (мінерал-алмаз), 3) металева (мінерал золото), 4) молекулярна або ван - дер-ваальсово. Характер зв'язку впливає на властивості кристалічних речовин (крихкість, твердість, гнучкість, температуру плавлення та ін.). У кристалі можлива присутність одного типу зв'язку (гомодесміческая структура), або кілька типів (гетеродесмі- чна структура).

Реальний склад і структура мінералів мають відмінності від ідеальних, виражених в хімічних формулах і структурних схемах минералообразования. Їх варіації розглядають в рамках теоретичних понять про поліморфізм і ізоморфізм. поліморфізм- перетворення структури хімічної сполуки без зміни його хімічного складу під впливом зовнішніх умов (температури, тиску, кислотності середовища та ін.). Розрізняють переходи двох видів: оборотні - енантіотропние (різні модифікації Si0 2: кварц - тридимит - кристобалит) і незворотні - монотропние (модифікації С: графіт - алмаз). Якщо такий перехід відбувається зі збереженням форми кристалів первинного мінералу, то виникають псевдоморфози. Інший різновид поліморфізму - політипія - викликана зсувом або поворотом ідентичних двовимірних шарів, що призводять до утворення структурних різновидів. ізоморфізм- зміна хімічного складу мінералу (заміна одного іона або іонної угруповання на інший іон або групу іонів) при збереженні його кристалічної структури. Необхідна умова таких заміщень - близькість хімічних властивостей і розмірів заміщають один одного іонів. Існує ізовалентною (заміщають один одного іони або атоми мають однакову валентність) і гетеровален- тний (заміщають іони мають різну валентність, але електронейтральність структури при цьому зберігається) ізоморфізм. Хімічні сполуки змінного складу, які утворюються в результаті ізоморфізму, називають твердими розчинами. Залежно від механізму утворення виділяють тверді розчини заміщення (один сорт іонів частково заміщується іншим), впровадження (в порожнечі структури-интерстиции-впроваджуються додаткові іони) і віднімання (частина вузлів кристалічної решітки вільні). Ізоморфні заміщення в твердих розчинах поділяють на повні і обмежені (входження домішок в кристалічну структуру в певних межах). Ступінь заміщення залежить від подібності хімічних властивостей і розмірів іонів, а також термодинамічних умов формування твердого розчину: чим ближче хімічні властивості і менше відносна різниця іонних радіусів, і вище температура синтезу, тим легше освіту ізоморфних твердих розчинів.

Кристалічна тверде тіло характеризується певним розташуванням матеріальних частинок в просторі або структурним типом (рис. 1.1). Кристали, що належать до одного структурному типу, однакові з точністю до подібності; тому для опису вказують структурний тип і параметри (розміри) кристалічної решітки. Найбільш поширені такі структурні типи: для простих речовин характерні структурні типи міді, магнію, алмаза (рис. 1.1а) і графіту (рис. 1.16); для бінарних сполук типу АВ-структурні типи Na Cl(Рис. 1. 1в), CsCl, сфалериту ZnS, вюрцита ZnS, нікеліна NiAs, для бінарних сполук типу АВ 2 - структурні типи флюориту CaF 2, рутила Ti0 2, корунду А1 2 0 3, перовскита САТЮ 3, шпінелі MgAl 2 0 4.

Мал. 1.1 Кристалічні решітки: а) алмазу, б) графіту, в) кам'яної солі

Кристалографія і мінералогія, Основні поняття, Бойко С.В., 2015.

Дано поняття про правильні кристалічних многогранниках, їх симетрії. її елементах і перетвореннях, кристаллографической системі координат. Позначено загальні закономірності освіти, зростання і розчинення кристалів, наведені найбільш поширені форми мінеральних індивідів і мінеральних агрегатів. Показана суть кристаллооптических методу діагностики мінералів. Розкрито зміст основних понять мінералогії. наведено короткий нарис її історії, класифікація процесів мінералоутворення і охарактеризований кожен з них. Розглянуто загальні положення оцінки внутрішньої будови мінералів і дано опису їх найбільш поширених в земній корі класів.

Глава 1. кристалографії.
Кристалографія (грец. Krystallos - лід і grapho - пишу, описую)-наука про атомно-молекулярному будову, симетрії, фізичні властивості, освіті та зростанні кристалів. Вперше термін «кристалографія» застосований в 1719 році для опису гірського кришталю (прозорий різновид кварцу) в роботі швейцарського дослідника М.А. Капеллера (1685-1769).

Кристали - тверді тіла, атоми або молекули яких утворюють впорядковану періодичну структуру. Для таких структур існує поняття «дальній порядок» - впорядкованість в розташуванні матеріальних частинок на нескінченно великих відстанях ( «ближній порядок» -упорядоченность на відстанях близьких до міжатомним - аморфні тіла). Кристали мають симетрією внутрішньої структури, симетрією зовнішньої форми, а також анізотропією фізичних властивостей. Вони являють собою рівноважний стан твердих тіл - кожній речовині ", що знаходиться при певній температурі і тиску, в кристалічному стані відповідає своя атомна структура. При зміні зовнішніх умов структура кристала може змінитися.

ЗМІСТ
Вступ
Глава 1. Кристалографія
1.1. Короткий нарис історії кристалографії
1.2. Геометрична кристалографія.
1.2.1. симетрія кристалів
1.2.2. Прості форми кристалів
1.2.3. Поняття про кристаллографической системі координат, символах граней і простих форм
1.3. Крісталлогенезіс
1.3.1. Поняття про хімічні зв'язки і міжмолекулярних взаємодіях
1.3.2. зростання кристалів
1.3.3. Вплив параметрів середовища кристалізації на габітус кристалів. Поняття про розчинення кристалів
1.4. Морфологія мінералів
1.4.1. Вироджені форми росту кристалів
1.4.2. Геометричні комбінації індивідів
1.4.3. Розщеплені мінеральні індивіди
1.5. Морфологія мінеральних агрегатів
1.6. Основні поняття кристаллооптики
1.6.1. Фізичні поняття, використовувані в крісталлооптіке для діагностики мінералів і гірських порід
1.6.2. Поняття про кристаллооптических методі вивчення мінералів і гірських порід
Глава 2. Мінералогія
2.2. Характеристика деяких основоположних термінів
2.3.1. Ендогенні процеси мінералоутворення
2.3.2. Екзогенні процеси мінералоутворення
2.4. Загальна характеристика найбільш поширених в земній
2.4.1. Поняття про оцінку кристаллохимического будови мінералів
2.4.2. силікати
2.4.3. Оксиди і гідроксиди
2.4.4. карбонати
2.4.5. фосфати
2.4.6. Галоїди
2.4.7. сульфати
2.4.8. сульфіди
2.4.9. самородні елементи
Контрольні питання і завдання
висновок
бібліографічний список
Додатки.

По кнопках вище і нижче «Купити паперову книгу» і по посиланню «Купити» можна купити цю книгу з доставкою по всій Росії і схожі книги за найкращою ціною в паперовому вигляді на сайтах офіційних інтернет магазинів Лабіринт, Озон, Буквоїд, Читай-місто, паперову версію, My-shop, Book24, Books. ru.

ГЕОМЕТРИЧНА кристалографії Кристаллография - наука про кристалах, їх зовнішній формі, внутрішню будову, фізичні властивості, про процеси їх утворення в земній корі, космосі і закономірності розвитку Землі в цілому. У будь-якого матеріального об'єкта існують різні симетрійного рівні структурної організації. Мінерал, як природний об'єкт, не виняток, а навпаки, він є одним з головних матеріальних об'єктів земної кори, що володіє всіма властивостями кристалічної речовини, на прикладі якого були вивчені і виведені всі основні закони симетрії крісталловмногогранніков. Кристалами називаються тверді тіла з впорядкованим внутрішньою будовою, що володіють трехмерно-періодичної просторової атомної структурою і мають внаслідок цього, при певних умовах освіти, форму багатогранників.

Кристалографії Дисципліна фундаментального характеру, обов'язкова для студентів всіх природничих спеціальностей (фізиків, хіміків, геологів). 1. 2. 3. Основна література Єгоров-Тісменко Е. М. Кристаллография і кристаллохимия. М.: Изд-во МГУ, 2006. 460 с. М. П. Шаськольськая. Кристалографія. М.: Вища школа, 1976. 391 с. Г. М. Попов, І. І. Шафрановскій. Кристалографія. М.: Вища школа, 1972. 346 с.

Кристалографія як наука кристалографія - наука про кристалах і кристалічному стані матерії взагалі. Слово «кристал» грецького походження і означає «лід», «гірський кришталь». Кристалографія вивчає властивості кристалів, їх будову, ріст і розчинення, застосування, штучне отримання і т. Д. Кристалами називають тверді тіла, в яких матеріальні частинки розташовані закономірно у вигляді вузлів просторової решітки

Зв'язок кристалографії з іншими науками Кристаллография Геометрія Живопис Архітектура Фізика Минералогия Петрографія Металографія Механіка Електроакустика Радіотехніка Хімія Геохімія Біологія

Значення кристалографії Теоретичне значення - пізнання найбільш загальних закономірностей будови матерії, зокрема земної кори Практичне значення - промислове вирощування кристалів (монокрісталльная промисловість)

Поняття про структуру кристалів Під структурою кристалів розуміється закономірне розташування матеріальних частинок (атомів, молекул, іонів) всередині кристаллохимического речовини. Для опису порядку розташування частинок в просторі їх почали ототожнювати з точками. З такого підходу поступово сформувалося уявлення про просторову або кристалічній решітці кристалів мінералів. Ломоносов, Гаюї, Браві, Федоров заклали основи геометричній теорії будови кристалів. Просторова решітка - це нескінченне тривимірне періодичне освіту, елементами якого є вузли, ряди, плоскі сітки, елементарні осередки. Головна особливість кристаллохимических структур - закономірна повторюваність у просторі вузлів, лав і плоских сіток.

Вузли просторової решітки називається точки, в яких розташовуються матеріальні частинки кристалічного вешества - атоми, іони, молекули, радикали. Ряди просторової решітки - сукупність вузлів лежать уздовж прямої і періодично повторювані через рівні проміжки Плоска сітка просторової решітки - сукупність вузлів, розташованих в одній площині і що знаходяться в вершинах рівних паралелограмів, орієнтованих паралельно і складні цілими сторонам. Елементарна комірка просторової решітки - називається мінімальний за обсягом параллеліпіпед утворений системою 3-х взаємно плоских сіток.

14 типів решіток Браве У 1855 р О. Браве вивів 14 просторових грат, рознящіхся за формами елементарних осередків і симетрії. Вони являють собою закономірне повторення вузлів просторової решітки. Ці 14 решіток групуються по сингониям Будь-яка просторова решітка може бути представлена \u200b\u200bу вигляді параллеліпіпедов повторюваності, які переміщаючись в просторі в напрямку його ребер і на їх величину формують нескінченну просторову решітку. Параллеліпіпеди повторюваності (елементарні комірки решіток Браве) вибираючи за наступними умовами: 1. сингония обраного параллеліпіпеда 2. число рівних ребер і кутів між ребрами параллеліпіпеда повинні бути максимальними 3. при наявності прямих кутів між ребрами параллеліпіпеда їх число повинне бути найбільшим 4. при дотриманні перших 3-х умов обсяг параллеліпіпеда повинні бути найменшим. При виборі елементарної комірки користуються вже відомими правилами установки кристалів; Ребра осередки - це найкоротша відстань уздовж координатних осей між кутами решітки. Для характеристики зовнішньої форми елементарної комірки використовуються величини ребер осередку а, в, з і кути між цими

Кубічна - форма елементарної комірки відповідає кубу. Гексагональна - гексагональна призма з пинакоида. Трігональная - ромбоедр. Тетрагональна - тетрагональна призма з пинакоида. Ромбическая - цеглинка. Моноклінального - паралелепіпед з одним косим кутом і 2-ма іншими прямими. Тріклінная - скіс паралелепіпед з нерівними ребрами. Відповідно до розташованими додаткових вузлів решітки в різних частинах осередків, все решітки поділяються на: Примітивну (Р); Базоцентрірованную (С); Об'ємно-центрованої (У); Гранецентрированную (F);

ГЕОМЕТРИЧНА кристалографії Елементи обмеження багатогранників Багатогранником називається об'ємне геологічне тіло, відділене від навколишнього простору елементами обмеження. Елементами обмеження називають геометричні образи, що відокремлюють багатогранник від навколишнього простору. До елементів обмеження багатогранника відносяться межі, ребра, вершини, двогранні і багатогранні кути. Грані - це плоскі поверхні, що обмежують багатогранник від зовнішнього середовища. Ребра - це прямі лінії, за якими перетинаються грані. Вершини - це точки, в яких припиняються ребра. Двогранні кути - це кути між двома сусідніми гранями. Інакше, це кути при ребрах. Багатогранні кути - це кути між кількома гранями, що сходяться в одній вершині. Інакше, це кути при вершинах.

Серед багатогранних кутів розрізняють правильні і неправильні. Якщо при з'єднанні кінців ребер, що виходять з вершини багатогранного кута, виходить правильна геометрична фігура (правильний трикутник, прямокутник, ромб, квадрат, правильний шестикутник і їх похідні), то утворюється правильний багатогранний кут. Якщо при цій же операції виходить неправильна геометрична фігура (неправильний багатокутник), то такий багатогранний кут називається неправильним Розрізняють такі правильні багатогранні кути. 1. трігональную - при з'єднанні кінців ребер, що виходять з його вершини, утворюється правильний трикутник (тригон): 2. Ромбічний 1 -го роду - з'єднання кінців ребер, що виходять з його вершини, дає фігуру в формі ромба; 3. Ромбічний 2 -го роду - фігура, що отримується при з'єднанні кінців ребер, що виходять з його вершини, - прямокутник: 4. Тетрагональна - при з'єднанні кінців ребер, що виходять з його вершини, утворюється квадрат (тетрагон):

5. Гексагональний - з'єднання кінців ребер, що виходять з його вершини, дає правильний шестикутник (Гексагон): Дані п'ять правильних багатогранних кутів називаються основними. Крім того, з тригонального, тетрагонального і гексагонального кутів шляхом їх подвоєння утворюються такі три похідних правильних багатогранних кута. 1. дитригонально - утворюється шляхом подвоєння граней, складових трігональную кут (дітрігон): 2. Дітетрагоналний - утворюється при подвоєнні числа граней тетрагонального кута (дітетрагон): 3. Дігексагональний - утворюється шляхом подвоєння числа граней, що обмежують гексагональний кут (дігексагон):

У всіх похідних правильних багатогранних кутках двогранні кути рівні через один, а всі сторони фігури, утвореної при з'єднанні кінців ребер, що виходять з вершини, дорівнюють. Таким чином, існує всього 8 правильних багатогранних кутів. Всі інші багатогранні кути є неправильними. Їх можливо нескінченна кількість. Між елементами обмеження багатогранників існує математична залежність, яка характеризується формулою Ейлера. Декарта: Г (межі) + В (вершини) \u003d Р (ребра) + 2. Наприклад, в кубі 6 граней, 8 вершин і 12 ребер. Звідси: 6 + 8 \u003d 12 + 2. 2. Елементи симетрії багатогранників Елементами симетрії називаються допоміжні геометричні образи (точка, лінія, площина і їх поєднання), з допомогою яких подумки можна поєднати в просторі рівні грані кристала (багатогранника). При цьому під симетрією кристала розуміється закономірне повторення в просторі рівних його граней, а також вершин і ребер. Розрізняють три основних елементи симетрії кристалів - центр симетрії, площина симетрії і осі симетрії.

Центром симетрії називається уявна точка всередині кристала, рівновіддалена від його елементів обмеження (т. Е. Протилежних вершин, середин ребер і граней). Центр симетрії є точкою перетину діагоналей правильної фігури (куба, паралелепіпеда). Центр симетрії позначається літерою С, а за міжнародною системою Германа-Могена - I. Центр симетрії в кристалі може бути тільки один. Однак є кристали, в яких центр симетрії взагалі відсутня. При вирішенні питання про те, чи є центр симетрії в Вашому кристалі, необхідно керуватися таким правилом: «При наявності центру симетрії в кристалі кожної його грані відповідає рівна і протилежна їй грань». На практичних заняттях з лабораторними моделями наявність або відсутність центру симетрії в кристалі встановлюється наступним чином. Кладемо кристал будь-якої його гранню на площину стола. Перевіряємо, чи присутній зверху рівна і паралельна їй грань. Повторюємо ту ж операцію для кожної грані кристала. Якщо кожній грані кристала відповідає зверху рівна і паралельна їй грань, то центр симетрії в кристалі присутній. Якщо хоча б для однієї грані кристала бракуватиме зверху рівній і паралельної їй межі, то - центру симетрії в кристалі немає

Площиною симетрії (позначається літерою Р, по міжнародній символіці - m) називається уявна площина, що проходить через геометричний центр кристала і розділяє його на дві дзеркально рівні половини. Кристали, що володіють площиною симетрії, володіють двома властивостями. По-перше, дві його половини, розділені площиною симетрії, рівні за обсягом; по-друге, вони рівні, як відображення в дзеркалі. Для перевірки дзеркального рівності половин кристала необхідно з кожної його вершини провести уявні перпендикуляр до площини і продовжити його на тій самій відстані від площини. Якщо кожній вершині відповідає з протилежного боку кристала дзеркально відображена їй вершина, то площину симетрії в кристалі присутній. При визначенні площин симетрії на лабораторних моделях кристал ставиться в фіксоване положення і потім подумки розтинають на рівні половини. Перевіряється дзеркальне рівність отриманих половин. Вважаємо, скільки разів ми можемо подумки розсікти кристал на дві дзеркально рівні частини. Пам'ятайте, що кристал при цьому повинен бути нерухомий! Число площин симетрії в кристалах варіює від 0 до 9. Наприклад, в прямокутному паралелепіпеді знаходимо три площини симетрії, тобто 3 Р.

Віссю симетрії називається уявна лінія, що проходить через геометричний центр кристала, при повороті навколо якої кристал кілька разів повторює свій зовнішній вигляд в просторі, тобто самосовмещается. Це означає, що після повороту на деякий кут на місце одних граней кристала стають інші, рівні їм межі. Основною характеристикою осі симетрії є найменший кут повороту, при якому кристал перший раз «повторюється» в просторі. Цей кут називається елементарним кутом повороту осі і позначається α. Наприклад: Елементарний кут повороту будь-якої осі обов'язково міститься ціле число раз в 360 °, тобто (ціле число), де n - порядок осі. Таким чином, порядком осі називається ціле число, що показує, скільки разів елементарний кут повороту даної осі міститься в 360 °. Інакше, порядок осі - це число «повторень» кристала в просторі при повному його повороті навколо даної осі. Осі симетрії позначаються літерою L. Порядок осі позначається маленькою цифрою справа внизу: наприклад, L 2. У кристалах можливі наступні осі симетрії і відповідні їм елементарні кути повороту.

n α Позначення Вітчизняне L 1 Міжнародне 1 1 360 ° 2 180 ° L 2 + 2 3 120 ° L 3 3 4 90 ° L 4 4 6 60 ° L 6 6

Осейсиметрії і першого порядку в будь-якому кристалі нескінченну кількість. Тому на практиці вони не визначаються. Осейсиметрії 5 -го і будь-якого порядку вище 6-го в кристалах взагалі не існує. Ця особливість кристалів практикується в якості закону симетрії кристалів. Закон симетрії кристалів пояснюється специфікою їх внутрішньої будови, а саме - наявністю просторової решітки, яка не допускає можливість осей 5-го, 7-го, 8-го і так далі порядків. У кристалі може бути кілька осей одного і того ж порядку. Наприклад, в прямокутному паралелепіпеді присутні три осі другого порядку, тобто 3 L 2. У кубі присутні 3 осі четвертого порядку, 4 осі третього порядку і 6 осей другого порядку. Осі симетрії найвищого порядку в кристалі називають головними. Для знаходження осей симетрії на моделях під час лабораторних занять діють в наступному порядку. Кристал береться кінчиками пальців однієї руки за його протилежні точки (вершини, середини ребер або граней). Уявна вісь ставиться перед собою вертикально. Запам'ятовуємо будь-якої характерний зовнішній вигляд кристала. Потім кристал обертаємо іншою рукою навколо уявної осі до тих пір, поки його первинний зовнішній вигляд не «повториться» в просторі. Вважаємо, скільки разів кристал «повторюється» в просторі при повному повороті навколо даної осі. Це і буде її порядок. Аналогічним чином перевіряємо всі інші теоретично можливі напрямки проходження осі симетрії в кристалі.

Поєднання всіх елементів симетрії кристала, записане умовними позначеннями, називається його формулою симетрії. У формулі симетрії спочатку перераховуються осі симетрії, потім площині симетрії і останнім показується наявність центру симетрії. Між позначеннями не ставиться точок або ком. Наприклад, формула симетрії прямокутного паралелепіпеда: 3 L 33 PC; куба - 3 L 44 L 36 L 29 PC.

3. Види симетрії кристалів Видами симетрії називаються можливі в кристалах поєднання елементів симетрії. Кожному виду симетрії відповідає певна формула симетрії. Всього для кристалів теоретично доведено наявність 32 видів симетрії. Таким чином, всього існує 32 формули симетрії кристалів. Всі види симетрії об'єднуються в 7 ступенів симетрії з урахуванням наявності характерних елементів симетрії. Примітивна - об'єднуються види симетрії, представлені тільки одиночними осями симетрії різного порядку, наприклад: L 3, L 4, L 6. Центральна - крім поодиноких осей симетрії, присутній центр симетрії; крім того, в присутності парних осей симетрії з'являється ще площину симетрії, наприклад: L 3 С, L 4 PC, L 6 PC. Планальная (план - площину, грец.) - присутні одиночна вісь і площини симетрії: L 22 P, L 44 P. Аксіальна (аксис - вісь, грец.) - присутні тільки осі симетрії: 3 L 2, L 33 L 2, L 66 L 2. Планаксіальная - присутні осі, площини і центр симетрії: 3 L 23 PC, L 44 L 25 PC. Інверсійно-примітивна - наявність єдиної інверсійної осі симетрії: Li 4, Li 6. Інверсійно-планальная - наявність, крім інверсійної осі, простих осей і площин симетрії: Li 44 L 22 P, Li 63 L 23 P. У кожну щабель симетрії об'єднується різний кількість видів симетрії: від 2 до 7.

Сингонії називається група видів симетрії, що володіють однойменної 4. Сингонії головною віссю симетрії і однаковим загальним рівнем симетрії. Син - подібний, гоніа - кут, дослівно: сингония - сходноугольность (грец.). Перехід від однієї сингонії до іншої супроводжується підвищенням ступеня симетрії кристалів. Всього виділяють 7 сингоний. В порядку послідовного підвищення ступеня симетрії кристалів вони розташовуються в такий спосіб. Тріклінная сингония (клин - кут, нахил, по-грецьки) отримала назву з урахуванням тієї особливості кристалів, що між усіма гранями кути завжди косі. Крім С, інших елементів симетрії немає. Моноклінна (монос - один, по-грецьки) - в одному напрямку між гранями кристалів кут завжди косою. У кристалах можуть бути присутніми L 2, P і С. Жоден з елементів симетрії не повторюється хоча б двічі. Ромбическая - отримала назву по характерному поперечному перерізі кристалів (згадайте кути ромбические 1 -го і 2-го роду). Трігональная - названа по характерному поперечному перерізі (трикутник) і багатогранним кутах (трігональную, дитригонально). Обов'язково присутній одна L 3. Тетрагональна - характерні поперечний переріз у формі квадрата і багатогранні кути - Тетрагональна і дітетрагональний. Обов'язково присутній L 4 або Li 4. Гексагональна - перетин у формі правильного шестикутника, багатогранні кути - гексагональний і дігексагональний. обов'язкова присутність однієї L 6 або Li 6. Кубічна - типова кубічна форма кристалів. Характерно поєднання елементів симетрії 4 L 3.

Сингонії об'єднуються в 3 категорії: нижчу, середню і вищу. У нижчу категорію об'єднуються тріклінная, моноклінна і ромбічна сингонії. У середню категорію входять трігональная, тетрагональна і гексагональна сингонії. Характерна одна головна вісь симетрії. До вищої категорії відноситься одна кубічна сингонія. На відміну від попередніх категорій, для неї характерно кілька головних осей симетрії.

5. Поняття про простій формі, комбінації і габітус На практичних заняттях з лабораторними моделями як простої форми розглядається сукупність рівних граней кристала. Якщо всі грані кристала однакові, то він в цілому є простою формою. Навпаки, якщо всі грані кристала не рівні за формою і геометричним контурах, то кожна з його граней є окремою простою формою. Таким чином, в кристалі буде стільки простих форм, скільки у нього геометричних типів граней, враховуючи також їх розміри. Наприклад, в прямокутному паралелепіпеді 3 типи граней. Типи граней в прямокутному паралелепіпеді Отже, він складається з 3 простих форм. Кожна з них в свою чергу, складається з 2 рівних паралельних граней. Назви простих форм даються в залежності від числа граней і їх взаємного розташування. Існує всього 47 простих форм, кожна з яких

Для визначення простих форм на практичних заняттях необхідно рівні між собою межі подумки продовжити до їх взаємного перетину. Отримана при цьому уявна постать і буде шуканої простою формою. Серед простих форм розрізняють два види: відкриті і закриті. Грані відкритою простий форми не замикають простір з усіх боків. Навпаки, межі закритої простої форми при їх взаємному продовженні в просторі з усіх боків закриють якусь його частину. Сполучення простих форм, що утворюють кристали, називаються складними формами, або комбінаціями. У комбінації буде стільки простих форм, скільки в ній типів граней. Одна відкрита проста форма ніколи не зможе утворити кристал, вона може зустрічатися тільки в комбінації з іншими простими формами. Комбінацій в природі нескінченну кількість. Під габітусом кристала розуміється переважна по площі граней проста форма. Назва габітусу збігається з назвою простої форми, але дається як визначення (наприклад, проста форма - куб, габітус - кубічний). Якщо жодна з простих за площею граней людина не перемагає (або важко це оцінити), габітус називається змішаним, або комбінованим.

6. Порядок розбору моделей кристалів При вивченні моделей кристалів на практичних заняттях дається характеристика наступних даних: 1) формула симетрії кристала; 2) сингония; 3) вид симетрії; 4) прості форми; 5) габітус.

Кристалографія Кристаллография - одна з фундаментальних наук Землі, займається вивченням процесу освіти, зовнішньою формою, внутрішньою будовою та фізичними властивостями кристалів. Останнім часом це наука вийшла далеко за свої межі і займається вивченням закономірностей розвитку Землі, її форми і процеси, що відбуваються в глибинах геосфер.

Кристали блищать симетрією. Е. С. Федоров Класичне визначення кристала (від грец. «Крісталлос» лід), однорідне тверде тіло, здатне в певних умовах самооограняться. Розберемо це визначення докладніше ...

Просторова решітка Просторова решітка - геометричний образ, що відображає тривимірну періодичність в розподілу атомів в структурі кристала

Термін симетрія Кристалографія, як будь-яка цілком самостійна наука має свій метод - метод СИМЕТРІЇ. Симетрією від грец. «Симетрії» співмірність), як припускають, ввів в ужиток Піфагор, позначивши їм просторових закономірностей розташування ОДНАКОВИХ ФІГУР АБО ЇХ ЧАСТИН. Симетрія - закономірність, повторюваність фігур або їх частин, в просторі !! У переносному сенсі симетрія синонім гармонії, краси і досконалості!

Симетрія і людство До поняття симетрії з трепетом ставилися з найдавніших часів. ВЧ Китаї - коло найдосконаліша фігура, житло богів - теж коло. У християнстві зв'язок з поняттям Триединства (Бог Отець, Бог Син, Бог Святий Дух). У Дроевнем Єгипті - «Всевидяче Око»

Симетрія в геології Литология - брижі на піску Палеонтологія - завдяки орієнтації одній площині симетрії від іншої можна відрізнити брахіопод від двостулкових молюсків. . Площині симетрії в підводних хребтах (на дні Світового океану). Пояснення поняття спрединга

Симетрія в живу речовину Найголовніше! Більшість біологічних об'єктів - дзеркальна симетрія. Іноді спостерігається вісь симетрії п'ятого порядку L 5, немає в кристалах !!! За припущенням Н. В. Бєлова щоб вони не могли «закам'яніти» т. К. В кристалічному речовині осі п'ятого порядку відсутні.

Поняття, гостро необхідні при описі моделей кристалів у навчальній символіці Браве Елементи симетрії - геометричні образи (площині, прямі, лінії або точки) за допомогою яких задаються або здійснюються симетричні перетворення (операції симетрії) Площина симетрії Вісь симетрії Центр симетрії

Вісь симетрії Поворотні осі симетрії - прямі, при повороті яких на певних кут фігура (або кристал) поєднується сама з собою. Найменший кут повороту, навколо такої осі називається елементарним кутом повороту. Величина цього кута визначає порядок осі симетрії (360 ділити на значення цього кута). Позначається у навчальній символіці як Ln, де n порядок осі симетрії: L 2 L 3 L 4 L 6

Важливо Звертаю Вашу увагу, що в кристалографічних многогранниках порядок осей обмежений числами 1, 2, 3, 4, 6. Т. е. В кристалах неможливі осі симетрії 5 ого і вище 6 ого порядків. Хто зможе придумати переконливе доказательсво цього факту - отримає швейцарську шоколадку прямо на занятті!

До доказу цього факту 1. «Просторово -решетчатое» доказательсво 2. По Миколі Васильовичу Бєлову

Дзеркальна площину симетрії Дзеркальна площину симетрії задає операцію відображення при якій права частина фігури (фігура), відбиваючись в площині як в «двосторонньому дзеркалі» поєднується з лівого її частиною (фігурою). Позначається вона літерою P.

Центр симетрії (точка симетрії) Це як би «дзеркальна точка» в якій права фігура не тільки переходить в ліву, а й як би перевертається. Точка інверсії в цьому випадку грає немов роль лінзи фотоапарата, і пов'язані нею фігури співвідносяться як предмет і його зображення на плівці фотоплівці. Позначається буквою C

Кристалографічні системи (сингонії) Класи симетрії з єдиним координатним репером об'єднуються в сімейство, зване сингонії або системою (від грец. Сін. «Схоже» і «гонія» - кут. Всі тридцять два класу симетрії кристалів діляться на три категорії в кожну з яких входить одна або кілька сингоний. Це тріклінная, моноклінні, ромбічна, гексагональна, (окремий випадок трігональная), тетрагональна і кубічна сингонія. Розберемо їх докладніше за категоріями.

Гексагональна сингония. Середня категорія a \u003d b ≠ c, α \u003d β \u003d 90˚, γ \u003d 120 ˚ «гекса» - шість Присутність L 6 основна ознака

А тепер давайте потренуємося описувати кристали в символіці Браве ПОТРІБНО ШУКАТИ І ЗАПИСАТИ ЙОГО ПОВНУ ФОРМУЛУ У НАВЧАЛЬНОЇ СИМВОЛІКУ Брава і НАЗВАТИ сингонії ДО ЯКОЇ ВІН НАЛЕЖИТЬ Дивимося на вищий ПОРЯДОК осі у формулі. Крім кубічноїсингонії 4 L 3 - ознака кубічноїсингонії L 6 - ознака гексагональних ПОДСІНГОНІІ L 4 - ПРІЗНГАК тетрагонального Сінг. L 3 - ОЗНАКА ТРИГОНАЛЬНА СИНГОНІЯ L 2, 3 L 2 - ОЗНАКА РОМБІЧНА СИНГОНІЯ L 2 - ОЗНАКА МОНОКЛІННА СИНГОНІЯ Або L Бєсков. ПОРЯДКУ, або всього лише C - ОЗНАКА ТРИКЛІННА СИНГОНІЯ

На наступному занятті Ще раз потренуємося описувати моделі кристалів. Навчимося визначати основні прості форми по шпаргалці і поговоримо про питання, що можуть виникнути перед Вами проходженні кабінету кристалографії на олімпіаді плюс поговоримо про залежність форми кристалів (на прикладі кварцу і кальциту) від умов їх утворення Подумати до наступного заняття. Яку форму матиме кристал, вирощений в космосі !!!