Основы кристаллографии и минералогии

Минералогия - наука о минералах, их составе, свойствах, происхождении и применении в народном хозяйстве.

В природе химические соединения встречаются в твердом, жидком и газообразном состоянии. Большинство геологов к минералам относят только твердые химические соединения, а остальные объединяют в минералоиды.

Все твердые минералы по своему внутреннему строению делятся на кристаллические и аморфные.

Химические элементы (атомы, ионы, молекулы), слагающие минералы, могут располагаться друг относительно друга закономерно, т.е. на определенном расстоянии и в определенном количественном соотношении. В этом случае образуются кристаллы или минералы кристаллического строения. Если же расположение химических элементов хаотичное (неупорядоченное)- образуются минералы аморфного строения.

Роль внутреннего строения является определяющей в совокупности свойств минерала. Поэтому в минералогии выделился раздел науки называемый кристаллографией. По Дэна – это наука о твердых телах и законах, которые управляют их ростом, внешней формой и внутренней структурой.

Закономерное размещение атомов и ионов заключается в следующем. Атомы и ионы, составляющие минералы располагаются в виде узлов геометрических фигур:

Серия таких фигур образует плоскую сетку (модель графита). Плоские сетки могут располагаться параллельно друг другу и взаимно пересекаться. В этом случае они образуют пространственную решетку. Факт геометрически закономерной кристаллической структуры минералов объясняет ряд важнейших свойств. Рассмотрим некоторые из них.

1. Прежде всего, из этого вытекает само определение кристалла – это твердое тело, имеющее естественную форму многогранника, в котором слагающие частицы (атомы, ионы …) располагаются закономерно по принципу кристаллической решетки.

2. Отсюда способность к самоогранению, т.е. принимать внешние формы, отражающие плоские сетки кристаллической решетки. Элементами самоогранения кристаллов являются грани, ребра, вершины углов. Здесь же важное свойство кристаллов, формулируемое как Закон постоянства гранных углов. Его суть: углы между соответствующими гранями во всех кристаллах одного и того же минерала постоянны. На практике применение этого закона дает возможность, сделав измерения углов, определить минералогическую принадлежность кристалла.

3. Однородность - важное свойство, означающее, что любая часть кристалла обладает теми же свойствами, что и весь кристалл по параллельным направлениям.

4. Анизотропность - свойство однородных кристаллов изменять величину одного и того же физического свойства по не параллельным направлениям. Наглядным примером служат:

• минерал ДИСТЕН, у которого разная твердость по взаимно перпендикулярным направлениям
• слюды легко расщепляются по параллельным пластинам, но трудно в перпендикулярном направлении.

Аморфные вещества - изотропны, т.е. все свойства одинаковы по всем направлениям.

5. Симметрия (от греч. symmetria - соразмерность) - свойство кристаллов закономерно повторять “равные части”, т.е. элементы огранения кристаллов, относительно воображаемым вспомогательным элементам, которые называются элементами симметрии. К ним относятся:

• Центр С - точка внутри кристалла, которая располагается на равном удалении от элементов огранения (граней, ребер, углов).
• Плоскость симметрии Р - воображаемая плоскость, делит кристалл на равные зеркально отраженные части.
• Ось симметрии L - воображаемая линия, вокруг которой несколько раз повторяются равные части фигуры. Поскольку кристалл можно повернуть на 360 0, то количество совмещений элементов его огранения составляет 2, 3, 4, 6 раз. Эти числа определяют порядок оси, запись делают: L 2 – что означает ось второго порядка.

Кроме обычных осей, существуют инверсионные оси (редко встречаются). Они определяются при одновременном повороте кристалла вокруг оси симметрии и вокруг центра.

Полный набор элементов симметрии данного кристалла называется видом симметрии или классом. Установлено, что существует 32 класса. Запись полной совокупности элементов симметрии кристалла от высших к низшим называется формулой симметри и - например L33L 23PC.

Классы объединяются в сингонии. Сингония - это группа видов симметрии, которая обладает одним или несколькими общими элементами симметрии. Всего установлено 7 сингоний. В свою очередь, сингонии объединяются в 3 категории - низшую, среднюю и высшую.