Все още няма коментари. Оставете коментар. Голяма енциклопедия на нефта и газа

Естествени кристали... Наричат ​​ги още красиви, редки камъни или твърди вещества. Представяме си кристален камък под формата на голям, ярък, прозрачен или безцветен полиедър с идеални лъскави ръбове. В живота по-често срещаме такива твърди вещества под формата на зърна неправилна форма, песъчинки, отломки. Но свойствата им са същите като тези на съвършените големи кристали. Потопете се с нас в магически святестествени камъни и кристали, запознават се с тяхната структура, форми, видове. Е, да тръгваме...

Мистерията на кристалите

Светът на кристалите е красив и загадъчен. От детството многоцветните камъчета ни привличат и привличат с красотата си. Усещаме тяхната мистерия на интуитивно ниво и се възхищаваме на естествената им красота. Хората винаги са искали да знаят колкото е възможно повече за естествените твърди вещества, свойствата на кристалите, формирането на техните форми, растеж и структура.

Светът на тези камъни е толкова необичаен, че искате да погледнете вътре в тях. Какво ще видим там? Пред очите ви ще се отвори картина от безкрайно простиращи се, строго подредени редици от атоми, молекули и йони. Всички те стриктно се подчиняват на законите, които властват в света на кристалните камъни.

Кристалните вещества са много разпространени в природата, тъй като всички скали са изградени от тях. И от скалисе състои от цялата земна кора. Оказва се, че можете дори сами да отглеждате тези необичайни вещества у дома. Важно е да се отбележи, че „кристал“ на старогръцки означава „лед“ или „планински кристал“.

Какво е кристален камък?

Какво казват училищните учебници за кристалите? Казват, че това са твърди тела, които се образуват под въздействието на естествени или лабораторни условия и имат вид на полиедри. Геометричната структура на тези тела е безпогрешно строга. Повърхността на кристалните фигури се състои от перфектни равнини - лица, които се пресичат по прави линии, наречени ръбове. Пиковете се появяват в пресечните точки на ръбовете.

Твърдото състояние на материята е кристал. Има определена форма, конкретно количестволица, в зависимост от разположението на атомите. И така, твърди тела, в които молекулите, атомите и йоните са подредени в строг модел под формата на пространствени възли на решетката.

Най-често свързваме кристалите с редки и красиви скъпоценни камъни. И това не е напразно, диамантите също са кристали. Но не всички твърди тела са редки и красиви. В крайна сметка частиците сол и захар също са кристали. Около нас има стотици вещества в тяхната форма. Едно от тези тела се счита за замръзнала вода (лед или снежинки).

Образуване на различни форми на кристали

В природата минералите се образуват в резултат на скалообразуващи процеси. Минералните разтвори под формата на горещи и разтопени скали лежат дълбоко под земята. Когато тези горещи скали се избутат на повърхността на земята, те се охлаждат. Веществата се охлаждат много бавно. Минералите образуват кристали под формата на твърди вещества. Например гранитът съдържа минералите кварц, фелдшпат и слюда.

Всеки кристал съдържа милион отделни елемента (монокристали). Клетка от кристална решетка може да бъде представена като квадрат с атоми в ъглите. Това могат да бъдат атоми на кислород или други елементи. Известно е, че кристалите могат да реагират на различни енергии и да запомнят отношението на хората към тях. Ето защо те се използват за лечение и пречистване. Кристалите могат да бъдат във всякакви форми. В зависимост от това те се делят на 6 големи вида.

Различни видове и видове естествени твърди вещества

Размерите на кристалите също могат да варират. Всички твърди тела се делят на идеални и реални. Идеалните тела включват тела с гладки ръбове, строг ред на дълги разстояния, определена симетрия на кристалната решетка и други параметри. Реалните кристали включват тези, които се намират в реалния живот. Те могат да съдържат примеси, които намаляват симетрията на кристалната решетка, гладкостта на повърхностите и оптичните свойства. И двата вида камъни са обединени от описаното по-горе правило за подреждане на атомите в решетката.

Според друг критерий за разделяне те се делят на естествени и изкуствени. За да растат естествените кристали, те се нуждаят природни условия. Изкуствените твърди вещества се отглеждат в лабораторни или домашни условия.

По естетически и икономически критерии се делят на скъпоценни и нескъпоценни камъни. Скъпоценните минерали са редки и красиви. Те включват изумруд, диамант, аметист, рубин, сапфир и други.

Структура и форми на натрупвания на твърди вещества

Едноточковите кристали се отнасят до шестоъгълни камъни с пирамидален връх. Основата на такива генераторни минерали е по-широка. Има кристали с два пика - Ин и Ян. Те се използват в медитация за балансиране на материалния и духовния принцип.

Минералите, при които 2 от 6-те страни са по-широки от всички останали, се наричат ​​ламеларни. Те се използват за телепатично лечение.

Кристалите, образувани в резултат на удари или пукнатини, които след това се разпадат на 7 нюанса, се наричат ​​дъга. Те облекчават депресията и разочарованието.

Минералите с различни включвания на други елементи се наричат ​​призрачни кристали. Първо спират да растат, след това върху тях се натрупват други материали и след това растежът около тях се възобновява. Така се виждат контурите на минерал, който е спрял да расте, така че изглежда призрачен. Такива кристали се използват за привличане на култури в градински парцели.

Необичаен друз

Друзите са много красива гледка. Това е колекция от много кристали на една основа. Те имат положителна и отрицателна полярност. С тяхна помощ въздухът се пречиства и атмосферата се зарежда. В природата се срещат друзи от кварц, изумруд и топаз. Те носят мир и хармония на хората.

Drusen се нарича още слети кристали. Най-често гранатите, пиритите и флуоритите са податливи на това явление. Те често се излагат като музейни експонати.

Малките разтопени кристали се наричат ​​четка, големите минерали се наричат ​​цвете. Жеодите са много красива разновидност на друзите. Те растат по стените. Друзите могат да бъдат много малки или големи. Това са много ценни находки. Друзите от ахат, селенит, аметист, цитрин и морион са високо ценени.

Как кристалите съхраняват информация и знания?

Учените са установили, че по краищата на кристалите има триъгълници, показващи наличието на знание в тях. Само конкретно лице може да получи тази информация. Ако се появи такъв, камъните ще му предадат истинската си вътрешност.

Кристалите са способни да предават вибрации, събуждане висши силисъзнание, баланс на умствените сили. Поради това те често се използват в медитация. Предишните цивилизации са съхранявали информация в камъни. Например скалният кристал се е смятал за скъпоценния камък на боговете. Кристалите са били почитани като живи същества. Дори "космос" имаше първоначалното значение на "скъпоценен камък".

Скъпоценни камъни

Важно е да се отбележи, че кристалите от скъпоценни камъни в суров вид не са толкова красиви. Наричат ​​ги още камъни или минерали. Наричат ​​ги скъпоценни, защото са много красиви, когато са изрязани и се използват в бижутерията. Много хора са запознати със скъпоценните камъни аметисти, диаманти, сапфири и рубини.

Диамантът се счита за най-твърдия камък. Крехък кристал с тревисто зелен цвят - изумруд. Разновидност на червения минерал корунд е рубинът. Депозитите на този кристал съществуват на почти всички континенти. Какво се смята за неговия неоспорим идеал? Бирмански рубини. Депозитите на рубин в Руската федерация се намират в Челябинска и Свердловска области.

Какви други скъпи минерали има? Сапфирите са прозрачни скъпоценни кристали с различни цветове - от бледо синьо до тъмно синьо. Въпреки че това е рядък минерал, той се оценява по-ниско от рубина.

Скъпо разнообразие от кварц е красивият скъпоценен камък аметист. Някога е бил вмъкнат от първосвещеника Аарон в 12-те камъка на неговия пекторал. Аметистът има красив виолетов или лилав оттенък.

Руски диаманти

И така, най-твърдият кристал - диамантът - се добива от кимберлитови тръби, образувани в резултат на подземни вулканични изригвания. Кристалната решетка на този камък се образува под въздействието на висока температура и високо наляганевъглерод.

Добивът на диаманти в Русия започва в Якутия едва в средата на миналия век. Днес Руската федерация вече е лидер в добива на тези скъпоценни камъни. Всяка година милиарди рубли се отделят за добив на диаманти в Русия. Заслужава да се отбележи, че има няколко карата диаманти на тон кимберлитови тръби.

: a (100), o (111), d 110)

1.Дипирамиди,тези. форми, които имат характер на две пирамиди, сгънати в основите си. Такива дипирамиди се различават по броя на лицата и се наричат ​​​​същите като прости пирамиди. Например двуъгълна дипирамида е проста форма, сгъната с 24 лица и тези лица образуват две дванадесетстранни пирамиди, сгънати в основите си (Таблица 2, 14).

2. СкаленоедриИ трапецоедри- прости форми, подобни на дипирамиди, но със странични ребра, които не лежат в една и съща равнина (Таблица 2, 32, 33 И 28-30).

3.Ромбоедър- проста форма, съставена от шест ромба и представляваща изкривен куб (Таблица. 2, 31).

4.Тетраедър- проста форма, сгъната с четири триъгълни непаралелни лица.

В този случай формата на триъгълно лице може да бъде мащабна (ромбовиден тетраедър), равнобедрен (тетраъгълен тетраедър) и равностранен (кубичен или, в тесния смисъл на думата, тетраедър) (Таблица 2, 25-27).

Простите кубични форми се характеризират с пълно затваряне на пространството (затворени форми). От тях най-често срещаните

1.куб- форма, състояща се от шест квадратни лица - символ (100) (Таблица 2, 34).

2. Октаедър- форма, състояща се от. от осем равностранни триъгълни лица - символ (111) (Таблица 2, 35).

3.Ромбододекаедър- форма, състояща се от дванадесет ромбични лица - символ (110) (Таблица 2, 39).

4.Тетраедър- форма, състояща се от четири равностранни триъгълни лица - символ (111) или (111) (Таблица 2, SCH..

5.Пентагондодекаедър- форма, състояща се от дванадесет петоъгълни лица. Символ (210) или като цяло (hko)(Таблица 2,40).

В зависимост от условията на кристализация, всяко кристализиращо вещество може да приеме формата на проста форма или комбинация, ако в допълнение към лицата на една проста фигура, лицата на друга или няколко други прости форми се появяват едновременно.

Когато се взема предвид от какви прости форми се състои дадена комбинация, трябва да се има предвид, че когато се включат в комбинацията, лицата на всяка проста форма вече нямат същия тип, както са имали, образувайки само тази проста форма. Когато определяте името на всяка проста форма, включена в коли и нацията, трябва мислено да продължите всички ръбове на тази форма, докато се пресичат. Само тогава човек може да си представи каква е тази определена проста форма.

На фиг. Показани са 12: А- комбинация от куб и октаедър, b- комбинация от октаедър и куб, като октаедърът е основната форма и накрая, V- комбинация от октаедър, куб и ромбичен додекаедър.

Фасетирането на кристала е следствие от определена симетрия на неговата вътрешна структура. От това следва, че на кристала могат да се появят само такива лица, които съответстват този класили вид симетрия.

От горното става ясно каква огромна роля играе познаването на кристалографската форма на минерала за неговата диагностика.

Освен това е много важно, че преобладаващото развитие на ръбовете на една или друга проста форма е повлияно от външни условияобразуване на кристал: температура, концентрация на други компоненти в разтвор или стопилка, кисела или алкална реакция на кристализиращата среда, скорост на охлаждане и т.н. От това следва, че видът или външният вид на определен минерал (неговият навик) понякога може да служи като добър критерий за условията за образуване на определени находища. , позволяващи да се правят такива заключения, се наричат ​​типоморфни.

Така например (CaCO 3), кристализирайки в класа L 3 3L 2 3РСтригонален, може да има напълно различен вид в зависимост от условията на формиране: може също така да даде силно сплескани ромбоедри (Таблица 2, 31) а ромбоедрите са по-удължени по оста Л"и накрая, силно удължени скаленоедри (Таблица 2, 33).

Изследването на влиянието на околната среда върху появата на кристали е една от най-интересните и важни задачи на генетичната минералогия, която позволява да се разкрият характеристиките на конкретно находище, често от голямо практическо значение.

Втори пример биха били флуоритни кристали (CaF 2). При високи температури те се образуват под формата на октаедри (Таблица 2, ), и по време на кристализация при ниски температурни условия под формата на кубчета (Таблица 2, ).

ориз. 13. Гипсови кристали.

В естествени условия непрекъснато се наблюдава синтез на кристали. Така много често се срещат друзи („четки“) от планински кристал или аметист - групи от кристали на обща основа (фиг. 28). При друзите кристалите растат заедно в произволна позиция в зависимост от условията на образуване. Но в допълнение към произволното натрупване се наблюдава редовно натрупване на кристали, които се наричат ​​близнаци.

Причината, която принуждава едно кристално тяло от момента на зараждането му да приеме формата на близнаци, може да бъдеили условия на кристализация, или промени в налягането и температурата.

Има два основни типа близнаци: близнаци с взаимно нарастване, пример за които са много често срещаните гипсови близнаци (фиг. 13).

ориз. 14. Двойна кълняемост на флуорит (флуорит).

Често се наблюдават близнаци от друг тип, т. нар. герминационни близнаци. Пример е двойното израстване на флуорипат (фиг. 14), при което два куба изглежда са израснали един в друг в двойна позиция, а двойната равнина (равнината на сливане) е равнината на октаедъра.

Външната симетрия на сливането на близнаци винаги се различава от симетрията на отделните индивиди, съставляващи едно или друго сливане, тъй като сливането на близнаци причинява появата на елементи на симетрия, които отделните индивиди не притежават.

ОПТИЧНИ СВОЙСТВА НА КРИСТАЛИТЕ

Както бе споменато по-горе, в кристалните (анизотропни) вещества, за разлика от аморфните (изотропни), физическите и следователно оптичните свойства не са еднакви в различни посоки.

Сред оптичните свойства на кристалите, произтичащи от тяхната анизотропия, е двойното пречупване, коетокойто е открит за първи път върху кристали от прозрачен калцит (исландски шпат) от датския учен Еразъм Бартолин през 1670 г.

Това явление е следното. Ако вземете прозрачен ромбоедър от исландски шпат и го поставите върху хартия с някакъв надпис, през кристала ще се виждат два надписа, един над друг (фиг. 15), а буквите на единия надпис са по-малко видими от другия. Колкото по-дебел е кристалът, толкова по-зрелищно е това явление.

ориз. 15. Двойно пречупване в кристал от исландски шпат

Това забележително свойство, толкова ясно изразено в исландския шпат, всъщност е характерно за повечето прозрачни кристали (с изключение на кубичните кристали), но обикновено е много по-слабо изразено. Ако поставите кристал от исландски шпат върху хартия, върху която има черна точка, направена с молив или мастило, през кристала ще се виждат две точки. Ако сега завъртите кристала върху хартията около споменатата точка, по-отчетливата точка ще остане неподвижна, а другата, докато кристалът се върти, ще описва кръг около първата. Всеки лъч светлина, преминаващ през кристал от исландски шпат в нашето око в този експеримент, се разделя на два лъча, които се наричат: обикновен лъч (неподвижна точка според нашия опит) и изключителен лъч (точка, която се движи с кристала като върти се).

И така, всеки лъч, влизащ в оптически анизотропен кристал, се разделя на два лъча, пътуващи с различни скорости и поляризирани във взаимно перпендикулярни равнини.

Тези явления се обясняват с факта, че светлинните вибрации, възникващи в оптически анизотропна среда в две взаимно перпендикулярни посоки, срещат различно съпротивление при движението си в кристала. В резултат на това и двата лъча ще преминат през кристала с различни скорости и следователно ще имат различни показатели на пречупване, които, като

ориз. 16. Поляризационен микроскоп MP-2 от завода Russian Gems

Известно е, че е обратно пропорционална на скоростта на светлината, преминаваща през всяка среда. Това явление се нарича двойно пречупване и е характерно в различна степен за всички кристали, с изключение на тези, които принадлежат към кубичната система и се държат оптически като изотропни тела.

Феноменът на двойното пречупване, както и други оптични свойства на кристалите, се използват широко в петрографията и минералогията за изследване на минералогичния състав на скалите и агрегатите.

Най-разпространеният инструмент за това изследване е поляризационният микроскоп, който представлява един от най-мощните инструменти при изследване на скали и минерали (фиг. 16). Изследванията се провеждат или изучават малки Creeстоманени зърна или изучаване на фини (0,03 mm)залепени скални плочи (тънък участък). Непрозрачните и рудите също се изследват с помощта на специален микроскоп, който позволява да се правят наблюдения чрез светлина, отразена от полираната повърхност на пробата (шлайфане).

ОБРАЗУВАНЕ НА КРИСТАЛИ

Появата на кристали е свързана с подреждането на разположението на частиците в пространството и образуването на кристална решетка от тях.

Веднъж възникнал кристал, той не остава непроменен. Ако е заобиколен от среда, която може да съдържа същото вещество, тогава той ще се увеличи по размер - ще расте или, обратно, ще се разтвори. Едната или другата посока на процеса ще зависи от това кой от тези противоположни процеси протича по-бързо. Ако повече частици се откъснат от кристала, отколкото се прикрепят към него, кристалът ще се разтвори. Ако частиците се прикрепят към него в по-голям брой, отколкото се отделят от него, тогава кристалът ще расте. Някои кристали в природата достигат гигантски размери. Така във Волин през 1945 г. кварцов кристал с тегло 9 Т.Дължината му беше около 2,7 м,и ширината е около 1,5 м.Най-често кристалите се образуват от студени и горещи разтвори. Много кристали се образуват, когато разтопените маси се охлаждат при високи температури. По-рядко кристалите възникват от газове (скреж, амонячни секрети във вулкани). Образуването на кристали в твърди среди - "прекристализация" - също е широко разпространено.

Свойства на кристалите, форма и система (кристалографски системи)

Важно свойство на кристала е известно съответствие между различните лица - симетрията на кристала. Разграничават се следните елементи на симетрия:

1. Равнини на симетрия: разделете кристала на две симетрични половини, такива равнини се наричат ​​също „огледала“ на симетрия.

2. Оси на симетрия: прави линии, минаващи през центъра на кристала. Въртенето на кристала около тази ос повтаря формата на първоначалната позиция на кристала. Има оси на симетрия от 3-ти, 4-ти и 6-ти ред, което съответства на броя на тези позиции, когато кристалът се върти на 360 o.

3. Център на симетрия: кристалните лица, съответстващи на успоредното лице, сменят местата си, когато се завъртят на 180 o около този център. Комбинацията от тези елементи на симетрия и порядъци дава 32 класа на симетрия за всички кристали. Тези класове, в съответствие с техните общи свойства, могат да бъдат комбинирани в седем системи (кристалографски системи). Използвайки триизмерни координатни оси, позициите на кристалните повърхности могат да бъдат определени и оценени.

Всеки минерал принадлежи към един клас на симетрия, защото има един тип кристална решетка, която го характеризира. Напротив, минерали, които имат същите химически състав, могат да образуват кристали от два или повече класа на симетрия. Това явление се нарича полиморфизъм. Има повече от няколко примера за полиморфизъм: диамант и графит, калцит и арагонит, пирит и марказит, кварц, тридимит и кристобалит; рутил, анатаз (известен още като октаедрит) и брукит.

ЦИНГОНИИ (КРИСТАЛОГРАФСКИ СИСТЕМИ). Всички форми на кристали образуват 7 системи (кубична, тетрагонална, хексагонална, тригонална, орторомбична, моноклинна, триклинна). Диагностични признаци на сингония са кристалографските оси и ъглите, образувани от тези оси.

В триклинната системаима минимален брой елементи на симетрия. Тя е последвана по ред на сложност от моноклинни, ромбични, тетрагонални, тригонални, хексагонални и кубични системи.

Кубична система. И трите оси са с еднаква дължина и са разположени перпендикулярно една на друга. Типични кристални форми: куб, октаедър, ромбичен додекаедър, петоъгълен додекаедър, тетрагон-триоктаедър, хексаоктаедър.

Тетрагонална система. Три оси са перпендикулярни една на друга, две оси са с еднаква дължина, третата (главната ос) е по-къса или по-дълга. Типичните кристални форми са призми, пирамиди, четириъгълници, трапецоедри и бипирамиди.

Шестоъгълна система. Третата и четвъртата ос са разположени косо спрямо равнината, имат равни дължини и се пресичат под ъгъл 120o. Четвъртата ос, различна от останалите по размер, е разположена перпендикулярно на останалите. Както осите, така и ъглите са подобни по местоположение на предишната система, но елементите на симетрия са много разнообразни. Типичните кристални форми са тристенни призми, пирамиди, ромбоедри и скаленоедри.

Ромбична система. Характеризира се с три оси, перпендикулярни една на друга. Типичните кристални форми са базални пинакоиди, ромбични призми, ромбични пирамиди и бипирамиди.

Моноклинна система. Три оси с различна дължина, втората е перпендикулярна на останалите, третата е под остър ъгъл спрямо първата. Типичните кристални форми са пинакоиди, призми с наклонени ръбове.

Триклинична система. И трите оси са с различна дължина и се пресичат под остри ъгли. Типичните форми са моноедри и пинакоиди.

Кристална форма и растеж. Кристалите, принадлежащи към един и същи минерален вид, имат подобен външен вид. Следователно кристалът може да се характеризира като комбинация от външни параметри (лица, ъгли, оси). Но относителният размер на тези параметри е доста различен. Следователно кристалът може да промени външния си вид (да не кажа външния вид) в зависимост от степента на развитие на определени форми. Например пирамидална форма, където всички лица се събират, колонна (в идеална призма), таблична, листна или кълбовидна.

Два кристала с еднаква комбинация от външни параметри могат да имат различен тип. Тази комбинация зависи от химичния състав на кристализационната среда и други условия на образуване, които включват температура, налягане, скорост на кристализация на веществото и т.н. В природата понякога се срещат правилни кристали, образувани при благоприятни условия - например гипс в глинеста среда или минерали по стените на геода. Лицата на такива кристали са добре развити. Напротив, кристалите, образувани в летливи или неблагоприятни условия, често се деформират.

ЕДИНИЦИ. Често има кристали, които нямат достатъчно място за растеж. Тези кристали се сляха с други, образувайки неправилни маси и агрегати. В свободното пространство сред скалите кристалите се развиват заедно, образувайки друзи, а в кухини - геоди. Тези единици са много разнообразни по своята структура. В малки пукнатини във варовика има образувания, които наподобяват вкаменени папрати. Те се наричат ​​дендрити, образувани в резултат на образуването на оксиди и хидроксиди на манган и желязо под въздействието на разтвори, циркулиращи в тези пукнатини. Следователно дендритите никога не се образуват едновременно с органичните остатъци.

Двойки. Когато се образуват кристали, близнаците често се образуват, когато два кристала от един и същи вид минерал растат заедно според определени правила. Двойниците често са индивиди, слети заедно под ъгъл. Псевдосиметрията често се проявява - няколко кристала, принадлежащи към по-нисък клас на симетрия, растат заедно, образувайки индивиди с псевдосиметрия от по-висок порядък. Така арагонитът, принадлежащ към орторомбичната система, често образува двойни призми с хексагонална псевдосиметрия. На повърхността на такива израстъци има тънка щрихована линия, образувана от двойни линии.

ПОВЪРХНОСТ НА КРИСТАЛИ. Както вече споменахме, плоските повърхности рядко са гладки. Доста често те показват засенчване, ленти или бразди. Тези характерни особености помагат при идентифицирането на много минерали - пирит, кварц, гипс, турмалин.

ПСЕВДОМОРФОЗА. Псевдоморфите са кристали, които имат формата на друг кристал. Например лимонитът се среща под формата на кристали пирит. Псевдоморфозите се образуват, когато един минерал е напълно химически заменен с друг, като се запази формата на предишния.

Формите на кристалните агрегати могат да бъдат много разнообразни. Снимката показва сияен натролитен агрегат.
Образец от гипс със сдвоени кристали под формата на кръст.

Физични и химични свойства. Не само външната форма и симетрия на кристала се определят от законите на кристалографията и разположението на атомите - това се отнася и за физическите свойства на минерала, които могат да бъдат различни в различни посоки. Например слюдата може да се раздели само на успоредни плочи в една посока, така че нейните кристали са анизотропни. Аморфните вещества са еднакви във всички посоки и следователно са изотропни. Такива качества са важни и за диагностиката на тези минерали.

Плътност. Плътността (специфичното тегло) на минералите е отношението на тяхното тегло към теглото на същия обем вода. Определение специфично теглое важен диагностичен инструмент. Преобладават минералите с плътност 2-4. Опростената оценка на теглото ще помогне при практическата диагностика: леките минерали имат тегло от 1 до 2, минералите със средна плътност - от 2 до 4, тежките минерали от 4 до 6, много тежките - повече от 6.

МЕХАНИЧНИ СВОЙСТВА. Те включват твърдост, разцепване, повърхност на чипа и вискозитет. Тези свойства зависят от кристалната структура и се използват за избор на диагностични техники.

ТВЪРДОСТ. Доста лесно е да надраскате калцитен кристал с върха на ножа, но това едва ли ще бъде възможно с кварцов кристал - острието ще се плъзга по камъка, без да остави драскотина. Това означава, че твърдостта на тези два минерала е различна.

Твърдостта по отношение на надраскване е устойчивостта на кристала към външна деформация на повърхността, с други думи, устойчивост на механична деформация отвън. Фридрих Моос (1773-1839) предлага скала за относителна твърдост от градуси, където всеки минерал има твърдост на надраскване, по-висока от предишния: 1. Талк. 2. Гипс. 3. Калцит. 4. Флуорит. 5. Апатит. 6. Фелдшпат. 7. Кварц. 8. Топаз. 9. Корунд. 10. Диамант. Всички тези стойности се отнасят само за пресни, неизветрени проби.

Твърдостта може да се оцени по опростен начин. Минералите с твърдост 1 лесно се драскат с нокът; в същото време те са мазни на пипане. Повърхността на минерали с твърдост 2 също се надрасква с нокът. Медна тел или парче мед драска минерали с твърдост 3. Върхът на джобно ножче драска минерали с твърдост 5; добра нова пила - кварц. Минерали с твърдост по-голяма от 6 стъкло за надраскване (твърдост 5). Дори един добър файл няма да вземе от 6 до 8; хвърчат искри при опити за такива неща. За да се определи твърдостта, се изпитват проби с нарастваща твърдост, докато се поддадат; след това вземат проба, което очевидно е още по-трудно. Обратното трябва да се направи, ако е необходимо да се определи твърдостта на минерал, заобиколен от скала, чиято твърдост е по-ниска от тази на минерала, необходим за пробата.

Талкът и диамантът са два минерала в крайните краища на скалата за твърдост на Моос.

Лесно е да се правят заключения въз основа на това дали един минерал се плъзга по повърхността на друг или го остъргва с леко скърцане. Могат да възникнат следните случаи:
1. Твърдостта е еднаква, ако пробата и минералът не се драскат взаимно.
2. Възможно е двата минерала да се драскат един друг, тъй като върховете и ръбовете на кристала може да са по-твърди от лицата или равнините на разцепване. Поради това е възможно да се надраска лицето на гипсов кристал или неговата равнина на разцепване с върха на друг гипсов кристал.
3. Минералът драска първата проба, а пробата я драска повече висок кластвърдост Неговата твърдост е в средата между пробите, използвани за сравнение, и може да се оцени на половин клас.

Въпреки очевидната простота на това определяне на твърдостта, много фактори могат да доведат до фалшив резултат. Например, нека вземем минерал, чиито свойства варират значително в различни посоки, като кианит: вертикално твърдостта е 4-4,5 и върхът на ножа оставя ясна следа, но в перпендикулярна посока твърдостта е 6-7 и нож изобщо не драска минерала . Произходът на името на този минерал е свързан с тази особеност и я подчертава много изразително. Следователно е необходимо да се проведе изпитване на твърдост в различни посоки.

Някои агрегати имат по-висока твърдост от компонентите (кристали или зърна), от които са съставени; Може да се окаже, че плътно парче мазилка е трудно да се надраска с нокът. Напротив, някои порести агрегати са по-малко твърди, което се обяснява с наличието на празнини между гранулите. Следователно тебеширът се надрасква с нокът, въпреки че се състои от калцитни кристали с твърдост 3. Друг източник на грешки са минерали, които са претърпели някаква промяна. Невъзможно е да се оцени твърдостта на прахообразни, изветрели проби или агрегати с люспеста и иглоподобна структура с прости средства. В такива случаи е по-добре да използвате други методи.

Деколте. Чрез удряне на кристалите с чук или натискане на нож по равнините на разцепване, кристалът понякога може да бъде разделен на плочи. Разцепването се появява по равнини с минимално сцепление. Много минерали имат разцепване в няколко посоки: халит и галенит - успоредно на лицата на куба; флуорит - по стените на октаедъра, калцит - по ромбоедъра. Слюда-мусковит кристал; Ясно се виждат равнините на разцепване (на снимката вдясно).

Минерали като слюда и гипс имат перфектно разцепване в една посока, но несъвършено или никакво разцепване в други посоки. При внимателно наблюдение можете да забележите в прозрачните кристали най-фините равнини на разцепване по добре дефинирани кристалографски посоки.

Повърхност на счупване. Много минерали, като кварц и опал, нямат разцепване в никоя посока. Обемът им се разделя на неправилни части. Повърхността на чипа може да бъде описана като плоска, неравна, раковина, полуконхоидална или грапава. Металите и твърдите минерали имат грапава отчупваща се повърхност. Това свойство може да служи като диагностичен знак.

Други механични свойства. Някои минерали (пирит, кварц, опал) се разпадат на парчета при удар с чук - те са крехки. Други, напротив, се превръщат в прах, без да произвеждат отломки.

Ковките минерали могат да бъдат сплескани, като чистите самородни метали. Те не произвеждат прах или отломки. Тънките листове слюда могат да бъдат огънати като шперплат. След прекратяване на експозицията те ще се върнат в първоначалното си състояние - това е свойство на еластичността. Други, като гипс и пирит, могат да бъдат огънати, но ще останат деформирани - това е свойството на гъвкавостта. Подобни особености позволяват да се разпознаят подобни минерали - например да се разграничи еластичната слюда от гъвкавия хлорит.

Оцветяване. Някои минерали имат толкова чист и красив цвят, че се използват като бои или лакове. Техните имена често се използват в ежедневната реч: изумрудено зелено, рубинено червено, тюркоаз, аметист и др. Цветът на минералите, една от основните диагностични характеристики, не е нито постоянен, нито вечен.

Има редица минерали, чийто цвят е постоянен - ​​малахитът е винаги зелен, графитът е черен, самородната сяра е жълта. Такива обикновени минерали като кварц (планински кристал), калцит, халит (трапезна сол) са безцветни, когато не съдържат примеси. Наличието на последния обаче предизвиква оцветяване, а ние познаваме синя сол, жълт, розов, лилав и кафяв кварц. Флуоритът има цяла гама от цветове.

Наличието на примесни елементи в химичната формула на минерала води до много специфичен цвят. Тази снимка показва зелен кварц (prasem), в чиста форманапълно безцветен и прозрачен.

Турмалинът, апатитът и берилът имат различни цветове. Цветът не е безспорен диагностичен признак на минерали, които имат различни нюанси. Цветът на минерала също зависи от наличието на примесни елементи, включени в кристалната решетка, както и различни пигменти, примеси и включвания в кристала гостоприемник. Понякога може да бъде свързано с излагане на радиация. Някои минерали променят цвета си в зависимост от светлината. Така александритът е зелен на дневна светлина и лилав на изкуствена светлина.

При някои минерали интензитетът на цвета се променя, когато повърхностите на кристала се завъртят спрямо светлината. Цветът на кристала кордиерит се променя от син на жълт при завъртане. Причината за това явление е, че такива кристали, наречени плеохроични, абсорбират светлината по различен начин в зависимост от посоката на лъча.

Цветът на някои минерали също може да се промени в присъствието на филм с различен цвят. В резултат на окисляването тези минерали се покриват с покритие, което по някакъв начин може да смекчи ефекта от слънчевата или изкуствената светлина. Някои скъпоценни камъни губят цвета си, ако са изложени на слънчева светлина за определен период от време: изумрудът губи своя наситен зелен цвят, аметистът и розовият кварц избледняват.

Много минерали, съдържащи сребро (например пираргирит и проустит), също са чувствителни към слънчева светлина (инсолация). Апатитът под въздействието на слънчева светлина се покрива с черен воал. Колекционерите трябва да предпазват такива минерали от излагане на светлина. Червеният цвят на реалгара се превръща в златистожълт на слънце. Такива промени в цвета се случват много бавно в природата, но можете изкуствено да промените цвета на минерал много бързо, като ускорите процесите, протичащи в природата. Например, при нагряване може да се получи жълт цитрин от лилав аметист; Диамантите, рубините и сапфирите са изкуствено "подсилени" с помощта на радиация и ултравиолетови лъчи. Поради силното облъчване планинският кристал се превръща в опушен кварц. Ахатът, ако сивият му цвят не изглежда много привлекателен, може да бъде пребоядисан, като се потопи във врящ разтвор на обикновена анилинова боя за тъкани.

ЦВЯТ НА ПРАХ (ХАРАКТЕРИСТИКА). Цветът на ивицата се определя чрез триене в грапавата повърхност на неглазиран порцелан. Трябва да се помни, че порцеланът има твърдост 6-6,5 по скалата на Моос, а минералите с по-висока твърдост ще оставят само бял прах от смлян порцелан. Винаги можете да вземете праха в хаванче. Цветните минерали винаги дават по-светла линия, неоцветените и белите - бели. Обикновено бяла или сива ивица се наблюдава при минерали, които са изкуствено оцветени или съдържат примеси и пигмент. Често изглежда замъглено, тъй като в разреден цвят неговият интензитет се определя от концентрацията на оцветителя. Цветът на чертата на минералите с метален блясък е различен от техния собствен цвят. Жълтият пирит дава зеленикаво-черна ивица; черният хематит е черешовочервен, черният волфрамит е кафяв, а каситеритът е почти безцветна ивица. Цветната линия прави идентифицирането на минерал по-бързо и по-лесно от разредената или безцветна линия.

БЛЯСЪК. Като цвета, който е ефективен методминерални дефиниции. Блясъкът зависи от това как светлината се отразява и пречупва върху повърхността на кристала. Има минерали с метален и неметален блясък. Ако не могат да бъдат разграничени, можем да говорим за полуметален блясък. Непрозрачните метални минерали (пирит, галенит) са силно отразяващи и имат метален блясък. За друга важна група минерали (цинкова смес, каситерит, рутил и др.) е трудно да се определи блясък. За минералите с неметален блясък се разграничават следните категории според интензивността и свойствата на блясъка:

1. Диамантен блясък, като диамант.
2. Стъклен блясък.
3. Мазен блясък.
4. Мътен блясък (при минерали със слаба отразяваща способност).

Блясъкът може да бъде свързан със структурата на агрегата и посоката на доминантното разцепване. Минералите с тънкослоест състав имат перлен блясък.

ПРОЗРАЧНОСТ. Прозрачността на един минерал е качество, което е силно променливо: един непрозрачен минерал може лесно да бъде класифициран като прозрачен. Основната част от безцветните кристали (планински кристал, халит, топаз) принадлежат към тази група. Прозрачността зависи от структурата на минерала - някои агрегати и малки зърна от гипс и слюда изглеждат непрозрачни или полупрозрачни, докато кристалите на тези минерали са прозрачни. Но ако погледнете малките гранули и агрегати с лупа, можете да видите, че те са прозрачни.

ИНДЕКС НА ПРЕКРЪПЛЕНИЕ. Коефициентът на пречупване е важна оптична константа на минерала. Измерва се със специално оборудване. Когато лъч светлина проникне в анизотропен кристал, възниква пречупване на лъча. Това двойно пречупване създава впечатлението, че има виртуален втори обект, успореден на изследвания кристал. Подобно явление може да се наблюдава през прозрачен калцитен кристал.

ЛУМИНЕСЦЕНЦИЯ. Някои минерали, като шеелит и вилемит, при облъчване с ултравиолетови лъчи светят със специфична светлина, която в някои случаи може да продължи известно време. Флуоритът свети при нагряване на тъмно място - това явление се нарича термолуминесценция. При триене на някои минерали се получава друг вид сияние - триболуминесценция. Тези различни видовеЛуминесценцията е характеристика, която улеснява диагностицирането на редица минерали.

ТОПЛОПРОВОДНОСТ. Ако вземете в ръката си парче кехлибар и парче мед, ще изглежда, че едното от тях е по-топло от другото. Това впечатление се дължи на различната топлопроводимост на тези минерали. Така се различават стъклени имитации на скъпоценни камъни; За да направите това, трябва да поставите камъче на бузата си, където кожата е по-чувствителна към топлина.

Следните свойствамогат да се определят от усещанията, които предизвикват в човека. Графитът и талкът са гладки на допир, докато гипсът и каолинът са сухи и грапави. Водоразтворимите минерали като халит, силвинит, епсомит имат специфичен вкус – солен, горчив, кисел. Някои минерали (сяра, арсенопирит и флуорит) имат лесно разпознаваема миризма, която се появява веднага след удара с пробата.

МАГНЕТИЗЪМ. Фрагменти или прах от някои минерали, предимно тези с високо съдържание на желязо, могат да бъдат разграничени от други подобни минерали с помощта на магнит. Lodestone и пиротинът са силно магнитни и привличат железни стърготини. Някои минерали, като хематит, стават магнитни свойства, ако се нагреят до червено.

ХИМИЧНИ СВОЙСТВА. Идентифицирането на минерали въз основа на техните химични свойства изисква, в допълнение към специализирано оборудване, задълбочени познания по аналитична химия.

Има един прост метод за определяне на карбонати, достъпен за непрофесионалисти - действието на слаб разтвор на солна киселина (вместо това можете да вземете обикновен трапезен оцет - разредена оцетна киселина, която е в кухнята). По този начин можете лесно да различите безцветна калцитна проба от бял гипс - трябва да капнете киселина върху пробата. Гипсът не реагира на това, но калцитът "кипи", когато се отделя въглероден диоксид.

Тема Симетрия на твърди тела

1 Кристални и аморфни тела.

2 Елементи на симетрията и техните взаимодействия

3 Симетрия на кристални полиедри и кристални решетки.

4 Принципи на конструиране на кристалографски класове

Лабораторна работа № 2

Изучаване на структурата на кристални модели

Инструменти и аксесоари: карти, показващи химически елементи, които имат кристална структура;

Цел на работата: изучаване на кристални и аморфни тела, елементи на симетрия на кристални решетки, принципи на конструиране на кристалографски класове, изчисляване на периода на кристална решетка за предложените химични елементи.

Основни понятия по темата

Кристалите са твърди тела с триизмерна периодична атомна структура. При равновесни условия образуванията имат естествена форма на правилни симетрични полиедри. Кристалите са равновесно състояние на твърдите тела.

Всяко химично вещество, намиращо се в кристално състояние при дадени термодинамични условия (температура, налягане), отговаря на определена атомно-кристална структура.

Кристал, който е израснал при неравновесни условия и няма правилно изрязване или го е загубил в резултат на обработка, запазва основната характеристика на кристалното състояние - решетъчната атомна структура (кристална решетка) и всички свойства, определени от нея.

Кристални и аморфни твърди вещества

Твърдите вещества са изключително разнообразни по структура на тяхната структура, естеството на свързващите сили на частиците (атоми, йони, молекули) и физичните свойства. Практическата необходимост от задълбочено изследване на физичните свойства на твърдите тела доведе до факта, че приблизително половината от всички физици на Земята се занимават с изучаването на твърдите тела, създаването на нови материали с предварително определени свойства и развитието на техните практически приложения. Известно е, че при преминаването на веществата от течно в твърдо състояние са възможни две различни видовезакаляване.

Кристализация на материята

В течност, охладена до определена температура, се появяват кристали (области от подредени частици) - центрове на кристализация, които при по-нататъшно отстраняване на топлината от веществото растат поради добавянето на частици от течната фаза към тях и покриват целия обем на веществото.

Втвърдяване поради бързо нарастване на вискозитета на течност с намаляване на температурата.

Твърдите вещества, образувани по време на този процес на втвърдяване, се класифицират като аморфни твърди вещества. Сред тях се прави разлика между вещества, при които изобщо не се наблюдава кристализация (уплътняващ восък, восък, смола), и вещества, способни на кристализация, например стъкло. Въпреки това, поради факта, че техният вискозитет се увеличава бързо с понижаване на температурата, движението на молекулите, необходими за образуването и растежа на кристалите, е затруднено и веществото има време да се втвърди, преди да настъпи кристализация. Такива вещества се наричат ​​стъкловидни. Процесът на кристализация на тези вещества протича много бавно в твърдо състояние и по-лесно при високи температури. Добре познатият феномен на „разстъкляване“ или „затихване“ на стъклото се причинява от образуването на малки кристали вътре в стъклото, по границите на които светлината се отразява и разпръсква, в резултат на което стъклото става непрозрачно. Подобна картина се получава, когато прозрачните захарни бонбони са „захарени“.

Аморфните тела могат да се разглеждат като течности с много висок коефициент на вискозитет. Известно е, че в аморфните тела може да се наблюдава слабо изразено свойство течливост. Ако напълните фуния с парчета восък или восък, след известно време, различно за различните температури, парчетата от аморфното тяло постепенно ще се размият, ще придобият формата на фуния и ще изтекат от нея под формата на пръчка. Дори стъклото има свойството да тече. Измерванията на дебелината на стъклото на прозорците в стари сгради показаха, че в продължение на няколко века стъклото е имало време да се стече отгоре надолу. Дебелината на долната част на стъклото се оказа малко по-голяма от горната.

Строго погледнато, само кристални тела трябва да се наричат ​​твърди тела. Аморфните тела по някои свойства и най-важното по структура са подобни на течности: те могат да се считат за силно преохладени течности с много висок вискозитет.

Известно е, че за разлика от далечния ред в кристалите (подреденото разположение на частиците се поддържа в целия обем на всяко кристално зърно), близък ред в разположението на частиците се наблюдава в течности и аморфни тела. Това означава, че по отношение на всяка частица подреждането на най-близките съседни частици е подредено, макар и не толкова ясно изразено, както в кристала, но когато се удари от дадена частица, подреждането на други частици по отношение на нея става все по-малко подредени на разстояние 3 – 4 ефективни диаметъра на молекулата, редът в подреждането на частиците напълно изчезва.

Сравнителните характеристики на различни агрегатни състояния са дадени в таблица 2.1.

Кристална решетка

За удобство на описанието на правилното вътрешна структуратвърдите тела обикновено използват концепцията за пространствена или кристална решетка. Това е пространствена решетка, в чиито възли са разположени частици - йони, атоми, молекули, които образуват кристал.

Фигура 2.1 показва пространствена кристална решетка. Удебелените линии подчертават най-малкия паралелепипед, чрез успоредно движение на който по три координатни оси, съвпадащи с посоката на ръбовете на паралелепипеда, може да се изгради целият кристал. Този паралелепипед се нарича основна или единична клетка на решетката. Атомите са разположени в този случай във върховете на паралелепипеда.

За еднозначна характеристика на единична клетка са посочени 6 величини: три ръба a, b, c и три ъгъла между ръбовете на паралелепипеда а, б, ж.Тези величини се наричат ​​параметри на решетката. Опции а, б, в – това са междуатомните разстояния в кристалната решетка. Числените им стойности са от порядъка на 10 -10 m.

Най-простият тип решетки са кубиченс параметри a=b=c И a = b = g= 90 0 .

Индекси на Милър

За символично обозначаване на възли, посоки и равнини в кристал се използват така наречените индекси на Милър.

Индекси на възли

Позицията на всеки възел в решетката спрямо избрания произход се определя от три координати X, Y, Z (Фигура 2.2).

Тези координати могат да бъдат изразени по отношение на параметрите на решетката, както следва: X= ma, Y= nb, Z= pc, Къде а, б, в – параметри на решетката, m, n, p – цели числа.

Така, ако вземем не метър като единица дължина по оста на решетката, а параметрите на решетката a, b, c (аксиални единици за дължина), тогава координатите на възела ще бъдат числата m, n, p. Тези числа се наричат ​​индекси на възли и се означават с .

За възли, разположени в зоната на отрицателни координатни посоки, поставете знак минус над съответния индекс. Например.

Насочени индекси

За да зададете посоката в кристала, се избира права линия (Фигура 2.2), минаваща през началото на координатите. Ориентацията му се определя еднозначно от индекса m n p първият възел, през който преминава. Следователно индексите на посоката се определят от трите най-малки цели числа, характеризиращи позицията на възела, най-близо до началото, лежащ в дадена посока. Индексите на посоката се записват, както следва.

Фигура 2.3 Основни посоки в кубична решетка.

Семейство от еквивалентни посоки се означава със счупени скоби.

Например семейството от еквивалентни посоки включва посоките

Фигура 2.3 показва основните посоки в кубична решетка.

Плоскостни индекси

Позицията на всеки в пространството се определя чрез определяне на три сегмента OA, OV, OS (Фигура 2.4), която отрязва по осите на избраната координатна система. В аксиални единици дължините на сегментите ще бъдат: ; ; .

Три числа m n p напълно определи позицията на равнината С. За да получите индекси на Милър с тези числа, трябва да направите някои трансформации.

Нека съставим съотношението на реципрочните стойности на аксиалните сегменти и го изразим чрез съотношението на трите най-малки числа з,к,л така че равенството е в сила .

Числа з,к,л са индекси на равнината. За да се намерят равнинните индекси, съотношението се свежда до общ най-малък знаменател и знаменателят се изхвърля. Числителите на дробите дават индексите на равнината. Нека обясним това с пример: m = 1, n = 2, p = 3. Тогава. Така за разглеждания случай h = 6, k = 3, l = 2. Индексите на равнините на Милър са оградени в скоби (6 3 2). Сегменти m n p може да бъде дробно, но в този случай индексите на Милър се изразяват като цели числа.

Нека m =1, n = , p = , тогава .

Когато равнината е успоредно ориентирана спрямо някаква координатна ос, индексът, съответстващ на тази ос, е равен на нула.

Ако сегментът, отрязан на оста, има отрицателна стойност, тогава съответният индекс на равнината също ще има отрицателен знак. Нека h = - 6, k = 3, l = 2, тогава такава равнина ще бъде записана в индексите на равнината на Милър.

Трябва да се отбележи, че самолетните индекси (h, k, l) те задават ориентацията не на някаква конкретна равнина, а на семейство от успоредни равнини, т.е. по същество те определят кристалографската ориентация на равнината.

Фигура 2.5 показва основните равнини в кубична решетка.

Някои равнини, които се различават по индексите на Милър, са

еквивалент във физически и кристалографски смисъл. В кубична решетка един пример за еквивалентност са лицата на куб. Физическата еквивалентност се крие във факта, че всички тези равнини имат една и съща структура в подреждането на възлите на решетката и следователно едни и същи физически свойства. Тяхната кристалографска еквивалентност е, че тези равнини са подравнени една спрямо друга, когато се завъртат около една от координатните оси на ъгъл, който е кратен на . Например, символ представлява цялото семейство от лица на куб.

Трикомпонентната символика на Милър се използва за всички решетъчни системи, с изключение на шестоъгълната. В шестоъгълна решетка (Фигура 2.7 № 8) възлите са разположени във върховете на правилните шестоъгълни призми и в центровете на техните шестоъгълни основи. Ориентацията на равнините в кристалите на шестоъгълната система се описва с помощта на четири координатни оси x 1, x 2, x 3, z, т.нар Индекси на Милър-Браве. Оси x 1, x 2, x 3 се отклоняват от началото под ъгъл 120 0. ос z перпендикулярно на тях. Определянето на посоки с помощта на четирикомпонентна символика е трудно и се използва рядко, така че посоките в шестоъгълна решетка се определят с помощта на трикомпонентната символика на Милър.

Основни свойства на кристалите

Едно от основните свойства на кристалите е анизотропия. Този термин се отнася до промяната във физичните свойства в зависимост от посоката в кристала. Така че един кристал може да има различна якост, твърдост, топлопроводимост, съпротивление, индекс на пречупване и т.н. за различни посоки. Анизотропията се проявява и в повърхностните свойства на кристалите. Коефициентът на повърхностно напрежение за различни кристални повърхности има различни стойности. Когато кристал расте от стопилка или разтвор, това е причината за разликата в темповете на растеж на различните лица. Анизотропията на темповете на растеж определя правилната форма на растящия кристал. Анизотропията на свойствата на повърхността също възниква в разликата в адсорбционния капацитет на скоростите на разтваряне и химическата активност на различните повърхности на един и същ кристал. Анизотропията на физичните свойства е следствие от подредената структура на кристалната решетка. В такава структура плътността на опаковане на плоските атоми е различна. Фигура 2.6 обяснява това.

Подреждайки равнините в низходящ ред на плътността на населението на техните атоми, получаваме следната серия: (0 1 0) (1 0 0) (1 1 0) (1 2 0) (3 2 0) . В най-гъсто запълнените равнини атомите са по-здраво свързани един с друг, тъй като разстоянието между тях е най-малко. От друга страна, най-гъсто населените равнини, които са отдалечени една от друга на относително по-големи разстояния от рядко населените равнини, ще бъдат по-слабо свързани помежду си.

Въз основа на горното можем да кажем, че нашият конвенционален кристал е най-лесен за разделяне по равнина (0 1 0), отколкото на други самолети. Тук се проявява анизотропията на механичната якост. други физически свойствакристал (термичен, електрически, магнитен, оптичен) също може да бъде различен в различни посоки. Най-важното свойство на кристалите, кристалните решетки и техните елементарни клетки е симетрията по отношение на определени посоки (оси) и равнини.

Кристална симетрия

Таблица 2.1

Кристална система	Съотношение на ръба на елементарна клетка	Ъглово съотношение в единична клетка
Триклиника
Моноклинна
Ромбичен
Тетрагонален
Кубичен
Тригонален (робоедър)
Шестоъгълна

Поради периодичното подреждане на частиците в кристала, той има симетрия. Това свойство се състои в това, че в резултат на определени умствени операции системата от кристални частици се комбинира със себе си и се придвижва до позиция, неразличима от първоначалната. Всяка операция може да бъде свързана с елемент на симетрия. Има четири елемента на симетрия за кристалите. това - ос на симетрия, равнина на симетрия, център на симетрия и огледално-ротационна ос на симетрия.

През 1867 г. руският кристалограф А.В. Гадолин показа, че може да има 32 възможни комбинации от елементи на симетрия.Всяка от тези възможни комбинации от елементи на симетрия се нарича клас на симетрия.Опитът потвърждава, че в природата има кристали, принадлежащи към един от 32 класа на симетрия. В кристалографията посочените 32 класа на симетрия в зависимост от съотношението на параметрите a, b, c, a, b, g се обединяват в 7 системи (системи), които имат следните наименования: триклинни, моноклинни, ромбични, тригонални, хексагонални, тетрагонални и кубични системи. Таблица 2.1 показва съотношенията на параметрите за тези системи.

Както показа френският кристалограф Браве, има общо 14 вида решетки, принадлежащи към различни кристални системи.

Ако възлите на кристалната решетка са разположени само във върховете на паралелепипед, който е единична клетка, тогава такава решетка се нарича примитивен или просто (Фигура 2.7 № 1, 2, 4, 9, 10, 12), ако освен това има възли в центъра на основите на паралелепипеда, тогава такава решетка се нарича центрирано в основата (Фигура 2.7 № 3, 5), ако има възел в пресечната точка на пространствени диагонали, тогава решетката се нарича центриран върху тялото (Фигура 2.7 № 6, 11, 13), и ако има възли в центъра на всички странични лица - лицево-центриран (чертеж 2.7 № 7, 14). Решетки, чиито елементарни клетки съдържат допълнителни възли вътре в обема на паралелепипеда или по лицата му, се наричат комплекс.

Решетката на Браве е колекция от еднакви и еднакво разположени частици (атоми, йони), които могат да се комбинират помежду си чрез паралелен трансфер. Не трябва да се предполага, че една решетка на Браве може да изчерпи всички атоми (йони) на даден кристал. Сложна структуракристалите могат да бъдат представени като колекция от няколко разтвора Течение на Браве, натикани едно в друго. Например кристалната решетка на трапезната сол NaCl (Фигура 2.8) се състои от две кубични лицево-центрирани решетки на Браве, образувани от йони На – И Cl+, изместени един спрямо друг с половината от ръба на куба.

Изчисляване на периода на решетка.

Познавайки химичния състав на кристала и неговата пространствена структура, е възможно да се изчисли константата на решетката на този кристал. Задачата се свежда до установяване на броя на молекулите (атоми, йони) в единична клетка, изразяване на нейния обем по отношение на периода на решетка и, като се знае плътността на кристала, да се направи подходящо изчисление. Важно е да се отбележи, че за много видове кристални решетки по-голямата част от атомите не принадлежат към една единична клетка, а са включени едновременно в няколко съседни единични клетки.

Като пример, нека определим константата на решетката на натриев хлорид, чиято решетка е показана на фигура 2.8.

Периодът на решетката е равен на разстоянието между най-близките йони със същото име. Това съответства на ръба на куба. Нека намерим броя на натриевите и хлорните йони в елементарен куб, чийто обем е равен на d 3 , d – решетъчен период. В върховете на куба има 8 натриеви йона, но всеки от тях е едновременно връх на осем съседни елементарни куба, следователно само част от йона, разположен на върха на куба, принадлежи към този обем. Има общо седем такива натриеви йони, които заедно образуват натриевия йон. Шест натриеви йона са разположени в центровете на стените на куба, но всеки от тях принадлежи само наполовина на въпросния куб. Заедно те образуват натриевия йон. Така въпросният елементарен куб съдържа четири натриеви йона.

Един хлорен йон се намира в пресечната точка на пространствените диагонали на куба. Той принадлежи изцяло на нашия елементарен куб. Дванадесет хлорни йона са поставени в средата на ръбовете на куба. Всеки от тях принадлежи към обема г 3 с една четвърт, тъй като ръбът на куба е едновременно общ за четири съседни елементарни клетки. В разглеждания куб има 12 такива хлорни йони, които заедно съставляват хлорни йони. Общо в елементарен обем г 3 съдържа 4 натриеви йони и 4 хлорни йони, тоест 4 молекули натриев хлорид (n = 4).

Ако 4 молекули натриев хлорид заемат обем d 3, тогава за един мол кристал ще има обем , където A е числото на Авогадро, п– брой молекули в единична клетка.

От друга страна, където е масата на мола, е плътността на кристала. Тогава където

(2.1)

При определяне на броя на атомите в една единична клетка на паралелепипед (изчисляване на съдържанието) трябва да се ръководи от правилото:

q ако центърът на атомната сфера съвпада с един от върховете на единичната клетка, тогава от такъв атом тази клетка принадлежи, тъй като във всеки връх на паралелепипеда едновременно се събират осем съседни паралелепипеда, към които атомът на върха принадлежи еднакво (Фигура 2.9);

q от атом, разположен на ръба на клетка, принадлежи на тази клетка, тъй като ръбът е общ за четири паралелепипеда (Фигура 2.9);

р от атом, разположен върху лицето на клетка, принадлежи на тази клетка, тъй като лицето на клетката е общо за два паралелепипеда (Фигура 2.9);

q атом, разположен вътре в клетка, принадлежи изцяло към нея (Фигура 2.9).

Когато използвате това правило, формата на клетката на паралелепипеда е безразлична. Формулираното правило може да се разшири до клетки от всяка система.

Напредък в работата

За получените модели на реални кристали

1 Изберете единична клетка.

2 Определете вида на решетката на Bravais.

3 Извършете „преброяване на съдържанието“ за тези единични клетки.

4 Определете периода на решетка.

Съвременното човечество преоткрива кристалите едва през 17 век. За рождена дата на кристалографията, науката, която изучава кристалите, се смята 1669 г.
Въпреки че научната кристалография възниква през 17 век, теоретичните основи за структурата на кристалите и методите за тяхното изследване са положени едва през 19 век. През 20-ти век тези открития най-често намират практическо приложение различни областичовешки живот. Кристалите са широко използвани в различни области на науката и технологиите. Бъдещето също е тяхно.
Кристалите ни заобикалят от всички страни. Те са основата на физическия свят. Почти всички минерали са съставени от тях, включително базалт, гранит, варовик и мрамор. Всички метали и повечето неметали са направени от тях: каучук, кости, коса, целулоза и много други.
Ние живеем в свят на кристали. Къщи, кораби, автобуси, самолети, ракети, ножове и вилици... - всичко се състои от тях.
Ние дори консумираме кристални вещества в храната: сол, захар, да не говорим за лекарствата на таблетки и прахове, които приемаме по време на заболяване.
Няма място на Земята, където да няма кристали. И те са широко разпространени във Вселената, тъй като служат материална основа.
През 1669 г. датският лекар Н. Стенон прави важно откритие; той установява, че в кристалите, образувани от едно и също вещество, ъглите между съседните страни са винаги еднакви, независимо от формата и размера на кристала.
Това означава, че всеки кристал има уникален ъгъл между лицата си.
Това откритие навлиза в кристалографията като закон за постоянните ъгли. По този начин, ако ъгълът между лицата е известен, тогава веществото на кристала може да се определи, без да се прибягва до химичен или физически анализ. Достатъчно е само да ги сравните с ъглите на известните кристали.
В допълнение, същият Стенън беше първият, който предложи забележителна версия, че кристалите растат не отвътре, както се наблюдава при растенията, а отвън, чрез наслагване на нови частици върху външните равнини.
Кристалите са изградени от атоми, йони и молекули. Тези частици са подредени в строго определен ред, образувайки пространствена решетка. Атомите и йоните се задържат в тях чрез сили на привличане и отблъскване. Те не стоят неподвижни, а непрекъснато се променят.
Всеки кристал има своя характерна форма, зависеща не само от средата, в която е израснал, но и от структурата на пространствената решетка. Формата на решетката също определя свойствата на самия кристал. В това отношение най-показателен пример са диамантът и графитът, чиито пространствени решетки са образувани от атоми на един и същи елемент - въглерод.
Графитът е черен минерал, мек и пластичен, провежда електричество и е устойчив на огън. И всичко това, защото неговата решетка се състои от слоеве, връзката между които не е толкова силна, колкото между отделните атоми вътре в този слой. Такива слоеве могат лесно да се местят един спрямо друг с лек натиск, което наблюдаваме, когато пишем с молив. Както вече се досетихме, това е графит.
Но диамантът е пълна противоположност на графита. Той е прозрачен, превъзхожда по сила други кристали, но не провежда ток и лесно изгаря в поток от кислород. Той е почти два пъти по-тежък от графита. За всичко това е „виновна“ неговата пространствена решетка. Той е триизмерен и всеки атом в него е тясно свързан с четири други.
Кристалите са твърди вещества и могат да бъдат течни, ако молекулите им имат способността да се ориентират в една посока „изведнъж” или в групи-слоеве или по друг начин.
И накрая, „кристалите“ могат да бъдат чисто енергийни и невидими, но науката кристалография все още не се е занимавала с такива „призраци“.
В кристал лицата се пресичат по ръбовете, а ръбовете се пресичат по върховете. Лицата, ръбовете и върховете са задължителни фасетиращи елементи.
Основните характеристики на кристалите са хомогенност и плоскост. По този начин, ако кристалите имат плоски лица, тогава техният състав е хомогенен. И обратното: ако кристалното вещество е хомогенно, то то има плоски лица.
Кристалите могат да издават звуци, като пясъчно пеене. Това явление привлича вниманието на пътник, който се озовава сред пясъчните дюни на пустинята Каракум или други пустини.
Изведнъж от нищото се чуват неясни звуци на пеене, но наоколо няма никой, само пясък. Те издават звуци, когато пясъчният склон започне да се плъзга при слаб вятър.
Пеещите пясъци се срещат не само в пустините. Хармонични мелодии често възникват при ходене по мокър пясък на плажа.
Руският пътешественик А. Елисеев остави своите впечатления от Сахара:
"... в горещия въздух се чуваха някакви омайни звуци, доста високи, мелодични, нелишени от хармония, със силен метален оттенък. Те се чуваха отвсякъде, сякаш бяха произведени от невидими духове на пустинята...
Пустинята мълчеше, но звуците летяха и се стопяваха в горещата атмосфера, появяваха се някъде отгоре и изчезваха сякаш вдън земя... Ту весели, ту жални, ту резки и шумни, ту нежни и мелодични, те изглеждаха като говори за живи същества, но не със звуците на мъртвата пустиня...
Нито една нимфа на древните не би могла да измисли нещо по-удивително и прекрасно от тези мистериозни песни на пясъците."
Всеки, който е чувал песните на пясъците, е изненадан от този феномен и мнозина са се опитвали да го обяснят. Например древните египтяни са вярвали, че подобни звуци са продукт на пустинни духове, и са били прави.
Съвременните учени смятат, че причината за появата на звуците може да се крие в самата структура на песъчинката. Известно е, че съдържа много кварц и други силициеви диоксиди.
Кварцът е силициев оксид, който е най-разпространен в земната кора. Неговите кристали имат редица изключителни свойства. Те са богати на прости, тоест затворени, затворени форми. Тук можете да намерите пирамиди, призми, ромбоедри - повече от петстотин прости форми. Кварцът се характеризира с образуването на двойници - симетрични сраствания на кристали.
Но кварцът изненадва не само с разнообразието от външни форми. Кристалът му няма център на симетрия и това е сигурен знак, че има пиезоелектрични свойства.
Следователно, ако компресирате кристал, тогава на неговите страни се появяват противоположни електрически заряди, перпендикулярни на посоката на компресия: положителни от едната страна, отрицателни от другата.
Ето как механичната енергия се преобразува в електрическа с помощта на кварцов кристал. Ако премахнете механичното натоварване от кристала и започнете да го разтягате, тогава полярността на зарядите на лицата се променя на противоположни заряди. И това се случва в кварцов кристал, който сам по себе си е изолатор!
Това явление в кварцовите кристали е открито през 1817 г. от френския кристалограф Р. Гаюи и отново през 1880 г. от френските учени братя Жан и Пиер Кюри и наречено пиезоелектричество. По-късно те откриха и обратимостта на този ефект.
Оказа се, че кварцовият кристал може да се свие или разтегне, ако върху повърхностите му се създадат противоположни електрически заряди. В този случай електрическата енергия се преобразува в механична.
Именно това свойство на кристала дава основание да се смята, че пеенето на пустинните пясъци е свързано с присъствието на духове. Тъй като пустинните духове са демонични същества, които представляват хаотичното движение на електрони.
Демоничните същности нямат ядро ​​и магнетизъм. Те представляват празнота, която е заобиколена от хаотично движещи се електрони. По този начин демоничните същества са носители на електрически заряд, който предизвиква напрежение върху повърхността на кристалните молекули.
В резултат на това въздействие пясъчните кристали се компресират и декомпресират, предизвиквайки въздушни вибрации, които се проявяват под формата на звуци.
Пеенето на пясъци има силно въздействие върху човешката психика, предизвиквайки инстинктивен страх. Причината за този страх може да се обясни с факта, че човешката душа в пеенето на пясъците улавя „дъха” на смъртта, чийто носител е демонично същество.
Човек, животно и растение, като живи организми, не могат като демонично същество да издържат на напрежението и да влияят на кристалите, не могат да предизвикат пеенето на пясъците. Тъй като атомната система от живи клетки на органични тела произвежда вибрации с различна честота и електромагнитна индукция, което прави телесната система затворена в смисъл на електрическо въздействие. Тоест, електрическата енергия на тялото се улавя от собственото му магнитно поле, което го контролира.
И само когато духовността на човека спада, което намалява потенциала на магнитното поле на тялото му, може да се появи излишък от електрическа енергияи допълнителен стрес. Именно това напрежение улавя и пренася демоничната сила. Този излишък на електричество се отразява негативно преди всичко на кристалните структури на самото човешко тяло, а след това и на кристалните тела, които го заобикалят. Например на бижутакоито човек носи. Следователно в древни времена състоянието на здравето на човека и дори бъдещето му са били предсказвани въз основа на състоянието на амулетите. Обърнахме внимание на млякото, което е чувствително към присъствието му в къщата зли духове.
В резултат на изследване беше установено, че кварцът под формата на плоча, изрязана от кристалното тяло, има толкова голяма еластичност, че може да вибрира с много висока честота, последователно компресиране и разтягане при промяна на полярността електрическо поле.
Кварцът може да вибрира в широк диапазон от честоти, създавайки акустични и електрически вълни, тоест пеене. Когато пясъчна лавина се плъзне от дюна или пясъчен масив се срути, долните слоеве пясък изпитват променливо налягане от движещия се слой. Те се компресират под налягане и се "изправят", когато налягането се намали. Кварцовите кристали, присъстващи в песъчинките, започват да вибрират и вибрират, генерирайки акустични вълни. Подобни процеси се случват и при ходене по мокър пясък.
Механичните вибрации на кварцовите кристали в пясъчните зърна водят до образуването на електрически заряди по лицата им, чиято полярност се променя синхронно с механичните вибрации на кристалите. Възникват не само акустични вълни, но и редуващи се електрическо полеопределен честотен спектър.
Всяка песъчинка, всеки кристал пее собствена песен на собствена честота. Гласовете им се сумират. И сега има многогласно пеене, доста силно, честотният диапазон е широк. Това чува човешкото ухо. Но само ниски честоти. Нашето ухо не възприема високите честоти. Когато движението на пясъка спре, възбудените механични и електрически вибрации на кварцовите кристали в песъчинките угасват и звукът спира.
През 1957 г. съветският учен К. Барански открива, че акустичните вълни могат да се възбуждат директно върху повърхността на кристала, което разширява обхвата на генерираните честоти още по-високо. Тогава американските учени увеличиха честотния таван с още един порядък.
Ако пясъците пеят, когато са подложени на механични и електрически въздействия, то по подобна причина пее и самата Земя. Пулсиращото огнено сърце на планетата, влиянието на други планети и Слънцето предизвикват движение и вибрация на скалите на земната кора, правейки Земята да звучи. Песента й, недоловима за човешкото ухо, пътува далеч в космоса.
Земната кора е под постоянно напрежение. Тук-там се случват земетресения и вулканични изригвания, освобождавайки опасни зони от претоварването на демонични същности - бездуховни празнини.
Броят на земетресенията на Земята достига до сто хиляди годишно. От общия брой земетресения силни земетресениявъзниква до хиляда на година.
От центровете на деформация на земната кора вибрациите се предават на големи разстояния. Скоростта на разпространение на вълните е много висока. В гранитни скали за надлъжни вълни е повече от 5000 метра в секунда, за напречни вълни е около 2509 метра в секунда.
По пътя си земните вълни или компресират скалите, или ги разтягат, причинявайки образуването на мощни електрически заряди с различна полярност. Те са особено големи в епицентъра на компресия или разширение, където земните скали изпитват много силна, дори разкъсваща се деформация.
Електрическите разряди под формата на силни подземни светкавици бързо се разпространяват през зони с най-малко съпротивление и често избухват от дълбините към повърхността на Земята, оставяйки разтопени твърди скали или странни кръгли дупки.
Няма нищо странно в това, че Земята звучи. Неговите твърди скали, базалт, гранити, пясъчници и други имат кристална структура. Те съдържат много кварцови образувания. Когато кристалите се деформират, възникват не само акустични и електрически вълни, но и други физични и химични процеси също протичат едновременно.
Заплашителният рев на дълбоките бури се „чува“ от много животни, птици и насекоми. Те дори могат да бъдат „известители“ на предстоящ подземен удар. И само човек, като правило, е изненадан. Защото спрях да се възприемам като част от природата и да следя процесите, протичащи в природата.
Освен че „пеят“, кристалите вибрират в определен диапазон от светлинния спектър, така че придобиват свой собствен цвят, например камъни за бижута. Камъните са прозрачни и имат силен блясък, способни да предават и модифицират лъчиста енергия. Цветът на минералите се свързва с включването на метални йони в тяхната кристална решетка, които лесно променят валентността си и са способни да отдават своите електрони с минимален запас от енергия.
Някои от тези електрони се „скитат“ сред атомите на кристалната решетка, взаимодействат с тях и обменят енергия с тях. В резултат на това в кристала възникват локални смущения в кристалната решетка, които непрекъснато променят своя модел. По този начин кристалът интензивно живее своя „вътрешен живот“, чиито външни прояви съставляват набора от „магически“ свойства на камъните-амулети.
Такива метали, смеси от съединения, които значително променят енергийния силует на кристала, включват желязо, мед, манган, хром и редкоземни елементи.