Класифікація кристалів

Росіянин-кристалограф А.В.Гадолін у ХІХ ст. математично довів, що кристалічні багатогранники можуть мати різну кількість елементів симетрії, але для кожного типу просторових ґраток їхня кількість строго певна, або, інакше кажучи, елементи симетрії дають певні комбінації. Таких комбінацій у кристалічних багатогранниках може бути тільки 32. Комбінації назвали класами (видами симетрії).

Поділ на 32 класи лежить в основі класифікації кристалів. 32 класи за деякими подібними ознаками, типовими формами кристалів поєднують у сім сингоній, які, у свою чергу, групують у три категорії: вищу, середню й нижчу.

Поділ кристалів на класи, об'єднання в сингонії й категорії полегшує вивчення фізичних властивостей кристалів (мінералів).

У таблиці 4.1 подана класифікація кристалів: показані категорії, дані найменування сингоній і найбільша кількість елементів симетрії, в даній сингонії, наведені приклади мінералів, що належать до сингонії.

Таблиця 4.1-Класифікація кристалів

Порядок вивчення кристалів й їхньої симетрії такий:

1) визначають всі елементи симетрії;

2) виявляють сингонію й категорію за таблицею 4.1.

При цьому варто пам'ятати, що кристали вищої сингонії мають більше однієї осі симетрії вищого порядку (L₃,L₄,L₆), середньої сингонії - одну вісь симетрії вищого порядку, інші осі - іншого порядку (І); кристали нижчої сингонії не містять ні однієї осі симетрії вищого порядку.

Самородні елементи

У наш час в земній корі у вільному стані знайдено близько 50 хімічних елементів (включаючи природні гази, О, N, Н, Не й ін.). Вони становлять менше 0,1% маси земної кори.

Способи утворення цих мінералів різні. Одна група мінералів (алмаз, золото й ін.) є первинною, тобто їх виникнення пов'язане з магмою і її продуктами. Друга група - вторинного утворення, мінерали, що виникли за рахунок розпаду більш складних сполук, які утворилися колись в надрах Землі.

В цілому до класу самородних елементів відносять метали (платина, золото, срібло, мідь) і металоїди (алмаз, графіт, сірка).

Алмаз - найважливіший дорогоцінний мінерал. Ця назва походить від грец. "адамос" - нескоримий. Такою назвою алмаз зобов'язаний своїй високій твердості, яка дорівнює 10 - максимальній за шкалою Мооса. Це найвища твердість всіх мінералів. Мікротвердість (МПа) алмаза 93157 - 98648, в той час як корунду - 20200, топазу - 1399, кварцу - 981. Алмаз характеризується слабкою анізотропією твердості, тобто його твердість неоднакова в різних напрямках і на різних гранях, що пов'язано з особливостями його структури. Тільки завдяки цьому стає можливою обробка алмазу. Найменш зносостійкими напрямками, в яких обробляють алмаз, є в плоскій сітці куба напрямки, паралельні сторонам кубічних граней, у плоскій сітці октаедра - напрямки, що відповідають висотам трикутних граней. У свою чергу, твердість октаедричних граней більша твердості ромбоедо-декаедрчних граней і ще вище - твердості кубічних граней.

Зносостійкість алмазів коливається в широких межах і вона значно вища, ніж у широко відомих абразивних матеріалах - карбідах бору й кремнію. Якщо взяти абразивну здатність алмаза за одиницю, то така здатність карбіду бору становить 0,5 - 0,6, а карбіду кремнію - 0,2 - 0,3.

За хімічним складом алмаз являє собою на 99,8% чистий вуглець (С) з особливою кристалічною структурою. Сингонія кубічна. Його кристали мають найчастіше форму октаедрів, рідше - кубів, ромбододекаедрів і гексаоктаедрів. Крім вуглецю, в алмазі є домішки хімічних елементів - азоту, кисню, алюмінію, бору, кремнію, марганцю, міді, а також домішки заліза, нікелю, титану, цинку й ін. Трапляються включення графіту, олівіну, енстатиту й ін. Поряд із твердими включеннями в алмазі трапляються включення рідини й газів.

Фарбування алмазів залежить від різних домішок і включень. Зовсім безбарвні алмази досить рідкі. Трапляються інтенсивно пофарбовані жовті, жовтогарячі, зелені, сині, блакитні, рожеві, коричневі, сірі й чорні кристали.

Теоретично щільність алмаза становить 3,515г/см³. Однак трапляються алмази, в яких спостерігаються значні відхилення від середнього значення щільності. Це пов'язане з наявністю різних включень, тріщин, а також агрегативною будовою. Найменша щільність становить 3,4г/см³. Висока щільність відіграє важливу роль для нагромадження алмазів у розсипах, тобто серед піщано – гравійних алювіальних відкладень.

Алмаз має зроблену спайність, раковистий злам, іноді східчастий. Показники переломлення різні: червоний - 2,402; жовтий - 2,417; зелений - 2,427; фіолетовий - 2,465. Кристали алмаза добре розпізнаються під мікроскопом. Складніше розпізнаються його різновиди, такі, як борт - приховано кристалічний, кулястий, балс - кристалічні агрегати; карбонади - приховано кристалічні, темно пофарбовані та чорні утворення.

Борт непридатний для огранювання й вико-ристається в технічних цілях. Карбонад буває дуже твердим і в’язким (грузлими), завдяки чому засто-совується при бурінні шпар.

В алмазах трапляються двійники зрощення (контактні) і проростання. Нерідко спостерігаються також сліди росту кристалів у вигляді східчастої будови граней октаедра й штрихування на гранях. Наявність двійників затрудняє обробку алмазів.

Алмаз характеризується високою теплопро-відністю, при терті заряджається електрикою, є діелектриком, але окремі кольорові різновиди можуть мати напівпровідникові властивості. Температура плавлення близько 4000 С. При нагріванні згоряє, утворюючи вуглекислий газ.

Походження алмаза магматичне. У цьому випадку він залягає у вигляді окремих кристалів в ультраосновних породах. Руйнування цих порід веде до утворення в річкових долинах розсипних родовищ. В останні роки виявлений новий різновид алмаза ударно – вибухового походження. Такі алмази виходять при ударі космічного тіла об земну кору. При цьому виникають високі температури й тиски. У цих умовах утворюються алмази у вигляді кулі, неправильної форми агрегатів з розміром кристалів 20 – 40 мкм. Кристали непрозорі, чорні, жовті або зеленуваті, будова агрегатів шарувата або волокниста.

Багаті родовища алмазів мають Індія, Бразилія, Південна й Південно-Західна Африка й інші країни. Є алмази на Уралі. В 50 - х роках нашого сторіччя були відкриті гігантські родовища алмазів у Сибіру.

Алмази мають велике значення як дорогоцінний камінь в ювелірній справі і як абразивний матеріал для металопромисловості. Використовуються при буравленні шпар, різанні скла й т.д. Потреба алмазів у промисловості з кожним днем зростає. Тому в наш час велика увага приділяється виробництву синтетичних алмазів.

Графіт (від грец. "графо" - пишу). Вміст різних домішок наближається до 13 %. Твердість 1,0. Щільність частинок 2,1 - 2,2 г/см³. Колір чорний до сталевого сірого. Блиск матовий. Спайність зроблена в одному напрямку. Злам нерівний. Сингонія гексагональна. Графіт м'який, жирний на дотик, забруднює руки. Генезис магматичний, гіпергенний і метаморфічний. Родовища графіту досить рідкі: Бурятія, Красноярський край й інші райони.

Кращі сорти графіту служать для виробництва олівців і фарб (4% графіту, що добувається). Але більша частина використовується для виготовлення плавильних тиглів (крупнолускатий графіт), електродів, сухих елементів, у лакофарбовій промисловості як мастильна речовина.

Останнім часом у промисловості почали застосовувати штучний графіт, який одержують з антрациту.

Сірка. Твердість 1 - 2. Щільність частинок 2,0 г/см3. Колір жовтий. Прозора в тонких пластинках, у кристалах просвічується Блиск жирний. Спайність недосконала, злам раковистий. Крихка. Здатна горіти. Має низьку температуру плавлення (1120 С). Сингонія ромбічна. Самородна сірка має пневматолітовий або гіпергенний генезис, рідше утворюється біохімічним шляхом.

Найбільші родовища сірки перебувають у районі Поволжя.

Практичний інтерес становить сірка, що накопичується при техногенних процесах, у відходах вуглевидобутку, які дозволяють розглядати їх як можливе джерело сіркодобувної сировини.

Сірка застосовується в паперовій, лакофарбовій, гумовій, хімічній, електротехнічній промисловості. Використовується в медицині й сільському господарстві.

Штучні мінерали

Штучне одержання мінералів дозволяє створювати потрібні для народного господарства й, зокрема, для будівельного виробництва мінеральні продукти.

Штучними способами в наш час одержують:

1) мінерали, які трапляються в земній корі й виникають в природних процесах мінералоутворення; 2) мінерали, які в природних умовах самостійно не утворюються, знову створюються людиною мінеральними речовинами, що входять до складу різних технічних продуктів, таких, як цемент, вогнетриви, кераміка й т.п.

Мінерали штучні - аналоги природних мінералів. В наш час такі мінерали одержують у промислових цілях методом синтезу. Особливу увагу приділяють мінералам, які особливо необхідні для промисловості, з одного боку, і які рідко трапляються в природі - з іншого. Ці мінерали одержують двома шляхами: 1) при нормальному тиску; 2) при підвищеному тиску. Всі мінерали, отримані методом синтезу, вигідно відрізняються від природних матеріалів своєю чистотою, відсутністю хімічних і механічних домішок.

У промислових цілях отримано ряд мінералів, які рідко трапляються в природі, але мають коштовні властивості (флюорит, корунд й ін).

Мінерали штучні, заново створені. Ці мінерали одержують при різних процесах: 1) при кристалізації розплавів; 2) за участю газових компонентів; 3) за наявності

Таблиця 4.2 - Деякі природні мінерали, отримані шляхом

синтезу

водних розчинів; 4) шляхом реакції у твердому середовищі. Всі мінерали такого типу є складовими частинами технічних матеріалів, таких, як цемент, вогнетриви, абразиви, шлаки, порцеляна, кераміка й т.д. Класифікація цих мінералів грунтується на їхньому хімічному складі.

У нашій країні розроблені методи синтезу цілого ряду мінеральних сполук в умовах невагомості. Орбітальні пілотовані станції типу "Салют" - ідеальні космічні цехи для виробництва деяких видів продукції, одержання якої на Землі або поєднано з більшими труднощами, або зовсім неможливо. Вирощені в космосі кристали досконаліші за структурою, більші за розмірами, ростуть швидше й мають більш високу щільність у порівнянні зі своїми наземними аналогами. Безгравітаційне народження сприяє росту кристалів у різних напрямках. Одиничний кристал може вирости практично будь - яких розмірів. У космосі можливе одержання мінералів ідеально сферичної форми.

Висока якість космічних кристалів приводить до появи нових сфер їхнього застосування. Народжується неземна індустрія, космічна технологія, яка дозволятє одержувати мінерали з властивостями, недосяжними в земних умовах.

На відміну від природних мінералів хімічний склад штучних мінералів прийнято виражати у вигляді оксидів, наприклад хімічний склад мінералу аліт має такий вигляд: ЗСаО·SіО₂.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: