Зависимость физических свойств от состава и структуры минералов. Полиморфизм и изоморфизм.

Цвет минералов.

ПОЛИМОРФИЗМ И ИЗОМОРФИЗМ

Под воздействием давления упаковка атомов становится компактнее и образуется более плотное кристаллическое тело. Существует явление, когда вещество с одним и тем же химическим составом образует несколько структурных разновидностей. Примером может служить кремнезем (SiC^), который при обычной температуре представлен кварцем. С повышением температуры до 1470-0723° С это — кристобалит, минерал, образующийся в вулканических лавах. В диапазоне температур 840-0470° С кремнезем кристаллизуется уже в виде тридимита. Такие разновидности называются полиморфными модификациями, а сам процесс преобразования кристаллической структуры вещества без изменения его химического состава — полиморфизмом. По-видимому, лучше известны две полиморфные модификации (диморфы) углерода — алмаз и графит.

Явление, обратное полиморфизму, когда вещества разного химического состава обладают одинаковой кристаллической структурой, называется изоморфизмом. Сущность его заключается в способности взаимного замещения ионов, размеры которых практически идентичны. В1 качестве примера можно привести замещение одним ионом хрома иона алюминия в корунде или берилле. Присутствие хрома в кристаллической структуре минерала дает в первом случае красную разновидность корунда рубин, во втором — зеленую разновидность берилла изумруд. [Различают несколько видов изоморфизма, среди которых наиболее распространенные — изовалентный (происходит замещение ионов с одинаковой валентностью) и гетеровалентный (замещаются ионы разной валентности). Автором описана наиболее простая разновидность изовалентного изоморфизма, когда по своим свойствам взаимно заменяющиеся ионы близки друг к другу.]

Существуют непрерывные ряды минералов, которые могут быть охарактеризованы двумя конечными членами ряда, обладающими постоянным химическим составом, в то время как промежуточные его члены представляют собой изоморфные смеси конечных. Примером может служить ряд форстерита (Mg2Si04) — фаялита (Fe?Si04), в котором оливин является одним из промежуточных членов. Вместе с тем ряд минералов, включающий эти два конечных члена, объединяется в группу оливина. Если смесь форстерита и фаялита подвергнуть нагреванию, а затем охладить, мы получим оливин, в состав которого входят как магний, так и железо. Такие соединения называются твердыми растворами, поскольку здесь один минерал как бы растворен в другом.

Ряды, подобные рассмотренному, называют изоморфными. В данном случае все промежуточные члены изоморфного ряда известны, хотя так бывает не всегда. Если мы хотим получить формулу какого-либо промежуточного члена оливинового ряда, то достаточно в общую формулу ряда (Mg, Fe)2Si04 подставить к символам Mg и Fe соответствующие индексы, отразив тем самым фактическое соотношение магния и железа для данного конкретного минерала.

При повышении температуры (нагревании) минерала в его кристаллическую структуру стремятся проникнуть атомы с относительно большими ионными радиусами. Если это происходит, и решетка вследствие этого расширяется, то при последующем охлаждении и соответственно сжатии решетки более крупные атомы как бы выталкиваются из нее. Осуществляется процесс, в результате которого первоначально однородный твердый раствор распадается на две кристаллические фазы. Эти фазы оказываются настолько близкими друг другу по размерам слагающих частиц, что их бывает трудно различить. Этот процесс получил название экссолюции [распада твердого раствора!.

В некоторых случаях минералы не отвечают закону компенсации электрических зарядов (электрического баланса). В их кристаллических структурах отсутствуют некоторые катионы; остающиеся в результате этого свободные места называются вакансиями. Иногда такие явления обусловливают цвет минерала.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: