Тема 2. Прості форми кристалів та їх комбінації

Конспект лекцій

з курсу «Кристалографія, мінералогія і петрографія»

длястудентів напрямів підготовки

6.050301 «Гірництво» і

6.050303 «Переробка корисних копалин»

Кривий Ріг – 2012

Укладач: Г.В.Євтєхова

Відповідальний за випуск: В.Д.Євтєхов

Рецензент: О.М.Трунін

Конспект лекцій з ключових тем курсу «Кристалографія, мінералогія і петрографія» призначений для підготовки студентів до виконання лабораторних робіт.

Наведено список рекомендованої літератури

Розглянуто на Схвалено вченою радою

засіданні кафедри геології і геолого-екологічного

прикладної мінералогії. факультету.

Протокол № 1 Протокол № 2

від 7 вересня 2011 р. від 7 жовтня 2011 р.

ЗМІСТ

Стор.

1. Розділ І. Кристалографія……………………….………….………...……………..........4

2. Тема І. Основні положення кристалографії…………………...…….………….......4

3. Тема 2. Прості форми кристалів та їх комбінації…………………………………9

4. Розділ ІІ. Мінералогія…………………………………………………………………..16

5. Тема 3. Фізичні властивості мінералів…….……………………………...………..16

6. Тема 4. Морфологія індивідів та їх агрегатів ……………………………...……..27

7. Тема 5. Умови знаходження і утворення мінералів в природі………….……38

8. Тема 6. Процеси мінералоутворення ………………………………………………47

9. Розділ ІІІ. Петрографія ……………………………………………………….53

10. Тема 7. Магматичні гірські породи………………………………………...53

11. Тема 8. Метаморфічні гірські породи………………………………………63

12. Тема 9. Осадові гірські породи…………………………….……………….69

13. Література………….…………………………………………………………..………..75

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ З КУРСУ «КРИСТАЛОГРАФІЯ, МІНЕРАЛОГІЯ І ПЕТРОГРАФІЯ»

Розділ І. Кристалографія

Тема 1. Основні положення кристалографії

Основні поняття

Кристалографія – наука про кристали. Вона вивчає форму, внутрішню будову, походження і властивості кристалічних речовин. Грецькою «кристалос» означає «застиглий на холоді». Так греки раніше називали лід і гірський кришталь (безколірний прозорий різновид мінералу кварцу) та вважали, що останній, як і лід, утворюється з води при низькій температурі. Згодом кристалами стали називати всі тверді тіла, що утворюються в природі і в лабораторних умовах і що мають багатогранну форму.

В природі добре ограновані кристали зустрічаються досить рідко. Вони утворюються, переважно, в порожнинах гірських порід, де можуть вільно рости. Розміри кристалів можуть бути різними – дрібні екземпляри можна спостерігати тільки під мікроскопом, крупні можуть досягати декількох десятків метрів.

Кристал – це тверде тіло, що має форму багатогранника і характеризується закономірною внутрішньою будовою – кристалічною граткою.

Кристали мають певний хімічний склад і фізичні властивості, формуються в характерних для них геологічних умовах (охолодження магматичних розплавів, осадження з гарячих глибинних або з холодних поверхневих розчинів, вивітрювання тощо). Поверхня кристалів обмежена площинами, які носять назву граней, прямими лініями – ребрами, точки перетину яких називаються вершинами.

2. Основні властивості кристалів

1. Анізотропність (з грецької – „відмінність властивостей”) – відмінність фізичних властивостей кристалу (теплопровідність, пружність, розповсюдження світла, твердість та ін.) за різними напрямками.

Причина анізотропності – різна будова в цих напрямках кристалічної гратки. Як приклад, можна навести видовжені кристали дістану (з грецької „ді” – „двояко”, „стенос” –„той, що чинить опір”) – в поздовжньому напрямку (більш слабкі зв’язки іонів у кристалічній гратці) твердість мінералу становить 4,5; у поперечному (більш міцні зв’язки) – 6 (за шкалою Моосу).

2. Ідіоморфізм (з грецької – „власність форми”) – здатність до самообмеження. При вільному рості кристали самообмежуються плоскими гранями і прямими ребрами, приймаючи багатогранну форму.

Здатність самообмежуватись є природним наслідком будови кристалічної гратки. Матеріальні частинки (іони, атоми, молекули) в кристалах розташовані не хаотично, а в певному порядку. В будові кристалічної гратки, яка є своєрідним скелетом кристалів, виділяються:

1) плоскі сітки атомів або іонів;

2) ряди атомів або іонів – лінії перетину плоских сіток;

3) вузли кристалічної гратки – точки перетину рядів.

Грані кристалів відповідають плоским сіткам, ребра – рядам, а вершини – вузлам кристалічних граток.

3. Симетрія (з грецької – „співрозмірність, пропорційність”) – закономірне повторення в розташуванні граней, ребер і вершин на поверхні кристалів.

В будові кристалічної гратки можна виділити площини, по відношенню до яких всі складові частинки кристалу розташовані симетрично. Можна також провести прямі лінії – осі, при повороті навколо яких положення цих частинок закономірно повторюється. Звідси можна зробити висновок, що для кристалу, як і для кристалічної гратки також характерні аналогічні площини і осі, тобто він є симетричним.

Всі описані вище властивості характерні лише для кристалічних речовин. Для аморфних речовин (з грецької – „безформних”) не властива закономірність внутрішньої будови; частинки, які їх складають, розташовані хаотично, як у рідині. Часто їх порівнюють з переохолодженими рідинами. Тому аморфні тіла ізотропні, для них не характерна симетрія і здатність до самообмеження. Прикладами аморфних речовин є скло, пластмаси, клеї, смоли, затверділі колоїди (гелі).

3. Елементи симетрії

Віссю симетрії називається уявна пряма, при повороті навколо якої на один і той же кут відбувається поєднання усіх реальних частин фігури. Кількість таких поєднань при повороті на 360^о називається порядком осі (n). Кут повороту до чергового поєднання позначається . Вісь симетрії і її порядок позначаються L_n.

Осі проходять через грані, ребра і вершини. В кристалах мінералів існують осі першого, другого, третього, четвертого і шостого порядку. L₁ і L₂ – осі нижчих порядків, L₃,L₄ і L₆ – осі вищих порядків.

= 360⁰/n; ; ; ; ; .

Деякі кристали не мають осей симетрії.

Площиною симетрії називається уявна площина, яка ділить кристал на дві рівні частини так, що одна з них є віддзеркаленням іншої. Площини симетрії позначаються Р.

Якщо площин симетрії в даному кристалі декілька, то перед позначенням площини ставитися їх кількість – 3Р.

Для значної кількості кристалів характерна відсутність площин симетрії.

Центр симетрії (інверсії) – уявна точка всередині кристалу при проведенні через яку кожна пряма зустрічає на рівній від неї відстані однакові і дзеркально обернено розташовані частини кристалу.

Центр симетрії позначається С.

Якщо кожна грань кристалу має собі рівну, паралельну і дзеркально обернену грань, в даному кристалі є центр симетрії.

Для багатьох кристалів характерна відсутність центру симетрії.

В природі можливі тільки 32 види симетрії. Види симетрії об’єднуються в сингонії (від грецької „син” – „подібний”, „гоніо” – „кут”). Виділяють 7 сингоний:

1) Триклінна: ;

2) Моноклінна: ; ;

3) Ромбічна: ;

4) Тригональна: ; ;

5) Тетрагональна: ;

6) Гексагональна: ; ;

7) Кубічна: ;

Рис. 1.1. Кристалографічні системи координат та правила установки кристалів.

Триклінна, моноклінна і ромбічна сингонії, для кристалів яких не характерні осі вищого порядку, відносяться до нижчої категорії.

Тригональна, тетрагональна і гексагональна сингонії, для кристалів яких характерна наявність однієї осі вищого порядку, відносяться до середньої категорії.

Кубічна сингонія, для кристалів яких характерна наявність декількох осей вищого порядку, відносяться до вищої категорії.

Модель кристалу слід розташовувати так, щоб максимальна кількість граней знаходилась у вертикальному положенні.

Тема 2. Прості форми кристалів та їх комбінації

Сукупність граней, яка може бути отримана з початкової грані при дії всіх елементів симетрії даного кристалу, називається простою формою.

Грані кристалу можуть утворювати одну, дві або декілька простих форм. Поєднання двох або декількох простих форм називається комбінацією простих форм.

Кількість простих форм кристалу визначається за кількістю різних за формою граней на поверхні кристалу.

Для кристалів сингоній нижчої категорії характерні наступні прості форми (рис. 2):

а – моноедр (з грецької «монос» – «один», «едрос» – «грань») – проста форма, представлена однією гранню;

б – пінакоїд (з грецької «пінаксіс» – «дошка») – дві рівні паралельні грані, які можуть бути обернено розташовані;

в – діедр (з грецької «ді» – «два», «едрос» – «грань») – дві рівні грані, які взаємно перетинаються;

г – ромбічна призма – чотири рівні попарно паралельні грані, які в перетині утворюють ромб;

д – ромбічний тетраедр – чотири рівні грані, що перетинаються по ребрах, та мають форму нерівнобічних трикутників;

е – ромбічна піраміда – чотири рівні грані, що перетинаються по ребрах, які сходяться до однієї точки – вершині фігури;

ж – ромбічна діпіраміда – восьмигранна проста форма, яку можна розглядати як дві ромбічні піраміди, що мають спільну основу ромбічної форми.

Рис. 2.1. Прості форми кристалів нижчої категорії.

Присутність ромбічної призми і ромбічної піраміди обумовлює обов’язкову присутність інших простих форм (відповідно, пінакоїду та моноедру) для забезпечення замкнутості фігури.

У комбінаціях кристалів середньої категорії з названих вище простих форм зустрічаються тільки моноедр і пінакоїд; характерними простими формами є тригональні, тетрагональні і гексагональні призми, піраміди і діпіраміди, які в перетині, перпендикулярному до осей, відповідно, третього, четвертого або шостого порядку мають форму рівнобічного трикутника, чотирьохкутника (квадрату) і шестикутника (рис. 2.2).

Для кристалів вищої категорії (кубічної сингонії) характерні п’ятнадцять простих форм (рис. 2.3). Найбільш поширені дві з них:

Куб (гексаедр) – сукупність шести попарно паралельних квадратних граней.

Октаедр – сукупність восьми попарно паралельних граней, форма яких – рівнобічний трикутник.

Жодна проста форма нижчої і середньої категорій у кристалах кубічної сингонії не може бути присутньою.

Рис. 2.2. Призми, піраміди і діпіраміди середньої категорії (верхній ряд – їх перетини): а) тригональна; б) дітригональна; в) тетрагональна; г) дітетрагональна; д) гексагональна; е) дігексагональна.

Рис. 2.3. Прості форми кристалів вищої категорії.

Таблиця 2.1

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: