Экзаменационные вопросы по курсу минералогии с основами кристаллогра­фии Билет 1

Основные характеристики кристаллического и аморфного состояния вещества:

Кристаллом называется твердое вещество построенное по принципу упорядоченной пространствен­ной решетки. Важнейшие свойства кристаллов: однородность (во всем объеме тело обнаруживает однородные свойства и анизотропность — неравносвойственность по взаимно непараллельным на­правлениям). Деформированные и дезинтегрированные кристаллы обладают свойством самоогране­ния (самостоятельного роста, регенерации) в подходящей среде.

Аморфное вещество не имеет упорядоченной структуры, атомы распределены в объеме твер-

дого тела не упорядоченно. Характеризуется неоднородностью и изотропностью.

Причины и условия образования кристаллов. Нуклеация.

Нуклеация – зародышеобразование: вероятность образования первого фрагмента кристаллической решетки контролируется двумя факторами:

- концентрационный фактор – рост кристаллов контролируется концентрацией минералообразующих частиц.

- энергетический фактор – кинетическая энергия сталкивающихся частиц.

В природе кристаллы образуются при различных геологических процессах из растворов, расплавов, газовой или твердой фазы.

На образование кристаллов влияют следующие процессы:

А) Адсорбция – частица близка к положению узла, но амплитуда тепловых колебаний велика настолько, что она еще в состоянии вырваться из сил притяжения соседних.

Б) Десорбция – кинетическая энергия не достаточно велика для того, чтобы частица вырвалась из поля притяжения плоской сетки, частица уходит в состояние газа.

В) Поверхностная диффузия – кинетическая энергия недостаточно велика, чтобы частица вырвалась из поля притяжения плоскостей сетки. Частица начинает перемещаться по поверхности плоской сетки, ища свободное место.

Билет 2

Кристаллы. Пространственная и кристаллическая решетка.

Геометрически правильная форма кристаллов обусловлена прежде всего строго правильным геометрическим внутренним строением. Пространственой решеткой называется такая трехмерная геометрическая система построенная по следующему принципу: существует система единичных элементарных точек (0-измерение), которые могут слагать прямую линию — ряд узлов (1-измерение), плоскую сетку (2-измерение), которые уже лагают саму пространственную решетку (3-измерение). В кристаллической решетке узлу пространственной соответствует угол кристалла, ряду — ребро, плоской сетке — грань.

Пересыщение, переохлаждение, условия встраивания частицы в решетки кристалла

Для роста необходимо, чтобы в среде присутствовал избыток ростовых частиц, обладающих достаточной энергией. Этот избыток является движущей силой кристаллизации, а его величина определяет скорость роста кристаллов.

Величина, определяющая избыток строительных частиц кристалла в среде, в которой происходит рост кристалла, называется пересыщением для раствора и переохлаждением для расплава. В первом случае – концентрация, а во втором – температура.

Билет 3.

Облик и габитус кристаллов.

Облик кристаллов — это внешний вид кристаллов, характеризуется в первую очередь отношением визуальных размеров самого кристалла. Одинаковые размеры во всех направлениях — изометричный облик. Вытянутые кристаллы в одном направлении — столбчатый,игольчатый, нитевидный облик. Деградировано одно направление — таблитчатый, листоватый облик.

Габитус кристаллов — более точное определение внешнего вида кристалла с точки зрения геометрии. Отражает степень развития той или иной простой формы в данном кристалле (призматический, бипирамидальный итд).

Послойный рост по механизму двумерного зародышеобразования.

Работы Косселя и Странского положили начало молекулярно-кинетической теории роста кристаллов. Теория объясняла явления послойного роста кристаллов с позиции атомно-молекулярного состояния поверхности растущего кристалла. Рассматривалась энергетическая выгодность присоединения отдельных частиц на различные позиции поверхности растущего кристалла. Частицы будут встраиваться в закономерную структуру кристалла там, где достройка ряда получит энергетическое преимущество (связь с поверхностью кристалла в 3-х направлениях), следующим по энергетической значимости будет положение, где частица ограничена с двух сторон. Наконец, наименее энергетически выгодным положением будет положение на гладкой поверхности кристалла. В этом положении частицы не могут удержаться на поверхности кристалла из-за высоких тепловых колебаний, вектор которых направлен по нормали к поверхности кристалла, кроме того совершаются тепловые колебания и параллельно поверхности (грани). Таким образом, после заполнения слоя наступает пауза в кристаллогенезе. Эти паузы и определяют скорость роста грани.

В процессе роста возникает два типа граней: атомно-гладкие с изломами в области ступенек, и атомно-шероховатые, характеризующиеся беспорядочным расположением адсорбированных частиц на поверхности грани.

Атомно-гладкие грани растут путем послойного отложения вещества, то есть, тангенциального перемещения ступеней, и остаются в процессе роста макроскопически плоскими (тангенциальный рост). При этом скорость роста разных граней будет различна. Кристаллы растут в виде многогранников.