Кристалічний та аморфний стан мінеральної речовини. Властивості кристалів.

Близько 98% мінералів мають кристалічну будову. Слово "кристал" походить від грецького , що означає лід або гірський кришталь, бо думали, що гірський кришталь (прозора, безбарвна різновидність кварцу) утворюється при таких же низьких температурах, як і лід. В спрощеному сучасному визначенні кристали – це тверді тіла, що утворились в природі або одержані штучно з мінеральної речовини і мають форму багатогранників.

Кристалічна будова мінералів зумовлена певним порядком розташування атомів та іонів, які щільно прилягаючи один до одного, утворюють різноманітні кристалічні решітки. Якби ми могли подивитись на порядок розташування атомів та іонів у мінералах, які складають кристали, то побачили б, що вони утворюють правильні геометричні фігури: куби, октаедри, паралелепіпеди, шестигранники, у яких грані є паралелограмами, або призми у яких основами будуть паралелограми, ромбоедри тощо. Внутрішня будова кристалів визначає і їх зовнішній вигляд. Вона також зумовлює фізичні і хімічні властивості мінералів.

Кристалічні форми і кристалічний стан мінеральної речовини вивчає наука – кристалографія. Для кристалів характерні такі властивості як симетричність, здатність до самоогранки, анізотропність.

Визначення симетричності кристалів зводиться до встановлення площин, осей і центру симетрії.

Площиною симетрії називають уявну площину, яка ділить кристал на дві дзеркально рівні частини. Таких площин у кристалі можна провести від одної до дев'яти.

Віссю симетрії називають уявну пряму, при повороті навколо якої на 360⁰ окремі елементи кристала повторюються 2, 3, 4 і 6 разів. Кількість осей симетрії у різних кристалів може змінюватись від одної до тринадцяти. Вони можуть проходити через центри протилежних граней, вершини протилежних кутів і середини протилежних ребер.

Центр симетрії – це уявна точка в середині кристала, від якої на рівній відстані знаходяться вершини і паралельні грані. Центр симетрії у кристалів один (детальніше про елементи симетрії кристалів див. у практикумах).

Здатність до самоогранки – це утворення плоских граней і прямих ребер як під час первинного утворення, так і при відродженні зруйнованого кристала (при створенні первинних умов).

Анізотропність (нерівновластивість) означає різну властивість (твердість, теплопровідність, проходження світла) в певних напрямках кристалів.

Якщо речовина, з якої утворюється мінерал, немає упорядкованого розташування атомів та іонів, то мінерал не матиме кристалічної будови (янтар, агат, опал та інші). Але для того, щоб утворився кристал, властивий певному мінералу, треба щоб він мав умови для вільного росту (наявність пустоти і тріщини в породах). Якщо вільного місця немає, чи його мало, то кристал не утворюється, або він буде мало схожий на типовий, хоч розташування елементарних частин буде у вигляді певної кристалографічної решітки. В таких випадках, наприклад, у галіту (кухонної солі) або піриту, кристал не буде мати типового вигляду куба. Не виросте в таких умовах і кристал апатиту, що має шестигранну призму.

І все-таки форм кристалів у природі дуже багато. Більшість із них навіть назвати важко. Та коли уважно придивитись до них, нерідко дуже складних форм, то можна помітити, що вони ніби складаються з кількох простих кристалів. Отже, в природі існують ще й різні комбінації кристалів.

Серед інших кристалів слід відзначити поліморфізм – здатність однакових хімічних речовин кристалізуватись у різних формах кристалів (алмаз і графіт). Інша особливість - здатність різних речовин утворювати кристали однакової форми (галіт і пірит) називається ізоморфізмом. Крім того, при утворенні кристала з певної речовини його сусідні грані формуються під постійним кутом. Грані можуть бути більшими чи меншими, ширшими чи вужчими, довшими чи коротшими, від чого кристали однієї і тієї ж речовини (наприклад, SiO₂ – кварцу) будуть мати різну форму (габітус). Але кути між відповідними гранями завжди постійні. Цей закон, який був установлений Ніколасом Стеноном ще в XVII столітті, одержав назву закону постійності граних кутів, або закону Стенона.

В залежності від довжини, ширини і товщини мінералів виділяють їх морфологічні типи і різновиди. Серед типів виділяють ізометричний, видовжений і сплющений. Ізоморфні кристали мають однакові розміри в усіх напрямках (гранат, магнетит, пірит). Видовжені характерні тим, що в них довжина значно перевищує ширину. Різновидами серед них будуть стовпчасті, голчасті, волокнисті, ниткоподібні (турмалін, гіпс, селеніт, хризотил-азбест). Сплющені мінерали товщину мають меншу, ніж ширину, причому нерідко в багато разів (ільменіт, різні слюди, гіпс кристалічний).

Крім того, при вивчені форм мінералів слід звертати увагу на штриховку на гранях (у кварцу, топазу, турмаліну), утворення двійників (ортоклаз, гіпс), характерне зростання тощо.

Дуже часто в природі трапляється сукупність багатьох кристалів або зерен мінералів одного і того ж походження, яка називається мінеральним агрегатом. Мінералів, що утворюють агрегати, багато. Серед них найчастіше кварц, гіпс, залізо-марганцеві сполуки, халцедон, кальцит та інші. Різні форми мінеральних агрегатів залежать не тільки від хімічного складу мінералів, а й від умов їх утворення. Це друзи, дендрити, конкреції, секреції, натічні форми та інші.

Друзи – це зростки добре утворених, переважно правильних кристалів, які прикріплені одним кінцем до породи. Якщо утворились дрібні кристали, то тоді їх називають щітками. Ці мінеральні агрегати утворились на стінках пустот і тріщин в результаті викристалізації речовини із розчинів і летючих компонентів.

Дендрити – це мінеральні тіла різної розгалуженої форми, які утворюються в результаті швидкої викристалізації в тонких тріщинах і порах порід (від гр.  -гіллястий, деревоподібний). У вигляді дендритів трапляється самородна мідь, золото, залізо-марганцеві сполуки та інші (мал.).

Конкреції – кулеподібні або неправильної округлої форми утворення, які виникають у пухких осадочних породах (переважно в пісках і глинах) в результаті стягнення мінеральної речовини до центрів кристалізації, якими часто бувають сторонні тіла. Кристали в такому випадку ростуть радіально від центру. Якщо розбити конкрецію, то часто можна побачити радіально-променеву або концентрично-зональну її будову. Розміри конкреції від 1 см до 1 м і більше. Найчастіше у вигляді конкреції трапляється фосфорит, марказит, залізо-марганцеві та інші утворення.

Ооліти – дрібні (до 10 мм) округлі утворення, які нагадують конкреції. Вони мають концентричну, рідше радіальну будову і утворюються при випаданні мінеральної речовини з водних розчинів. Мінеральна речовина, як і в попередньому випадку, стягується навколо дрібних сторонніх частинок. В такому вигляді часто утворюються руди алюмінію, марганцю, заліза, різновидність кальциту під назвою арагоніт та інші.

Секреції – мінеральні агрегати округлої форми, які утворились в таких же порожнин порід в результаті відкладання мінеральної речовини від краю до центру. Пустота може бути заповнена кристалічною або колоїдною речовиною. Часто в секреціях можна спостерігати забарвлення мінеральної речовини або відмінності в її складі. Найчастіше секреції утворюються в результаті заповнення порожнин різновидностями кварцу, кальцитом, сіркою та інші. Коли секреція не заповнюється всередині до кінця мінеральною речовиною, то такий агрегат називають жеодою. Часто всередину порожнини проростають дрібні кристали мінеральної речовини. Розміри секрецій приблизно дорівнюють конкреціям.

Натічні форми – мають різний вигляд, тобто будь-які форми, які можуть утворитися в порожнинах при обволіканні їх стінок колоїдними розчинами, або при просочуванні розчинів через тріщини. У поперечному розрізі натічні форми мають концентрично-зональну будову (малахіт, опал, халцедон, кальцит та тощо). Розміри натічних форм – від дрібненьких до великих стовпоподібних сталактитів і сталагмітів.

Зернисто-кристалічні агрегати – утворення, які складаються із одного або кількох зернистих мінералів, часто разом з добре вираженими кристалами (пірит, галеніт, апатит, граніт). В залежності від того, яку форму мають частинки мінералів, агрегати називають зернистими, листуватими, лускоподібними, волокнистими, голчастими тощо. Якщо розмір зерен мінералів більше 5 мм в поперечнику, такі агрегати називають великозернистими – від 5 до 1 мм – середньозернистими, менше 1 мм – дрібнозернистими.

Землисті агрегати (маси) – м'які, схожі на борошно утворення, в яких неозброєним оком не можна побачити кристалічні утворення. За кольором вони бувають білі (каолін), чорні (оксиди марганцю), вохристі (гідроксиди заліза) та інші. Найчастіше це продукт хімічного вивітрювання.

Псевдоморфози – мінеральні утворення, форми яких не відповідають даній речовині. Найчастіше це буває у випадках, коли мінеральною речовиною (кальцитом, фосфором, малахітом) заповнюється порожнина, яка утворилась, наприклад, в результаті розчинення черепашок, молюсків, залишків дерев, кристалів інших мінералів.

Крім того, дрібненькі форми кристаликів можна побачити (через мікроскоп або лупу) на поверхні порід у вигляді кірочки, нальоту, вицвіту.