Основи геології Лабораторна робота 1. Внутрішня будова і морфологічні ознаки мінералів

Мета заняття: ознайомити студентів з основними елементи симетрії кристалів та морфологічними ознаками мінералів.

Завдання: вивити на моделях основні елементи симетрії і зарисувати їх. Описати основні морфологічні ознаки мінералів на колекційних зразках.

Обладнання і матеріали: колекції мінералів

Загальні відомості про мінерали

Мінерали – це природні хімічні сполуки або самородні елементи, які виникли в результаті різних фізико-хімічних процесів, що проходять в земній корі і на її поверхні. Мінерали мають постійний хімічний склад і певні фізичні властивості.

Мінерали, з яких складається основна маса гірських порід, називають породотвірними. Вони можуть бути первинного (ендогенного) і вторинного (екзогенного) походження. Основні первинні мінерали – це польові шпати, олівін авгіт, слюди та ін.; вторинні – глинисті мінерали, лімоніт, кальцит, магнезит, гіпс. Ці мінерали утворюють основну масу ґрунтотворних порід і твердої фази ґрунту, зумовлюючи головні фізико-механічні та хімічні його властивості.

Мінерали, що зустрічаються в земній корі – це переважно кристалічні тіла, значно рідше вони перебувають в аморфному стані. Добре окристалізовані мінерали мають форму генетично правильних багатогранників, обмежених площинами-гранями. Такий вигляд кристалів є результатом їх правильної внутрішньої будови і навіть у дрібних уламках неправильної форми зберігаються всі властивості кристалічних тіл.

Крім явно кристалічних речовин, у земній корі дуже поширені приховано кристалічні речовини, до яких належать колоїди. До колоїдів відносяться різні дисперсні системи, що складаються з дисперсного середовища і дисперсної фази (тонко розпилених частинок). Серед колоїдів розрізняють золі, в яких дисперсне середовище переважає над дисперсною фазою, і гелі, в яких, навпаки, переважає дисперсна фаза. Прикладом золів можуть бути залізисті води, гелів - лімоніт (гель гідроокисів заліза), опал (гель кремнезему) та ін. З часом гелі втрачають воду і піддаються перекристалізації, причому часто виникають радіально-променисті, зернисті або волокнисті агрегати, які називаються метаколоїдами (колишніми колоїдами). Тверді колоїди, за даними рентгеноструктурних досліджень, - це приховано кристалічні речовини.

Аморфні (склоподібні) речовини характеризуються відсутністю кристалічної будови. Вони подібні до рідин або розплавів. Фізичні властивості аморфних речовин (електропровідність, теплопровідність, твердість, оптичні властивості тощо) ізотропні, тобто вони однакові у всіх напрямках. При нагріванні такі мінерали не плавляться, а розм’якшуються, бо вони є “твердими рідинами”.

Мінерали у вигляді правильних кристалів в природі зустрічаються порівняно рідко. Це або окремі кристали або їх зростки так звані друзи.

Мінерали із кристалічною будовою утворюють добре виражені правильні природні багатогранники, обумовлені будовою кристалічної гратки і характеризуються симетрією або кристалічною сингонією, тобто закономірною повторюваністю однакових ребер, кутів граней кристала в просторі.

В кожному кристалі можна виділити такі елементи:

1. площини, що обмежують кристал ззовні або так звані грані кристалу

2. ребра – лінії перетину граней кристалу;

3. вершини – токи перетину ребер;

4. кути кристалів – кути між гранями.

Часто в природних умовах під дією різних зовнішніх факторів змінюється форма граней, їх величина, в деяких випадках навіть кількість, відповідно може змінюватися розмір і кількість ребер кристалу. Але кути між відповідними гранями залишаються незмінними. Зовнішні форми і величини граней не можуть змінити орієнтування однієї грані відносно всіх сусідніх граней. Ця властивість кристалу формулюється у вигляді першого основного закону кристалографії – закону сталості гранних кутів. Суть цього закону полягає в тому, що кути між відповідними гранями одного й того самого мінералу однакові і сталі. За величиною гранних кутів можна визначити кожен мінерал.

Симетричність кристалів виражається у закономірному повторюванні їх елементів. Розрізняють такі елементи симетрії кристалів: площина (Р), вісь ( L) та центр ( С).

Площина симетрії (Р) – це уявна площина, яка ділить кристал на дві однакові і протилежно обернені дзеркальні частини.

Вісь симетрії ( L) – це уявна пряма лінія, при обертанні навколо якої на певний кут усі елементи кристалу повторюються декілька разів.

При повертанні навколо осі на повний оборот, тобто 360⁰ елементи кристалів можуть повторюватися 2-, 3-, 4- і 6 разів. Відповідно до цього осі будуть називатися осями другого, третього, четвертого та шостого порядків.

Центр симетрії ( С) – це уявна точка всередині кристалу, в якій перетинаються і діляться навпів усі діагоналі. В одному кристалі може бути тільки один центр симетрії.

Всі елементи симетрії в кристалах знаходяться у взаємному зв’язку. Встановлено, що в природі в мінералів зустрічаються строго обмежене число комбінацій елементів симетрії. Існує 32 різні комбінації ( класи) елементів симетрії. За ступенем складності всі класи елементів симетрії групуються у сім кристалографічних сингоній: кубічну, тетрагональну(квадратну), гексагональну, тригональну, ромбічну, моноклінну, триклинну.

За ступенем розвитку кристалів і за характером елементів симетрії сингонії поділяють на вищі, середні та нижчі категорії. Триклінна, моноклінна і ромбічна сингонії належать до нижчої категорії, тригональна, гексагональна і тетрагональну – до середньої, кубічна сингонія – до вищої.

Кожна сингонія характеризується певним числом осей і площин симетрії, наявністю чи відсутністю центру симетрії. Одна й та сама кристалографічна сингонія може мати кристали з різним числом площин і осей, але вони не перевищують певного максимального числа симетрії.