Лекция 5. Структурные явления, химический состав (28.10.2020)

(СЛЕД СЛАЙД) Явление политипии в минералах

Политипия – явление многотипности. Не часто наблюдается в минералах. Обычно наблюдается в минералах со слоистой структурой.

Политипия – это способность одного и того же вещества кристаллизоваться в нескольких слоистых структурных модификациях, различающихся только поворотом или порядком чередования слоев.

Политипы при идентичности состава слоев отличаются способами их наложения друг на друга (имеют различную ориентировку и смещение по вертикальной оси). То есть политипные модификации отличаются способом наложения слоев друг на друга и вертикальным расположением (отличаются разным разворотом слоев относительно друг друга и разным числом слоев в пределах элементарной ячейки).

Политипы относятся к одному мин виду.

И в полиморфизме, и в политипии один и тот же хим состав, но полиморфизм характеризуется разными структурами и разными мин видами, а в политии симметрия фактически будет похожая, а мин вид будет один и тот же.

В случае политипов в пределах слоя параметры a и b будут одинаковы, потому что геометрия каждого слоя одинакова. И только меняется параметр с, потому что между слоями будет разное расстояние у одной и у другой политипной модификации. (СЛЕД СЛАЙД)

(СЛЕД СЛАЙД) Чтобы описать политипы, были введены спец символы – символы Л. Рамсделла.

Цифра на первом месте – кол-во слоев в элементарной ячейке (период повторяемости). По сути, это характеристика Z для элементарной ячейки (по сути, слой – это формульная единица).

Затем буква – означающая тип крист решетки Браве (сингонию):

• Кубическая – С;

• Моноклинная – М;

• Триклинная – ТС;

• Тригональная – Т;

• Ромбическая (орторомбическая) – О;

• Гексагональная – Н;

• Ромбоэдрическая – R.

Иногда после буквенных символов могут быть подстрочные индексы (1 и 2), которые указывают, с какими осями (1-й или 2-й) третья составляет угол ≠ 90°.

Пример: 1М и 2М – цифры говорят о том, что в первом случае в элементарной ячейке расположен всего 1 слой, а во втором случае в этой ячейке 2 слоя, моноклинная элементарная ячейка.

1М – элементарная ячейка, 1 слой. Следующая элементарная ячейка тоже содержит 1 слой => все слои в этом случае будут однотипными и будут иметь одинаковое параллельное расположение (так как всего 1 слой).

Продолжаем эту ячейку в трехмерном пространстве. 2М: 2 слоя, второй немного повернут относительно первого. В следующей ячейке тоже один слой будет повернут так, как первый слой предыдущей ячейки, а второй слой – как второй слой предыдущей ячейки, то есть эта «пачка» слоев транслируется/повторяется, поэтому если мы видим 2М, то каждый третий слой в структуре будет одинаково расположен как первый слой; а каждый четвертый слой – как второй слой.

2М₁ и 2М₂ (моноклинная сингония) – в элементарной ячейке по 2 слоя, немного повернутых между собой.

2М₁ – второй слой развернут, допустим, на 30° относительно первого. А в случае 2М₂ второй слой будет развернут, допустим, на 60° относительно первого. Это будут разные политипы, потому что этот разворот у вторых слоев будет отличаться.

Обычно при характеристике слоистых структур ищут эти символы.

Если полиморфные модификации образуются в разных условиях температуры и давления, то у политипов условия образования пока точно не установлены (пока невозможно точно указать границы Р-Т условий их существования).

Политипы могут существовать вместе, часто присутствуют в виде смеси нескольких политипов даже в одном монокристалле. Более того, в пределах одного и того же кристалла может обнаруживаться присутствие разных политипных модификаций, то есть на каком-то участке слои имеют одно расположение, а на другом участке – другое относительно друг друга. Казалось бы кристалл образуется в одной среде, но видимо что-то случается и слои начинают нарастать с разным разворотом. (СЛЕД СЛАЙД)

(СЛЕД СЛАЙД) Физические свойства политипов

У полиморфов физ свойства, больше связанные со структурой, разные, а у политипов фактически одинаковые физ свойства. Политипы могут различаться иногда лишь некоторыми оптическими константами. (СЛЕД СЛАЙД)

(СЛЕД СЛАЙД) Порядок и беспорядок в структурах минералов

Порядок – это идеальное состояние структуры и такая структура называется совершенно упорядоченной. Что значит идеальное состояние структуры? Ответ: имеем какую-то хим формулу минерала, и каждый структурный элемент крист решетки занимает строго фиксированную позицию.

Любое отклонение от идеального состояния – это беспорядок, а соответствующие им структуры – неупорядоченные.

Суть явления: в случае порядка/беспорядка не меняется тип хим связи структурных единиц и прочность структуры. Меняется только их расположение в структуре (позиции в узлах крист решетки). Иногда их изменение расположения в структуре приводит к изменению симметрии структуры (меняется сингония, но хим связь остается такой же).

Степень упорядочения/симметричности структуры определяется температурой образования (зависит от нее).

Низкотемпературные минералы – полное упорядочение, более низкая симметрия. Почему упорядоченное состояние низкотемпературное? Ответ: при низкой температуре вещество уже отдало всю внутреннюю энергию, находится в стабильном состоянии. Низкотемпературные условия не возбуждают минералообразующую среду, не выводят ее из равновесия.

Высокотемпературные минералы – в разной мере неупорядоченные, имеют более высокую симметрию. При высокой температуре система возбуждена, структура находится в разупорядоченном состоянии. Такая структура статистически имеет более высокую симметрию. (СЛЕД СЛАЙД)