Симметрия и простые формы кристаллов ограненные и неограненные кристаллы

Кристаллы минералов — одно из чудес природы. Совершенство геометрических очертаний мелких и небольших кристаллов всегда кажется загадочным неопытному наблюдателю. Менее совершенны, но также удивительны своими размерами кри­сталлы-гиганты (табл. 4). Присмотревшись к кристаллам одного и того же мине-

Таблица 4. Примеры гигантских кристаллов разных минералов

Минерал	Размеры, масса	Место обнаружения
Медь	420 т(сросток)	США
Серебро	1350 кг (сросток)	»
Золото	153 кг	Чили
Алмаз	602 г	ЮАР
Сера	14 X 13 X 4 см	Италия
Сфалерит	7 см	Югославия
Галенит	25 см	Великобритания
Стибнит	60 см	Япония
Пирит	50 см	Греция
Флюорит	2 м	США
Шпинель	26,8 кг	»
Корунд	152 кг	ЮАР
Сапфир	240 г	Шри-Ланка
Кварц	70 т	Казахстан
Колумбит	1 т	США
Кальцит	6 X 2 м	Исландия
Гипс	8 X 3 м	Чили
Гранат	1 т	Норвегия
Циркон	7 кг	Канада
Топаз	270 кг	Бразилия
Берилл	200 т	»
Турмалин	2,7 м	США
Сподумен	15,7 м
Мусковит	9 X 2,3 X 9,9 м	Канада
Калиевый полевой шпат	10 м	Норвегия
Изумруд	20 X 20 см	Россия

рала, мы быстро замечаем, что все они отличаются друг от друга по особенностям своей морфологии и размеру. Бросается в глаза, что минералы хорошо окристаллизо-ваны чаще всего в полостях, трещинах, вулканических миндалинах, т.е. в свободном пространстве. Но и здесь хорошо огранены только их свободно росшие, не стесненные соседями части. Зерна минералов в плотных агрегатах — в граните, руде, мраморе — это тоже кристаллы, но без геометрически правильной их огранки.

Характер огранки природных кристаллов полностью отражает характер строения их кристаллических решеток и условия кристаллизации минералов.

Модели роста кристаллов

Не касаясь сложных вопросов образования мельчайших кристаллических зароды­шей, рассмотрим главные теоретические модели их дальнейшего разрастания.

Модель послойного совершенного роста кристаллов. Частицы присоеди­няются к растущему кристаллу и закрепляются на нем, если при этом происхо­дит выделение энергии. По расчетам В.Косселя и И. Странского, присоединение частицы к разным точкам поверхности кристалла сопровождается разным выигры­шем энергии. Согласно их данным, выгоднее всего присоединение частицы к входя-

" ° щим углам на поверхности кристалла

(рис. 15). Поэтому быстрее всего на кристаллах дорастают плоские сет­ки—кристаллы как бы растут сло­ями, которые быстро движутся по их поверхности до границ кристалла. Модель послойного роста кристаллов хорошо объясняет их плоскогран-ность, но не дает ответа на вопрос, почему кристаллы, став плоскогран­ными, все же продолжают расти. Расчеты показывают, что для того чтобы следующие частицы осели на идеально плоскогранный кристалл и образовали на нем новые слои роста, необходимо громадное пересыщение вещества. Эти теоретически рас­считываемые пересыщения намного больше тех концентраций веществ, при которых кристаллы все-таки ра­стут в лабораториях и, видимо, в при­роде. Объяснение этому кажущемуся противоречию дает модель роста кри­сталлов за счет их дефектности.

Модель послойного роста за счет дефектов в кристаллах

Де­фектами называются нарушения обычной для идеального кристалла однородности его строения. Слож­ные процессы изоморфизма и адсорб­ционные явления на поверхностях ра­стущего кристалла приводят к де­фектности его строения—точечной, линейной и объемной. Точечные де­фекты вызываются в первую очередь изоморфным замещением. Атом (ион) изоморфной примеси в узле кристал­лической решетки, появление меж-узельных атомов, отсутствие частиц

Рис. 15. Разные варианты перехода ча­стицы на поверхность растущего кристалла.

Наиболее прочно положение частиц в по­зиции 3, наименее — в позициях 1, 5, 6.

Рис. 16. Некоторые типы точечных дефектов в кристаллах.

в некоторых узлах, остающихся вакантными (рис. 16), —все это нарушает регуляр­ность строения кристалла и существенно влияет на его рост—каждый точечный де­фект может оказаться более выгодным для присоединения здесь частицы следующего слоя на кристалле.

Линейные краевые дислокации могут возникнуть, например, при изменении хими­ческих условий роста кристаллов, когда содержание изоморфных примесей во вну­тренней зоне и внешней части кристалла различается. Из-за разного размера ча­стиц расстояния между одними и теми же плоскими сетками различны во внутренней и внешней зонах кристалла, а часть плоских сеток превращается в полуплоскости (Б на рис. 17, а). Граница этой полуплоскости и есть краевая дислокация, она явля­ется местом облегченного присоединения частиц к растущему кристаллу.

Рис. 17. Схема реального строения кристаллической решетки (а) с точечными дефектами (В, Г), краевой (Б) и винтовой (А) дислокациями.

За счет винтовой дислокации на поверхности кристалла все­гда имеется "ступенька", к которой легче всего присоединя­ются частицы растущего кристалла (6).

Наиболее существенную роль в росте кристалла играют винтовые дислокации. Эти закрученные по спирали плоские сетки (Л на рис. 17, а) образуются по-разному. На­пример, они могут возникнуть при механических деформациях кристаллов. Дру­гой способ образования—"огибание" разрастающимися плоскими сетками осевших на грань частиц и молекул, чужеродных по отношению к кристаллу. На винтовых дисло­кациях входящий угол спирального слоя ("ступенька винтовой лестницы", рис. 17, б) является местом наиболее выгодного присоединения частиц к кристаллу, а поскольку входящий угол—ступенька на растущем спиральном слое, зарастая, все время со­храняется и движется по спирали, каждая винтовая дислокация является активным центром роста кристаллов. Такая модель роста кристаллов теоретически разработана Д. Бартоном и Дж. Франком в 40-х годах этого века.

Концентрации различных по своей природе дислокаций в кристалле обычно дости­гают 101 —105 на 1 см2. Дефектное строение кристаллов является мощным фактором их роста.