1. Кристаллография

Окружающий нас мир состоит из кристаллов. Мы живем в мире кристаллов. Жилые здания и промышленные сооружения, самолеты и ракеты, теплоходы и тепловозы, горные породы и минералы слагаются из разнообразных кристаллов. Из кристаллов состоят и такие вещества, как каучук, сажа, шерсть, шелк, целлюлоза, кости и многие другие предметы. Мы едим кристаллы, лечимся ими и частично сами состоим из кристаллов.

Изучением кристаллического строения минералов и других веществ занимается наука кристаллография. Кристаллография подразделяется на три вида: геометрическую, занимающуюся описанием различных форм встречающихся кристаллов, физическую, или кристаллофизику (включая кристаллооптику), и химическую, или кристаллохимию.

Физическая и химическая кристаллографии изучают зависимость физических и химических свойств от особенностей кристаллического строения минералов. Кристаллооптика изучает оптические свойства кристаллов.

Среди природных минералов преобладают минералы кристаллического строения: их 98 %. В связи с этим, изучению минералогии всегда предшествует знакомство с основными понятиями по кристаллографии.

Земная кора состоит из различных горных пород и минералов. Минералы – это природные химические соединения или самородные элементы, возникшие в результате разнообразных физико-химических процессов, происходящих в земной коре и на ее поверхности. Иными словами, минералы являются продуктами определенных физико-химических и термодинамических процессов, существующих в земной коре (температура, давление, состав компонентов). Минералы в природе находятся преимущественно в твердом состоянии. Реже встречаются жидкие (ртуть, вода) и газообразные (горючие газы, углекислый газ) минералы. Ниже приводится описание только твердых минералов

В настоящее время известно около 3000 минералов, включая и их разновидности. Из всех минералов лишь очень немногие имеют широкое распространение в составе горных пород. Они называются породообразующими. В курсе общего землеведения изучаются не все, а только главнейшие минералы.

1.1. Внешний вид минералов

Наиболее простой и распространенный метод изучения минералов – это знакомство с ними по внешним признакам, т. е. определение их макроскопическим путем, в отличие от микроскопического и других более точных методов, применяемых в минералогии, петрографии и минераграфии. Твердые минералы в большинстве случаев являются кристаллическими веществами, либо имеющими более или менее хорошо выраженную форму многогранников, либо встречающимися в виде неправильных по форме зерен или сплошных масс. Реже встречаются аморфные минералы, образующие бесформенные массы.

Основным признаком кристаллических веществ является строго опреде-ленная группировка слагающих их атомов и ионов, которые занимают соответствующие места в пространстве, образуя кристаллические решетки. Геометрически кристаллическая решетка представляет собой плотно пригнанные друг к другу многогранники (кубы, октаэдры, параллелепипеды, ромбоэдры и др.), в вершинах, центрах или серединах граней которых на строго определенном расстоянии располагаются атомы (или ионы). Они образуют так называемые узлы кристаллической решетки. Совокупность узлов, лежащих вдоль прямой и периодически повторяющихся через равные промежутки, образует ряд пространственной решетки, а совокупность рядов, расположенных в этой плоскости, – плоскую сетку кристаллической решетки.

Кроме явно кристаллических веществ, в земной коре широкое распространение получили скрытокристаллические, к числу которых относятся коллоиды. Как известно, к коллоидам относятся разнородные дисперсные системы, состоящие из дисперсной среды (растворитель) и дисперсной фазы (тонкораспыленные частицы). Среди коллоидов различают золи, в которых дисперсная среда преобладает над дисперсной фазой, и гели, в которых, наоборот, преобладает дисперсная фаза. Примером золей могут служить железистые воды, а гелей – лимонит (гель гидроокислов железа), опал (гель кремнезема) и др. Потерявшие с течением времени воду гели подвергаются перекристаллизации, при этом часто возникают радиальнолучистые, зернистые или волокнистые агрегаты, называемые метаколлоидами (бывшими коллоидами). Твердые коллоиды, как показали рентгеноструктурные исследования, представляют собой не аморфные, как считали ранее, а скрытокристаллические вещества.

Аморфные (стеклообразные) вещества характеризуются отсутствием кристаллического строения. Они подобны жидкостям или расплавам. Физические свойства аморфных веществ – электропроводность, теплопроводность, твердость, оптические свойства и др. – изотропны, т. е. они одинаковы во всех направлениях. Различие во внутреннем строении приводит и к различию свойств и внешних признаков кристаллических и аморфных веществ.