Вопрос 24: полиморфизм, политипия и упорядочение структуры минералов.

В мире минералов случается обратная ситуация, когда хим. соединения одного и того же хим. состава в разных термодинамических условиях образуют совершенно разные кристаллические постройки – полиморфные модификации минералов. Само явление – полиморфизм. Полиморфные модификации минералов отличаются не только разными симметричными структурами, но и разными физ. свойствами. Крайний вариант такого различия: полиморфный С – графит и алмаз. Их структура разная (алмаз – кубическая, графит – гексагональная сингония, алмаз- самый твёрдый (10), графит – мягкий, плотность алмаза – 3,39 г\см, плотность графита – 2,2 г\см, алмаз – алмазный блеск, прозрачность, графит – непрозрачный, блеск-неметаллический, жирный), а состав одинаковый.В минералогии полиморфные соединения принято обозначать: α β γ.

Переход из одной полиморфной модификации в другую может быть обратимым (энантиотропным) или необратимым (монотропным). Скорость такого полиморфного превращения может быть очень быстрой или очень медленной. Очень быстрые полиморфные переходы происходят тогда, когда для такого перехода достаточно только небольшое смещение атомов и структурных узлов или изменение направления угла связи между атомами( самопроизвольные, обратимые, быстрые переходы).Характерны для природного кварца, α - Ag₂S (аргентит) – кубическая сингония при достижении 176 ^оС трансформируется в β - Ag₂S (аконтит) – моноклинная сингония. Форма кристаллов сохраняется при переходах. Образование – параморфоза (образование низкотемпературного минерала по высокотемпературному). В случае обратимых переходов сохранить высокотемпературную полиморфную модификацию закалкой не удается. При остывании она всегда будет переходить в низкотемпературную фазу. Необратимые полиморфные переходы требуют осуществления полной перестройки кристаллической структуры (реконструктивный переход). Самопроизвольно не протекают. →Возникшие в высокотемпературных условиях полиморфная модификация может сколь угодно долго оставаться в метастабильной для себя области (например, алмаз).

Довольно близко к явлению полиморфизма стоит явление упорядочения кристаллической структуры минералов (разновидность полиморфизма). Процесс упорядочения (переход от беспорядка к порядку) в распределении атомов наиболее хорошо сегодня изучен для калиевых полевых шпатов: KAlSi₃O₈. Каркасный алюмосиликат (основа – кремнекислородный и алюмокислородный тетраэдр). 3 тетраэдра кремния, 1 – алюминия. В случае кристаллизации высокотемпературного расплава алюминий в структуре с одинаковой статистической вероятностью занимает место любого из четырёх тетраэдров, однако, если температура более низкая, скорость кристаллизации более низкая, у алюминия появляется возможность выбрать из четырёх тетраэдров элементарной ячейки наиболее выгодный для себя. И весь алюминий в калиево-полевых шпатах концентрируется в одном месте (упорядоченно в распределении решётки). Это упорядочение изменит симметрию решётки и понизит его с моноклинной (сингедин) до низкотемпературного (микроклин). Ещё одной формой полиморфизма рассматривается явление политипии (многотипия). Проявляется в минералах со слоистым мотивом структуры (слюды, хлориды, графит, молибденит и тд.). Политипия выражается в том, что отдельные слои плоских сеток структуры сдвигаются друг относительно друга или поворачиваются на определённый угол, и это приводит к тому, что одинаковые по строению плоские сетки повторяются в направлении перпендикулярном этим сеткам через разное количество слоёв, т.е. их элементарные ячейки остаются по размерам в пределах сетки (по двум параметрам a и b), а по третьему параметру с удваивается. Так возникают политипы слоистых минералов, которые обычно обозначаются цифрой и буквой (мусковит – 2М (2 – через, сколько слоёв будет повторяться одинаковый слой плоской сетки, М – симметрия плоской сетки – моноклинная).

Полиморфные модификации минералов имеют важное значение для определения параметров (#температура – природные геотермометры, Т^о полиморфного перехода – const). Температуры полиморфных переходов минералов могут зависеть в определенной степени от давления системы и от химизма среды, где они в большей степени существовали.