![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Кристаллография и минералогия
- •Для студентов высших учебных заведений
- •Предисловие
- •Содержание
- •Введение
- •Основы кристаллографии
- •Глава 1. Аморфные и кристаллические вещества
- •Историческая справка о развитии геолого-минералогических наук. Закон Стенона
- •1.3 Аморфные и кристаллические вещества
- •1.4 Основные свойства кристаллов
- •Глава 2. Зарождение и рост кристаллов
- •2.1 Пути образования кристаллов
- •2.2 Выращивание кристаллов из растворов
- •Факторы, влияющие на облик кристаллов
- •Практическое значение кристаллизации растворов в технологии силикатов
- •2.5 Кристаллизация из расплавов и стекол
- •2.6. Промышленные методы выращивания кристаллов
- •Глава 3. Симметрия кристаллов и их классификация
- •3.1 Элементы симметрии
- •Р исунок 3.1 - Центр симметрии
- •3.2 Взаимодействие между элементами симметрии в кристалле
- •3.3 Классификация кристаллов
- •Глава 4. Простые формы и их комбинации в кристаллах различных сингоний
- •4.1 Распределение простых форм по сингониям и категориям
- •Расшифровка комбинированных форм
- •Глава 5. Установка кристаллов. Определение индексов граней
- •5.1 Понятие о кристаллографических символах
- •Установка кристаллов
- •5.3 Закон Гаюи
- •5.4 Практические рекомендации по определению кристаллографических символов
- •Глава 6. Стереографические проекции кристаллов
- •6.1 Принципы стереографического проектирования
- •6.2 Проектирование элементов симметрии кристаллов
- •Глава 7. Изучение пространственной решетки
- •7.1 Решетки Браве
- •7.2 Определение формульной единицы
- •7.3 Координационные числа и координационные многогранники
- •Глава 8. Плотнейшие упаковки
- •8.1 Понятие о кристаллохимическом радиусе
- •8.2 Виды плотнейших упаковок в структурах
- •8.3 Доля заполненных пустот
- •Глава 9. Типы физико-химических связей в кристаллах
- •9.1 Типы кристаллических структур
- •9.2 Металлический тип связи
- •9.3 Ионная или гетерополярная связь
- •9.4 Ковалентная (гомеополярная) или атомная связь
- •9.6 Водородная связь
- •9.7 Явление поляризации в кристаллических телах
- •Глава 10. Полиморфизм, изоморфизм
- •10.1 Определение полиморфизма, его типы
- •10.2 Примеры полиморфных переходов
- •10.3. Полиморфные превращения в системе SiO2
- •10.4 Понятие об изоморфизме
- •10.5 Виды изоморфизма
- •Глава 11. Главнейшие типы кристаллических структур
- •11.1 Способы моделирования кристаллов. Метод координационных полиэдров
- •11.2 Понятие о структурном типе
- •11.3 Примеры основных структурных типов
- •Тема 12. Кремнекислородные структуры
- •12.1 Особенности строения силикатов
- •12.2 Состав силикатов в виде структурных формул
- •12.3 Классификация силикатов по типу кремнекислородных группировок (радикалов, мотивов)
- •12.4 Особенности структур кварца, тридимита, кристобалита
- •Глава 13. Дефекты кристаллической решетки
- •13.1 Классификация дефектов кристаллической решетки
- •13.2 Нульмерные (точечные) дефекты
- •13.3 Линейные дефекты
- •13.4 Свойства дислокации
- •13.5 Влияние дислокации на скорость роста кристаллов
- •Минералогия
- •Глава 14. Минералогия. Свойства минералов
- •14.1 Наука «минералогия» и объекты ее исследования. Написание формул минералов
- •14.2 Морфология минералов
- •14.3 Явление двойникования и эпитаксии в реальных кристаллах
- •14.4 Физико-химические свойства минералов
- •Тема 15. Геологические процессы образования минералов
- •15.1. Классификация минералов и горных пород по генезису
- •15.2.Эндогенные процессы образования минералов и пород
- •15.3 Экзогенные процессы минералообразования
- •15.4 Метаморфические процессы минералообразования
- •Глава 16. Классификация минералов. Особенности различных классов минералов
- •16.1 Классификация минералов по с.Д. Четверикову
- •16.2 Класс самородных элементов
- •16.3 Сульфиды. Сульфаты
- •16.4 Галоидные соединения. Бораты. Фосфаты
- •16.5 Карбонаты. Нитраты
- •16.6 Оксиды и гидроксиды
- •Глава 17. Силикаты
- •Основные сведения о силикатах
- •17.2 Островные силикаты
- •17.3 Цепочечные и ленточные силикаты
- •17.4 Слоистые силикаты
- •17.5 Каркасные силикаты
- •Литература
16.2 Класс самородных элементов
Самородные элементы – это класс минералов, химический состав которых отвечает отдельным химическим элементам. По разным источникам к ним относятся 100, 80,90 минералов, что составляет 0,1% массы земной коры. Различают самородные:
Металлы |
Полуметаллы |
Неметаллы |
Au, Pt, Cu, Ag, Zn, Co, Ni, Fe |
As, Sb, Bi |
C, S, Se, Te |
Происхождение – эндогенное, т.е. при кристаллизации магмы (алмаз – в кимберлитовых трубках, платина – в ультраосновных породах, золото, серебро – в гидротермальных жилах, сера – в выделениях из вулканических газов). С метаморфическими процессами связано происхождение графита; самородное железо – типичный минерал метеоритов.
Кимберлитовые трубки – жерла древних вулканов, почти вертикально уходят на глубину 1000-2000м. Образовались в результате прорыва ультраосновной магмы из глубин недр Земли по узким каналам. Названы по южноафриканскому городу Кимберлей.
Для металлов характерен металлический тип связи, координационные структуры с плотнейшей кубической и гексагональной упаковкой. Свойства – высокая химическая инертность, высокий удельный вес, повышенная ковкость, небольшая твердость, отсутствие спайности.
Один из представителей платина Pt – широко используется для изготовления тиглей и лабораторной посуды при изучении и изготовлении специальных стекол, а также в качестве материала для термопар в различных печах. На Украине очень редкий минерал.
Золото Au – в виде соли AuCl3, а также в виде жидкого золота применяется для окраски стекла и получения так называемого «золотого рубина» - сортовая посуда вишнево-красного цвета по спецзаказу (фужеры, вазы и др.). Минерал инертный, что позволяет его использовать в электронике.
Крупнейший самородок золота (285 кг) найден в Западной Австралии. Из русских наиболее крупный «большой треугольник» - 36,02 кг (г. Миасс на Урале). На Украине среднераспространенный минерал.
Кристаллические структуры самородных неметаллов весьма разнообразны. Алмаз С характеризуется атомной (гомеополярной) связью с максимальной степенью ковалентности и тетраэдрической координацией атомов, что обусловливает его очень высокую твердость (в 1000 раз тверже кварца и в 140 раз тверже корунда) и устойчивость к высоким температурам и давлениям.
Используют алмаз в коронках буровых установок и в резцах металлообрабатывающих станков, как абразивный материал.
Алмаз имеет очень высокий показатель преломления = 2,41. После огранки алмаз превращается в бриллиант. Огранка – целая наука; иногда огранку кристалла производят месяцами, иногда – годами. В ходе огранки достигается максимальный блеск и игра света, т.е. разложение света.
Самый крупный алмаз найден в г. Куллинан (ЮАР) в 1905г, вес его составил 3025 карат (1 карат=0,2г) до обработки. Из него сделали 2 крупнейших бриллианта, 7 крупных (более 10 карат) и 96 мелких.
Российские алмазы – самый крупный «Орлов», украшает скипетр русского царя (194,8 карат) и «Шах» (88,7 карат). Последний имеет четкие, изящные надписи-гравировки, повествующие о его владельцах; до сих пор не известна технология их изготовления, - это подарок от персидского двора русскому царю в качестве выкупа за убийство Грибоедова, которое произошло в ходе вспышки беспорядков в Тегеране в 1820г.
Используют в ювелирном деле, валютно-финансовой сфере. На Украине относительно редкий минерал.
Алмаз, вес которого всего 621г по стоимости равен 94-188т чистого золота. Алмазы с редкой окраской ценятся особенно высоко: Павел 1 купил бриллиант красно-розового цвета массой 10 кр за 100000 руб. (корова в то время стоила 5 руб.). Чисто синий индийский алмаз «Гоппе» массой 44,5 кр является одним из самых ценных бриллиантов в мире.
Графит С – гексагональная модификация углерода, обладает слоистым типом структуры, т.е прочная связь между атомами углерода в одном слое и очень слабая между слоями. Твердость 1, плотность 2,2, весьма совершенная спайность, сильная анизотропия свойств. Особые свойства – тепло- и электропроводен. Имеет высокую огнеупорность (Тпл=3550оС) и кислотоустойчивость.
Применяется для изготовления электродов и огнеупорных графитовых блоков для атомных реакторов, тиглей, как смазочный материал, при производстве красок и карандашей.
Распостраненный минерал на Украине, например, Ждановское и Завальевское месторождения.
В 1939г. советский физик О.И. Лейпунский рассчитал параметры (температуру 2000оС и давление 60000 атм) для получения алмаза из графита (твердое телотвердое тело).
Первые микроскопические алмазы были получены в декабре 1945г. американскими учеными фирмы «Дженерал электрик». Как оказалось, шведы их несколько опередили (февраль 1953г.), но решив хранить в тайне свое открытие, сообщили о нем лишь после публикации фирмы «Дженерал электрик» и потеряли приоритет.
Первые советские искусственные алмазы были получены в 1960г. в лаборатории физики высоких давлений, возглавляемой Л.Ф. Верещагиным. Лабораторная кристаллизационная камера состояла из реакционной камеры, выполненной в виде толстостенной трубы из карбида вольфрама. Цилиндр окружен блоками уплотнений из пирофиллита (силикат алюминия) и высококачественной стали. Внутри трубы помещается порошкообразная шихта графита; камеру закрывают пуансоны, изготовленные из металла, катализирующего реакцию. Реактор нагревается прямым пропусканием тока или индукционным методом до температур 2000-2400оС. На границе металл – графит возникает тонкий слой кристаллов алмаза.
Сера S – молекулярный тип связи. Характерна для данного минерала хрупкость, летучесть, низкая твердость (1-2,5), невысокая температура плавления, алмазный блеск.
Возникает при вулканических процессах из газов и горячих растворов, биохимическим путем в осадочных породах, при разложении гипсоносных толщ, в зоне окисления сульфидов.
Идет на изготовление серной кислоты – основы химического производства, для изготовления красок, в том числе стекольной, керамической, бумажной, резиновой промышленностях, в сельском хозяйстве (для борьбы с вредителями) и т.д.
На Украине распространенный минерал – Роздольское, Немировское и др. месторождения в зоне сочленения Предкарпатского прогиба с Восточно-Европейской платформой.