Кристаллохимия и минерология

51

3.3.УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Вкачестве учебного пособия студентам рекомендовано использовать литературу [1] и [2].

3.4.ГЛОССАРИЙ (краткий словарь основных терминов)

Анизотропность – особенность однородного тела, обладающего одинаковыми свойствами по параллельным направлениям и, в общем случае, неодинаковыми свойствами по непараллельным направлениям.

Атомными или ионными радиусами являются минимальные расстоя-

ния, на которые центры атомных или ионных (соответственно)сфер могут приближаться к сферам соседних атомов или ионов.

Изоморфизм- способность химических элементов (атомов или ионов) замещать друг друга в кристаллах. В кристаллических структурах частицы могут взаимно замещать друг друга, если они обладают близкими радиусами сфер и сходством сил связи.

Координационное число- это число атомов в атомных структурах или ионов противоположного знака в ионных структурах, располагающихся в ближайшем окружении соответственно данного атома или иона.

Кристаллическая решетка- упорядоченное пространственное периодическое расположение атомов или ионов в кристалле. Точки кристаллической решётки, в которых расположены атомы или ионы, называются узлами кристаллической решётки.

Кристаллы – твёрдые тела, атомы или молекулы которых образуют упорядоченную периодическую структуру (кристаллическую решетку). Кристаллы обладают симметрией атомной структуры, соответствующей ей симметрией внешней формы, а также анизотропией физических свойств. Кристаллы соответствуют равновесному состоянию

52

твердых тел: каждому веществу, находящемуся при данных температуре и давлении, в кристаллическом состоянии соответствует определенная атомная структура. При изменении внешних условий структура кристаллов может изменяться. Большинство природных и технических твёрдых материалов являются поликристаллами, одиночные кристаллы называются монокристаллами.

Кристаллография (от Кристаллы и графия)- наука о кристаллическом состоянии вещества. Изучает строение, образование, симметрию и свойства кристаллов. Зародилась в древности и развивалась в тесной связи с минералогией как наука, устанавливающая законы огранения кристаллов. В дальнейшем была развита теория симметрии внешней формы кристаллов и их внутреннего строения. Совокупность методов описания внешней формы кристаллов и их закономерности составляет содержание геометрической кристаллографии. Структурная кристаллография исследует атомно-молекулярное строение кристаллов методами рентгеноструктурного анализа.

Кристаллографические индексы -три целых числа, определяющие расположение граней и атомных плоскостей кристалла (индексы Миллера), а также направлений в кристалле и его рёбер (индексы Вейса) относительно его кристаллографических осей.

Кристаллохимия - изучает зависимость структуры и свойств кристаллов от их химического состава.

Минерал- природное тело, образующееся в результате физикохимических процессов в глубинах и на поверхности Земли.

Минералогия- наука, изучающая земную кору. Минералогия исследует как продукты естественных реакций в земной коре, так и аналогичные им искусственные вещества, являющиеся побочным продуктом технологических процессов или же специально синтезируемые для различных технических целей.

53

Минеральный индивид- это относительно однородные по химическому составу и структуре образования, имеющие поверхность раздела.

Монокристаллы- отдельные целостные кристаллы.

Однородность- свойство физического тела быть одинаковым во всем объеме.

Осью симметрии- называется прямая линия, вокруг которой несколько раз повторяются равные части симметричной фигуры.

Плоскостью симметрии- называется плоскость, разделяющая фигуру на две зеркально-равные части, расположенные друг относительно друга как предмет и его зеркальное отражение.

Поликристаллы- агрегаты многих мелких кристаллов.

Полиморфизм -свойство некоторых веществ существовать в нескольких кристаллических состояниях (модификациях) с разной структурой и различными физико-химическими свойствами. Примералмаз и графит.

Примитивной элементарной ячейкой называется ячейка, внутри кото-

рой нет узлов.

Пространственные группы Федорова- это математически выведенные и обоснованные все возможные геометрические законы пространственного расположения частиц в кристаллах.

Симметрия кристаллов - закономерность атомного строения, внешней формы и физических свойств кристаллов, заключающаяся в том, что кристалл может быть совмещён с самим собой путём поворотов, отражений, параллельных переносов (трансляций) и других. преобразований симметрии, а так же комбинации этих преобразований.

Сингония - классификационное подразделений кристаллов по признаку симметрии элементарной ячейки кристалла, характеризуется соотношениями между её рёбрами и углами. Существует 7 сингоний: кубическая, гексагональная, тетрагональная, тригональная, ромбическая, моноклинная и триклинная.

54

Спайностью- называется свойство кристаллов раскалываться по определенным кристаллографическим плоскостям-граням.

Способность самоограняться – свойство кристаллического тела, принимающего многогранную форму при определенных условиях.

Твердость кристаллов. Под твердостью подразумевается степень сопротивления материалов внешнему механическому воздействию – давлению, шлифованию, сверлению, царапанию и т.д.Определение твердости минералов осуществляется с помощью специальных приборовтвердомеров.

Трансляцией- называется симметричное преобразование, с помощью которого точка повторяется в пространстве.

Узлами ряда- называются одинаковые точки, связанные между собой трансляциями а в бесконечном ряду.

Центр симметрии- называется особая точка внутри фигуры, при этом любая проведенная через эту точку прямая по обе стороны от неё и на равных расстояниях встречает соответственные точки фигуры.

Элементарная трансляция или период идентичности- это кратчайшее из возможных расстояний между одинаковыми точками в ряду.

Ячейками сетки называются параллелограммы, вершины которых являются узлами.

3.5. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

3.5.1. Общие указания

Цель лабораторных работзакрепление основных теоретических положение и приобретение навыков проведения исследований. Перед

55

выполнением лабораторных работ студенты должны ознакомится с инструкцией по технике безопасности при работе с электрическими приборами и правилами осторожного обращения с оптическими приборами.

Отчет оформляется каждым студентом последовательно по мере выполнения работ.

Зачеты по практическому курсу выставляются на основе зачета по каждой из работ. К зачету по теоретическому курсу студенты допускаются только при наличии зачета по лабораторным работам.

Лабораторные работы выполняют согласно руководству [3]

3.5.2. Методические указания к выполнению лабораторных работ

Работа 1.Определение элементов симметрии, класса симметрии, сингонии, категориии простых форм в многогранниках

Цель работы

Познакомиться с классификацией кристаллов на основе их симметрии, закрепить теоретические знания об элементах симметрии и о простых формах кристаллов.

Порядок выполнения работы

Для выполнения данной работы студент получает модель реального кристалла и последовательно определяет все элементы симметрии. Плоскость симметрии П определяется легко. Применяя теорему 1 можно найти ось симметрии, перпендикулярную плоскости П. Применяя теоремы сложения элементов симметрии, студент находит полную формулу симметрии многогранника, далее он определяет название сингонии и класс симметрии.

Затем определяются названия простых форм, образующих комбинацию в рассматриваемом многограннике. Для этого одинаковые гра-

56

ни продолжаются до их пересечения, тогда воображаемая фигура будет соответствовать одной из сорока семи простых форм, известных в кристаллографии.

Литература:

[1],с.29…39; [2],с.18…32.

Работа 2. Построение Построение стереографических и гномостереографических проекций.

Цель работы

Научить наносить результаты измерения кристаллов на стереографическую проекцию и решать задачи по определению кристаллографических констант, нахождение символов граней, ребер, поясов и т.п.

Порядок выполнения работы

Для выполнения работы студент измеряет сферические координаты некоторых граней исследуемого кристалла (модели) и выполняет ряд построений для определения требуемых параметров.

Литература:

[1],с.21…29.

Работа 3. Обозначение граней и ребер кристаллов индексами

Цель работы

Дать представление о кристаллографических индексах, научить методам расчета индексов по сферическим координатам и по гномоническим проекциям.

Порядок выполнения работы

57

Для выполнения данной работы студент, используя пластилин укрепляет кристаллы на кристаллоносце. После этого студент осуществляет измерение углов φ по горизонтальному лимбу и углов ρ по вертикальному лимбу гониометра. Наблюдение ведется при помощи зрительной трубы гониометра. Результаты измерений заносятся в таблицу.

Символы пар граней, необходимые для расчета символов ребер, определяются по методу косинусов.

Литература:

[1],с.15…21.

Работа 4. Определение твердости кристаллов

Цель работы

Изучение твердости минералов как одного из важнейших механических свойств.

Порядок выполнения работы

Для выполнения данной работы студент должен измерить на видеоконтрольном устройстве диагональ отпечатка алмазной пирамиды, получаемого на микротвердомере ПМТ-3. Измерение диагонали производится с использованием окулярной шкалы. Затем по соответствующим формулам производится вычисление твердости исследуемого объекта.

Литература:

[1],с.302…306.

Работа 5.Определение минералов по макроскопическим признакам

Цель работы

Изучение физических и химических свойств минералов.

58

Порядок выполнения работы

Для выполнения данной работы студент получает рабочую коллекцию образцов. Каждый из образцов изучается детально. При этом необходимо тщательно осмотреть его с лупой или под микроскопом и записать результаты осмотра (блеск, цвет и пр.).Далее следует проверить магнитную восприимчивость минерала, определить его твердость. Затем необходимо проверить способность минерала светиться в ультрафиолетовых лучах. Следует также проверить действие соляной и азотной кислот на минерал, используя для этого мелкие осколки. Действие реактива следует наблюдать в лупу или под микроскопом. Необходимо отметить растворимость минерала, характер наблюдаемой реакции, окрашивание растворителя и другие особенности. После выполнения перечисленных операций по определению свойств желательно назвать минерал или определить класс, к которому он относится.

Литература:

[2],с.670…671.

Работа 6. Определение минералов под микроскопом по оптическим

свойствам.

Цель работы

Идентифицировать минералы под микроскопом в проходящем све-

те.

Порядок выполнения работы

Для выполнения работы студент знакомится с конструкцией поляризационного минералогического микроскопа. Для исследования студент получает прозрачный шлиф горной породы, содержащий 3-4 мине-

59

рала. Определяется показатель преломления минерала путем сравнения с образцом и путем сравнения с цветной номограммой, которая имеется в лаборатории. Порядок окраски устанавливается с использованием кварцевого клина. Кроме цвета интерференции необходимо определить толщину прозрачного шлифа. По полученным значениям устанавливается группа минералов, из которой по другим характерным оптическим свойствам идентифицируется исследуемый объект.

Литература:

[2],с.723…725.

4. БЛОК КОНТРОЛЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1.КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Впроцессе изучения дисциплины "Кристаллохимия и минералогия" студенты выполняют одну контрольную работу.

При подготовке к выполнению контрольной работы необходимо ознакомиться с соответствующими разделами рекомендованной литературы [4] .

60

Этапы расчётов сопровождаются необходимыми пояснениями, приведением соответствующих расчетных зависимостей и результатов вычислений.

Вариант и значения исходных данных должны соответствовать последней цифре шифра студента.

Выполненные контрольные работы сдаются на рецензирование.

4.1.1.Задание на контрольную работу

1.1.Нанести на сетку Вульфа гномостереографические проекции граней с координатами φ и ρ.

1.2. Измерить на сетке Вульфа сферические координаты (φ и ρ) всех граней.

4.1.2.Методические указания к выполнению контрольной работы

Задания заключаются в решении кристаллографических задач на основе заданных сферических координат полюсов граней, т.е. углов ρ и φ Значения этих углов представлены в таблице 7.

Значение сферических координат граней

Таблица 7

№№ ва-	Обозначе-	Координаты нормалей		Вид сим-	Измерен-	Измерен-
риантов	ние граней	к граням		метрии	ные коор-	ные углы
					динаты	между гра-
		ρ°	φ°		установ-	нями
					ленных
					граней
1	2	3	4	5	6	7
	a	90°00'	0°00'
0	m	90°00'	45°00'	4/mmm