9. Явление политипии в минералогии. Сходство и отличие от полиморфизма.

Политипия- способность одного и того же вещества кристаллизоваться с образованием разных структурных слоистых модификаций. (Политипы относятся к одному минеральному виду)

Политипия- свойство, характерное для минералов со слоистой структурой, заключающееся в том, что отдельные слои могу иметь отличную ориентировку и расстояние между слоями.

Явление политипии, наблюдаемое в минералах со слоистой структурой, можно считать особым частным случаем полиморфизма. Образование политипов связано с вариациями способов наложения друг на друга слоев идентичного состава и строения в структуре таких минералов. При этом однотипные слои могут иметь различную ориентировку и смещение относительно друг друга.

10. Явление структурного порядка и беспорядка в минералогии.

Кристаллические структуры – трехмерные пространственные решетки, в узлах которых размещены их структурные единицы (атомы, ионы или их группы). Если элементарные ячейки (параллелепипеды) расположены строго параллельно и, следовательно, все места в структуре заняты одинаковыми структурными единицами, то положение структурных единиц называется порядком, а сама структура называется совершенно упорядоченной.

Порядок – идеальное состояние вещества .

Беспорядок – отклонения от идеальной структуры (неупорядоченная структура).

Упорядочение –стремление вещества перейти в идеальное состояние.

Степень упорядочения зависит от температуры:

• Высокотемпературные – состояние беспорядка;

• Низкотемпературные модификации – упорядоченные.

11. Химический состав минералов. Атомы, ионы, их размеры и закономерности их изменения в пределах периодической системы Менделеева.

• Минералы постоянного состава – группа минералов, состав которых всегда постоянен

• Минералы переменного состава – изоморфные смеси 2,3 и > компонентов. Состав колеблется в узких и широких пределах

Атомные модели:

1. Планетарная (Нильс Бор)

2. Квантово-механическая

Система ионных радиусов (В.М Гольдщмидт)

Ri кат < Ra (ионный радиус катионов меньше ионного радиуса атомов)

Ri aн > Ra (ионный радиус аниона больше ионного радиуса атомов)

Ri кат < Ri ан (ионный радиус катиона меньше ионного радиуса аниона)

Радиус атомов увеличивается сверху вниз и справа налево в таблице Менделеева.

1. Ионы могут иметь самостоятельные позиции в структуре минерала.

2. Ионы в структуре могут образовывать РАДИКАЛЫ (группы, внутри которых связи настолько сильные, что эти группы в хим. реакцию вступают как единое целое; связь с обычными катионами будет менее прочной, чем внутри группы).

12. Изоморфизм в минеральном мире. Его природа, условия и типы изоморфизма.

Изоморфизм- способность атомов и одинаковых по знаку заряда ионов в переменных количествах взаимозамещать друг друга в кристаллической решётке минерала, не изменяя её.

Энергетически изоморфизм необходим и более выгоден, нежели образование чистых соединений.

Условия изоморфизма:

1). Близость ионных радиусов (ионный радиус может отличаться не более, чем на 15% от меньшего)

2). Близость кристаллохимических свойств (взаимозамещающиеся элементы должны быть способны создавать одинаковые кристаллические структуры)

3). Сохранение электронейтральности структуры

Типы

1). По компенсации валентностей:

1. Изовалентный изоморфизм – валентность взаимозамещающихся ионов одинаковая (Mg²⁺↔Fe²⁺)

2. Гетеровалентный – валентность взаимозамещающихся ионов разная (сфалерит с примесью индия ³⁺; структура становится дефектной)

• Элемент с меньшим зарядом замещается элементом с большим зарядом. При этом для сохранения суммарной положительной валентности количество замещаемых структурных единиц уменьшается и в структуре появляются так называемые дырочные вакансии (дырки).

3 Zn²⁺← 2In³⁺ + (Твёрдые растворы вычитания)

• Ион с большим зарядом замещается ионом с меньшим зарядом. При этом количество занятых структурных позиций не меняется, но в междуузельном пространстве кристаллической решетки минерала появляются дополнительные ионы (катионы), компенсирующие недостаток положительной валентности и обеспечивающие электронейтральность структуры.

Si⁴⁺ ← Fe³⁺ + H¹⁺ (Твердые растворы внедрения)

• Группа одних элементов замещает группу других элементов(без дефектов). При этом суммарная валентность замещаемых ионов равна суммарной валентности замещающих.

Na¹⁺ + Si⁴⁺ ← Ca²⁺ + Al³⁺ (Твёрдые растворы замещения)

• Полярный (направленный) изоморфизм основан на принципе выигрыша внутренней энергии системы. Са²⁺←ТR³⁺←U⁴⁺

2). По степени совершенства или с учетом полноты протекания изоморфного замещения:

1. Совершенный (полный, неограниченный) изоморфизм: соблюдаются все 3 условия изоморфизма; примеси могут входить в состав в неограниченном количестве и даже заменять главные вещества. В результате возникает ряд любого промежуточного состава.

2. Несовершенный (неполный, ограниченный) изоморфизм: атомы или ионы различных размеров входят в структуру минерала.