Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Геология / 1 курс / Минералогия / Минералогия лекция

.docx
Скачиваний:
2
Добавлен:
20.03.2024
Размер:
524.58 Кб
Скачать

Минерал-химически и физически индивидуализированный неорганический продукт природной физико-химической реакции имеющий кристаллическое строение или утративший его в результате метамиктного распада

Конституция минерала - единство химического состава, сингонии, вида симметрии и кристаллической структуры.

Минералоид (подобный минералу) – отсутствие кристаллической структуры

Минерал синтетический- получение лабораторным или промышленным путем (имеет аналог в природе)

Биоминерал- участие органики

Техногенный минерал- в результате деятельности человека

Искусственные продукт- не имеет аналогов в природе

Аморфные вещества со временем переходят в кристаллическое состояние.

То, что важно в минерале: состав, структура, свойства, условия образования, применение

Сингония и вид симметрии, степень симметричности всегда постоянна

Дефекты в кристаллической решетке могут отразиться на свойствах минерала

Непостоянство химического состава выражается в примесях, которые входят в структуру минерала (структурные примеси)

Минеральный вид- совокупность минералов одинаковой структуры, состав которых меняется в пределах, ограниченных изменением структуры или в условно принятых границах

В природе известны 4700-5500-6000 минеральных видов

Структура минералов

Минералы состоят из атомов, ионов и молекул

Атом – электронейтральная частица. Ядро имеет положительный заряд, концентрирует в себе массу атома и состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов.

Вокруг ядра по электронным орбиталям вращаются отрицательно заряженные электроны, суммарный заряд которых по величине равен заряду ядра

Ионы – атомы потерявшие или приобретшие электроны и перешедшие соответственно в положительно заряженные катионы или в отрицательно заряженные анионы

Ионные радиусы (Ri)

Ri ионов ≠ R атома

Ri катиона < R атома, Ri аниона > R атома

Ri катиона < Ri аниона

Кристаллическая решетка это бесконечное трехмерное периодически повторяющееся образование

Типы кристаллических решеток: молекулярная (СО2, твердая двуокись углерода), ионная (NaCl, галит), металлическая (Сu, медь), атомная (С, алмаз)

Элементы кристаллической решетки:

Узлы- материальные точки решетки

Ряды- совокупность узлов, лежащих на одной прямой

Плоские сетки- любые плоскости, проведенные через три узла кристаллической решетки

Ретикулярная плотность плоской сетки- число узлов плоской сетки, приходящихся на единицу ее площади (ретикула -зерно, точка, узел кристаллической решетки)

Типы химической связи в минералах:

Ионная- участвуют противоположно заряженные ионы

Ковалентная- участвуют атомы неметаллов

Металлическая- участвуют обычно атомы металлов

Ван-дер-ваальсовская (остаточная, молекулярная)- участвуют нейтральные молекулы

Химическая связь- взаимодействие атомов, обуславливающее устойчивость молекулы или кристалла как целого

Суть химической связи- возникает взаимодействие электрических полей между ядрами атомов и электронами

Ионная связь

Возникает посредством электростатического притяжения между двумя противоположно заряженными ионами. Связь ненаправленная и ненасыщенная. Образованию ионной связи предшествует ионизация атомов

Ковалентная связь

Возникает посредством общей электронной пары между атомами, отдающими по одному электрону на образование этой пары. Связь направленная и насыщенная. Различают полярную и неполярную. Неполярная между атомами одного и того же элемента. Полярная между атомами разных элементов

Металлическая связь

Возникает в кристаллической решетке металлов, в узлах находятся атомы металла, от которых отделяются электроны внешнего электронного уровня. Свободно перемещающиеся между узлами

Ван-дер-ваальсовская

Образуется за счет остаточных электростатических сил, возникающих при геометрическом неравномерном (дипольном) распределении зарядов в молекулах. В минералогии возникает в минерах со слоистой структурой, у которых в пределах слоя все заряды скомпенсированы

Свойства кристаллических веществ

Однородность- в любой точке одинаковые свойства

Анизотропность- неоднородность в непараллельных направлениях

Симметричность

Способность к самоогранке с образованием кристаллов

Кристалл- выпуклый природный многогранник, симметрия которого отвечает симметрии кристаллической решетки минерала

Элементы кристаллы:

Грани- плоские сетки кристаллической решетки

Ребра- ряды кристаллической решетки

Вершины-узлы кристаллической решетки

Кристаллическая структура минералов

Элементарная ячейка кристаллической решетки- минимальный по объему воображаемый параллелепипед кристаллической решетки, соответствующий составу минерала, повторение которого в трехмерном пространстве воспроизводит всю структуру. Браве установил 14 типов элементарных ячеек, получивших название решёток Браве.

Параметры элементарной ячейки

1 Углы á, ß, ý между направлениями, принятыми за координатные оси x, y, z

2 a, b, c – отрезки, отсекаемые по этим осям

3 Z – количество структурных единиц в элементарной ячейке (количество формульных единиц) Z всегда целое число

Параметры элементарной ячейки измеряются в ангстремах (Å) или нанометрах (нм)

1 Å = 10^ (-10) м = 0,1 нм

1 нм = 10 Å

Координатное число – число ближайших равноудаленных частиц в кристаллической решетке минералов

Координатный многогранник = координатный полиэдр

В центре атом или катион, окружающие ионы чаще ионы кислорода, серы или галогены (фтор, хлор)

Форма координационных полиэдров и координационное число зависят от соотношения радиусов катионов и анионов и типа химической связи

Явление полиморфизма в минералах

Полиморфные модификации – соединения одинакового химического состава, но разной структуры (=сингония)

Явление – полиморфизм (многоформность)

Полиморфные модификации могут различаться характером химической связи, координатным числом катионов, степенью упорядочения ионов, энергией кристаллической решетки

Каждая полиморфная модификация возникает и существует в строго определенных условиях (P-T условия) – в определенном процессе

(Алмаз кристаллизуется в кубической сингонии, графит в гексагональной сингонии)

Температура полиморфного перехода

При изменении этих условий происходит переход одной модификации в другую, уже устойчивую в новых условиях

Скорость полиморфного превращения зависит от прочности химической связи и сложности перестройки структуры

Полиморфные модификации с прочной химической связью в кристаллической структуре, попав в область несвойственных им температур и давлений, способны сохраняться там достаточно долго, такое их состояние - метастабильное

Температура полиморфного перехода – критическая температура, при которой происходит переход одной полиморфной модификации в другую

Различают полиморфные переходы:

-монотропный – необратимый, идущий в одном направлении

-энантиотропный – обратимый, идущий в обоих направлениях

Свойства полиморфных модификаций

Полиморфные модификации при одинаковом составе с разной кристаллической структурой – разные минералы с разными физическими свойствами минералов

Структурные явления в минералах

Явление политипии в минералах

Обычно наблюдается в минералах со слоистой структурой

Политипы при идентичности состава слоев отличаются способами их наложения друг на друга (имеют различную ориентировку и смещение по вертикальной оси)

Политипия-способность одного и того же вещества кристаллизоваться в нескольких слоистых структурных модификациях, различающихся только поворотом или порядком чередования слоев

Политипы относятся к одному минеральному виду (это один и тот же минерал)

Параметры элементарной ячейки политипов в плоскости слоя одинаковы, в направлении, перпендикулярном слоям, различные

Символы Л.Рамсделла

Цифра на первом месте-количество слоев в элементарной ячейке (период повторяемости)

Затем буква-означающая тип кристаллической решетки (сингонию)

Кубическая C

Моноклинная M

Триклинная TC

Тригональная T

Ромбическая (орторомбическая) О

Гексагональная H

Ромбоэдрическая R

Подстрочные индексы (1 и 2) указывают, с какими осями (1-й или 2-й) третья составляет угол не равный 90 гр

Пример: 1М и 2М, 2М1 И 2М2 -политипы моноклинной сингонии с одно- и двуслойным периодом повторяемости, но с разным поворотом слоев

Свойства политипных модификаций

Для политипов пока невозможно точно указать границы Р-Т условий их существования. Часто присутствуют в виде смеси нескольких политипов даже в одном монокристалле

Политипы имеют почти точно совпадающие физические свойства, отличаясь иногда лишь некоторыми оптическими константами

Порядок и беспорядок в структурах минерала

Идеальное состояние структуры – порядок, а сама структура – совершенно упорядоченная

Любое отклонение от идеального состояния – беспорядок, а соответствующие им структуры – неупорядоченные

При упорядочении не меняется тип химической связи структурных единиц, меняется только их расположение в структуре, иногда степень симметричности

Степень упорядочения структуры определяется температурой образования

Высокотемпературные минералы в разной мере неупорядоченные, имеют более высокую симметрию

Низкотемпературные минералы полное упорядочение, более низкая симметрия