5. Морфология и внутреннее строение кристаллов и их зависимость от условий роста.

Внешняя форма кристаллов в первую очередь является отражением их внутреннего строения. Грани кристалла растут со скоростями, обратно пропорциональными плотностям их узловых сеток – ретикулярным плотностям граней (закон Браве) -> минимальными скоростями роста обладают грани, параллельные тем атомным сеткам в структуре кристалла, расстояние между которыми наибольшее, а следовательно, сила связи между которыми наименьшая. Грани разных простых форм растут с различными скоростями, и некоторые из них неизбежно зарастают. Огранка кристалла определяется медленно растущими гранями (закон Кюри-Вульфа), а форма кристаллов – поверхность скоростей роста кристалла в конкретных данных условиях.

Форма кристалла часто бывает искажена из-за неодинаковых концентраций или неравномерного поступления питающего вещества к разным участкам кристалла (справедливо и для лежащих кристаллов, и для подвешенных). В результате роста-растворения кристалла возникают восходящие-нисходящие концентрационные тепловые конвекционные потоки, обеспечивающие неравномерное поступление вещества. Устранить этот фактор можно путем перемешивания раствора (динамический способ).

Также существует взаимосвязь между симметрией кристалла и симметрией среды, в которой он развивается: любой развивающийся объект (растущий кристалл) сохраняет лишь те элементы симметрии, которые оказываются общими как для него, так и для среды (питающего раствора), в которой он развивается (закон Кюри).

Кристаллы чутко реагируют на многочисленные внешние факторы (температуру, давление, симметрию и химический состав среды) не только изменением габитуса, но и появлением ряда других признаков, анализ которых может даь информацию об истории их развития – онтогении. Признаки, указывающие на историю развития кристалла, называются типоморфными признаками. Неравномерное распределение примесей по пирамидам роста приводит к секториальному строению. Зональное строение – результат периодических смен условий роста.

Кристаллы по-разному реагируют на присутствие примесей в кристаллобразующей среде – примесь, по законам термодинамики, смещает точку равновесия между кристаллом и средой. Наиболее сильным оказывается влияние на процессы кристаллизации на поверхности кристалла – излом, адсорбировавший примесь, лишается возможности присоединять новые частицы, слагающие кристалл – замедляется скорость роста грани. Скапливаясь у определенных гранией и этим уменьшая скорость их роста, примеси изменяют соотношение скоростей роста у разных граней, и, как следствие, саму форму кристалла.

На изменение внешних условий кристаллы реагируют не только изменением своей внешней формы, но и появлением на гранях различных образований в виде слоев, штриховки, фигур растворения (травления) и т.д. Такая скульптура может отражать симметрию грани, на которой она возникла, и являться чутким индикатором условий кристаллизации. Наиболее распространенная морфологическая особенность кристаллов – штриховка на гранях. Иногда на поверхности граней образуются пологие холмики роста, появление которых объясняется наличием механических примесей, выходом винтовых дислокаций и другими факторами. Реальную симметрию кристаллов можно выявить не только по фигурам роста, но и по фигурам растворения, образующимся под действием природных растворов.

Анизотропия скоростей роста граней кристалла приводит к образованию выпуклых многогранников, тогда как анизоторпия скоростей растворения – к образованию отрицательных форм – многогранных углублений – фигур растворения.

При малых пересыщениях и переохлаждениях на фронте роста возникают совершенные – гранные – формы кристаллов. С увеличением отклонения от равновесия кристаллы меняют свой облик, превращаясь в скелеты, дендриты, нитевидные образования или кристаллы сферической формы.

Скелетные кристаллы развиваются в условиях быстрого роста и высокой степени пересыщения. Главной причиной образования таких форм является то, что к выступающим частям кристалла – вершинам и ребрам – подток питающего вещества более интенсивен, чем к граням, которые в результате отстают в росте.

Одна из распространенных форм – нитевидные образования – монокристаллы, сечение которых в сотни раз меньше их длины. Особенность – высокая прочность, во много раз превышающая прочность обычных кристаллов тех же веществ, и химическая стойкость. Причина этого – низкая дефектность.

Своебразные формы минеральных выделений – радиально-лучистые агрегаты. Образование одной из них – сферокристаллов – связывают, как правило, с расщеплением монокристаллов в процессе роста, других – сферолитов, состоящих из многочисленных волокон – кристаллитов – также с ростом, но уже отдельных монокристальных волокон, выходящих радиально из одного центра кристаллизации, каждое из которых – ограненный самостоятельный индивид.