Основные сведения о кристаллографии

В результате различных физико-химических процессов, про­текающих в недрах Земли и на ее поверхности, образуются природные химические соединения — минералы. Они встреча­ются в природе в двух состояниях: кристаллическом и аморфном.

В аморфных веществах отсутствует строгая законо­мерность в расположении молекул, атомов и ионов. В связи с этим они изотропны, не могут самоограняться и не обладают симметрией (например, стекло, пластмасса, клей, смола идру­гие вещества). Аморфные вещества не устойчивы и со време­нем кристаллизуются.

Кристалл — это природное тело, естественная многогран­ная форма которого обусловлена особенностями внутреннего строения. Наука, изучающая условия образования, особенности строения и состава, свойства кристаллов и кристаллических веществ, называется кристаллографией.

Кристаллы широко распространены в природе. Они слагают разнообразные горные породы. Многие вещества, окружающие нас (поваренная соль, сахар, различные химикалии, металлы идр.), также имеют кристаллическое строение.

Молекулы (атомы, ионы) в кристаллах размещаются не хаотично, а в определенном строгом порядке — параллельными рядами, причем расстояния между ними в рядах одинаковы. Эта закономерность в строении кристаллов выражается гео­метрически в виде пространственной решетки, которая является как бы скелетом вещества (рис. 16).

Пространственную решетку можно представить в виде бес­конечно большого количества одинаковых по форме и размеру параллелепипедов, передвинутых один относительно другого и сложенных так, что они выполняют пространство без проме­жутков. Вершины параллелепипедов, в которых находятся атомы, ионы или молекулы, называются узлами пространст­венной решетки, а прямые линии, проведенные через них,— ря­дами решетки.

Упорядоченное внутреннее строение кристаллических ве­ществ обусловливает их основные свойства: анизотропность, способность самоограняться и тип симметрии.

Анизотропность (т.е. неравносвойственность) обусловлена одинаковыми расстояниями между атомами, ионами,илимолекулами в параллельных направлениях и неодинако­выми—в непараллельных. В результате одно и то же физи­ческое свойство кристаллического вещества изменяется по значению показателей в разных направлениях. Характерным при­мером являются слюды: мусковит и биотит. Кристаллические пластинки этих минералов легко расщепляются по плоскостям, параллельным пластинчатости. В поперечных направлениях рас­щепить пластинку слюды значительно труднее.

Изотропные тела обладают одинаковыми свойствами во всех направлениях.

Способность самоограняться. Поверхности кри­сталлов ограничиваются плоскостями, которые называются гра­нями. Места соединения граней называются ребрами, точки пересечения которых называются вершинами.

Рис 15. Пространственнаярешетка Рис 16 . Кристаллы поваренной соли

(I) и магнетита (2).

а — грани; б — ребра; в —вершина

Во многих случаях кристаллы веществ не имеют ясно выраженной формы, но при свободном росте они принимают вид правиль­ных многогранников.

Симметрия - закономерная повторяемость в простран­стве одинаковых частей тела или фигуры (углов, граней, ре­бер), а также зеркальное равенство их частей (одни части кри­сталла как бы являются зеркальным отражением других). Это свойство обусловлено закономерностью внутреннего строения кристаллов. Симметрия кристаллов выявляется при помощи во­ображаемых образов, называемых элементами симмет­рии: плоскостей, прямых линий, точек. Все кристаллы явля­ются телами симметричными.

Закон постоянства углов. В любом кристаллическом много­граннике угол между двумя пересекающимися гранями назы­вается гранным углом. В зависимости от поступления пи­тающего раствора размер, величина, число и форма граней в кристалле одного и того же вещества могут меняться за счет неодинаковой скорости роста разных граней. Так, в процессе роста одни грани получают преимущественное развитие, а дру­гие могут совсем исчезнуть. Исчезают грани, обладающие боль­шей скоростью роста. Таким образом облик растущего кри­сталла может совершенно измениться, но гранные углы остаются неизменными. В этом заключается один из основных зако­нов кристаллообразования — закон постоянства гранных углов, который формулируется следующим образом: углы между соот­ветственными гранями во всех кристаллах одного и того же ве­щества при одинаковых условиях давления и температуры по­стоянны.

Измерение гранных углов кристаллов различных минералов имеет большое значение при их диагностике. Приборы, с по­мощью которых устанавливается величина гранных углов, назы­ваются гониометрами. Самый простой гониометр, употреб­ляемый для приблизительных изме­рений гранных углов, называется прикладным гониометром (рис. 17). Для точных измерений углов и для мелких кристаллов применяют от­ражательные гониометры.

Симметрия кристаллов. При вращении большинства кристаллов вокруг какой-либо оси наблюдается закономерная повторяемость оди­наковых углов, граней, ребер, а также зеркальное равенство час­тей фигуры (одни части кристаллов как бы зеркально отражают дру­гие). Это свойство обусловлено за­кономерностью внутреннего строе­ния кристаллов.

Рис 17

Принято различать следующие элементы симметрии: плос­кости (Р), оси (L), центр симметрии (С).