Геология / 1 курс / Минералогия / Минералогия лекция
.docxМинерал-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