Kiteiden ominaisuudet, muoto ja syngonia (kristallografiset järjestelmät)

Kiteen tärkeä ominaisuus on tietty vastaavuus eri pintojen välillä - kiteen symmetria. Seuraavat symmetriaelementit erotetaan toisistaan:

1. Symmetriatasot: jaa kide kahteen symmetriseen puolikkaaseen, tällaisia ​​tasoja kutsutaan myös symmetrian "peileiksi".

2. Symmetria-akselit: suorat viivat, jotka kulkevat kiteen keskustan läpi. Kiteen pyöriminen tämän akselin ympäri toistaa kiteen alkuasennon muodon. On olemassa 3., 4. ja 6. kertaluvun symmetria-akselit, mikä vastaa tällaisten asemien lukumäärää kiteen pyöriessä 360 o .

3. Symmetriakeskus: yhdensuuntaista pintaa vastaavat kiteen pinnat vaihtavat paikkoja, kun niitä kierretään 180 o tämän keskipisteen ympäri. Näiden symmetriaelementtien ja järjestysten yhdistelmä antaa 32 symmetrialuokkaa kaikille kiteille. Nämä luokat, yhteisten ominaisuuksiensa mukaisesti, voidaan ryhmitellä seitsemään syngoniaan (kiteisiin järjestelmiin). Kolmiulotteisia koordinaattiakseleita voidaan käyttää kidepintojen paikkojen määrittämiseen ja arvioimiseen.

Jokainen mineraali kuuluu yhteen symmetrialuokkaan, koska sillä on yhden tyyppinen kidehila, joka kuvaa sitä. Päinvastoin, mineraalit, joilla on sama kemiallinen koostumus, voivat muodostaa kahden tai useamman symmetrialuokan kiteitä. Tätä ilmiötä kutsutaan polymorfismiksi. Polymorfismista ei ole yksittäisiä esimerkkejä: timantti ja grafiitti, kalsiitti ja aragoniitti, rikkikiisu ja markasiitti, kvartsi, tridymiitti ja kristobaliitti; rutiili, anataasi (alias oktahedriitti) ja brookiitti.

SYNGONIAT (KRISTALLOGRAFISET JÄRJESTELMÄT). Kaikki kiteiden muodot muodostavat 7 syngoniaa (kuutio, tetragonaalinen, kuusikulmainen, trigonaalinen, rombinen, monokliininen, trikliininen). Syngonian diagnostisia merkkejä ovat kristallografiset akselit ja näiden akselien muodostamat kulmat.

Triklinisessa syngoniassa symmetriaelementtejä on vähimmäismäärä. Sitä seuraa monimutkaisuusjärjestyksessä monokliininen, rombinen, tetragonaalinen, trigonaalinen, kuusikulmainen ja kuutioinen syngonia.

Kuutiojärjestelmä. Kaikki kolme akselia ovat yhtä pitkiä ja ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden. Tyypilliset kidemuodot: kuutio, oktaedri, rombinen dodekaedri, viisikulmiododekaedri, tetragonitrioktaedri, heksaoktaedri.

Tetragonaalinen järjestelmä. Kolme akselia ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden, kahdella akselilla on sama pituus, kolmas (pääakseli) on joko lyhyempi tai pidempi. Tyypillisiä kidemuotoja ovat prismat, pyramidit, tetragonit, puolisuunnikkaat ja bipyramidit.

Kuusikulmainen syngonia. Kolmas ja neljäs akseli ovat vinossa tasoon nähden, ovat yhtä pitkiä ja leikkaavat 120 o kulmassa. Neljäs akseli, joka eroaa muista kooltaan, sijaitsee kohtisuorassa muihin nähden. Sekä akselit että kulmat ovat sijainniltaan samanlaisia ​​kuin edellisessä syngoniassa, mutta symmetriaelementit ovat hyvin erilaisia. Tyypillisiä kidemuotoja ovat kolmikulmaiset prismat, pyramidit, romboedrit ja skalenoedrat.

Rombinen järjestelmä. Kolme akselia ovat tunnusomaisia, kohtisuorassa toisiinsa nähden. Tyypillisiä kidemuotoja ovat basaalipinakoidit, rombiset prismat, rombiset pyramidit ja bipyramidit.

Monoklininen syngonia. Kolme eripituista akselia, toinen on kohtisuorassa muihin nähden, kolmas on terävässä kulmassa ensimmäiseen nähden. Tyypillisiä kiteiden muotoja ovat pinakoidit, prismat, joissa on vinosti leikatut reunat.

Triclinic järjestelmä. Kaikki kolme akselia ovat eri pituisia ja leikkaavat teräviä kulmia. Tyypillisiä muotoja ovat monohedra ja pinacoids.

Kiteiden muoto ja kasvu. Samaan mineraalilajiin kuuluvilla kiteillä on samanlainen ulkonäkö. Kide voidaan siksi luonnehtia ulkoisten parametrien (pinnat, kulmat, akselit) yhdistelmäksi. Mutta näiden parametrien suhteellinen koko on melko erilainen. Näin ollen kide voi muuttaa ulkonäköään (etu sanoa ulkonäköä) riippuen tiettyjen muotojen kehitysasteesta. Esimerkiksi pyramidimainen ulkonäkö, jossa kaikki pinnat yhtyvät, pylväsmäinen (täydellisessä prismassa), taulukkomainen, folioitunut tai pallomainen.

Kahdella kiteellä, joilla on sama ulkoisten parametrien yhdistelmä, voi olla erilainen ulkonäkö. Tämä yhdistelmä riippuu kiteytysväliaineen kemiallisesta koostumuksesta ja muista muodostumisolosuhteista, joita ovat lämpötila, paine, aineen kiteytymisnopeus jne. Luonnossa esiintyy toisinaan säännöllisiä kiteitä, jotka ovat muodostuneet suotuisissa olosuhteissa - esim. , kipsiä savessa tai mineraaleja geodin seinillä. Tällaisten kiteiden kasvot ovat hyvin kehittyneet. Sitä vastoin muuttuvissa tai epäsuotuisissa olosuhteissa muodostuneet kiteet ovat usein deformoituneita.

YKSIKÖT. Usein on kiteitä, joilla ei ole tarpeeksi tilaa kasvaa. Nämä kiteet sulautuivat muiden kanssa muodostaen epäsäännöllisiä massoja ja aggregaatteja. Vapaassa tilassa kivien keskellä kiteet kehittyivät yhdessä muodostaen druuseja ja tyhjissä geodeja. Rakenteeltaan tällaiset yksiköt ovat hyvin erilaisia. Pienissä kalkkikiven halkeamissa on muodostumia, jotka muistuttavat kivettynyttä saniaista. Niitä kutsutaan dendriiteiksi, jotka muodostuvat mangaanin ja raudan oksidien ja hydroksidien muodostumisen seurauksena näissä halkeamissa kiertävien liuosten vaikutuksesta. Siksi dendriittejä ei koskaan muodostu samanaikaisesti orgaanisten jäämien kanssa.

Tuplaa. Kiteiden muodostumisen aikana kaksoset muodostuvat usein, kun kaksi saman mineraalilajien kidettä kasvaa yhdessä tiettyjen sääntöjen mukaisesti. Tuplalaiset ovat usein kulmassa fuusioituneita yksilöitä. Pseudosymmetria ilmenee usein - useat alimpaan symmetrialuokkaan kuuluvat kiteet kasvavat yhdessä muodostaen yksilöitä, joilla on korkeampi pseudosymmetria. Siten aragoniitti, joka kuuluu rombiseen järjestelmään, muodostaa usein kaksoisprismoja, joilla on kuusikulmainen pseudosymmetria. Tällaisten kasvulinjojen pinnalla havaitaan kaksoislinjojen muodostama ohut kuoriutuminen.

KITEIDEN PINTA. Kuten jo mainittiin, tasaiset pinnat ovat harvoin sileitä. Melko usein niissä havaitaan kuoriutumista, juovia tai juovia. Nämä ominaispiirteet auttavat määrittämään monia mineraaleja - rikkikiisua, kvartsia, kipsiä, turmaliinia.

PSEUDOMORPOTOT. Pseudomorfoosit ovat kiteitä, joilla on toisen kiteen muoto. Esimerkiksi limoniitti esiintyy rikkikiisukiteiden muodossa. Pseudomorfoosit muodostuvat, kun yksi mineraali korvataan kokonaan kemiallisesti toisella säilyttäen samalla edellisen muodon.

Kideaggregaattien muodot voivat olla hyvin erilaisia. Kuvassa näkyy säteilevä natroliitin aggregaatti.
Näyte kipsiä, jossa on ristin muotoisia kaksoiskiteitä.

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet. Kristallografian ja atomien järjestelyn lait eivät määrää vain kiteen ulkoista muotoa ja symmetriaa - tämä koskee myös mineraalin fysikaalisia ominaisuuksia, jotka voivat olla erilaisia ​​eri suuntiin. Esimerkiksi kiille voi erottua yhdensuuntaisiksi levyiksi vain yhteen suuntaan, joten sen kiteet ovat anisotrooppisia. Amorfiset aineet ovat samat kaikkiin suuntiin ja siksi isotrooppisia. Tällaiset ominaisuudet ovat tärkeitä myös näiden mineraalien diagnosoinnissa.

Tiheys. Mineraalien tiheys (ominaispaino) on niiden painon suhde saman vesimäärän painoon. Ominaispainon määritys on tärkeä diagnostinen työkalu. Mineraalit, joiden tiheys on 2-4, ovat vallitsevia. Yksinkertaistettu painoarvio auttaa käytännön diagnosoinnissa: kevyiden mineraalien paino on 1-2, keskitiheyksisten mineraalien - 2-4, raskaiden mineraalien - 4-6, erittäin raskaiden mineraalien - yli 6.

MEKAANISET OMINAISUUDET. Näitä ovat kovuus, halkeama, lastun pinta, sitkeys. Nämä ominaisuudet riippuvat kiderakenteesta ja niitä käytetään diagnostisen tekniikan valitsemiseen.

KOVUUS. Kalsiittikiteen raapiminen veitsen kärjellä on melko helppoa, mutta kvartsikiteellä tuskin onnistuu - terä liukuu kiven yli jättämättä naarmua. Tämä tarkoittaa, että näiden kahden mineraalin kovuus on erilainen.

Kovuus suhteessa naarmuuntumiseen viittaa kiteen kestävyyteen pinnan ulkoisen muodonmuutosyrityksen suhteen, toisin sanoen mekaanisen muodonmuutoksen kestävyyttä ulkopuolelta. Friedrich Moos (1773-1839) ehdotti suhteellista kovuusasteikkoa asteista, jossa kullakin mineraalilla on suurempi naarmuuntumiskovuus kuin edellisellä: 1. Talkki. 2. Kipsi. 3. Kalsiitti. 4. Fluoriitti. 5. Apatiitti. 6. Maasälpä. 7. Kvartsi. 8. Topaasi. 9. Korundi. 10. Timantti. Kaikki nämä arvot koskevat vain tuoreita, haalistumattomia näytteitä.

Voit arvioida kovuuden yksinkertaistetulla tavalla. Mineraalit, joiden kovuus on 1, naarmuuntuvat helposti kynsillä; kun ne ovat rasvaisia ​​kosketettaessa. Myös mineraalien, joiden kovuus on 2, pintaa raaputetaan kynsillä. Kuparilanka tai kuparinpala naarmuttaa mineraaleja, joiden kovuus on 3. Kynäveitsen kärki naarmuta mineraaleja, joiden kovuus on 5; hyvä uusi viila - kvartsi. Mineraalit, joiden kovuus on yli 6, naarmuttavat lasia (kovuus 5). 6-8 ei vie edes hyvää tiedostoa; kipinät lentävät kun yrität. Kovuuden määrittämiseksi testaa näytteitä kasvavalla kovuudella niin kauan kuin ne antavat periksi; sitten otetaan näyte, mikä on ilmeisesti vielä vaikeampaa. Päinvastoin tulee toimia, jos on tarpeen määrittää kiven ympäröimän mineraalin kovuus, jonka kovuus on pienempi kuin näytteelle vaaditun mineraalin.

Talkki ja timantti, kaksi mineraalia Mohsin kovuusasteikon ääripäässä.

On helppo tehdä johtopäätös sen perusteella, liukuuko mineraali toisen pinnalla vai naarmuttaako sitä kevyesti vinkuen. Seuraavia tapauksia voi esiintyä:
1. Kovuus on sama, jos näyte ja mineraali eivät naarmuta toisiaan.
2. On mahdollista, että molemmat mineraalit naarmuttavat toisiaan, koska kiteen huiput ja reunat voivat olla kovempia kuin reunat tai halkeamistasot. Siksi on mahdollista raaputtaa kipsikiteen pintaa tai sen halkeamistasoa toisen kipsikiteen yläpinnalla.
3. Mineraali naarmuttaa ensimmäistä näytettä ja korkeamman kovuusluokan näyte naarmuuntuu siihen. Sen kovuus on vertailussa käytettyjen näytteiden välissä ja sen voidaan arvioida puoleen luokkaan.

Huolimatta tällaisen kovuuden määrityksen näennäisestä yksinkertaisuudesta, monet tekijät voivat johtaa väärään tulokseen. Otetaan esimerkiksi mineraali, jonka ominaisuudet vaihtelevat suuresti eri suuntiin, kuten disteeni (kyaniitti): pystysuunnassa kovuus on 4-4,5 ja veitsen kärki jättää selkeän jäljen, mutta kohtisuorassa suunnassa kovuus on 6- 7 ja mineraali ei naarmuunnu ollenkaan veitsellä . Tämän mineraalin nimen alkuperä liittyy tähän ominaisuuteen ja korostaa sitä erittäin ilmeikkäästi. Siksi on tarpeen suorittaa kovuustestejä eri suuntiin.

Joillakin kiviaineksilla on suurempi kovuus kuin komponenteilla (kiteillä tai rakeilla), joista ne koostuvat; voi käydä ilmi, että tiheää kipsipalaa on vaikea raapia kynnellä. Päinvastoin, jotkut huokoiset aggregaatit ovat vähemmän kiinteitä, mikä selittyy rakeiden välissä olevilla tyhjillä tiloilla. Siksi liitua raaputetaan kynnellä, vaikka se koostuu kalsiittikiteistä, joiden kovuus on 3. Toinen virheiden lähde ovat mineraalit, jotka ovat kokeneet jonkinlaisen muutoksen. Jauhemaisten, haalistuneiden näytteiden tai hilseilevän ja neulamaisen rakenteen aggregaattien kovuutta on mahdotonta arvioida yksinkertaisin keinoin. Tällaisissa tapauksissa on parempi käyttää muita menetelmiä.

pilkkominen. Vasaraa lyömällä tai veistä painamalla kiteet halkeamistasoissa voidaan joskus jakaa levyiksi. Halkeaminen ilmenee tasoja pitkin minimaalisella adheesiolla. Monilla mineraaleilla on halkeamia useisiin suuntiin: haliitti ja galenia - yhdensuuntaisesti kuution pintojen kanssa; fluoriitti - oktaedrin pintaa pitkin, kalsiitti - romboedri. Muskoviitin kiille kristalli; halkeamistasot näkyvät selvästi (kuvassa oikealla).

Mineraalit, kuten kiille ja kipsi, pilkkoutuvat täydellisesti yhteen suuntaan, mutta epätäydellistä tai ei lainkaan pilkkoutumista muihin suuntiin. Huolellisella havainnolla voidaan havaita ohuimmat halkeamistasot läpinäkyvien kiteiden sisällä tarkasti määriteltyjen kristallografisten suuntien mukaisesti.

murtuman pinta. Monet mineraalit, kuten kvartsi ja opaali, eivät lohkea kumpaankaan suuntaan. Niiden bulkki hajoaa epäsäännöllisiksi paloiksi. Halkeamispintaa voidaan kuvata tasaiseksi, epätasaiseksi, karkeaksi, puoliksi karheaksi. Metalleilla ja kovilla mineraaleilla on karkea halkeamispinta. Tämä ominaisuus voi toimia diagnostisena ominaisuutena.

Muut mekaaniset ominaisuudet. Jotkut mineraalit (pyriitti, kvartsi, opaali) hajoavat paloiksi vasaran iskun alla - ne ovat hauraita. Toiset päinvastoin muuttuvat jauheeksi jättämättä roskia.

Muokattavat mineraalit voidaan litistää, kuten esimerkiksi puhtaita luontaisia ​​metalleja. Ne eivät muodosta jauhetta tai paloja. Ohuet kiillelevyt voidaan taivuttaa kuin vaneria. Altistumisen lopettamisen jälkeen ne palaavat alkuperäiseen tilaansa - tämä on joustavuuden ominaisuus. Toiset, kuten kipsi ja rikkikiisu, voivat taipua, mutta säilyttävät epämuodostuneen tilansa - tämä on joustavuuden ominaisuus. Tällaisten ominaisuuksien avulla on mahdollista tunnistaa samanlaisia ​​mineraaleja - esimerkiksi erottaa elastinen kiille joustavasta kloriitista.

Väritys. Joillakin mineraaleilla on niin puhdas ja kaunis väri, että niitä käytetään maaleina tai lakkoina. Usein heidän nimiään käytetään jokapäiväisessä puheessa: smaragdinvihreä, rubiininpunainen, turkoosi, ametisti jne. Mineraalien väri, yksi tärkeimmistä diagnostisista piirteistä, ei ole pysyvä eikä ikuinen.

On olemassa useita mineraaleja, joiden väri on vakio - malakiitti on aina vihreää, grafiitti on mustaa, alkuperäinen rikki on keltaista. Tavalliset mineraalit, kuten kvartsi (vuorikristalli), kalsiitti, haliitti (tavallinen suola), ovat värittömiä, kun niissä ei ole epäpuhtauksia. Jälkimmäisen esiintyminen aiheuttaa kuitenkin värjäytymistä, ja tunnemme sinistä suolaa, keltaista, vaaleanpunaista, violettia ja ruskeaa kvartsia. Fluoriitilla on laaja valikoima värejä.

Epäpuhtauselementtien läsnäolo mineraalin kemiallisessa kaavassa johtaa hyvin spesifiseen väriin. Tässä kuvassa on vihreä kvartsi (prase), puhtaassa muodossaan, se on täysin väritön ja läpinäkyvä.

Turmaliinilla, apatiitilla ja beryllillä on eri värejä. Väritys ei ole kiistaton diagnostinen merkki eri sävyisistä mineraaleista. Mineraalin väri riippuu myös kidehilan sisältämien epäpuhtauselementtien sekä isäntäkiteen erilaisista pigmenteistä, epäpuhtauksista ja sulkeumuksista. Joskus se voi liittyä säteilyaltistukseen. Jotkut mineraalit muuttavat väriä valon mukaan. Joten aleksandriitti on vihreää päivänvalossa ja violettia keinovalossa.

Joidenkin mineraalien värin intensiteetti muuttuu, kun kidepintoja käännetään suhteessa valoon. Kordieriittikiteen väri muuttuu pyörimisen aikana sinisestä keltaiseksi. Syynä tähän ilmiöön on, että sellaiset pleokroiset kiteet absorboivat valoa eri tavalla säteen suunnasta riippuen.

Joidenkin mineraalien väri voi myös muuttua erivärisen kalvon läsnä ollessa. Nämä mineraalit peitetään hapettumisen seurauksena pinnoitteella, joka ehkä jotenkin pehmentää auringonvalon tai keinovalon vaikutusta. Jotkut jalokivet menettävät värinsä, jos ne altistuvat auringonvalolle jonkin aikaa: smaragdi menettää syvän vihreä värinsä, ametisti ja ruusukvartsi kalpeavat.

Monet hopeaa sisältävät mineraalit (esim. pyrargyriitti ja proustiitti) ovat myös herkkiä auringonvalolle (insolaatiolle). Insolation vaikutuksen alainen apatiitti on peitetty mustalla hunnulla. Keräilijöiden tulee suojata tällaiset mineraalit valolta. Realgarin punainen väri auringossa muuttuu kullankeltaiseksi. Tällaiset värimuutokset tapahtuvat luonnossa hyvin hitaasti, mutta mineraalin väriä on mahdollista muuttaa keinotekoisesti hyvin nopeasti, mikä nopeuttaa luonnossa tapahtuvia prosesseja. Voit esimerkiksi saada keltaista sitriiniä violetista ametistista kuumennettaessa; timantit, rubiinit ja safiirit "parannetaan" keinotekoisesti radioaktiivisen säteilyn ja ultraviolettisäteiden avulla. Vuorikristalli muuttuu voimakkaan säteilyn vaikutuksesta savukvartsiksi. Akaatti, jos sen harmaa väri ei näytä kovin houkuttelevalta, voidaan värjätä kastamalla tavallista aniliinikangasväriä kiehuvaan liuokseen.

JAUHEVÄRI (VIIVA). Viivan väri määritetään hankaamalla lasittamattoman posliinin karkeaa pintaa vasten. Samalla ei pidä unohtaa, että posliinin kovuus on 6-6,5 Mohsin asteikolla ja kovemmat mineraalit jättävät posliinista vain valkoista jauhetta. Jauhetta saa aina huhmareessa. Värilliset mineraalit antavat aina vaaleamman viivan, värittömät ja valkoiset - valkoiset. Yleensä valkoinen tai harmaa viiva havaitaan mineraaleissa, jotka on värjätty keinotekoisesti tai joissa on epäpuhtauksia ja pigmenttiä. Usein se on ikään kuin samea, koska laimennetussa värissä sen intensiteetti määräytyy väriaineen pitoisuuden mukaan. Metallisen kiillon omaavien mineraalien ominaisuuden väri eroaa niiden omasta väristä. Keltainen rikkikiisu antaa vihertävän mustan juovan; musta hematiitti on kirsikanpunaista, musta wolframiitti on ruskeaa ja kasiteriitti on melkein väritön juova. Värillisen viivan avulla voit tunnistaa mineraalin nopeasti ja helposti sen perusteella kuin laimennetusta tai värittömästä viivasta.

PAISTAA. Kuten väri, tämä on tehokas menetelmä mineraalien tunnistamiseen. Kiilto riippuu siitä, kuinka valo heijastuu ja taittuu kiteen pinnalla. On mineraaleja, joilla on metallinen ja ei-metallinen kiilto. Jos niitä ei voida erottaa, voimme puhua puolimetallisesta kiillosta. Läpinäkymättömät metallimineraalit (pyriitti, galenia) ovat erittäin heijastavia ja niillä on metallinen kiilto. Toiselle tärkeälle mineraaliryhmälle (sinkkiseos, kasiteriitti, rutiili jne.) on vaikea määrittää kiiltoa. Mineraaleille, joilla on ei-metallinen kiilto, erotetaan seuraavat luokat kiillon voimakkuuden ja ominaisuuksien mukaan:

1. Timantin kiilto, kuten timantti.
2. Lasin kiilto.
3. Öljyinen kiilto.
4. Himmeä kiilto (mineraaleille, joiden heijastavuus on huono).

Kiilto voi liittyä aggregaatin rakenteeseen ja hallitsevan halkeamisen suuntaan. Mineraaleilla, joilla on ohut kerrosrakenne, on helmiäinen kiilto.

AVOIMUUS. Mineraalin läpinäkyvyys on erittäin vaihteleva laatu: läpinäkymätön mineraali voidaan helposti luokitella läpinäkyväksi. Suurin osa värittömistä kiteistä (vuorikristalli, haliitti, topaasi) kuuluu tähän ryhmään. Läpinäkyvyys riippuu mineraalin rakenteesta - jotkin aggregaatit ja pienet kipsin ja kiilteen rakeet näyttävät läpinäkymättömiltä tai läpikuultavilta, kun taas näiden mineraalien kiteet ovat läpinäkyviä. Mutta jos katsot pieniä rakeita ja aggregaatteja suurennuslasilla, voit nähdä, että ne ovat läpinäkyviä.

TAITEKERROIN. Taitekerroin on mineraalin tärkeä optinen vakio. Se mitataan erikoislaitteilla. Kun valonsäde tunkeutuu anisotrooppiseen kiteen, säde taittuu. Tällainen kahtaistaitteisuus antaa vaikutelman, että tutkittavan kiteen rinnalla on virtuaalinen toinen objekti. Samanlainen ilmiö voidaan havaita läpinäkyvän kalsiittikiteen kautta.

LUMISENSSI. Jotkut ultraviolettisäteillä säteilytetyt mineraalit, kuten scheeliitti ja willemiitti, hehkuvat tietyllä valolla, joka voi joissain tapauksissa jatkua jonkin aikaa. Fluoriitti hehkuu, kun sitä kuumennetaan pimeässä paikassa - tätä ilmiötä kutsutaan termoluminesenssiksi. Kun joitain mineraaleja hierotaan, tapahtuu toisenlaista hehkua - triboluminesenssia. Nämä erilaiset luminesenssityypit ovat ominaisuus, joka helpottaa useiden mineraalien diagnosointia.

LÄMMÖNJOHTOKYKY. Jos otat palan meripihkaa ja palan kuparia käteesi, näyttää siltä, ​​että toinen niistä on lämpimämpi kuin toinen. Tämä vaikutelma johtuu näiden mineraalien erilaisesta lämmönjohtavuudesta. Joten voit erottaa jalokivien lasijäljitelmät; tätä varten sinun on kiinnitettävä kivi poskellesi, jossa iho on herkempi lämmölle.

Seuraavat ominaisuudet voidaan määrittää sen perusteella, mitä tunteita ne aiheuttavat ihmisessä. Grafiitti ja talkki tuntuvat kosketettaessa pehmeiltä, ​​kun taas kipsi ja kaoliini tuntuvat kuivilta ja karkeilta. Veteen liukenevilla mineraaleilla, kuten haliitti, sylviniitti, epsomiitti, on erityinen maku - suolainen, karvas, hapan. Joillakin mineraaleilla (rikki, arsenopyriitti ja fluoriitti) on helposti tunnistettava haju, joka ilmaantuu välittömästi näytteeseen osuessa.

MAGNETISMI. Tiettyjen, pääasiassa korkean rautapitoisten, mineraalien palaset tai jauheet voidaan erottaa muista vastaavista mineraaleista magneetin avulla. Magnetiitti ja pyrrotiitti ovat erittäin magneettisia ja houkuttelevat rautaviilaa. Jotkut mineraalit, kuten hematiitti, saavat magneettisia ominaisuuksia kuumennettaessa kuumaksi.

KEMIALLISET OMINAISUUDET. Mineraalien määrittäminen niiden kemiallisten ominaisuuksien perusteella edellyttää erikoislaitteiden lisäksi laajaa analyyttisen kemian tuntemusta.

Ei-ammattilaisten käytettävissä on yksi yksinkertainen menetelmä karbonaattien määrittämiseen - heikon suolahappoliuoksen vaikutus (sen sijaan voit ottaa tavallisen pöytäetikan - laimean etikkahapon, joka on keittiössä). Tällä tavalla voit helposti erottaa värittömän kalsiittinäytteen valkoisesta kipsistä - sinun on tiputettava happoa näytteen päälle. Kipsi ei reagoi tähän, ja kalsiitti "kiehuu", kun hiilidioksidia vapautuu.

Kiteiden tärkeimmät ominaisuudet - anisotropia, homogeenisuus, itsepalamiskyky ja jatkuva sulamislämpötila - määräytyvät niiden sisäisen rakenteen perusteella.

Riisi. 1. Esimerkki anisotropiasta on disteenin mineraalikide. Pituussuunnassa sen kovuus on 4,5, poikittaissuunnassa 6. © Parent Géry

Tätä ominaisuutta kutsutaan myös erotukseksi. Se ilmenee siinä, että kiteiden fysikaaliset ominaisuudet (kovuus, lujuus, lämmönjohtavuus, sähkönjohtavuus, valon etenemisnopeus) eivät ole samat eri suuntiin. Ei-rinnakkaissuunnassa kiteisen rakenteen muodostavat hiukkaset erottuvat toisistaan ​​eri etäisyyksillä, minkä seurauksena kiteisen aineen ominaisuuksien tulisi olla eri suuntiin. Tyypillinen esimerkki aineesta, jolla on selvä anisotropia, on kiille. Tämän mineraalin kiteiset levyt halkeavat helposti vain tasoja pitkin, jotka ovat samansuuntaisia ​​sen lamellarisuuden kanssa. Poikittainen kiillelevyjen halkaisu on paljon vaikeampaa.

Anisotropia ilmenee myös siinä, että kun kide altistetaan mille tahansa liuottimelle, kemiallisten reaktioiden nopeus on erilainen eri suuntiin. Tämän seurauksena jokainen kide saa liuotessaan omat tyypilliset muodonsa, joita kutsutaan etsauskuvioksi.

Amorfisille aineille on ominaista isotropia (ekvivalenssi) - fysikaaliset ominaisuudet kaikkiin suuntiin ilmenevät samalla tavalla.

Yhdenmukaisuus

Se ilmaistaan ​​siinä, että kaikki kiteisen aineen alkeistilavuudet, jotka ovat yhtä avaruudessa suuntautuneet, ovat täysin identtisiä kaikilta ominaisuuksiltaan: niillä on sama väri, massa, kovuus jne. siten jokainen kide on homogeeninen, mutta samalla anisotrooppinen kappale.

Homogeenisuus ei ole ominaista vain kidekappaleille. Kiinteät amorfiset muodostelmat voivat myös olla homogeenisia. Mutta amorfiset kappaleet eivät voi itsestään saada monitahoista muotoa.

Kyky hillitä itseään

Itseleikkauskyky ilmaistaan ​​siinä, että mikä tahansa fragmentista tai pallosta, joka on veistetty kiteestä sen kasvuun sopivassa alustassa, peitetään ajan myötä tietylle kiteelle ominaisilla pinnoilla. Tämä ominaisuus liittyy kiderakenteeseen. Esimerkiksi lasipallossa ei ole tällaista ominaisuutta.

Saman aineen kiteet voivat erota toisistaan ​​koostaan, pintojen lukumäärän, reunojen ja pintojen muodon suhteen. Se riippuu kiteen muodostumisen olosuhteista. Epätasaisella kasvulla kiteet litistyvät, venyvät jne. Kasvavan kiteen vastaavien pintojen väliset kulmat pysyvät ennallaan. Tämä kiteiden ominaisuus tunnetaan nimellä fasettikulmien pysyvyyden laki. Tässä tapauksessa saman aineen eri kiteissä olevien pintojen koko ja muoto, niiden välinen etäisyys ja jopa niiden lukumäärä voivat vaihdella, mutta vastaavien pintojen väliset kulmat saman aineen kaikissa kiteissä pysyvät vakioina samoissa olosuhteissa. paineesta ja lämpötilasta.

Fasettikulmien pysyvyyden lain vahvisti 1600-luvun lopulla tanskalainen tiedemies Steno (1699) rautakiiltokiteille ja vuorikristalleille; myöhemmin tämän lain vahvisti M.V. Lomonosov (1749) ja ranskalainen tiedemies Rome de Lille (1783). Fasettikulmien vakiosääntöä kutsutaan kristallografian ensimmäiseksi laiksi.

Fasettikulmien pysyvyyden laki selittyy sillä, että yhden aineen kaikki kiteet ovat identtisiä sisäiseltä rakenteeltaan, ts. on sama rakenne.

Tämän lain mukaan tietyn aineen kiteille on ominaista niiden erityiset kulmat. Siksi kulmia mittaamalla voidaan osoittaa, että tutkittava kide kuuluu johonkin tai toiseen aineeseen. Yksi kiteiden diagnosointimenetelmistä perustuu tähän.

Dihedraalisten kulmien mittaamiseksi kiteissä keksittiin erityisiä laitteita - goniometrejä.

vakio sulamispiste

Se ilmenee siinä, että kun kiteistä kappaletta kuumennetaan, lämpötila nousee tiettyyn rajaan; edelleen lämmitettäessä aine alkaa sulaa ja lämpötila pysyy vakiona jonkin aikaa, koska kaikki lämpö menee kidehilan tuhoutumiseen. Lämpötilaa, jossa sulaminen alkaa, kutsutaan sulamispisteeksi.

Amorfisilla aineilla, toisin kuin kiteisillä, ei ole selkeästi määriteltyä sulamispistettä. Kiteisten ja amorfisten aineiden jäähtymis- (tai kuumennus)käyrillä voidaan nähdä, että ensimmäisessä tapauksessa on kaksi terävää käännettä, jotka vastaavat kiteytymisen alkua ja loppua; amorfisen aineen jäähtyessä meillä on tasainen käyrä. Tällä perusteella on helppo erottaa kiteiset aineet amorfisista aineista.

Lähetä hyvä työsi tietokanta on yksinkertainen. Käytä alla olevaa lomaketta

Opiskelijat, jatko-opiskelijat, nuoret tutkijat, jotka käyttävät tietopohjaa opinnoissaan ja työssään, ovat sinulle erittäin kiitollisia.

Isännöi osoitteessa http://www.allbest.ru/

Ovat yleisiäkristallin ominaisuudet

Johdanto

Kiteet ovat kiinteitä aineita, joilla on luonnollinen ulkoinen muoto säännöllisiä symmetrisiä monitahoja, jotka perustuvat niiden sisäiseen rakenteeseen eli johonkin useista määritellyistä säännöllisistä aineen muodostavien hiukkasten järjestelyistä.

Kiinteän olomuodon fysiikka perustuu ajatukseen aineen kiteisyydestä. Kaikki teoriat kiteisten kiinteiden aineiden fysikaalisista ominaisuuksista perustuvat kidehilojen täydellisen jaksollisuuden käsitteeseen. Fyysikot ovat kehittäneet teorian kiinteiden aineiden elektronisesta rakenteesta käyttämällä tätä ajatusta ja siitä seuraavia väitteitä kiteiden symmetriasta ja anisotropiasta. Tämä teoria mahdollistaa kiinteiden aineiden tarkan luokittelun määrittämällä niiden tyypin ja makroskooppiset ominaisuudet. Se sallii kuitenkin vain tunnettujen, tutkittujen aineiden luokittelun, eikä se salli sellaisten uusien monimutkaisten aineiden koostumuksen ja rakenteen ennalta määrittämistä, joilla olisi tietty joukko ominaisuuksia. Tämä viimeinen tehtävä on erityisen tärkeä käytännön kannalta, koska sen ratkaisulla olisi mahdollista luoda räätälöityjä materiaaleja jokaiseen tapaukseen. Sopivissa ulkoisissa olosuhteissa kiteisten aineiden ominaisuudet määräytyvät niiden kemiallisen koostumuksen ja kidehilan tyypin mukaan. Tutkimus aineen ominaisuuksien riippuvuudesta sen kemiallisesta koostumuksesta ja kiderakenteesta jakautuu tavallisesti seuraaviin erillisiin vaiheisiin: 1) kiteiden ja aineen kidetilan yleinen tutkimus 2) kemiallisten sidosten teorian rakentaminen ja sen rakentaminen. soveltaminen eri kiteisten aineiden luokkien tutkimukseen 3) kiteisten aineiden rakenteen muutosten yleisten mallien tutkiminen niiden kemiallisen koostumuksen muuttuessa 4) sellaisten sääntöjen laatiminen, jotka mahdollistavat aineiden kemiallisen koostumuksen ja rakenteen ennalta määrittämisen. niillä on tietty joukko fysikaalisia ominaisuuksia.

Mainkristallin ominaisuudet- anisotropia, homogeenisuus, kyky itsestään palaa ja jatkuva sulamislämpötila.

1. Anisotropia

kristalli anisotropia itsestään palava

Anisotropia - se ilmenee siinä, että kiteiden fysikaaliset ominaisuudet eivät ole samat eri suuntiin. Fysikaalisiin suureisiin kuuluvat sellaiset parametrit kuin lujuus, kovuus, lämmönjohtavuus, valon etenemisnopeus ja sähkönjohtavuus. Tyypillinen esimerkki aineesta, jolla on selvä anisotropia, on kiille. Kiillelevyt - halkeavat helposti vain tasoja pitkin. Poikittaissuunnissa tämän mineraalin levyjen jakaminen on paljon vaikeampaa.

Esimerkki anisotropiasta on disteenin mineraalikide. Pituussuunnassa disteenin kovuus on 4,5, poikittaissuunnassa - 6. Mineraalidisteeni (Al 2 O), jolle on ominaista jyrkästi erilainen kovuus eri suuntiin. Disteenikiteet naarmuuntuvat venymän varrella helposti veitsen terällä, venymään nähden kohtisuorassa suunnassa veitsi ei jätä jälkiä.

Riisi. 1 Disthene Crystal

Mineraalikordieriitti (Mg 2 Al 3). Mineraali, magnesiumsilikaatti ja rauta. Kordieriittikide näyttää eriväriseltä kolmeen eri suuntaan. Jos tällaisesta kiteestä leikataan kasvot sisältävä kuutio, voidaan havaita seuraava. Kohtisuorassa näihin suuntiin nähden, sitten kuution diagonaalia pitkin (ylhäältä ylöspäin havaitaan harmahtavan sininen väri, pystysuunnassa - indigonsininen väri ja kuution poikki - keltainen.

Riisi. 2 Kuutio veistetty kordieriitistä.

Ruokasuolan kide, joka on kuution muotoinen. Tällaisesta kiteestä voidaan leikata sauvoja eri suuntiin. Kolme niistä on kohtisuorassa kuution pintaan nähden, yhdensuuntaisia ​​diagonaalin kanssa

Jokainen esimerkki on poikkeuksellinen erityisyydessään. Mutta tarkan tutkimuksen avulla tiedemiehet ovat tulleet siihen johtopäätökseen, että kaikki kiteet ovat tavalla tai toisella anisotrooppisia. Myös kiinteät amorfiset muodostelmat voivat olla homogeenisia ja jopa anisotrooppisia (anisotropiaa voidaan havaita esimerkiksi lasia venyttäessä tai puristettaessa), mutta amorfiset kappaleet eivät voi itsestään saada monitahoista muotoa missään olosuhteissa.

Riisi. 3 Lämmönjohtavuuden anisotropian havaitseminen kvartsista (a) ja sen puuttuminen lasista (b)

Esimerkkinä (kuva 1) kiteisten aineiden anisotrooppisista ominaisuuksista on ensiksi mainittava mekaaninen anisotropia, joka koostuu seuraavista. Kaikki kiteiset aineet eivät hajoa samalla tavalla eri suuntiin (kiille, kipsi, grafiitti jne.). Amorfiset aineet puolestaan ​​jakautuvat samalla tavalla kaikkiin suuntiin, koska amorfismille on ominaista isotropia (ekvivalenssi) - fysikaaliset ominaisuudet kaikkiin suuntiin ilmenevät samalla tavalla.

Lämmönjohtavuuden anisotropia voidaan helposti havaita seuraavassa yksinkertaisessa kokeessa. Levitä kerros värillistä vahaa kvartsikiteen kasvoille ja tuo henkilampulla lämmitetty neula kasvojen keskelle. Tuloksena oleva sulanut vahaympyrä neulan ympärillä on ellipsin muodon prisman pinnalla tai epäsäännöllisen kolmion muodon jollakin kristallin pään puolelta. Isotrooppisella aineella, esimerkiksi lasilla, sulan vahan muoto on aina säännöllinen ympyrä.

Anisotropia ilmenee myös siinä, että kun liuotin on vuorovaikutuksessa kiteen kanssa, kemiallisten reaktioiden nopeus on erilainen eri suuntiin. Tämän seurauksena jokainen kide, kun se liukenee, saa lopulta tyypillisen muotonsa.

Viime kädessä syy kiteiden anisotropiaan on se, että ionien, molekyylien tai atomien järjestetyssä järjestelyssä niiden väliset vuorovaikutusvoimat ja atomien väliset etäisyydet (sekä jotkin suureet, jotka eivät suoraan liity niihin, esimerkiksi sähkönjohtavuus tai polarisoituvuus) ) osoittautuvat epätasa-arvoisiksi eri suuntiin. Syy molekyylikiteen anisotropiaan voi olla myös sen molekyylien epäsymmetria, haluaisin huomauttaa, että kaikki aminohapot, paitsi yksinkertaisin - glysiini, ovat epäsymmetrisiä.

Jokaisella kiteen hiukkasella on tiukasti määritelty kemiallinen koostumus. Tätä kiteisten aineiden ominaisuutta käytetään kemiallisesti puhtaiden aineiden saamiseksi. Esimerkiksi kun merivesi jäätyy, se muuttuu raikkaaksi ja juotavaksi. Arvatkaa nyt onko merijää tuoretta vai suolaista?

2. Yhdenmukaisuus

Homogeenisuus - ilmaistaan ​​siinä tosiasiassa, että kaikki kiteisen aineen alkeistilavuudet, jotka ovat yhtä avaruudessa suuntautuneet, ovat täysin identtisiä kaikilta ominaisuuksiltaan: niillä on sama väri, massa, kovuus jne. siten jokainen kide on homogeeninen, mutta samalla anisotrooppinen kappale. Kappale katsotaan homogeeniseksi, jossa äärellisillä etäisyyksillä mistä tahansa sen pisteestä on muita, jotka vastaavat sitä paitsi fyysisesti, myös geometrisesti. Toisin sanoen ne ovat samassa ympäristössä kuin alkuperäiset, koska materiaalihiukkasten sijoittelua kideavaruudessa "ohjataan" spatiaalinen hila, voidaan olettaa, että kiteen pinta on materialisoitu litteä solmuhila, ja reuna on materialisoitu solmurivi. Yleensä hyvin kehittyneet kidepinnat määritetään solmuverkoilla, joilla on suurin solmutiheys. Pistettä, jossa kolme tai useampi kasvot yhtyvät, kutsutaan kiteen huipuksi.

Homogeenisuus ei ole ominaista vain kidekappaleille. Kiinteät amorfiset muodostelmat voivat myös olla homogeenisia. Mutta amorfiset kappaleet eivät voi itsestään saada monitahoista muotoa.

Kehitystä on meneillään, mikä voi lisätä kiteiden homogeenisuustekijää.

Tämän keksinnön ovat patentoineet venäläiset tiedemiehemme. Sokeriteollisuus Keksintö koskee sokeriteollisuutta, erityisesti massanvalmistusta. Keksintö saa aikaan lisäyksen kiteiden homogeenisuuskertoimessa massoitessa ja myötävaikuttaa myös kiteiden kasvunopeuden kasvuun kasvun viimeisessä vaiheessa johtuen ylikyllästyskertoimen asteittaisesta kasvusta.

Tunnetun menetelmän haittoja ovat kiteiden alhainen homogeenisuuskerroin ensimmäisen kiteytyksen massamassassa, massan saamisen merkittävä kesto.

Keksinnön teknisenä tuloksena on nostaa kiteiden homogeenisuuskerrointa ensimmäisen kiteytyksen massamassassa ja tehostaa massan saamisprosessia.

3. Kyky hillitä itseään

Itseleikkauskyky ilmaistaan ​​siinä, että mikä tahansa fragmentista tai pallosta, joka on veistetty kiteestä sen kasvuun sopivassa alustassa, peitetään ajan myötä tietylle kiteelle ominaisilla pinnoilla. Tämä ominaisuus liittyy kiderakenteeseen. Esimerkiksi lasipallossa ei ole tällaista ominaisuutta.

Kiteiden mekaaniset ominaisuudet sisältävät ominaisuuksia, jotka liittyvät sellaisiin mekaanisiin vaikutuksiin niihin, kuten isku, puristus, jännitys jne. - (halkeaminen, plastinen muodonmuutos, murtuminen, kovuus, hauraus).

Mahdollisuus itseleikkaukseen, ts. tietyissä olosuhteissa saa luonnollisen monitahoisen muodon. Tämä osoittaa myös sen oikean sisäisen rakenteen. Tämä ominaisuus erottaa kiteisen aineen amorfisesta. Esimerkki havainnollistaa tätä. Kaksi kvartsista ja lasista veistettyä palloa lasketaan piidioksidiliuokseen. Seurauksena on, että kvartsipallo peittyy faseteilla ja lasi pysyy pyöreänä.

Saman mineraalin kiteillä voi olla eri muoto, koko ja pintojen lukumäärä, mutta kulmat vastaavien pintojen välillä ovat aina vakiot (kuvat 4 a-d) - tämä on kiteiden pintakulmien pysyvyyden laki. Tässä tapauksessa saman aineen eri kiteissä olevien pintojen koko ja muoto, niiden välinen etäisyys ja jopa niiden lukumäärä voivat vaihdella, mutta vastaavien pintojen väliset kulmat saman aineen kaikissa kiteissä pysyvät vakioina samoissa olosuhteissa. paineesta ja lämpötilasta. Kiteiden pintojen väliset kulmat mitataan goniometrillä (goniometrillä). Fasettikulmien pysyvyyden laki selittyy sillä, että yhden aineen kaikki kiteet ovat identtisiä sisäiseltä rakenteeltaan, ts. on sama rakenne.

Tämän lain mukaan tietyn aineen kiteille on ominaista niiden erityiset kulmat. Siksi kulmia mittaamalla voidaan osoittaa, että tutkittava kide kuuluu johonkin tai toiseen aineeseen.

Ihanteellisesti muodostuneilla kiteillä on symmetriaa, mikä on erittäin harvinaista luonnollisissa kiteissä kasvojen kehittyneen kasvun vuoksi (kuva 4e).

Riisi. 4 kiteiden fasettikulmien pysyvyyden laki (a-d) ja ontelon seinämällä kasvavan kiteen etupintojen 1,3 ja 5 kasvu (e)

Halkeaminen on kiteiden ominaisuus, joka halkeaa tai halkeaa tiettyjä kristallografisia suuntia pitkin, minkä seurauksena muodostuu jopa sileitä tasoja, joita kutsutaan halkeamistasoiksi.

Katkaisutasot on suunnattu samansuuntaisesti todellisten tai mahdollisten kidepintojen kanssa. Tämä ominaisuus riippuu täysin mineraalien sisäisestä rakenteesta ja ilmenee niissä suunnissa, joissa kidehilojen materiaalihiukkasten väliset adheesiovoimat ovat pienimmät.

Täydellisyyden asteesta riippuen voidaan erottaa useita pilkkoutumistyyppejä:

Erittäin täydellinen - mineraali hajoaa helposti erillisiksi ohuiksi levyiksi tai lehtiksi, sitä on erittäin vaikea jakaa toiseen suuntaan (kiille, kipsi, talkki, kloriitti).

Riisi. 5 Kloriitti (Mg, Fe) 3 (Si, Al) 4 O 10 (OH) 2 (Mg, Fe) 3 (OH) 6)

Täydellinen - mineraali halkeaa suhteellisen helposti pääasiassa halkeamistasoja pitkin, ja rikkoutuneet palaset muistuttavat usein yksittäisiä kiteitä (kalsiitti, galenia, haliitti, fluoriitti).

Riisi. 6 Kalsiitti

Keskikokoinen - halkeamisessa muodostuu sekä halkeamistasoja että epätasaisia ​​rakoja satunnaisiin suuntiin (pyrokseenit, maasälpät).

Riisi. 7 maasälpää ((K, Na, Ca, joskus Ba) (Al 2 Si 2 tai AlSi 3) O 8))

Epätäydellinen - mineraalit halkeavat mielivaltaisiin suuntiin muodostaen epätasaisia ​​murtumapintoja, yksittäisiä halkeamistasoja löytyy vaikeasti (natiivi rikki, rikkikiisu, apatiitti, oliviini).

Riisi. 8 apatiittikitettä (Ca 5 3 (F, Cl, OH))

Joissakin mineraaleissa halkeamisen aikana muodostuu vain epätasaisia ​​pintoja, tässä tapauksessa ne puhuvat erittäin epätäydellisestä halkeamisesta tai sen puuttumisesta (kvartsi).

Riisi. 9 kvartsi (SiO 2)

Halkeaminen voi ilmetä yhteen, kahteen, kolmeen, harvoin useampaan suuntaan. Sen tarkempaa kuvausta varten osoitetaan suunta, johon pilkkoutuminen kulkee, esimerkiksi romboedriä pitkin - kalsiitissa, kuutiota pitkin - haliittissa ja galeenissa, oktaedria pitkin - fluoriitissa.

Halkeamistasot on erotettava kidepinnoista: Tasolla on yleensä voimakkaampi kiilto, se muodostaa sarjan toistensa kanssa yhdensuuntaisia ​​tasoja ja toisin kuin kidepinnat, joissa emme voi havaita varjostusta.

Siten pilkkoutuminen voidaan jäljittää yhtä (kiille), kahteen (maasälpä), kolmeen (kalsiitti, haliitti), neljään (fluoriitti) ja kuuteen (sfaleriitti) suuntaan. Pilkkomisen täydellisyyden aste riippuu kunkin mineraalin kidehilan rakenteesta, koska tämän hilan joidenkin tasojen (litteät ristikot) pitkin murtuminen heikompien sidosten vuoksi tapahtuu paljon helpommin kuin muihin suuntiin. Jos kidehiukkasten välillä on identtiset adheesiovoimat, halkeamista (kvartsi) ei tapahdu.

Murtuma - mineraalien kyky halkeilla ei halkeamistasoja pitkin, vaan monimutkaista epätasaista pintaa pitkin

Erottaminen - joidenkin mineraalien ominaisuus halkeaa yhdensuuntaisten, vaikkakaan useimmiten ei aivan tasaisten tasojen muodostuessa, ei johdu kidehilan rakenteesta, jota joskus erehtyy pilkkoutumaan. Toisin kuin pilkkoutuminen, erottuvuus on vain joidenkin tietyn mineraalin yksittäisten yksilöiden ominaisuus, ei koko mineraalilajien ominaisuus. Suurin ero erottamisen ja katkaisun välillä on se, että tuloksena olevia lyöntejä ei voida jakaa edelleen pienemmiksi fragmenteiksi, joissa on jopa yhdensuuntaisia ​​siruja.

Symmetria- yleisin kuvio, joka liittyy kiteisen aineen rakenteeseen ja ominaisuuksiin. Se on yksi fysiikan ja yleensä luonnontieteen yleistävistä peruskäsitteistä. "Symmetria on geometristen kuvioiden ominaisuus toistaa osansa, tai tarkemmin sanottuna, niiden ominaisuus eri asennoissa olla linjassa alkuperäisen aseman kanssa." Tutkimuksen mukavuuden vuoksi he käyttävät kidemalleja, jotka välittävät ihanteellisten kiteiden muodot. Kiteiden symmetrian kuvaamiseksi on tarpeen määrittää symmetriaelementit. Näin ollen tällainen kohde on symmetrinen, joka voidaan yhdistää itsensä kanssa tietyillä muunnoksilla: kierroksilla ja (ja) heijastuksilla (kuva 10).

1. Symmetriataso on kuvitteellinen taso, joka jakaa kiteen kahteen yhtä suureen osaan, ja toinen osa on ikään kuin toisen peilikuva. Kiteellä voi olla useita symmetriatasoja. Symmetriataso on merkitty latinalaisella kirjaimella R.

2. Symmetria-akseli on viiva, jonka pyörimisen aikana kide toistaa alkuasemaansa avaruudessa 360° n:nnen kerran. Sitä merkitään kirjaimella L. n - määrittää symmetria-akselin järjestyksen, joka luonnossa voi olla vain 2, 3, 4 ja 6. kertaluokkaa, ts. L2, L3, L4 ja L6. Kiteissä ei ole viidennen ja kuudennen asteen akseleita, eikä ensimmäisen asteen akseleita oteta huomioon.

3. Symmetriakeskus - kiteen sisällä oleva kuvitteellinen piste, jossa viivat leikkaavat ja jakautuvat puoliksi yhdistäen vastaavat pisteet kiteen pinnalla1. Symmetrian keskipiste on merkitty kirjaimella C.

Luonnossa esiintyvien kidemuotojen koko kirjo on yhdistetty seitsemään syngoniaan (systeemiin): 1) kuutio; 2) kuusikulmainen; 3) tetragonaalinen (neliö); 4) trigonaalinen; 5) rombinen; 6) monokliininen ja 7) triklininen.

4. Vakiosulamispiste

Sulaminen on aineen siirtymistä kiinteästä tilasta nestemäiseen.

Se ilmenee siinä, että kun kiteistä kappaletta kuumennetaan, lämpötila nousee tiettyyn rajaan; edelleen lämmitettäessä aine alkaa sulaa ja lämpötila pysyy vakiona jonkin aikaa, koska kaikki lämpö menee kidehilan tuhoutumiseen. Syynä ilmiöön uskotaan olevan se, että pääosa kiintoaineeseen syötetystä lämmittimen energiasta käytetään vähentämään aineen hiukkasten välisiä sidoksia, ts. kidehilan tuhoutumiseen. Tässä tapauksessa hiukkasten välinen vuorovaikutusenergia kasvaa. Sulalla aineella on suurempi sisäenergiavarasto kuin kiinteässä tilassa. Jäljellä oleva osa sulamislämmöstä kuluu työhön, jolla muutetaan kehon tilavuutta sen sulamisen aikana. Lämpötilaa, jossa sulaminen alkaa, kutsutaan sulamispisteeksi.

Sulamisen aikana useimpien kidekappaleiden tilavuus kasvaa (3-6 %) ja pienenee jähmettymisen aikana. Mutta on aineita, joiden sulaessa tilavuus pienenee ja jähmettyneenä se kasvaa.

Näitä ovat esimerkiksi vesi ja valurauta, pii ja jotkut muut. Siksi jää kelluu veden pinnalla ja kiinteä valurauta - omassa sulassaan.

Amorfisilla aineilla, toisin kuin kiteisillä, ei ole selkeästi määriteltyä sulamispistettä (meripihka, hartsi, lasi).

Riisi. 12 Amber

Aineen sulamiseen tarvittava lämpömäärä on yhtä suuri kuin sulamislämpötilan tulo kerrottuna aineen massalla.

Ominaissulamislämpö osoittaa, kuinka paljon lämpöä tarvitaan 1 kg:n aineen täydelliseen muuttamiseksi kiinteästä tilasta nestemäiseksi sulamisnopeudella mitattuna.

Ominaissulamislämmön yksikkö SI:nä on 1J/kg.

Sulamisprosessin aikana kiteen lämpötila pysyy vakiona. Tätä lämpötilaa kutsutaan sulamispisteeksi. Jokaisella aineella on oma sulamispisteensä.

Tietyn aineen sulamispiste riippuu ilmanpaineesta.

Kiteisissä kappaleissa sulamispisteessä voidaan tarkkailla ainetta samanaikaisesti kiinteässä ja nestemäisessä tilassa. Kiteisten ja amorfisten aineiden jäähtymis- (tai kuumennus)käyrillä voidaan nähdä, että ensimmäisessä tapauksessa on kaksi terävää käännettä, jotka vastaavat kiteytymisen alkua ja loppua; amorfisen aineen jäähtyessä meillä on tasainen käyrä. Tällä perusteella on helppo erottaa kiteiset aineet amorfisista aineista.

Bibliografia

1. Kemistin käsikirja 21 "KEMIAN JA KEMIAN TEKNIIKKA" s. 10 (http://chem21.info/info/1737099/)

2. Geologian hakuteos (http://www.geolib.net/crystallography/vazhneyshie-svoystva-kristallov.html)

3. UrFU on nimetty Venäjän ensimmäisen presidentin B.N. Jeltsin”, osio Geometric Crystallography (http://media.ls.urfu.ru/154/489/1317/)

4. Luku 1. Kristallografia kidekemian ja mineralogian perusteilla (http://kafgeo.igpu.ru/web-text-books/geology/r1-1.htm)

5. Hakemus: 2008147470/13, 01.12.2008; IPC C13F1/02 (2006.01) C13F1/00 (2006.01). Patentinhaltija(t): Valtion ammattikorkeakoulu Voronezh State Technological Academy (RU) (http://bd.patent.su/2371000-2371999/pat/servl/servlet939d.html)

6. Tulan osavaltion pedagoginen yliopisto, joka on nimetty L.N. Tolstoi Ekologian laitos Golynskaya F.A. "Mineraalien käsite kiteisinä aineina" (http://tsput.ru/res/geogr/geology/lec2.html)

7. Tietokoneen koulutuskurssi "Yleinen geologia" Luentokurssi. Luento 3 D0% B8% D0% B8/%D0% BB % D0% B5% D0% BA % D1% 86% D0% B8% D1% 8F_3.htm)

8. Fysiikkatunti (http://class-fizika.narod.ru/8_11.htm)

Samanlaisia ​​asiakirjoja

Kiinteiden aineiden kiteiset ja amorfiset tilat, piste- ja viivavirheiden syyt. Kiteiden alkuperä ja kasvu. Jalokivien, kiinteiden liuosten ja nestekiteiden keinotekoinen tuotanto. Kolesteristen nestekiteiden optiset ominaisuudet.

tiivistelmä, lisätty 26.4.2010


Nestekiteet faasitilana, johon jotkin aineet siirtyvät tietyissä olosuhteissa, niiden tärkeimmät fysikaaliset ominaisuudet ja niihin vaikuttavat tekijät. Tutkimuksen historia, tyypit, nestekiteiden käyttö monitorien valmistuksessa.

testi, lisätty 12.6.2013


Aineen nestekidetilan ominaisuudet ja ominaisuudet. Smektisten nestekiteiden rakenne, modifikaatioiden ominaisuudet. Ferrosähköiset ominaisuudet. Smektisen C*:n helikoidirakenteen tutkimus molekyylidynamiikan avulla.

tiivistelmä, lisätty 18.12.2013


Nestekiteiden käsitteen kehityksen historia. Nestekiteet, niiden tyypit ja pääominaisuudet. Nestekiteiden optinen aktiivisuus ja niiden rakenteelliset ominaisuudet. Freedericksz-efekti. LCD-näytön laitteiden fyysinen toimintaperiaate. Optinen mikrofoni.

opetusohjelma, lisätty 14.12.2010


Nestekiteiden löytöhistorian ja käyttöalueiden tarkastelu; niiden luokittelu smektisiin, nemaattisiin ja kolesterisiin. Nestekideaineiden optisten, diamagneettisten, dielektristen ja akusto-optisten ominaisuuksien tutkimus.

lukukausityö, lisätty 18.6.2012


Nestekiteiden määritelmä, olemus, löytöhistoria, ominaisuudet, ominaisuudet, luokitus ja käyttöohjeet. Termotrooppisten nestekiteiden luokkien luonnehdinta. Pylväsfaasien tai "nestefilamenttien" translaatiovapausasteet.

tiivistelmä, lisätty 28.12.2009


Kiteet ovat todellisia kiinteitä aineita. Kiteiden pistevikojen termodynamiikka, niiden kulkeutuminen, lähteet ja nielut. Dislokaatiotutkimus, lineaarinen vika kiintoaineiden kiderakenteessa. Kaksi- ja kolmiulotteisia vikoja. amorfiset kiinteät aineet.

raportti, lisätty 1.7.2015


esitys, lisätty 29.9.2013


Kondensoituneen aineen käsite ja pääpiirteet, ominaisprosessit. Kiteiset ja amorfiset kappaleet. Kiteiden anisotropian olemus ja piirteet. Polykiteiden ja polymeerien erityispiirteet. Kiteiden lämpöominaisuudet ja rakenne.

luentokurssi, lisätty 21.02.2009


Viskositeetti-lämpötila-ominaisuuksien arviointi (öljyt). Leimahduspisteen riippuvuus paineesta. Dispersio, optinen aktiivisuus. Öljyn ja öljytuotteiden tislauslaboratoriomenetelmät. Sulamis- ja sublimaatiolämpö. Spesifinen ja molekyylitaitto.

Luento 16

Kiteiden fysikaaliset ominaisuudet

Kiinteän olomuodon fysiikka käsittelee kiinteiden aineiden rakenteen ja fysikaalisten ominaisuuksien tutkimusta. Se määrittää fysikaalisten ominaisuuksien riippuvuuden aineen atomirakenteesta, kehittää menetelmiä uusien kiteisten materiaalien saamiseksi ja tutkimiseksi, joilla on tietyt ominaisuudet.

Kiteiden fysikaaliset ominaisuudet määräytyvät:

1) kiteet muodostavien kemiallisten alkuaineiden luonne;

2) kemiallisen sidoksen tyyppi;

3) rakenteen geometrinen luonne, eli atomien keskinäinen järjestely kiderakenteessa;

4) rakenteen epätäydellisyys, eli vikojen esiintyminen.

Toisaalta kiteiden fysikaalisten ominaisuuksien perusteella arvioimme yleensä kemiallisen sidoksen tyypin.

Kiteiden lujuus on helpoimmin arvioitavissa niiden mekaanisten ja lämpöominaisuuksien perusteella. Mitä vahvempi kide, sitä suurempi sen kovuus ja korkeampi sen sulamispiste. Jos tutkimme kovuuden muutosta koostumuksen muutoksella samantyyppisten aineiden sarjassa ja vertaamme saatuja tietoja vastaaviin sulamispisteiden arvoihin, voimme havaita näiden ominaisuuksien muutoksessa "rinnakkaisen".

Haluan muistuttaa, että kiteiden fysikaalisten ominaisuuksien tyypillisin piirre on niiden symmetria ja anisotropia. Anisotrooppiselle väliaineelle on tunnusomaista mitatun ominaisuuden riippuvuus mittaussuunnasta.

Olemme jo sanoneet, että kristallikemia liittyy läheisesti kristallografiaan ja fysiikkaan. Siksi, kristalifysiikan päätehtävä(kristallografian osa, joka tutkii kiteiden fysikaalisia ominaisuuksia) tutkii kiteiden fysikaalisten ominaisuuksien säännönmukaisuuksia niiden rakenteesta sekä näiden ominaisuuksien riippuvuutta ulkoisista vaikutuksista.

Aineiden fysikaaliset ominaisuudet voidaan jakaa kahteen ryhmään: rakenteellisesti herkät ja rakenteellisesti epäherkät ominaisuudet. Ensimmäinen riippuu kiteiden atomirakenteesta, toinen - pääasiassa elektronisesta rakenteesta ja kemiallisen sidoksen tyypistä. Esimerkkinä edellisestä on mekaaniset ominaisuudet (massa, tiheys, lämpökapasiteetti, sulamispiste jne.), jälkimmäisestä esimerkkinä lämmön- ja sähkönjohtavuus, optiset ja muut ominaisuudet.

Siten metallien hyvä sähkönjohtavuus vapaiden elektronien läsnäolon vuoksi havaitaan paitsi kiteissä, myös sulaissa metalleissa.

Sidosen ioninen luonne ilmenee erityisesti siinä, että monet suolat, esimerkiksi alkalimetallihalogenidit, liukenevat polaarisiin liuottimiin ja hajoavat ioneiksi. Se tosiasia, että liukoisuutta ei ole, ei kuitenkaan voi vielä toimia todisteena siitä, että yhdisteellä on ei-polaarinen sidos. Siten esimerkiksi oksidien sitoutumisenergia on niin paljon suurempi kuin alkalihalogenidien sitoutumisenergia, että veden dielektrisyysvakio ei enää riitä erottamaan ioneja kiteestä.

Lisäksi jotkin yhdisteet, joilla on pääasiassa homeopolaarinen sidostyyppi, voivat polaarisen liuottimen suuren dielektrisyysvakion vaikutuksesta dissosioitua ioneiksi liuoksessa, vaikka ne eivät ehkä olekaan ionisia yhdisteitä kiteisessä tilassa (esim. HCl , HBr).

Heterodesmisissä yhdisteissä jotkin ominaisuudet, kuten yhdisteiden mekaaninen lujuus, riippuvat vain yhdestä (heikoimmasta) sidostyypistä.

Siksi kidettä voidaan pitää toisaalta epäjatkuvana (erillisenä) väliaineena. Toisaalta kiteistä ainetta voidaan pitää jatkuvana anisotrooppisena väliaineena. Tässä tapauksessa fyysiset ominaisuudet, jotka ilmenevät tiettyyn suuntaan, eivät ole riippuvaisia ​​käännöksistä (siirroista). Tämä mahdollistaa fysikaalisten ominaisuuksien symmetrian kuvaamisen pistesymmetriaryhmien avulla.

Kuvattaessa kiteen symmetriaa otamme huomioon vain ulkoisen muodon, eli otamme huomioon geometristen kuvioiden symmetrian. P. Curie osoitti, että materiaalihahmojen symmetriaa kuvaa ääretön määrä pisteryhmiä, jotka rajassa pyrkivät aiemmin tarkasteltuihin seitsemään rajasymmetriaryhmään (pyörivän kartion, kiinteän kartion, pyörivän sylinterin, kierrettyjen perheet sylinteri, kiinteä sylinteri, palloperhe, jossa on pinnan pyörimispisteet, kiinteän pallon perheet).

Rajapisteryhmät - Curie-ryhmät - kutsutaan pisteryhmiä, jotka sisältävät äärettömän järjestyksen akseleita. Rajaryhmiä on vain seitsemän: ¥, ¥mm, ¥/m, ¥22, ¥/mm, ¥/¥, ¥/¥mm.

Kiteen pistesymmetriaryhmän ja sen fysikaalisten ominaisuuksien symmetrian välisen yhteyden muotoili saksalainen fyysikko F. Neumann: materiaali osoittaa fysikaalisten ominaisuuksien suhteen samanlaista symmetriaa kuin sen kristallografinen muoto. Tämä tunnetaan Neumannin periaatteena.

Saksalainen fyysikko W. Voigt, F. Nemanin opiskelija, selvensi tätä periaatetta merkittävästi ja muotoili sen seuraavasti: minkä tahansa fyysisen ominaisuuden symmetriaryhmän tulee sisältää kaikki kiteen pistesymmetriaryhmän elementit.

Tarkastellaan joitain kiteiden fysikaalisia ominaisuuksia.

Kiteiden tiheys.

Aineen tiheys riippuu aineen kiderakenteesta, sen kemiallisesta koostumuksesta, atomien pakkaustekijästä, sen muodostavien hiukkasten valenssista ja säteistä.

Tiheys muuttuu lämpötilan ja paineen muutosten myötä, koska nämä tekijät aiheuttavat aineen laajenemisen tai supistumisen.

Tiheyden riippuvuus rakenteesta voidaan osoittaa käyttämällä esimerkkiä kolmesta Al2SiO5:n muunnoksesta:

andalusiitti (r = 3,14 - 3,16 g/cm3);

sillimaniitti (r = 3,23 - 3,27 g/cm3);

kyaniitti (r = 3,53 - 3,65 g/cm3).

Kun kiderakenteen pakkauskerroin kasvaa, aineen tiheys kasvaa. Esimerkiksi grafiitin polymorfisen siirtymisen aikana timantiksi hiiliatomien koordinaatiomäärän muuttuessa 3:sta 4:ään, tiheys kasvaa vastaavasti 2,2:sta 3,5 g/cm3:iin).

Todellisten kiteiden tiheys on yleensä pienempi kuin laskettu tiheys (ideaalikiteet), koska niiden rakenteissa on vikoja. Esimerkiksi timantin tiheys vaihtelee välillä 2,7-3,7 g/cm3. Siten vähentämällä kiteiden todellista tiheyttä voidaan arvioida niiden viallisuusaste.

Tiheys muuttuu myös aineen kemiallisen koostumuksen muuttuessa isomorfisten substituutioiden aikana - siirryttäessä isomorfisen sarjan jäsenestä toiseen. Esimerkiksi oliviinisarjassa (mg, Fe2+ )2[ SiO4 ] tiheys kasvaa, kun Mg2+-kationit korvataan Fe2+:lla forsteriitin r = 3,22 g/cm3:stä mg2 [ SiO4 ] R = 4,39 g/cm3 asti fayaliitille.

Kovuus.

Kovuus tarkoittaa kiteen kestävyyttä ulkoisille vaikutuksille. Kovuus ei ole fyysinen vakio. Sen arvo ei riipu vain tutkitusta materiaalista, vaan myös mittausolosuhteista.

Kovuus riippuu:

rakenteen tyyppi;

pakkauskerroin (ominaispaino);

kiteen muodostavien ionien varaus.

Esimerkiksi CaCO3:n polymorfisten modifikaatioiden - kalsiitin ja aragoniitin - tiheydet ovat vastaavasti 3 ja 4, ja ne eroavat rakenteidensa erilaisesta tiheydestä:

· kalsiitin rakenteelle, jossa CChSa = 6 - r = 2,72;

· aragoniitin rakenteelle, jonka CChSa = 9 - r = 2,94 g/cm3).

Sarjassa identtisiä kiteitä kovuus kasvaa varausten kasvaessa ja kationien koon pienentyessä. Riittävän suurten anionien, kuten F-, OH-, H2O-molekyylien, läsnäolo rakenteissa vähentää kovuutta.

Kiteiden eri muotojen puolilla on erilainen verkkotiheys ja niiden kovuus eroavat toisistaan. Siten suurin kovuus timanttirakenteessa on (111) oktaedrin pinnoilla, joilla on suurempi verkkotiheys verrattuna (100) kuution pintoihin.

Kyky muuttaa muotoaan.

Kiteen plastisen muodonmuutoksen kyky määrittää ensisijaisesti sen rakenneosien välisen kemiallisen sidoksen luonteesta.

kovalenttisidos, jolla on tiukka suuntaus, heikkenee jyrkästi jopa merkityksettömillä atomien siirtymillä toisiinsa nähden. Siksi kiteet, joissa on kovalenttinen sidostyyppi (Sb, Bi, As, se jne.), eivät osoita plastisen muodonmuutoksen kykyä.

metallinen liitos sillä ei ole suunnattua luonnetta ja se muuttuu hieman, kun atomit siirtyvät toistensa suhteen. Tämä määrittää metallien korkean plastisuusasteen (sitkeys). Muokattavimmat ovat metallit, joiden rakenteet on rakennettu kuutio lähimmän tiivistyksen lain mukaan, jossa on neljä tiiviisti pakattujen kerrosten suuntaa. Vähemmän metallien taonta kuusikulmaisella tiivisteellä - tiheimpien kerrosten yhteen suuntaan. Raudan polymorfisten muunnelmien joukossa a-Fe:llä ja b-Fe:llä ei juuri ole muokattavuutta (tyypin I hila), kun taas g-Fe, jolla on kuutioltaan lähin tiiviste (kasvokeskeinen kuutiohila), on muokattava metalli, kuten Cu, Pt, Au, Ag jne.

Ionisidos ei ole suunnattu. Siksi tyypilliset ionikiteet (NaCl, CaF2, CaTe jne.) ovat yhtä hauraita kuin kiteet, joissa on kovalenttinen sidos. Mutta samaan aikaan niillä on melko korkea plastisuus. Niissä liukuminen etenee tiettyjä kristallografisia suuntia pitkin. Tämä selittyy sillä, että kiderakenteessa voidaan erottaa (110) verkkoja, jotka muodostuvat joko yksinään Na+-ioneista tai Cl–-ioneista. Plastisen muodonmuutoksen aikana yksi litteä verkko liikkuu viereiseen nähden siten, että Na+-ionit liukuvat Cl-ioneja pitkin. Viereisten verkkojen ionien varausten ero estää repeämisen ja ne pysyvät samansuuntaisina alkuperäisen asemansa kanssa. Näitä kerroksia pitkin liukuminen etenee minimaalisella häiriöllä atomien järjestelyssä ja on helpointa.

Kiteiden lämpöominaisuudet.

Lämmönjohtavuus liittyy läheisesti symmetriaan. Tämä voidaan selvemmin osoittaa seuraavassa kokeessa. Peitetään ohuella kerroksella parafiinia kolmen kiteen pinnat: kuutio, kuusikulmainen prisma, suora suuntaissärmiö. Kosketetaan ohuen kuuman neulan kärjellä näiden kiteiden jokaista pintaa. Sulamispisteiden ääriviivoista voidaan päätellä lämmön etenemisnopeus pintojen tasoilla eri suuntiin.

Kuutiomaisessa syngoniakiteessä sulamispisteiden ääriviivat kaikilla pinnoilla ovat ympyrän muotoisia, mikä osoittaa saman lämmön etenemisnopeuden kaikkiin suuntiin kosketuspisteestä kuuman neulan kanssa. Ympyröiden ideassa kuutiokiteen kaikilla pinnoilla olevien pisteiden muoto liittyy sen symmetriaan.

Kuusikulmaisen prisman ylä- ja alapinnalla olevien pisteiden muoto on myös ympyrän muotoinen (lämmön etenemisnopeus keskiluokan kiteen pääakseliin nähden kohtisuorassa tasossa on sama kaikkiin suuntiin). Kuusikulmaisen prisman pinnoilla sulamispisteet ovat ellipsin muotoisia, koska 2. kertaluvun akselit kulkevat kohtisuorassa näihin pintoihin nähden.

Oikean suuntaissärmiön (ortogonaalisen syngonian kide) kaikilla pinnoilla sulamispisteet ovat ellipsin muotoisia, koska 2. kertaluvun akselit kulkevat kohtisuorassa näihin pintoihin nähden.

Joten lämmön etenemisnopeus kidekappaleen läpi on suoraan riippuvainen siitä, mitä lineaarista symmetriaelementtiä pitkin se etenee. Kuutiokiteissä lämmönjakopinnasta tulee pallon muotoinen. Kuutiokiteet ovat siis lämmönjohtavuuden suhteen isotrooppisia, eli ne ovat kaikkiin suuntiin yhtä tunnusomaisia. Lämmönjohtava pinta keskiluokan kiteitä ilmaistaan ​​kierrosellipsoidina (samansuuntainen pääakselin kanssa). SISÄÄN alimman luokan kiteitä ja kaikki lämmönjohtavuuspinnat ovat ellipsoidisia.

Lämmönjohtavuuden anisotropia liittyy läheisesti kiteisen aineen rakenteeseen. Siten tiheimmät atomiverkot ja rivit vastaavat korkeita lämmönjohtavuuden arvoja. Siksi kerros- ja ketjukiteillä on suuria eroja lämmönjohtavuuden suunnissa.

Lämmönjohtavuus riippuu myös kiteen viallisuusasteesta - viallisemmilla kiteillä se on pienempi kuin synteettisillä. Amorfisessa tilassa olevan aineen lämmönjohtavuus on pienempi kuin saman koostumuksen omaavilla kiteillä. Esimerkiksi kvartsilasin lämmönjohtavuus on paljon pienempi kuin kvartsikiteiden lämmönjohtavuus. Tämä ominaisuus on perusta kvartsilasiesineiden laajalle käytölle.

Optiset ominaisuudet.

Jokaiselle aineelle, jolla on tietty kiderakenne, on ominaista ainutlaatuiset optiset ominaisuudet. Optiset ominaisuudet liittyvät läheisesti kiinteiden aineiden kiderakenteeseen ja sen symmetriaan.

Optisten ominaisuuksien osalta kaikki aineet voidaan jakaa optisesti isotrooppisiin ja anisotrooppisiin. Ensimmäiset sisältävät korkeimman luokan amorfiset kappaleet ja kiteet, jälkimmäiset - kaikki loput. Optisesti isotrooppisissa väliaineissa valoaalto, joka on joukko sähkömagneettisia poikittaisia ​​harmonisia värähtelyjä, etenee samalla nopeudella kaikkiin suuntiin. Tällöin myös sähkö- ja magneettikenttien intensiteettivektorin värähtelyt tapahtuvat kaikkiin mahdollisiin suuntiin, mutta säteen suuntaan nähden kohtisuorassa tasossa. Sen suuntaa pitkin valoenergia siirtyy. Tätä valoa kutsutaan luonnollinen tai polarisoitumaton(Kuva a, b).

Optisesti anisotrooppisissa väliaineissa aallon etenemisnopeudet eri suuntiin voivat olla erilaisia. Tietyissä olosuhteissa ns polarisoitua valoa, jolle kaikki sähkö- ja magneettikenttien vektorin värähtelyt kulkevat tiukasti määriteltyyn suuntaan (kuva c, d). Tällaisen polarisoidun valon käyttäytyminen kiteissä on perusta kideoptisille tutkimuksille polarisoivalla mikroskoopilla.

Valon kahtaistaitteisuus kiteissä.

lineaarisesti polarisoitua keskenään kohtisuoralla värähtelytasolla. Valon hajoamista kahdeksi polarisoiduksi säteeksi kutsutaan kahtaistaittavuus tai kahtaistaittavuus.

Valon kahtaistaitteisuutta havaitaan kaikkien syngonioiden kiteissä, lukuun ottamatta kuutiota. Alimman ja keskiluokan kiteissä kahtaistaitetta esiintyy kaikkiin suuntiin, lukuun ottamatta yhtä tai kahta suuntaa, ns. optiset akselit.

Kahtaistaittavuuden ilmiö liittyy kiteiden anisotropiaan. Kiteiden optinen anisotropia ilmenee siinä, että valon etenemisnopeus niissä on erilainen eri suuntiin.

SISÄÄN keskiluokan kiteitä Optisen anisotropian monien suuntien joukossa on yksi suunta - optinen akseli, joka on yhteneväinen 3., 4., 6. asteen pääsymmetria-akselin kanssa. Tätä suuntaa pitkin valo kulkee halkeilematta.

SISÄÄN alimman luokan kiteitä On olemassa kaksi suuntaa, joita pitkin valo ei kahtia. Näihin suuntiin kohtisuorassa olevien kiteiden poikkileikkaukset osuvat yhteen optisesti isotrooppisten poikkileikkausten kanssa.

Rakenteellisten ominaisuuksien vaikutus optisiin ominaisuuksiin.

Kiderakenteissa, joissa on tiiviisti pakattuja atomeja, kerroksen sisällä olevien atomien välinen etäisyys ylittää lähimpien atomien välisen etäisyyden vierekkäisissä kerroksissa. Tällainen järjestys johtaa helpompaan polarisaatioon, jos valoaallon sähkökentän jännitevektori on yhdensuuntainen kerrosten tason kanssa.

sähköiset ominaisuudet.

Kaikki aineet voidaan jakaa johtimiin, puolijohteisiin ja dielektrikoihin.

Jotkut kiteet (dielektriset aineet) polarisoituvat ulkoisten vaikutusten vaikutuksesta. Eristeiden polarisoitumiskyky on yksi niiden perusominaisuuksista. Polarisaatio on prosessi, joka liittyy sähköisten dipolien muodostumiseen eristeessä ulkoisen sähkökentän vaikutuksesta.

Kristallografiassa ja kiinteän olomuodon fysiikassa ilmiöt pietsosähköisyys ja pyrosähköisyys.

Pietsosähköinen vaikutus - joidenkin dielektristen kiteiden polarisaation muutos mekaanisen muodonmuutoksen aikana. Syntyvien varausten suuruus on verrannollinen käytettyyn voimaan. Varausmerkki riippuu kiderakenteen tyypistä. Pietsosähköinen vaikutus syntyy vain kiteissä, joissa ei ole inversiokeskusta, ts. joilla on polaarinen suunta. Esimerkiksi kvartsi SiO2, sfaleriitti (ZnS) kiteet.

Pyroelektrinen vaikutus - sähkövarausten ilmaantuminen joidenkin kiteiden pinnalle, kun niitä kuumennetaan tai jäähdytetään. Pyroelektrinen vaikutus esiintyy vain dielektrisissä kiteissä, joilla on yksi polaarinen suunta ja joiden vastakkaisia ​​päitä ei voida yhdistää millään tietyn symmetriaryhmän toiminnalla. Sähkövarausten esiintyminen voi tapahtua vain tiettyjen, napaiset suunnat. Näihin suuntiin kohtisuorassa olevat kasvot saavat erimerkkisiä varauksia: yksi on positiivinen ja toinen negatiivinen. Pyrosähköinen vaikutus voi esiintyä kiteissä, jotka kuuluvat johonkin napasymmetrialuokista: 1, 2, 3, 4, 6, m, mm2, 3m, 4mm, 6mm.

Geometrisestä kristallografiasta seuraa, että symmetriakeskuksen kautta kulkevat suunnat eivät voi olla polaarisia. Myöskään symmetriatasoihin tai parillisen järjestyksen akseleihin nähden kohtisuorassa olevat suunnat eivät voi olla polaarisia.

Pyrosähköisten laitteiden luokassa erotetaan kaksi alaluokkaa. Ensimmäiseen ryhmään kuuluvat lineaariset pyroelektriset tuotteet, joissa sähköinen polarisaatio ulkoisessa kentässä riippuu lineaarisesti sähkökentän voimakkuudesta. Esimerkiksi turmaliini NaMgAl3B3.Si6(O,OH)30.

Toisen alaluokan kiteitä kutsutaan ferrosähköisiksi. Heille polarisaation riippuvuus ulkoisen kentän voimakkuudesta on epälineaarinen ja polarisoituvuus riippuu ulkoisen kentän suuruudesta. Polarisaation epälineaariselle riippuvuudelle sähkökentän voimakkuudesta on tunnusomaista hystereesisilmukka. Tämä ferrosähköisten ominaisuuksien ominaisuus viittaa siihen, että ne säilyttävät sähköisen polarisaationsa ulkoisen kentän puuttuessa. Tämän ansiosta Rochelle-suolakiteet (josta ferrosähköisten nimitys) osoittautuivat luotettaviksi sähköenergian säilyttäjiksi ja sähköisten signaalien tallentajiksi, mikä mahdollistaa niiden käytön tietokoneen "muistisoluissa".

Magneettiset ominaisuudet.

Tämä on kappaleiden kyky olla vuorovaikutuksessa magneettikentän kanssa, toisin sanoen magnetisoitua, kun ne asetetaan magneettikenttään. Magneettisen herkkyyden suuruudesta riippuen erotetaan diamagneettiset, paramagneettiset, ferromagneettiset ja antiferromagneettiset kiteet.

Kaikkien aineiden magneettiset ominaisuudet eivät riipu vain niiden kiderakenteen ominaisuuksista, vaan myös niitä muodostavien atomien (ionien) luonteesta, eli magnetismin määrää kuorien ja ytimien elektroninen rakenne sekä elektronien (spinien) kiertoradalla niiden ympärillä.

Kun atomi (ioni) viedään magneettikenttään, elektronien kulmanopeus kiertoradalla muuttuu johtuen siitä, että ylimääräinen pyörimisliike asettuu elektronien alkuperäisen pyörimisliikkeen päälle ytimen ympärillä, minkä seurauksena atomi vastaanottaa ylimääräisen magneettisen momentin. Lisäksi, jos kaikki elektronit, joilla on vastakkaiset spinit atomissa, ryhmitellään pareittain (kuva A), elektronien magneettiset momentit kompensoidaan ja niiden kokonaismagneettinen momentti on nolla. Tällaisia ​​atomeja kutsutaan diamagneettisiksi, ja niistä koostuvia aineita - diamagneetit. Esimerkiksi inertit kaasut, B-alaryhmän metallit - Cu, Ag, Au, Zn, Cd, useimmat ionikiteet (NaCl, CaF2) sekä aineet, joissa on vallitseva kovalenttinen sidos - Bi, Sb, Ga, grafiitti. Kerrosrakenteisissa kiteissä magneettinen herkkyys kerroksessa sijaitseville suunnille ylittää merkittävästi kohtisuorien suuntien.

Kun täytetään elektronikuoria atomeissa, elektronit ovat yleensä parittomia. Siksi on olemassa suuri määrä aineita, joiden atomeissa elektronien magneettiset momentit sijaitsevat satunnaisesti ja ulkoisen magneettikentän puuttuessa niissä ei tapahdu magneettisten momenttien spontaania orientaatiota (kuva B). Magneettinen kokonaismomentti, joka johtuu elektroneista, jotka eivät ole sidottu pareiksi ja jotka ovat heikosti vuorovaikutuksessa keskenään, on vakio, positiivinen tai jonkin verran suurempi kuin dielektrien. Tällaisia ​​atomeja kutsutaan magneettisiksi ja aineita - paramagneetit. Kun paramagneetti viedään magneettikenttään, väärin suunnatut spinit saavat jonkinlaisen suunnan, minkä seurauksena havaitaan kolmenlaisia ​​​​kompensoimattomien magneettisten momenttien järjestystä - kolmenlaisia ​​​​ilmiöitä: ferromagnetismi (kuva C), antiferromagnetismi (kuva D) ja ferrimagnetismi (kuva D).

ferromagneettisia ominaisuuksia omaavat aineita, joiden atomien (ionien) magneettiset momentit suuntautuvat rinnakkain, minkä seurauksena ulkoinen magneettikenttä voi kasvaa miljoonia kertoja. Ryhmän nimi liittyy siihen, että siinä on raudan alaryhmän Fe, Ni, Co elementtejä.

Jos yksittäisten atomien magneettiset momentit ovat samansuuntaiset ja yhtä suuret, niin atomien kokonaismagneettinen momentti on nolla. Tällaisia ​​aineita kutsutaan antiferromagneetit. Näitä ovat siirtymämetallien oksidit - MnO, NiO, CoO, FeO, monet fluoridit, kloridit, sulfidit, selenidit jne.

Kun kiderakenteen atomien antirinnakkaismomentit eivät ole yhtä suuret, kokonaismomentti osoittautuu erilaiseksi nollasta ja tällaisilla rakenteilla on spontaani magnetoituminen. Samanlaisia ​​ominaisuuksia ovat ferriitit(Fe3O4, granaattiryhmän mineraalit).

Kiinteät aineet jaetaan amorfisiin kappaleisiin ja kiteisiin. Ero jälkimmäisen ja edellisen välillä on, että kiteiden atomit on järjestetty tietyn lain mukaan, jolloin muodostuu kolmiulotteinen jaksollinen pino, jota kutsutaan kidehilaksi.

On huomionarvoista, että kiteiden nimi tulee kreikkalaisista sanoista "kovettua" ja "kylmä", ja Homeroksen aikana tätä sanaa kutsuttiin vuorikristalliksi, jota pidettiin silloin "jäätyneenä jäänä". Aluksi tällä termillä kutsuttiin vain viistettyjä läpinäkyviä muodostelmia. Mutta myöhemmin luonnollista alkuperää olevia läpinäkymättömiä ja leikkaamattomia kappaleita kutsuttiin myös kiteiksi.

Kristallirakenne ja hila

Ihanteellinen kide esitetään ajoittain toistuvien identtisten rakenteiden - niin sanottujen kiteen alkeissolujen - muodossa. Yleensä tällaisen solun muoto on vino suuntaissärmiö.

On tarpeen erottaa toisistaan ​​sellaiset käsitteet kuin kidehila ja kiderakenne. Ensimmäinen on matemaattinen abstraktio, joka kuvaa tiettyjen avaruuden pisteiden säännöllistä järjestelyä. Vaikka kiderakenne on todellinen fyysinen esine, kide, jossa tietty ryhmä atomeja tai molekyylejä liittyy jokaiseen kidehilan pisteeseen.

Granaattikiderakenne - rombi ja dodekaedri

Päätekijä, joka määrää kiteen sähkömagneettiset ja mekaaniset ominaisuudet, on alkukennon ja siihen liittyvien atomien (molekyylien) rakenne.

Kiteiden anisotropia

Kiteiden pääominaisuus, joka erottaa ne amorfisista kappaleista, on anisotropia. Tämä tarkoittaa, että kiteen ominaisuudet ovat erilaiset suunnasta riippuen. Joten esimerkiksi joustamaton (palautumaton) muodonmuutos suoritetaan vain tiettyjä kiteen tasoja pitkin ja tiettyyn suuntaan. Anisotropian vuoksi kiteet reagoivat muodonmuutokseen eri tavalla sen suunnasta riippuen.

On kuitenkin kiteitä, joilla ei ole anisotropiaa.

Kiteiden tyypit

Kiteet jaetaan yksikiteisiin ja monikiteisiin. Yksikiteitä kutsutaan aineiksi, joiden kiderakenne ulottuu koko kehoon. Tällaiset kappaleet ovat homogeenisia ja niissä on jatkuva kidehila. Yleensä tällaisella kiteellä on selvä leikkaus. Esimerkkejä luonnollisista yksikiteistä ovat vuorisuola-, timantti- ja topaasikiteet sekä kvartsi.

Monilla aineilla on kiderakenne, vaikka niillä ei yleensä ole kiteille ominaista muotoa. Tällaisia ​​aineita ovat esimerkiksi metallit. Tutkimukset osoittavat, että tällaiset aineet koostuvat suuresta määrästä hyvin pieniä yksittäiskiteitä - kiteisiä rakeita tai kristalliitteja. Ainetta, joka koostuu monista tällaisista eri tavalla suuntautuneista yksittäiskiteistä, kutsutaan monikiteiseksi. Monikiteillä ei usein ole fasetointia, ja niiden ominaisuudet riippuvat kiteisten rakeiden keskimääräisestä koosta, niiden keskinäisestä järjestelystä ja myös rakeiden välisten rajojen rakenteesta. Polykiteisiin kuuluvat aineet, kuten metallit ja seokset, keramiikka ja mineraalit sekä muut.