 |
|
|
Архитектура Астрономия Аудит Биология Ботаника Бухгалтерский учёт Войное дело Генетика География Геология Дизайн Искусство История Кино Кулинария Культура Литература Математика Медицина Металлургия Мифология Музыка Психология Религия Спорт Строительство Техника Транспорт Туризм Усадьба Физика Фотография Химия Экология Электричество Электроника Энергетика |
Понятие о минералах как природных химических соединениях. Элементы симметрии кристаллов. Морфология минеральных индивидов и агрегатов.
Задача работы: Ознакомление студентов с понятиями «минерал», «минеральный вид», «минеральный индивид». Приобретение навыков самостоятельного определения элементов симметрии кристаллов и формы минеральных агрегатов. Учебный материал. Учебная коллекция минералов, модели кристаллов. Методические указания.В настоящее время минералом называют химически и физически обособленный в пространстве продукт природной физико-химической реакции, находящийся в кристаллическом состоянии. Лед на реке зимой – минерал, но вода, в которую он превращается при таянии – нет. Раньше минералы понимались более широко, чем сейчас, и к ним причислялись любые «ископаемые» - почвы, горные породы, янтарь, окаменевшие остатки животных и растений, нефть, природный газ. Для них допускалось как твердое, так и жидкое (и даже газообразное) состояние. Сейчас к минералам относят природные кристаллические тела без ограничения размеров индивидов. Это могут быть как кристаллы весом в сотни и тысячи килограммов, так и мельчайшие кристаллические частицы, не различимые невооруженным глазом. Если в аморфном веществе составляющие его атомы, ионы и молекулы располагаются в беспорядке (как груда кирпичей и строительного мусора), то в кристаллическом веществе они располагаются в строгом геометрическом порядке (напоминают кирпичный дом, построенный умелым каменщиком). По образному выражению Тирреля «различие между кристаллическим и аморфным веществом можно сравнить с различием между дисциплинированной воинской частью на параде и неорганизованной толпой». Если мысленно представить каждый атом или ион кристаллического вещества в виде точки и соединить их условными линиями, то получим бесконечную геометрически правильную кристаллическую решетку (свою для каждого минерала). При этом точки соответствуют узлам этой решетки, а сила химических связей между атомами или ионами условно отражается длиной соединяющей их линии (чем сильнее связь – тем короче линия). Каждую пространственную решетку можно представить как систему одинаковых бесконечных параллельных плоских сеток, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. Формы кристаллов каждого минерала и их свойства как раз и зависят от формы этой невидимой невооруженным глазом кристаллической решетки (рис. 1).
Рисунок 1. Модели кристаллических решеток галита (а), кальцита (б) Формы выделения минералов. Рассматривая хорошо образованные природные кристаллы, можно установить некоторые закономерности, которые наблюдаются в распределении одинаковых граней и равных углов. Эти закономерности сводятся к присутствию в кристаллах элементов симметрии:1) плоскостей симметрии; 2) осей симметрии; 3)центра симметрии Плоскость симметрии–воображаемая плоскость, которая делит фигуру на две равные части, каждая из которых является зеркальным отражением другой(рис. 2). Плоскость симметрии обозначается латинской буквой Р.
Рисунок 2. Плоскости симметрии (Р) в треугольнике и параллелепипеде
Ось симметрии–воображаемая линия, при повороте вокруг которой на 3600 все части кристалл симметрично повторяются n раз. Число n называется порядком оси симметрии.В кристаллах могут существовать только оси симметрии 2, 3, 4 и 6 порядков (рис. 3). Оси симметрии 5-го порядка и выше 6-го порядка в кристаллах невозможны. Ось симметрии обозначается буквой L, а порядок оси числом, проставленным справа внизу.L3 обозначает ось симметрии 3-го порядка, а L6 – 6-го порядка.
Рисунок 3. Оси симметрии, возможные в кристаллах и соответствующие им геометрические фигуры
Если в кристалле присутствует несколько осей симметрии или плоскостей симметрии, их число обозначается коэффициентом, который ставится перед соответствующей буквой. Так L33L24Р означает, что в кристалле присутствуют одна ось симметрии 3-го порядка, 3 оси симметрии 2 порядка и 4 плоскости симметрии. Центр симметрии – особая точка внутри кристалла, на равном расстоянии от которой в противоположных направлениях находятся одинаковые точки, грани или ребра (рис. 4). Обозначается буквой С. Любой кристалл, у которого для каждой грани есть равная и параллельная грань, обладает центром симметрии.
Рисунок 4. Центр симметрии в параллелограмме и параллелепипеде Оси, плоскости и центр симметрии могут присутствовать в кристаллах в различных сочетаниях. Доказано, что в кристаллах мо гут существовать только 32 комбинации элементов симметрии, называемых видами симметрии. Близкие по набору элементов симметрии кристаллы сгруппированы в кристаллографические системы или сингонии. Всего выделено 7 сингоний, объединенных в порядке возрастания степени симметрии в 3 группы: низшую (3 сингонии – триклинная, моноклинная и ромбическая), среднюю (также 3 сингонии – тригональная, тетрагональная и гексагональная) и высшую (только 1 сингония – кубическая). Низшая группа (категория) сингоний: Триклинная и моноклинная сингонии объединяют кристаллы, в которых либо полностью отсутствуют элементы симметрии, либо присутствуют только одна ось симметрии 2-го порядка (L2), либо только одна плоскость симметрии (Р), либо центр симметрии (С), либо L2 , Р и С вместе. Ромбическая сингония объединяет кристаллы, которые обладают несколькими осями симметрии 2-го порядка и/или несколькими плоскостями симметрии (моделью подобного кристалла является спичечный коробок или кирпич).
Поиск по сайту: |
