КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ АГРЕГАТЫ ЭТО

Отличие аморфных тел от кристаллических

Кристаллические тела — твёрдые тела, в которых атомы расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку — кристаллическую решётку. Порядок атомов может быть дальний и ближний.

Аморфные тела не имеют кристаллической структуры и в отличие от кристаллов не расщепляются с образованием кристаллических граней.

Также они, как правило, изотропны (не обнаруживают различных свойств в разных направлениях). Не имеют определённой точки плавления.

Кристаллы характеризуются пространственной периодичностью в расположении равновесных положений атомов. В аморфных телах атомы колеблются вокруг хаотически расположенных точек.

Что такое кристаллическая решётка?

Кристалли́ческая решётка — вспомогательный геометрический образ, вводимый для анализа строения кристалла.

Решётка имеет сходство с канвой или сеткой, что даёт основание называть точки решётки узлами.

Решёткой является совокупность точек (атомов), которые возникают из отдельной произвольно выбранной точки кристалла под действием группы трансляции.

Это расположение замечательно тем, что относительно каждой точки все остальные расположены совершенно одинаково.

Применение к решётке в целом любой из присущих ей трансляций приводит к её параллельному переносу и совмещению.

Для удобства анализа обычно точки решётки совмещают с центрами каких-либо атомов из числа входящих в кристалл, либо с центрами молекул.

Что такое узлы кристаллической решётки?

Точки размещния частиц называют узлами кристаллической решѐтки.

В зависимости от типа частиц, расположенных в узлах кристаллической решѐтки, и характера связи между ними различают 4 типа кристаллических решѐток:

Чем отличаются монокристаллы от поликристаллов?

Следует разделить идеальный и реальный кристалл.

Что такое ионная связь?

Ионная связь, электровалентная связь, гетеровалентная связь, один из видов химической связи, в основе которого лежит электростатическое взаимодействие между противоположно заряженными ионами.

Что такое ковалентная связь?

Ковалентная связь, один из видов химической связи между двумя атомами, которая осуществляется общей для них электронной парой (по одному электрону от каждого атома).

К. с. существует как в молекулах (в любых агрегатных состояниях), так и между атомами, образующими решетку кристалла.

Типы кристаллических систем

В зависимости от пространственной симметрии, все кристаллические решётки подразделяются на семь кристаллических систем.

1. триклинная сингония — наименьшая симметрия, нет одинаковых углов, нет осей одинаковой длины;

2. моноклинная сингония — два прямых угла, нет осей одинаковой длины;

3. ромбическая сингония — три прямых угла (поэтому ортогонально), нет осей одинаковой длины;

4. гексагональная сингония — две оси одинаковой длины в одной плоскости под углом 120°, третья ось под прямым углом;

5. тетрагональная сингония — две оси одинаковой длины, три прямых угла;

6. тригональная сингония — три оси одинаковой длины и три равных угла, не равных 90°;

7. кубическая сингония — высшая степень симметрии, три оси одинаковой длины под прямым углом.

Кристаллические тела и их свойства

В твёрдых телах частицы (молекулы, атомы и ионы) расположены настолько близко друг к другу, что силы взаимодействия между ними не позволяют им разлетаться.

Эти частицы могут лишь совершать колебательные движения вокруг положения равновесия. Поэтому твёрдые тела сохраняют форму и объём.

По своей молекулярной структуре твёрдые тела разделяются на кристаллические и аморфные.

Строение кристаллических тел

Кристаллическими называют такие твёрдые тела, молекулы, атомы или ионы в которых располагаются в строго определённом геометрическом порядке, образуя в пространстве структуру, которая называется кристаллической решёткой.

Этот порядок периодически повторяется по всем направлениям в трёхмерном пространстве. Он сохраняется на больших расстояниях и не ограничен в пространстве. Его называют дальним порядком.

Типы кристаллических решёток

Кристаллическая решётка — это математическая модель, с помощью которой можно представить, как расположены частицы в кристалле. Мысленно соединив в пространстве прямыми линиями точки, в которых расположены эти частицы, мы получим кристаллическую решётку.

Расстояние между атомами, расположенными в узлах этой решётки, называется параметром решётки.

В зависимости от того, какие частицы расположены в узлах, кристаллические решётки бывают молекулярные, атомные, ионные и металлические.

От типа кристаллической решётки зависят такие свойства кристаллических тел, как температура плавления, упругость, прочность.

При повышении температуры до значения, при котором начинается плавление твёрдого вещества, происходит разрушение кристаллической решётки.

Молекулы получают больше свободы, и твёрдое кристаллическое вещество переходит в жидкую стадию. Чем прочнее связи между молекулами, тем выше температура плавления.

В молекулярных решётках связи между молекулами не прочные. Поэтому при обычных условиях такие вещества находятся в жидком или газообразном состоянии.

Твёрдое состояние для них возможно только при низких температурах. Температура их плавления (перехода из твёрдого состояния в жидкое) также низкая. А при обычных условиях они находится в газообразном состоянии.

Примеры — иод (I2), «сухой лёд» (двуокись углерода СО2).

В веществах, имеющих атомную кристаллическую решётку, связи между атомами прочные.

Поэтому сами вещества очень твёрдые. Плавятся они при высокой температуре. Кристаллическую атомную решётку имеют кремний, германий, бор, кварц, оксиды некоторых металлов и самое твёрдое в природе вещество — алмаз.

К веществам с ионной кристаллической решёткой относятся щёлочи, большинство солей, оксиды типичных металлов.

Так как сила притяжения ионов очень велика, то эти вещества способны плавиться только при очень высокой температуре. Их называют тугоплавкими. Они обладают высокой прочностью и твёрдостью.

В узлах металлической решётки, которую имеют все металлы и их сплавы, расположены и атомы, и ионы.

Благодаря такому строению металлы обладают хорошей ковкостью и пластичностью, высокой тепло- и электропроводностью.

Чаще всего форма кристалла — правильный многогранник.

Грани и рёбра таких многогранников всегда остаются постоянными для конкретного вещества.

Одиночный кристалл называют монокристаллом. Он имеет правильную геометрическую форму, непрерывную кристаллическую решётку.

Примеры природных монокристаллов — алмаз, рубин, горный хрусталь, каменная соль, исландский шпат, кварц. В искусственных условиях монокристаллы получают в процессе кристаллизации, когда охлаждая до определённой температуры растворы или расплавы, выделяют из них твёрдое вещество в форме кристаллов.

При медленной скорости кристаллизации огранка таких кристаллов имеет естественную форму. Таким способом в специальных промышленных условиях получают, например, монокристаллы полупроводников или диэлектриков.

Мелкие кристаллики, беспорядочно сросшиеся друг с другом, называются поликристаллами. Ярчайший пример поликристалла — камень гранит. Все металлы также являются поликристаллами.

Анизотропия кристаллических тел

В кристаллах частицы расположены с различной плотностью по разным направлениям.

Если мы соединим прямой линией атомы в одном из направлений кристаллической решётки, то расстояние между ними будет одинаковым на всём этом направлении.

В любом другом направлении расстояние между атомами тоже постоянно, но его величина уже может отличаться от расстояния в предыдущем случае.

Это означает, что на разных направлениях между атомами действуют разные по величине силы взаимодействия. Поэтому  и физические свойства вещества по этим направлениям также будут отличаться.

Это явление называется анизотропией — зависимостью свойств вещества от направления.

Электропроводность, теплопроводность, упругость, показатель преломления и другие свойства кристаллического вещества различаются в зависимости от направления в кристалле.

По-разному в разных направлениях проводится электрический ток, по-разному нагревается вещество, по-разному преломляются световые лучи.

В поликристаллах явление анизотропии не наблюдается.

Свойства вещества остаются одинаковыми по всем направлениям.

Молекулы (или атомы) расположены строго упорядоченно.

Расстояние между молекулами ≈ диаметру молекулы. Атомы или молекулы твердых тел колеблются около определенных положений равновесия.

Поэтому твердые тела сохраняют не только объем, но и форму. Если соединить центры положений равновесия атомом или ионов твердого тела, то получится правильная пространственная решетка, называемая кристаллической.

Твердые тела, в которых атомы или молекулы располо­жены упорядочение и образуют периодически повторяющуюся внутреннюю структуру, назы­ваются кристаллами.

Поэтому кристаллы имеют плоские грани (Крупинка поваренной соли имеет плоские грани, составляющие друг с другом прямые углы).

Физические свойства кристал­лических тел неодинаковы в различных направлениях, но совпадают в параллельных на­правлениях.

Анизотропия кристаллов – это зависимость физических свойств от выбранного в кристалле направления.

Например, различная механическая прочность кристаллов по разным направлениям (Кусок слюды легко расслаивается в одном направлении, но разорвать его в направлении перпендикулярном пластинкам гораздо сложнее).

Многие кристаллы по — разному проводят теплоту и электрический ток в различных направлениях. От направления зависят и оптические свойства кристаллов. Например, кристаллы кварца и турмалина по – разному преломляют свет в зависимости от направления падающих на него лучей.

Кристалл поваренной соли при раскалывании дробится на части, ограниченные пло­скими поверхностями, пересе­кающимися под прямыми угла­ми.

Эти плоскости перпендику­лярны особым направлениям в образце, по этим направлениям его прочность минимальна.

Анизотропия механических, тепловых, электрических и оп­тических свойств кристаллов объ­ясняется тем, что при упоря­доченном расположении атомов, молекул или ионов силы взаи­модействия между ними и меж­атомные расстояния оказывают­ся неодинаковыми по различным направлениям.

Кристаллические тела делят­ся на монокристаллы и поли­кристаллы.

Монокристаллы – это одиночные кристаллы имеют правильную геометрическую форму, и их свойства различны по разным направлениям (анизотропия).

Монокристаллы ино­гда обладают геометрически пра­вильной внешней формой, но главный признак монокристалла — периодически повторяю­щаяся внутренняя структура во всем его объеме.

Поликристал­лическое тело представляет собой совокупность сросшихся друг с другом хаотически ориентиро­ванных маленьких кристаллов — кристаллитов. Поликристалличе­скую структуру чугуна, напри­мер, можно обнаружить, если рассмотреть с помощью лупы образец на изломе. Каждый ма­ленький монокристалл поликри­сталлического тела анизотропен, но поликристаллическое тело изо­тропно.

Поликристаллы– это твердые тела состоящие из большого числа маленьких сросшихся кристалликов (металлы, кусок сахара).

Все направления внутри поликристаллов равноправны и свойства поликристаллов одинаковы по всем направлениям (изотропия).

Аморфными называются тела, физические свойства которых одинаковы по всем направле­ниям. Примерами аморфных тел могут служить куски затвердев­шей смолы, янтарь, изделия из стекла. Аморфные тела яв­ляются изотропными телами.

Изотропность физических свойств аморфных тел объясняется бес­порядочностью расположения со­ставляющих их атомов и моле­кул. У аморфных тел нет строгого порядка в расположении атомов, нет строгой повторяемости по всем направлениям одного и того же элемента структуры.

Определенной температуры плавления у аморфных тел в отличие от кристаллических нет.

Свойства аморфных тел. Все аморфные тела изотропны, т.е. их физические свойства по всем направлениям одинаковы (стекло, смола, пластмасса и т.д.).

При внешних воздействиях аморфные тела обнаруживают одновременно упругие свойства, подобно твердым телам, и текучесть, подобно жидкости (При сильном ударе кусок смолы раскалывается на кусочки, а при длительном нахождении смолы на твердой поверхности, смола постепенно растекается, и чем выше температура, тем быстрее это происходит.).

Строение и свойство твердого вещества

Вещество может существовать в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом.

Плазму часто называют четвертым агрегатным состоянием. Зависимость свойств вещества от агрегатного состояния указана в табл.

Свойства веществ в разных агрегатных состояниях

Агрегатное состояние вещества определяется силами, действующими между молекулами, расстоянием между частицами и характером их движения.

В твердом состоянии частицы занимают определенное положение относительно друг друга.

Вещество обладает низкой сжимаемостью, механической прочностью, поскольку молекулы не имеют свободы движения, а только колебания. Молекулы, атомы или ионы, образующие твердое вещество, называют структурными единицами.

Твердые вещества делятся на аморфные и кристаллические.

Кристаллические вещества плавятся при строго определенной температуре Тпл, аморфные – не имеют резко выраженной температуры плавления; при нагревании они размягчаются (характеризуются интервалом размягчения) и переходят в жидкое или вязкотекучее состояние.

Сравнительная характеристика аморфных и кристаллических веществ

Внутреннее строение аморфных веществ характеризуется беспорядочным расположением молекул.

Кристаллическое состояние вещества предполагает правильное расположение в пространстве частиц, составляющих кристалл, и образованием кристаллической (пространственной) решетки.

Основной особенностью кристаллических тел является их анизотропия – неодинаковость свойств (тепло-, электропроводность, механическая прочность, скорость растворения и т. д.) по разным направлениям, в то время как аморфные тела – изотропны.

Твердые кристаллы – трехмерные образования, характеризующиеся строгой повторяемостью одного и того же элемента структуры (элементарной ячейки) во всех направлениях.

Элементарная ячейка представляет собой наименьший объем кристалла в виде параллелепипеда, повторяющегося в кристалле бесконечное число раз. Задают элементарную ячейку с помощью осей и углов.

Существуют основные параметры кристаллических решеток.

Энергия кристаллической решетки Екр., кДж/моль, –это энергия, которая выделяется при образовании 1 моля кристалла из микрочастиц (атомы, молекулы, ионы), находящихся в газообразном состоянии и удаленных друг от друга на расстояние, исключающее их взаимодействие.

Координационное число к.ч. –число частиц, окружающих в пространстве центральную частицу, связанных с ней химической связью.

Точки, в которых размещены частицы кристалла, называются узлами кристаллической решетки

Несмотря на многообразие форм кристаллов, их можно строго и однозначно классифицировать. Систематизация форм кристаллов была введена русским академиком А. В. Гадолиным (1867), она основана на особенностях симметрии кристаллов. В соответствии с геометрической формой кристаллов возможны следующие их системы (сингонии): кубическая, тетрагональная, орторомбическая, моноклинная, триклинная, гексагональная и ромбоэдрическая.

Одно и то же вещество может иметь различные кристаллические формы, которые отличаются по внутреннему строению, а значит, и по физико-химическим свойствам. Такое явление называется полиморфизмом.

Изоморфизм –два разных по природе вещества образуют кристаллы одинаковой структуры. Такие вещества могут замещать друг друга в кристаллической решетке, образуя смешанные кристаллы.

В зависимости от вида частиц, находящихся в узлах кристаллической решетки и типа связей между ними кристаллы бывают четырех типов: молекулярные, атомные, ионные и металлические.

Кристаллические решетки, состоящие из молекул (полярных и неполярных) называются молекулярными. Молекулы в таких кристаллических решетках соединены между собой сравнительно слабыми водородными, межмолекулярными и электростатическими силами. Поэтому вещества с молекулярной решеткой имеют малую твердость и низкие температуры плавления. Они малорастворимы в воде, не проводят электрический ток и обладают высокой летучестью.

Примерами веществ с молекулярными решетками являются лед, твердый углекислый газ («сухой лед»), твердые галогенводороды, твердые простые вещества, образованные одно- (благородные газы), двух- (F2, Cl2, Br2, J2, H2, N2,O2), трех- (O3), четырех- (P4), восьми- (S8) атомными молекулами.

Большинство кристаллических органических соединений также имеют молекулярную решетку.

Кристаллические решетки, в узлах которых находятся отдельные атомы, называют атомными (ковалентными).

Атомы в таких решетках соединены между собой прочными ковалентными связями.

Примером кристалла с атомной кристаллической решеткой может служить алмаз – одна из модификаций углерода. Данный кристалл состоит из атомов углерода, каждый из которых связан с четырьмя соседними атомами (к.ч. = 4).

Число веществ с атомной кристаллической решеткой велико.

Все они имеют высокую температуру плавления, не растворимы в жидкостях, обладают высокой прочностью, твердостью, имеют широкий диапазон электропроводимости (от изоляторов и полупроводников до электронных проводников).

Атомная кристаллическая решетка характерна для элементов III и IV групп главных подгрупп (Si, Ge, B, C).

Кристаллические решетки, состоящие из ионов, называются ионными. Их образуют вещества с ионной связью. Примером образования ионной кристаллической решетки может служить кристалл хлорида натрия (NaCl).

Вещества с ионной кристаллической решеткой обладают высокой твердостью, хрупкостью, являются тугоплавкими и малолетучими. Плавление ионных кристаллов приводит к нарушению геометрически правильной ориентации ионов относительно друг друга и ослаблению прочности связи между ними.

Поэтому расплавы, растворы таких кристаллов проводят электрический ток. Вещества с ионными кристаллическими решетками легко растворяются в полярных жидкостях, являются диэлектриками.

Ионные кристаллические решетки образуют многие соли, оксиды, основания.

Кристаллическая решетка, состоящая из атомов и ионов металлов, соединенных металлической связью (рис. 21), называется металлической.

Металлическая решетка является, как правило, весьма прочной. Этим объясняются свойственные большинству металлов твердость, малая летучесть, высокая температура плавления и кипения.

Она же обусловливает такие характерные свойства металлов как электро- и теплопроводность, блеск, ковкость, пластичность, непрозрачность, фотоэффект. Металлической кристаллической решеткой обладают чистые металлы и сплавы.

Свойства кристаллических и аморфных веществ

Одно из основных свойств кристалла — однородность. Однородным должно считаться тело, в котором на конечных расстояниях от любой его точки найдутся другие, эквивалентные ей не только в физическом отношении, но и геометрическом; т. е. находятся в таком же окружении, как и исходные, поскольку размещением материальных частиц в кристаллическом пространстве «управляет» пространственная решетка, можно считать, что грань кристалла — это материализованная плоская узловая решетка, а ребро — материализованный узловой ряд.

Как правило, хорошо развитые грани кристалла определяются узловыми сетками с наибольшей густотой расположения узлов.

Точка, в которой сходятся три и более граней, называется вершиной кристалла.

Анизотропность — это способность кристалла проявлять различные свойства в разных направлениях. Поскольку различные направления в кристаллической структуре вещества, построенного по закону трехмерной периодичности, могут и иметь неодинаковые расстояния между атомами (узлами), а следовательно, и разные по силе химические связи, то и свойства по таким направлениям могут отличаться, а сами кристаллы будут анизотропны относительно этих свойств.

Если свойство не изменяется в зависимости от направления, то вещество изотропно.

Способность самоограняться, т. е. при определенных условиях принимать естественную многогранную форму. В этом также проявляется его правильное внутреннее строение.

Именно это свойство отличает кристаллическое вещество от аморфного. Иллюстрацией этому служит пример. Два выточенных из кварца и стекла шарика опускают в раствор кремнезема. В результате шарик кварца покроется гранями, а стеклянный останется круглым.

Кристаллы построены из материальных частиц — ионов, атомов или молекул, геометрически правильно расположенных в пространстве. Для описания порядка расположения частиц в пространстве их стали отождествлять с точками.

Из такого подхода постепенно сформировалось представление о пространственной, или кристаллической, решетке как о бесконечном трехмерном периодическом образовании. В ней выделяют узлы (отдельные точки, центры тяжести атомов и ионов), ряды (ряд— совокупность узлов, лежащих на одной прямой) и плоские сетки (плоскости, проходящие через любые три узла).

Таким образом, кристаллическое вещество имеет строго закономерное (решетчатое, или ретикулярное) внутреннее строение (от лат. reticulum — сеточка).

Одна из главнейших особенностей кристаллических структур — закономерная повторяемость в пространстве их узлов, рядов и плоских сеток. Отсюда характерные свойства кристаллических веществ:

В природе различные минералы могут
встречаться в разнообразном фазовом
состоянии: твердом, жидком или газообразном.
Наиболее распространенным фазовым
состоянием минералов является твёрдое.
Это либо отдельные кристаллы и их
сростки, либо минеральные массы,
наблюдаемые в виде сплошных зернистых
агрегатов различных размеров и форм.
Мы рассмотрим наиболее распространенные
формы минералов, встречающиеся в земной
коре.

Рис 1.3. Элементы
кристаллов: 1 – грани;

2 – ребра; 3 −
вершины

Минералы, состоящие из таких кристаллов,
называются кристаллическими. Размер
кристаллов, слагающих минералы, бывают
разными: от микроскопических, различимых
только под микроскопом, до гигантских,
в первые метры и весом в несколько тонн.

Вещество кристаллов составляют
материальные частицы: атомы, ионы и
молекулы, образующие строго закономерные
для каждого кристалла пространственные
решетки.

Рассмотрим простейшую кристаллическую
структуру, которая присуща минералу
галиту, имеющему химический состав NaCl
(рис. 1.4).

Рис 1.4. Структура
галита (NaCl)

тот минерал кристаллизуется
в виде куба и имеет способность
раскалываться на более мелкие кубики
по ровным плоскостям.

Кристаллическая решетка галита
представляет собой чередование атомов
натрия и хлора в закономерном порядке.

Катионы натрия и
аниона хлора находятся в вершинах
маленьких бесконечно повторяющихся
«элементарных» кубиков. Это кубическая
кристаллическая структура. Вдоль сторон
куба расположены слои с ионами
натрия и хлора. Слоев с такими направлениями
в кубе три и располагаются они вдоль
трёх осей прямоугольных координат.
Способность кристаллов галита
раскалываться на кубики обусловлена
именно этим строением.

В отличие от кристаллических минералов
аморфные минералы не имеют
закономерного внутреннего строения.
Это изотропные вещества, обладающие по
всем направлениям одинаковыми физическими
свойствами.

Среди других минеральных форм, называемых
агрегатами, наиболее распространенными
являются зернистые агрегаты, землистые
массы, друзы, конкреции, секреции, жеоды,
оолиты, натечные образования, корочки,
примазки, дендриты.

Зернистые агрегаты – минеральные
образования, сложенные зернами различной
величины и формы (оливин, апатит).

Землистые массы представляют собой
значительные по величине скопления
мучнистых минеральных масс разнообразной
плотности (каолинит, охра).

Друзы – это сростки большого или
меньшего числа хорошо ограненных
кристаллов, имеющих одно общее основание
(рис. 1.5. а). Друзы образуют минералы
кварца, берилла, топаза, кальцита и др.

Конкреции – это шарообразные или
неправильно-округлой формы минеральные
тела, образовавшиеся в горной породе в
результате кристаллизации минерального
вещества вокруг какого-либо включения,
которым может быть либо зерно другого
минерала, либо вещество органического
происхождения. Для конкреции характерно
радиально-лучистое строение или
концентрически-зональное (рис. 1.5. б).
Размеры конкреции колеблются от
нескольких миллиметров до нескольких
метров в диаметре. Наиболее часто в виде
конкреций встречаются фосфорит, пирит,
халцедон, сидерит.

Секреции – минеральные тела различной
формы, являющиеся результатом заполнения
минеральным веществом какой-либо
естественной полости. Рост их происходит
от периферии к центру (рис. 1.5. в). Если
центральная часть полости остается
свободной, то такие образования называются
жеодами. Внутри них иногда вырастают
друзы кристаллов (горный хрусталь,
аметист, пирит и др.).

Рис. 1.5. Агрегаты
минералов: а – друза; б –
конкреция; в − секреция

Оолиты – образования шаровидной и
эллипсовидной формы, образующиеся по
типу конкреций, но отличаются от них
небольшими размерами (до 10 – 15мм.). Оолиты
обычно имеют концентрическое строение
и образуются чаще всего из карбонатных
(кальцит) и железисто-силикатных
соединений.

Натечные формы
– минеральные образования, возникшие
в пустотах горных пород за счет поступавших
туда длительное время коллоидов и их
осадков – гелей, из которых формировались
почковидные натеки, корочки, сосульки
слоистого строения.

Наиболее характерные из них сталактиты
и сталагмиты. Натечные формы образуют
такие минералы, как кальцит, малахит,
лимонит, опал, халцедон.

Корочки – представляют собой тонкий
слой плотно сросшихся мелких кристалликов
в какого-либо минерала. Встречаются на
поверхности трещин или полостей в горных
породах, например – корочки солей.

Налёты, примазки – это более тонкие
пленки на поверхности кристаллов,
представляющие собой различные по
составу минералы. В виде примазок могут
встречаться пленки гидроокислов железа,
меди, марганца, мелкие кристаллики
кальцита или гипса.

Если натеки имеют вид узоров, напоминающих
форму веток, возникающих при морозе на
оконных стеклах, то в этом случае они
называются дендритами. Наиболее
часто дендриты образованы гидроокислами
марганца.

Жидкие минералы (самородная ртуть,
вода) характеризуются отсутствием
определенной формы и наличием определенного
объема. По этим признакам они занимают
промежуточное положение между твердыми
телами и газами, но по своей природе
ближе к твердым телам, чем к газам. Из
жидких минералов наибольшее значение
имеет вода, как в качестве породообразующего
минерала, так и в качестве полезного
ископаемого.

В газообразном состоянии в природе
широко распространены такие соединения,
как кислород, азот, углекислый газ и др.
Газообразные вещества имеют очень
слабые связи между частицами и поэтому
обладают малой плотностью.

АГРЕГАТЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ

— сип. термина сростки кристаллические.

Геологический словарь: в 2-х томах. — М.: Недра.
.
.

Смотреть что такое «АГРЕГАТЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ» в других словарях

Сложность процесса роста кристаллов приводит к тому, что часто их вид, который мы наблюдаем, значительно отличается от идеальных кристаллов. Поэтому для характеристики формы удобно использовать два термина облик и габитус.

Облик (форма) – это общий вид кристалла. Кристаллы могут быть изометричными (равномерно развитыми во всех направлениях), удлиненными, уплощенными. Среди удлиненных кристаллов выделяют столбчатые, шестоватые, игольчатые, волосовидные и т. п., среди уплощенных – таблитчатые, листоватые, пластинчатые, чешуйчатые. Названия эти произвольны, важна их образность, поскольку облик кристалла для многих минералов является его типичной особенностью: например, скаполит (сложный алюмосиликат) потому и назван так, что всегда образует столбчатые кристаллы (от греч. «скапос» – стержень), санидин своим названием отражает присущую ему таблитчатую форму кристаллов (от греч «санис» – табличка).

Рассмотрим некоторые формы кристаллов (или отдельных зерен минералов) более подробно. Наиболее часто используют следующие термины.

Изометричные формы, т. е. формы, одинаково развитые во всех трех направлениях в пространстве. Примером таких форм могут быть ромбододекаэдры граната, октаэдры магнетита, кубы пирита и др.

Формы вытянутые в одном направлении (призматические, столбчатые, шестоватые, игольчатые, волокнистые образования). Например, кристаллы амфибола, турмалина, эпидота, асбеста и др.

Формы вытянутые в двух направлениях при сохранении третьего короткого. Сюда можно отнести таблитчатые, пластинчатые, листоватые, чешуйчатые кристаллы. Например, пластинчатые кристаллы гематита, слюд, таблитчатые – полевого шпата, чешуйчатые – серицита и др.

Встречаются и промежуточные (переходные формы между основными типами). Таковы, например, досковидные кристаллы дистена, имеющие промежуточную форму между вторым и третьим типом (уплощенные столбчатые кристаллы); боченковидные кристаллы корунда или скаленоэдрические кристаллы кальцита, как промежуточные формы между первым и вторым типами. Есть формы, приближающиеся к линзовидным (клиновидным) – промежуточные между первым и третьем типами – уплощенные кристаллы сфена, монацита и др.

Кроме того, существуют сложные формы кристаллов, например, кристаллы дендриты или зерна неправильной формы.

Габитус – более строгий термин, относящийся только к кристаллическим агрегатам. Определяющий облик минерала по доминирующим на нем граням и соотношению размеров кристалла в трех его измерениях (по осям x, y и z). Так, габитус столбчатых кристаллов скаполита мы назовем удлиненно-призматическим, изометричные кристаллы пирита по преобладающим граням могут иметь гексаэдрический (кубовидный), пентагон-додекаэдрический или октаэдрический габитус.

1) параллельные сростки и двойники – закономерные срастания

параллельные сростки – сросшиеся кристаллы, соответствующие грани которых расположены параллельно

двойники- сросшиеся кристаллы, один из которых может быть выведен посредством поворота вокруг двойниковой оси на 180°или отражением в двойниковой плоскости.

двойники срастания (ласточкин хвост)

2) незакономерные срастания (агрегаты)

зернистые агрегаты – скопления кристаллов, не имеющих правильных очертаний

секреция – образование, возникшее в результате заполнения минералом или коллоидным веществом пустот от стенок к центру полости. (агат) Отдельные слои секреции часто отличаются не только по цвету, но и по составу.

• Мелкие (до 10 мм в поперечнике) секреции – миндалины

• Крупные секреции – жеоды

o Конкреция – округлое образование, возникшее в результате постепенного нарастания минерала или заполнения полости веществом от центра к периферии. Типичны для минералов мелкокристаллического или аморфного строения. Выделяют конкреции:

концентрического строения (фосфорит)

оолиты – сферические образования малых размеров, имеющие в разрезе радиально-лучистое или концентрическое строение (боксит)

дендриты – ветвящиеся, древовидные образования, возникшие в результате быстрого роста кристаллов по некоторым направлениям. Серебро.

Натечные формы – возникают путем постепенного натекания нового вещества на раннее отложенное вещество минерала; присущие аморфным (опал) и скрытокристаллическим образованиям (халцедон) образованиям. Среди натечных форм выделяют

• Почковидные (малахит)

• Гроздевидные (пиролюзит) агрегаты

• Сталактиты и сталагмиты (известковые образования в карстовых пещерах)

• Корочки и землистые налеты, возникшие в приповерхностных условиях

Псевдоморфозы – формы, несвойственные данному минералу; псевдоморфозы возникают путем замещения одного минерала другим с сохранением формы первого (псевдоморфоза гипса по галиту); встречаются псевдоморфозы по органическим остаткам (псевдоморфозы опала по дереву, фосфорита по аммониту)

Что такое минеральные агрегаты?

В природных условиях большинство минералов редко встречается в виде хорошо образованных кристаллов, гораздо чаще наблюдается незакономерное срастание нескольких кристаллов друг с другом. Такие срастания называются минеральными агрегатами.

Среди минеральных агрегатов резко преобладают зернистые агрегаты, в которых тесно срослось множество кристаллов.

Так как кристаллы в таких агрегатах растут одновременно и стесняют друг друга в росте, они обычно лишь с некоторых сторон имеют правильную огранку или лишены её вообще.

По размеру выделений минералов различают крупно-, средне- и мелкозернистые агрегаты, а по форме зерен – волокнистые, игольчатые, пластинчатые, чешуйчатые, сахаровидные и т.д.

Среди прочих минеральных агрегатов наиболее распространены:

Многие минералы встречаются в природе также в виде тонких корочек, пленок и примазок на поверхности других минералов или горных пород.

Породообразующие минералы

Минералы – это природные химические соединения или самородные элементы, образующиеся при различных физико-химических (геологических) процессах.

Они слагают разнообразные горные породы земной коры и их можно увидеть невооруженным глазом.

В природе минералы могут находиться в твердом, жидком и газообразном состоянии. Наука, которая изучает минералы, находящиеся в твердом состоянии, называется минералогия.

В настоящее время известно более 7 000 минералов и их разновидностей, но лишь очень не многие из них имеют широкое распространение в составе горных пород.

Такие минералы называются породообразующими.

Твердые минералы по своему внутреннему строению могут быть кристаллическими или аморфными. В кристаллических веществах в отличие от аморфных атомы и ионы занимают строго определенные места в пространстве, создавая кристаллические решетки.

Ярким выражение внутреннего строения минералов является их правильная внешняя форма многогранников, которые называются кристаллами.

Формы нахождения минералов в природе

В природе минералы встречаются как в виде одиночных кристаллов и их сростков, так и в виде скоплений, называемых минеральными агрегатами (mineral aggregates).

Среди минералов по их форме различают три группы, обладающие характерным обликом:

Разнообразна и морфология минеральных агрегатов: друзы, секреции, конкреции, дендриты, натечные и зернистые агрегаты, землистые агрегаты.

Друзы — это сростки кристаллов приросших одним концом к породе.

Для их образования необходимы открытые полости, в которых может происходить свободный рост кристаллов.

Секреция (жеода)миндалины– образуются, когда минералы заполняют пустоты в горной породе. Для секреции типично концентрическое строение, т.к. заполнение их минеральным веществом происходит от периферии к центру. Мелкие секреции в эффузивных породах называются миндалинами, а крупные секреции с пустотой в середине – жеодами.

Конкреции – представляет собой стяжение шарообразной формы. Рост конкреций идет от центра к периферии. По строению чаще встречаются конкреции концентрические слоистые или радиально лучистые. С конкрециями схожи оолиты – мелкие до 10 мм горохоподобные образования, имеющие внутреннее концентрическое строение. Образуются в водной среде.

Дендриты – напоминают причудливые по форме веточки растений, которые образуются в тонких трещинах в результате быстрой кристаллизации минерала (рис.3,Ж).

Ярким примером дендритов являются дендриты кристаллов льда зимой на оконном стекле.

Натечные агрегаты (рис. 3,Д), имеющие вид сосулек, почек, гроздей – наиболее широко распространены в карстовых пещерах. Натеки, свисающие в виде сосулек сверху, называются сталактитами, а нарастающие им навстречу снизу – сталагмиты .

Зернистые агрегаты – беспорядочное скопление зерен одного или нескольких минералов различной размерности (мелко-, средне-, крупнозернистые)

Землистые агрегаты представляют собой скопление рыхлых тонкозернистых масс какого-либо минерала.

Для того, чтобы научиться определять минералы на глаз по внешним признакам, необходимо знать их простейшие физические свойства: цвет, цвет черты, прозрачность, блеск, твердость, спайность и излом, а также учитывать форму кристаллов и морфологию минеральных агрегатов.

Цвет минералов важный диагностический признак.

Минералы могут иметь самую разнообразную окраску и всевозможные оттенки.

Встречаются бесцветные и прозрачные минералы.

Практически цвет определяется на глаз сравнением с хорошо знакомыми предметами: молочно-белый (кварц), латунно-желтый (пирит). Некоторые минералы в зависимости от химического состава и элементов примесей могут менять свою окраску, как, например, кварц, у которого много разновидностей (аметист – голубой, морион – черный и др.).

Цвет черты – цвет минерала в порошке.

У некоторых минералов (пирит, гематит) он отличается от цвета самого минерала. Порошок можно получить, проводя зерном минерала по белой шероховатой фарфоровой пластинке.

Блеск – способность минерала отражать от своей поверхности свет. По блеску все минералы можно разделить на три группы: с металлическим, полу металлическим и неметаллическим блеском.

Металлический блеск – сильный блеск, свойственный металлам.

Такой блеск наблюдается у самородных металлов (золото, серебро, платина), многих сульфидов и окислов железа.

Полу металлический блеск – имеет вид потускневшего металла.

Неметаллический блеск (стеклянный, жирный, перламутровый, шелковистый, матовый, алмазный) характерен для большинства прозрачных минералов.

Его разновидности определяют, сравнивая с блеском известных веществ.

Прозрачность – способность минерала пропускать свет в очень тонких пластинках (шлифах). По степени прозрачности минералы делятся на прозрачные минералы и непрозрачные.

Спайность минералов

Весьма совершенная спайность – проявляется у минералов, которые очень легко (например, ногтем) расщепляются на отдельные тонкие листочки или пластинки, образуя зеркальные плоскости (слюды, гипс, хлорит).

Совершенная спайность отличается тем, что минерал раскалывается при слабом ударе молотка на гладкие параллельные пластинки (ромбоэдры — кальцит, кубы — галит).

Средняя спайность характерна для минералов, при раскалывании которых возникают как ровные, так и неровные поверхности скола (полевые шпаты).

Несовершенная спайность проявляется у многих минералов.

В этом случае при раскалывании минерала преобладают поверхности с неровным, неправильным изломом, напоминающие поверхности раковины.

Необходимо не путать плоскости спайности, которые видны на сколах, с гранями кристалла: плоскости спайности имеют более сильный блеск и свежий вид. Кроме того, они образуют ряд параллельных друг другу поверхностей.

Твердость – это степень сопротивления минерала внешним механическим воздействиям (царапанью, резанию, вдавливанию).

Твердость минералов изменяется от 1 до 10 и определяется по шкале Мооса.

В качестве эталонов используются минералы с известной постоянной твердостью.

Практически достаточно знать, что твердость ногтя равна 2 — 2,5; медной иглы – 3,5; стекла, бритвы, стальной иглы – 5; кварца – 7.

Для определения относительной твердости двух минералов острым ребром одного проводят по поверхности другого (с нажимом). Более твердый минерал оставляет на поверхности более мягкого минерала царапину, а более мягкий минерал на поверхности более твердого иногда оставляет черту, которая легко стирается пальцем. Например, исследуемый минерал царапается кварцем, а сам он царапает стекло (или апатит).

Таким образом, твердость исследуемого минерала будет меньше 7 (кварц) и больше 5 (апатит, стекло), т.е. она равна 6.

Плотность минералов

По плотности все минералы можно разделить на три категории:

На практике для быстрого приблизительного определения плотности пользуются взвешиванием минерала на руке с оценкой «тяжелый», «средний», «легкий».

Кроме выше перечисленных физических свойств некоторые минералы обладают сильными магнитными свойствами, например, магнетит, что проявляется в его действии на магнитную стрелку компаса.

Другие минералы по-разному взаимодействуют с кислотами.

Так, например, кальцит (CaCO3) бурно вскипает под каплей соляной кислоты (HCl), а доломит (CaMg(CO3)2) – «шипит» только в черте, т.е. реакция с выделением CO2 протекает крайне медленно и только в пределах черты, где минерал истерт в порошок.

Минеральный агрегат — разнообразные сростки и скопления минеральных индивидов.

Агрегаты могут быть мономинеральными (состоящими из одного минерала) или полиминеральными (состоящими из нескольких минералов).

Распространенные в природе следующие агрегаты:

Зернистые агрегаты слагают полнокристаллические породы.

Эти агрегаты могут быть равномерно- и неравномерно-зернистыми. Они различаются также по крупности зерен (гиганто-, крупно-, средне-, мелкозернистые и др.). По форме слагающих агрегат минеральных индивидов выделяют столбчатые, шестоватые, игольчатые, волокнистые, чешуйчатые, таблитчатые, радиально-лучистые и др.

Друзы и щетки — агрегаты хорошо образованных кристаллов, нарастающие на поверхности трещин, стенок жил, полостей в горной породе.

Такие минеральные агрегаты наиболее типичны для пегматитов, гидротермальных жил и особенно жил альпийского типа.

Секреции образуются при заполнении полостей в эффузивной породе, минералы по степенно нарастают от стенок к центру.

Конкреции — образования округлой или шаровидной формы радиально-лучистого строения, растущие от центра к краям. Иногда в центре конкреции находится зерно-зародыш, от которого и идет рост.

Оолиты образуются при осаждении минерала из коллоидного раствора на зерно или обломок раковины при постепенном его облекании. Оолиты имеют концентрически-скорлуповатое строение.

Натечные агрегаты — почковидные, гроздьевидные образования, сталактиты, сталагмиты.

Они имеют концентрически-зональное строение и образуются, очевидно, из коллоидных растворов (малахит, кальцит).

Землистые, порошковатые агрегаты характерны для минералов коры выветривания (глины), зоны окисления (лимонит) и представляют собой сплошные тонкозернистые массы.

Дендриты имеют ветвящееся, древовидное строение и похожи на отпечатки растений.

Налеты, выцветы, корки обычны для вторичных минералов в зоне окисления и коре выветривания (малахит, азурит на самородной меди).

В петрологии минеральный агрегат — совокупность минеральных зерен или их сростков, образующих породу или ее часть.

По составу выделяют агрегаты мономинеральные (состоящие из одного минерала) и агрегаты полиминеральные (состоящие из нескольких минералов). Любая горная порода также является минеральным агрегатом.

Основными понятиями, используемыми при описании и изучении минеральных агрегатов, служат их структура и текстура.

Структура минерального агрегата — характеристика объемного строения, обусловленная формой, размерами и способом соединения минеральных индивидов.

Текстура минерального агрегата — характеристика его объемного строения, обусловленная формой, размерами и способом соединения различающихся по составу или по какому-либо структурному признаку более простых агрегатов.

В зависимости от формы зерен и их взаимного расположения выделяют: зернистые, волокнистые, спутанно-волокнистые, шестоватые, листоватые, чешуйчатые, пластинчатые, таблитчатые, сноповидные, сферолитовые, лучистые, гроздьевидные минеральные агрегаты и т.д.

МОНОКРИСТАЛЛ
— это отдельный кристалл с непрерывной
кристаллической решеткой.

ПОЛИКРИСТАЛЛЫ
— это агрегаты хаотически ориентированных
мелких кристаллов разного размера и
неправильной формы, которые называются
кристаллитами или кристаллическими
зернами. Зерна в поликристаллах могут
быть ориентированы хаотически или иметь
ту или иную преимущественную
кристаллографическую ориентацию. Такой
поликристалл называют тектурированным.

АМОРФНОЕ
ВЕЩЕСТВО — это вещество, находящееся в
твердом конденсированном состоянии,
характеризующемся неупорядоченным
расположением атомов и молекул. В
аморфных веществах, в отличие от
кристаллических, отсутствует дальний
порядок в расположении частиц вещества,
но присутствует ближний порядок,
соблюдаемый на расстояниях, соизмеримых
с размерами частиц. Поэтому аморфные
вещества не образуют правильной
геометрической структуры, представляя
собой структуры неупорядоченно
расположенных молекул.

Для
аморфного состояния вещества характерно
наличие температурного интервала, в
котором аморфное вещество при повышении
температуры переходит в жидкое состояние.
Этот процесс происходит постепенно:
при нагревании аморфные вещества в
отличие от кристаллических, сначала
размягчаются, затем начинают растекаться
и, наконец, становятся жидкими, т. е.
аморфные вещества плавятся в широком
интервале температур.

Выделяют
ещё СТЕКЛООБРАЗНОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА
— твердое аморфное состояние вещества,
возникающее при застывании его
переохлажденного расплава.