Международный союз охраны природы

В процессе минералообразования происходит формирование минералов, характеризующихся определенным химическим составом и соответствующей кристаллической структурой. Причем состав и структура взаимосвязаны, так как каждое сочетание атомов при данных условиях образования минералов может иметь лишь определенную структуру. Соединяясь в кристаллическую структуру, атомы химических элементов используют и все присущие им формы связи и очень плотно упаковываются в зависимости от соотношения размеров их атомов и ионов.

По степени однородности связей в структурах решетки все минералы могут быть разделены на два типа: гомодесмические и гетеродесмические.

В гомодесмических минералах почти все атомы обладают одним и тем же типом связи: ионной, ковалентной, металлической и т.д. Поэтому все связи распределяются одинаково во всех направлениях и для кристаллов характерно равномерное распределение в пространстве всех атомов и ионов. Такими являются каменная соль (NaCl), галенит (PbS), флюорит (CaF2), алмаз (С), сфалерит (ZnS).

Гетеродесмические минералы характеризуются тем, что в разных частях и по разным направлениях в них связи одинаковые: одни группы атомов соединены друг с другом при помощи одних связей, а соединение между группами других атомов осуществляется при помощи других. По типам обособленных групп атомов они подразделяются на островные, цепочечные, ленточные, слоистые и каркасные.

Островные минералы характеризуются обособленными группами атомов (радикалов), связи внутри которых прочнее, чем связи с окружающими их атомами (рис. 5). Радикалы могут иметь линейную, треугольную, пирамидальную, тетраэдрическую и другие формы. Отдельные изолированные группы атомов в структуре минерала могут соединяться в кольца, как, например, в самородной сере или берилле.

Рис. 5. Островной тип структуры (форстерит): а – плотнейшая упаковка; б – общая структура; в – в поллинговских окраэдрах

Цепочечные минералы характеризуются наличием бесконечных групп атомов, расположенных в виде цепочки с существенно ковалентной связью между ними (рис. 6). Цепочечный характер структуры определяется четко выраженной направленностью наиболее прочных пространственно ориентированных ковалентных связей. К ним относится широко распространенная группа – пироксены. Наряду с такими одиночными цепочками часто бывают развиты сдвоенные, которые называют лентами, а структура, для которых они характерны, – ленточной. К ним относится группа амфиболов.

Слоистые минералы характеризуются наличием группировок атомов, составляющих “бесконечные” слои, внутри которых связи одни, а между слоями – другие (рис. 7). Им свойственно двухмерное распределение наиболее прочных связей, т.е. расположение структурных единиц и координационных полиэдров в плоскости. К слоистым типам с совершенной спайностью в одной плоскости относятся слюды, графит (С), молибденит (MoS), каолинит, брусит и др.

Рис. 6. Цепочечный тип структуры

(диопсид – СаMg[Si2O6])

Каркасные минералы характеризуются наличием трехмерного каркаса, образующегося за счет равномерного пространственного распределения ковалентных и ионных связей между атомами. К ним относятся многие алюмосиликаты, в частности полевые шпаты.

Таким образом, атомы и ионы химических элементов при формировании минералов неорганической природы способны плотно упаковываться в кристаллическую решетку определенного типа в зависимости от их размеров и видов химической связи. Форма геометрического узора, который получается при этом (цепочечный, слоистый, каркасный и др.), определяет и морфологию образующихся кристаллов (рис. 8). Форма кристаллов определяется их поверхностными гранями. Геометрическое расположение граней определяется законом Бравэ: при образовании кристаллов развитие и частота появления граней, ограничивающих кристалл, зависят от густоты расположения атомов и ионов на этих гранях (ретикулярная плотность). Чем гуще грани покрыты атомами, тем они важнее, т.е. чаще встречаются на кристаллах.

В зависимости от плотности распределения атомов и ионов в кристаллической решетке происходит рост кристаллов той или иной формы. Из любых возможных направлений в кристаллической решетке наиболее конкурентоспособными поверхностями роста являются те, где атомы ближе расположены друг к другу, так как здесь меньше расстояние между ними и поэтому они способны более прочно связываться друг с другом, отсекая все другие направления.

Рис. 7.Структура графита

Но это еще не значит, что та или иная плоскость с высокой плотностью атомов будет быстрее расти. Даже совсем наоборот: согласно закону Бравэ грани кристалла растут со скоростью, обратно пропорциональной плотностям их распределения. Это понятно, ведь, например, при одинаковой концентрации в растворе грани с большей плотностью атомов больше их поглощают из раствора и этим быстрее снижается их концентрация около этой грани, что ведет к замедлению ее пространственного продвижения. Но именно эти медленно растущие грани и определяют в конечном счете основные черты конфигурации кристаллов, так как быстро растущие грани зарастаются ими (рис. 9).

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56