Современная кристаллография и минералогия
Методическое пособие - Геодезия и Геология
Другие методички по предмету Геодезия и Геология
Министерство образования и науки Украины
Приазовский государственный технический университет
Кафедра теории металлургических процессов
С.Л. Макуров
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
по курсу
КРИСТАЛЛОГРАФИЯ И МИНЕРАЛОГИЯ
для студентов специальностей 8.090401, 8.090404, 8.090406
Мариуполь - 2002г.
УДК 548.73. 187.075.8
Макуров С.Л. Конспект лекций по курсу Кристаллография и минералогия для студентов специальностей 8.090401, 8.090404, 8.090406. - Мариуполь: ПГТУ, 2002. - 114 с.
Приведены сведения о структуре кристаллических решеток, росте, свойствах, симметрии, классификации и форме кристаллов, а также о минералах и горных породах, представляющих наибольший интерес для черной металлургии.
Часть первая КРИСТАЛЛОГРАФИЯ
. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ, СВОЙСТВАХ И РОСТЕ КРИСТАЛЛОВ
.1 Предмет и задачи современной кристаллографии
Кристаллография - наука о кристаллах и кристаллическом состоянии материи. Она изучает возникновение и рост кристаллов, их внешнюю форму, внутренние строение и физические свойства.
Слово кристалл - греческого происхождения. Кристаллом древние греки называли лёд, а затем и горный хрусталь, который считали окаменевшим льдом. Позднее, начиная с 17 века, кристаллами стали называть все твёрдые тела, имеющие природную форму плоскостного многогранника. Такие многогранники ограничены плоскостями - гранями, которые пересекаются по прямым линиям - рёбрам.
В настоящее время понятие кристалл является более широким, и к кристаллическим телам относят все твердые образования, обладающие закономерным внутренним строением. Закономерность эта заключается в строго упорядоченном расположении частиц, слагающих кристаллическое тело. При этом частицы одного сорта периодически повторяются, располагаясь по параллельным линиям. Эти частицы можно мысленно соединить прямыми линиями так, что получится некоторая система параллелепипедов, в вершинах которых и будут находиться все однородные частицы. Такая система параллелепипедов, равных друг другу, параллельно расположенных и смежных по целым граням, получила название пространственной решётки. Соответственные точки параллелепипедов пространственной решётки, например, их центры или вершины, называются узлами.
Узлы пространственной решётки ассоциируют обычно с центрами тяжести частиц одного сорта, причём этими частицами могут быть атомы, ионы, радикалы или молекулы. Замена материальных частиц математическими точками создает определённые удобства при изучении строения и свойств кристаллических веществ в тех случаях, когда решение рассматриваемого вопроса от природы частиц не зависит.
Таким образом, пространственная решётка служит как бы схемой внутреннего строения кристаллического тела.
Решётчатое строение является наиболее характерной особенностью всех, без исключения, кристаллических тел и обуславливает их специальные свойства, в том числе и способность кристаллов приобретать форму многогранников.
Отсюда вытекает следующее определение кристаллическому веществу: Кристаллическими называются все твердые тела, имеющие решётчатое строение.
Понятие о пространственной решётке и решётчатое строение кристаллов лежат в основе всей современной кристаллографии.
Твердые тела, не имеющие решётчатого строения, называются аморфными. Примерами аморфных тел могут служить различные стёкла, смолы, желатин, клей, сургуч, сапожный вар, пластмассы и др. В аморфном веществе составляющие его частицы располагаются в общем беспорядочно, как и в жидкостях. Поэтому аморфные тела часто уподобляют жидкостям с очень большим внутренним трением (или высокой вязкостью). Основными же признаками являются: 1) изотропность, т. е. одинаковость свойств во всех направлениях; 2) отсутствие чётко выраженной температуры плавления.
Аморфные вещества не являются устойчивыми. Они обнаруживают с течением времени тенденцию к кристаллизации (наблюдается, например, расстеклование стекла, засахаривание леденцов). Кристаллическое состояние по сравнению с аморфным оказывается более устойчивым, так как упорядоченному расположению частиц в структуре отвечает минимальная внутренняя энергия о чём свидетельствует выделение теплоты при кристаллизации жидкости и поглощение тепла при расплавлении кристаллов.
В связи с отмеченным аморфные тела нередко относят к переохлаждённым жидкостям.
Таким образом, представителями истинно твёрдых тел являются только кристаллы.
Исторически учение о кристаллах развивалось совместно с минералогией, как один из её разделов. Лишь с конца 19 в. кристаллография выделяется в самостоятельную науку благодаря тому, что с развитием химии и особенно органической химии было установлено широкое распространение кристаллических веществ, часто не имеющих ничего общего с минералами. Кроме того, обнаружилась определённая связь между химическим составом кристаллов и их внешней формой. Это послужило основанием Ф. Энгельсу в одной из своих работ назвать кристаллографию частью химии.
Однако, до опытов Лауэ кристаллография сохраняла свой первоначальный описательный характер, занимаясь, главным образом, изучением некоторых физических свойств и внешних геометрических форм кристаллов. После экспериментального подтверждения решётчатого строения кристаллов