Курсовая: Изучение оптических свойств минералов

поверхности, так и проникших внутрь минерала на некоторую, весьма

незначительную глубину, где часть лучей избирательно поглощается, а часть

отражается. Цвет минерала в шлифе зависит исключительно от избирательного

поглощения лучей, проходящих сквозь тонкую пластинку минерала. При этих

условиях часть лучей поглощается и минерал становится окрашенным в цвета

дополнительные до белого. Например, если минерал окрашен в зеленый цвет,

следовательно, он поглощает волны красного цвета, так как суммарный эффект от

сложения волн зеленого и красного цвета дает белый цвет. В шлифе минералы

чаще всего окрашены в зеленые, бурые, коричневые тона. Черные минералы (как

правило, рудные) поглощают все видимые лучи спектра. Минералы бесцветные

пропускают все лучи или поглощают их в столь незначительном количестве, что

глаз не улавливает изменения окраски.

В изотропных минералах или в разрезах, перпендикулярных к оптической оси

анизотропных минералов, цвет и его интенсивность постоянны в любом

направлении и зависят исключительно от абсорбционной способности минерала и

толщины пластинки.

В анизотропных сечениях минералов цвет и его интенсивность изменяются в

зависимости от направления колебания световой волны, проходящей через

кристалл. Это явление называется плеохроизмом. Плеохроизм отчетливо

наблюдается при вращении столика микроскопа, когда последовательно

совмещаются с плоскостью колебаний поляризатора два взаимно перпендикулярных

направления в минерале, отвечающие направлениям наибольшего и наименьшего

поглощения света. Плеохроизм резко выражен в таких минералах, как биотит,

роговая обманка, эгирин, турмалин и др. Явление плеохроизма в биотите, как

уже говорилось, используется для определения положения плоскости колебаний

поляризатора.

Определение показателя преломления.

Показатель преломления n - один из важнейших диагностических признаков

минералов. Определение его, в зависимости от цели исследования, проводится

разными методами с различной степенью точности. Для наиболее точного

определения величины показателя преломления пользуются кристалл-рефрактомером.

Измерение показателя преломления этим прибором основано на явлении полного

внутреннего отражения при падении световой волны из среды, более сильно

преломляющей, в среду, преломляющую менее сильно. Величина показателя

преломления минерала вычисляется по формуле:

n = N sin j,

где N - известный показатель преломления стеклянного полушария (от куда

падает световая волна); j - угол падения луча. Кристалл-рефрактометр

позволяет измерять показатели преломления кристаллического и некристаллического

вещества при условии, что их значения не превышают величины N.

Способы определения показателя преломления.

В научно-исследовательских и производственных лабораториях показатели

преломления минералов чаще всего определяют иммерсионным методом. Суть метода

заключается в том, что пользуясь специальным набором жидкостей с разными,

заранее известными показателями преломления, подбирают две жидкости с разницей

величин n в 0,003. Причем, значение n одной жидкости будет

больше n исследуемого минерала, а другой - меньше. Одно из существенных

преимуществ этого метода - возможность его использования для определения даже

мелких зерен, размером в десятые доли миллиметра.

Сравнивая показатели преломления жидкости и минерала, наблюдают за так

называемой световой полоской, или линией Бекке. При разнице n в 0,001 и

более на границе минерала с жидкостью появляется тонкая световая полоска -

линия Бекке, точно повторяющая контуры зерна. При подъеме и опускании тубуса

микроскопа она перемещается с зерна на жидкость и обратно. При подъеме тубуса

микроскопа линия Бекке перемещается в сторону вещества с большим показателем

преломления, а при опускании - в сторону вещества с меньшим показателем

преломления.

Наиболее простой и доступный способ определения показателя преломления

минералов при изучении их с помощью поляризационного микроскопа - метод

сравнения с показателем преломления канадского бальзама, величина которого

всегда постоянна. При этом наблюдают за линией Бекке, рельефом и шагреневой

поверхностью, по характеру которых и определяют показатель преломления

минерала.

Все минералы при сравнении их показателя преломления с показателем

преломления канадского бальзама можно разделить на две группы:

1)nмин < nк.б.; 2) nмин > n

к.б. . Следует иметь в виду, что у некоторых минералов величина

показателя преломления в зависимости от кристаллографической и оптической

ориентировки сильно меняется, например, у кальцита - от 1,486 до 1,658.

Порядок работы при определении относительного показателя преломления:

1. С объективом 3х или 8х устанавливают границу зерна и бальзама (или

двух зерен) на крест нитей.

2. Меняют объектив на 20х или 40х и фокусируют микроскоп (нередко оптические

эффекты отчетливо видны и с объективом 8х).

3. Несколько прикрывают диафрагму осветительной системы.

4. С помощью микрометренного винта слегка поднимают тубус микроскопа, затем

опускают его и одновременно следят за «перемещением» световой полоски.

5. Учитывая результаты наблюдений над световой полоской, характером

рельефа и шагреневой поверхности и используя, определяют группу, к которой

относится минерал по показателю преломления.

5. Ход лучей через систему поляризатор-кристалл-анализатор.

Для того чтобы понимать явления, наблюдаемые в минерале при скрещенных

николях, необходимо ясно представлять себе особенности прохождения света

через систему поляризатор - кристалл - анализатор.

Рассмотрение начнем с минерала кубической сингонии или сечения,

перпендикулярного к оптической оси анизотропного минерала. В том и другом

случае имеем дело с изотропной средой, пропускающей световые волны,

колеблющиеся в любых направлениях, следовательно, наблюдаемые явления ничем

не будут отличаться от системы двух скрещенных николей. Плоскополяризованная

волна, выйдя из поляризатора, пройдет через изотропную среду, сохранив

плоскость колебаний без изменения, анализатором пропущена не будет, и поле

зрения микроскопа останется темным при любых поворотах столика микроскопа.

Если же между николями поместить анизотропную пластинку, то возникнут

явления, существенно отличающиеся от вышеописанных. Как уже известно,

анизотропное сечение минерала пропускает световые волны только в двух взаимно

перпендикулярных направлениях, соответствующих направлениям осей

эллиптического сечения индикатрисы, лежащего в плоскости исследуемого

разреза.

Если поворотом столика микроскопа минерал поставить так, чтобы оси его

индикатрисы совпали с плоскостями колебаний нижнего и верхнего николей, то

волны, вышедшие из нижнего николя - поляризатора, беспрепятственно пройдут

через минерал, сохраняя приобретенные в поляризаторе колебания, и далее

верхним николем - анализатором пропущены не будут. При повороте столика

микроскопа на 360° оси эллиптического сечения индикатрисы четыре раза

совпадут с плоскостями колебаний в николях и, следовательно, четыре раза

минерал будет на погасании (рис. 15).

Рисунок 15 - Четырехкратное погасание минерала в анализаторном сечении при

повороте столика микроскопа на 360°.

При условии косого положения осей индикатрисы исследуемого сечения минерала

относительно плоскостей колебаний поляризатора и анализатора (рис. 16)

плоскополяризованная волна с амплитудой k, приобретенной в

поляризаторе, войдя в минерал, разложится по правилу параллелограмма на две

взаимно перпендикулярные волны с амплитудами k1 и k

2, колеблющиеся в направлении осей эллиптического сечения индикатрисы

n'gn'p. Скорость колебаний каждой волны обратно

пропорциональна показателям преломления соответствующих направлений. При

прохождении через минерал волна, колеблющаяся в направлении оси n' и

поэтому имеющая большую скорость, обгонит волну колеблющуюся в направлении

n'g с меньшей скоростью, на некоторую величину Δ

(дельта), называемою разностью хода.

Выйдя из минерала, обе плоскополяризованные волны будут перемещаться с

одинаковыми скоростями, сохраняя разность хода и направления колебаний,

которые они приобрели в кристалле.

Проходя через верхний николь (анализатор) под углом к плоскости его

колебаний, каждая из волн вновь разложится на две.

Для одной пары k''1 и k'2 направлением

возможных колебаний явится плоскость колебаний анализатора А,

перпендикулярная к плоскости рисунка, для другой пары k'1 и

k'2 - перпендикулярная ей плоскость П, лежащая в

плоскости рисунка. Волны, колеблющиеся в направлении А, получат полное

внутреннее отражение и погасятся оправой анализатора; волны, колеблющиеся в

направлении П, поляризованы в одной плоскости, имеют одинаковую длину и

поэтому способны интерферировать.

Таким образом, верхний николь в системе поляризатор - кристалл - анализатор

не только позволяет отличать изотропный минерал от анизотропного, но и

создает условия, необходимые для интерференции.

Учитывая необходимость ясно понимать оптические явления, наблюдаемые в

минерале при скрещенных николях, подчеркнем основной вывод, который

заключается в следующем. Минерал в анизотропном сечении при повороте столика

микроскопа на 360° четыре раза погаснет и четыре раза приобретет некоторую

интерференционную окраску. Момент погасания свидетельствует о том, что

направления, вдоль которых минерал пропускает световые колебания (оси

эллиптического сечения индикатрисы), совпали с направлением колебаний

поляризатора и анализатора (с нитями окулярного креста).

6. Исследование оптических свойств кристаллов при двух николях в параллельном

свете.

При скрещенных николях в параллельном свете определяют силу двойного

лучепреломления минералов, положение осей оптической индикатрисы относительно

кристаллографических направлений (ориентировку индикатрисы), а также выявляют

некоторые особенности строения минералов — наличие двойников, зональности и

др.

Определение силы двойного лучепреломления.

Луч света, проходящий через пластинку анизотропного минерала, разбивается на

два луча с разными показателями преломления, распространяющиеся с различными

скоростями, и колеблющиеся во взаимно-перпендикулярных плоскостях.

Силой двойного лучепреломления (D) называется величина, показывающая

насколько показатель преломления одного луча отличается от показателя

преломления другого:

D = n1 – n2 , {1}

где n1 и n2 – величины показателей преломления.

Сила двойного лучепреломления – величина переменная. Она изменяется от 0,

когда луч направлен по оптической оси кристалла, до какого-то максимума,

когда луч направлен перпендикулярно к оптической оси (в одноосных кристаллах)

или к плоскости оптических осей (в двуосных кристаллах). За истинную величину

силы двойного лучепреломления (ведь только она может использоваться для

определения минералов) принимают ее максимальное значение:

D = ng – np , {2}

где ng – наибольший по величине показатель преломления данного

минерала, а np – наименьший.

Определение силы двойного лучепреломления минералов основано изучении явления

интерференции световых волн, проходящих через кристалл в шлифе.

Выше было сказано, что луч света, входя в кристалл, раздваивается, и каждая из

образовавшихся световых волн распространяется в кристалле со своей скоростью. В

результате один луч обгоняет другой, и между ними возникает разность хода (R

). Величина разности хода измеряется в миллимикронах и прямо пропорциональна

длине пути, пройденного в анизотропной среде, то есть толщине кристаллической

пластинки – (толщина шлифа) и силе двойного лучепреломления данного кристалла -

D:

R = d D = d (ng – np) {3}

Наличие определенной разности ходе при прохождении лучей света через анализатор

обусловливает их интерференцию, вследствие чего зерна минералов при изучении их

под микроскопом в белом света приобретают интерференционные окраски. При этом

каждому значению разности хода соответствует своя интерференционная окраска.

Следовательно, по характеру интерференционной окраски можно определить разность

хода – R, которая, в свою очередь, связана с искомой уже известной

зависимостью. В конечном итоге, определение силы двойного лучепреломления

минерала сводится к определению интерференционной окраски.

При определении силы двойного лучепреломления минералов пользуются таблицей

Мишель-Леви ( приложение 1).

По горизонтальной оси этой нанесены величины разности хода (в миллимикронах) с

соответствующей им интерференционной окраской (в виде вертикальных полосок

соответствующих цветов). При увеличении R цвета периодически

повторяются, это позволяет разбить их на порядки.

В первый порядок входят цвета: серый, белый, желтый, оранжевый и красный,

постепенно переходящие друг в друга.

Второй и третий порядки начинаются с фиолетового цвета, далее следуют синий,

зеленый, желтый, оранжевый и красный.

В первом порядке имеются отсутствующие в других порядках серый и белый цвета,

но нет синего и зеленого.

По вертикальной оси таблицы отложена толщина шлифов (в сотых и тысячных долях

мм). Из нижнего левого угла таблицы веерообразно вверх и вправо расходятся

прямые линии, на концах которых указаны значения силы двойного

лучепреломления. (Рис. 17)

Рисунок 17 - Определение цифрового значения двупреломления по номограмме

Мишель-Леви.

Для практического определения силы двойного лучепреломления необходимо под

микроскопом найти наивысшую интерференционную окраску минерала и точку

пересечения ее на таблице Мишель-Леви с горизонтальной линией, соответствующей

стандартной толщине шлифа =0,03 мм. Через эту точку проходит одна из

веерообразно расходящихся линий, на верхнем конце которой и указана искомая

величина равная ng – np.

При изучении интерференционной окраски минерала необходимо определить ее

порядок. Для этого пользуются так называемым правилом каемок и методом

компенсации.

Способ определения «по каемкам» очень прост. В шлифе выбирают зерно исследуемого

минерала, периферическая часть которого скошена на клин. В пределах скоса

толщина пластинки d переменная и, следовательно, переменная разность

хода. Указанное обусловливает появление цветных каемок, представляющих собой

последовательную смену цветов интерференции от низких цветов первого

порядка в тонкой периферической части зерна к более высоким в его внутренней

части (рис. 18). Сопоставляя чередование цветов в каемках с цветной

номограммой, легко прийти к выводу о порядке цвета интерференции в центральной

части исследуемого зерна. Чем круче скошено зерно, тем уже цветные каемки; если

край зерна вертикален, каемки отсутствуют. В этом случае вопрос о порядке цвета

интерференции минерала в данном сечении может быть решен только с помощью

компенсатора.

Рисунок 18 - Образование цветных каемок по периферии скошенных зерен:

Определение двойного лучепреломления с помощь компенсатора.

Компенсатор представляет собой прибор, изготовленный из кристаллов кварца

и гипса. В том случае, когда он имеет постоянную разность хода около 550

миллимикрон, (что соответствует собственной интерференционной окраске кварца

или гипса - красной первого порядка), то его называют кварцевой пластинкой.

Компенсатор, называемый кварцевым клином, представляет в поперечном разрезе

пластинку в форме тонкого клина. Его разность хода переменная. На оправе

указана его оптическая ориентировка, обычно сходная с той, которая указана

для гипсовой и кварцевой пластинок (рисунок 19).

При вдвигании кварцевого клина в прорезь тубуса микроскопа изменяются

последовательно интерференционные цвета от начала первого порядка до

четвертого порядка.

При определении силы двойного лучепреломления используется правило компенсации.

Известно, что разность хода в кристаллическом зерне возрастает

пропорционально длине пути, проходимого световыми волнами в этом зерне.

Поэтому если на пути распространения света, над кристаллическим зерном

поместить другую кристаллическую пластинку (в данном случае компенсатор)

таким образом, чтобы направления одноименных осей оптических индикатрис зерна

и компенсатора совпадали, то результирующая разность хода будет равна сумме

разностей хода зерна и компенсатора, что вызовет повышение интерференционной

окраски.

Если поместить компенсатор таким образом, что будут совпадать разноименные

оси оптических индикатрис зерна и компенсатора, то суммарная разность хода

будет равна разности разностей хода зерна и компенсатора, что приведет к

уменьшению порядка интерференционной окраски.

Если разность хода компенсатора будет равна разности хода в исследуемом зерне

минерала, то в итоге общая разность хода световых волн будет равна нулю или,

как принято говорить, произойдет компенсация разности хода в зерне, а зерно

приобретет серую интерференционную окраску первого порядка.

Порядок работы при определении двупреломления минерала методом компенсации:

1. По цветам интерференции кварца или плагиоклаза оценивают толщину шлифа.

2. Отыскивают в шлифе зерно исследуемого минерала с наиболее высокой

интерференционной окраской. Для этого просматривают шлиф, перемещая его по

поверхности столика микроскопа, переходя от одного поля зрения к другому.

Каждое поле зрения наблюдают при поворотах столика микроскопа на некоторый

угол, так как иначе легко пропустить нужное зерно, которое может

случайно оказаться в положении погасания.

3. Устанавливают найденное зерно на крест нитей и затем поворотом столика

микроскопа ставят минерал на погасание. В таком положении оси индикатрисы

минерала параллельны направлениям колебаний в николях.

4. От положения погасания поворотом столика микроскопа против часовой

стрелки на 45° ставят минерал на максимальное просветление. При этом одна из

осей индикатрисы окажется параллельной прорези тубуса микроскопа.

5. Вставляют в прорезь тубуса компенсатор (пластинку или клин), и по

реакции компенсатора устанавливают порядок цветов интерференции.

6. По номограмме Мишель-Леви определяют цифровое значение величины

двупреломления.

Изучение характера погасания и типов погасания.

Углом погасания минерала называется угол между одной из осей оптической

индикатрисы ng, nm, np и какой-либо

кристаллографической осью

В кристаллах может наблюдаться прямое или косое погасание. Если в момент

погасания ребро кристалла или трещины спаянности расположены параллельно

колебаниям одного из николей, погасание будет прямым; если же в этот момент

ребро или трещины спайности расположены косо к колебаниям в николях, -

погасание будет косым. Если в момент погасания ребра кристалла или трещины

спайности расположены под одинаковыми углами к колебаниям в николях, -

погасание будет симметричным.

Углы погасания замеряют относительно креста нитей в окуляре, которые

располагаются параллельно колебаниям николей.

Порядок работы при определении угла погасания:

1. Находят разрез минерала с наиболее высокими цветами интерференции и

системой четких параллельных трещин спайности. Выбранное зерно помещают на

центр креста нитей.

2. Поворотом столика микроскопа ставят трещины спайности параллельно

вертикальной нити окулярного креста (рис. 21,а). Берут отсчет на лимбе

столика микроскопа.

Рисунок 21 - Порядок определения угла погасания: а - спайность совмещена

в - определение наименования оси индикатрисы.

3. Поворачивают столик микроскопа в любую сторону на угол меньше 45° до

погасания минерала, т. е. до совмещения оси индикатрисы с вертикальной нитью

окулярного креста (рисунок 21,б). Берут второй отсчет. Разность отсчетов дает

угол погасания.

4. Определяют наименование оси индикатрисы, с которой замерен угол погасания.

Для этого от момента погасания поворотом столика микроскопа против часовой

стрелки на 45° совмещают исследуемую ось с прорезью тубуса микроскопа. В

прорезь вставляют компенсатор, и по реакции компенсатора определяют

наименование оси индикатрисы (рисунок 21,в). Запись результата измерений будет

иметь следующий вид: cng=36° или сnр = 6°

.

Исследование плеохроизма.

Для анизотропных окрашенных минералов характер абсорбции имеет важное

диагностическое значение. Овладев методом определения наименования осей

оптической индикатрисы, легко установить характер абсорбции минерала.

Порядок работы при изучении плеохроизма:

1.Находят зерно окрашенного минерала с четкими кристаллографическими

направлениями (ограничениями или спайностью). Определяют положение осей

индикатрисы и их наименование. Наблюдения рекомендуется сопровождать

зарисовкой.

2. Ставят кристалл на погасание и затем выдвигают анализатор. Отмечают

окраску минерала для данного, уже известного, направления.

3. Включают анализатор и поворотом столика микроскопа ставят минерал на

второе погасание. Выключают анализатор и наблюдают окраску минерала для этого

направления.

4. Результаты записывают. Для биотита, в частности, изменение окраски в

зависимости от направления может быть записано следующим образом: по n

g темно-коричневая, по np светло-желтая, т. е. по

ng происходит более интенсивная абсорбция света, чем по n

p.

Некоторые особенности минералов, обнаруживающиеся в скрещенных николях.

К таким особенностям относятся двойники, зональное строение, аномальные цвета

интерференции и ряд других.

Двойник — закономерный сросток двух или нескольких индивидов одного и

того же минерала, повернутых один относительно другого на 180°. Наиболее часто

встречаются простые и полисинтетические двойники. Под микроскопом простой

двойник представляет собой кристалл, разделенный двойниковым швом на две части.

Рисунок 22 - Характер двойников, наблюдаемых в шлифе: а - простые, б

- полисинтетические, в — сложные (микроклиновая решетка)

При повороте столика микроскопа одна часть гаснет, тогда как другая остается

освещенной. Такие двойники встречаются в натриево-калиевых полевых шпатах

(рисунок 22,а). Полисинтетические двойники состоят из нескольких параллельных

индивидов, гаснущих неодновременно в смежных двойниковых полосках. Особенно

характерны для плагиоклазов (рисунок 22,6). Встречается комбинация двух

систем полисинтетических двойников, образующих решетчатые срастания, типичные

для микроклинов (рисунок 22, в).

Зональное строение обнаруживается в ряде минералов, причем наиболее часто в

плагиоклазах, пироксенах, амфиболах. Зональный минерал характеризуется

наличием ряда зон, отличающихся несколько по составу, что сопровождается

изменением оптических свойств минерала от зоны к зоне и, следовательно,

изменением ориентировки индикатрисы. Под микроскопом зональное строение

минерала хорошо обнаруживается в виде концентрических зон различной ширины с

неодновременным погасанием и несколько различной интерференционной окраской.

Аномальные цвета интерференции возникают в том случае, когда величина

двупреломления минерала зависит от длины волны применяемого света. Так, если

сила двупреломления для фиолетового цвета больше, чем для красного, то

возникают густо-синие цвета интерференции, что характерно для минерала

цоизита; если сила двупреломления для красного цвета больше, чем для

фиолетового, то появляются ржаво-бурые цвета интерференции, как у некоторых

хлоритов; если кристалл положителен для одних и отрицателен для других длин

волн, а для некоторых длин волн изотропен, то при малых разностях хода

возникают чернильно-синие и фиолетовые тона, свойственные некоторым хлоритам

и везувианам. Аномальные цвета интерференции не нашли отражения в таблице

Мишель-Леви.

7. Характеристика простых форм и комбинаций кристаллов

Общепринятой международной номенклатуры для названия простых форм кристаллов

до сих пор не существует. Чаще всего пользуются терминологией, выработанной

горным институтом им. академика Федорова в Санкт-Петербурге и принятой в

большинстве изданий России.

Для более легкого усвоения названия кристаллических многогранников необходимо

знать ряд греческих слов, которые положены в ее основу.

моно - одно; эдра - грань; ди - двух, дважды; гониа - угол; три - трех;

пинакс - доска; тетра - четырех; клино - наклоняю; пента -пяти; скалено -

косой; гекса – шести; скалено – косой; дека – десяти; сингония - система,

додека - двенадцати.

В идеальных условиях кристаллы образуются в виде многогранников с различным

количеством граней. По внешнему виду они делятся на две группы:

- ограненные одинаковыми по форме и размеру гранями;

- ограненные различными по форме и размеру гранями.

Кристаллы первой группы называются простыми формами, кристаллы второй -

комбинациями.

Простой формой называется совокупность одинаковых по внешней форме

и размеру граней, связанных между собой элементами симметрии и обладающих

идентичными структурными особенностями и физико-химическими свойствами.

Среди простых форм различают открытые и закрытые.

Открытые формы характеризуются тем, что их грани не закрывают

пространство со всех сторон; закрытые - полностью закрывают.

Простая форма, грани которой размещаются наклонно относительно всех осей и

плоскостей симметрии, называется общей. Простая форма, грани

которой размещаются перпендикулярно (или параллельно) хотя бы к одной оси

симметрии, называется частной формой.

На реальных кристаллах установлено 47 основных простых форм, причем каждой

сингонии и каждому виду симметрии свойственна своя группа простых форм с

определенным комплексом элементов симметрии.

Простые формы определяются следующим образом:

1 - совмещением исходной грани простой формы с аналогичной поворотом ее на

определенный угол вокруг поворотной оси симметрии:

2 - отражением исходной грани простой формы с аналогичной в плоскости симметрии:

3 - совмещением - инверсией исходной грани простой формы с аналогичной

поворотом и последующим отражением через центр вокруг оси инверсии.

На реальных кристаллах в большинстве случаев внешняя форма и размеры граней

отдельных простых форм неодинаковы. В этих случаях при определении простых

форм визуально необходимо особое внимание обратить на взаиморасположение

отдельных граней и мысленно увязать их так, чтобы в конечном итоге

представить кристалл в идеальном виде.

Изучение простых форм кристаллов позволило установить среди них наиболее

характерные, получившие название характеристических. Так в триклинной

сингонии выделено две характеристические формы, в моноклинной - три, в

ромбической - три, в тетрагональной - семь, в тригональной - пять, в

гексагональной - семь, в кубической - пять. К характеристическим формам

отнесены простые формы с максимальным развитием граней в каждой из семи

ступеней симметричности.

Рассмотрим простые формы встречающиеся в различных сингониях.

В низших сингониях возможны следующие простые формы.

Моноэдр - простая форма, представленная одной гранью.

Пинакоид - две равные параллельные грани, которые могут быть обратно

расположенными.

Диэдр - две равные пересекающиеся грани (могут пересекаться на своём

продолжении).

Ромбическая призма - четыре равных попарно параллельных грани; в сечении

образуют ромб.

Ромбическая пирамида - четыре равные пересекающиеся грани; в сечении

также образуют ромб.

Перечисленные простые формы относятся к открытым, так как они не замыкают

пространства. Присутствие в кристалле открытых простых форм, например,

ромбической призмы обязательно вызывает присутствие других простых форм,

например, пинакоида или ромбической дипирамиды, необходимых для того, чтобы

получилась замкнутая форма.

Из закрытых простых форм низших сингоний отметим следующие.

Ромбическая дипирамида - две ромбические пирамиды, сложенные основаниями;

форма имеет восемь разных граней, дающих в поперечном сечении ромб;

Ромбический тетраэдр - четыре грани, замыкающие пространство и имеющие

форму косоугольных треугольников.

В средних сингониях из перечисленных выше простых форм могут присутствовать

только моноэдр и пинакоид. Открытыми простыми формами средних сингоний будут

призмы и пирамиды.

В соответствующих сингониях могут быть тригональные, тетрагональные и

гексагональные призмы. Могут быть призмы с удвоенным числом граней:

дитригональная, дитетрагональная и дигексагональная. В последнем случае все

грани равны, но одинаковые углы между ними чередуются через один.

К закрытым формам относятся дипирамиды, скаленоэдры, трапецоэдры, ромбоэдр и

тетрагональный тетраэдр.

Дипирамиды могут быть тригональные, тетрагональные и гексагональные или при

удвоении числа граней - дитригональные, дитетрагональные и дигексагональные

(см. приложение). Дипирамиды представляют собой две пирамиды сложенные

основаниями.

1. Скаленоэдр - простая форма, состоящая из равных

разносторонних треугольников. Скаленоэдры встречаются только в тригональной и

тетрагональной сингониях.

2. Трапецоэдр - напоминает дипирамиду. Грани этой простой формы

имеют вид четырёхугольников, а боковые рёбра не лежат в одной плоскости.

Трапецоэдры возможны лишь в трёх видах симметрии, где отсутствуют плоскости

симметрии.

3. Ромбоэдр состоит из шести граней в виде ромбов, напоминает

вытянутый или сплющенный по диагонали куб. Он возможен только в тригональной и

гексагональной сингониях.

4. Тетрагональный тетраэдр представляет собой четыре равные

грани в виде равнобедренных треугольников.

В кубической сингонии имеется 15 простых форм, все они закрытые. Простые

формы низших и средних сингоний в кубической сингонии не встречаются.

Куб (гексаэдр) представляет собой шесть попарно параллельных квадратных

граней. Если каждую грань куба заменить четырьмя треугольными гранями, то

получиться простая форма, которая называется тетрагексаэдр.

Октаэдр представляет собой совокупность восьми попарно параллельных

граней. Если каждая грань октаэдра замещена тремя гранями (триоктаэдр), то по

количеству сторон этих граней различают тригонтриоктаэдр, тетрагонтриоктаэдр и

пентагонтриоктаэдр. При замещении грани октаэдра шестью гранями получим

гексаоктаэдр, состоящий из 48 граней.

Тетраэдр кубической сингонии состоит из четырёх равносторонних

треугольников, замыкающих пространство.

Если каждую грань тетраэдра заменить тремя гранями, то по аналогии с

октаэдром получим тригонтритетраэдр и пентагонтритетраэдр.

Ромбододекаэдр представляет собой простую форму, состоящую из 12 граней в

виде ромбов.

Пентагондодекаэдр также состоит из 12 граней, но имеющих форму

неправильных пятиугольников.

Дидодекаэдр - "удвоенный" додекаэдр, каждая грань которого заменена двумя

гранями; состоит из 24 граней.

Комбинация кристаллов представляет собой совокупность простых форм, связанных

между собой комплексом элементов симметрии. Среди комбинаций выделяются:

простые, состоящие из одного вида простых форм и сложные, состоящие из

различных простых форм.

Количество простых форм, входящих в ту или иную комбинацию в каждой сингонии,

выводится строго математическим путем и определяется формулой симметрии. При

этом каждому виду симметрии свойственна своя группа простых форм, образующих

комбинации, Так в комбинации триклинной сингонии входят лишь две собственные

простые формы; в моноклинной - две собственные и две триклинной, в состав

тетрагональной входят девять собственных простых форм и две триклинной

сингонии, в состав гексагональной - семь собственных простых форм, две простые

формы триклинной и четыре - тригональной (при наличии Li6

), в составе кубической могут быть только собственные пятнадцать простых форм.

Простые формы из других сингоний в кубическую не переходят.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приведенные немногочисленные данные подтверждают неразрывную связь между

химией, геометрией и физикой кристаллов.

Нетрудно представить себе связь, существующую между симметрией и химическим

составом кристаллов.

Пусть, например, в структуре присутствуют лишь взаимно параллельные тройные

оси. Частицы могут располагаться либо на этих осях, либо вне их. При повороте

вокруг тройной оси лежащая на ней частица А остается единственной, тогда как

частица В, находящаяся вне оси, повторяется трижды.

Отсюда заключаем, что в структурах с одними тройными осями могут

кристаллизоваться соединения типа АВ3. Вместе с тем, здесь нельзя

ожидать соединений типа АВ2.

Следовательно, знание федоровской пространственной группы (т.е. полной

совокупности элементов симметрии структуры кристалла) дает возможность

предсказывать типы соединений, кристаллизующихся в данной группе. Наоборот,

некоторому типу химической формулы соответствует определенный комплекс

пространственных групп. Отсюда понятно исключительное значение, которое

играют в кристаллохимии пространственные группы симметрии, впервые выведенные

Федоровым.

Взаимосвязь между симметрией пространственной группы и химическим составом

кристалла была в свое время четко сформулирована крупнейшим советским

кристаллографом, академиком А. В. Шубниковым.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Попов Г.М., Шафрановский И.И. Кристаллография.

М.: ГОСГЕОЛТЕХИЗДАТ, 1955г.

2. Кочурова Р.Н. Основы практической петрографии.

Л.: Издательство Ленинградского университета, 1977г.

3. Белоусова О.Н., Михина В.В. Общий курс петрографии.

М.: НЕДРА, 1972г.

4. Кузнецов Е.А. Краткий курс петрографии. Издательство Московского

университета.

Страницы: 1, 2