Глоссарий. Агрегатное состояние вещества - одно из возможных фазовых состояний, отличающееся от других комплексом физических свойств

Агрегатное состояние вещества - одно из возможных фазовых состояний, отличающееся от других комплексом физических свойств. (например – газообразное, жидкое, твердое – аморфное, кристаллическое).

Кристаллами называют твердые тела, обладающие трехмерно-периодической упорядоченной пространственной атомной структурой и имеющие вследствие этого форму многогранника.

Кристаллизация – процесс образования кристаллов из паров, растворов, расплавов, из веществ в другом кристаллическом или аморфном состоянии.

Раскристаллизация – появление кристаллической структуры в коллоидном или стеклообразном (аморфном) материале.

Перекристаллизация – процесс приспособления кристаллов и кристаллических агрегатов, выросших в одних условиях, к новым, изменившимся условиям путем перераспределения слагающего его вещества с сохранением тех же самых минеральных видов. (В минералогии – отсутствие привноса материала со стороны).

Рекристаллизация – процесс изменения размера индивидов в агрегате, претерпевшем деформацию, приводящий к образованию зерен (кристаллов) с недеформированной кристаллической решеткой.

Кристаллическая решетка – бесконечное трехмерное периодическое образование, представляющее собой модель закономерного распределения в пространстве материальных частиц (атомов, ионов, молекул), слагающих кристалл.

В кристаллической решетке выделяются 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).

Ретикулярная плотность – число узлов, приходящееся на единицу площади плоской сетки.

Анизотропия свойств кристаллов – неодинаковость проявления физических свойств (твердость, спайность, теплопроводность и др.) в непараллельных направлениях. В отличие от кристаллов аморфные тела по характеру проявления тех же физических свойств изотропны.

Симметрия – соразмерность, закономерная повторяемость в пространстве отдельных элементов ограничения кристаллов.

Элементы симметрии – вспомогательные символы, с помощью которых можно описать (продемонстрировать) симметрию кристаллов.

Центр симметрии (С) – точка, расположенная внутри кристалла, в которой пересекаются и делятся пополам линии соединяющие одинаковые элементы ограничения кристалла.

Плоскость симметрии (Р) – делит кристалл на две зеркально-равные части.

Ось симметрии – такая ось, при повороте вокруг которой на определенный угол, кристалл совмещается сам с собой.

Наименьший угол, при котором происходит совмещение – называется элементарным углом поворота ( α ).

Число совмещений, которое можно получить при повороте кристалла вокруг оси на 360^о определяет порядок оси.

Совокупность всех имеющихся в кристалле элементов симметрии составляет вид симметрии.

Совокупность видов симметрии, объединяемых числом единичных направлений, представляет собой категорию симметрии (низшая, средняя, высшая).

Единственное, не повторяющееся в кристалле направление, называется единичным направлением. Все другие (повторяющиеся) направления называются симметрично-равными.

Сингонией называется группа видов симметрии, обладающих одним или несколькими сходными элементами симметрии при одинаковом числе единичных направлений.

Грани, ребра и вершины кристалла – являются элементами его ограничения.

Каждый тип граней, участвующих в огранке кристалла, представляет собой простую форму, независимо от количества таких граней.

Разнотипные грани кристалла составляют комбинацию простых форм.

Сколько типов граней участвует в огранке кристалла – столько среди них простых форм.

Габитус – облик ограненного кристалла (призматический, дипирамидальный, кубический и т.д.).

Скульптура граней кристалла – тонкие формы рельефа его поверхности.

Фигуры травления – углубления на поверхности граней кристалла, образующиеся в результате воздействия природных или иных растворителей. Позволяют установить истиную симметрию кристалла и обнаружить скрытые дефекты его структуры.

Вицинали роста (вицинальные грани) – положительные формы микрорельефа поверхностей граней кристалла, возникающие, как правило, в точках выхода дислокаций.

Индукционные грани (поверхности) – особый вид отпечатков на поверхностях двух кристаллов, возникающих при их совместном (одновременном) росте.

Штриховка на поверхности некоторых граней кристаллов – образуется либо в результате незавершенного роста слоев, либо за счет стремления кристалла ограниться другой простой формой (комбинационная штриховка). Иногда штриховка может возникнуть в процессе образования полисинтетических двойников (двойниковая штриховка).

Друза – закономерный агрегат ограненных кристаллов какого-либо вещества, нарастающих на общее основание. Формирование друз подчиняется закону геометрического отбора.

Закон геометрического отбора (закон друз): из всех первоначально возникающих зародышей кристаллов, преимущественное развитие получают те, которые ориентированы перпендикулярно основанию.

Друзы мелких кристаллов называются щетками.

Двойником называют непараллельный сросток двух кристаллов, в котором плоскости срастания обоих кристаллов имеют для каждого из них в отдельности одно и то же кристаллографическое значение, т.е. принадлежит сеткам одной и той же простой формы.

Структурно-закономерное срастание кристаллов разных веществ называется эпитаксией.

Скелеты – вершинные и реберные формы кристаллов, возникающие в условиях затрудненного питания в процессе кристаллизации.

Дендриты – сложные древовидные агрегаты скелетных кристаллов.

Полиморфизм – способность веществ формировать различные кристаллические структуры в зависимости от условий кристаллизации.

Другими словами, полиморфизм – свойство веществ существовать в нескольких кристаллических фазах, отличающихся по симметрии структуры и по свойствам. Каждая из таких фаз, стабильная в определенной области ТРХ, называется полиморфной модификацией. Полиморфизм элементов (самородных минералов) называют аллотропией.

Изменение физико-химической обстановки влечет за собой смену полиморфных модификаций или фазовый переход

Фазовый переход, возможный только в одном направлении, называется монотропным. (например, полиморфное паревращение марказита в пирит ).

Фазовый переход, осуществимый в прямом и обратном направлениях, называется энантиотропным (например, α-β полиморфные превращения в кварце )

Политипия (политипизм) – явление характерное для некоторых слоистых структур.

Политипы – это структуры, построенные из одних и тех же слоев, но с различной последовательностью их чередования. Параметры решетки у политипов в плоскости слоя неизменны, а в направлении перпендикулярном слоям различны.

Согласно концепции кристаллического строения – внешний облик кристаллов (габитус) определяется их структурной индивидуальностью. В то же время, бывают случаи несоответствия габитуса и структуры, вследствие чего возникают ложные формы или псевдоморфозы.

Псевдоморфозы, образующиеся вследствие полиморфных превращений, когда вновь возникшие полиморфные модификации сохраняют габитус исходных, называют параморфозами.

Псевдоморфозами, по сути, являются и кристаллы, обладающие правильной огранкой, но лишившиеся своей кристаллической структуры и ставшие аморфными вследствие метамиктного распада.

Изоморфизм – явление замещения атомами, ионами или молекулами друг друга в кристаллах с сохранением исходной кристаллической структуры.

Кристаллы переменного состава (следствие изоморфизма) – называют изоморфными смесями, твердыми растворами, смешанными кристаллами.

Полный, неограниченный, совершенный изоморфизм характеризуется возможной полной взаимозаменой атомов (ионов) в кристаллической структуре с образованием смешанных кристаллов, твердых растворов, изоморфных рядов.

При ограниченном (несовершенном) изоморфизме количество изоморфных примесей ограничено определенными пределами (например, в алюмосиликатах не более 50% атомов кремния может замещаться атомами алюминия).

Направленный (полярный) изоморфизм характеризуется неравноценными возможностями замещения одних элементов другими (например, золото может содержать в качестве изоморфной примеси до 20% меди, в то время как медь содержит не более 2-3% золота).

Изовалентный изоморфизм – замещение равновалентных атомов.

Гетеровалентный изоморфизм – замещение атомов различной валентности.

При совершенном изоморфизме может возникать непрерывный ряд кристаллов переменного состава – твердые растворы, изоморфные ряды (например, ряд оливина).

При ограниченном изоморфизме существует определенный предел замещения одних элементов другими, который может смещаться в ту или другую сторону в зависимости от ТРХ-условий кристаллизации. Возникающие при определенных условиях смешанные кристаллы могут оказаться неустойчивыми при изменении параметров среды кристаллизации, что приводит к явлению распада твердого раствора (например, образование пертитов).

Кристаллохимия – раздел кристаллографии, изучающий связь между атомным строением (структурой) кристаллов и их химическими, физическими и геометрическими свойствами.

Кратчайшее из возможных расстояний между одинаковыми точками (узлами) в ряду кристаллической решетки называется элементарной трансляцией или периодом идентичности.

Две элементарные трансляции, не лежащие на одной прямой, определяют ячейку плоской сетки.

Три элементарные трансляции не лежащие в одной плоскости определяют элементарный параллелепипед пространственной кристаллической решетки.

Элементарный параллелепипед, транслируемый в трех измерениях определяет пространственную кристаллическую решетку.

Элементарный параллелепипед = параллелепипед повторяемости = элементарная ячейка кристаллической решетки.

Сочетания ТРХ параметров, в пределах которых устойчива кристаллическая решетка вещества – называется полем ее устойчивости. В пределах поля устойчивости кристалл находится в стабильном состоянии.

Физические свойства кристаллов, которые могут быть выражены одним числом, называются скалярными (плотность, теплоемкость и др.).

В случае проявления явления анизотропии, зависящие от направления свойства называются векторными. Для их выражения необходимы два параметра – направление и величина (твердость, теплопроводность и др.).

Свойства, для выражения которых необходимо больше двух параметров, называются тензорными.

Индикатриса – пространственная модель какого-либо векторного свойства кристаллов.

Оптическая индикатриса – пространственная модель, демонстрирующая анизотропию оптических свойств кристалла.

Показатель преломления (n) – отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде (в кристалле).

В кристаллах всех сингоний, кроме кубической, показатель преломления является векторной величиной, поэтому в кристаллах средней и низшей категории симметрии наблюдается двойное лучепреломление.

Направление, вдоль которого проходящий через кристалл луч света не испытывает двупреломления – называется оптической осью кристалла.

Оптическая индикатриса в кристаллах кубической сингонии представляет собой шар, радиус которого равен единственному для данного кристаллического вещества показателю преломления. Таким образом, кристаллы кубической сингонии оптически изотропны.

Оптическая индикатриса в кристаллах средней категории симметрии представляет собой элипсоид вращения, единственная оптическая ось которого совпадает с главной осью симметрии кристалла. Таким образом, кристаллы средней категории симметрии оптически одноосны.

Оптическая индикатриса в кристаллах низшей категории симметрии представляет собой трехосный элипсоид, в котором имеется две оптические оси. Таким образом, кристаллы низшей категории симметрии оптически двуосны.

Шаровые упаковки – модели компактности укладки материальных частиц в кристаллических структурах. Выделяются два основных типа плотнейших шаровых упаковок: кубическая и гексагональная.

Заключение

Курс кристаллографии для геологических специальностей носит узко - прикладной характер и представляет своего рода пролог к изучению последующих специальных дисциплин. Программой не предусмотрена полная детальная проработка всех понятий и вопросов, связанных с этим разделом науки и затрагиваются лишь те из них, которые отвечают поставленной задаче.