- •Кристаллография и минералогия
- •Для студентов высших учебных заведений
- •Предисловие
- •Содержание
- •Введение
- •Основы кристаллографии
- •Глава 1. Аморфные и кристаллические вещества
- •Историческая справка о развитии геолого-минералогических наук. Закон Стенона
- •1.3 Аморфные и кристаллические вещества
- •1.4 Основные свойства кристаллов
- •Глава 2. Зарождение и рост кристаллов
- •2.1 Пути образования кристаллов
- •2.2 Выращивание кристаллов из растворов
- •Факторы, влияющие на облик кристаллов
- •Практическое значение кристаллизации растворов в технологии силикатов
- •2.5 Кристаллизация из расплавов и стекол
- •2.6. Промышленные методы выращивания кристаллов
- •Глава 3. Симметрия кристаллов и их классификация
- •3.1 Элементы симметрии
- •Р исунок 3.1 - Центр симметрии
- •3.2 Взаимодействие между элементами симметрии в кристалле
- •3.3 Классификация кристаллов
- •Глава 4. Простые формы и их комбинации в кристаллах различных сингоний
- •4.1 Распределение простых форм по сингониям и категориям
- •Расшифровка комбинированных форм
- •Глава 5. Установка кристаллов. Определение индексов граней
- •5.1 Понятие о кристаллографических символах
- •Установка кристаллов
- •5.3 Закон Гаюи
- •5.4 Практические рекомендации по определению кристаллографических символов
- •Глава 6. Стереографические проекции кристаллов
- •6.1 Принципы стереографического проектирования
- •6.2 Проектирование элементов симметрии кристаллов
- •Глава 7. Изучение пространственной решетки
- •7.1 Решетки Браве
- •7.2 Определение формульной единицы
- •7.3 Координационные числа и координационные многогранники
- •Глава 8. Плотнейшие упаковки
- •8.1 Понятие о кристаллохимическом радиусе
- •8.2 Виды плотнейших упаковок в структурах
- •8.3 Доля заполненных пустот
- •Глава 9. Типы физико-химических связей в кристаллах
- •9.1 Типы кристаллических структур
- •9.2 Металлический тип связи
- •9.3 Ионная или гетерополярная связь
- •9.4 Ковалентная (гомеополярная) или атомная связь
- •9.6 Водородная связь
- •9.7 Явление поляризации в кристаллических телах
- •Глава 10. Полиморфизм, изоморфизм
- •10.1 Определение полиморфизма, его типы
- •10.2 Примеры полиморфных переходов
- •10.3. Полиморфные превращения в системе SiO2
- •10.4 Понятие об изоморфизме
- •10.5 Виды изоморфизма
- •Глава 11. Главнейшие типы кристаллических структур
- •11.1 Способы моделирования кристаллов. Метод координационных полиэдров
- •11.2 Понятие о структурном типе
- •11.3 Примеры основных структурных типов
- •Тема 12. Кремнекислородные структуры
- •12.1 Особенности строения силикатов
- •12.2 Состав силикатов в виде структурных формул
- •12.3 Классификация силикатов по типу кремнекислородных группировок (радикалов, мотивов)
- •12.4 Особенности структур кварца, тридимита, кристобалита
- •Глава 13. Дефекты кристаллической решетки
- •13.1 Классификация дефектов кристаллической решетки
- •13.2 Нульмерные (точечные) дефекты
- •13.3 Линейные дефекты
- •13.4 Свойства дислокации
- •13.5 Влияние дислокации на скорость роста кристаллов
- •Минералогия
- •Глава 14. Минералогия. Свойства минералов
- •14.1 Наука «минералогия» и объекты ее исследования. Написание формул минералов
- •14.2 Морфология минералов
- •14.3 Явление двойникования и эпитаксии в реальных кристаллах
- •14.4 Физико-химические свойства минералов
- •Тема 15. Геологические процессы образования минералов
- •15.1. Классификация минералов и горных пород по генезису
- •15.2.Эндогенные процессы образования минералов и пород
- •15.3 Экзогенные процессы минералообразования
- •15.4 Метаморфические процессы минералообразования
- •Глава 16. Классификация минералов. Особенности различных классов минералов
- •16.1 Классификация минералов по с.Д. Четверикову
- •16.2 Класс самородных элементов
- •16.3 Сульфиды. Сульфаты
- •16.4 Галоидные соединения. Бораты. Фосфаты
- •16.5 Карбонаты. Нитраты
- •16.6 Оксиды и гидроксиды
- •Глава 17. Силикаты
- •Основные сведения о силикатах
- •17.2 Островные силикаты
- •17.3 Цепочечные и ленточные силикаты
- •17.4 Слоистые силикаты
- •17.5 Каркасные силикаты
- •Литература
12.4 Особенности структур кварца, тридимита, кристобалита
Полиморфные превращения в системе SiO2 проходят в соответствии с диаграммой Феннера(см. с.72).
В природе чаще встречаются и являются стабильными все низкотемпературные модификации (-кварц, -тридимит, -кристобалит). Однако, при резком охлаждении кристаллического вещества, в породах и технических материалах могут остаться и высокотемпературные модификации.
Все вертикальные переходы идут достаточно легко и быстро, а горизонтальные – медленно, поскольку связаны с глубокой перестройкой структуры и в связи с высокой вязкостью силикатных расплавов.
В присутствии примесей (минерализаторов – оксидов щелочных и щелочноземельных металлов) горизонтальные переходы ускоряются.
Во всех представленных модификациях координационное число Si/O=4. Но существуют модификации кремнезема, например стишовит, у которого Si/O=6; плотность последнего в 2 раза больше, чем у кварца.
Структуры полиморфных модификаций различаются способом сочленения тетраэдров: в кристобалите они соединяются инверсионно, т.е. через центры инверсии; в тридимите – зеркально, т.е. по плоскостям симметрии, а в кварце – по спирали, завиваясь вокруг оси третьего порядка.
Структура - и - кварца.
|
Рисунок 12.8 – Структура полиморфной модификации кварца |
Один виток спирали происходит на трех уровнях – нижнем, среднем и верхнем. Четвертый тетраэдр начинает новый виток.
В одном и том же кристалле все спирали закручиваются в одном направлении. В другом кристалле – все спирали могут закручиваться в другом направлении. Различают правый и левый -кварц (и - кварц).
Плотность 2,65 г/см3.
|
Рисунок 12.9 – Структура полиморфной модификации тридимита |
Структура тридимита
Тетраэдры в тридимите соединены зеркально.
Структура тридимита состоит из бесконечного числа гексагональных двухслойных сеток.
Плотность 2,23 г/см3.
Структура кристобалита
|
Рисунок 12.10 – Структура полиморфной модификации кристобалита |
Структура кристобалита состоит из гексагональных плоских сеток. Расположенные по типу атомов углерода в алмазе, атомы кремния в кристобалите располагаются по узлам гранецентрированной ячейки и в центрах половины октаэдров. Ячейка крупная с менее плотным расположением ионов по сравнению с тридимитом, поэтому плотность составляет 2,22 г/см3.
Полиморфные превращения в системе SiO2 связаны с изменением плотности, а значит и объема. Этот факт имеет решающее значение для производства динасовых огнеупоров.
Глава 13. Дефекты кристаллической решетки
13.1 Классификация дефектов кристаллической решетки
Подход к кристаллу, как к телу, построенному из атомов, расположенных по идеальным законам геометрии, является идеализированным.
Реальные кристаллы отличаются от идеальных тем, что идеальная периодичность структуры нарушается.
Несовершенство кристаллического строения оказывает огромное влияние на все структурно-чувствительные свойства кристаллов (ионная и полупроводниковая электропроводность, фотопроводимость, люминесценция, прочность и пластичность и т.д.), а также на процессы роста кристаллов, рекристаллизации, пластическую деформацию.
Классификацию дефектов решетки проводят по чисто геометрическому признаку. Различают четыре типа дефектов:
нульмерные (точечные) – вакансии, междоузельные атомы примесные атомы в узлах и междоузлиях;
одномерные (линейные) – цепочки вакансий и междоузельных атомов и дислокации;
двухмерные (поверхностные) – границы блоков и зерен, дефекты упаковки, плоскости двойникования, поверхность кристалла;
трехмерные (объемные) – пустоты, поры, частицы другой фазы.