Сингонии

Совокупность всех элементов симметрии данного кристалла называется его видом симметрии. В кристаллографии возможно всего 32 вида симметрии, о которых впервые сообщил в 1867 г. русский ученый А. В. Гадолин.

Все известные виды симметрии подразделяют на семь кристаллографических систем, или сингоний (от греч. «сходпоугольность»), сияний, в свою очередь, группируются в три категории. В порядке возрастания степени симметричности они приведены в таблице 1.1. А наиболее характерные формы кристаллов различных сингоний показаны на рисунке 1.5.

Таблица 1.1- Кристаллографические сингонии и категории

Категория

Сингония

Низшая

Триклинная

Моноклинная

Ромбическая

Средняя

Тригональная

Тетрагональная

Г ексагональная

Высшая

Кубическая

Кубическая сингония отличается наибольшей степенью симметрии. Общим элементом является 4Ьз. Единичные направления отсутствуют, все направления симметрично равные. Кристаллы равномерно развиты по всем направлениям, В тетрагональной (квадратной) сингонии общим элементом симметрии является Ьд. Обычно у кристаллов этой сингонии есть квадратное поперечное сечение и одно единичное направление, совпадающее с L4.

1-3 — триклинная сингония; 4-5 — моноклинная сингония; 6-9 — ромбическая сингония; 10-13 — тригональная сингония; 14-16 — гексагональная сингония; 17-20 —тетрагональная сингония; 21-25 — кубическая сингония [2]

Рисунок 1.5 - Формы кристаллов различных сингоний

В гексагональной и тригональной сингониях единичное направление совпадает с L6 (у гексагональной системы) или с L3 (у тригональной системы). Общим элементом симметрии для кристаллов гексагональной сингонии является ось L6, а для кристаллов тригональной сингонии - L3. Кристаллы гексагональной сингонии в сечении имеют шестиугольник, а кристаллы тригональной сингонии - треугольник.

В ромбической сингонии отсутствуют оси симметрии выше второго порядка. Общим элементом симметрии является 3L2 или L2,2P. Единичных на правлений три. Кристаллы в сечении имеют ромб.

В моноклинической сингонии каждый элемент симметрии присутствует в -кристалле в единственном числе. Единичных направлений много. Общим элементом симметрии является L2 или Р.

В триклинической сингонии из всех элементов симметрии может присутствовать только центр С. Все направления в кристалле единичные.

Сингонии группируются в три категории:

  • 1. Высшая - единичные направления отсутствуют; всегда имеется несколько осей порядка выше двух; сюда относится кубическая сингония.
  • 2. Средняя - имеется одно единичное направление, совпадающее с единственной осью порядка выше двух (с осями L3, L4, Le). К этой категории относятся тетрагональная, тригональная и гексагональная сингонии.
  • 3. Низшая - имеется несколько единичных направлений, отсутствуют оси симметрии выше двух; сюда относятся триклиническая, моноклиническая и ромбическая сингонии.

Важная особенность кристаллических веществ заключается в развитии в них явлений полиморфизма и изоморфизма.

Полиморфизмом (от греч. «поли» — много, «морфэ» — форма) называется свойство соединений и простых веществ в зависимости от внешних условий кристаллизоваться в различных структурных типах. Разности данного кристаллического вещества, устойчивые в определенных физико-химических условиях, называются его полиморфными модификациями.

Поскольку природные условия минералообразования очень многообразны, полиморфизм достаточно широко распространен среди минералов. Классическим примером являются полиморфные модификации углерода — алмаз и графит.

Алмаз обычно возникает в условиях высоких давлений и имеет прочную кубическую решетку; при низких же давлениях углерод кристаллизуется в виде графита, обладающего слоистой гексагональной решеткой (рисунок 1.6).

Кристаллическая структура алмаза (а) и графита (б) [2]

Рисунок 1.6- Кристаллическая структура алмаза (а) и графита (б) [2]

И, как следствие, оба эти минерала, имеющие один и тот же состав, обладают совершенно различными свойствами.

Другими примерами служить полиморфные модификации FeS2 — пирит (кубический) и марказит (ромбический); СаСОз — кальцит (тригональный) и арагонит (ромбический) и др.

Структурные единицы, образующие кристаллы минералов, в определенных условиях могут замещаться другими, близкими к ним по криталлохимическим характеристикам (размерам, заряду, состоянию химической связи, координации) единицами. Это явление называется изоморфизмом (от греч. «изос» — равный, «морфэ» — форма).

Под изоморфизмом понимается явление взаимного замещения атомов, ионов или их групп в кристаллических решетках минералов без изменения их строения. Образующиеся при этом вещества имеют переменный состав и называются изоморфными смесями или твердыми растворами.

В зависимости от количественных соотношений замещающих друг друга компонентов различают полный, или совершенный, изоморфизм, когда компоненты смешиваются в любых процентных соотношениях, и неполный, или несовершенный, изоморфизм, когда смесимость возможна только в определенных соотношениях.

Среди минералов примером полного изоморфизма является группа плагиоклазов, представляющая собой непрерывный изоморфный ряд, крайними членами которого являются натриевая составляющая — альбит NafAlSijOg] и кальциевая — анортит Са[А1г Si20g]- Случаи неполного изоморфизма гораздо более многочисленны, например в кальците СаСОз только до 22 % кальция может замещаться магнием. Изоморфные примеси содержат очень многие минералы, поэтому их химические формулы достаточно сложны. В формулах минералов компоненты, изоморфно замещающие друг друга, пишутся через запятую.

Последовательность выполнения лабораторной работы №1

Задание 1: Письменно объяснить геологические термины: аморфное вещество, кристалл, кристаллография, пространственная решетка кристалла, изотропность, анизотропность, грань кристалла, ребро кристалла, симметрия, плоскость симметрии, ось симметрии, центр симметрии, сингония, типы сингоний, категории сингоний, высшая сингония, средняя сингония, низшая сингония, изоморфизм, полиморфизм.

Задание 2: На моделях кристаллов из учебной коллекции определить название простой формы кристаллов, элементы их симметрии и записать формулу симметрии. Используя классификацию кристаллов по степени симметрии, определить тип и категорию сингонии моделей кристаллов. Результаты определений оформить в виде таблицы.

Таблица 1.2 - Определитель модели кристалла

N

модели

Название простой формы

Элементы симметрии

Сингония

Формула симметрии

ось

плоскость

центр

Задание 3: На одной контрольной модели кристалла (по выбору преподавателя) определить элементы симметрии и сингонию.

Контрольные вопросы

  • 1. В чем отличие аморфных веществ от кристаллических веществ.
  • 2. Укажите соответствие между элементами кристаллической решетки и симметрией кристалла.
  • 3. В чем выражается способность кристалла к самоогранению.
  • 4. Как проявляется анизотропность кристаллов. Приведите примеры.
  • 5. Назовите главные условия образования кристаллов.
  • 6. Охарактеризовать структуру природных кристаллических веществ.
  • 7. Важнейшие свойства кристаллических веществ.
  • 8. Элементы симметрии кристаллов.
  • 9. Сингонии и простые формы кристаллов.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >