ЭЛЕКТРОННО – КЛАСТЕРНЫЙ МЕХАНИЗМ РОСТА КРИСТАЛЛОВ КВАРЦА, ПОЛУЧЕННЫХ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫМ МЕТОДОМ

Долапчи С.М.¹, Денисова О.А.²

¹ORCID: 0000-0001-9609-5937, Южно-Уральский институт управления и экономики

²ORCID: 0000-0001-6374-3109, доктор физико-математических наук, доцент,

Уфимский государственный нефтяной технический университет

ЭЛЕКТРОННО-КЛАСТЕРНЫЙ МЕХАНИЗМ РОСТА КРИСТАЛЛОВ КВАРЦА, ПОЛУЧЕННЫХ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫМ МЕТОДОМ

Аннотация

В данной работе представлена модель механизма последовательного образования кластеров и встраивания их в решётку кристалла кварца с перестройкой электронной структуры при образовании связей между встраиваемым комплексом и кристаллом. На примере кварца рассмотрены вопросы, связанные с формированием, самоорганизацией и профилированием кристаллов кварца в условиях неравновесной термодинамики. Кристаллизация осуществляется термодинамическими и кинетическими факторами.

Первый из них определяет движущую силу кристаллизации, подготавливает этот процесс, второй осуществляет встраивание кристаллообразующих частиц в решётку. Оба действующих фактора взаимосвязаны между собой. Внутренняя энергия системы в кристаллическом состоянии ниже, чем в исходном, однако процесс перехода в кристаллическое состояние не проходит самопроизвольно. Для его начала нужно предварительно затратить некоторую энергию, а дальнейшая кристаллизация протекает самопроизвольно и в большинстве случаев сопровождается выделением избыточной энергии.

Ключевые слова: силоксановая связь, кремнийкислородные тетраэдры, глобулы, натрий, кварц, тридимит, прочность, упругость, отжиг, расплав, тетраэдр.

Dolapchi S.M.¹, Denisova O.A.²

¹ORCID: 0000-0001-9609-5937, South Ural Institute of Management and Economics

²ORCID: 0000-0001-6374-3109, PhD in Physics and Mathematics, Associate Professor, Ufa State Petroleum Technological University

ELECTRONIC-CLUSTER MECHANISM OF QUARTZ CRYSTALS GROWTH OBTAINED BY HYDROTHERMAL METHOD

Abstract

The following paper contains a model of the mechanism of successive cluster formation and its integration into the grid of quartz crystal with a rearrangement of the electronic structure in the formation of bonds between the embedded complex and the crystal.

We considered the questions connected with the formation, self-organization and profiling of quartz crystals under the conditions of non-equilibrium thermodynamics on the example of quartz. Crystallization is carried out by means of thermodynamic and kinetic factors. The first of them determines the driving force of crystallization, prepares this process, while the second one implements crystal-forming particles in the grid. Both operating factors are interrelated. The internal energy of the system in the crystalline state is lower than in the initial one, however, the process of transition to the crystalline state does not pass spontaneously. To begin with, it is required to first expend some energy, and then crystallization proceeds spontaneously and is accompanied by the release of excess energy in most cases.

Keywords: siloxane linkage, silicon-oxygen tetrahedra, globules, sodium, quartz, tridymite, strength, elasticity, annealing, melting, tetrahedron.

Кварц – одна из разновидностей кремнезёма или диоксида кремния (SiO₂), которая наиболее часто встречается в природе и находит широкое применение в авиационной, радиоэлектронной, оптической, керамической, стекольной и огнеупорной промышленности [1, С. 301]. В расплаве кварцевых стёкол динамические структуры диоксида кремния переходят в структурные элементы – тетраэдры. В тетраэдрах кремнезёма

SiO₄атомы кремния могут быть связаны с одним или с двумя атомами кремния. В первом случае образуются немостиковые связи Si-O, при этом атомы кислорода являются концевыми и координируются катионами металла, во втором случае образуются мостиковые связи Si-O-Si [2, С. 203], [3, С. 15]. В зависимости от соотношения чисел мостиковых (О_м) и концевых (О_к) атомов кислорода можно выделить пять типов тетраэдров, которые являются основными структурными единицами силикатов и обозначаются Qⁿ, где n – число мостиковых атомов кислорода [4, С. 86]. Зная структуру кристаллов кварца, можно предположить, как устроены глобулы – основа кварцевых стёкол, которые тоже в свою очередь состоят из тетраэдров SiO₄. В настоящее время не создана теория о строении кварцевых стёкол. Ее создание очень актуально, т.к. такие стекла широко применяются в автоматике, телекоммуникации, оптике, а также в авиационной и космической отраслях в качестве механических резонаторов для гироскопических систем автопилотов.

Для определения структуры тетраэдра кварца, был произведён расчёт  методом MNDO с помощью программного комплекса HyperChem, который обеспечивает проведение расчётов методами молекулярной механики, а также полуэмпирическими и неэмпирическими методами квантовой физики и интерпретацию полученных результатов. Расчёт показал, что при заселении уровня d из-за искажения структурного тетраэдра, в нем возникает дипольный момент (003 D), вследствие смещения атома кремния к одному из рёбер, обладающего двойными связями (рис.

1 а).

Процесс кристаллизации следует рассматривать не только как насыщение свободных связей, но и как перестройку электронной структуры комплексов, присоединяемых к поверхности кристалла, и комплексов на поверхности роста, с которыми образуются связи.

Согласно теории переходного состояния комплекс из раствора должен под действием электромагнитного поля кристалла сблизиться с ним, затем, ориентируясь после дегидратации и перейдя через активированное состояние, образовывать связи и постепенно встроиться в решётку по схеме [4, С. 97]:

A + B ↔ X ↔ C + D,

где A и

B исходные состояния, C и D конечные состояния и X – активированное состояние.

Уравнение Эйринга определяет скорость встраивания комплекса в решётку кристалла

где A – частотный фактор сближения комплекса с поверхностью кристалла, ∆E – энергия активации, k – постоянная Больцмана, ∆U – определяет энергию сближения, а ∆S – энтропийный член, отвечающий за ориентацию комплекса.

Кинетические процессы на растущей поверхности осуществляют встраивание частиц в решётку кристалла. Данные процессы, с одной стороны, связаны с диффузией частиц в растущей поверхности к местам встраивания, а с другой – со структурой поверхности, наличием на ней ступеней, которые определяют значение кинетического коэффициента — одного из важнейших параметров в этом процессе.

В процессе образования связей происходит явление дегидратации, то есть отделение молекулы воды H₂O. Затем образуются последующие связи с перестройкой электронной структуры кристалла.

Изначальный комплекс в растворе [Si(OH)₄]⁰ образует тетраэдр с ионом кремния в центре, который связан одиночными связями с ионами OH. В результате образования связей с перестройкой электронной структуры, комплекс раствора постепенно преобразуется в тетраэдрический комплекс [

SiO₄], а затем образуется кластер из двух тетраэдров диортокремниевой группы Si₂O₇, который является основой силикатных структурных соединений [5, С. 207], в том числе и представленного электронно – кластерного механизма роста кристаллов кварца.

Согласно результатам рентгеновского эмиссионного метода [6, С. 175] установлено, что в образовании связей центрального иона кремния с ионами кислорода участвуют не только одиночные  связи s— и p

— уровней, но и электроны уровня d иона кремния, создавая двойные связи. При этом ион кремния в тетраэдре смещается к одному из рёбер, в вертикальной плоскости которого находятся двойные связи (рис. 1 а).

Рис. 1 – a) Структурный тетраэдр кварца; б) рентгенографические спектры низкотемпературного кварца; в) схема распределения энергетических уровней и электронов в тетраэдре

Механизм встраивания комплексов в решётку кристалла кварца представлен на рис. 2 [7, С. 47], [ 8, C. 108]. Комплекс [Si(OH)₄]⁰ (рис. 2 а) имеет 4 связывающих молекулярных орбитали (МО) с 8 электронами на них и 4 разрыхляющими МО.

В образовании связей участвуют 3p— и 3s— атомные орбитали (АО) иона Si⁴⁺ и 4 иона OH, при этом задействованы 4 электрона от центрального иона Si и 4 одиночных электрона, по одному от каждого иона OH. В этом случае образуются одиночные связи.

Рис. 2 – a) Схемы молекулярных, атомных орбиталей и электронов комплекса в растворе и б) на поверхности кристалла

Приближаясь к поверхности кристалла, кластер попадает в поле кристаллических сил и переходит в активированное состояние. Свободные связи ионов O^2- на поверхности кристалла нейтрализованы ионами H+. С приближением к поверхности кристалла в результате дегидратации образуются молекулы H₂O, которые переходят в раствор. При взаимодействии растворного комплекса с поверхностью кристалла из двух тетраэдров, связанных мостиковым ионом O^2-, образуется поверхностный кластер [Si₂(OH)₃O₄]^3- (рис. 2 б). В верхнем тетраэдре ион кремния связан с тремя группами OH и одним ионом кислорода, а в нижнем тетраэдре ион кремния связан с 4-мя ионами кислорода одиночными σ — связями. В образовании связей участвуют только не спаренные электроны лигандов. В верхнем тетраэдре не имеется свободных связей, а нижний связан с поверхностью кристалла тремя одиночными связями.

При последующей дегидратации образуется приповерхностный кластер [Si₂O₇]^8- (рис. 3 а), в котором ионы кремния в том и другом тетраэдрах связаны с ионами кислорода, но в верхнем — 4-мя одиночными σ — связями, а в нижнем – 2-мя одиночными σ- и двумя двойными σπ — связями при участии p— и частично d — орбиталей.

Рис. 3 – a) Схемы молекулярных, атомных орбиталей и электронов комплекса в приповерхностном слое и б) внутри кристалла

В ходе дальнейшей электронной перестройки формируется кластер [Si₂O₇]^9- (рис. 3 б), который входит в состав кристалла и образует с ним каркасную структуру. Конечный кластер состоит из двух одинаковых тетраэдров с двумя одиночными и двумя двойными связями ионов кремния с ионами кислорода. Соединение кластера с другими смежными с ним тетраэдрами осуществляется тремя одиночными и тремя двойными связями. В образовании связей у центрального иона кремния принимают участие s-, p— и d — орбитали, а от ионов кислорода px— и pz — орбитали, причём в составе молекулярных орбиталей dx, dy, dz, дают связывающий вклад, а остальные — разрыхляющий. Наблюдается последовательность образования связей в комплексах между ионом кремния и лигандами, и перераспределение электронов на энергетических уровнях.

Рассмотрев механизм роста кристаллов кварца выращенных гидротермальным способом, можно найти много общего с ростом глобул в кварцевом стекле [9, С. 40], так как в обоих случаях основу структуры составляют тетраэдры кварца SiO₄. Силоксановая связь [10, С. 114] образуется по одним и тем же принципам благодаря уникальным свойствам кремния. Внешняя форма кристаллов в последней стадии роста, определяется пассивными и медленно растущими гранями.

Работа выполнена под руководством профессора кафедры «Физика и методика обучения физике» ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный гуманитарно-педагогический университет», доктора физико-математических наук Брызгалова Александра Николаевича (27.10.1930 – 11.01.2017).

Список литературы / References

1. Анфилогов В. Н. Силикатные расплавы / В. Н. Анфилогов, В. Н. Быков, А. А. Осипов. -М.: Наука. Ин-т минералогии УрО РАН, 2005. -357 c.
2. Воронков М. Г. Силоксановая связь / М. Г. Воронков. Новосибирск: Наука, 1976. — 413 с.
3. Брызгалов А. Н. Свойства и дефекты оптических кристаллов (кварц, корунд, гранат): автореф. дис. доктора физ.-мат. наук: 01.04.07: защищена 29.12.1998: утв. 15.07.1999 / Брызгалов Александр Николаевич. – Уфа: Институт физики молекул и кристаллов УНЦ РАН, 1998. — 32 с.
4. Брызгалов А.Н. Выращивание, симметрия и физические свойства кристаллов / А.Н. Брызгалов. ЧГПУ, Челябинск, 2007. — 116 c.
5. Юшкин Н.П. Мир минералов, кристаллов и наноструктур / Н.П. Юшкин, В.И. Ракин. ИГ Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар, 2008. — 364 c.
6. Марфунин А.С. Спектроскопия, люминесценция и радиационные спектры в минералах / А.С. Марфунин. — М.: Наука, 1975. — С. 204 — 218.
7. Брызгалов А.Н. Связь между неравновесными формами роста и растворения кристаллов кварца / А.Н. Брызгалов, В.В. Мусатов // Физика кристаллизации. — Тверь: ТГУ, 1999. — C. 45 — 48.
8. Брызгалов А.Н. Электронно-кластерная модель роста кристаллов кварца / А.Н. Брызгалов, А.В. Фокин // Материалы всероссийской научной конференции «Новые идей и концепции в минералогии», Сыктывкар. — 2002. — С. 105 — 109.
9. Долапчи С.М. Влияние силоксановых связей на упрочнение поверхности изделий из кварцевого стекла / С. М. Долапчи, Д.С. Живулин, А.Н. Брызгалов // Научная дискуссия: вопросы математики, физики, химии, биологии. — 2015. — № 8 — 9 (27). — С. 39 — 46.
10. Брызгалов А.Н. Создание оптимальных пленок кремния на подложке сапфира методом эпитаксии / А.Н. Брызгалов, С.М. Долапчи // Башкирский химический журнал.- 2015. -Т. 22. — № 2. — С. 113 — 115.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Anfilogov V. N. Silikatnye rasplavy [Silikatnye rasplavy] / V. N. Anfilogov, V. N. Bykov, A. A. Osipov. -M.: Nauka. In-t mineralogii UrO RAN, 2005. -357 P. [in Russian]
2. Voronkov M. G. Siloksanovaja svjaz’ [Siloksanovaya svyaz] / M. G. Voronkov. Novosibirsk: Nauka, 1976. — 413 P. [in Russian]
3. Bryzgalov A. N. Svojstva i defekty opticheskih kristallov (kvarc, korund, granat) [Properties and defects of optical crystals (quartz, corundum, garnet): the author’s abstract. Dis. Doctor of Phys.-Math. Sciences: 01.04.07: it is protected on December, 29th, 1998: it is approved. 07.15.1999 / Bryzgalov Alexander Nikolayevich. — Ufa: Institute of Physics of Molecules and Crystals, Ufa Science Center, Russian Academy of Sciences, 1998. — 32 P. [in Russian].
4. Bryzgalov A.N. Vyrashhivanie, simmetrija i fizicheskie svojstva kristallov [Cultivation, symmetry and physical properties of crystals] / A.N. Bryzgalov. ChGPU, Cheljabinsk, 2007. — 116 P. [in Russian]
5. Jushkin N.P. Mir mineralov, kristallov i nanostruktur [The world of minerals, crystals and nanostructures] / N.P. Jushkin, V.I. Rakin. IG Komi NC UrO RAN, Syktyvkar, 2008. — 364 P. [in Russian]
6. Marfunin A.S. Spektroskopija, ljuminescencija i radiacionnye spektry v mineralah [Spectroscopy, luminescence and radiation spectra in minerals] / A.S. Marfunin. — M.: Nauka, 1975. — P. 204 — 218. [in Russian]
7. Bryzgalov A.N. Svjaz’ mezhdu neravnovesnymi formami rosta i rastvorenija kristallov kvarca [Connection between nonequilibrium forms of growth and dissolution of quartz crystals] / A. N. Bryzgalov, V.V. Musatov // Fizika kristallizacii [Crystallization physics]. — Tver’: TGU, 1999. – P. 45 — 48. [in Russian]
8. Bryzgalov A.N. Jelektronno-klasternaja model’ rosta kristallov kvarca [Electron-cluster model of crystal growth of quartz] / A.N. Bryzgalov, A.V. Fokin // Materialy vserossijskoj nauchnoj konferencii «Novye idej i koncepcii v mineralogii» [Materials of the all-Russian scientific conference «New ideas and concepts in mineralogy»], Syktyvkar. — 2002. — P. 105 — 109. [in Russian]
9. Dolapchi S.M. Vlijanie siloksanovyh svjazej na uprochnenie poverhnosti izdelij iz kvarcevogo stekla [Effect of siloxane bonds on the hardening of the surface of quartz glass products] / S.M. Dolapchi, D.S. Zhivulin, A.N. Bryzgalov // Nauchnaja diskussija: voprosy matematiki, fiziki, himii, biologii [Scientific discussion: mathematics, physics, chemistry, biology]. — 2015. — № 8 — 9 (27). — P. 39 — 46. [in Russian]
10. Bryzgalov A.N. Sozdanie optimal’nyh plenok kremnija na podlozhke sapfira metodom jepitaksii [Creation of optimal silicon films on a sapphire substrate by epitaxy] / A. N. Bryzgalov, S.M. Dolapchi // Bashkirskij himicheskij zhurnal [Bashkirsky chemical journal]. — 2015. -T. 22. — № 2. — P. 113 — 115. [in Russian]

Кристаллы и кристаллография — ТехЛиб СПБ УВТ

Кристаллом (от греч. krystallos — «прозрачный лед») вначале называли прозрачный кварц (горный хрусталь), встречавшийся в Альпах. Горный хрусталь принимали за лед, затвердевший от холода до такой степени, что он уже не плавится. Первоначально главную особенность кристалла видели в его прозрачности и это слово употребляли в применении ко всем прозрачным природным твердым телам.

Позднее стали изготавливать стекло, не уступавшее в блеске и прозрачности природным веществам. Предметы из такого стекла тоже называли «кристальными». Еще и сегодня стекло особой прозрачности называется хрустальным, «магический» шар гадалок — хрустальным шаром. Удивительной особенностью горного хрусталя и многих других прозрачных минералов являются их гладкие плоские грани. В конце 17 в. было подмечено, что имеется определенная симметрия в их расположении. Было установлено также, что некоторые непрозрачные минералы также имеют естественную правильную огранку и что форма огранки характерна для того или иного минерала. Возникла догадка, что форма может быть связана с внутренним строением. В конце концов кристаллами стали называть все твердые вещества, имеющие природную плоскую огранку.

Заметной вехой в истории кристаллографии явилась книга, написанная в 1784 французским аббатом Р. Гаюи. Он выдвинул предположение, что кристаллы возникают в результате правильной укладки крохотных одинаковых частиц, которые он назвал «молекулярными блоками». Гаюи показал, каким образом можно получить гладкие плоские грани кальцита, укладывая такие «кирпичики». Различия в форме разных веществ он объяснил разницей как в форме «кирпичиков», так и в способе их укладки. Со времен Гаюи было принято как гипотеза, что в правильной форме кристалла находит отражение упорядоченное внутреннее расположение частиц, но это было подтверждено лишь в 1912, когда М. фон Лауэ в Мюнхене установил, что рентгеновские лучи дифрагируют на атомных плоскостях внутри кристалла. Падая на фотографическую пластинку, дифрагированные лучи создают на ней геометрический узор из темных пятен.

По положению и интенсивности таких пятен можно рассчитать размеры структурной единицы и определить расположение атомов в ней. Имея в виду возможность прямого исследования внутренней структуры, многие занимающиеся кристаллографией стали употреблять термин «кристалл» в применении ко всем твердым веществам с упорядоченной внутренней структурой. Нужны лишь благоприятные условия, полагали они, чтобы внутренняя упорядоченность проявилась в виде правильной наружной огранки. Некоторые ученые предпочитают называть твердые вещества с внешне не проявляющейся внутренней упорядоченностью «кристаллическими», а под «кристаллами» понимать, как это было когда-то, твердые вещества с природной огранкой.

КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ

Атомы, из которых состоят газы, жидкости и твердые вещества, имеют разную степень упорядоченности. В газе атомы и небольшие группы атомов, соединенные в молекулы, находятся в постоянном беспорядочном движении. Если охлаждать газ, то достигается температура, при которой молекулы сближаются друг с другом, насколько это возможно, и образуется жидкость. Но атомы и молекулы жидкости все-таки могут скользить относительно друг друга. При охлаждении некоторых жидкостей, например воды, достигается температура, при которой молекулы застывают в относительной неподвижности кристаллического состояния.

Эта температура, разная для всех жидкостей, называется температурой замерзания. (Вода замерзает при 0° С; при этом молекулы воды упорядоченно соединяются друг с другом, образуя правильную геометрическую фигуру.) У каждой частицы вещества (атома или молекулы), находящегося в кристаллическом состоянии, окружение точно такое же, как и у любой другой частицы того же типа во всем кристалле. Другими словами, ее окружают вполне определенные частицы, находящиеся на вполне определенных расстояниях от нее. Именно это упорядоченное трехмерное расположение характерно для кристаллов и отличает их от других твердых веществ.

ОБРАЗОВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ

Вообще говоря, кристаллы образуются тремя путями: из расплава, из раствора и из паров. Примером кристаллизации из расплава может служить образование льда из воды, так как вода, в сущности, не что иное, как расплавленный лед. К кристаллизации из расплава относится и процесс образования вулканических пород.

Магма, проникающая в трещины земной коры или вытесняемая в виде лавы на ее поверхность, содержит многие элементы в разупорядоченном состоянии. При охлаждении магмы или лавы атомы и ионы разных элементов притягиваются друг к другу, образуя кристаллы различных минералов. В таких условиях возникает много зародышей кристаллов. Увеличиваясь в размере, они мешают друг другу расти, а поэтому гладкие наружные грани у них образуются редко.

КРИСТАЛЛЫ ЛАЗУРИТА

Кристаллы в природе образуются также из растворов, примером чему могут служить сотни миллионов тонн соли, выпавшей из морской воды. Такой процесс можно продемонстрировать в лаборатории с водным раствором хлорида натрия. Если дать воде возможность медленно испаряться, то в конце концов раствор станет насыщенным и дальнейшее испарение приведет к выделению соли. Положительно заряженные ионы натрия притягивают отрицательно заряженные ионы хлора, в результате чего образуется зародыш кристалла хлорида натрия, который выделяется из раствора. При дальнейшем испарении другие ионы пристраиваются к образовавшемуся ранее зародышу, и постепенно растет кристалл с характерной внутренней упорядоченностью и гладкими наружными гранями.

КРИСТАЛЛЫ ВИТЕРИТА

Кристаллы образуются также непосредственно из пара или газа. При охлаждении газа электрические силы притяжения объединяют атомы или молекулы в кристаллическое твердое вещество. Так образуются снежинки; воздух, содержащий влагу, охлаждается, и прямо из него вырастают снежинки той или иной формы.

СТРУКТУРА КРИСТАЛЛА

Кристалл представляет собой правильную трехмерную решетку, составленную из атомов или молекул. Структура кристалла — это пространственное расположение его атомов (или молекул). Геометрия такого расположения подобна рисунку на обоях, в которых основной элемент рисунка повторяется многократно. Одинаковые точки можно расположить на плоскости пятью разными способами, допускающими бесконечное повторение. Для пространства же имеется 14 способов расположения одинаковых точек, удовлетворяющих требованию, чтобы у каждой из них было одно и то же окружение. Это пространственные решетки, называемые также решетками Браве по имени французского ученого О.Браве, который в 1848 доказал, что число возможных решеток такого рода равно 14.

РАЗНЫХ СПОСОБОВ упорядоченного расположения в пространстве одинаковых точек (пространственные решетки). 

 РАЗНЫХ СПОСОБОВ упорядоченного расположения в пространстве одинаковых точек (пространственные решетки). 

Требование того, чтобы каждый узел решетки имел одинаковое атомное окружение, применительно к кристаллам налагает ограничения на сам основной элемент рисунка. При повторении он должен заполнять все пространство, не оставляя пустых узлов.

Было установлено, что существует лишь 32 варианта расположения объектов вокруг некоторой точки (например, атомов вокруг узла решетки), удовлетворяющих этому требованию. Это так называемые 32 пространственные группы. В сочетании с 14 пространственными решетками они дают 230 возможных вариантов расположения объектов в пространстве, называемых пространственными группами. Поскольку структура кристалла определяется не только пространственным расположением атомов, но и их типом, число структур очень велико. Три кристаллические структуры неодинаковы, хотя и относятся к одной и той же пространственной группе.

 СТРУКТУРА КРИСТАЛЛОВ. а — галит NaCl; б — алмаз; в — флюорит CaF2. Составленные из разных атомов, по-разному расположенных, все они образуют куб, т.е. относятся к одной и той же пространственной группе.

Общими для всех кристаллов являются 14 пространственных решеток, наименьшие формообразующие ячейки которых показаны на первом рисунке.

Элементарная ячейка любого кристалла подобна одной из них, но ее размеры определяются размерами, числом и расположением атомов. Элементарная ячейка в виде параллелепипеда, вообще говоря, аналогична «кирпичику» Гаюи, т.е. базисному элементу, при повторении которого образуется кристалл.

Рентгеновский анализ позволяет с большой точностью определять длину сторон ячейки и углы между сторонами. Элементарные ячейки очень малы и имеют порядок нанометра (10-9 м). Сторона кубической элементарной ячейки хлорида натрия равна 0,56 нм. Таким образом, в крохотной крупинке обычной поваренной соли содержится примерно миллион элементарных ячеек, уложенных одна к другой.

Методом дифракции рентгеновских лучей (рентгенография) можно определить не только абсолютные размеры элементарной ячейки, но также пространственную группу и даже расположение атомов в пространстве, т.е. структуру кристалла. Важную роль в исследовании кристаллических структур сыграли также методы дифракции электронов (электронография), дифракции нейтронов (нейтронография) и инфракрасной спектроскопии.

МОРФОЛОГИЯ КРИСТАЛЛОВ

Кристаллы имеют некую внутреннюю симметрию, которая не обнаруживается в бесформенной крупинке. Симметрия кристаллов получает наружное выражение только тогда, когда они имеют возможность свободно расти без каких-либо помех. Но даже хорошо организованные кристаллы редко имеют совершенную форму, и нет двух кристаллов, которые были бы совершенно одинаковы.

Форма кристалла зависит от многих факторов, один из которых — форма элементарной ячейки. Если такой «кирпичик» повторить одинаковое число раз параллельно каждой из его сторон, то получится кристалл, форма и относительные размеры которого точно такие же, как у элементарной ячейки. Близкая к этому картина характерна для многих кристаллических веществ. Но на форму оказывают влияние и такие факторы, как температура, давление, чистота, концентрация и направление движения раствора. Поэтому кристаллы одного и того же вещества могут обнаруживать большое разнообразие форм. Различие форм связано с тем, как именно укладываются одинаковые «кирпичики».

Аналогия между элементарными ячейками и кирпичами очень полезна. Укладывая кирпичи так, чтобы их соответствующие стороны были параллельны, можно построить стену, длина, высота и толщина которой будут зависеть только от числа кирпичей, уложенных в данном направлении. Если же в определенном порядке удалять кирпичи, то можно получить миниатюрные лестничные марши  с наклоном, зависящим от соотношения чисел кирпичей в подступенке и наступи ступеньки лестницы. Если на такую лестницу наложить линейку, то она образует угол, определяемый размерами кирпича и способом укладки. Углы наклона x и y симметричны независимо от относительных длин s и f .

УКЛАДКА КИРПИЧЕЙ, дающая разные формы и углы наклона лестницы. а — стена из одинаковых кирпичей; б и в — лестницы разной длины (s и f) и разного наклона (x и y), получающиеся при последовательном удалении целых рядов кирпичей; г — комбинация вариантов б и в, при которой углы остаются постоянными, хотя длины изменяются.

Точно так же и кристалл может принимать ту или иную форму, если в строго определенном порядке пропускаются некоторые ряды или группы элементарных ячеек (рис. 4). Косые грани кристалла подобны лестницам, сложенным из кирпичей, но «кирпичики» здесь столь малы, что грани кристалла выглядят, как гладкие поверхности. Углы между соответствующими гранями кристалла постоянны, независимо от его размера.

Это установил в 1669 датчанин Н.Стено на примере кристаллов кварца. Тем самым он показал, что форма является характеристикой кристаллического вещества. Ныне известно, что форма кристалла зависит от размеров и формы элементарной ячейки, и положение Стено приняло обобщенную форму закона, согласно которому углы между соответствующими гранями кристаллов одного и того же вещества постоянны.

РАЗНЫЕ ФОРМЫ С РАЗНЫМИ ГРАНЯМИ может давать одна и та же структура, как у этих кристаллов хризоберилла.

Размеры и форма граней изменяются от кристалла к кристаллу. Тем не менее, имеется некая внешняя симметрия, присущая всем хорошо ограненным кристаллам. Она обнаруживается в повторении углов и похожести граней, одинаковых в смысле внешнего вида, дефектов травления и особенностей роста. Если кристалл имеет почти совершенную форму, то его симметричные грани тоже подобны по размерам и форме.

До появления рентгеновской кристаллографии самым важным делом занимавшихся кристаллографией было измерение углов между гранями кристаллов. Вычерчивая на основе таких угловых измерений грани кристалла в стереографической или гномонической проекции, можно выявить симметричное расположение граней независимо от размера и формы. По такой проекции можно вычислить отношения осей, а затем выполнить чертеж кристалла.

Элементы симметрии. Задолго до того, как 32 типа симметричных расположений точечных групп были определены рентгеновскими методами, они были выявлены путем исследования морфологии, т.е. формы и структуры кристаллов. На основании вида и расположения граней, а также углов между ними кристаллы приписывались одному из 32 кристаллографических классов. Поэтому пространственные группы и кристаллографические классы — это как бы синонимы, и существуют три основных элемента симметрии: плоскость, ось и центр.

СИММЕТРИЯ КРИСТАЛЛОВ. а — плоскость симметрии с осью симметрии 2-го порядка; б — центр симметрии; в-д — оси симметрии 3-го, 4-го и 6-го порядков соответственно.

Плоскость симметрии. Многие хорошо известные нам предметы обладают симметрией относительно плоскости. Например, стул или стол можно представить себе разделенными на две одинаковые части. Точно так же плоскость симметрии делит кристалл на две части, каждая из которых является зеркальным отображением другой. (Плоскость симметрии иногда называют плоскостью зеркального отображения.)

Ось симметрии. Ось симметрии — это воображаемая прямая, поворотом вокруг которой на часть полного оборота можно привести объект к совпадению с самим собой. В кристаллах возможны только пять видов осевой симметрии: 1-го порядка (эквивалентная отсутствию вращения), 2-го порядка (повторение через 180°), 3-го порядка (повторение через 120°), 4-го порядка (повторение через 90°) и 6-го порядка (повторение через 60°).

Центр симметрии. Кристалл имеет центр симметрии, если любая прямая, мысленно проведенная через него, на противоположных сторонах поверхности кристалла проходит через одинаковые точки. Таким образом, на противоположных сторонах кристалла находятся одинаковые грани, ребра и углы. Имеются 32 возможные комбинации плоскостей, осей и центров симметрии в кристаллах; каждой такой комбинацией определяется кристаллографический класс. Один класс не имеет симметрии; говорят, что он имеет одну ось вращения 1-го порядка.

Кристаллографические системы. На первом рисунке представлены семь базисных ячеек решеток разной формы. Ромбоэдрическая и гексагональная решетки определяются одними и теми же осями.

Таким образом, при наличии 32 симметрий точечных групп имеются только шесть основных форм элементарных ячеек. Соответственно форме основной «строительной» единицы 32 кристаллографических класса разделяются на шесть кристаллографических систем.

Каждая кристаллографическая система имеет собственную систему координат, которыми определяются элементарная ячейка, а следовательно, и грани кристалла. Это стороны a, b и c элементарной ячейки. Принято через c обозначать вертикальную сторону, через b — горизонтальную в плоскости чертежа и через a — горизонтальную сторону, перпендикулярную плоскости чертежа.

Прямые, на которых лежат эти стороны, служат линиями отсчета и называются кристаллографическими осями. Угол между b и c обозначается a, между a и c — b, а между a и b — g.

Названия кристаллографических систем, относительные длины и угловые соотношения между соответствующими кристаллографическими осями таковы:

Триклинная: a не равно b не равно c, a не равно b не равно g.

Моноклинная: a не равно b не равно c, a = g = 90°, b > 90°.

Орторомбическая: a не равно b не равно c, a = b = g = 90°.

Тетрагональная: a = b не равно c, a = b = g = 90°. Поскольку a и b в этой системе равны и равноценны, их обычно обозначают через a1, a2. Сторона c может быть больше либо меньше a.

Гексагональная: a = b не равно c, a = b = 90°, g = 120°. Элементарная ячейка гексагональных кристаллов обычно рассматривается как тройная и определяется тремя горизонтальными осями a1, a2, a3, составляющими угол 120° друг с другом и 90° с условно вертикальной осью c.

Кубическая (изометрическая): a = b = c, a = b = g = 90°.

ФОРМЫ КРИСТАЛЛОВ РАЗНЫХ МИНЕРАЛОВ, относящихся к разным кристаллографическим системам.

Формы кристаллов. Хотя с первого взгляда все грани, определяющие форму кристалла, могут показаться одинаковыми, при тщательном исследовании обнаруживаются небольшие различия. Это могут быть различия в блеске, нерегулярностях роста, дефектах травления или полосчатости.

Тем не менее, некоторые грани оказываются совершенно одинаковыми. Такие грани состоят из одинаковых и одинаково расположенных атомов и соответствуют определенной форме кристаллов. Распределение граней разных форм выявляет симметрию, так как все грани одной формы имеют одинаковое отношение к элементу симметрии. Некоторые кристаллы имеют грани только одной формы, а другие — грани многих форм.

 ФОРМЫ КРИСТАЛЛОВ КУБИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

а — куб; б — октаэдр; в — додекаэдр; г — комбинация куба, октаэдра и додекаэдра.

ОПТИЧЕСКАЯ КРИСТАЛЛОГРАФИЯ

Важное значение в описании и идентификации кристаллов имеют их оптические свойства. Когда свет падает на прозрачный кристалл, он частично отражается, а частично проходит внутрь кристалла. Свет, отражающийся от кристалла, придает ему блеск и цвет, а свет, проходящий внутрь кристалла, создает эффекты, которые определяются его оптическими свойствами.

Показатель преломления. При переходе наклонного луча света из воздуха в кристалл его скорость распространения уменьшается; падающий луч отклоняется, или преломляется. Чем больше плотность кристалла и чем больше угол падения луча (i), тем больше угол преломления (r). Отношение sin i к sin r есть величина постоянная. Это обычно записывают в виде равенства sin i/sin r = n; константа n называется показателем преломления. Это самая важная из оптических характеристик кристалла, и ее можно очень точно измерить.

С позиций оптики все прозрачные вещества можно разделить на две группы: изотропные и анизотропные. К изотропным относятся кристаллы кубической системы и некристаллические вещества, например стекло. В изотропных веществах свет распространяется во всех направлениях с одинаковой скоростью, и поэтому такие вещества характеризуются одним показателем преломления.

Группу анизотропных веществ составляют кристаллы всех других кристаллографических систем. В веществах этой группы скорость света, а следовательно, и показатель преломления непрерывно изменяются при переходе от одного кристаллографического направления к другому. Когда свет входит в анизотропный кристалл, он разделяется на два луча, колеблющихся под прямым углом друг к другу и распространяющихся с разными скоростями. Такое явление называется двойным лучепреломлением; всякий анизотропный кристалл характеризуется двумя показателями преломления. Для гексагональных и тетрагональных кристаллов указывают максимальный и минимальный, т.е. «главные» показатели преломления.

Один из этих главных показателей преломления соответствует лучу света, колеблющемуся параллельно оси c, а с другой — лучу света, колеблющемуся под прямым углом к этой оси. В орторомбических, моноклинных и триклинных кристаллах имеются три главных показателя преломления: максимальный, минимальный и промежуточный, определяемые лучами света, колеблющимися в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Поскольку показатели преломления зависят от химического состава и строения материала, они являются характеристическими величинами для каждого кристаллического твердого вещества, и их измерение служит эффективным методом его идентификации.

Пользуясь простым рефрактометром, ювелир или специалист по драгоценным камням может измерить показатель преломления драгоценного камня, не вынимая его из оправы. С помощью поляризационного микроскопа минералог без особого труда определяет тип минерала, измеряя его показатели преломления и другие оптические характеристики на мелких крупинках.

Плеохроизм.

В анизотропных кристаллах свет, колеблющийся в разных кристаллографических направлениях, может поглощаться по-разному. Одно из возможных следствий такого явления, называемого плеохроизмом, — изменение цвета кристалла при изменении направления колебаний. В других кристаллах свет, колеблющийся в одном кристаллографическом направлении, может распространяться почти без потерь интенсивности, а под прямым углом к нему почти полностью поглощаться. На различиях в поглощении света тонкими ориентированными кристаллами основано действие таких поляризационных светофильтров, как поляроид.

ПРИМЕНЕНИЕ КРИСТАЛЛОВ

Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями. Позднее, когда те же самые минералы стали разрезать и полировать, как драгоценные камни, многие суеверия сохранились в талисманах «на счастье» и «своих камнях», соответствующих месяцу рождения. Все природные драгоценные камни, кроме опала, являются кристаллическими, и многие из них, такие, как алмаз, рубин, сапфир и изумруд, попадаются в виде прекрасно ограненных кристаллов.

Украшения из кристаллов сейчас столь же популярны, как и во время неолита. Опираясь на законы оптики, ученые искали прозрачный бесцветный и бездефектный минерал, из которого можно было бы шлифованием и полированием изготавливать линзы. Нужными оптическими и механическими свойствами обладают кристаллы неокрашенного кварца, и первые линзы, в том числе и для очков, изготавливались из них. Даже после появления искусственного оптического стекла потребность в кристаллах полностью не отпала; кристаллы кварца, кальцита и других прозрачных веществ, пропускающих ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, до сих пор применяются для изготовления призм и линз оптических приборов.

Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках 20 в. Некоторые кристаллы генерируют электрический заряд при деформации. Первым их значительным применением было изготовление генераторов радиочастоты со стабилизацией кварцевыми кристаллами. Заставив кварцевую пластинку вибрировать в электрическом поле радиочастотного колебательного контура, можно тем самым стабилизировать частоту приема или передачи.

Полупроводниковые приборы, революционизировавшие электронику, изготавливаются из кристаллических веществ, главным образом кремния и германия. При этом важную роль играют легирующие примеси, которые вводятся в кристаллическую решетку. Полупроводниковые диоды используются в компьютерах и системах связи, транзисторы заменили электронные лампы в радиотехнике, а солнечные батареи, помещаемые на наружной поверхности космических летательных аппаратов, преобразуют солнечную энергию в электрическую. Полупроводники широко применяются также в преобразователях переменного тока в постоянный.

ЛИТЕРАТУРА

Современная кристаллография. М., 1979-1981

Руководство по форме хрустальной формы кварца

Руководство по форме кварцевого кристалля Общие кварцевые формы

---

Уверенные точки

Вообще говоря, мы обнаружили, что с точки зрения интенсивных и направленных энергии более мощная форма, чем заостренная точка , которая встречается, среди прочего, в кварце, аметисте, цитрине и дымчатом кварце. Это связано с тем, что завершение концентрирует и фокусирует энергию.

Они очень полезны для программирования, потому что, когда вы вкладываете в них энергию своего намерения, они фокусируют ее; можно сказать, они указывают на вашу цель.

Они также очень полезны для устранения энергетических блокировок. Одна из вещей, которую вы можете сделать в исцелении кристаллами/медитации, — это вращать точку кварца над областью, которая кажется перегруженной.

Если вы не знаете о заложенности носа по ощущениям, вы можете знать, что она существует из-за дисбаланса в вашей жизни. Например, если вам трудно чувствовать чувство собственного достоинства, это блокировка третьей чакры. Чтобы работать над этим (помимо других действий), вы можете вращать точку кварца по часовой стрелке над областью пупка/солнечного сплетения. Это может быть более эффективно, если вы поместите цитрин в этой области.

Держите терминал в руке во время медитации, это поможет вам сосредоточиться на медитации.

Наиболее распространенная форма кристаллического острия — простое окончание. Варианты включают двойные наконечники (точки на обоих концах), близнецы (близнецы) кристаллы, пластинчатые (плоские) кристаллы, оконные кристаллы (с ромбовидной формой на острие) и канальные кристаллы.

Кристаллические наконечники доступны во многих формах:

• Одиночный кристаллический наконечник часто используется в лечении. Направленный в сторону, он вытягивает энергию из тела. Направленный внутрь, он направляет энергию внутрь.
• Генератор (или Точка Постоянства) — мощный инструмент, помогающий сосредоточиться и прояснить намерение. Он оптимизирует целебные свойства камня.
• Двойная оконечная точка направляет энергию одновременно в двух направлениях и обеспечивает мост между двумя энергетическими точками.

Сферы

Сфера представляет завершение, полноту, реализацию всех возможностей . У него нет ни начала, ни конца.

Чтобы вырезать сферу, нужно вырезать массу кристалла, которая может быть в десять раз больше готового творения. Сфера символизирует все, что нам нужно высвободить, чтобы достичь реализации собственного врожденного совершенства.

В фэн-шуй , древнем искусстве создания оптимального потока энергии в окружающей среде, дисгармония создается острыми углами и краями. В этом контексте сфера является наиболее гармоничной формой. Из-за уравновешивающей энергии его идеально размещать в центре комнаты (так называемый тайцзи). Это также идеальный центральный элемент для хрустальной композиции или алтаря.

Украшение с определенной целью: Поместите сферу из драгоценного камня в комнату, на тумбочку или офисный стол, чтобы излучать определенную энергию, которая, по вашему мнению, необходима. Например, сфера из розового кварца у вашей кровати окружает комнату любовью. Хрустальный шар очистит комнату от негатива, а яшмовая сфера будет излучать защиту. Принесите деньги в свой бизнес с помощью малахитовой сферы

Поскольку у нее нет ни начала, ни конца, она может очень сильно поместить нас в здесь и сейчас. Я обнаружил, что удерживание сферы во время медитации помогает мне освободиться от беспокойства и погрузиться в более глубокое состояние.

Мы также обнаружили, что созерцание радуги в хрустальном шаре — прекрасный способ глубже погрузиться в медитацию.

Яйца

Исторически яйцо символизировало плодородие и новые начинания. Если перевести это в духовные термины, форма яйца символизирует первый этап реализации наших целей и мечтаний .

Например, если вы чувствуете себя уязвимым и, возможно, у вас низкая самооценка и вы хотите изменить это, вы можете медитировать с хрустальным яйцом. Медитируйте, держа яйцо в руке ( 9Яйца 0016 обладают особым утешительным ощущением. )

Представьте ситуации (или людей), которые вызывают у вас чувства уязвимости. Почувствуйте, как энергия вашего хрустального яйца окружает вас, как щит или броня . Спросите, что вы можете сделать, чтобы изменить эту ситуацию, как вы можете измениться. Представьте, как вы адекватно реагируете на ситуацию или человека (например, проявляете настойчивость). Визуализируйте себя таким, пока не почувствуете, что это реально и мощно.

Повторить при необходимости.

Вы также можете запрограммировать свое яйцо на желаемые результаты.

После того, как вы запрограммировали яйцо, вы можете продолжать медитировать с ним. Вы можете обнаружить, что это даже более полезно.

Кластеры

Во-первых, кластеры кварца являются отличным центральным элементом сетки. Они удерживают частоту вашего намерения (убедитесь, что ваше намерение кристально чистое!) и усиливают вибрацию кристаллов, которые вы размещаете вокруг него.

В форме скоплений Точки Чистого Кварца излучают свою энергию наружу, в окружающую среду. Кластеры Чистого Кварца могут быть запрограммированы намеренно и храниться в центральном месте, чтобы излучать свою полезную энергию. Размещение прозрачного кварцевого кластера на рабочем столе поможет снять стресс и умиротворить тех, кто входит в комнату.

Несколько кластеров прозрачного кварца, стратегически размещенные по всему дому или офису, могут оказывать благотворное влияние на преобразование негативных энергий и повышение вибрации в окружающей среде. Некоторые любители хрусталя считают, что такая сетка пространства на самом деле предотвращает попадание негатива в защищенную зону. В то время как любой тип образования кварца подходит для создания сетки, кластеры прозрачного кварца идеально подходят для этой цели.

Они прекрасные союзники в работе с энергией. Если вы хотите использовать кристаллы как часть своего личного исцеления, найдите семь маленьких кластеров кварца, по одному для каждой чакры. Это так просто. Это действительно мощная раскладка.

Энергия застревает в наших чакрах, нарушая поток и во многих случаях способствуя физическому или психическому заболеванию. Кластеры кварца, помещенные в чакру, разрушают блокировки и запускают процесс освобождения.

Не забудьте проследить за этим с большим количеством любящей доброты по отношению к себе и усилием заботы о себе на физическом, умственном и эмоциональном уровне. Если вы этого не сделаете, вы, вероятно, снова столкнетесь с той же блокировкой. Убедитесь, что ваша работа с кристаллами является частью полного плана оздоровления, и вы не полагаетесь только на них в решении своих проблем.

Кластеры также можно использовать дома или в офисе, чтобы поддерживать движение энергии. Если вы регулярно проводите расчистку пространства, размещайте их в углах, где во время работы легко задерживается энергия.

Кластеры — это кристаллы, сгруппированные на общей матрице. Там, где матрицы нет, кристаллы соединяются мостиком. Эти чудесные целебные кристаллы пробуждают чувство общности, создавая гармонию и удаляя негатив из окружающей среды, будь то на теле или в комнате. Один из самых простых кристаллов для лечения чакры. Собственная групповая энергия кластеров легко устраняет блокировки и укрепляет все чакры. Те же свойства делают их лучшим выбором для очищения и активации других целебных камней. Кластеры иногда содержат множество метафизических образований, все их свойства гармонично сочетаются друг с другом.

www.mysticcrystalimports.com, 2019

Форма, структура и дефекты кристаллов: все, что вам нужно знать

В нашем предыдущем блоге мы говорили об оптических свойствах, которые делают камни и кристаллы прекрасным зрелищем. Мы узнали, что цвет, блеск, прозрачность и поведение света являются жизненно важными факторами, определяющими реальную ценность и стоимость драгоценного камня.

Теперь давайте обратим внимание на еще одну основную тему геммологии: их строение. Это относится к внутренней и внешней форме кристалла. Структура имеет значение, потому что она определяет наш опыт обращения с кристаллом и его использования для самых разных целей.

Давайте копать!

Что такое кристаллические и некристаллические твердые тела?

Большинство минералов являются кристаллическими . Это означает, что они представляют собой твердые кристаллы со структурированным расположением атомов. Когда минерал представляет собой кристалл, он имеет геометрическую форму и плоские поверхности. Кристаллические тела делятся на изотропные и анизотропные.

Изотропный — Эти минералы имеют симметричное расположение атомов. Они состоят из атомов, расположенных в кубическом порядке. Примерами изотропных минералов являются флюорит, алмаз, золото, пирит, содалит и шпинель.

Анизотропный — На другой стороне кристаллического спектра находятся анизотропные минералы, свойства которых изменяются в разных направлениях. Их кристаллы могут быть не такими симметричными, как кубические кристаллы флюорита, но, тем не менее, их кристаллическая структура симметрична. Примерами являются барит, топаз и оливин с хорошо сформированными длинными и таблитчатыми кристаллами.

Существуют также вещества, не имеющие определенной кристаллической формы из-за отсутствия фиксированной атомной структуры. Эти минералоподобные вещества называются некристаллические или аморфные твердые вещества. Некоторыми распространенными аморфными минералами являются обсидиан, опал и гагат.

Большинство аморфных твердых тел изотропны, поэтому они проявляют одинаковые физические и оптические свойства во всех направлениях.

Как образуются кристаллы?

Вы когда-нибудь задумывались, как ваши великолепные драгоценные камни встречаются в природе? Формирование кристаллов происходит, когда составляющие атомы собираются вместе и выстраиваются в повторяющийся узор. Кристалл растет из крошечной молекулы и достигает своей окончательной видимой формы.

На процесс роста влияют различные элементы и условия окружающей среды. Но для роста должны присутствовать эти 3 механизма:

1. Кристаллы, развивающиеся при охлаждении магмы
2. Кристаллы, осаждающиеся из воды
3. Кристаллы, растущие в результате химических реакций

Ниже приведены некоторые типы минеральных кристаллов в зависимости от среды, в которой они растут:

Изверженные

Почти все минералы, образующиеся в магматических породах, являются силикатами. Это связано с тем, что магмы, образующие магматические породы, в основном состоят из кислорода и кремния.

Другими элементами, присутствующими в этой среде, являются алюминий, кальций, магний, железо, натрий и калий. При правильных условиях кристаллы, образовавшиеся в магматических породах, могут вырастить выступающие кристаллические грани.

Когда минералы кристаллизуются одновременно и у них достаточно места для роста как отдельных кристаллов, они могут образовывать мозаичный цветовой узор. Так обстоит дело с полевым шпатом и оливином.

Некоторые магмы остывают медленно, поэтому кристаллы вырастают до больших размеров. Самые крупные кристаллы в мире добывают из пегматитов (крупнозернистых магматических пород). Примером этого является кристалл кварца, найденный в Бразилии, который весил более 5 тонн.

Некоторые кристаллы настолько малы, что невидимы невооруженным глазом. Магматические кристаллы могут различаться по-разному из-за различий в магматических процессах.

Водные минералы

От слова «водный» эти минералы осаждаются из горячей воды, протекающей под землей, при испарении из озера или внутренних морей или непосредственно из морской воды. Это осаждение происходит из-за изменений химического состава, температуры, давления и уровня pH.

Водные кристаллы, такие как кальцит, гипс и галит, обычно образуются во внутренних озерах или морях. Примеры таких мест включают Мертвое море недалеко от Иордании и Израиля. Жеоды могут также образовываться через водные растворы.

Гидротермальные полезные ископаемые

Эти полезные ископаемые (например, оксиды и сульфиды) образуются под землей, когда горячие подземные воды осаждают минералы и образуют залежи руды. Минералы можно найти в жилах, пустотах или по всей породе.

Гидротермальные минералы часто имеют яркие цвета, потому что они содержат переходные металлы. Они имеют металлический блеск и имеют симметричные кристаллы. Примерами являются синий азурит, зеленый малахит, сфалерит и пирит.

6 Кристаллических Систем

Кристаллические минералы образуют одну из 6 основных кристаллических систем. Эти системы определяют упорядоченное расположение атомов, ионов или молекул в кристалле.

Каждая система имеет следующие факторы: количество осей (направление между сторонами), длины осей и углы, под которыми оси сходятся.

Кристаллические системы:

1. Кубический — Форма, состоящая из 6 квадратных граней под углом 90° друг к другу и 3 осей. Алмаз, гранат и шпинель имеют кубическую кристаллическую структуру.

2. Тетрагональный — Тетрагональный кристалл имеет 3 оси, пересекающиеся под углом 90°. Апофиллит, рутил и циркон имеют тетрагональную кристаллическую систему.

3. Орторомбическая — Эта система имеет 3 оси, каждая из которых пересекается под углом 90°. Оси имеют разную длину. Примерами являются александрит, хризоберилл, перидот, топаз и танзанит.

4. Шестиугольная — Шестиугольная кристаллическая система имеет 4 оси, 3 из которых имеют одинаковую длину и пересекаются под углом 120°. Его вертикальная ось или ось C длиннее и пересекается с другими более короткими осями на 9°.0°. Апатит, аквамарин, берилл, изумруд и морганит имеют шестиугольный кристалл.

5. Моноклинический — Две его оси, а именно A и C, пересекаются под углом 90°, за исключением оси B. Каждая из его осей имеет разную длину (представьте себе спичечный коробок, наклоненный в одну сторону). В моноклинной системе образуются азурит, лазулит, жадеит, малахит и ставролит.

6. Триклинная — в триклинной системе все оси имеют разную длину. Ни одна из них не пересекается под углом 90°. Представьте себе спичечный коробок, который наклонен в 2 стороны. Примерами этих минералов являются амазонит, кианит, лабрадорит и бирюза.

Что такое хрустальные привычки?

Если под кристаллической системой понимаются повторяющиеся узоры атомов в кристалле, то форма кристалла определяет внешнюю форму минерала или группы минералов. На привычку может влиять кристаллическая система и среда роста минерала.

Эти формы кристаллов были названы минералогами для простоты описания:

• Игольчатые — Игольчатые
• Друзы — Маленькие кристаллы, покрывающие поверхность
• Fibrous — показаны нитевидные волокна
• Coxcomb — Плотно расположенные чешуйчатые кристаллы
• Таблетчатый — Плоский или таблетчатый
• Перисто-перистый
• Клиновидная — клиновидная
• Маммилляры — Содержащие множество плавно закругленных выпуклых поверхностей
• Euhedral — Кристаллы с правильно сформированными гранями

Какие факторы влияют на размер и форму кристалла?

Наиболее важными факторами, определяющими размер кристалла и общее качество, являются время, температура, содержание важных элементов и наличие/отсутствие флюса. Эти факторы взаимодействуют вместе, образуя большой кристалл идеальной формы.

1. Время — Продолжительность роста кристалла определяет его размер. Более длительное время роста означает, что кристалл может стать больше и лучше упорядочиваться, так как больше атомов будет перенесено в растущий кристалл и выстроится в правильном порядке.

Это то, что происходит с интрузивными магматическими породами. У них более крупные зерна, чем у изверженных магматических пород, потому что они медленно остывают под землей.

2. Температура — Термодинамика 101 говорит нам, что кристаллы, которые образуются при высоких температурах, как правило, имеют более простую атомную структуру по сравнению с кристаллами, которые растут при низких температурах. Это еще одна причина, по которой крупные и хорошо сформированные кристаллы обнаруживаются в высокотемпературных средах.

3. Элементы — Хотя время и температура правильные, минерал не может превратиться в большой кристалл, если необходимые элементы отсутствуют.

В среднем для формирования камня требуется до дюжины элементов. Минералы, состоящие из этих элементов, обычно крупнее тех, которые состоят из более редких элементов.

4. Наличие/отсутствие потока — Диффузия атомов через твердое тело медленная. Кроме того, атомы могут не так быстро мигрировать в области, где происходит рост кристаллов. Но когда присутствует гидротермальный флюид, он может действовать как поток, переносящий атомы к местам кристаллизации.

Несовершенство кристаллов

Вы замечали, что некоторые необработанные кристаллы имеют странную форму, которую вы просто не можете объяснить?

Некоторые минералы состоят из 2 или более кристаллов, один немного больше другого и каждый расположен в странном положении. Другие имеют еще более неясную и неразличимую форму. Для некоторых коллекционеров это настоящая проблема, но другие все равно любят свои экземпляры, несмотря на форму.

Минералы не всегда растут в идеальных условиях, и это заставляет их выращивать несовершенные кристаллы. Во время или после образования кристаллов возникают 2 распространенных дефекта:

1. Зональность — Кристаллическая зональность вызвана изменениями температуры или давления во время кристаллизации. Это также может произойти из-за изменений в составе жидкости или магмы в процессе роста кристаллов.

Часто зональность формируется в виде годичных колец вокруг первоначального затравочного кристалла. В других случаях это более сложно, что его появление может быть трудно объяснить.

Зональность довольно распространена в некоторых минералах, но она может быть невидима невооруженным глазом. У некоторых минералов он большой и разного цвета. Многие зоны имеют разный состав и поэтому обладают разными оптическими свойствами. Зональность часто наблюдается в кристаллах флюорита и турмалина.

2. Двойникование — В идеале атомы кристалла расположены в повторяющемся порядке во всех частях кристалла. Но это происходит не постоянно.

Некоторые кристаллы имеют разную ориентацию атомов, и это влияет на характерную форму кристалла. Таким образом, образуются контактные и проникающие двойники.

Вот обычные причины двойникования:

Во время роста — По мере роста кристалла могут происходить магматические изменения, такие как давление, температура и поток, изменяющие ориентацию кристалла.

Когда они добавляются вне уже существующего кристалла, новые атомы смещаются, и все другие новые атомы располагаются в другой ориентации, чем в исходном кристалле. Это приводит к образованию нового кристалла, примыкающего к исходному.

Полученный новый кристалл называется контактным двойником , если общая плоскость атомов ориентирована правильно для старого и нового кристаллов. Это двойник проникновения , если общий объем атомов ориентирован правильно как для старых, так и для новых кристаллов.

Трансформация — Это происходит, когда атомное расположение полностью выращенного кристалла изменяется из-за изменений температуры и давления. Например, шестиугольный кристалл кварца называется бета-кварцем при температуре 573°С и выше.

При понижении температуры бета-кварц превратится в тригональный альфа-кварц. И во время этой трансформации произойдет побратимство.

Деформация — Когда полностью выращенный кристалл находится под нагрузкой или давлением, возникают двойники деформации. Давление искажает кристаллическую решетку, в результате чего кристаллические домены ориентируются по-разному. Это явление двойникования распространено в кальците.

Двойникование может иметь различные формы и формы. В одних минералах он виден, а в других обнаружить его можно только с помощью микроскопа. Другие случаи двойникования невозможно увидеть даже с помощью более совершенного аппарата.

Источники:

Кристаллография. (2019, 23 июня). Geo.libretexts.org. Доступ по адресу https://geo.libretexts.org/Bookshelves/Geology/Book%3A_Gemology/05%3A_Crystallography

.

Кристаллы и кристаллизация. (н.д.). Opengeology.org. Доступ по адресу https://opengeology.org/Mineralogy/4-crystals-and-crystallization/#444_Crystal_Defects

Цвета драгоценных камней. (н.д.). Scifun.org. Доступ по адресу http://www.scifun.org/chemweek/ColorOfGemstones2017.pdf

.

Бут, Р. (2019, 17 июня). Как формируются жеоды на Среднем Западе. Момент науки.