Характеристика кристалла алмаза сингония формула симметрии единичная грань простая форма реферат
Обновлено: 05.07.2024
Описание свойств алмаза и его кристаллизация в кубической сингонии. Изучение морфологии и внутреннего строения кристаллов для восстановления истории их образования. Идентификация и диагностика алмазов, методы их добычи. Создание синтетического минерала.
| Рубрика | Геология, гидрология и геодезия |
| Предмет | Геология |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Прислал(а) | klopp1 |
| Дата добавления | 11.10.2011 |
| Размер файла | 41,0 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Подобные документы
Структура кристаллов. Применение алмаза с древних времен до наших дней. Происхождение алмаза. Обработка алмазов. Самые крупные, известные и ценные алмазы. Атомная структура, правильное, симметричное, закономерное расположение атомов.
реферат [111,9 K], добавлен 14.06.2003
Исследование основных законов геометрической кристаллографии. Характеристика строения кристаллов по типу пространственной решётки. Закономерные сростки кристаллов. Простые формы кристаллов высшей категории и кубической сингонии. Комбинации простых форм.
реферат [2,3 M], добавлен 01.07.2016
Люминесценция как один из весьма важных в практическом отношении свойств алмазов. Особенности свечения алмазов под действием ультрафиолетовых и рентгеновских лучей. Виды люминесценции, их отличительные особенности и значение, условия возникновения.
реферат [11,2 K], добавлен 05.01.2011
Названия видов симметрии кристаллов по номенклатуре Федорова и Грота (по общим формам). Примеры расположения осей кристаллической решетки при триклинной, моноклинной, ромбической, тригональной, тетрагональной, гексагональной и кубической сингонии.
презентация [4,4 M], добавлен 12.05.2015
Описание ряда свойств и специфических черт строения кристаллической решетки турмалина. Морфология минерала, расположение его месторождений. Характеристика сферы применения верделита. Особенности диагностики камня и основные методы его облагораживания.
лабораторная работа [12,5 K], добавлен 07.05.2013
Описание автоматизированной системы обогащения алмазосодержащей руды. Структурная схема сепаратора алмазов, программное обеспечение. Подбор элементов и расчет надежности. Практическое освоение методики оптимизации логических схем и оценки их надежности.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 24.12.2013
Формы интрузивных тел. Изучение контактовых ореолов. Определение внутренней структуры интрузивов. Геодинамический анализ магматических пород Белореченского полигона. Состав, строение, мощность, распространенность, последовательность образования пород.
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Что такое кристалл. 4
Монокристаллы и кристаллические агрегаты. 5
Симметрия в кристаллах. 6
Форма кристаллов. 8
Закон постоянства двухгранных углов. Отклонения от закона. 10
Есть ли беспорядок в кристалле? 13
О некоторых свойствах кристаллов. 16
О прочности кристаллов. 16
Список используемой литературы. 20
Введение.
Кристаллы одни из самых красивых и загадочных творений природы. В настоящее время изучением многообразия кристаллов занимается наука кристаллография. Она выявляет признаки единства в этом многообразии, исследует свойства и строение, как одиночных кристаллов, так и кристаллических агрегатов. Кристаллография является наукой, всесторонне изучающей кристаллическое вещество. Данная работа также посвящена кристаллам и их свойствам.
В давние времена считалось, что кристаллы представляют собой редкость. Действительно, нахождение в природе крупных однородных кристаллов - явление нечастое. Однако мелкокристаллические вещества встречаются весьма часто. Так, например, почти все горные породы: гранит, песчаники известняк - кристалличны. По мере совершенствования методов исследования кристалличными оказались вещества, до этого считавшиеся аморфными. Сейчас мы знаем, что даже некоторые части организма кристалличны, например, роговица глаза.
В настоящее время кристаллы имеют большое распространение в науке и техники, так как обладают особыми свойствами. Такие области использования кристаллов, как полупроводники, сверхпроводники, пьезо - и сегнетоэлектрики, квантовая электроника и многие другие требуют глубокого понимания зависимости физических свойств кристаллов от их химического состава и строения.
В настоящее время известны способы искусственного выращивания кристаллов. Кристалл можно вырастить в обыкновенном стакане, для этого требуется лишь определенный раствор и аккуратность, с которой необходимо ухаживать за растущим кристаллом.
Что такое кристалл.
В школьных учебниках кристаллами обычно называют твердые тела, образующихся в природных или лабораторных условиях и имеющие вид многогранников, которые напоминают самые непогрешимо строгие геометрические построения. Поверхность таких фигур ограничена более или менее совершенными плоскостями- гранями, пересекающимися по прямым линиям- ребрам. Точки пересечения ребер образуют вершины. Сразу же следует оговориться, что приведенное выше определение требует существенных поправок. Вспомним, например, всем известную горную породу границ, состоящую из зерен полевого шпата, слюды и кварца. Все эти зерна являются кристаллами, однако, их извилистые зерна не сохранили прежней прямолинейности и плоскогранности, а, следовательно, не подходят к вышеуказанному описанию. Одновременный рост всех составляющих гранит кристаллов, мешавших друг другу развиваться, и привел к тому, что отдельные кристаллы не смогли получить свойственную им правильную многогранную форму. Итак, для образования правильно ограненных кристаллов необходимо, чтобы ничто не мешало им свободно развиваться, не теснило бы их и не препятствовало их росту.
Кристаллов в природе существует великое множество и так же много существует различных форм кристаллов. В реальности, практически невозможно привести определение, которое подходило бы ко всем кристаллам. Здесь на помощь можно привлечь результаты рентгеновского анализа кристаллов. Рентгеновские лучи дают возможность как бы нащупать атомы внутри кристаллического тела, и определяет их пространственное расположение. В результате было установлено, что решительно все кристаллы построены из элементарных частиц, расположенных в строгом порядке внутри кристаллического тела.
Упорядоченность расположения таких частиц и отличает кристаллическое состояние от некристаллического, где степень упорядоченности частиц ничтожна.
Во всех без исключения кристаллических постройках из атомов можно выделить множество одинаковых атомов, расположенных наподобие узлов пространственной решетки. Чтобы представить такую решетку, мысленно заполним пространство множеством равных параллелепипедов, параллельно ориентированных и соприкасающихся по целым граням. Простейший пример такой постройки представляет собой кладка из одинаковых кирпичиков. Если внутри кирпичиков выделить соответственные точки, например, их центры или вершины, то мы и получим модель пространственной решетки. Для всех без исключения кристаллических тел характерно решетчатое строение.
Монокристаллы и кристаллические агрегаты.
В отличие от других агрегатных состояний, кристаллическое состояние многообразно. Одни и те же по составу молекулы могут быть упакованы в кристаллах разными способами. От способа же упаковки зависят физические и химические свойства вещества. Таким образом, одни и те же по химическому составу вещества на самом деле часто обладают различными физическим свойствами. Для жидкого состояния такое многообразие не характерно, а для газообразного-невозможно.
Если взять, например, обычную поваренную соль, то легко увидеть даже без микроскопа отдельные кристаллики.
Каждый кристаллик есть вещество NaCl, но одновременно он имеет черты индивидуума. Он может быть большим или малым кубическим или прямоугольно-параллелепипедальным, по-разному ограненным и т.д.
В жидкости нельзя увидеть отдельные индивидуумы- капельки, в кристаллическом же веществе они видимы.
Если мы хотим подчеркнуть, что имеем дело с одиночным, отдельным кристаллом, то называем его монокристаллом, чтобы подчеркнуть что речь идет о скоплении многих кристаллов, используется термин кристаллический агрегат. Если в кристаллическом агрегате отдельные кристаллы почти не огранены, это может объясняться тем, что кристаллизация началась одновременно во многих точках вещества и скорость ее была достаточно высока. Растущие кристаллы являются препятствием друг другу и мешают правильному огранению каждого из них.
В данной работе речь пойдет в основном о монокристаллах, а так как они являются составными частями кристаллических агрегатов, то их свойства будут схожи со свойствами агрегатов.
Симметрия в кристаллах.
Рассматривая различные кристаллы, мы видим, что все они разные по форме, но любой из них представляет симметричное тело. И действительно симметричность это одно из основных свойств кристаллов. К понятию о симметрии мы привыкли с детства. Симметричными мы называем тела, которые состоят из равных одинаковых частей. Наиболее известными элементами симметрии для нас являются плоскость симметрии (зеркальное отображение), ось симметрии (поворот вокруг оси, перпендикулярной к плоскости). По углу поворота различают порядок оси симметрии, поворот на 180 о – ось симметрии 2-ого порядка, 120 о – 3-его порядка и так далее. Есть и еще один элемент симметрии - центр симметрии.
Представьте себе зеркало, но не большое, а точечное: точку, в которой все отображается как в зеркале. Вот эта точка и есть центр симметрии. При таком отображении отражение поворачивается не только справа налево, но и с лица на изнанку.
Все кристаллы симметричны. Это значит, что в каждом кристаллическом многограннике можно найти плоскости симметрии, оси симметрии, центры симметрии и другие элементы симметрии так, чтобы совместились друг с другом одинаковые части многогранника. Введем еще одно понятие относящиеся к симметрии полярность. Представим конус и цилиндр, у обоих объектов есть по одной оси симметрии бесконечного порядка, но они различаются полярностью, у конуса ось полярна (представим центральную ось в виде стрелочки, указывающей к вершине), а у цилиндра ось неполярна.
Поговорим о видах симметрии в кристалле. Прежде всего, в кристаллах могут быть оси симметрии только 1, 2, 3, 4 и 6 порядков. Представим плоскость, которую надо полностью покрыть семи -, восьми -, девятиугольниками и т.д., так чтобы между фигурами не оставалось пространства, это не получится, пятиугольниками покрыть плоскость так же нельзя. Очевидно, оси симметрии 5, 7-го и выше порядков не возможны, потому что при такой структуре атомные ряды и сетки не заполнят пространство непрерывно, возникнут пустоты, промежутки между положениями равновесия атомов. Атомы окажутся не в самых устойчивых положениях и кристаллическая структура разрушится.
В кристаллическом многограннике можно найти разные сочетания элементов симметрии – у одних мало, у других много. По симметрии, прежде всего по осям симметрии, кристаллы делятся на три категории.
К высшей категории относятся самые симметричные кристаллы, у них может быть несколько осей симметрии порядков 2,3 и 4, нет осей 6-го порядка, могут быть плоскости и центры симметрии. К таким формам относятся куб, октаэдр, тетраэдр и др.
Им всем присуща общая черта: они примерно одинаковы во все стороны.
У кристаллов средней категории могут быть оси 3, 4 и 6 порядков, но только по одной. Осей 2 порядка может быть несколько, возможны плоскости симметрии и центры симметрии. Формы этих кристаллов: призмы, пирамиды и др. Общая черта: резкое различие вдоль и поперек главной оси симметрии.
У кристаллов низшей категории не может быть ни одной оси симметрии 3 4 и 6 порядков, могут быть только оси 2 порядка, плоскости или центр симметрии. Структура данных кристаллов самая сложная.
Из кристаллов к высшей категории относятся: алмаз, квасцы, гранаты германий, кремний, медь, алюминий, золото, серебро, серое олово вольфрам, железо; к средней категории – графит, рубин, кварц, цинк, магний, белое олово, турмалин, берилл; к низшей – гипс, слюда, медный купорос, сегнетовая соль и др. Конечно в этом списке не были перечислены все существующие кристаллы, а только наиболее известные из них. Категория, к которой принадлежит кристалл, характеризует его физический свойства.
Плоскости и центр симметрии могут быть в любой сингонии. Всего сингоний семь.
Каждый кристаллический многогранник обладает определенным набором элементов симметрии. Полный набор всех элементов симметрии, присущих данному кристаллу называется классом симметрии. Сколько же всего таких наборов? Их количество ограничено. Математическим путем было доказано, что в кристаллах существует 32 вида симметрии.
Категория
Сингония
Характерная симметрия кристаллов
Несколько осей симметрии порядка выше, чем 2; обязательно четыре оси симметрии 3-ого порядка
Одна ось симметрии порядка выше, чем 2, а именно:
Одна ось 3-ого порядка
Одна ось 4-ого порядка
Одна ось 6-ого порядка
Нет осей симметрии порядка выше, чем 2.(Эти сингонии различаются по углам между кристаллографическими осями координат)
Форма кристаллов.
Изучение внешней формы кристаллов началось прежде изучения симметрии, однако только после вывода 32 видов симметрии появилась надежная основа для создания геометрического учения о внешней форме кристаллов. Основным его понятием является понятие простой формы.
Простые формы могут быть общими и частными в зависимости от того, как расположена исходная грань по отношению к элементам симметрии. Если она расположена косо, то простая форма полученная из нее будет общей. Если же исходная форма расположена параллельно или перпендикулярно к элементам симметрии, то получается частная простая форма.
Простые формы так же могут быть закрытыми и открытыми.
Закрытая форма может одна образовать кристаллический многогранник, в то время как одна открытая простая форма замкнутого многогранника образовать не может.
Каждая грань кристалла представляет собой плоскость, на которой располагаются атомы. Когда кристалл растет, все грани передвигаются параллельно сами себе, так как на них откладываются все новые и новые слои атомов. По этой причине, параллельно каждой грани в структуре кристалла располагается огромное количество атомных плоскостей, которые когда-то в начальных стадиях роста тоже располагались на гранях кристалла, но в процессе роста оказались внутри него.
Ребра кристалла представляют собой прямые, на которых атомы располагаются в ряд. Таких рядов в кристалле тоже огромное количество и они располагаются параллельно действительным ребрам кристалла.
Кристаллический многогранник обычно представляет собой комбинацию нескольких простых форм, грани (или ребра) которых являются действительными гранями (ребрами). Грань, которой на данном кристалле нет, но которая может оказаться на других кристаллах того же вещества, называется возможной гранью. Возможной гранью может быть плоскость, проходящая через два действительных или возможных ребра кристалла. Точно так же, если возьмем две реальные грани, которые на данном кристаллическом многограннике не пересекаются, то линия, параллельная линии их пересечения, будет возможным ребром кристалла.
Совокупность граней, пересекающихся в параллельных ребрах, называется поясом или зоной. А параллельная этим ребрам линия называется осью зоны.
Необходимо упомянуть, что кристаллографами был создан строго математический вывод всех возможных на свете кристаллических форм, и теперь можно не только предположить, какова будет форма кристалла, а с большой уверенностью рассчитать будущую форму.
В течение долгих лет геометрия кристаллов казалась таинственной и неразрешимой загадкой. В 1619 великий немецкий математик и астроном Йоган Кеплер обратил внимание на шестерную симметрию снежинок. Он попытался объяснить ее тем, что кристаллы построены из мельчайших одинаковых шариков, теснейшим образом присоединенных друг к другу (вокруг центрального шарика можно в плотную разложить только шесть таких же шариков). По пути, намеченному Кеплером, пошли в последствии Роберт Гук и М. В. Ломоносов. Они так же считали, что элементарные частицы кристаллов можно уподобить плотно упакованным шарикам. В наше время принцип плотнейших шаровых упаковок лежит в основе структурной кристаллографии, только сплошные шаровые частицы старинных авторов заменены сейчас атомами и ионами.
Через 50 лет после Кеплера датский геолог, кристаллограф и анатом Николас Стенон впервые сформулировал основные понятия о формировании кристаллов: "Рост кристалла происходит не изнутри, как у растений, но путем наложения на внешние плоскости кристалламельчайших частиц, приносящихся извне некоторой жидкостью". Эта идея о росте кристаллов в результате отложения на гранях все новых и новых слоев вещества сохранила свое значение и до сих пор.
Очень часто кристаллы одного и того же вещества срастаются друг с другом закономерным образом, образуя так называемый двойник. При этом обычно возникают дополнительные элементы симметрии, называющиеся в данном случае двойниковые элементы симметрии. Если сросток состоит из многих кристаллов, закономерно чередующихся друг с другом, то он называется полисинтетическим двойником. Двойниковые кристаллы являются очень распространенным явлением в природе. Многие вещества, получаемые в лаборатории, также часто имеют двойники как простые, так и полисинтетические.
Закон постоянства двухгранных углов. Отклонения от закона.
Симметричность кристаллов всегда привлекала внимание ученых. Уже в 79 г. нашего летоисчисления Плиний Старший упоминает о плоскогранности и прямобедренности кристаллов. Этот вывод и может считается первым обобщением геометрической кристаллографии. С тех пор на протяжении многих столетий весьма медленно и постепенно накапливался материал, позволивший в конце XVIII в. открыть важнейший закон геометрической кристаллографии - закон постоянства двугранных углов. Этот закон связывается обычно с именем французского ученого Роме де Лиля, который в 1783г. опубликовал монографию, содержащую обильный материал по измерению углов природных кристаллов. Для каждого вещества (минерала), изученного им, оказалось справедливым положение, что углы между соответственными гранями во всех кристаллах одного и того же вещества являются постоянными.
Не следует думать, что до Роме де Лиля никто из ученых не занимался данной проблемой. История открытия закона постоянства углов прошла огромный, почти двухвековой путь, прежде чем этот закон был отчетливо сформулирован и обобщен для всех кристаллических веществ. Так, например, И. Кеплер уже в 1615г. указывал на сохранение углов в 60 о между отдельными лучиками у снежинок. В 1669 г. Н. Стенон открыл закон постоянства углов в кристаллах кварца и гематита. Внимательно разглядывая реальные кристаллы кварца, Стенон также обратил внимание на их отклонение от идеальных геометрических многогранников с плоскими гранями и прямыми ребрами. В своем трактате он впервые ввел в науку реальный кристалл с его несовершенствами и отклонениями от идеализированных схем. Однако все эти отклонения не помешали ученому открыть на тех же кристаллах кварца основной закон геометрической кристаллографии. Однако написал он об этом очень кратко в пояснениях к рисункам, приложенным к его сочинению, поэтому честь называться автором закона досталась Лилю.
Годом позже Стенона Э. Бартолин сделал тот же вывод применительно к кристаллам кальцита, а в 1695 г. Левенгук - к кристаллам гипса. Он показал, что и у микроскопически малых и у больших кристаллов гипса углы между соответственными гранями одинаковы. В России закон постоянства углов был отрыт М. В. Ломоносовым для кристаллов селитры (1749г.) пирита, алмаза и некоторых других минералов. Однако вернемся к определению данному Лилем. В его версии закон постоянства углов звучит следующим образом: "Грани кристалла могут изменяться по своей форме и относительным размерам, но их взаимные наклоны постоянны и неизменны для каждого рода кристаллов."
Итак, все кристаллы обладают тем свойством, что углы между соответственными гранями постоянны. Грани у отдельных кристаллов могут быть развиты по-разному: грани, наблюдающиеся на одних экземплярах, могут отсутствовать на других - но если мы будем измерять углы между соответственными гранями, то значения этих углов будут оставаться постоянными независимо от формы кристалла.
Однако по мере совершенствования методики и повышения точности измерения кристаллов выяснилось, что закон постоянства углов оправдывается лишь приблизительно. В одном и том же кристалле углы между одинаковыми по типу гранями слегка отличаются друг от друга. У многих веществ отклонения двухгранных углов между соответственными гранями достигает 10 -20', а в некоторых случаях и градуса.
Грани реального кристалла никогда не представляют собой идеальных плоских поверхностей. Нередко они бывают покрыты ямками или бугорками роста, в некоторых случаях грани представляют собой кривые поверхности, например у кристаллов алмаза. Иногда замечаются на гранях плоские участки, положение которых слегка отклонено от плоскости самой грани, на которой они развиваются. Эти участки называются в кристаллографии вицинальными гранями, или просто вициналями. Вицинали могут занимать большую часть плоскости нормальной грани, а иногда даже полностью заменить последнюю.
Иногда на гранях наблюдаются ступеньки имеющие форму пандуса.
Таким образом, можно говорить о скульптуре граней, являющейся причиной отклонения от равенства двугранных углов. Изучением различных наростов занимается раздел кристаллографии - Морфология внешней формы кристаллов.
Наблюдаются, конечно, и более закономерные изменения двугранных углов, например зависимость от температуры. В таблице 2 приведены значения углов между гранями кварца при разной температуре.
Как было указано, алмаз кристаллизуется в трех основных формах: кубической, октаэдрической и ромбододекаэдрической. Симметрия куба была рассмотрена ранее.
Рассмотрим симметрию остальных форм алмаза.
Октаэдр имеет девять плоскостей симметрии (рис. 34, а), из которых шесть проходят по граням и три по ребрам. Оси симметрии октаэдра распределяются следующим образом: три оси симметрии четвертого порядка проходят через противоположные вершины, четыре оси симметрии третьего порядка проходят через середины противоположных граней и шесть осей симметрии второго порядка проходят через середины противоположных ребер (рис. 34, б).
Все элементы симметрии октаэдра можно записать формулой:
Ромбододекаэдр имеет центр симметрии и девять плоскостей симметрии, из которых шесть проходят но малым диагоналям и три — по большим диагоналям граней (ромбов). Ось симметрии четвертого порядка (всего 3L4) у ромбододекаэдра проходит через две противоположные четырехгранные вершины, ось симметрии третьего порядка (всего 4L2) — через две противоположные трехгранные вершины, а ось симметрии второго порядка (всего QL2) — через центры двух противоположных граней.
Все элементы симметрии ромбододекаэдра показаны на рис. 35 и выражаются формулой:
Следует отметить, что многогранники — куб (гексаэдр), октаэдр и ромбододекаэдр — имеют одинаковое количество элементов симметрии и выражаются формулой:
Кроме рассмотренных форм, встречаются кристаллы алмаза тетраэдрического габитуса.
Тетраэдр имеет четыре грани, четыре вершины и шесть ребер. Через каждую вершину и середину противоположной грани проходит ось симметрии третьего порядка L2 (всего 4L3). Через середины двух противоположных ребер проходит ось симметрии второго порядка L2 (всего 3L2). Вдоль каждого ребра проходит плоскость симметрии 6Р. Центр симметрии отсутствует, так как в тетраэдре нет попарно параллельных граней. Полная симметрия тетраэдра: AL33L26P (рис. 36).
Алмаз – самый твёрдый минерал, кубическая полиморфная (аллотропная) модификация углерода(C), устойчивая при высоком давлении. При атмосферном давлении и комнатной температуре метастабилен, но может существовать неограниченно долго, не превращаясь в стабильный в этих условиях графит. В вакууме или в инертном газе при повышенных температурах постепенно переходит в графит.
Смотрите так же:
СТРУКТУРА
Кристаллическая структура алмаза
Сингония алмаза кубическая, пространственная группа Fd3m. Элементарная ячейка кристаллической решетки алмаза представляет собой гранецентрированный куб, в котором в четырех секторах расположенных в шахматном порядке, находятся атомы углерода. Иначе алмазную структуру можно представить как две кубических гранецентрированных решетки, смещенных друг относительно друга по главной диагонали куба на четверть её длины. Структура аналогичная алмазной установлена у кремния, низкотемпературной модификации олова и некоторых других простых веществ.
Кристаллы алмаза всегда содержат различные дефекты кристаллической структуры (точечные, линейные дефекты, включения, границы субзерен и тп.). Такие дефекты в значительной степени определяют физические свойства кристаллов.
СВОЙСТВА
Алмаз может быть бесцветными водянопрозрачным или окрашенным в различные оттенки желтого, коричневого, красного, голубого, зеленого, черного, серого цветов.
Распределение окраски часто неравномерное, пятнистое или зональное. Под действием рентгеновских, катодных и ультрафиолетовых лучей большинство алмазов начинает светиться (люминесцировать) голубым, зелёным, розовым и др. цветами. Характеризуется исключительно высоким светопреломлением. Показатель преломления (от 2,417 до 2,421) и сильная дисперсия (0,0574 ) обуславливают яркий блеск и разноцветную “игру” огранённых ювелирных алмазов, называемых бриллиантами. Блеск сильный, от алмазного до жирного.Плотность 3,5 г/см 3 . По шкале Мооса относительная твердость алмаза равна 10, а абсолютная – в 1000 раз превышает твёрдость кварца и в 150 раз – корунда. Она самая высокая как среди всех природных, так и искусственных материалов. Вместе с тем довольно хрупок, легко раскалывается. Излом раковистый. С кислотами и щелочами в отсутствие окислителей не взаимодействует.
На воздухе алмаз сгорает при 850° С с образованием СО2; в вакууме при температуре свыше 1.500° С переходит в графит.
МОРФОЛОГИЯ
Морфология алмаза очень разнообразна. Он встречается как в виде монокристаллов, так и в виде поликристаллических срастаний (“борт”, “баллас”, “карбонадо”). Алмазы из кимберлитовых месторождений имеют только одну распространенную плоскогранную форму – октаэдр. При этом во всех месторождениях распространены алмазы с характерными кривогранными формами – ромбододекаэдроиды (кристаллы похожие на ромбододекаэдр, но с округлыми гранями), и кубоиды (кристаллы с криволинейной формой ). Как показали экспериментальные исследования и изучение природных образцов в большинстве случаев кристаллы в форме додекаэдроида возникают в результате растворения алмазов кимберлитовым расплавом. Кубоиды образуются в результате специфического волокнистого роста алмазов по нормальному механизму роста.
Алмаз Куллинан разбитый на 9 частей
Синтетические кристаллы, выращенные при высоких давлениях и температурах, часто имеют грани куба и это является одни их характерных отличий от природных кристаллов. При выращивании в метастабильных условиях алмаз легко кристаллизуется в виде пленок и шестоватых агрегатов.
Размеры кристаллов варьируют от микроскопических до очень крупных, масса самого крупного алмаза “Куллинан”, найденного в 1905г. в Южной Африке 3106 карат (0,621кг).
На изучение огромного алмаза было потрачено несколько месяцев и в 1908 году он был расколот на 9 крупных частей.
Алмазы массой более 15 карат – редкость, а массой от сотни карат – уникальны и считаются раритетами. Такие камни очень редки и часто получают собственные имена, мировую известность и своё особое место в истории.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ
Хотя при нормальных условиях алмаз метастабилен, он в силу устойчивости своей кристаллической структуры может существовать неопределенно долго, не превращаясь в устойчивую модификацию углерода – графит. Алмазы, которые вынесены на поверхность кимберилитами или лампроитами кристаллизуется в мантии на глубине 200 км. и более при давлении более 4 Гпа и температуре 1000 – 1300 ° С. В некоторых меторождениях встречаются и более глубинные алмазы, вынесенные из переходной зоны или из нижней мантии. Наряду с этим, они выносятся к поверхности Земли в результате взрывных процессов, сопровождающих формирование кимберлитовых трубок, 15-20% которых содержит алмаз.
Алмазы встречаются также в метаморфических комплексах сверхвысоких давлений. Они ассоциируют с эклогитами и глубокометаморфизованными гранатовыми гнейсами. Мелкие алмазы в значительных количествах обнаружены в метеоритах. Они имеют очень древнее, досолнечное происхождение. Также они образуются в крупных астроблемах – гигантских метеоритных кратерах, где переплавленные породы содержат значительные количества мелкокристаллического алмаза. Известным месторождением такого типа является Попигайская астроблема на севере Сибири.
Алмазы редкий, но вместе с тем довольно широко распространённый минерал. Промышленные месторождения алмазов известны всех континентах, кроме Антарктиды. Известно несколько видов месторождений алмазов. Уже несколько тысяч лет алмазы добывались из россыпных месторождений. Только к концу XIX века, когда впервые были открыты алмазоносные кимберлитовая трубка, стало ясно, что алмазы не образуются в речных отложениях. Кроме этого алмазы были найдены в коровых породах в ассоциациях метаморфизма сверхвысоких давлений, например в Кокчетавском массиве в Казахстане.
И импактные, и метаморфические алмазы иногда образуют весьма масштабные месторождения, с большими запасами и высокой концентрацией. Но в этих типах месторождений алмазы настолько мелкие, что не имеют промышленной ценности. Промышленные месторождения алмазов связаны с кимберлитовыми и лампроитовыми трубками, приуроченными к древним кратонам. Основные месторождения этого типа известны в Африке, России, Австралии и Канаде.
ПРИМЕНЕНИЕ
Хорошие кристаллы подвергаются огранке и используются в ювелирном деле. Ювелирными считаются около 15% добываемых алмазов, еще 45% считаются околоювелирными, то есть уступают ювелирным по размеру, цвету или чистоте. В настоящее время общемировой объем добычи алмазов составляет порядка 130 миллионов карат в год.
Бриллиант (от франц. brillant – блестящий), – алмаз, которому посредством механической обработки (огранки) придана специальная форма, бриллиантовая огранка, максимально раскрывающая такие оптические свойства камня, как блеск и цветовая дисперсия.
Совсем мелкие алмазы и осколки, непригодные для огранки, идут в качестве абразива для изготовления алмазного инструмента, необходимого для обработки твёрдых материалов и огранки самих алмазов. Скрытокристаллическая разновидность алмаза чёрного или тёмно-серого цвета, образующая плотные или пористые агрегаты, носит название Карбонадо, обладает более высоким сопротивлением истиранию, чем у кристаллов алмаза и благодаря этому особенно ценится в промышленности.
Мелкие кристаллы также в больших количествах выращиваются искусственным путём. Синтетические алмазы получают из различных углеродсодержащих веществ, главным образом из графита, в спец. аппаратах при 1200-1600°С и давлениях 4,5-8,0 ГПа в присутствии Fe, Co, Сr, Мn или их сплавов. Они пригодны для использования только в технических целях.
Для кристаллов низшей и средней категории возможны 22 простые формы (рис. 1.13 – 1.17) из них в сингониях низшей категории встречаются семь типов (рис. 1.13).
Моноэдр - форма, представленная только одной гранью. Пинакоид состоит из двух взаимно параллельных граней. Диэдр образуется двумя пересекающимися одинаковыми по величине и очертанию гранями. Различают диэдр осевой (сфеноид), в котором две грани пересекаются друг с другом по оси симметрии 2-го порядка, и диэдр плоскостной (дома), в котором две грани связаны между
Рис. 1.13. Простые формы низшей категории:
а – моноэдр; б – пинакоид; в,г – диэдры плоскостной (дома) и осевой (сфеноид); д – ромбическая призма; е – ромбические тетраэдры, правый и левый; ж, з – ромбическме пирамида и дипирамида
собой плоскостью симметрии. Ромбическая призма образована четырьмя попарно параллельными гранями. Поперечное сечение такой формы ¾ ромб. В триклинной сингонии встречаются две первые из перечисленных простых форм, в моноклинной ¾ все четыре.
В ромбической сингонии представлены все четыре перечисленные простые формы и к ним добавляются ромбический тетраэдр, ромбические пирамида и дипирамида.
Грани Ромбический тетраэдр сложен четырьмя равными косоугольными треугольникам. Различают два рода ромбических тетраэдров, относящиеся к правой и левой формам. Они соотносятся один к другому как предмет и его зеркальное отражение. Подобные зеркально равные многогранники встречаются и в других сингониях и называются энантиоморфными.
Из рассмотренных простых форм низшей категории в среднюю ¾ переходят только моноэдр и пинакоид. Помимо них, в кристаллах средней категории встречаются 25 новых типов простых форм. Сюда относятся, призмы, пирамиды и дипирамиды (рис. 1.12). Они различаются по форме поперечного сечениям, перпендикулярного главной оси симметрии. Тригональные имеют в сечении равносторонний треугольник (тригон), тетрагональные ¾ квадрат (тетрагон), гексагональные ¾- правильный шестиугольник (гексагон).
В планальных классах симметрии в дополнение к главной оси, имеются еще и плоскости симметрии, проходящие вдоль этой оси. Последние обуславливают появление таких простых форм, как дипризмы и дипирами. Действие продольных плоскостей симметрии заключается в том, что они удваивают каждую грань призмы или пирамиды и, в результате этого, образуются дипризмы и дипирамиды, поперечные сечения которых имеют дитригональный, дитетрагональный или дигексагональны контуры. Удвоение граней не повышает симметрию многоугольника, поскольку две новые грани, замещающие грани призм или пирамид отличаются по величине одна от другой. Например, шесть сторон дитригональной призмы связаны между собой осью L3, а не осью L6.
Особняком стоят тетрагональный тетраэдр, ромбоэдр, тригональный и дитригональный скаленоэдры (рис. 1.15)и серия трапецоэдров (рис. 1.16).
Рис. 1. 14. Призмы, пирамиды и дипирамиды средней категории (верхний ряд – их сечения):
а – тригональная; б – дитригональная; в – тетрагональная; г – дитетрагональная; д – гексагональная; е – дигексагональная
Рис.1.15. Тетрагональный тетраэдр (а); ромбоэдр (б); тетрагональный скаленоэдр; (в) и тригональный скаленоэдр (г)
Рис.1.16. Трапецоэдры: тригональный (а); тетрагональный (б); гексагональный (в)
Все четыре грани тетрагонального тетраэдра представляют собой равнобедренные треугольники, а его сечение, нормальное к оси L4 ¾ квадрат.
Ромбоэдр относится к простым формам тригональной сингонии и предствляет собой многогранник в виде деформированного куба, вытянутый или сжатый по одной из тройных осей L3. Каждая из его шести граней имеют форму ромба, причем верхняя тройка ромбов повернута относительно нижней тройки ромбов на 60 0 вокруг главной оси.
Тетрагональный и тригональный скаленоэдры образованы гранями, имеющими форму разносторонних треугольников. Пары их нижних граней расположены симметрично между парами верхних. Тетрагональный скаленоэдр можно представить как простую форму, полученную удвоением граней тетрагонального тетраэдра. Аналогично этому, тригональный скаленоэдр образуется при удвоении граней ромбоэдра. При этом каждая грань ромбоэдра делится пополам вдоль нормальной к ней плоскостью симметрии и поэтому пара верхних граней расположена симметрично между двумя парами нижних.
Группа из трех трапецоэдров, относящихся к простым формам тригональной, тетрагональной и гексагональной сингоний, объединяет многогранники, грани которых пересекают в двух точках главную ось соответственно L3, L4. или L6. Тригональный трапецоэдр имеет шесть граней, тетрагональной ¾ восемь, а гексагональный ¾ двенадцать. В отличие от скаленоэдров с симметричным расположением верхних и нижних граней у трапецоэдров наблюдается несимметричное расположение. Грани трапецоэдров представляют собой четырехугольники с двумя равными смежными сторонами. Из элементов симметрии в трапецоэдрах присутствуют только простые оси. Поскольку нижние и верхние грани у них расположены асимметрично различаются правые и левые трапецоэдры.
Таким образом, низшая и средняя категории содержат в общей сложности 22 простые формы. Из них моноэдр, диэдр, пинакоид, призмы, пирамиды являются незамкнутыми, открытыми формами, а тетраэдры, дипирамиды, трапецоэдры, скаленоэдры, ромбоэдр ¾ закрытыми. Закрытые формы полностью замыкают пространство, а открытые не замыкают его и могут появиться лишь в комбинации с другими простыми формами.
1.8.2. Простые формы кристаллов высшей категории
Ни одна из ранее разобранных простых форм кристаллов низшей и средней категорий в высшую категорию не переходит. Зато в кристаллах кубической сингонии находятся 15 новых типов простых форм.
Среди названий простых форм кристаллов кубической сингонии преобладают сложные, составные. В основу их номенклатуры положены названия несколько основных форм, из которых путем усложнения получаются остальные. К этому названию добавляется наименование и число полученных в результате усложнения новых граней. Исходными простыми формами являются: тетраэдр, гексаэдр (куб) и октаэдр. Усложненные простые формы кубической сингонии получаются путем удвоения, утроения, учетверени и ушестерения числа граней исходных форм.
У кубического тетраэдрачетыре грани в виде правильных треугольников “Надстраивая” на каждой грани тетраэдра по три дополнительных треугольника получим тригон-тритетраэдр. Повторяя эту операцию, но придаавя трем дополнительным гранкам форму четырехугольника и пятиугольника получим тетрагон-тритетраэдр и пентагонтритетраэдр соответственно. И наконец заменим грани тетраэдра шестью дополнительными треугольными гранками получим гексатетраэдр (рис. 1.17).
Рис.1.17. Тетраэдр (а); тригон-тритетраэдр (б); тетрагон-тритетраэдр (в); пентагон-тритетраэдр (г); гексатетраэдр (д)
Рис.1.18. Октаэдр (а); тригон-триоктаэдр (б); тетрагон-триоктаэдр (в); пентагонтриоктаэдр (г); гексоктаэдр (д)
Из куба (гексаэдра) (рис. 1.19, а) получается четыре новые простые формы. Надстраивая на гранях куба четырехгранные пирамиды, получаем тетрагексаэдр (рис. 1.19, б). В старых учебниках по кристаллографии такую форму часто называли пирамидальным кубом.
Рис. 1.19. Гексаэдр (а); тетрагексаэдр (б)
Притупляя ребра куба гранями, одинаково наклоненными к координатным осям, получаем ромбический додекаэдр или просто ромбододекаэдр. Каждая из 12 граней которого ромбододекаэдра имеет форму ромба (рис. 1.20). Надстраивая на гранях куба двухскатные “крыши”, получаем пентагондодекаэдр, 12 граней которого имеют форму пятиугольников (рис. 1.21, а). Наконец, удваивая каждую грань пентагондодекаэдра, получаем дидодекаэдр (рис. 1.21, б). Каждая из 24 его граней имеет форму трапеции.
Рис. 1.20. Ромбо додекаэдр
Рис.1.21. Пентагон-додекаэдр (а) и дидодекаэдр (б)
В результате, мы перечислили 47 простых форм, возможных в идеальных кристаллах. В таблице 1.5 приведены простые формы для каждого класса симметрии, их названия и символы. Символ грани зависит от класса симметрии и принятой кристаллографической установки. Например, символ (001) в кубической сингонии соответствует грани куба, а в тетрагональной ¾ грани пинакоида или моноэдра. Символа приобретает однозначный смысл только в том случае, когда соблюдаются правила кристаллографической установки или выбора единичной грани.
При росте кристалл часто покрывается комбинациями простых форм. Преимущественное развитие той или иной простой формы или комбинации простых форм зависит от физико-химических условий роста. Наиболее развитыми на кристалле оказываются грани тех простых форм, у которых скорость роста наименьшая и которым соответствуют самые простые символы. От относительного развития граней простой формы зависит габитус (облик) кристалла. Так, кристалл класса m3m может вырасти в виде кубика, столбика, пластинки, игольчатого кристалла с гранями . Чем больше число симметрично эквивалентных граней простой формы, тем сложнее ее символ, но, по закону Гаюи, тем реже встречаются такие формы. Поэтому, как правило, при росте образуются простые формы с малым числом граней и малыми индексами. Однако различные сочетания простых форм дают причудливое многообразие природных форм кристаллов. На рис. 1.22 приведен морфологический ряд постепенного перехода от куба к октаэдру комбинации путем появления на кубе небольших граней октаэдра, которые затем начинают доминировать. Промежуточные формы образованы двумя разными комбинациями куба и октаэдра.
Рис. 1.22. Куб (а), октаэдр (г) и их комбинации (б, в)
На реальных кристаллах покрытых комбинациями простых форм нередко возникают трудности при установлении принадлежности грани той или иной простой форме. На кристаллах алмаза четырехугольные грани тетрагон-триоктаэдра в присутствии гексаэдра видоизменяются в треугольники. Точную принадлежность к простой форме можно надежно установить с помощью гониометра. В его отсутствии для выявления истинных очертаний граней той или иной простой формы в комбинации необходимо мысленно продолжить до взаимного пересечения все грани исследуемой формы, не принимая во внимание грани других форм, входящих в комбинацию.
Для облегчения диагностики простых форм и их кристаллографических символов можно использовать таблицу 1.5.
Читайте также: