Бетехтин А. Г. Курс минералогии
жүктеу/скачать 4,45 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- О кристаллическом строении вещества.
Глава 2. Конституция и свойства минералов 43 к числу изотропных веществ, т. е. обладающих по всем направлениям оди наковыми физическими свойствами. Характерной особенностью аморф ных веществ, в отличие от кристаллических, является также постепенный переход одного агрегатного состояния в другое по плавной кривой (рис. 5б) подобно сургучу, который при нагревании постепенно становится гиб ким, затем вязким и, наконец, капельножидким. Аморфные вещества, та кие как стекла, можно считать переохлажденными жидкостями. Аморфные вещества часто получаются при затвердевании расплав ленных вязких масс, особенно когда охлаждение расплава происходит очень быстро. Примером может служить образование лешательерита — аморфного кварцевого стекла — при ударе молнии в кварцевые кристал лические породы. Переход аморфных веществ в кристаллические массы может произойти лишь при продолжительном выдерживании их в раз мягченном состоянии при температуре, близкой к точке плавления. О кристаллическом строении вещества. Кристаллическое состояние определяется наличием в конденсированном теле ближнего и дальнего порядка в расположении атомов, что можно кратко выразить термином «решетчатое строение». Необходимо помнить, что ни кристалл, ни кри сталлическая структура сами по себе не тождественны решетке, которая является скорее геометрическим образом, описывающим параллельнопе реносную (трансляционную) симметрию трехмернорегулярной атомной постройки. Вероятно, наиболее корректным использованием понятия кри сталлической решетки в отношении кристалла является образное выраже ние акад. Н. В. Белова: «Кристалл находится в состоянии решетки». Полная симметрия любой кристаллической структуры описывается одной из 230 пространственных (федоровских) групп симметрии, кото рые предопределяют одну из 32 групп симметрии (точечные группы, или виды симметрии) естественных многогранников, которые могут образо вываться при кристаллизации вещества с данной структурой. Надежными признаками кристаллического состояния веществ, кро ме характера кривых плавления, являются анизотропия физических свойств кристаллических индивидов и дифракция рентгеновских лучей, которая может наблюдаться даже в отношении поликристаллических масс, в том числе и порошка. Напомним, что строение кристаллического вещества определяется: 1) относительным числом структурных единиц (атомов, ионов, молекул), удерживаемых в пространстве в упорядоченном состоянии электростатиче скими силами; 2) соотношением размеров структурных единиц, с чем связа ны плотность упаковки и координационное число (т. е. число ближайших анионов, окружающих данный катион); 3) их химическими связями, что так же играет существенную роль в пространственном расположении атомов или ионов с образованием различных типов структур; 4) термодинамическими параметрами (температура и давление), при которых вещество существует. Общая часть 44 Силы связей, которыми структурные единицы в кристаллах удержи ваются в равновесии, в различных типах химических соединений неоди наковы по своей природе. Для подавляющего большинства неорганических кристаллических веществ типична ионная связь, характеризующаяся тем, что силы связи обусловлены электростатическим притяжением противо положно заряженных ионов (например, Na 1+ и Сl 1– в кристаллической структуре NaCl). Для многих кристаллических веществ устанавливается направленная ковалентная (гомополярная) связь, выражающаяся в том, что тесно сближенные атомы для образования устойчивых наружных элек тронных оболочек одну или несколько пар электронов используют совмест но (например, в структуре алмаза каждый атом, прочно связанный с че тырьмя окружающими атомами, образует четыре ковалентные связи). В кристаллических структурах металлов распространена металлическая связь, обусловленная тем, что «избыточные» в наружной электронной обо лочке атомов электроны не теряются, а образуют общий «электронный газ» вокруг положительно заряженного остова структурных единиц. В молеку лярных структурах структурные единицы, представленные электрически нейтральными молекулами, удерживаются слабыми вандерваальсовскими (остаточными) связями (таковы многие органические соединения, а так же самородная сера, окись сурьмы и др.). Кроме того, существуют кристал лические вещества, в которых одновременно устанавливаются разные типы связей с преобладанием одной из них. Особенностями связи структурных единиц обусловлены многие свойства минералов (оптические, механиче ские, электропроводность, теплопроводность и др.). В ионных соединениях анионы как относительно крупные структур ные единицы занимают главное пространство, а в кристаллических струк турах и при плотной упаковке, естественно, стремятся к правильному рас положению в пространстве по закону кубической (трехслойной) или гексагональной (двухслойной) плотнейших упаковок. Катионы же вви ду их меньших размеров размещаются в промежутках между анионами — в тетраэдрических и октаэдрических «пустотах» в зависимости от их относительных размеров. Как известно, число октаэдрических пустот в средах с плотнейшей упаковкой равно числу анионов, а число меньших по размерам тетраэдрических пустот в два раза больше. Однако не все эти пустоты обязательно заполняются катионами, причем заполнение мо жет происходить разными способами: рядами, слоями, кольцами, зигза гообразно и т. п. Тетраэдрической и октаэдрической формой пустот в зна чительной мере обусловлен тот факт, что координационными числами катионов являются по большей части 4 и 6. Теория плотнейших упаковок для неорганических соединений под робно разработана Н. В. Беловым и весьма плодотворно применена к рас шифровке сложных кристаллических структур многих минералов с вы явлением важнейших структурных деталей, обусловливающих те или |