минералогия (1006435), страница 28

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 28)

Поэтому электронномикроскопические исследования нередко дают лишь общее представлениео формах и размерах частиц, рассматриваемых этим способом.Кроме того, для компактных объектов существует «метод реплик»(отпечатков поверхностей с помощью получения на них тонких коллодиевых или кварцевополистироловых и других пленок), передающихтонкие особенности рельефа граней кристаллов, а также протравленныхили непротравленных полированных плоскостей минералов.Повышение ускоряющего напряжения современных электронныхмикроскопов в комбинации с применением новых методов и приборов(ионное утонение, ультрамикротомы) для получения сверхтонких преГлава 3. О методах детальных минералогических исследований115паратов повысило эффективность подобных исследований, особеннов комбинации с микрозондовым анализом и микродифракцией.

Трансмиссионная (просвечивающая) электронная микроскопия наших дней позволяет напрямую наблюдать дислокации в кристаллических структурахи даже получать достаточно правдоподобные изображения кристаллических структур, на которых можно различить некоторые атомные группировки и особенно крупные атомы.Экспериментальные исследования (химические и физикохимические) играют очень важную роль в деле получения в лабораторных условиях искусственных соединений, отвечающих по составу минералам какприродным образованиям.

Этим путем, по крайней мере в некоторых случаях удается получить совершенно аналогичные по составу и формамсоединения и выяснить условия образования и кристаллизации минералов в природе. В этом отношении для минералогов должны представлятьисключительный интерес также исследовательские и экспериментальныеработы химических и физикохимических институтов, занимающихсяпроблемами использования минерального сырья.Глава 4ОБРАЗОВАНИЕ МИНЕРАЛОВ В ПРИРОДЕ4.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯОбразование и рост кристаллических фаз. Образование твердогокристаллического вещества может происходить различными путями:а) путем кристаллизации жидкостей (расплавов или растворов); б) путем отложения кристаллов на стенках пустот из газообразных продуктоввозгона; в) путем замещения и перекристаллизации твердых масс (в частности, коллоидов). Главная масса природных кристаллических образований является результатом кристаллизации силикатных расплавов иводных растворов.

Сюда относятся огромные массы изверженных кристаллических пород, подавляющее количество месторождений полезныхископаемых, кристаллические осадки соленосных бассейнов и др.Кристаллизация любого охлаждающегося расплава теоретическидолжна начинаться при определенной температуре, отвечающей температуре плавления данного вещества. Точно так же и кристаллизация раствора должна начинаться в момент насыщения растворителя данным веществом. Однако, как показывает опыт, кристаллизация жидких фазначинается при некотором переохлаждении или пересыщении1.Степень переохлаждения или пересыщения жидкой среды зависит также от химического состава кристаллизующейся жидкости и до некоторойстепени от давления.

Изменение давления имеет более существенное значение при образовании кристаллов из охлаждающихся паров.Процессы роста кристаллов в переохлажденном расплаве и в пересыщенном растворе совершенно одинаковы. Зарождение кристаллов можетбыть вынужденным (гетерогенная нуклеация), если в жидкости уже присутствуют обломки или пылинки какихлибо твердых веществ, могущихпо своим кристаллохимическим свойствам играть роль затравок, или самопроизвольным, наступающим в отсутствии затравки в пересыщенныхили переохлажденных растворах и расплавах (гомогенная нуклеация).1Следует помнить, что если переохлаждение жидкости как в лабораторных, таки в природных условиях представляет собой обычное явление, то, наоборот, перегревкристаллического вещества (выше точки плавления) получить очень трудно.

То же относится к пересыщению раствора и сохранению твердой растворимой фазы в разбавленных растворах.Глава 4. Образование минералов в природе117При самопроизвольной кристаллизации в разных точках расплава илираствора возникают так называемые центры кристаллизации, представленные кристаллическими зародышами. В первые моменты процесса кристаллизации (допустим, какойлибо однокомпонентной жидкости) вокругэтих центров кристаллизации в условиях свободного развития растут правильные кристаллики до тех пор, пока не создается стесненная обстановкадля дальнейшего развития кристаллографических форм (рис. 39а, б). Припродолжении кристаллизации начинается борьба за оставшееся пространство, и в конечном счете мы получим агрегат кристаллических зерен снеправильными внешними очертаниями (рис. 39в, г).

В некоторых случаях удается даже наблюдать кристаллическизональное строение отдельных зерен, свидетельствующее о постепенном их росте.абвгРис. 39. Схема последовательной кристаллизации гомогенной жидкостиУстановлена нелинейная зависимость между степенью переохлаждения или пересыщения жидкости и числом самопроизвольно возникающихв момент начала затвердевания центров кристаллизации, начинаяс малых переохлаждений: чем сильнее переохлаждена или пересыщенажидкость, тем большее число центров кристаллизации возникает в данном объеме в единицу времени (рис.

40), следовательно, тем меньшимиразмерами будут обладать кристаллические зерна в результате окончательного затвердевания жидкости (рис. 41). Однако при увеличении степени переохлаждения скорость образования зародышей проходит черезмаксимум и снижается.118Общая частьРис.

40. Зависимость скорости образования зародышей (∆N/∆t) от степенипереохлаждения расплава (∆T)Рис. 41. Влияние числа центровкристаллизации на структуру агрегата:а — крупнозернистый агрегат;б — мелкозернистый агрегатЕсли кристаллизация начинается при сравнительно слабом пересыщении раствора, то при относительно небольшом числе возникших в этихусловиях кристаллических зародышей образуются в конце концов сравнительно крупнозернистые агрегаты (рис. 41а). Если начало кристаллизации происходит при более сильном пересыщении (или переохлаждении), то, естественно, в результате мы будем иметь мелкозернистыйагрегат кристаллических зерен (рис.

41б). В случаях кристаллизации раствора в условиях очень резкого пересыщения мы получим скрытокристаллические образования. Глубокое переохлаждение расплава приводитк образованию вулканических стекол.Согласно экспериментальным данным момент зарождения кристаллов в жидкости зависит от разных причин: от химической природы вещества; от примесей, ускоряющих или задерживающих появление кристаллических зародышей; от механических сил (сотрясения раствора, тренияо стенки сосуда); иногда от действия звука, света и т. д.Около растущих в свободной среде кристаллов, как показывают опыты, возникают концентрационные потоки: пересыщенный раствор в области соприкосновения с кристаллом отдает ему избыток растворенноговещества, становится легче и поднимается кверху, уступая место новымпорциям пересыщенного раствора.

Скорость роста кристаллов тем больше, чем сильнее пересыщен раствор.Если условия роста для каждой грани растущего кристалла остаютсяпостоянными с момента зарождения, то форма кристаллов по мере ихроста не меняется, увеличиваются только их размеры. Однако скоростьприроста различных граней кристалла в единицу времени часто бываетнеодинакова, что в результате приводит к уменьшению числа граней. Установлено также, что на форму кристаллов оказывают значительное влияние растворенные примеси других веществ. Так, например, хлористыйнатрий обычно кристаллизуется в форме кубов, но из растворов, содержащих, кроме NaCl, также СаСl2 и MgSO4, выделяется в виде октаэдров.Глава 4. Образование минералов в природе119При быстром росте кристаллов образуются неправильные формы.Главным образом это наблюдается в тех случаях, когда по тем или инымпричинам нарушается равномерный приток питающего раствора (например, в средах с увеличившейся вязкостью, в коллоидальных растворах и др.).

В этих случаях наибольшее питание получают вершины иребра растущих кристаллов, т. е. участки кристаллических структур,наименее насыщенные валентностью. Это приводит иногда к искривлению граней с образованием воронкообразных углублений, а нередкок последовательному нарастанию кристалликов друг на друга (главнымобразом по вершинам). В результате образуются так называемые крис'таллические скелеты, или дендриты, с определенным расположениемветвей в пространстве.

Часто на концах таких ветвей наблюдаются утолщения и образование более крупных и более правильных кристаллических индивидов. Объясняется это, вероятно, тем, что во время кристаллизации вещества пересыщение раствора в прилегающих участкахпадает и наступают более нормальные условия для роста кристаллов.Следует заметить, что кристаллы могут расти не только в жидких средах, т.

е. за счет диффундирующих к кристаллу пересыщенных порцийраствора, но также и в воздушной или газообразной среде при условиипитания насыщенным раствором по капиллярным каналам. Об этом убедительно свидетельствует следующий опыт. Если в стакан с насыщенным раствором поваренной соли опустить хорошо смачивающуюся раствором хлопчатобумажную нить, то через некоторое время в условияхвоздушной среды на нити образуются кристаллические агрегаты за счетраствора, подымающегося под влиянием капиллярных сил вверх. В воздушной среде этот раствор за счет испарения воды подвергается сильному пересыщению, что и обусловливает кристаллизацию растворенногов нем вещества на хлопчатобумажной нити.Нет никакого сомнения в том, что при медленном испарении растворителя таким путем могут возникнуть и хорошо образованные кристаллы.

Многим, вероятно, известны также случаи роста из влажной почвыигл льда, наблюдаемых после ясных морозных ночей. Подобные же иглывырастают в воздухе в результате медленного высыхания влажных порошков легкорастворимых в воде солей, например хлористого кальция.Весьма возможно, что встречающиеся в пустотах длинноигольчатые кристаллы многих минералов возникли этим путем.Наконец, образование кристаллов может происходить в газообразнойсреде и без питания жидким раствором, т.

е. в случаях перехода веществаиз парообразного состояния сразу в твердое при соответствующих температурах (ниже температуры плавления) и давлениях. Примером может служить образование снежинок в виде звездчатых кристаллов в воздухе или различных минералов как продуктов возгона в районахвулканической деятельности.120Общая частьВо многих случаях характерной особенностью кристаллов и кристаллических зерен является наличие в них мельчайших включений посторонних веществ (твердых, жидких, газообразных).

Большей частью ими обусловливается мутность или непрозрачность кристаллов. Они легкообнаруживаются при рассматривании под микроскопом тонких пришлифованных пластинок. Лишь в непрозрачных минералах установление жидких и газообразных включений сопряжено с некоторыми трудностями.Эти посторонние вещества, как показывает изучение их пространственного распределения, очевидно, механически захватывались кристаллом в процессе его быстрого роста.

Характеристики

Список файлов книги