Введение
Лабораторные работы по изучению минералов по классам в курсе «Кристаллография и металлография» предусмотрены типовыми программами для студентов металлургических специальностей.
Цель этих работ познакомить будущих специалистов - металлургов с важнейшими породообразующими минералами рудными и нерудными, их происхождением, скоплением как полезных компонентов, в определенных типах месторождений, с применением и диагностикой. Для более глубокого изучения минералов студенты знакомятся с основами кристаллографии, основными законами симметрии и роста кристаллов, кристаллографических структур, законе постоянства углов, плотнейшей упаковке атомов в кристаллической решетке минерала.
Настоящие методические указания составлены в связи с отсутствием учебного пособия к лабораторным работам по «Кристаллографии и металлографии» для студентов металлургических специальностей.
Каждая из лабораторных работ изложена в виде развернутых инструктивных указаний, с таблицами, рисунками простых форм кристаллов и осей симметрии. Для решения кристаллографических задач с помощью сетки Г. В. Вульфа, дан пример решения задач с описанием хода решения. Дополнительно прилагается определитель минералов, составленный в виде таблицы минералов по классам со всеми физическими свойствами, названием и химическими формулами. Методические указания составлены так, чтобы студент мог их использовать при самостоятельных занятиях при подготовке к зачетам и экзаменам.
Предусматривается последовательное изучение минералов по классам и группам. На каждую лабораторную работу отводится 2 академических часа Кроме того, требуется около 1 часа самостоятельной подготовки к очередным занятиям.
Учебной программой на лабораторные занятия предусмотрено 34 часа аудиторных занятий.
Глава 1. Симметрия и кристаллах
1 Цель работы: закрепить знания студентов по определению элементов симметрии кристаллов, дать навыки работы с макетами кристаллов и минералами.
2 Задание по работе
2.1 По макетам кристаллических форм кристаллов определить плоскость симметрии (количество), ось симметрии, порядок оси, инверсионную ось и центр симметрии.
2.2 Для данных минералов определить элементы симметрии и написать формулу симметрии для определенных сингоний.
3 Общие сведения о симметрии в кристаллах.
Симметричными называются тела, состоящие из одинаковых, симметричных частей, которые могут совмещаться.
Кристаллической симметрией называется правильная повторяемость элементов ограничения (ребер, граней, углов) и других свойств кристаллов по определенным направлениям.
Плоскостью симметрии кристаллического многогранника называется плоскость, по обе стороны которой располагаются одинаковые элементы ограничения и повторяются одинаковые свойства кристаллов (рисунок 1).
Плоскость симметрии обладает свойством зеркальности: каждая из частей кристалла, рассеченного плоскостью симметрии, совмещается с другой, т.е. является как бы ее зеркальным изображением. Например, в кубе имеется девять плоскостей симметрии (рисунок 2), в гексагональной или шестигранной призме - семь плоскостей симметрии - три плоскости пройдут через противоположные ребра, три плоскости через середины противоположных граней и одна плоскость - перпендикулярно ей.
Плоскость симметрии обозначается заглавной буквой латинского алфавита Р, а коэффициент, стоящий перед ней, показывает количество плоскостей симметрии в многограннике. Куб - 9Р - т.е. девять плоскостей симметрии.
Ось симметрии кристаллического многогранника - это линия, при вращении вокруг которой правильно повторяются одинаковые элементы ограничения и другие свойства кристалла.
Ось симметрии обозначается заглавной буквой латинского алфавита L. При вращении кристалла вокруг оси симметрии элементы ограничения и другие свойства кристалла будут повторятся определенное количество раз.
Если при повороте кристалла на 360º многогранник совмещается со своим исходным положением дважды, имеют дело с осью симметрии второго порядка, при четырех- и шестикратном совмещении - соответственно с осями четвертого и шестого порядков. Оси симметрии обозначаются: L2 - ось симметрии второго порядка; L3 - ось симметрии третьего порядка; L4 - ось симметрии четвертого порядка; L6 - ось симметрии шестого порядка.
Порядком симметрии - называется количество совмещений кристалла с первоначальным положением при повороте на 360º.
В связи с однородностью кристаллического строения и благодаря закономерностям в распределении частиц внутри кристаллов в кристаллографии доказывается возможность существования только вышеперечисленных осей симметрии.
В кристаллах наряду с обычными осями симметрии, выделяют инверсионные оси.
Инверсионной осью кристалла называется линия, при вращении вокруг которой на некоторый определенный угол и последующим отражением в центральной точке многогранника (как в центре симметрии) совмещаются одинаковые элементы ограничения.
Инверсионная ось обозначается символом Li. Существуют инверсионные оси следующих порядков: первого – Li1; второго – Li2; третьего – Li3; четвертого – Li4; шестого – Li6, (рисунок 3) или L2, L3, L4, L6.
Центром симметрии кристаллического многогранника называется точка, лежащая внутри кристалла, в диаметрально противоположных направлениях от которой располагаются одинаковые элементы ограничения и другие свойства многогранника.
Центр симметрии обозначается буквой С латинского алфавита. В кристаллах не может быть .более одного центра симметрии. В кристаллах любая линия, проходящая через центр симметрии, делится пополам.
Элементы, встречаемые в кристаллических многогранниках - плоскости, оси, центр симметрии - называются элементами симметрии.
В кристаллах элементы симметрии находятся во взаимосвязи. Установлено, что возможны только 32 комбинации различных группировок или 32 кристаллографических класса, или вида симметрии. Вид симметрии кристалла - это полная совокупность его элементов симметрии.
Виды симметрии, в которых имеются только главные оси, называются примитивными. Если в видах симметрии присутствует и центр симметрии, они называются центральными. При наличии плоскости - планальный вид симметрии. Если имеются только оси симметрии - аксиальный вид симметрии. Если присутствуют инверсионные оси - инверсионно-примитивный или инверсионно- планальный вид симметрии.
При определении кристаллов или их моделей следует иметь в виду, что найденная комбинация элементов симметрии должна непременно соответствовать определенному виду симметрии из приводимых 32 классов (таблица 1).
Контрольные вопросы
Что такое плоскость симметрии?
Дать определение оси симметрии.
Что такое порядок симметрии?
Дать определение центра симметрии.
Что такое кристалл, кристаллическое вещество?