- •6.050403 – Інженерне матеріалознавство
- •Розділ 1 кристалографія Лекція 1 Основні визначення, предмет та задачі кристалографії
- •1.1 Коротка історична довідка
- •1.2 Визначення, предмет та задачі кристалографії
- •1.2.1 Предмет та задачі кристалографії
- •1.2.2 Поняття про кристал та кристалічну речовину
- •Лекція 2 Найважливіші властивості кристалів
- •1.2.3 Найважливіші властивості кристалів
- •1.2.4 Види твердої речовини та рідкі кристали
- •Лекція 3 Симетрія кристалів. Формули симетрії
- •1.3 Геометрична кристалографія
- •1.3.1 Симетрія кристалів
- •1.3.2 Елементи симетрії кристалічних багатогранників
- •1.3.3 Класи симетрії
- •Лекція 4 Кристалографічні категорії. Сингонії. Типи простих форм
- •1.3.4 Кристалографічні категорії, сингонії
- •1.3.5 Прості форми кристалів та їх комбінації
- •Лекція 5 Закони та елементи геометричної кристалографії
- •1.4 Закони геометричної кристалографії
- •1.5 Кристалографічні параметри Вейса та індекси площин Міллера. Міжплощинні відстані
- •Лекція 6 Кристалографічні індекси площин та напрямків
- •1.5.1 Кристалографічні індекси площин та напрямків
- •Лекція 7 Умови дифракції Лауе. Пряма та зворотна гратки
- •1.5.2 Умови дифракції Лауе. Пряма та зворотна гратки
- •Лекція 8 Принцип побудови стереографічної проекції
- •1.5.3 Принцип побудови стереографічної проекції
- •Розділ 2 кристалохімія Лекція 9 Основні визначення, предмет та задачі кристалохімії
- •2.1 Визначення, предмет та задачі кристалохімії
- •2.2 Просторова гратка та її елементи
- •Лекція 10 Гратки Браве. Атомні та іонні радіуси
- •2.3 Гратки Браве
- •2.4 Атомні та іонні радіуси
- •Лекція 11 Координаційні числа. Координаційні сфери. Типи зв’язків
- •2.5 Координаційні числа та практичне застосування методу симетрії
- •2.5.1 Координація, координаційні число, сфера, поліедр
- •2.5.2 Приклад практичного застосування методу симетрії для аналізу мікроструктур промислових сплавів
- •2.6 Типи зв’язків у кристалах
- •Лекція 12 Принцип щільного пакування часток у структурах. Політипізм
- •2.7 Принцип щільнішої пакування часток у структурах. Політипізм
- •Лекція 13 Типи кристалічних структур. Ізоморфізм та поліморфізм
- •2.8 Типи кристалічних структур
- •2.9 Ізоморфізм та поліморфізм
- •Лекція 14 Дефекти структури кристалів. Зародження та зростання кристалів
- •2.10 Атомні порушення структури кристалів
- •2.10.1 Точкові дефекти
- •2.10.2 Дислокації крайові та гвинтові
- •2.11 Зародження та зростання кристалів
- •Розділ 3 мінералогія Лекція 15 Визначення, предмет та завдання мінералогії
- •3.1 Визначення, предмет та задачі мінералогії
- •3.2 Генезис мінералів
- •Лекція 16 Властивості мінералів та їх класифікація
- •3.3 Властивості мінералів
- •3.3.2 Форма кристалів та агрегатів:
- •3.3.3 Колір мінералу та колір риски
- •3.3.4 Блиск мінералу
- •3.3.5 Спайність та злам
- •3.3.6 Твердість
- •3.4 Класифікація мінералів
- •3.4.1 Самородні елементи
- •3.4.2 Сульфіди
- •3.4.3 Галоїдні сполуки
- •3.4.4 Оксиди
- •3.4.5 Карбонати, сульфати, вольфрамати, фосфати
- •3.4.6 Силікати та алюмосилікати
3.3.6 Твердість
Твердість – властивість мінералу чинити опір вдавлюванню в нього інших твердих тіл або дряпанню.
Ступінь твердості мінералів визначається приблизно в порівнянні з твердістю еталонних мінералів за шкалою Ф. Мооса, табл. 3.3.
Таблиця 3.3 – Шкала твердості мінералів за Ф Моосом
Назва мінералу |
Твердість за Моосом |
Характеристика твердості |
Тальк |
1 |
Легко дряпається нігтем |
Гіпс |
2 |
Дряпається нігтем |
Кальцит |
3 |
Легко дряпається ножем |
Флюорит |
4 |
Важко дряпається ножем |
Апатит |
5 |
Ніж не залишає подряпин |
Ортоклаз |
6 |
Залишає подряпину на склі, сталі |
Кварц |
7 |
Легко дряпає сталь, скло |
Топаз |
8 |
Дряпає скло, гірський кришталь |
Корунд |
9 |
Легко дряпає всі мінерали, крім алмазу |
Алмаз |
10 |
Ріже скло |
Таблиця 3.4 – Самородні елементи та сульфіди
Наукова назва мінералу |
Інші назви |
Хімічна формула |
Кристал. гратка |
Блиск |
Колір |
Щільність, г/см3 |
Твердість за Моосом |
Примітки |
Золото |
- |
Au |
Куб. |
Мет. |
Золотисто-жовтий |
До 19,3 |
2,5 |
Розчиняється у Царській горілці |
Поліксен |
Платина |
Pt |
Куб. |
Мет. |
Сталево-сірий |
До 19,0 |
4-4,5 |
Теж саме |
Сірка |
- |
S |
Ромбіч. |
Алм. |
Жовтий |
2,07 |
1-2,5 |
Горить синім полум’ям |
Залізо |
- |
Fe |
Куб. |
Мет. |
Сталево-сірий |
7,3-7,9 |
4-5 |
Феромагнітний |
Графіт |
- |
C |
Гексаг. |
Мет. |
Чорний |
2,09-2,23 |
1-2 |
Пише по паперу |
Алмаз |
- |
C |
Куб. |
Алм. |
Безколір. |
3,47-3,56 |
10 |
- |
Пірит |
Сірий та залізний колчедан |
FeS2 |
Куб. |
Мет. |
Солом’яно-жовтий |
4,9-5,2 |
6-6,5 |
Чорна риска |
Піротин |
Магнітний колчедан |
FeS |
Гексаг. |
Мет. |
Бронзово-жовтий |
4,6-4,7 |
4 |
Феромагнітний |
Арсенопірит |
Міспікель, отруйний миш’яковий колчедан |
FeAsS |
Монокл. |
Мет. |
Олов’яно-білий |
5,9-6,2 |
5,5-6 |
- |
Халькопірит |
Мідний колчедан |
CuFeS2 |
Тетрагон. |
Мет. |
Зеленувато-жовтий |
4,1-4,3 |
3-4 |
Вкритий строкатою мінливістю |
Продовження таблиці 3.4
Наукова назва мінералу |
Інші назви |
Хімічна формула |
Кристал. гратка |
Блиск |
Колір |
Щільність, г/см3 |
Твердість за Моосом |
Примітки |
Борніт |
Строката мідна руда |
Cu5FeS4 |
Куб. |
Мет. |
Мідно-червоний |
4,9-5,2 |
3 |
Вкритий яскраво-синьою мінливістю |
Галеніт |
Свинцевий блиск |
PbS |
Куб. |
Мет. |
Свинцево-сірий |
7,4-7,6 |
2-3 |
- |
Сфалерит |
Цинкова обманка |
ZnS |
Куб. |
Алм. |
Бурий, чорний |
3,5-4,2 |
3-4 |
- |
Молібденіт |
Молібденовий блиск |
MoS2 |
Гексаг. |
Мет. |
Свинцево-сірий |
4,7-4,8 |
1 |
Пише по паперу |
Кіновар |
Цінабарит |
HgS |
Тригон. |
Алм. |
Червоний |
8,1-8,2 |
2-2,5 |
- |
Аурипігмент |
- |
As2S3 |
Монокл. |
Скл. |
Лимонно-жовтий |
3,4-3,5 |
1-2 |
- |
Реальгар |
- |
AsS |
Монокл. |
Скл. |
Помаранчевий |
3,4-3,6 |
1,5-2 |
- |
Антимоніт |
Сурм’яний блиск, стибиніт |
Sb2S3 |
ромбіч. |
Мет. |
Свинцево-сірий |
4,5-4,6 |
2-2,5 |
- |
Таблиця 3.5 – Галоїдні сполуки
Наукова назва мінералу |
Інші назви |
Хімічна формула |
Кристал. гратка |
Блиск |
Колір |
Щільність, г/см3 |
Твердість за Моосом |
Примітки |
Флюорит |
Плавиковий шпат |
CaF2 |
Куб. |
Скл. |
Безколір., зелений, фіолетовий |
3,18 |
4 |
- |
Галіт |
Кам’яна сіль |
NaCl |
Куб. |
Скл. |
Безколір., червоний |
2,1-2,2 |
2 |
Солоний на смак |
Сильвін |
- |
KCl |
Ромб. |
Скл. |
Безколір., білий, рожевий |
1,97-2,0 |
1,5-2 |
- |
Карналіт |
- |
MgCl2·KCl·6H2O |
Ромб. |
Скл. |
Червоний |
1,6 |
2-3 |
- |
Таблиця 3.6 – Оксиди
Наукова назва мінералу |
Інші назви |
Хімічна формула |
Кристал. гратка |
Блиск |
Колір |
Щільність, г/см3 |
Твердість за Моосом |
Примітки |
Магнетит |
Магнітний залізняк |
Fe3O4 |
Куб. |
Напівметал. |
Чорний |
5,17 |
5,5-6 |
Магніт. |
Гематит |
Червоний залізняк |
Fe2O3 |
Тригон. |
Напівметал. |
Чорний, стальний, червоний |
5,26 |
5,5-6 |
Не магніт. |
Гьотит |
Бурий залізняк |
Fe2O3 · H2O |
Ромб. |
Алмаз., Напівметал. |
Темно-бурий |
4,0-4,4 |
4,5-5,5 |
- |
Продовження таблиці 3.6
Наукова назва мінералу |
Інші назви |
Хімічна формула |
Кристал. гратка |
Блиск |
Колір |
Щільність, г/см3 |
Твердість за Моосом |
Примітки |
Хроміт |
Хромистий залізняк |
FeO · Cr2O3 |
Куб. |
Метал. |
Чорний |
4,0-4,8 |
5,5-7,5 |
- |
Ільменіт |
Титанистий залізняк |
FeO · TiO2 |
Триг. |
Напівметал. |
Чорний, стальний |
4,72 |
5-6 |
Слабо магніт. |
Піролюзит |
- |
MnO2 |
Тетраг. |
Напівметал. |
Чорний |
4,7-5,0 |
5-6 |
- |
Брауніт |
- |
Mn2O3 |
Тетраг. |
Напівметал. |
Чорний |
4,7-5,0 |
6 |
- |
Корунд |
- |
Al2O3 |
Триг. |
Склян. |
Синюватий, жовто-сірий |
3,95-4,10 |
9 |
- |
Кварц |
- |
SiO2 |
Триг. |
Склян. |
Безбарвний |
2,65 |
7 |
- |
Таблиця 3.7 – Карбонати, сульфати, вольфрамати та фосфати
Наукова назва мінералу |
Інші назви |
Хімічна формула |
Кристал. гратка |
Блиск |
Колір |
Щільність, г/см3 |
Твердість за Моосом |
Примітки |
Кальцит |
Вапняний шпат |
CaCO3 |
Тригон. |
Склян. |
Безбарвний, молочно-білий |
2,6-2,8 |
3 |
+ HCl на холоді |
Магнезит |
Магнезіальний шпат |
MgCO3 |
Тригон. |
Склян. |
Білий, сірий |
2,9-3,1 |
4-4,5 |
- HCl на холоді |
Доломіт |
- |
(Ca, Mg) CO3 |
Тригон. |
Склян. |
Жовто-білий |
2,6-3,1 |
3,5-4 |
|
Сидерит |
Залізний шпат |
FeCO3 |
Тригон. |
Склян. |
Жовтувато-бурий, зеленуватий |
3,9 |
3,5-4,5 |
+ HCl |
Продовження таблиці 3.7
Наукова назва мінералу |
Інші назви |
Хімічна формула |
Кристал. гратка |
Блиск |
Колір |
Щільність, г/см3 |
Твердість за Моосом |
При-мітки |
Родохрозит |
Марганцевий шпат |
MnCO3 |
Тригон. |
Склян. |
Рожевий, малиновий |
3,6-3,7 |
3,5-4,5 |
+ HCl |
Малахіт |
- |
CuCO3 · Cu(OH)2 |
Монокл. |
Склян. |
Зелений |
3,9-4,1 |
3,5-4 |
+ HCl |
Азурит |
Мідна лазур |
2CuCO3 · Cu(OH)2 |
Монокл. |
Склян. |
Синій |
3,7-3,9 |
3,5-4 |
+ HCl |
Гіпс |
- |
CaSO4 · 2H2O |
Монокл. |
Склян. |
Білий |
2,3 |
2 |
- |
Ангідрит |
- |
CaSO4 |
Ромб. |
Склян. |
Білий, сіруватий |
2,8-3,0 |
3-3,5 |
- |
Барит |
Важкий шпат |
BaSO4 |
Ромб. |
Склян. |
Білий, сірий |
4,3-4,7 |
3-3,5 |
- |
Вольфраміт |
Волчець |
MnFeWO4 |
Монокл. |
Алм. |
Бурувато-чорний |
6,5-7,5 |
4,5-5,5 |
- |
Шеєліт |
- |
CaWO4 |
Тетраг. |
Склян. |
Жовтуватий |
5,8-6,2 |
4,5 |
- |
Апатит |
- |
3[3CaO · P2O5] · CaF2 3[3CaO · P2O5] · CaCl2 |
Гексаг. |
Склян. |
Блідо-зелений |
3,18-3,21 |
5 |
- |
Таблиця 3.8 – Силікати та алюмосилікати
Наукова назва мінералу |
Інші назви |
Хімічна формула |
Кристал. гратка |
Колір |
Щільність, г/см3 |
Твердість за Моосом |
Олівін |
Перідот |
(Mg, Fe)2SiO4 |
Ромб. |
Зеленувато-жовтий |
3,0-3,5 |
6,5-7 |
Топаз |
- |
Al2[SiO4](F, OH)2 |
Ромб. |
Жовтий |
3,52-3,57 |
8 |
Дістен |
Кіаніт |
Al2[SiO4]O |
Трикл. |
Блакитний |
3,56-3,68 |
4,5 і 7 |
Гранат |
- |
A3B2[SiO4]3 A-Fe2+, Mn, Ca, Mg; B-Fe3+, Al, Cr, Ti |
Кубіч. |
Багатьох кольорів |
3,5-4,2 |
6,5-7 |
Берил |
- |
Be3Al2[Si6O18] |
Гексагон. |
Зелений, колір морської хвилі |
2,63-2,91 |
7,5-8 |
Турмалін* |
- |
- |
Тригон. |
Чорний, червоний, коричневий, синій |
2,90-3,25 |
7-7,5 |
Діопсид |
|
CaMg[Si2O6] |
Монокл. |
Зелений, сірий |
3,27-3,38 |
5,5-6 |
Геденбергіт |
- |
CaFe[Si2O6] |
Монокл. |
Зелений, чорно-зелений |
3,5-3,6 |
5,5-6 |
Егірин |
- |
NaFe[Si2O6] |
Монокл. |
Зеленувато-чорний |
3,43-3,60 |
5,5-6 |
Авгіт |
- |
Ca(Mg, Fe, Al) [(Si, Al)2O6] |
Монокл. |
Чорний. зеленувато-чорний |
3,2-3,6 |
5-6 |
Сподумен |
- |
LiAl[Si2O6] |
Монокл. |
Сірувато-білий із зеленим відтінком |
3,13-3,20 |
6,5-7 |
Гіперстен |
- |
MgFe[Si2O6] |
Ромб. |
Зелений |
3,3-3,5 |
5-6 |
Екстатіт |
- |
Mg2[Si2O6] |
Ромб. |
Безбарвний із зеленим відтінком |
3,1-3,3 |
5,5 |
Воластоніт |
Дощатий шпат |
CaSiO3 |
Трикл. |
Білий із сірим або червоним відтінком |
2,78-2,91 |
4,5-5 |
Родоніт |
Орлець |
MnSiO3 |
Трикл. |
Рожевий |
3,40-3,75 |
5-5,5 |
Продовження таблиці 3.8
Наукова назва мінералу |
Інші назви |
Хімічна формула |
Кристал. гратка |
Колір |
Щільність, г/см3 |
Твердість за Моосом |
Актиноліт |
Проме-нистий камінь |
Ca2(Mg, Fe)5[Si4O11]2(OH)2 |
Монокл. |
Зел.-сірий, зелений |
3,1-3,3 |
5,5-6 |
Рогова обманка |
- |
NaCa2(Mg, Fe, Al)3[(Si, Al)4O11]2(OH)2 |
Монокл. |
Зелений, бурий, чорний |
3,1-3,3 |
5,5-6 |
Мусковіт |
- |
KAl2[Si3AlO10](OH)2 |
Монокл. |
Безбарвний, з жовтим відтінком |
2,76-3,10 |
2-3 |
Біотит |
- |
K(Mg, Fe)3[Si3AlO10](F, OH)2 |
Монокл. |
Чорний |
3,02-3,12 |
2-3 |
Флогопіт |
- |
KMg3[Si3AlO10] (F, OH)2 |
Монокл. |
Жовтувато-бурий, червонуватий |
2,7-2,85 |
2-3 |
Вермикуліт |
- |
Mg3[Si3AlO10] (OH)2 · nH2O |
Монокл. |
Жовтувато-бурий |
2,4-2,7 |
1-1,5 |
Тальк |
- |
Mg3[Si4O10](OH)2 |
Монокл. |
Білий, блідо-зелений |
2,7-2,8 |
1 |
Серпентин |
Змійо-вик |
Mg6[Si4O10](OH)8 |
Монокл. |
Темно-зелений, буруватий |
2,5-2,7 |
2,5-3 |
Шамозит |
- |
Fe4Al[Si3AlO10](OH)6 · nH2O |
Монокл. |
Зел.-сірий до чорного |
3,03-3,40 |
3 |
Тюрингіт |
- |
Fe3,5Al1,5[Si2,5Al1,5O10](OH)6 · nH2O |
Монокл. |
Оливково-зелений |
3,15-3,19 |
2-2,5 |
Каолініт |
- |
Al4[Si4O10](OH)8 |
Монокл. |
Білий |
2,58-2,60 |
1 |
Монтмо-рилоніт |
- |
Al2[Si4O10](OH)2· nH2O |
Монокл. |
Білий, сіруватий |
2,4-2,7 |
1-1,5 |
Ортоклаз |
- |
K[AlSi3O6] |
Монокл. |
Буро-жовтий, кремувато-білий |
2,55-2,58 |
6-6,5 |
Мікроклін |
- |
K[AlSi3O8] |
Трикл. |
Буро-жовтий, кремувато-білий |
2,54-2,57 |
6-6,5 |
Альбіт |
- |
Na[AlSi3O8] |
Трикл. |
Білий |
2,61 |
6-6,5 |
Продовження таблиці 3.8
Наукова назва мінералу |
Інші назви |
Хімічна формула |
Кристал. гратка |
Колір |
Щільність, г/см3 |
Твердість за Моосом |
Анортит |
- |
Ca[Al2Si2O8] |
Трикл. |
Білий до сірого |
2,76 |
6-,65 |
Нефелін |
- |
Na[AlSiO4] |
Гексагон. |
Сірий із червонуватим, зеленуватим відтінком |
2,6 |
5-6 |
Лейцит |
- |
Ca[AlSi2O6] |
Тетрагон. |
Безбарвний, сірий |
2,45-2,5 |
5-6 |
Скаполіт |
- |
(Na, Ca,)4[Al(Al, Si)Si2O8][Cl,CO3] |
Тетрагон. |
Безбарвний |
2,61-2,75 |
5-6 |
Лазурит |
- |
(Na, Ca)8[AlSiO4]6(SO4, Cl, S)2 |
Кубіч. |
Синій |
2,38-2,42 |
5,5 |
Примітка. Блиск силікатів скляний, нефеліну та лейциту скляний масний.
_____
* (Na, Ca)(Mg, Al, Li)3(Mn, Fe, Al, Li)6(BO3)3[Si6O15](OH)4.
3.3.7 Щільність
Важлива характеристика ідентифікації мінералів в лабораторних умовах і вручну. Абсолютні значення щільності мінералів – табл. 3.4 – 3.8.
Найлегший мінерал – лід 0,916 г/см3.
Самий важкий мінерал – іридістий осмій – 22,5 г/см3.
Наочні приклади: кварц – 2,65 г/см3, магнетит – 5,17 г/см3, гематит – 5,26 г/см3, галеніт – 7,5 г/см3, золото – ≥ 19,3 г/см3.
