Поліморфізм - Знаєш як
Що таке поліморфізм
Мал. 35. Зовнішність кристалів кварцу, що утворилися за різних природних умов: а, б -α = кварц (870-573 °); в, г - β = кварц (
Характерною властивістю багатьох твердих речовин є їх здатність утворювати різні за своєю будовою кристалічні ґрати, зазвичай характерні для різних сингонії. Це явище називається поліморфізму («багатоформність»). Явище поліморфізму зумовлене різницею у фізико-хімічних умовах утворення мінералу. Найбільш істотну роль грає температура, а також тиск і склад того середовища, з якого відбувається виділення мінералу (наприклад, кисла або лужна реакція розчину). Знання умов виникнення тієї чи іншої поліморфної різниці дозволяє зробити обґрунтовані висновки про умови утворення досліджуваного мінералу. Так, кварц утворює дві поліморфні різниці, іменовані за допомогою грецьких літер α і β.
Зазвичай прийнято позначати поліморфні модифікації, починаючи з високотемпературних, але, на жаль, це правило не є обов'язковим, що призводить іноді до плутанини понять. Високотемпературний кварц деякі дослідники позначають як α-кварц, інші як β-кварц. Дотримуючись загальноприйнятого позначення в порядку падіння температури освіти, можна вказати, що α-кварц кристалізується в гексагональній сингонії (клас гексагонально-трапецеедричний)L 6 6L 2 .
Ця модифікація стійка в інтервалі температур 870-573 °. При нижчих температурах утворюється інша-р-модифікація з симетрієюL 3 3L 2 ,тобто β-кварц вже відноситься до тригональної сингонії та її тригонально-трапецеедричного класу. Зовні ці дві модифікації добре відрізняються формою кристалів, як це видно зМал. 35.
Високотемпературні -кварці мають вигляд гексагональних дипірамід, зазвичай, за відсутності граней призми. Вони зустрічаються як виділення з магматичних розплавів.
Низькотемпературний кварц дає витягнуті кристали, складені гексагональною призмою, увінчаною з обох кінців гранями дипіраміди (фактично це комбінація з двох ромбоедрів). Нерідко зустрічаються і складніші форми. Використання знання температур освіти α - і β-кварцу дозволяє з великою достовірністю встановити умови утворення кварцу і мінералів і гірських порід, що утворилися разом з ним. Другим класичним прикладом мінералу, що дозволяє встановити температуру мінералоутворення (такі мінерали називають «геологічними термометрами»), є силікат кальцію Ca3Si3O9.
Його низькотемпературна модифікація зветься волла-стоніту і може існувати при температурах, що не перевищують 1180°.
При більш високих температурах спостерігається перебудова кристалічних ґрат і утворення іншої модифікації — псевдоволластоніту, що не утворюється в природі. Як нижча межа волластоніту, можна вважати температуру прямоточних парових котлів, де у складі накипу утворюється іноді волле-стоніть. Слід зазначити, що з мінералів відомо багато прикладів поліморфізму. Так, кальцит СаСO3 кристалізується в тригональній сингонії, а арагоніт СаСО3 - в ромбічній. Пірит (кубічної сингонії) і марказит (ромбічної сингонії) представляють поліморфні різниці (модифікації) двосірчистого заліза і мають однаковий хімічний склад FeS2.
Прозорий алмаз, що має твердість 10 і кристалізується в кубічній сингонії, і чорний непрозорий графіт з твердістю 1, що утворює табличасті кристали гексагональної сингонії, мають однаковийхімічний склад і представляють чистий вуглець - С.
Мал. 36. Структура графіту. Графіт має 2 сорти атомів (білі та чорні кружки), які розрізняються за своїм значенням у просторових ґратах.
Поліморфізм пояснений завдяки дослідженню внутрішньої структури ряду мінералів рентгенівськими променями, причому в поліморфних різницях встановлено різне розташування атомів у просторі. На рис. 19 та 36 представлена атомна структура алмазу та графіту. При зіставленні цих схем стає зрозумілою відмінність у фізичних якостях цих мінералів, залежить від розташування просторі атомів вуглецю.
Дослідження показали, що у просторових ґратах графіту вуглецеві атоми розташовані в кутах правильних шестикутників (рис. 36). Групи таких шестикутників утворюють щільні шари, суцільні площини, що становлять горизонтальні напрямки у ґратах. У цих плоскостях відстані між атомами вуглецю дорівнюють 1,42 Å. По вертикальному напрямі відстані між найближчими атомами набагато більше і рівні 3,41 Å. В результаті цього зв'язок атомів вуглецю по останньому напрямку набагато слабший, ніж по решті. Зовні це виявляється у тому, що графіт легко розщеплюється окремі такі лусочки, відповідні площинам спайності кристала.
ПАРАГЕНЕЗА
Спостерігаючи поширення різних мінералів у земній корі, можна побачити, що з них зустрічаються разом у тих самих родовищах і гірських породах. Так, наприклад, дуже часто зустрічаються разом: руди срібла та свинцю, свинцевий блиск та цинкова обманка. Ще в середні віки чеські, німецькі та шведські рудокопи звернули увагу на таке спільне знаходження деяких мінералів і стали застосовувати на практиці зібрані відомості,керуючись під час пошуку цінних руд і шляхетних металів їх «супутниками». У XVIII ст., у спостереженнях над відмінностями мінералів у жилах різного віку, всеосяжний розум М. В. Ломоносова ніби передбачав уявлення про парагенез і про зв'язок утворення мінералів з навколишнім середовищем. Але лише в середині 40-х років ХІХ ст. були зведені воєдино накопичені за багато років спостереження і вперше розвинене поняття парагенези мінералів - вчення про мінеральні асоціації (спільне знаходження мінералів у природі) і про всі хімічні та геологічні відносини їх до навколишнього середовища. Ці узагальнення мали велике значення для мінералогії, особливо пізнання генези мінералів.
Вивчаючи природні угруповання мінералів, можна встановити як спосіб утворення окремих членів такої асоціації, а й послідовність їх виділення, характер взаємодії мінеральних розчинів з бічними породами тощо. буд. залізняк утворився із піриту шляхом його окислення. Пласти гіпсу часто зустрічаються спільно з пластами кам'яної солі, що призводить до висновку про утворення гіпсу в морських затоках і лагунах шляхом виділення з насиченого розчину морських солей.
Асоціації мінералів настільки закономірні та постійні, що іноді, вдивившись у зразок мінералу з музейної колекції, можна за парагенезом визначити його родовище.
Типовими прикладами парагенези є асоціації мінералів поліметалевих родовищ - цинкова опманка, свинцевий блиск (зазвичай срібломісткий), мідний колчедан і срібні руди - або мінерали пегматитових жил, - ортоклаз, слюди, димчастий гірський хрус. Ці мінерали постійно зустрічаютьсяразом і утворюються за однакових умов.
ПСЕВДОМОРФОЗИ
Псевдоморфози це(«хибні форми» у буквальному перекладі) називають утворення одного мінералу у формі йому не властивою, що представляє точний зліпок іншого мінералу або органічного тіла. Найпростішим прикладом псевдоморфоз є скам'янілості, в яких органічна речовина тварини або рослини націло заміщається кальцитом, піритом, баритом або халцедоном, зберігаючи, проте, всі самобутні особливості своєї первісної форми.
Розрізняють такі види псевдоморфоз:
1. Псевдоморфози перетворення первісного мінералу зі збереженням частини елементів, що входили до нього. Особливо типові і поширені псевдоморфози лімоніту з піриту - кубики піриту, що перетворився в результаті окислення в лимоніт. При цьому останній,
будучи аморфним агрегатом, набуває форми кристалів піриту, представляючи точний його зліпок.
Перетворення піриту на лимонит починається зазвичай із поверхні, поступово поширюючись у глибину кристала. Жовтий, блискучий кристал піриту покривається бурою кіркою лимоніту, але зберігає свою форму; навіть звичайна для кубічних граней піриту штрихування залишається недоторканним.
До псевдоморфоз перетворення ставляться також псевдоморфози малахіту по азуриту, малахіту за купритом або каоліну по ортоклазу. У разі моноклинные кристали ортоклаза, внаслідок вивітрювання, перетворилися на каолін, але зберегли типову їм форму.
2. Псевдоморфози витіснення, коли початкова речовина повністю замінюється іншим. Прикладом можуть бути псевдоморфози кварцу по кальциту. Останній повільно розчинявся та заміщався кварцем, зберігаючи недоторканною свою форму. Такі псевдоморфози іноді бувають порожніми.
До псевдоморфоз витіснення належать також скам'янілості - псевдоморфози кальциту, кварцу, фосфориту або піриту по залишках організмів, рослинних або тварин.
Найбільш відомою псевдоморфозою цього є так зване скам'яніле дерево, псевдоморфоза опала чи халцедону по дереву. При цьому внутрішня клітинна будова деревини часто зберігається так добре, що її можна вивчати під мікроскопом при великих збільшеннях.
Поряд із скам'янілими залишками рослин зустрічаються псевдоморфози за тваринними формами: раковинам молюсків, панцирям ракоподібних та ін.
Дуже часто утворення таких псевдоморфоз протікає у зв'язку з процесами відновлення деяких розчинних солей металів, наприклад, сірчанокислих солей заліза вуглецем, що зустрічається в породах разом із залишками організмів.
Нерідко зустрічаються прекрасної безпеки раковини амонітів та інших молюсків, перетворені на сірчаний колчедан і особливо часто на фосфорит.
3. Третім видом псевдоморфоз є псевдоморфози виконання, коли порожнеча, що залишилася в породі від кристала, що розчинився, надалі виконується новою речовиною, що формується у вигляді оболонок - скоринок, що відклалися на поверхні якого-небудь кристала, згодом розчиненого і зниклого.
ВНУТРІШНЯ БУДОВА ЗЕМЛІ
На підставі сучасних даних геофізики - науки про фізичні властивості землі в цілому та окремих се ділянках (щільність, пружність, електропровідність, радіоактивність, магнітність, температура та ін.) можна вважати встановленим, що земна куля має неоднорідну будову і складена зонами з різними фізичними властивостями. Наявність рідкої зони, що спочатку передбачалася, можна вважати остаточно спростованою. Дослідженняглибокофокусних землетрусів вказує на твердий стан на глибині, що сягає 800кмі повністю виключає поняття про спільність магматичного резервуара, що живить вулканічну діяльність.
Схематично всю земну кулю можна вважати складеною з центрального ядра, підкорового субстрату та «кори», як її можна лише умовно назвати. Багато дослідників припускають «металевий» стан ядра. Під терміном «металевий» зовсім не слід вважати ядро, що складається з металевого заліза. «Металічний стан» має на увазі особливий різко ущільнений стан речовини, пов'язаний з особливістю його атомної будови. Таке ядро виявляється на глибині 2900 км і простягається до центру землі. Вище його залягає зона з іншими властивостями. Ця зона «підкорового субстрату» має властивості силікатної маси, що відповідає гірській породі, яка називається перидотитом, і складена в основному сполуками, багатими магнієм і залізом. Відповідно до прийнятої в геології термінології ця зона сима (від силіцій та магній). Її верхня межа лежить на глибині 25-80 км у материкових областях. Вона виразно виявляється геофізичними методами дослідження і зветься поверхні розриву Мохоровичича.
Стаття на тему Поліморфізм