Как выглядят минералы.
Оба чертежа иллюстрируют заодно и тот факт, что одинаковым структурным мотивом могут обладать кристаллы с разным типом кристаллоструктурной связи. В данном случае галит NaCl образует типичные ионные кристаллы, тогда как в кристаллах сфалерита ZnS велика доля ковалентных связей. Аналогичным образом в структуре алмаза, геометрически подобной сфалеритовой, тип связи существенно ковалентный, а в геометрически одинаковых структурах корунда А32О3 и гематита Fe2O3 в первом. случае связь А1-0 в основном ионная, а во втором — значительную роль играет металлическая связь, возникающая в результате непосредственного взаимодействия атомов железа. В изоструктурных рутиле TiO2 и касситерите SnO2 тип связи разный — соответственно ионный и кова-лентный. Число подобных примеров можно умножить.
Коснемся — по необходимости бегло — того, какие вообще бывают типы связей между материальными частицами в кристаллических структурах. Атомы, ионы и их группировки соединены между собой в кристаллах силами кристаллоструктуриой связи. Это понятие более широкое, нежели химическая связь. Оно включает все типы химической связи — ионную, ковалентную (атомную) и координационную (донорно-акцепторную), характерную для соединений с комплексными радикалами. Частным случаем последней является водородная связь, встречающаяся в минералах, содержащих гидроксильные группы (ОН). Обо всех этих типах связи можно прочесть в любом современном учебнике химии или химическом словаре, и вдаваться здесь в их подробное рассмотрение нет нужды. Но кроме того, в число типов кристаллоструктурной связи входят еще два. Во-первых, металлическая связь, наиболее характерная, если говорить о минералах, естественно, для самородных металлов и сплавов, но вносящая также заметный вклад в структуру многих сульфидов и их аналогов, а также таких минералов, как графит, гематит Fe2O3, магнетит Fe3O4, ильменит FeTiO3 и др. В частности, в перечисленных минералах — оксидах железа возникает прямое взаимодействие между атомами железа, что сопровождается появлением свободных электронов ("электронного газа"), — а это и есть главная отличительная черта металлической связи. И второй тип кристаллоструктурной связи, о котором здесь следует упомянуть, — слабые остаточные (ван-дер-ваальсовы) связи: в некоторых минералах с молекулярным типом структуры, где присутствуют обособленные молекулы, ван-дер-ваальсовы связи соединяют между собой эти молекулы, внутри которых атомы скреплены более прочными, например, ковалентными, связями (самородная сера, графит, молибденит и др.). В любом случае кристаллическая структура должна быть электронейтральной, т.е. положительные и отрицательные заряды частиц в ней должны взаимно уравновешиваться. В большинстве кристаллов минералов совместно присутствуют (в разных соотношениях) два или даже три вида кристаллоструктурных свя- зей. Это наиболее распространенный в мире минералов случай смешанных связей. Например, в структуре графита имеют место одновременно ковалентные, металлические и ван-дер-ваальсовы связи. Чаще всего сочетаются ионные связи с ковалентными или координационными, причем какой-то один тип связи обычно доминирует. 2А.21. Структурное изучение кристаллов производится главным образом методами рентгенографии, фиксирующими (в виде дифракционной картины) отражения рентгеновских лучей от плоских сеток кристаллической решетки. Те же методы, но в другом, упрощенном варианте применяются для диагностики минералов. Если для расшифровки структуры необходима съемка монокристалла, то для диагностики достаточна рентгенограмма порошка ("порошкограмма") минерала. При этом набор наиболее характерных (сильных) линий рентгенограммы (наиболее интенсивных отражений — их интенсивность обычно оценивается по 10-балльной, иногда по 100-балльной шкале) индивидуален для почти каждого минерала и представляет собой его наиболее надежный диагностический признак ("рентгеновская дактилоскопия" минералов). Впрочем, в отдельных случаях бывает и так, что этим методом удается не определить минерал, а лишь идентифицировать структурный тип, к которому он относится, т.е. остается выбор (обычно нетрудный) между двумя, реже тремя минеральными видами.
Весьма сложным представляется вопрос о механизмах связей внутреннего строения кристаллов с их внешней формой. Последняя зависит не только от кристаллической структуры, но и от условий зарождения и-роста кристаллов, а эти условия могут варьировать в широком диапазоне. Проблема соотношения внутренних (структурных) и внешних факторов, определяющих форму кристаллов, служит предметом длительной и еще далекой от завершения дискусии: одни ученые отдают приоритет структурным особенностям самого кристалла, другие считают более важной роль кристаллообразующей (в частности, минералообразующей) среды. Мы остановимся здесь лишь на одном моменте: от чего зависит видимая симметрия реальных кристаллов, в том числе кристаллов минералов, обычно в той или иной мере искаженных. Эта зависимость описывается в первом приближении известным принципом Кюри-Шафрановского. Опираясь на выдвинутый П.Кюри универсальный принцип симметрии , И.И.Шафрановский в 1954 году обосновал применительно к кристаллам следующее положение: реальные кристаллы при своем росте сохраняют только те видимые элементы симметрии, которые являются общими и для кристалла, и для кристаллообразующей среды. Например, если кристалл растет в подвижной среде, которая движется (допустим, течет) в одном направлении, то согласно принципу Кюри-Шафрановского видимая внешняя форма кристалла сохранит лишь одну ось симметрии, совпадающую с осью симметрии среды, — ориентированную в направлении движения потока. Этот принцип, однако, не раскрывает того механизма, посредством которого происходит приспособление кристалла к условиям среды и который управляет появлением и развитием на кристалле тех или иных граней (простых форм), определяющих его внешний облик. Такой механизм всегда имеет физико-химическую природу; он тесно связан с химическим составом среды и присутствующими в ней ионными комплексами, в значительной степени влияющими на кинетику роста кристалла, а следовательно, может быть выяснен только экспериментальным путем применительно к кристаллам конкретных веществ (в том числе минералов).
<1> <2> <3> <4> <5> <6> <7> <8> <9> <10> <11> <12> <13> <14> <15> <16> <17> <18> <19> <20> <21> <22> <23> <24> <25> <26> <27> <28> <27> <29> <30> <31> <32> <33> <34> <35>