О свойствах минералов.
— несовершенную (неясную) спайность, т.е. плохо выраженную, когда минералы раскалываются почти в равной мере и по спайности, и по другим направлениям, но плоскости спайности все же отличаются от других поверхностей раскола большей ровностью.
Наконец, у очень многих минералов спайность обычно вообще отсутствует, а если и проявляется, то в редких случаях (кварц, пирит, магнетит, гранаты и др.) Отсутствие или наличие спайности, равно как и ее характер — важные диагностические признаки минералов.
Весьма совершенная спайность встречается почти исключительно у минералов со слоистым структурным мотивом и преимущественно пинакоидальным габитусом (уплощенным обликом) кристаллов; проявлена она бывает в основном в одном направлении — по базопинакоиду, т.е. ориентируется перпендикулярно наиболее слабым связям между слоями: ван-дер-ваальсовым в случае графита, ослабленным ионным у слюд и т.д. Совершенная спайность чаще характеризует минералы с координационными или каркасными, реже с цепными (ленточными) структурами; при этом она может быть одинаково совершенной в нескольких направлениях, но нередко отмечается лишь в одном или двух направлениях — например, у полевых шпатов по второму (010) и третьему (001) пинакоидам, у амфиболов — по призме (110), у петалита — по базопинакоиду (001), — и на-ряду с этим фиксируются еще другие направления (одно или более), по которым тоже проявлена спайность, но менее совершенная.
Средняя (ясная) призматическая спайность наиболее типична для минералов с цепочечным структурным мотивом, у которых она проявляется вдоль удлинения кристаллов (пироксены). В одном направлении (по одному из пинакоидов) средняя спайность бывает выражена и у некоторых минералов с каркасной структурой, в которой выделяются структурные фрагменты в виде цепочек или слоев (скаполиты, пе-талит и др.); это, впрочем, не исключает наличия спайности и по другим направлениям, выраженной лучше или хуже.
Будучи типичным векторным свойством, спайность находит свое объяснение в кристаллоструктурных особенностях минералов. Так, влияние структурного мотива на спайность наглядно иллюстрируется примером силикатов: она в целом гораздо хуже выражена у островных и кольцевых силикатов, нежели у цепочечных, ленточных, каркасных и слоистых. Степень совершенства спайности возрастает от оливина (островной структурный мотив), у которого она обычно отсутствует, но иногда проявлена как несовершенная (по двум пинакоидам) или даже ясная (по одному из них), через пироксены (цепочечный структурный мотив) с ясной призматической спайностью и амфиболы (ленточный структурный мотив), имеющие совершенную спайность по призме, а также полевые шпаты (каркасный структурный мотив) с совершенной спайностью в двух направлениях к слюдам (слоистый структурный мотав) с весьма совершенной пинакоидальной спайностью. Повышению степени совершенства спайности в этом ряду способствует и вхождение в минералы (амфиболы и слюды) гидроксила (ОН).
В общей формулировке структурное объяснение спайности (восходящее к О.Бравэ) гласит: направления спайности параллельны плоским сеткам кристаллической решетки, слабее всего связанным между собой. В кристаллах, построенных из частиц одного сорта, т.е. одинаковой величины и с одинаковым зарядом, таковыми всегда будут являться сетки, расстояние между которыми в структуре кристалла самое большое. Например, в структуре алмаза (с ковалентным типом связи) максимально отстоят друг от друга сетки, параллельные граням октаэдра (111); и действительно, алмаз имеет спайность по октаэдру. Но если в кристалле присутствуют атомы не одного, а, скажем, двух сортов, то положение меняется. Слабее всего связанными здесь могут оказаться сетки, не самые отдаленные друг от друга, а несколько более сближенные, но зато не сцепленные между собой сильным взаимодействием противоположно заряженных ионов. Так, в структуре сфалерита, геометрически подобной структуре алмаза, но с частично ионным типом связи, соседние окта-эдрические сетки построены: одна из положительных ионов цинка, другая — из отрицательных ионов серы; поэтому между сетками действуют силы электростатического притяжения, препятствующие разрыву спайности. Зато в разделенных несколько меньшим межшюскостным расстоянием сетках, параллельных граням ромбододекаэдра, располагаются как ионы цинка, так и ионы серы; благодаря этому электростатические силы нейтрализуются в основном уже в пределах самих сеток, которые между собой оказываются связаны слабее. Соответственно у сфалерита проявлена совершенная спайность по ромбододекаэдру (ПО). В типично ионных кристаллах флюорита CaF2 октаэдрические сетки, построенные из катионов Са2+, заключены между параллельными им сетками из анионов F~; таким образом, в этом чередовании анионные октаэдрические сетки периодически соседствуют между собой. Но сцепление между ними ослаблено силами электростатического отталкивания одноименно заряженных ионов F~, чем и обусловлено проявление у флюорита совершенной спайности по октаэдру (111). Спайные выколки флюорита имеют по преимуществу октаэдри-ческую форму; его кубические кристаллы (как, впрочем, и октаэдрические) при ударе молотком разбиваются на октаэдрические фрагменты. Но наряду с ними возникают и осколки тетраэдрической формы (неточно называемые некоторыми минералогами выколками по тригональной пирамиде: действительно, они подчас внешне напоминают триго-нальную пирамиду, хотя в действительности представляют собой тетраэдры: ведь флюорит — минерал кубической син-гонии). В свое время образование у флюорита спайных осколков двух сортов сильно озадачило аббата Гаюи, который так и не смог решить вставшую перед ним дилемму: какую же форму следует признать первичной для кристаллов флюорита — октаэдрическую или тетраэдрическую? Как известно, Гаюи пытался судить о внутреннем строении кристаллов по форме их спайных осколков, как бы восстанавливая по этим осколкам первичную форму кристаллов. На рис 3.1. приведен чертеж Гаюи — реконструкция октаэдри-ческого кристалла флюорита в виде кладки из спайных октаэдров. На этом рисунке хорошо видно, что наряду с шестью октаэдрами, слагающими большой октаэдрический кристалл, в его строении участвуют еще восемь маленьких тетраэдров. В настоящее время кристаллическая структура флюорита хорошо изучена; катионы Са2+ в ней имеют кубическую координацию (КЧ=8), а анионы Р~ — тетраэдрическую (КЧ=4). Но сопоставив изображение структуры флюорита с чертежом Р.-Ж.Гаюи (как это сделал И.И.Шафрановский), легко увидеть, что пространственное расположение ионов Са и F в точности отвечает этому чертежу, если принять, что ионы кальция находятся в центрах октаэдров, а ионы фтора — в центрах тетраэдров. Отсюда — и два сорта спайных осколков. Беда Гаюи была в том, что он не знал о существовании во флюорите двух сортов частиц. Если бы ему это было ведомо, все затруднения отпали бы сами собой, и он, пользуясь своим методом, смог бы сконструировать реальную модель строения кристаллов флюорита — из двух сортов простейших "кирпичиков" ("интегрирующих молекул", по Гаюи): октаэдров и тетраэдров.
Составление октаэдрического кристалла флюорита из спайных выколков (по Р.Ж.Гакзи)
Аналогично тому, как у флюорита, объясняется ясная спайность рутила по призме (110): параллельно этой грани в структуре рутила TiO2 чередуются плоские сетки, построенные либо из ионов О2 , либо из ионов Ti4+ и О2 одновременно, причем "титано-кислородные" сетки заключены между "чисто кислородными", так что последние периодически соседствуют друг с другом. А поскольку они состоят из одноименных ионов, силы связи между ними ослаблены, что и обусловливает возникновение у рутила ясной призматической спайности. В некоторых других случаях спайность оказывается связанной со структурными дефектами кристаллической решетки реальных минералов.
До развития рентгенографии именно характер спайности и форма спайных выколков давали возможность хоть в какой-то мере судить о внутреннем строении кристаллов. Теперь же, расшифровав кристаллическую структуру какого-либо минерала, можно заранее предсказать с высокой степенью вероятности, должен ли он иметь спайность, и если да — то в каких направлениях и насколько совершенную.
<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>