Методы и приборы оптического исследования

2. Поворотом столика микроскопа ставят трещины спайности параллельно вертикальной нити окулярного креста (рис. 21,а). Берут отсчет на лимбе столика микроскопа.

Рисунок 21 - Порядок определения угла погасания: а - спайность совмещена с вертикальной нитью окулярного креста, 6 - минерал на погасании, в - определение наименования оси индикатрисы.

Поворачивают столик микроскопа в любую сторону на угол меньше 45° до погасания минерала, т. е. до совмещения оси индикатрисы с вертикальной нитью окулярного креста (рисунок 21,б). Берут второй отсчет. Разность отсчетов дает угол погасания.

Определяют наименование оси индикатрисы, с которой замерен угол погасания. Для этого от момента погасания поворотом столика микроскопа против часовой стрелки на 45° совмещают исследуемую ось с прорезью тубуса микроскопа. В прорезь вставляют компенсатор, и по реакции компенсатора определяют наименование оси индикатрисы (рисунок 21,в). Запись результата измерений будет иметь следующий вид: cn_g=36° или сn_р = 6°.

Исследование плеохроизма

Для анизотропных окрашенных минералов характер абсорбции имеет важное диагностическое значение. Овладев методом определения наименования осей оптической индикатрисы, легко установить характер абсорбции минерала.

Порядок работы при изучении плеохроизма:

1.Находят зерно окрашенного минерала с четкими кристаллографическими направлениями (ограничениями или спайностью). Определяют положение осей индикатрисы и их наименование. Наблюдения рекомендуется сопровождать зарисовкой.

2. Ставят кристалл на погасание и затем выдвигают анализатор. Отмечают окраску минерала для данного, уже известного, направления.

3. Включают анализатор и поворотом столика микроскопа ставят минерал на второе погасание. Выключают анализатор и наблюдают окраску минерала для этого направления.

4. Результаты записывают. Для биотита, в частности, изменение окраски в зависимости от направления может быть записано следующим образом: по n _g темно-коричневая, по n_p светло-желтая, т. е. по n_g происходит более интенсивная абсорбция света, чем по n_p.

Некоторые особенности минералов, обнаруживающиеся в скрещенных николях. К таким особенностям относятся двойники, зональное строение, аномальные цвета интерференции и ряд других.

Двойник -- закономерный сросток двух или нескольких индивидов одного и того же минерала, повернутых один относительно другого на 180°. Наиболее часто встречаются простые и полисинтетические двойники. Под микроскопом простой двойник представляет собой кристалл, разделенный двойниковым швом на две части.

Рисунок 22 - Характер двойников, наблюдаемых в шлифе: а - простые, б- полисинтетические, в -- сложные (микроклиновая решетка)

При повороте столика микроскопа одна часть гаснет, тогда как другая остается освещенной. Такие двойники встречаются в натриево-калиевых полевых шпатах (рисунок 22,а). Полисинтетические двойники состоят из нескольких параллельных индивидов, гаснущих неодновременно в смежных двойниковых полосках. Особенно характерны для плагиоклазов (рисунок 22,6). Встречается комбинация двух систем полисинтетических двойников, образующих решетчатые срастания, типичные для микроклинов (рисунок 22, в).

Зональное строение обнаруживается в ряде минералов, причем наиболее часто в плагиоклазах, пироксенах, амфиболах. Зональный минерал характеризуется наличием ряда зон, отличающихся несколько по составу, что сопровождается изменением оптических свойств минерала от зоны к зоне и, следовательно, изменением ориентировки индикатрисы. Под микроскопом зональное строение минерала хорошо обнаруживается в виде концентрических зон различной ширины с неодновременным погасанием и несколько различной интерференционной окраской. Аномальные цвета интерференции возникают в том случае, когда величина двупреломления минерала зависит от длины волны применяемого света. Так, если сила двупреломления для фиолетового цвета больше, чем для красного, то возникают густо-синие цвета интерференции, что характерно для минерала цоизита; если сила двупреломления для красного цвета больше, чем для фиолетового, то появляются ржаво-бурые цвета интерференции, как у некоторых хлоритов; если кристалл положителен для одних и отрицателен для других длин волн, а для некоторых длин волн изотропен, то при малых разностях хода возникают чернильно-синие и фиолетовые тона, свойственные некоторым хлоритам и везувианам. Аномальные цвета интерференции не нашли отражения в таблице Мишель-Леви.

7. Характеристика простых форм и комбинаций кристаллов

Общепринятой международной номенклатуры для названия простых форм кристаллов до сих пор не существует. Чаще всего пользуются терминологией, выработанной горным институтом им. академика Федорова в Санкт-Петербурге и принятой в большинстве изданий России.

Для более легкого усвоения названия кристаллических многогранников необходимо знать ряд греческих слов, которые положены в ее основу. моно - одно; эдра - грань; ди - двух, дважды; гониа - угол; три - трех; пинакс - доска; тетра - четырех; клино - наклоняю; пента -пяти; скалено - косой; гекса - шести; скалено - косой; дека - десяти; сингония - система, додека - двенадцати.

В идеальных условиях кристаллы образуются в виде многогранников с различным количеством граней. По внешнему виду они делятся на две группы:

- ограненные одинаковыми по форме и размеру гранями;

- ограненные различными по форме и размеру гранями.

Кристаллы первой группы называются простыми формами, кристаллы второй - комбинациями.

Простой формой называется совокупность одинаковых по внешней форме и размеру граней, связанных между собой элементами симметрии и обладающих идентичными структурными особенностями и физико-химическими свойствами. Среди простых форм различают открытые и закрытые. Открытые формы характеризуются тем, что их грани не закрывают пространство со всех сторон; закрытые - полностью закрывают.

Простая форма, грани которой размещаются наклонно относительно всех осей и плоскостей симметрии, называется общей. Простая форма, грани которой размещаются перпендикулярно (или параллельно) хотя бы к одной оси симметрии, называется частной формой.

На реальных кристаллах установлено 47 основных простых форм, причем каждой сингонии и каждому виду симметрии свойственна своя группа простых форм с определенным комплексом элементов симметрии.

Простые формы определяются следующим образом:

1 - совмещением исходной грани простой формы с аналогичной поворотом ее на определенный угол вокруг поворотной оси симметрии:

2 - отражением исходной грани простой формы с аналогичной в плоскости симметрии:

3 - совмещением - инверсией исходной грани простой формы с аналогичной поворотом и последующим отражением через центр вокруг оси инверсии.

На реальных кристаллах в большинстве случаев внешняя форма и размеры граней отдельных простых форм неодинаковы. В этих случаях при определении простых форм визуально необходимо особое внимание обратить на взаиморасположение отдельных граней и мысленно увязать их так, чтобы в конечном итоге представить кристалл в идеальном виде.

Изучение простых форм кристаллов позволило установить среди них наиболее характерные, получившие название характеристических. Так в триклинной сингонии выделено две характеристические формы, в моноклинной - три, в ромбической - три, в тетрагональной - семь, в тригональной - пять, в гексагональной - семь, в кубической - пять. К характеристическим формам отнесены простые формы с максимальным развитием граней в каждой из семи ступеней симметричности.

Рассмотрим простые формы встречающиеся в различных сингониях.

В низших сингониях возможны следующие простые формы.

Моноэдр - простая форма, представленная одной гранью.

Пинакоид - две равные параллельные грани, которые могут быть обратно расположенными.

Диэдр - две равные пересекающиеся грани (могут пересекаться на своём продолжении).

Ромбическая призма - четыре равных попарно параллельных грани; в сечении образуют ромб.

Ромбическая пирамида - четыре равные пересекающиеся грани; в сечении также образуют ромб.

Перечисленные простые формы относятся к открытым, так как они не замыкают пространства. Присутствие в кристалле открытых простых форм, например, ромбической призмы обязательно вызывает присутствие других простых форм, например, пинакоида или ромбической дипирамиды, необходимых для того, чтобы получилась замкнутая форма.

Из закрытых простых форм низших сингоний отметим следующие.

Ромбическая дипирамида - две ромбические пирамиды, сложенные основаниями; форма имеет восемь разных граней, дающих в поперечном сечении ромб;

Ромбический тетраэдр - четыре грани, замыкающие пространство и имеющие форму косоугольных треугольников.

В средних сингониях из перечисленных выше простых форм могут присутствовать только моноэдр и пинакоид. Открытыми простыми формами средних сингоний будут призмы и пирамиды.

В соответствующих сингониях могут быть тригональные, тетрагональные и гексагональные призмы. Могут быть призмы с удвоенным числом граней: дитригональная, дитетрагональная и дигексагональная. В последнем случае все грани равны, но одинаковые углы между ними чередуются через один. К закрытым формам относятся дипирамиды, скаленоэдры, трапецоэдры, ромбоэдр и тетрагональный тетраэдр.

Дипирамиды могут быть тригональные, тетрагональные и гексагональные или при удвоении числа граней - дитригональные, дитетрагональные и дигексагональные. Дипирамиды представляют собой две пирамиды сложенные основаниями.

1. Скаленоэдр - простая форма, состоящая из равных разносторонних треугольников. Скаленоэдры встречаются только в тригональной и тетрагональной сингониях.

2. Трапецоэдр - напоминает дипирамиду. Грани этой простой формы имеют вид четырёхугольников, а боковые рёбра не лежат в одной плоскости.

Трапецоэдры возможны лишь в трёх видах симметрии, где отсутствуют плоскости симметрии.

3. Ромбоэдр состоит из шести граней в виде ромбов, напоминает вытянутый или сплющенный по диагонали куб. Он возможен только в тригональной и гексагональной сингониях.

4. Тетрагональный тетраэдр представляет собой четыре равные грани в виде равнобедренных треугольников. В кубической сингонии имеется 15 простых форм, все они закрытые. Простые формы низших и средних сингоний в кубической сингонии не встречаются.

Куб (гексаэдр) представляет собой шесть попарно параллельных квадратных граней. Если каждую грань куба заменить четырьмя треугольными гранями, то получиться простая форма, которая называется тетрагексаэдр.

Октаэдр представляет собой совокупность восьми попарно параллельных граней. Если каждая грань октаэдра замещена тремя гранями (триоктаэдр), то по количеству сторон этих граней различают тригонтриоктаэдр, тетрагонтриоктаэдр и пентагонтриоктаэдр. При замещении грани октаэдра шестью гранями получим гексаоктаэдр, состоящий из 48 граней.

Тетраэдр кубической сингонии состоит из четырёх равносторонних треугольников, замыкающих пространство. Если каждую грань тетраэдра заменить тремя гранями, то по аналогии с октаэдром получим тригонтритетраэдр и пентагонтритетраэдр.

Ромбододекаэдр представляет собой простую форму, состоящую из 12 граней в виде ромбов.

Пентагондодекаэдр также состоит из 12 граней, но имеющих форму неправильных пятиугольников.

Дидодекаэдр - "удвоенный" додекаэдр, каждая грань которого заменена двумя гранями; состоит из 24 граней.

Комбинация кристаллов представляет собой совокупность простых форм, связанных между собой комплексом элементов симметрии. Среди комбинаций выделяются: простые, состоящие из одного вида простых форм и сложные, состоящие из различных простых форм. Количество простых форм, входящих в ту или иную комбинацию в каждой сингонии, выводится строго математическим путем и определяется формулой симметрии. При этом каждому виду симметрии свойственна своя группа простых форм, образующих комбинации, Так в комбинации триклинной сингонии входят лишь две собственные простые формы; в моноклинной - две собственные и две триклинной, в состав тетрагональной входят девять собственных простых форм и две триклинной сингонии, в состав гексагональной - семь собственных простых форм, две простые формы триклинной и четыре - тригональной (при наличии L_i6), в составе кубической могут быть только собственные пятнадцать простых форм. Простые формы из других сингоний в кубическую не переходят.

Заключение

Приведенные немногочисленные данные подтверждают неразрывную связь между химией, геометрией и физикой кристаллов. Нетрудно представить себе связь, существующую между симметрией и химическим составом кристаллов. Пусть, например, в структуре присутствуют лишь взаимно параллельные тройные оси. Частицы могут располагаться либо на этих осях, либо вне их. При повороте вокруг тройной оси лежащая на ней частица А остается единственной, тогда как частица В, находящаяся вне оси, повторяется трижды. Отсюда заключаем, что в структурах с одними тройными осями могут кристаллизоваться соединения типа АВ₃. Вместе с тем, здесь нельзя ожидать соединений типа АВ₂.

Следовательно, знание федоровской пространственной группы (т.е. полной совокупности элементов симметрии структуры кристалла) дает возможность предсказывать типы соединений, кристаллизующихся в данной группе. Наоборот, некоторому типу химической формулы соответствует определенный комплекс пространственных групп. Отсюда понятно исключительное значение, которое играют в кристаллохимии пространственные группы симметрии, впервые выведенные Федоровым.

Взаимосвязь между симметрией пространственной группы и химическим составом кристалла была в свое время четко сформулирована крупнейшим советским кристаллографом, академиком А.В. Шубниковым.

Использованная литература

1. Попов Г.М., Шафрановский И.И. Кристаллография. М.: ГОСГЕОЛТЕХИЗДАТ, 1955г.

2. Кочурова Р.Н. Основы практической петрографии. Л.: Издательство Ленинградского университета, 1977г.

3. Белоусова О.Н., Михина В.В. Общий курс петрографии. М.: НЕДРА, 1972г.

4. Кузнецов Е.А. Краткий курс петрографии. Издательство Московского университета.

Размещено на Allbest.ru