Форма кристаллов

Наряду с отдельными кристаллами встречаются закономерные сростки – двойники, тройники или незакономерные сростки, состоящие из большого количества сросшихся кристаллов или зерен минералов – агрегаты.

По своей внешней форме кристаллы делятся:

1. Столбчатыми.
2. Призматическими.
3. Пирамидальными.
4. Дипирамидальными.
5. Изометрическими.
6. Пластинчатыми.
7. Листоватыми.
8. Чешуйчатыми.
9. Игольчатыми.
10. Волокнистыми.
11. Копьевидными.

Форма кристаллов: полиморфизм и правило Митчерлиха

В общем случае форма кристаллов зависит от температуры и внешнего давления. Так, например, нитрат аммония NH₄NO₃ при обычном давлении известен в пяти различных кристаллических формах, точки перехода между которыми лежат при —18, +32, +82 и + 125°С.

Подобные изменения называются полиморфными, а само явление существования различных кристаллов одного и того же вещества — полиморфизмом.

При одних и тех же условиях каждое вещество образует кристаллы только одной и совершенно определенной формы.

Хлорид натрия кристаллизуется в виде кубов, медный купорос — в виде октаэдров, а селитра — в виде призм (рис.).

Форма кристаллов является поэтому одним из наиболее характерных свойств вещества.

Природные кристаллы очень редко имеют правильную форму. Вследствие неравномерного развития и срастания друг с другом они, как правило, искажены.

Но как бы сильно ни был деформирован кристалл, его всегда можно «узнать».

Рис. Кристаллы хлорида натрия (а), медного купороса (б) и селитры (в).

Существует закон, сформулированный французским ученым Роме де Л’Илем, согласно которому углы между соответственными гранями кристаллов одного и того же вещества всегда постоянны.

Поэтому для распознавания кристаллического вещества достаточно измерить двугранные углы в кристалле и сравнить полученные значения с табличными данными.

Правило Митчерлиха

Некоторые вещества, близкие по своей химической природе или структуре, образуют совершенно одинаковые по форме (изоморфные) кристаллы.

Например:

MgSO₄ • 7Н₂O, ZnSO₄ • 7Н₂O, NiSO₄ • 7Н₂O, КАl(SO₄)₂ • 12(Н₂O), КСr(SO₄)₂ • 12(Н₂O)

Явление изоморфизма было открыто в 1819 г. немецким химиком Эйльхардом Митчерлихом, заметившим, что многие соли одинакового состава образуют кристаллы почти тождественной формы.

На этом основании он сделал обратное заключение: изоморфные вещества имеют одинаковое химическое строение.

Правило Митчерлиха помогло установить точные значения атомных масс многих элементов.

Например, из того факта, что сульфат калия, формула которого K₂SO₄ была в то время уже известна, образует смешанные кристаллы с селенитом калия, Э. Митчерлих заключил, что селенат имеет состав K₂SeO₄, и смог рассчитать атомную массу селена.

Рис. 2. Узлы и плоскости кристаллической решетки

Правильная и постоянная форма кристаллов давно привлекала пристальное внимание ученых, видевших причину этого явления во внутреннем строении кристаллов.

Так, И. Ньютон еще в 1675 г. писал:

«Нельзя ли предположить, что при образовании кристалла частицы не только установились в строй и ряды, застывая в правильных фигурах, но также посредством некоторой полярной способности повернули свои одинаковые стороны в одинаковом направлении».

Французский минералог и кристаллограф Рене Жюст Гаюи считал, что определенная форма кристаллов является следствием аналогичной формы молекул, образующих этот кристалл.

Однако такое представление продержалось не очень долго, по видимому, потому, что было чисто умозрительным.

В 1813 г. У. Волластон предложил заменить многогранные молекулы Гаюи шарами или просто математическими точками. Так возникло представление о кристалле как о пространственной решетке.

Каждую точку, в которой находится частица вещества, стали называть узлом кристаллической решетки, а параллельные и равноотстоящие плоскости, проходящие через узлы кристаллической решетки,— ее плоскостями (рис. 2). Некоторыми из этих плоскостей образованы естественные грани кристаллов.

Рис. 3. Элементарные ячейки кубической системы

Наименьшую часть кристаллической решетки, полностью передающую все характерные особенности ее структуры, называют элементарной ячейкой.

Любой кристалл можно представить состоящим из таких точек, плотно прижатых друг к другу. Одной и той же кристаллической системе может соответствовать несколько элементарных ячеек.

Рассмотрим, например, кубическую систему, все три координатные оси которой равны по длине и направлены под прямым углом друг к другу.

Куб с частицей в каждой вершине представляет собой простую кубическую элементарную ячейку (рис. 3, а).

В кубической гранецентрированной ячейке частицы вещества занимают все вершины и центры каждой грани (рис. 3, б).

И наконец, объемно-центрированная кубическая ячейка содержит частицы в вершинах и в центре куба (рис. 3, в).

Быстрые ответы?