Экзаменационные вопросы по курсу минералогии с основами кристаллографии

• Название: Экзаменационные вопросы по курсу минералогии с основами кристаллографии
• Анкор: 838043.doc
• Дата: 17.08.2018
• Размер: 343 Kb.
• Имя файла: 838043.doc
• Тип: Экзаменационные вопросы; #23096
• страница: 4 из 6

Билет 15.
Виды симметрии кристаллов, не обладающих единичными направлениями.

Математически доказывается, что не обладают единичными направлениями известные из курса геометрии правильные многогранники: тетраэдр (четыре правильных треугольника), куб (шесть квадратов), октаэдр (восемь правильных треугольников), додекаэдр (12 правильных пятиугольников), икосэдр (двадцать правильных треугольников). Последние два следует отбросить, так как они имеют оси пятого порядка, не встречающиеся в кристаллах. При этом додекаэдр не следует путать с пентагон-додекаэдром (там пятиугольники неправильные). Понятно, что рассматриваем кубическую сингонию.

В тетраэдре имеются лишь оси 3L₂4L₃, В кубе и октаэдре: 3L₄4L₃6L₂.

А) Совокупность осей тетраэдра примем за примитивный вид симметрии.

Б) Для получения центрального вида добавляем к примитивному центр инверсии. Согласно теореме Эйлера получаем перпендикулярно каждой двоичной оси плоскость симметрии: 3L₂4L₃3PC.

В) Переходим к планальному виду. Вдоль четырех тройных осей проводим плоскости симметрии. С помощью тройной оси из любой плоскости симметрии выводим три таких плоскости. Каждая плоскость при этом проходит через две оси третьего порядка. Получаем 3L₂4L₃6P.

Г) Аксиальный вид симметрии получается путем присоединения к четырем тройным осям, перпендикулярных к ним двойных осей. Вокруг тройной оси двойные оси повторяются трижды, причем, каждая L₂ перпендикулярна двум осям третьего порядка (три оси четвертого порядка). Получаем комбинацию уже приведенную для куба и октаэдра.

Д) Добавив к аксиальному виду центр инверсии, получаем, планаксиальный вид симметрии. 3L₄L₃6L₂9PC.
Гетероэпитаксия

Как уже было сказано – гетероэпитаксия – закономерное срастание кристаллов одного минерала на поверхность другого.

Типы гетероэпитаксических срастаний:

Синтаксия – закономерное срастание одновременно растущих кристаллов (графические кварц-полевошпатовые структуры в пегматитах).

Топотаксия – закономерные срастания, возникающие в результате распада твердых растворов.
Альбитизация (апограниты).

Апограниты – метасоматические породы, образовавшиеся в результате гидротермальной переработки высокотемпературными ЩЕЛОЧНЫМИ растворами, образовавшимися при кристаллизации этих гранитов. Характеризуются привносом натрия и выщелачиванием калия.

Условия: Т – 520-460⁰С. Давление соответствует глубинам 1,5 – 2,5 км.

Растворы – гидрокарбонатно-натровые. Катионы: Na⁺. Анионы: CO₃^2-, Cl^-, F^-.

С альбититами связаны крупнейшие месторождения танталониобатов, также они источники лития, бериллия, редких земель и др.

Исходные минералы: кварц, КПШ, биотит, гранитные акцессоры.

Взаимодействие происходит по схеме:

КПШ + Na⁺ = Альбит + К⁺.

К⁺ переходит в раствор и входит в состав слюд.

В итоге получается светлая альбит-кварцевая порода.

Минералы: амазонит (альбит с 1,8% примесью рубидия), литиевые слюды, берилл, колумбит, танталит, пирохлор, циркон.
Билет 16
Обозначение видов симметрии

Виды симметрии записываются следующими способами:

А) Полная запись в виде выше приведенных формул.

Б) Сокращенная запись – только порождающие элементы симметрии (т.е., такая минимальная группа элементов симметрии, необходимая для вывода данного класса (генератор)).

В) Международная система обозначения видов симметрии.

Тождественное преобразование – 1

Центр симметрии 1

Простые оси – 2,3,4,6.

Инверсионные оси – 2 и 4, подчеркнутые сверху.

Плоскость симметрии – m. Если она перпендикулярна четной оси, то от обозначения оси, она отделяется косой чертой. 6/m, 4/m, 2/m.

Г) Спектроскопическая система обозначения классов симметрии:

Кубич: Т – тетраэдр, Th – центральный, Td – планальный, O – октаэдр.

h – координатные плоскости d – диагональные.
Пространственная решетка и ее свойства. Элементарная ячейка пространственной решетки.

Построение структуры вещества по принципу пространственной решетки – главная особенность кристаллического вещества.

Пространственная решетка – трехмерная упорядоченная система точек.

Свойства пространственной решетки:

А) Через два любых узла пространственной решетки можно провести ряд.

Б) Через любой узел, не принадлежащий данному ряду можно провести ряд параллельный данному.

В) Имея три узла можно построить пространственную сетку.

Плоская сетка состоит как минимум из двух пересекающихся систем параллельных рядов, отсюда вытекает, что:

Г) Через узел, не принадлежащий данной плоской сетке можно провести два ряда, задающие плоскую сетку, параллельную данной

Д) Через пары узлов двух плоских сеток можно провести ряды не параллельные этим плоским сеткам.

Таким образом, пространственную решетку можно задать тремя рядами, пересекающихся в одном узле.

Элементарная ячейка – минимальный элемент повторяемости решетки, имеющий форму параллелепипеда (призмы). Элементарная ячейка задается углами между направлениями рядов (α,β,γ) и расстояниями между ближайшими узлами (a₀, b₀, c₀) вдоль каждого кристаллографического направления.

Параметры э.я. выбираются в качестве параметров координатного репера кристалла.
Грейзенизация.

Грейзены – метасоматические постмагматические породы, образующиеся при воздействии пневматолито-гидротермальных растворов, отделившихся при кристаллизации гранитной магмы на алюмосиликатные породы и, прежде всего, на сами гранитоиды.

Условия:

1. 
   Пневматолитовый и высокотемпературный гидротермальный процесс
   
2. 
   Сильнокислая среда: фтороводород, хлороводород, борная кислота.
   
3. 
   Высокая активность калия.
   

Характеристика:

Т – 600-375⁰С, после чего сменяется гидротермальным процессом (375 – 300⁰С).

Р – 0,3 – 1 кбар, 1 – 4 км.

Реакция по схеме:

5К[AlSi₃O₈]+ 3HF = KAl₂(OH,F)₂[AlSi₃O₁₀] + Al₂F₂[SiO₄] + 11SiO₂ + 2КОН.

КПШ + фтороводород = серицит (мелкочешуйчатый мусковит) + топаз + кварц + щелочь.

Специфический набор редких металлов: вольфрам, молибден, олово, висмут, бериллий.

Минералы: вольфрамит, молибденит, касситерит, висмутин, берилл.

Месторождение: Шерлова гора.
Билет 17.
Частные и общие простые формы, комбинации.

В ходе роста в реальных кристаллах могут образовываться как грани одного сорта, так и нескольких сортов. Первые являются простыми формами, вторые – комбинациями.

Итак, простой формой называется совокупность граней, связанных между собой элементами симметрии (например, при отсутствии элементов симметрии, размножающих грань, получаем простую форму – моноэдр). Грани одной и той же простой формы должны быть одинаковыми по физическим и химическим свойствам. А в идеальных кристаллах по форме и по величине (что довольно нечасто). Простые формы выводятся из одной заданной грани посредством элементов симметрии.

Простая форма называется общей, если ее грани располагаются косо относительно всех осей и плоскостей симметрии (исключение пентагон-тритетраэдр в примитивном виде кубической сингонии), и частной, если ее грани располагаются перпендикулярны или параллельны хотя бы одной оси или плоскости симметрии

Комбинацией называется совокупность двух или нескольких простых форм. Все грани целиком не связываются элементами симметрии и могут быть различными по размеру, величине, очертаниям.

В кристаллографии имеем всего 47 типов простых форм. Все они выводятся строго математически. Комбинаций же возможно большое количество.
Типы пространственных решёток

Браве установил, что существует всего 14 типов пространственных решеток.

Правила выбора типа пространственной решеткой:

А) Симметрия э.я. должна соответствовать максимальному набору элементов симметрии сингонии, к которой относится кристалл.

Б) В э.я. должно быть максимально возможное число прямых углов или максимальное число равных углов и ребер.
В) Э.я. должна иметь максимальный объем:

Далее приводите типы расположения узлов в решетках: примитивная, базоцентрированная, гранецентрированная, объемноцентрированная
Базовые трансляции определены примитивной решеткой:

Примитивная: 8*1/8 = 1 – восемь штук в узлах

Базоцентрированная: (8*1/8)+(2*1/2) = 2 – восемь в узлах, две на противоположных гранях

Гранецентрированная: (8*1/8)+(6*1/2) = 4 – восемь в узлах, шесть на гранях

Объемноцентрированная (8*1/8)+(1*1) = 2 – восемь в узлах, один в центре.
Четырнадцать типов решеток Браве:

Триклинная примитивная

Моноклинная примитивная

Моноклинная базоцентрированная

Ромбическая примитивная

Ромбическая базоцентрированная

Ромбическая объемноцентрированная

Ромбическая гранецентрированная

Тетрагональная примитивная

Тетрагональная объемноцентрированная

Гексагональная примитивная

Гексагональная дважды объемноцентрированная

Кубическая примитивная

Кубическая объемноцентрированная

Кубическая гранецентрированная
Ячейка Браве дважды объемноцентрированная принадлежит кристаллам тригональной подсингонии, имеет дополнительные узлы, располагающиеся на одной из длинных диагоналей ячейки в точках ее пересечения с осями третьего порядка, делящих эту диагональ на три равные части.
Фенитизация.

Фениты – любые силикатные породы, подвергшиеся интенсивному контактово-метасоматическому изменению под воздействием щелочных метасоматических агентов, возникающих при эволюции щелочных магматических расплавов. Локализуются близ крупных массивов щелочных пород. Контактовые ореолы достигают мощности в несколько сотен метров.

Условия: при фенитизации гранито-гнейсов – вынос кремнекислоты вплоть до полного исчезновения.

Привнос щелочей: Na, K и накопление глинозема (нефелинитизация).

Т – 1200-1000⁰С (контакт, плавление с последующим снижением температуры).

Щелочная среда Ph – 8-10.

Зональность, реликты.

Новообразованные минералы: нефелин, щелочной пироксен (эгирин), щелочной амфибол (арфведсонит), диопсид, ортоклаз.

По мере удаления от щелочного интрузивного массива породы зонально сменяются:

1. 
   Нефелин + эгирин + КПШ + альбит.
   
2. 
   Падение концентрации новообразованных минералов, встречаются реликты первичных пород.
   
3. 
   Практически неметасоматизированные породы. Изменения заключаются в альбитизации пород.
   

Элементы: ниобий, тантал, редкие земли, уран, торий.

Минералы: пирохлор, циркон, лопарит.

Месторождения: Хибинский, Ловозерский массивы – Кольский п-ов. Вишневые горы – Урал.
Билет 18.
Понятие о выводе простых форм.

В каждом виде симметрии общая форма может быть только одного типа и одного названия. В другом виде симметрии эта форма может стать частной.

Большую помощь при выводе простых форм оказывают стереографические проекции. Исходя из рассмотра совокупности простых форм, получаем полные характерные комбинации.
Плотнейшие упаковки: ПГУ и ПКУ

Стабильная постройка из атомов, ионов или других частиц должна обладать минимальной внутренней энергией. Следует решить вопрос: как заполнить пространство шарами одинакового радиуса с максимально возможной плотностью. Расстояние между шарами равно их удвоенному радиусу.

Лунка – пространство между шарами в слое.

Лунки первого типа – фигурное острие от себя, второго типа – к себе.

Шары следующего слоя можно разместить только в лунках одного типа.

При этом шары занимают 74,05% объема.

При плотнейшей упаковке между шарами остаются пустоты – октаэдрические и тетраэдрические. 6 смежных шаров образуют октаэдрическую пустоту, 4 – тетраэдирческую.

Физический смысл плотнейших упаковок состоит в том, что структуру сложных соединений можно представить в виде ПУ частиц одного сорта с частицами других сортов, размещенных в пустотах этой ПУ.

Плотнейшая гексагональная упаковка ПГУ – шары второго слоя располагаются в лунках первого, третий слой дублирует первый. ПГУ состоит из двухслойных пакетов …/АВ/АВ/АВ/…

Центр тяжести ПГУ окружен 6 октаэдрическими и 8 тетраэдрическими пустотами.

Плотнейшая кубическая ПКУ упаковка состоит из трехслойных пакетов …/АВС/АВС/АВС/…

Второй слой укладывается в лунки 1-го типа первого слоя. Третий слой – в лунки 1-го типа второго слоя.

Центр тяжести ПКУ окружен 6 октаэдрическими и 8 тетраэдрическими пустотами. Октаэдрические пустоты заперты тетраэдрическими.

Образование скарнов.

Скарны – известково-магнезиально-железистые силикатные породы, образующиеся метасоматическим путем на контакте карбонатных пород с магматическими (чаще с гранитами).

Резкая контрастность пород по химизму.

Т – 880-500⁰С – магнезиальные скарны, 800-400⁰С – известковые скарны.

На внутренних контактах образуются эндоскарны, соответственно на внешних – экзоскарны.
Магнезиальные скарны:

Образуются на контакте с доломитами и магнезитами.

Ассоциация: форстерит, флогопит, шпинель, диопсид, энстатит, реликты карбонатов.
Известковые скарны: на контакте с мраморизованными известняками и скарнами.

Кальциевые силикаты: волластонит, гроссуляр, андрадит, диопсид-геденбергит, везувиан, эпидот, датолит.

Месторождение: датолит-везувиан-геденбергитовый скарн в Дальнегорске – Приморье.
Билет 19.
Низшая категория

Число одинаковых граней	Взаимное расположение граней
1		моноэдр
2	Грани параллельны	пинакоид
2	Грани пересекаются	диэдр
4	Грани попарно параллельны	Ромбическая призма
4	Все грани пересекаются в одной точке	Ромбическая пирамида
4	Грани непараллельны и образуют замкнутую форму (попарно пересекаются по одному ребру)	Ромбический тетраэдр
8	Грани, проецирующиеся в верхней и нижней полусферах пересекаются в точках южного и северного полюсов, а также в экваториальном поясе	Ромбическая бипирамида

Пустоты ПУ. Их положение в ПГУ и ПКУ

То есть, получаем для ПГУ Т-пустоты располагаются над Т-пустотами, а О-пустоты над О-пустотами.

Для ПКУ – Т-пустоты располагаются над О-пустотами.

В пустотах ПУ могут располагаться частицы другого сорта. В плотнейших упаковках над и под частицей находятся Т-пустоты. В ПУ одну частицу окружают 6 О-пустот и 8 Т-пустот. А на одну частицу приходится 1 О-пустота и 2 Т-пустоты.

Таким образом, в структурах построенных на базе ПУ, на каждую частицу приходится максимум одна частица, занимающая О-пустоту и 2 частицы, расположенные в Т-пустотах.
Для ПГУ характерны следующие расположения частиц: /АВ/АВ/; /АС/АС/; /ВС/ВС/.

Для ПКУ: /АВС/АВС/; /АСВ/АСВ/ и т.д.
Различные минеральные виды различаются между собой: типом ПУ, сортностью и числом заселенных пустот, законом заселения.

Число заселяемых пустот определяется типом соединения и валентностью элементов, подчиняется правилу электронейтральности.

Итак: галит (хлорид натрия) – ПКУ 1:1

Оксид лития – ПКУ 2:1

Корунд (оксид алюминия) – ПГУ 2:3

Для корунда следует указать, что алюминий заполняет 2/3 октаэдрических пустот при сохранении электронейтральности.
Источники гидротермальных растворов, причины минералообразования и формы отложения.

Процессы образования минералов из горячих гидротермальных растворов.

Источники:

1.Магматогенные ювенильные воды – отделяются при кристаллизации магм (в основном кислых).

2.Метеорные воды – исходно поверхностные, проникшие на глубину и прогретые за счет тепла пород и магм.

3.Метаморфогенные воды – образовались в ходе литификации осадка и метаморфизме водосодержащих осадочных горных пород. Дегидратация водосодержащих минералов.

Большинство минералов слабо растворимы в рудных растворах. Перенос происходит в виде комплексных соединений, растворимость которых выше.

Золото переносится в комплексах с дигидросульфатом, гидросульфатом и хлоридом.

Гидротермальный геохимический барьер и причины его возникновения:

А) Понижение температуры воды от 550 до 70⁰С ведет к понижению растворимости.

Б) При падении давления – вскипание растворов с выделением углекислого газа.

В) Равновесие нарушается, комплексы разрушаются.

Так при перепаде давлений бикарбонат разлагается на кальцит, углекислоту и воду.

Г) Изменение химической обстановки.

- Разбавление растворов по схеме:

Na₂HgS₂ + H₂O + CO₂ = HgS + Na₂CO₃ + H₂S (р-р).

- Взаимодействие с кислородом метеорных вод по схеме:

Na₂HgS₂ + 2O₂ = HgS + Na₂SO₄.

- Взаимодействие с вмещающими породами.

При этом изменяются значения активности и кислотности.

Гидротермальные минералы образуют следующие агрегаты: жильные тела, представляющие собой закономерные и незакономерные, автоэпитаксические и гетероэпитаксические срастания множественных кристаллов, образуя при этом различные полости, занорыши, погреба, где выкристаллизовываются ценные компоненты и хорошо развитые кристаллы. Последние в виде корок, жеод, сферолитов, друз.