Автор работы: Пользователь скрыл имя, 09 Апреля 2011 в 12:37, контрольная работа
В основе применения в промышленности песка, гравия, кварцитов, песчаников лежат разнообразные физические и химические их свойства: рыхлость одних и механическая прочность других, абразивная способность зерен кварца, высокое содержание кремнезема и обусловленные этим огнеупорность и кислотоупорность.
Аналогичный
процесс наблюдается и в
Итак, причинами кристаллизации минералов являются:
1. критическое пересыщение среды веществом будущих кристаллов. В природе оно может достигаться, например, в результате испарения растворителя (воды или др.). Так, многие природные соли, например, галит, сильвин, гипс, сидерит, ангидрит и др. нередко кристаллизуются после испарения воды в соленых водоемах – озерах и морских лагунах.
2. понижение температуры (например, лед, остывание и кристаллизация магматических расплавов). Пример этого типа кристаллизации – явление раскристаллизации вулканической лавы или перекристаллизация пород. Такой процесс начинается с появлением отдельных минералов (затравок), которые являются центрами кристаллизации – твердые частички укрупняются и на их месте появляются все более и более крупные зерна минералов. Зарождение кристаллов на затравках широко распространено в природе.
3. кристаллизация в результате химических реакций.
а) перекристаллизация. Например, при просачивании горячих растворов через породы на месте одних минералов образуются другие – полевой шпат превращается в чешуйчатый агрегат мусковита и кварца.
б) образование гидрогелей. Также в результате химических реакций окисления, восстановления или других обменных реакций образуются твердые гидрогели – бывшие коллоиды. Однако данный процесс более сложен, поэтому привязывать его только к результату химических реакций будет неправильно. Образуются коллоиды в результате химических реакций в водных средах, приводящих к конденсированию молекул, это реакции окисления, восстановления. Эти реакции характерны для поверхностной части земной коры. Особое значение в образовании коллоидов имеют бактерии – биохимические процессы. Важно отметить, что дисперсионные частицы в коллоидах электрически заряжены, причем знак заряда одинаков для всех частиц данного коллоида, благодаря чему эти частицы отталкиваются друг от друга, они находятся во взвешенном состоянии в дисперсионной среде. Гидрогели образуются из коллоидов путем свертывания или, как говорят, их коагуляции, что выражается в появлении сгустков в водной среде. Процесс свертывания наступает только в том случае, когда в силу тех или иных причин дисперсные частицы теряют свой заряд, становясь электрически нейтральными. При этом они слипаются, становятся более тяжелыми и оседают под силой тяжести.
4. особый тип зарождения кристаллов в природе – микробиологический. Например, зарождение кристаллов серы внутри клеток тионово-кислых бактерий в ходе их жизнедеятельности. Эти кристаллы микроскопического размера переходят в раствор, постепенно соединяются друг с другом и перекристаллизуются. Уже зародившиеся кристаллы в дальнейшем растут при любом пересыщении раствора отличном от нуля. Реальная морфология кристаллов отражает условия их роста, т.е. физические условия среды минералообразования.
На зарождение кристаллов влияют также следующие факторы:
Скорость зарождения кристаллов снижается при увеличении числа чередующихся операций.
Кристаллы растут в результате отложения новых слоев вещества; при этом каждая грань кристалла перемещается параллельно самой себе в направлении нормали – перпендикуляра, проведенного к грани из точки зарождения, т.е. нормаль указывает направление роста грани. Таким образом, скоростью роста некоторой грани называется величина нормального к ее плоскости отрезка, на который данная грань перемещается в единицу времени. Так как при росте кристалла грани его перемещаются параллельно самим себе, то углы между двумя любыми гранями растущего кристалла остаются постоянными (закон постоянства двугранных углов).
Вследствие того, что скорость роста различных граней неодинакова, некоторые грани кристалла увеличиваются в размерах, другие же постепенно уменьшаются и даже исчезают.
Наибольшее влияние на скорость нарастания граней оказывает их, так называемая наибольшая ретикулярная (сетчатая) плотность. Согласно О. Браве, на кристаллах преобладают грани, соответствующие плоским сеткам с наибольшей ретикулярной плотностью (под ретикулярной плотностью сетки подразумевается количество узлов, приходящихся на единицу ее площади).
Таким образом, грани с наибольшей ретикулярной плотностью чаще всего обладают наименьшими скоростями роста. Медленный рост граней обычно способствует увеличению их поверхности, их разрастанию. Такие грани становятся в кристалле доминирующими; это объясняется тем, что в плоских сетках с большей ретикулярной плотностью преобладают силы, действующие между атомами в плоскости самой сетки (тангенциальные силы). Силы же, которые вызывают притяжение атомов из окружающего раствора, нормальные к плоским сеткам, проявляются значительно слабее. В плоских сетках, имеющих малую ретикулярную плотность, превалируют нормальные силы.
Нередко (особенно в природных условиях) при росте кристалла состав окружающего его раствора существенно изменяется, в связи с чем кристалл приобретает зональное строение. Нарастающие новые слои образуют так называемые зоны роста, отличающиеся иногда по окраске, прозрачности, наличию включений и пр. Кроме того, каждая грань растущего кристалла, передвигаясь параллельно самой себе и изменяясь в размерах, образует внутри кристаллического тела как бы пирамиду. Основанием такой пирамиды служит сама грань, а вершиной – начальный центр кристаллизации. Такие пирамиды носят название пирамид роста.
Практически кристаллы никогда не бывают идеально однородными. Неодинаковые по строению сетки различных граней могут неодинаковым образом захватывать посторонние примеси. В связи с этим пирамиды растущих граней так же, как и зоны роста, нередко отличаются друг от друга по своим физическим и химическим свойствам.
Лишь в 1945 г. российский кристаллограф Г. Г. Леммлейн обратил внимание на присутствие на поверхности граней кристаллов спиралей, однако объяснить их возникновение не смог. А в 1949 г. появилась теория несовершенного роста кристаллов, предложенная английским ученым Ф. Франком (1884–1966), который пришел к пониманию механизма роста граней на основе представлений о винтовых дислокациях, генерирующих на своей поверхности не исчезающую в процессе роста ступеньку.
Впоследствии аналогичные спирали были найдены на многочисленных кристаллах различных веществ (например, на таких минералах, как гематит, барит, апатит, сфалерит, кварц и др.).
Согласно наблюдениям, в центре спирального роста всегда находится некоторый дефект в виде незначительного смещения мельчайших участков кристалла друг относительно друга (винтовая дислокация). Оказывается, нарастание грани может происходить не только отдельными порциями – слоями; оно осуществляется также путем постепенного навивания одного слоя, аналогичного по своему виду пологой винтовой лестнице, у которой отсутствуют ступени. Направление, в котором происходит закручивание слоя, называется осью винтовой дислокации. На поверхности кристалла разрастание слоя вокруг винтовой дислокации приводит к возникновению пологого конуса, поверхность которого имеет спиральное строение.
Однако
такие представления оказались неприменимы
для сильно пересыщенных растворов и расплавов.
В условиях больших пересыщений возможны
и другие механизмы роста. Исследование
морфологии поверхностей роста дает возможность
сделать важные выводы о механизмах кристаллизации.
Существует много методов исследования
поверхностей граней, главными из которых
являются оптическая и электронная микроскопия;
кроме того, структура и состав поверхности
изучаются методами дифракции медленных
электронов, масс–спектроскопии, ультрафиолетовой
и рентгеновской спектроскопии и т. д.
Приложение
Литература:
http://www.
Информация о работе Опишите главнейшие месторождения кремнеземистых материалов