Опишите главнейшие месторождения кремнеземистых материалов

     Многогранники первой группы представляют собой простые  формы, многогранники второй группы – сложные формы (комбинации).

     Простой формой называется совокупность граней, связанных между собой элементами симметрии.

      Грани одной простой формы должны быть одинаковыми по своим физическим и химическим свойствам, а в идеально развитых кристаллах – также по своим очертаниям и величине, так как все они связаны элементами симметрии, т.е. выводятся из одной заданной грани посредством этих элементов.

       В качестве примера  простой формы назовем октаэдр. В самом деле, все грани такого многогранника выводятся из одной заданной грани посредством его элементов симметрии (3L₄4L₃6L₂9PC). На рисунке грани 2, 3, 4 можно, в частности, вывести из грани 1 путем поворотов последней вокруг вертикальной L₄.

     В свою очередь, нижние грани – 5,6,7,8 –  получаются из верхних хотя бы с помощью отражения в горизонтальной плоскости симметрии.

     Простые формы могут быть как замыкающими  целиком пространство (закрытые формы), так и открытыми, не замыкающими  пространство со всех сторон.

     Число типов простых форм, входящих в  различные кристаллографические комбинации, является строго ограниченным и, как показывает математический анализ, равняется 47.

     К открытым простым формам относятся (см.приложение):

• моноэдр (1) – простая форма, состоящая из одной грани;
• диэдр (2) – простая форма, состоящая из двух пересекающихся граней;
• пинакоид (3) – простая форма, состоящая из двух параллельных граней;
• пирамиды – простые формы, состоящие из трех или большего числа граней, пересекающихся в одной точке (13–19). По форме поперечного сечения пирамиды называются: ромбической, тригональной и т.д.;
• призмы (27–33) – простые формы, состоящие из трех или большего числа граней, пересекающихся по параллельным ребрам. Так же как и пирамиды, по форме поперечного сечения призмы называются: ромбическими (27), гексагональными (32), тетрагональными (30), дитетрагональными (31) и т.д.

К закрытым простым формам относятся:

• дипирамиды (20–26), представляющие собой две одинаковые пирамиды, сложенные своими основаниями; они различаются по числу граней – дигексогональная (24 грани), дитетрагональная (16 граней) и т.д.
• скаленоэдры (11 –12 ) и трапецоэдры (7–9 ) – простые формы, сходные с дипирамидами, но с боковыми ребрами, не параллельными между собой;
• ромбоэдр (10) – простая форма, грани которой имеют форму ромбов, представляет собой куб, деформированный вдоль оси L₃ (телесной диагонали);
• тетраэдры (4–6) – простые формы, состоящие из четырех треугольных непараллельных граней.

     Кроме того, к кубической сингонии относятся  следующие простые формы:

• куб (гексаэдр) (34) – форма, состоящая из шести квадратных граней;
• октаэдр (35) – форма, состоящая из восьми равносторонних треугольных граней;
• тетраэдр (5) – форма, состоящая из четырех равносторонних треугольных граней;
• тригонтритетраэдр (36) – форма, производная из тетраэдра (на каждой грани тетраэдра по три грани в виде равнобедренных треугольников);
• тетрагонтритетраэдр (37) – форма, производная из тетраэдра (на каждой грани тетраэдра по три неправильных четырехугольника);
• пентагонтритетраэдр (38) – форма, производная из тетраэдра (на каждой грани тетраэдра по три пятиугольника);
• ромбододекаэдр (39) – форма, состоящая из двенадцати граней в виде ромба;
• пентагондодекаэдр (40) – форма, состоящая из двенадцати пятиугольников;
• тетрагексаэдр (41) – форма, производная из куба (на каждой грани куба по четыре равнобедренных треугольника);
• гексатетраэдр (42) – форма, производная из тетраэдра (на каждой грани тетраэдра по шесть равнобедренных треугольников);
• дидодекаэдр (43) – 24-гранник;
• тетрагонтриоктаэдр (44) – форма, производная из октаэдра (на каждой грани октаэдра по три неправильных четырехугольника);
• тригонтриоктаэдр (45) – форма, производная из октаэдра (на каждой грани октаэдра по три грани в виде равнобедренных треугольников);
• пентагонтриоктаэдр (46) – форма, производная из октаэдра (на каждой грани октаэдра по три пятиугольника);
• гексаоктаэдр (47) – 48–гранник (на каждой грани октаэдра по шесть треугольников).

     Сложные формы (комбинации) представляют собой комбинацию в одном кристалле нескольких простых форм. Все ее грани целиком не связываются элементами симметрии и, следовательно, могут быть различными по очертаниям, величине и по другим свойствам.

     При подсчете простых форм в комбинации (на моделях идеальных кристаллов) следует найти число сортов граней, составляющих данный многогранник. Различные  по сорту грани всегда принадлежат  различным простым формам. Грани  одного сорта в большинстве случаев относятся к одной форме (помимо этого, они должны быть связаны элементами симметрии). Обычно число простых форм в комбинации равно числу сортов граней данной фигуры (во всяком случае не меньше его).

 Примером такой комбинации  может служить шестигранная гексагональная пирамида. Шесть одинаковых треугольных граней ее, будучи связанными друг с другом элементами симметрии, представляют одну простую форму. Все они могут быть получены вращением одной грани вокруг L₆. Резко отличная по очертанию грань основания не выводится из предыдущих, т.е. принадлежит к другой простой форме. В результате получаем комбинацию, состоящую из двух простых форм.

     Число типов простых форм, входящих в  различные кристаллографические комбинации, является строго ограниченным и, как  показывает математический анализ, равняется 47. Комбинаций же возможно бесконечное количество.

     Иногда  наряду с образованием отдельных  одиночных кристаллов возникают  различные их сростки – беспорядочные  или закономерные. Интересный случай представляют двойниковые образования двух или нескольких кристаллов, закономерно срастающихся между собой в непараллельном положении. Образование таких сростков обусловливается обычно различными осложнениями процесса кристаллизации (изменение температуры, концентрации растворов и т.п.), препятствующими выделившимся из раствора элементарным кристалликам расположиться строго параллельно, что необходимо для правильного развития образующегося из них крупного одиночного кристалла.

     Двойником называется непараллельный сросток  двух кристаллов, в котором плоскость срастания обоих кристаллов имеет для каждого из них в отдельности одно и то же кристаллографическое значение, т.е. принадлежит сеткам одной и той же простой формы.

     Во  внешней форме кристалла двойникование  часто обнаруживается по присутствию входящего угла между гранями, который обычно не встречается в простых кристаллах. Взаимоотношения между частями двойника можно описать либо как отражение через плоскость, которая, за редким исключением, является возможной гранью кристалла и имеет рациональные индексы, либо как поворот на 180° вокруг оси, которая обычно (но не всегда) находится в простом взаимоотношении с кристаллографическими осями. Плоскость и ось с указанными характеристиками называются двойниковой плоскостью и двойниковой осью соответственно (или плоскостью и осью двойникования). В центросимметричных кристаллах существуют как двойниковые плоскости, так и двойниковые оси, перпендикулярные к ним. Образовавшиеся при этом двойники называются зеркальными двойниками или двойниками вращения. При стереографических построениях удобнее рассматривать двойники с точки зрения вращения. Соотношения между составными частями двойников описываются законом двойникования. Плоскость, соединяющая две части двойника, называется плоскостью двойникового срастания (двойниковым швом). Обычно она совпадает с двойниковой плоскостью. Двойники, соединенные по четко выраженной плоскости, относятся к двойникам срастания. Однако в некоторых случаях  тщательное исследование (возможное при изучении шлифов под микроскопом) показывает, что в одних случаях участки структуры с противоположной ориентацией перемежаются между собой в двух частях кристалла, а в других случаях две части кристалла, по-видимому, прорастают друг друга, образуя двойники прорастания. Их относительную ориентацию по-прежнему можно описывать с помощью двойниковой оси или двойниковой плоскости, однако плоскость срастания «растворяется» в множестве парных плоскостей решетки, пронизывающих весь объем кристалла.

     Связь между двойниковой осью и плоскостью срастания в двойниках срастания создает основу для дальнейшей классификации.

     Нормальные  двойники имеют двойниковую ось, перпендикулярную плоскости срастания, которая является двойниковой плоскостью.

     Параллельные  двойники содержат двойниковую ось, которая может иметь направление вдоль ребра кристалла (ось зоны) и лежать в плоскости срастания.

     Сложные двойники имеют двойниковую ось, лежащую в плоскости срастания и перпендикулярную к возможному ребру кристалла. 
 

     Помимо  первичных или возникающих непосредственно в процессе роста кристаллов, нередко образуются также и вторичные двойники, например, в результате механических воздействий (прокатка и наклеп металла), тепловых напряжений (при неравномерном расширении или сжатии отдельных частей кристалла от нагрева или охлаждения).

     Часто возникают двойниковые структуры  при полиморфных превращениях, особенно если при этом значительно изменяются удельные объемы различных модификаций, как у α- и  β-превращений кварца (SiO₂), лейцита – K[AlSi₂O₆] и т.п.

     При распаде твердых кристаллических растворов в результате уменьшения взаимной растворимости компонентов при понижении температуры также нередко наблюдается образование сложных двойниковых структур. В некоторых случаях образование двойников вредно, как, например, при получении кварца (SiO₂), корунда (Al₂O₃) и других кристаллов для технических целей. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     4.Опишите факторы определяющие зарождение и рост кристаллов. 

     В природе кристаллы образуются при  различных геологических процессах из растворов, расплавов, газовой или твердой фазы.

     Значительная  часть минеральных видов обязана  своим происхождением кристаллизации из водных растворов. Это и выпадение кристаллов солей в замкнутых водоемах при нормальной температуре и атмосферном давлении, и рост кристаллов на стенках свободных полостей в породах, возникающих в результате их растворения, на стенках трещин и пустот, при гидротермальных процессах на больших глубинах в условиях высоких давлений и температур, и образование отдельных кристаллов вторичных минералов в зонах окисления рудных месторождений. Некоторые кристаллы возникают на поздних стадиях кристаллизации магмы в полостях, называемых миароловыми пустотами (миаролами).

     Во  всех этих процессах, где минералообразующей средой служит водный раствор, растворимость многих веществ в воде не остается постоянной: она изменяется в зависимости от температуры, давления и химического состава среды. Например, если при обычных условиях в 1 л воды растворяется около 0,004 г кварца (SiO₂ ), то при Т= 350°С — 2,5 г, а в щелочных растворах — до 70 г. Из таких насыщенных кремнеземом растворов могут вырасти крупные кристаллы кварца. В лабораторных условиях кристаллы достигают больших размеров всего за несколько месяцев, тогда как в природе этот процесс может существенно замедляться, что связано, в частности, с низким пересыщением кристаллообразующих растворов.

     Кристаллы многих минералов образуются из многокомпонентного расплава — огненно-жидкой магмы. При этом если магматический очаг располагается на большой глубине и его остывание идет медленно, то магма успевает хорошо раскристаллизоваться и кристаллы вырастают достаточно крупными и хорошо ограненными. Если же остывание магмы происходит быстро (например, при вулканических извержениях, излияниях лавы на поверхность Земли), наблюдается практически мгновенная кристаллизация с образованием мельчайших кристалликов минералов и даже стекол.

     Кристаллы одних и тех же минералов (например, оливина, пироксенов, кварца, слюды  и др.) могут образовываться в  природе как из водных растворов, так и из магматического расплава.

     Незначительное  количество кристаллов минералов образуется из газов и паров. Это минералы главным образом вулканического происхождения (например, сера, нашатырь NH₄Cl и др.). Всем известные снежинки — результат кристаллизации льда из водных паров.

     Кристаллы могут образоваться при перекристаллизации твердых веществ, при этом вещество переносится с более мелких кристалликов на более крупные. Процесс перекристаллизации ведет к уменьшению суммарной поверхностной энергии системы, что и является его термодинамической движущей силой.

     Например, путем длительного нагревания (отжига) можно получить из мелкокристаллических агрегатов крупнокристаллические  и даже монокристаллы.

     В 1967 г. сотрудники Института кристаллографии  АН СССР провели следующий эксперимент по перекристаллизации сегнетовой соли (NaKC₄H₄O₆ ∙ 4Н₂0). Исходным материалом служил мелкий порошок растертого в ступе вещества, помещенный в герметически закрытый кристаллизатор, температура в котором искусственно повышалась и понижалась с амплитудой 0,6–0,7°С и с интервалом в 1,3 часа. Через шесть суток средний размер кристалликов достиг, приблизительно, 1 мм, через 50 суток — 3 мм.