Кристаллическое и аморфное строение вещества

В природе твердые минералы встречаются либо в виде кристаллов с более или менее хорошо выраженной формой многогранников, либо в виде неправильных по форме зерен или сплошных масс, характеризующихся как кристаллическим, так и аморфным строением. Большинство минералов, слагающих земную кору, имеет кристаллическое строение. На долю аморфных минералов приходится всего лишь около 2% от их общего количества.

Изучением кристаллического строения минералов занимается наука кристаллография, представляющая собою учение о кристаллах, их внешней форме и внутренней структуре.

Все минералы, имеющие кристаллическое строение характеризуются упорядоченным расположением слагающих их мельчайших частиц: атомов, ионов и молекул. Располагаясь упорядоченно, т. е. закономерно, последние образуют так называемую кристаллическую решетку. В качестве примера можно привести кристаллическую решетку каменной соли (рис. 3), графита и алмаза (рис. 4). В аморфном веществе те же частицы располагаются беспорядочно и какой-либо закономерности в их размещении не наблюдается.

Среди кристаллических минералов различают три типа кристаллических решеток:

1) атомные, когда в узлах кристаллической решетки находятся атомы (алмаз, графит и сера);

2) ионные, когда в узлах решетки расположены ионы (галит, пирит, глинистые минералы и др.);

3) молекулярные — в узлах решетки находятся молекулы (сахар, аспирин).

Основы учения о строении кристаллов были разработаны в конце XIX в. русским ученым Е.С. Федоровым, который установил 230 видов пространственного расположения частиц в кристаллах. В настоящее время кристаллическую структуру изучают путем просвечивания минералов рентгеновскими лучами. Выводы Федорова были подтверждены рентгено-структурным анализом.

Различие во внутреннем строении кристаллических и аморфных тел обусловливает различие их свойств. Так, например, для кристаллического состояния вещества характерна так называемая анизотропность. Она заключается в том, что свойства кристаллических тел остаются неизменными в любых параллельных направлениях и могут изменяться лишь в непараллельных.

У аморфных тел какой-либо закономерности в распределении свойств не существует. Аморфные тела характеризуются одинаковыми физическими свойствами во всех направлениях. Тела, свойства которых не меняются в зависимости от направления, называются изотропными.

Благодаря закономерному расположению атомов в минералах с кристаллическим строением, многие минералы образуют хорошо выраженные правильные природные многогранники. Различные их комбинации дают кристаллы. В таких кристаллах, как и в любых многогранниках, различают: грани, ребра, вершины и углы. Грани — это плоскости, ограничивающие кристалл, ребра — линии пересечения граней, а точки пересечения ребер называются вершинами. Две пересекающиеся плоскости образуют двухгранный угол.

Одним из важнейших положений кристаллографии является закон постоянства гранных углов. Сущность этого закона заключается в том, что углы между соответствующими гранями одного и того же минерала одинаковы и постоянны. По величине гранных углов представляется возможным определить любой минерал, так как каждый минерал характеризуется вполне определенными гранными углами.