Влияние параметров среды кристаллизации на габитус кристаллов. Понятие о растворении кристаллов

Как отмечалось, большинство минеральных видов (~ 90 %) кристаллизуются из растворов. Поэтому именно на примере растворов рассмотрим влияние параметров кристаллизации на габитус кристаллов.

Влияние насыщенности раствора. Насыщение характеризует степень неравновесности системы кристалл - раствор. Чем больше степень неравновесности системы, т. е. чем больше насыщение, тем отчетливее проявляется тенденция системы к достижению равновесия. Эта тенденция обусловливает скорость кристаллизации и отсюда - энергетическую эффективность данного процесса.

При значительном насыщении раствора действует механизм скорейшего роста - наращивание массы кристалла идет в первую очередь за счет тех граней, которые могут расти быстро. Когда насыщение очень велико, быстро могут расти любые грани. Зарождение новых слоев легко происходит на всей поверхности кристалла (см. рис. 1.16, 3). Вследствие этого возможен относительно равномерный рост граней по разным направлениям. Поэтому наиболее вероятна тенденция изометрического развития кристалла.

По мере уменьшения насыщения раствора увеличивается трудность зарождения новых слоев (см. рис. 1.16, 2). Возникает разница в скоростях роста различных граней, все более определяющая облик кристалла. Грани, на которых зарождение слоев происходит легче, обгоняют в росте другие грани, сокращаются в размерах до полного выклинивания (исчезновения, см. рис. 1.18), вследствие чего первоначальный облик кристалла изменяется.

При дальнейшем снижении насыщения раствора зарождение новых слоев становится маловероятным (см. рис. 1.16, 1) и ведущая роль переходит к дислокационному механизму роста (см. рис. 1.17). Именно такой механизм роста при малых насыщениях в наибольшей степени характерен для кристаллов средней и низшей категорий симметрии.

Оси винтовых дислокаций в кристаллах располагаются чаще всего в направлении наиболее прочных химических связей и поэтому нередко совпадают с направлением кристаллографических осей или плоскостей симметрии. Это обстоятельство обусловливает облик кристалла:

  • • при совпадении оси винтовой дислокации с кристаллографической осью облик кристалла становится длиннопризматическим, игольчатым;
  • • при совпадении оси дислокации с плоскостью симметрии кристаллы приобретают таблитчатый облик.

Влияние температуры раствора. От температуры зависит растворимость вещества и отсюда степень насыщения при неизменной концентрации раствора. Следовательно, температура также определяет облик кристалла - в зависимости от насыщения при данной температуре действует либо механизм послойного роста кристаллов, либо рост кристаллов определяется винтовыми дислокациями. Температура также влияет на процессы адсорбции, что приводит к различиям в питании отдельных граней кристалла, т. е. к различиям темпов роста этих граней. Значит, в общем случае облик кристалла изменяется в зависимости от температуры среды кристаллизации.

Влияние содержащихся в растворе примесей. В 1783 году Ромэ-де- Лиль заметил, что добавка мочевины меняет форму кристаллов, выпадающих из раствора поваренной соли - вместо обычных кубов растут октаэдры. Открытие Ромэ-де-Лиля считается первым исследованием о влиянии химических примесей на форму кристаллов. Экспериментально установлено, что такое влияние примесей может иметь при кристаллизации определяющее значение по сравнению с другими факторами. В настоящее время это обстоятельство широко используется в технологии управления формой при выращивании искусственных кристаллов. Велико значение примесей и в природной кристаллизации, практически всегда идущей в присутствии посторонних веществ. Для кристаллизации химически чистого кристалла концентрация примеси должна быть меньше уровня насыщения раствора веществом, из которого происходит кристаллизация.

Подчеркнем, что кристаллизацией можно отделить не всякое примесное вещество. Ионы (атомы, молекулы) примесей, близкие по размерам и химическим свойствам к ионам (атомам, молекулам) основного вещества, занимают часть позиций основного вещества в кристаллической структуре.

При этом формируются кристаллы смешанного состава, образующие твердый раствор. Такие примеси называются изоморфными. Примерами природных твердых растворов являются многие минералы класса силикатов - оливины, плагиоклазы, гранаты и др. Строго говоря, к твердым растворам относится большинство минералов, что является прямым следствием кристаллизации из сред смешанного состава. Не вызывая изменений в кристаллической структуре, изоморфные примеси практически не влияют на форму кристаллов.

Изоморфизм (грен, «изо» - равный, одинаковый, подобный и morphe - форма, вид) - способность атомов, ионов или молекул замещать друг друга в кристаллических структурах. В результате изоморфизма образуются твердые растворы замещения.

Гораздо сильнее влияют на форму кристаллов не изоморфные примеси. В состав кристаллизующегося вещества они входят в качестве дефектов - посторонних атомов или включений. Дефекты обусловливают ускорение роста тех граней, на которых они расположены. Отсюда не изоморфные примеси изменяют скорость роста различных граней, что приводит к изменению габитуса кристаллов.

Примесь способна повлиять на форму кристалла, не проникая внутрь него, а лишь адсорбируясь на поверхности. В одних случаях адсорбированное вещество «экранирует» грань, т. е. препятствует осаждению на ней частиц и тем самым тормозит рост грани. В других случаях примесь может разрушать «экран» грани, образованный другой примесью, увеличивая скорость роста грани. Отсюда неодинаковая адсорбция на гранях приводит к изменению габитуса кристалла. Так как адсорбция зависит от температуры, то одна и та же примесь при разных температурах может влиять на облик кристалла различно.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >