Kristallar haqida tushuncha. Kristallarning cheklovchi elementlari. Singoniyalar

5-MASHG’ULOT

KRISTALLAR HAQIDA TUSHUNCHA. KRISTALLARNING CHEKLOVCHI ELEMENTLARI. SINGONIYALAR.
Mashg’ulotning maqsadi: Kristallar bo’yicha umumiy tushuncha olish, ularning tuzilishini, singoniyalarini o’rganish.

Kerakli asbob uskunalar: Laboratoriya xonasidagi singoniya shakllardagi kristall turlari, ko’rgazmali materiallar, tarqatma uslubiy qo’llanmalar.

Ishning mazmuni:

Barcha kristall moddalar, amorf moddalardan farqli o’laroq, kristall panjaralar - material nuqtalar (atomlar, molekulalar, ionlar va ularning guruhlari) fazoda aniq geometrik qonuniy o’rinni egallagan bir jinsli cheksiz vektorial qurilmalari bilan ifodalangan qonuniy ichki tuzilishga ega. Material nuqtalarning joylashish o’rni kristall panjara tugunlari deyiladi. Bir to’g’ri chiziqda yotuvchi va davriy ravishda teng oraliqlarda takrorlanuvchi tugunlar majmuasi qatorlarni tashkil etadi, bir tekislikda yotuvchi qatorlar majmuasi esa kristall panjaraning yassi to’rini hosil qiladi.

Kristall panjaralar o’zining strukturasi bo’yicha juda xilma-xil bo’lib, bu ularning tarkibidagi material zarralar, ularning o’lchamlari, bir-biri bilan aloqasi, yaqin atrofi (koordinastiya) bilan bog’liq.

Barcha kristall moddalar qonuniy ichki tuzilishi natijasi hisoblanuvchi bir qator xossalarga ega. Ulardan biri - anizotroplik yoki turli yo’nalishlarda bir xil bo’lmaslikdir (odatda har doim izotrop bo’lgan amorf jismlardan farqli o’laroq). Ikkinchisi – bir jinsliligi - bir xil kristall moddalarning har qanday mayda zarralari bir xil xossalarga (parallel yo’nalishlar bo’yicha) egaligi bilan ifodalanadi. Ammo kristall moddalarning eng xarakterli xossasi bo’lib ularning o’z-o’zidan tomonlar hosil qilish xususiyati, ya’ni erkin o’sish sharoitlarida to’g’ri ko’p tomonli shakllarni - kristallarni (yunoncha «kristallos» - muz) vujudga keltirishi hisoblanadi.

Kristallar bilan batafsil kristallografiya fani shug’ullanadi. Kristallarning sirti tekislik - tomonlar bilan chegaralangan bo’lib, ular to’g’ri chiziqlar - qirralar bilan kesiladi. Qirralar kesishgan nuqta uchlarini tashkil etadi.

Kristallarning tashqi shaklida kristall panjaralar tuzilishining qonuniyatlari aks etgan bo’ladi, shuning uchun ham har bir kristall modda, shu jumladan har bir mineral ham o’zi uchungina xarakterli bo’lgan shaklga ega bo’ladi.

Kristallarning ichki tuzilish va tashqi shakli orasidagi bog’liqlik kristallografiyaning asosiy qonunlaridan biri - burchaklar doimiyligi qonuni bilan ifodalangan bo’lib, unga muvofiq bir xil moddaning barcha kristallarida tomonlari (va qirralari) orasidagi burchak doimiydir.

Kristallarning eng xarakterli xususiyati bo’lib ularning simmetriyasi sanaladi.

Simmetriya (yunoncha - «mos o’lchamlilik») tabiatda juda ham keng tarqalgan, ammo u faqat kristallar dunyosidagina yaqqol ifodalangan bo’ladi.

Kristallardagi simmetriya - bu figuralarning muayyan tomonlari, qirralari va burchaklarining qonuniy takrorlanishi, ya’ni ma’lum burchakka buralganda oldingi holatini egallashidir. Simmetriyani ta’riflash uchun simmetriya elementlari deb ataluvchi hayoliy obrazlardan - nuqtalar, to’g’ri chiziqlar, tekisliklardan foydalaniladi.

Simmetriya markazi (S) - kristall ichidagi nuqta bo’lib, u jism yuzasidagi barcha qarama-qarshi nuqtalarni tutashtiruvchi chiziqlarni teng ikkiga bo’ladi. Kristallarda faqat bitta simmetriya markazi bo’lishi mumkin, nosimmetrik shakllarda esa umuman bo’lmaydi.

Simmetriya o’qi (L) - to’g’ri chiziq bo’lib, uning atrofida kristall shakl aylantirilganda teng qismlari takrorlanadi, ya’ni u o’z-o’zining o’rnini egallaydi. Shakl 360° ga burilganda o’z-o’zining o’rnini olish soni simmetriya o’qining tartibini belgilaydi. Kristallografiyada 2, 3, 4 va 6 tartibli simmetriya o’qlari mavjud.

Simmetriya tekisligi (R) - bu shaklni bir-biriga nisbatan kuzgudagi aksidek simmetrik teng ikki qismga bo’luvchi hayoliy tekislikdir.

Kristallarda simmetriya elementlari yakka yoki bir-biri bilan muayyan kombinastiyada kuzatilishi mumkin. Bunda simmetriya elementlarining barcha hohlagan elementlarining to’plami mavjud bo’lmaydi. Simmetriya elementlarining ehtimoliy to’plamini matematik tomondan keltirib chiqaruvchi bir qancha nazariyalar mavjud.

Simmetriyaning ettita kristallografik tizimga yoki singoniyaga (yunoncha «o’xshash burchakli»), singoniyalar esa o’z navbatida toifalarga umumlashtiriladi.

Kristall moddalarning eng muhim xususiyati ularda polimorfizm va izomorfizm hodisasining rivojlanishida o’z ifodasini topadi.

Polimorfiz (yunoncha «poli» - ko’p, «morfe» - shakl) deb tashqi sharoitlarga bog’liq holda birikmalar va oddiy moddalarning turli strukturaviy shakllarda kristallanish xossasiga aytiladi. Mazkur kristall moddalarning muayyan bir tabiiy-kimyoviy sharoitlarda barqaror bo’gan xillari uning polimorf modifikastiyasi deyiladi.

Tabiiy mineral hosil bo’lish sharoitlari juda xilma-xil bo’lganligi sababli minerallar orasida polimorfizm ancha keng tarqalgan. Bunga yorqin misol bo’lib uglerodning polimorf modifikastiyalari - olmos va grafit sanaladi.

Olmos odatda yuqori bosim sharoitlarida vujudga keladi va mustahkam kubik panjaraga ega bo’ladi; past haroratlarda esa uglerod qatlamli geksagonal panjaraga ega grafit holida kristallanadi. Shu tufayli bir tarkibga ega bo’lgan bu ikki mineral mutlaqo boshqa xossalarga ega.

Bunga boshqa misol qilib FeS₂ ning - pirit (kubik) va markazit (rombik); SaSO₃ - kalstit (trigonal) va aragonit (rombik) va b. polimorf modifikastiyalarini ko’rsatish mumkin.

Minerallarning kristallarini hosil qiluvchi strukturaviy birliklar muayyan sharoitlarda kristal kimyoviy xossalari bo’yicha (o’lchamlari, zaryadlari, kimyoviy bog’lanish holati, koordinastiyasi) ularga yaqin bo’lgan boshqalari bilan o’rin almashishi mumkin. Bu hodisa izomorfizm (yunoncha «izos» - teng, «morfe» - shakl) deb ataladi.

Izomorfizm deganda minerallarning kristall panjaralarida atomlar, ionlar yoki ularning boshqa gruhlari tuzilishi o’zgarmasdan turib o’zaro o’rin olish hodisasi tushuniladi. Bunda hosil bo’luvchi moddalar o’zgaruvchi tarkibga ega bo’ladi va izomorf aralashma yoki qattiq eritma deyiladi.

Qattiq minerallar yaqqol kristall holatdan tashqari faqat rentgen strukturaviy tadqiqotlarda ko’rish mumkin bo’lgan yashirin kristalli tuzilishga ega bo’lishi mumkin. Bunday minerallar odatda tabiiy kolloidlarning degidratastiyasi va qayta kristallanishi tufayli vujudga keladi. Ularga limonit, xalstedon, opal, kaolinit misol bo’la oladi.

Amorf minerallar, ya’ni tartibli ichki tuzilishga ega bo’lmaganlari ancha siyrak uchraydi va ularga ba’zi kvarst shishalari kiradi.