3.4: 광물의 물리적 특성 I: 결정 및 벽개

1. 광물 샘플 그룹 설립

1. 석영, halite, 방해, 가넷, 비오테이트 및/또는 muscovite : 가능한 한 많은 다음을 포함한다. 일부는 크리스탈 성장 기능 및 크리스탈 분열 기능에 대 한 다른 선택.

2. 크리스탈 형태를 관찰하고 분석

1. 샘플을 관측 표면에 놓습니다.
2. 모든 면을 관찰하기 위해 회전합니다. 크리스탈 면, 크리스탈 엣지(얼굴이 만나는 선), 크리스탈 정점(가장자리가 만나는 지점)을 찾습니다.
3. 가능한 경우 고니오미터를 사용하여 얼굴 간 각도를 측정합니다. 이것은 단순히 특정 크리스탈 얼굴에 고니오미터의 한쪽을 놓고, 인접한 얼굴에 곤니오미터의 다른 면을 놓은 다음 각도를 읽는 것으로 수행됩니다.
4. 특징적인 결정성 폴리헤드라 세트와 비교하십시오.
5. 반복 단계 2.1 – 2.4 석영 (주 육각형 대피라미드 형태(그림 1)),방해 (노트 스케일노헤드론 형태(그림 2)),halite (노트 입방 결정 형태(도 3)),가넷 (노트 도데카헤드론 형태(그림 4)),및 비오티트 (참고 pseudo-hexagoal 형태)에 대한2.1)

그림 1. 육각형 대피라미드 형태를 표시하는 석영.

그림 2. 스케일노헤드론 형태를 표시하는 석미. 여러 결정면이 교차하여 결정 가장자리를 형성하고 가장자리의 조합은 "정점"이라고 하는 점을 형성합니다. 대칭 결정 성장 형태는 결정 격자 내의 기본 원자 구조 (단위 세포)의 반복에 의해 생성됩니다. 이 경우, 방해미 결정 성장은 스케일노헤드론으로 알려진 특정 폴리에드론을 생성한다.

그림 3. 할라이트는 입방 크리스탈 형태를 표시합니다.

그림 4. 도데카히드론 형태를 표시하는 가넷.

그림 5. 의사 육각형을 표시하는 비오티트.

3. 분열 관찰 및 분석

1. 눈 보호에 넣어.
2. 부서지는 표면에 석영 조각을 놓습니다.
3. 망치를 사용하여 석영 조각을 반으로 부수습니다.
4. 손 렌즈를 사용하여 절단 표면에 대한 석영의 깨진 조각을 관찰합니다. 석영에는 아무 것도 없습니다. 석영은 골절을 부출하지만 잘 정의된 골짜기표면(도 6)을나타낸다. 이것은 석영 결정 격자 (실리카 테트라 헤드랄이라고 불리는 SiO₄ 단)의 단위 세포가 모든 방향에서 비교적 동일한 결합 강도를 가지고 있다는 사실의 결과입니다. 이러한 결합 강도의 균일성은 바람직한 파손 평면이 없는 크리스탈을 생성합니다.
5. 반복 단계 3.2 – 3.4 방해기 (마름모꼴 분열(그림 7)을표시해야한다), halite (입방 분열(그림 8)을표시해야한다), 비오타이트, 및 / 또는 muscovite (각 디스플레이 평면 골짜기(도 9).
6. 손 렌즈를 사용하여 다양한 골짜기 특성을 평가합니다. 분열은 다양한 수준에서 발생할 수 있습니다. 특정 방향에서 결합 강도에 극적인 차이가 있을 때, 예를 들어, 예를 들어, SiO₄ 군의 시트 사이로, 이러한 시트 사이에 거의 완벽한 분열이 생성된다. 위에서 언급 했듯이 석영은 거의 총 분열부족을 나타낸다. 이러한 극단 (완벽한 분열과 분열의 부족) 사이에, 좋은 분열(예를 들어, feldspar) 및 가난한 분열 (수륙 활공 결정에 특정 얼굴)이 미네랄이 있습니다.

그림 6. 분열 표면없이, conchoidal 골절을 표시 석영.

그림 7. 조개 골짜기 분열을 표시하는 석미. 대칭 파괴 및 골절 표면은 결정 격자 내의 원자 결합에서 상대적 약점의 영역에 의해 생성됩니다. 조미석 분열은 마름모꼴로 알려진 특정 다각형으로 초래한다.

그림 8. 할라이트는 입방 분열을 표시합니다.

그림 9. 비염은 평면 골짜기를 표시합니다.

미네랄은 지구에서 발견되는 무기 물질로, 식별 및 분석에 도움이 되는 고유한 특성을 가지고 있습니다.

많은 광물이 "결정 구조"를 나타냅니다. 이 결정질 물질은 단위 세포라고 불리는 반복되는 원자 그룹으로 구성된 고도로 질서 정연한 원자 배열을 가지고 있습니다. 단위 셀은 결정 내에서 동일하기 때문에 미시적 및 거시적 규모에서 결정의 대칭을 담당합니다.

이 대칭은 광물 결정이 예측 가능한 방식으로 부서지거나 쪼개지게 합니다. 분열은 결정이 약한 구조적 평면을 따라 끊어지는 경향입니다. 따라서 광물이 쪼개지는 방식은 결정 구조에 대한 통찰력을 제공합니다.?

이 비디오는 광물 샘플을 부수고 분열을 관찰하여 거시적 규모의 광물 결정 형태를 분석하는 방법을 보여줍니다.

결정질 고체는 반복되는 패턴으로 조직된 원자를 포함하는 반면 비정질 고체는 순서가 없습니다.? 예를 들어, 탄소는 다양한 형태로 발견될 수 있습니다. 비정질 탄소의 원자는 무작위로 배열되는 반면 다이아몬드의 원자는 정렬된 결정으로 배열되어 있습니다.

결정은 반복되는 동일한 단위 셀의 배열이며, 이는 단위 셀 가장자리의 길이와 그 사이의 각도에 의해 정의됩니다. 이러한 반복되는 구조는 세 개의 공간 방향으로 무한히 확장되며 결정의 균일성과 특성을 정의합니다.

7개의 기본 단위 셀이 있습니다. 가장 간단한 단위 셀인 큐브는 모서리 길이가 같고 각 모서리에 원자가 있습니다. 변형에는 서로 다른 가장자리 길이를 가진 정방형과 직방형이 포함됩니다.

마름모꼴 결정 구조는 직각이 없는 유사한 평행면 형상을 가지고 있습니다. 단사정과 삼원은 모양이 비슷하지만 각도와 가장자리 길이가 다릅니다. 마지막으로, 육각형 구조는 6개의 직사각형 면이 있는 두 개의 평행한 육각형 면으로 구성됩니다.

이러한 구조의 변화는 얼굴 중심이라고 하는 결정면 또는 몸체 중심이라고 하는 결정체에 추가 원자가 포함될 때 발생합니다.

결정이 부서질 때, 그들은 구조적으로 약한 결정 평면을 따라 쪼개지는 경향이 있습니다. 분열 품질은 평면 내부 및 평면 전체의 결합 강도에 따라 달라집니다. 좋은 분열은 장소 내의 결합의 강도가 평면 전체의 결합보다 강할 때 발생합니다. 불량한 절단은 결합 강도가 결정면을 가로질러 강할 때 발생할 수 있습니다. 결정은 기저 분열이라고 하는 한 방향으로 절단될 수 있으며, 그 결과 두 개의 절단된 면이 생성됩니다. 이것은 평면 내부의 강한 원자 결합으로 인해 발생하지만 평면 간의 약한 결합으로 인해 발생합니다.

마찬가지로, 결정은 두 개의 약한 평면으로 인해 두 방향으로 쪼개질 수 있으며, 그 결과 4개의 절단된 면과 2개의 파쇄된 면이 생성될 수 있습니다. 입방체 및 능면체 형태는 세 방향의 분열로 인해 발생합니다. 팔면체와 십이면체 형태는 각각 4 개와 6 개의 파괴 평면에서 발생합니다.

일부 광물은 모든 방향의 강한 결합으로 인해 결정면을 따라 전혀 쪼개지지 않고 대신 불규칙한 균열을 일으킵니다.

이제 우리는 결정 구조의 기초와 다양한 유형의 결정 분열을 다루었으므로 실제 광물 샘플에서 이러한 특성을 살펴 보겠습니다.

결정 형태를 분석하려면 먼저 석영, 암염, 방해석, 석류석, 흑운모 및 백운모와 같은 광물 샘플 그룹을 수집하십시오.

관찰 표면에 샘플을 놓습니다. 모든 면을 관찰하기 위해 샘플을 회전시킵니다. 크리스탈 면, 크리스탈 가장자리 및 크리스탈 정점을 찾습니다.

가능한 경우 측각계를 사용하여 계면 각도를 측정합니다. 이렇게 하려면 측각계의 한쪽 면을 특정 결정면에 놓고 고각계의 다른 면을 인접한 면에 놓습니다. 그런 다음 각도를 읽으십시오.

관측 결과를 특징적인 결정 다면체 세트와 비교하십시오. 다른 미네랄에 대해 이 단계를 반복하고 차이점을 기록해 둡니다.

석영 샘플은 6면으로 표시된 바와 같이 육각형 dipyramidal 결정 형태를 가지고 있습니다.

방해석 물질은 쌍둥이 피라미드 구조의 8면에 의해 보여지는 것처럼 비늘 다면체 형태를 나타냅니다.

암암, 90과 함께 특징적인 입방체 구조를 보여줍니다. 각도.

석류석은 12면체의 각진 표면을 가지고 있으며, 이는 십이면체 형태를 나타냅니다.

마지막으로, 흑운모는 명백한 육각형 형태를 나타낼 수 있습니다.?

다음으로, 결정 분열을 관찰하려면 먼저 보안경을 착용하십시오.

파괴 표면에 석영 조각을 놓습니다. 망치를 사용하여 석영 조각을 부수십시오. 핸드 렌즈를 사용하여 깨진 석영 조각이 분열 표면인지 관찰합니다. quartz에는 아무 것도 없습니다.

석영 결정 격자의 단위 셀은 모든 방향에서 비교적 동일한 결합 강도를 가지므로 conchoidal fracture라고 하는 선호되는 파괴 평면이 없는 결정이 생성됩니다.

그런 다음 다른 시편에 대해 이 파괴 단계를 반복합니다. 핸드 렌즈를 사용하여 다양한 분열 품질을 평가합니다.

운모의 경우 규산염 그룹화 시트 사이와 같이 특정 방향에서 결합 강도에 극적인 차이가 있을 때 이러한 시트 사이에 거의 완벽한 절단이 생성되며, 이를 기저 절단이라고 합니다.

흑운모와 백운모는 각각 단일 파단면과 함께 기저 분열을 나타냅니다.

암석은 90°C에서 3개의 분열 평면으로 인한 입방체 분열을 표시합니다.

방해석은 120 및 60°C에서 3개의 분열 평면으로 인한 능면체 분열을 나타냅니다.

결정 구조의 분석은 현장에서 발견되는 광물의 유형을 이해하는 데 중요합니다.

결정 구조의 정량 분석은 X선 회절 또는 XRD를 사용하여 수행할 수 있습니다.

이 예에서 산화철의 결정 구조는 다이아몬드 앤빌 셀에서 고온 및 고압의 적철광과 철의 혼합물로부터 합성되었습니다. 결정 구조를 결정하기 위해 반응 전반에 걸쳐 XRD 산란 패턴을 분석했습니다.

그 결과 결정성을 나타내는 매끄럽거나 얼룩덜룩한 Debye 고리가 나타났습니다. 각 고리의 위치는 각 고리가 결정 평면에 해당하기 때문에 결정 구조를 설명합니다.

평면 절단 특성과 원자적으로 평평한 표면으로 인해 운모는 소분자 이미징을 위한 기질로 자주 사용됩니다.

이 예에서 운모는 원자력 현미경(Atomic Force Microscopy, AFM)을 사용하여 광수용체 분자를 이미징하기 위한 기질로 사용되었습니다. 단백질 샘플을 갓 절단한 운모 시트에 흡착시킨 다음 완충액으로 헹궈냈습니다.

그런 다음 유체 셀을 사용하여 샘플을 이미지화했습니다. 운모 기질은 원자적으로 평평한 표면으로 인해 단백질 샘플의 고해상도 이미징을 가능하게 했습니다.

당신은 방금 광물의 물리적 특성에 대한 JoVE의 소개를 보았습니다. 이제 결정 단위 셀의 기본 사항과 결정 분열 평면을 결정하는 방법을 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!