$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Minerały to substancje nieorganiczne występujące w Ziemi, o unikalnych właściwościach, które pomagają w identyfikacji i analizie.
Wiele minerałów wykazuje ?strukturę krystaliczną.? Te krystaliczne materiały mają wysoce uporządkowane układy atomowe, składające się z powtarzających się grup atomowych, zwanych komórkami elementarnymi. Ponieważ komórki elementarne są identyczne w krysztale, są odpowiedzialne za symetrię kryształu w skali mikro i makro.
Ta symetria powoduje, że kryształy mineralne pękają lub rozszczepiają się w przewidywalny sposób. Rozszczepienie to tendencja kryształu do pękania wzdłuż słabych płaszczyzn strukturalnych. Tak więc sposób, w jaki minerał się rozszczepia, zapewnia wgląd w jego strukturę krystaliczną.
Ten film zademonstruje analizę form kryształów mineralnych w skali makro poprzez rozbijanie próbek minerałów i obserwację ich rozszczepienia.
Krystaliczne ciała stałe zawierają atomy zorganizowane w powtarzający się wzór, podczas gdy amorficzne ciała stałe nie mają porządku. Na przykład węgiel można znaleźć w wielu formach. Atomy w węglu amorficznym są rozmieszczone losowo, podczas gdy atomy w diamentie są ułożone w uporządkowany kryształ.
Kryształ to tablica powtarzających się, identycznych komórek elementarnych, które są zdefiniowane przez długość krawędzi komórek elementarnych i kąty między nimi. Te powtarzające się struktury rozciągają się w nieskończoność w trzech kierunkach przestrzennych i definiują jednorodność i właściwości kryształu.
Istnieje siedem podstawowych komórek elementarnych. Najprostsza komórka elementarna, sześcian, ma równe długości krawędzi i atom w każdym rogu. Odmiany obejmują czworokątne i rombowe, które mają różne długości krawędzi.
Romboedryczne struktury krystaliczne mają podobną równoległą geometrię powierzchni bez kątów prostych. Jednoskośne i trójskośne mają podobny kształt, ale o różnych kątach i długościach krawędzi. Wreszcie, sześciokątna struktura składa się z dwóch równoległych sześciokątnych ścian z sześcioma prostokątnymi ścianami.
Różnice w tych strukturach powstają, gdy dodatkowe atomy są zawarte w powierzchni kryształu, zwanej skoncentrowaną na twarzy, lub w ciele kryształu, zwanej skoncentrowanym na ciele.
Kiedy kryształy są rozbijane, mają tendencję do rozszczepiania się wzdłuż strukturalnie słabych płaszczyzn kryształów. Jakość łupliwości zależy od siły wiązań w płaszczyźnie i w poprzek. Dobra łupliwość występuje, gdy siła wiązań w tym miejscu jest silniejsza niż tych w poprzek płaszczyzny. Słaba łupliwość może wystąpić, gdy siła wiązania jest silna w poprzek płaszczyzny kryształu. Kryształy mogą rozszczepiać się w jednym kierunku, co nazywa się rozszczepieniem podstawowym, co skutkuje rozszczepieniem dwóch twarzy. Wynika to z silnych wiązań atomowych wewnątrz płaszczyzny, ale słabych wiązań między płaszczyznami.
Podobnie, kryształy mogą pękać w dwóch kierunkach, z powodu dwóch słabych płaszczyzn, co skutkuje czterema rozszczepionymi ścianami i dwiema pękniętymi ścianami. Formy sześcienne i romboedryczne wynikają z rozszczepienia w trzech kierunkach. Formy ośmiościenne i dwunastościenne powstają odpowiednio z czterech i sześciu płaszczyzn pęknięć.
Niektóre minerały w ogóle nie rozszczepiają się wzdłuż płaszczyzny kryształu ze względu na silne wiązania we wszystkich kierunkach, a zamiast tego powodują nieregularne pęknięcia.
Teraz, gdy omówiliśmy już podstawy struktury krystalicznej i różne rodzaje rozszczepienia kryształów, przyjrzyjmy się tym właściwościom w prawdziwych próbkach minerałów.
Aby przeanalizować formy krystaliczne, najpierw zbierz grupę próbek minerałów, takich jak kwarc, halit, kalcyt, granat, biotyt i muskowit.
Umieścić próbkę na powierzchni obserwacyjnej. Obrócić próbkę, aby obserwować wszystkie strony. Szukaj kryształowych ścian, krawędzi kryształów i wierzchołków kryształów.
Tam, gdzie to możliwe, zmierz kąty międzyfazowe za pomocą goniometru. Aby to zrobić, połóż jedną stronę goniometru na określonej powierzchni kryształu, a drugą stronę goniometru na sąsiedniej ścianie. Następnie odczytaj kąt.
Porównaj obserwacje ze zbiorem charakterystycznych wielościanów krystalicznych. Powtórz te kroki dla innych minerałów i zwróć uwagę na różnice.
Próbki kwarcu mają sześciokątną dipiramidalną formę kryształu, jak wskazuje 6 boków.
Materiał kalcytowy wykazuje formę scalenohedronu, jak pokazuje 8 ścian bliźniaczej struktury piramidy.
Halit, wykazuje charakterystyczną strukturę sześcienną, o 90? Kąty.
Granat ma zakrzywione powierzchnie z 12 bokami, co wskazuje na jego dwunastościan kształtowy.
Wreszcie, biotyt może wykazywać pozorną sześciokątną formę.
Następnie, aby zaobserwować rozszczepienie kryształów, najpierw załóż ochronę oczu.
Umieść kawałek kwarcu na łamanej powierzchni. Za pomocą młotka rozbij kawałek kwarcu. Za pomocą soczewki ręcznej obserwuj złamany kawałek kwarcu pod kątem powierzchni łupliwości. Zauważ, że kwarc nie ma żadnego.
Komórki elementarne w sieci krystalicznej kwarcu mają porównywalnie równą siłę wiązania we wszystkich kierunkach, co daje kryształ bez preferowanych płaszczyzn łamania, zwany pęknięciem konchoidalnym.
Następnie powtórz ten krok łamania dla innych próbek. Użyj soczewki ręcznej, aby ocenić różne cechy dekoltu.
Gdy występuje dramatyczna różnica w sile wiązania w określonej orientacji, na przykład między arkuszami grup krzemianów w przypadku miki, między tymi arkuszami generowane jest prawie idealne rozszczepienie, zwane rozszczepieniem podstawowym.
Biotyt i muskowit wykazują rozszczepienie podstawowe, z pojedynczą płaszczyzną złamania.
Halit wykazuje sześcienną łupliwość, wynikającą z trzech płaszczyzn łupliwości pod kątem 90Ω.
Kalcyt wykazuje romboedryczną łupliwość, wynikającą z trzech płaszczyzn łupliwości pod kątem 120 i 60Ω.
Analiza struktury krystalicznej jest ważna dla zrozumienia rodzajów minerałów występujących w tej dziedzinie.
Ilościową analizę struktury krystalicznej można przeprowadzić za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej lub XRD.
W tym przykładzie struktura krystaliczna tlenku żelaza została zsyntetyzowana z mieszaniny hematytu i żelaza w wysokiej temperaturze i ciśnieniu w ogniwie kowadła diamentowego. Wzorzec rozpraszania XRD analizowano w trakcie reakcji w celu określenia struktury krystalicznej.
Wyniki wykazały gładkie lub nierówne pierścienie Debye'a, które wskazują na krystaliczność. Położenie każdego pierścienia wyjaśnia strukturę krystaliczną, ponieważ każdy pierścień odpowiada płaszczyźnie kryształu.
Ze względu na swoją płaską właściwość rozszczepienia, a tym samym atomowo płaską powierzchnię, mika jest często stosowana jako podłoże do obrazowania małych cząsteczek.
W tym przykładzie mika została użyta jako substrat do obrazowania cząsteczek fotoreceptorów za pomocą mikroskopii sił atomowych lub AFM. Próbka białka została zaadsorbowana na świeżo rozszczepionym arkuszu miki, a następnie przepłukana buforem.
Próbka została następnie zobrazowana za pomocą ogniwa płynnego. Substrat miki umożliwił obrazowanie próbki białka w wysokiej rozdzielczości ze względu na jego atomowo płaską powierzchnię.
Właśnie obejrzałeś wprowadzenie JoVE do właściwości fizycznych minerałów. Powinieneś teraz zrozumieć podstawy krystalicznych komórek elementarnych i jak określić płaszczyzny rozszczepienia kryształów. Dzięki za oglądanie!
