物理性能的一部分: 矿物晶体和劈裂

Earth Science

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Overview

资料来源: 实验室的艾伦 · 莱斯特-科罗拉多大学博尔德分校

矿物的物理性质包括可衡量和可辨的各种属性,包括颜色、 条纹、 磁性、 硬度、 晶体生长形态和水晶劈裂。每个这些属性是特定的矿物,和他们都从根本上关系到特定的矿物的化学组成和原子结构。

本实验考察主要源于对称重复的基本、 结构的原子集团,称为单元内晶格、 晶体生长形态和水晶劈裂的两个属性。

晶体生长形式是原子级对称性,生成的单元 (分子积木的矿物) 添加越来越多的晶格的自然生长过程的宏观表现。快速单位细胞加区成为平面曲面,面孔的晶体间的边缘。

它是重要的是认识到岩石的矿物颗粒聚集。大多数岩石都是矿物 (多种矿物颗粒) 但有些有效单矿物 (由单种矿石组成)。因为岩石的矿物组合、 岩石不统称为具有晶形。在某些情况下,地质学家指岩石具有一般的解理,但在这里一词只是用来指重复的断裂表面,不是原子晶体结构的反映。所以,一般情况下,条款晶体形式和晶体解理被用来指矿物标本和不岩石样品。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 地球科学精要. 物理性能的一部分: 矿物晶体和劈裂. JoVE, Cambridge, MA, (2019).

Principles

所有矿物都具有物理属性,但在个别的晶体不始终表示具体和容易辨认的特征与属性相关联。例如,石英晶体有六角形状特性,但如果晶体生长发生在环境其他矿物阻止或侵犯自然增长形状 (这通常是在绝大多数岩石中) 然后六角形状的位置并不会形成。所以,牢记这一点,很重要要小心地选择一组合适的样品为晶体生长或晶体断裂分析,因为并非所有样本都显示这些关键的功能。

此外,虽然晶解理可以相对容易地测试 — — 由样品用锤子敲碎 — — 不同矿物展示的劈裂质量范围这样打破平面曲面可能得衣衫褴褛,粗糙 (称为"穷理") 或极光滑 (称为"好的"优秀解理")。在某些情况下 (石英),晶体学债券的优点是在所有方向上均匀,这会导致一种矿物,缺乏的可识别的解理面。

Procedure

1.建立一组矿物标本

  1. 包括尽可能多的尽可能以下: 石英、 岩盐、 方解石、 石榴石、 黑云母和白云母。有些是晶体生长特性和其他地选择了晶体解理特征。

2.观察和分析晶体形态

  1. 一个样本观察表面的地方。
  2. 旋转,观察四周。寻找水晶面、 水晶棱 (面相交的线),、 晶体顶点 (边相交的点)。
  3. 在可能的情况下,测量界面的角度使用量角器。这是通过简单地铺设一侧的测角仪上特定的晶面,在相邻的脸上,量角器的另一边,然后读角度。
  4. 比较的特性的晶体多面体集。
  5. 重复步骤 2.1-2.4 石英 (注六角 dipyramidal 窗体 (图 1))、 方解石 (注意 scalenohedron 表单 (图 2))、 岩盐 (注立方晶体形式 (图 3))、 石榴石 (注十二面体形式 (图 4)) 和黑云母 (注意伪六角形式 (图 5))。

Figure 1
图 1。显示六角 dipyramidal 形式的石英。

Figure 2
图 2。显示 scalenohedron 形式的方解石。请注意如何几个晶面相交于窗体晶体边缘和组合的边缘形式点称为"顶点"。由晶体的晶格内的基本原子结构 (单元) 的重复生成对称晶体生长形式。在这种情况下,方解石晶体生长生成特定的多面体,称为 scalenohedron。

Figure 3
图 3。岩盐显示立方晶体形式。

Figure 4
图 4。石榴石显示十二面体形式。

Figure 5
图 5。黑云母显示伪六角形式。

3.观察和分析理

  1. 把保护眼睛。
  2. 破面上放置一块的石英。
  3. 使用锤子,石英片裂成两半。
  4. 使用手镜头,观察破的片的石英为解理面。注意到石英也没有。石英展品断口,但没有明确的解理面 (图 6)。这是事实的单元在石英晶体的晶格 (SiO4组,称为硅四面体) 中所有的方向都有比较平等的粘结强度的结果。粘结强度的这种一致性结果晶体中与无首选破裂面。
  5. 重复步骤 3.2-3.4 为方解石 (应该显示的菱体劈裂 (图 7))、 岩盐 (应该显示立方劈裂 (图 8))、 黑云母和白云母 (每个应显示平面断裂 (图 9))。
  6. 使用手镜头来评估不同解理素质。解理可以发生在不同的层次。当在一个特定方向的粘结强度显著的差别,如在云母,SiO4分组表之间近乎完美的解理是之间产生这些床单。如上所述,石英陈列劈裂几乎完全的缺乏。在这些极端 (的完全解理和劈裂缺乏),有的矿产资源具有良好的解理 (长石) 和穷理 (某些上角闪石晶体的面孔)。

Figure 6
图 6。石英显示断口,没有解理面。

Figure 7
图 7。显示的菱体劈裂的方解石。对称的破碎和断裂表面生成的区域内晶体的晶格原子键合中相对较弱。方解石的解理的结果称为菱面具体多面体。

Figure 8
图 8。岩盐显示立方劈裂。

Figure 9
图 9。黑云母显示平面解理。

矿物都是无机物质发现在泥土中,以帮助识别和分析的独特属性。

很多矿物质表现出结晶结构。这些晶体材料有高度有序原子的安排,重复原子集团,称为单元细胞。因为单位细胞是相同的在晶体内,他们是负责对微观和宏观晶体的对称性。

这种对称性导致矿物晶体打破或劈,在可预测的方式。解理是晶体沿软弱结构面的打破的趋势。因此,一种矿物,劈开的方式洞察其晶体结构。

这个视频将打破矿物标本,观察其解理证明宏观尺度矿物晶体形态分析。

晶态固体包含原子组织中重复的图案,而无定形固体有没有顺序。例如,碳可以发现许多形式。在无定形碳原子被随机组织,而在金刚石的原子排列在序的晶体。

水晶是重复、 相同单元,由长度的单位细胞边缘和它们之间的角度定义的数组。这些重复结构无限三个空间方向扩展,并界定的均匀性和晶体的特性。

有七个基本单位细胞。最简单的单元,该多维数据集,具有平等刃长度和原子在每个角落。变化包括四方相和正交晶系,具有不同边缘长度。

菱方体晶体结构拥有类似平行面对直角的几何结构。单斜、 三斜晶系是类似的形状,但用不同的角度和边长。最后,六角形的结构是由两个平行的六角形脸上,与六个矩形面组成。

这些结构的变化出现时多余的原子是载晶面、 脸上居中,或调用水晶体内,身体为中心。

当晶体坏了,他们往往沿结构薄弱晶面劈开。解理质量取决于债券和整个飞机。好的劈裂发生内地方债券的强度时,比那些在这架飞机。穷理可以发生粘结强度时强,整个晶体平面。晶体可能劈开一个方向,称为基底断裂,导致两个切割面。这起因于强原子债券在飞机上,但弱键之间的飞机。

同样,晶体可能在两个方向,由于两个弱面,导致在两个断裂的面和四个切割的面劈开。立方和菱形的形式导致从三个方向的解理。八面体和十二形式分别产生的四个和六个骨折飞机。

几种矿物不劈开沿晶面,由于在所有方向上的纽带,相反导致不规则的断裂。

现在,我们已经涵盖基本的晶体结构和不同类型的晶体解理,让我们看看这些属性真实矿物样品中。

若要分析晶体形式,第一次收集一组矿物标本,如石英、 岩盐、 方解石、 石榴子石、 黑云母,白云母。

将样品放在观察表面。为了观察四周旋转样品。寻找水晶面、 晶体边缘和晶体顶点。

在可能的情况下,测量界面的角度使用量角器。要这样做,请躺上特定的晶面,量角器的一侧和另一侧的量角器毗邻的脸上。然后读角度。

比较观察到的特性的晶体多面体集。重复这些步骤,为其他的矿物质,并请注意的区别。

石英样品有一个六角形的 dipyramidal 晶体形式,6 面所示。

方解石材料,陈列 scalenohedron 形式,孪晶结构的金字塔结构的 8 面所示。

岩盐,显示特性的立方结构,90 ° 角。

石榴石有棱形表面与 12 边,指示其十二面体窗体。

最后,黑云母可以显示明显的六角形形式。

接下来,为了观察晶体解理,第一次放保护眼睛。

破面上放置一块的石英。使用锤子,打破石英片。使用手镜头,观察这块碎的石英为解理面。注意到石英也没有。

在石英晶体点阵单元四面八方,导致晶体没有首选的破飞机,被称为断口有比较平等的粘结强度。

接下来,重复此打破步骤为其他标本。使用手镜头来评估不同解理素质。

当在一个特定的方向,粘结强度显著的差别如之间的硅酸盐分组在云母板,近乎完美的解理生成这些表之间,称为基底断裂。

黑云母和白云母每个显示基底断裂,与单断口平面。

岩盐显示立方裂解,产生的三个解理面在 90 °。

方解石显示的菱体劈裂,造成在 120 和 60 ° 的三个解理面。

晶体结构的分析是很重要的认识矿物在字段中找到的类型。

可以用 x 射线衍射、 x 射线衍射进行定量分析的晶体结构。

在此示例中,铁的氧化物的晶体结构合成赤铁矿和铁在高温度和压力在金刚石对顶砧的混合物。X 射线衍射散射模式整个反应来确定晶体结构进行了分析。

结果表明光滑或参差不齐的德拜环,表明结晶度。每个圆环的位置阐明了晶体结构,如每个环对应的晶面。

由于其平面断裂属性,因此原子平坦的表面,云母是经常用于为底物小分子成像。

云母在此示例中,用于光感受器分子使用原子力显微镜或原子力显微镜的成像作为基材。蛋白质样品吸附到新劈开的云母板,然后用缓冲区然后冲洗。

该示例然后成像使用流体单元格。云母基底启用其原子平坦的表面蛋白样品的高分辨率成像。

你刚看了朱庇特的简介的矿物的物理性能。现在,您应了解基本的水晶单元,以及如何确定晶体解理面。谢谢观赏 !

Applications and Summary

历史上,矿物的物理性能评价一直矿物识别的第一步的关键。即使在今天,当缺乏微观和现代分析仪器 (例如偏光显微镜、 x 射线衍射、 x 射线荧光和电子探针技术),观察物理属性仍然是作为诊断工具来鉴定矿物很有用的。这是在实地地质研究尤其如此。

评价和观察矿物的物理性质是一个极好的手段来证明宏观功能严重依赖原子水平结构和安排。

矿物的关键物理属性不始终表示特定样品中。因此,实际能够识别并使用这些属性作为诊断工具要求科学、 经验和工艺的组合。通常情况下,地质学家必须利用手镜头来评价相对较小的矿物晶体或晶粒内的矩阵的一块大石头。在这种情况下,它可以成为独特的挑战,以确定的晶体形态和水晶解理有用的方面。

在学术或教学背景下,矿物通过手样品分析的评价是演示如何重复模式的锻炼和特征,由天然材料物理化学规定。换句话说,对于任何特定的矿物,有某些晶体的功能 (例如晶体形貌) 和施加的化学成分和原子结构的物理属性 (颜色、 硬度、 条纹)。

在勘探地质和矿产资源领域,通过小样矿物鉴定是实地考察,旨在定位潜在矿石和经济有用存款的关键组成部分。例如,各种金属硫化物 (黄铁矿、 闪锌矿、 方铅矿) 在协会与热液铁氧氢氧化物 (赤铁矿、 针铁矿、 褐铁矿) 的识别可以指示潜在的 Au、 Ag 富脉和地区。

在历史地质学 (破译颞深地区历史的) 中,矿物识别可以设置对于解释古代条件的阶段。例如,某些变质矿物 (硅线石、 蓝晶石、 红柱石,例如基地2SiO5多晶型) 为标记的特殊的压力和温度条件下古代地壳中。

1.建立一组矿物标本

  1. 包括尽可能多的尽可能以下: 石英、 岩盐、 方解石、 石榴石、 黑云母和白云母。有些是晶体生长特性和其他地选择了晶体解理特征。

2.观察和分析晶体形态

  1. 一个样本观察表面的地方。
  2. 旋转,观察四周。寻找水晶面、 水晶棱 (面相交的线),、 晶体顶点 (边相交的点)。
  3. 在可能的情况下,测量界面的角度使用量角器。这是通过简单地铺设一侧的测角仪上特定的晶面,在相邻的脸上,量角器的另一边,然后读角度。
  4. 比较的特性的晶体多面体集。
  5. 重复步骤 2.1-2.4 石英 (注六角 dipyramidal 窗体 (图 1))、 方解石 (注意 scalenohedron 表单 (图 2))、 岩盐 (注立方晶体形式 (图 3))、 石榴石 (注十二面体形式 (图 4)) 和黑云母 (注意伪六角形式 (图 5))。

Figure 1
图 1。显示六角 dipyramidal 形式的石英。

Figure 2
图 2。显示 scalenohedron 形式的方解石。请注意如何几个晶面相交于窗体晶体边缘和组合的边缘形式点称为"顶点"。由晶体的晶格内的基本原子结构 (单元) 的重复生成对称晶体生长形式。在这种情况下,方解石晶体生长生成特定的多面体,称为 scalenohedron。

Figure 3
图 3。岩盐显示立方晶体形式。

Figure 4
图 4。石榴石显示十二面体形式。

Figure 5
图 5。黑云母显示伪六角形式。

3.观察和分析理

  1. 把保护眼睛。
  2. 破面上放置一块的石英。
  3. 使用锤子,石英片裂成两半。
  4. 使用手镜头,观察破的片的石英为解理面。注意到石英也没有。石英展品断口,但没有明确的解理面 (图 6)。这是事实的单元在石英晶体的晶格 (SiO4组,称为硅四面体) 中所有的方向都有比较平等的粘结强度的结果。粘结强度的这种一致性结果晶体中与无首选破裂面。
  5. 重复步骤 3.2-3.4 为方解石 (应该显示的菱体劈裂 (图 7))、 岩盐 (应该显示立方劈裂 (图 8))、 黑云母和白云母 (每个应显示平面断裂 (图 9))。
  6. 使用手镜头来评估不同解理素质。解理可以发生在不同的层次。当在一个特定方向的粘结强度显著的差别,如在云母,SiO4分组表之间近乎完美的解理是之间产生这些床单。如上所述,石英陈列劈裂几乎完全的缺乏。在这些极端 (的完全解理和劈裂缺乏),有的矿产资源具有良好的解理 (长石) 和穷理 (某些上角闪石晶体的面孔)。

Figure 6
图 6。石英显示断口,没有解理面。

Figure 7
图 7。显示的菱体劈裂的方解石。对称的破碎和断裂表面生成的区域内晶体的晶格原子键合中相对较弱。方解石的解理的结果称为菱面具体多面体。

Figure 8
图 8。岩盐显示立方劈裂。

Figure 9
图 9。黑云母显示平面解理。

矿物都是无机物质发现在泥土中,以帮助识别和分析的独特属性。

很多矿物质表现出结晶结构。这些晶体材料有高度有序原子的安排,重复原子集团,称为单元细胞。因为单位细胞是相同的在晶体内,他们是负责对微观和宏观晶体的对称性。

这种对称性导致矿物晶体打破或劈,在可预测的方式。解理是晶体沿软弱结构面的打破的趋势。因此,一种矿物,劈开的方式洞察其晶体结构。

这个视频将打破矿物标本,观察其解理证明宏观尺度矿物晶体形态分析。

晶态固体包含原子组织中重复的图案,而无定形固体有没有顺序。例如,碳可以发现许多形式。在无定形碳原子被随机组织,而在金刚石的原子排列在序的晶体。

水晶是重复、 相同单元,由长度的单位细胞边缘和它们之间的角度定义的数组。这些重复结构无限三个空间方向扩展,并界定的均匀性和晶体的特性。

有七个基本单位细胞。最简单的单元,该多维数据集,具有平等刃长度和原子在每个角落。变化包括四方相和正交晶系,具有不同边缘长度。

菱方体晶体结构拥有类似平行面对直角的几何结构。单斜、 三斜晶系是类似的形状,但用不同的角度和边长。最后,六角形的结构是由两个平行的六角形脸上,与六个矩形面组成。

这些结构的变化出现时多余的原子是载晶面、 脸上居中,或调用水晶体内,身体为中心。

当晶体坏了,他们往往沿结构薄弱晶面劈开。解理质量取决于债券和整个飞机。好的劈裂发生内地方债券的强度时,比那些在这架飞机。穷理可以发生粘结强度时强,整个晶体平面。晶体可能劈开一个方向,称为基底断裂,导致两个切割面。这起因于强原子债券在飞机上,但弱键之间的飞机。

同样,晶体可能在两个方向,由于两个弱面,导致在两个断裂的面和四个切割的面劈开。立方和菱形的形式导致从三个方向的解理。八面体和十二形式分别产生的四个和六个骨折飞机。

几种矿物不劈开沿晶面,由于在所有方向上的纽带,相反导致不规则的断裂。

现在,我们已经涵盖基本的晶体结构和不同类型的晶体解理,让我们看看这些属性真实矿物样品中。

若要分析晶体形式,第一次收集一组矿物标本,如石英、 岩盐、 方解石、 石榴子石、 黑云母,白云母。

将样品放在观察表面。为了观察四周旋转样品。寻找水晶面、 晶体边缘和晶体顶点。

在可能的情况下,测量界面的角度使用量角器。要这样做,请躺上特定的晶面,量角器的一侧和另一侧的量角器毗邻的脸上。然后读角度。

比较观察到的特性的晶体多面体集。重复这些步骤,为其他的矿物质,并请注意的区别。

石英样品有一个六角形的 dipyramidal 晶体形式,6 面所示。

方解石材料,陈列 scalenohedron 形式,孪晶结构的金字塔结构的 8 面所示。

岩盐,显示特性的立方结构,90 ° 角。

石榴石有棱形表面与 12 边,指示其十二面体窗体。

最后,黑云母可以显示明显的六角形形式。

接下来,为了观察晶体解理,第一次放保护眼睛。

破面上放置一块的石英。使用锤子,打破石英片。使用手镜头,观察这块碎的石英为解理面。注意到石英也没有。

在石英晶体点阵单元四面八方,导致晶体没有首选的破飞机,被称为断口有比较平等的粘结强度。

接下来,重复此打破步骤为其他标本。使用手镜头来评估不同解理素质。

当在一个特定的方向,粘结强度显著的差别如之间的硅酸盐分组在云母板,近乎完美的解理生成这些表之间,称为基底断裂。

黑云母和白云母每个显示基底断裂,与单断口平面。

岩盐显示立方裂解,产生的三个解理面在 90 °。

方解石显示的菱体劈裂,造成在 120 和 60 ° 的三个解理面。

晶体结构的分析是很重要的认识矿物在字段中找到的类型。

可以用 x 射线衍射、 x 射线衍射进行定量分析的晶体结构。

在此示例中,铁的氧化物的晶体结构合成赤铁矿和铁在高温度和压力在金刚石对顶砧的混合物。X 射线衍射散射模式整个反应来确定晶体结构进行了分析。

结果表明光滑或参差不齐的德拜环,表明结晶度。每个圆环的位置阐明了晶体结构,如每个环对应的晶面。

由于其平面断裂属性,因此原子平坦的表面,云母是经常用于为底物小分子成像。

云母在此示例中,用于光感受器分子使用原子力显微镜或原子力显微镜的成像作为基材。蛋白质样品吸附到新劈开的云母板,然后用缓冲区然后冲洗。

该示例然后成像使用流体单元格。云母基底启用其原子平坦的表面蛋白样品的高分辨率成像。

你刚看了朱庇特的简介的矿物的物理性能。现在,您应了解基本的水晶单元,以及如何确定晶体解理面。谢谢观赏 !

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