Overview
Quelle: Labor von Alan Lester - University of Colorado at Boulder
Die physikalischen Eigenschaften der Mineralien umfassen verschiedene messbar und erkennbaren Attribute, einschließlich Farbe, Streifen, magnetische Eigenschaften, Härte, Kristall Wuchsform und Kristall Dekolleté. Jede dieser Eigenschaften sind Mineral-spezifisch, und sie beziehen sich grundsätzlich auf einer bestimmten Minerals chemische Zusammensetzung und Atomstruktur.
Dieses Experiment untersucht zwei Eigenschaften, die in erster Linie aus symmetrischen Wiederholung grundlegende, strukturelle Atom-Gruppierungen, Einheit-Zellen in einem Kristallgitter, Kristall Wuchsform und Kristall Spaltung genannt.
Crystal Wuchsform ist der makroskopischen Ausdruck der atomaren Ebene Symmetrie, erzeugt durch die natürlichen Wachstumsprozess einer wachsenden Kristallgitter Einheit Zellen (die molekularen Bausteine von Mineralien) hinzufügen. Zonen der schnellen Einheit-Zelle-Zusatz werden die Kanten zwischen den planaren Flächen, d. h. Flächen des Kristalls.
Es ist wichtig zu erkennen, dass Felsen Gesteinskörnungen mineralischen Körner sind. Die meisten Felsen sind Polymineralic (mehrere Arten von mineralischen Körner), aber einige sind effektiv Monomineralic (bestehend aus einem einzigen Mineral). Da Felsen Kombinationen von Mineralien sind, Felsen nicht gekennzeichnet als kristalline Form. In einigen Fällen beziehen sich Geologen auf Felsen mit einer allgemeinen Spaltung, aber hier wird der Begriff einfach verweisen auf sich wiederholende brechen taucht auf und ist kein Spiegelbild der atomaren Kristallstruktur. Also, im Allgemeinen sind in Bezug auf mineralischen Proben und nicht Gesteinsproben die Begriffe Kristall Form und Kristall Spaltung verwendet.
Principles
Alle Mineralien, die physischen Eigenschaften besitzen, aber spezifische und leicht erkennbare Funktionen zugeordneten Eigenschaften werden nicht immer in einem einzelnen Kristalls ausgedrückt. Zum Beispiel Quarz-Kristalle haben eine charakteristische sechseckige Form, sondern tritt Kristallwachstum in einem Umfeld, wo andere Mineralien zu blockieren oder beeinträchtigen die natürlichen Wachstums-Form (was häufig der Fall in den meisten Felsen ist) dann die sechseckige Form, bildet keine. Also, mit diesem im Verstand ist es wichtig, eine geeignete Gruppe von Proben für Kristallwachstum oder Kristall Spaltung Analyse sorgfältig auszuwählen, da nicht alle Proben diese wichtigen Funktionen zeigen.
Darüber hinaus obwohl Kristall Spaltung relativ leicht ist zu testen – durch eine Probe mit einem Hammer zu brechen – verschiedene Mineralien zeigen eine Reihe von Spaltung Qualität, so dass die planaren Flächen erzeugt durch das brechen zerlumpt und rau sein können (genannt "Armen-Spaltung") oder extrem glatt (genannt "gut" oder "ausgezeichnet-Spaltung"). In einigen Fällen (z.B. Quarz) kristallographischen Klebkräfte sind gleichmäßig in alle Richtungen, und dadurch ein Mineral mit einem Mangel an erkennbaren Spaltung Flugzeuge.
Procedure
1. Stellen Sie eine Gruppe von mineralischen Proben
- Möglichst viele der folgenden wie möglich umfassen: Quarz, Halit, Calcit, Granat, Biotit und Muskovit. Einige sind für Kristall Wachstum Features und andere für Kristall Spaltung Features ausgewählt.
2. beobachten Sie und analysieren Sie Kristallform
- Legen Sie eine Probe auf die Beobachtung Oberfläche.
- Drehen Sie, um alle Seiten zu beobachten. Suchen Kristallflächen, Kristall Kanten (Linien treffen sich Gesichter) und Kristall Scheitelpunkte (Punkte dem Kanten treffen).
- Soweit möglich, Messen Sie die Grenzflächen Winkel mit dem Winkelmesser. Dies geschieht durch einen bestimmten Kristall Gesicht, die andere Seite des Goniometers auf einer angrenzenden Fläche einfach eine Seite des Goniometers Handauflegen und lesen dann den Winkel.
- Vergleichen Sie mit den charakteristischen kristallinen Polyeder.
- Wiederholen Sie die Schritte 2.1-2.4 für Quarz (Hinweis sechseckigen Dipyramidal Form (Abbildung 1)), Calcit (Hinweis Scalenohedron Form (Abbildung 2)), Halit (Hinweis kubischen Kristallform (Abbildung 3)), Granat (Hinweis Dodekaeder Form (Abbildung 4)) und Biotit (Hinweis Pseudo-sechseckige Form (Abbildung 5)).
Abbildung 1. Quarz sechseckigen Dipyramidal Formular anzeigen.
Abbildung 2: Anzeige Scalenohedron Form Calcit. Beachten Sie, wie mehrere Kristallflächen schneiden Form Kristall Kanten und die Kombination von Kanten Formen Punkte bekannt als "Scheitelpunkte." Symmetrische Kristallformen Wachstum entstehen durch Wiederholung der grundlegenden Atomstrukturen (Einheit Zellen) innerhalb des Kristallgitters. In diesem Fall generiert Calcit Kristallwachstum spezifische Polyeders als ein Scalenohedron bekannt.
Abbildung 3. Halit kubischen Kristallform anzeigen.
Abbildung 4. Granat Dodekaeder Formular anzeigen.
Abbildung 5. Biotit Anzeige Pseudo-sechseckige Form.
(3) beobachten und analysieren der Spaltung
- Schutzbrille aufsetzen.
- Legen Sie ein Stück Quarz auf brechen Oberfläche.
- Mit einem Hammer, brechen Sie das Stück des Quarzes in zwei Hälften.
- Mit einem Hand-Objektiv, gebrochene Stück Quarz für Spaltung Oberflächen beobachten. Beachten Sie, dass Quarz keiner hat. Quarz zeigt muscheligem Bruch, aber keine klar definierten Spaltung Oberflächen (Abbildung 6). Dies ergibt sich aus der Tatsache, dass die Einheit Zellen in das Kristallgitter Quarz (SiO4 Gruppen, Kieselsäure Tetraeder genannt) vergleichsweise gleich Klebkräfte in alle Richtungen. Diese Einheitlichkeit der Klebkräfte resultiert in einem Kristall ohne bevorzugt Flugzeuge zu brechen.
- Wiederholen Sie die Schritte 3.2-3.4 für Calcit (rhombohedral Spaltung (Abbildung 7) sollte angezeigt werden), Halit (kubische Spaltung (Abbildung 8) sollte angezeigt werden), Biotit und Muskovit (jeweils angezeigt werden sollen planar Spaltung (Abbildung 9)).
- Verwenden Sie eine Lupe, um verschiedene Spaltung Qualitäten zu bewerten. Spaltung kommt es bei einer Vielzahl von Ebenen. Wann gibt es ein dramatischer Unterschied in Klebkräfte in einer bestimmten Ausrichtung, wie z. B. zwischen den Blättern der SiO4 Gruppierungen im Falle von Glimmer, eine nahezu perfekte Spaltung zwischen diese Blätter entsteht. Wie bereits erwähnt, stellt Quarz eine fast völlige Fehlen der Spaltung. Zwischen diesen extremen (der perfekte Dekolleté und mangelnder Spaltung) sind Mineralien, die gute Spaltung (z. B. Feldspat) und schlechte Spaltung (bestimmte Gesichter auf Amphibol Kristalle) haben.
Abbildung 6. Quarz mit muscheligem Bruch, ohne Spaltung Oberflächen.
Abbildung 7. Calcit anzeigen rhombohedral Dekolleté. Symmetrische brechen und Fraktur Oberflächen entstehen durch Zonen der relativen Schwäche in atomare Bindung innerhalb des Kristallgitters. Calcit-Spaltung führt die spezifischen Polyeder als Rhombohedron bekannt.
Abbildung 8. Halit anzeigen kubische Spaltung.
Abbildung 9. Biotit anzeigen planar Spaltung.
Mineralstoffe sind anorganische Substanzen in der Erde, mit einzigartigen Eigenschaften, die Hilfe bei der Identifikation und Analyse.
Viele Mineralien zeigen kristalline Struktur. Diese kristalline Materialien bestellt haben hoch atomare Anordnungen, bestehend aus Atom-Gruppierungen, genannt Einheit Zellen zu wiederholen. Da Gerät Zellen innerhalb eines Kristalls identisch sind, sind sie verantwortlich für die Symmetrie des Kristalls auf Mikro und Makro-Ebene.
Diese Symmetrie verursacht Mineralkristalle zu brechen oder zu Spalten, auf vorhersehbare Weise. Spaltung ist die Tendenz eines Kristalls entlang schwach strukturellen Ebenen zu brechen. So bietet die Art und Weise, die bindet sich eine Mineral, Einblick in seine Kristallstruktur.
Dieses Video veranschaulicht die Analyse der Makroebene Mineralglas Formen durch mineralische Proben zu brechen und beobachten ihre Spaltung.
Kristalline Feststoffe enthalten Atome in einem sich wiederholenden Muster organisiert, während amorphe Feststoffe keine Ordnung haben. Beispielsweise kann Kohlenstoff in vielen Formen gefunden werden. Die Atome in amorphem Kohlenstoff werden nach dem Zufallsprinzip organisiert, während die Atome in Diamant in eine geordnete Kristall angeordnet sind.
Ein Kristall ist ein Array von wiederholten, identische Einheit Zellen, die durch die Länge der Einheit Zelle Ränder und die Winkel zwischen ihnen definiert werden. Diese wiederholten Strukturen in drei Raumrichtungen unendlich verlängern, und definieren die Einheitlichkeit und die Eigenschaften des Kristalls.
Es gibt sieben grundlegende Maßeinheit Zellen. Der einfachste Elementarzelle, der Cube hat gleiche Kantenlängen und eines Atoms an jeder Ecke. Variationen sind vierkantig und orthorhombic, die besitzen unterschiedliche Kantenlängen.
Rhombohedral Kristallstrukturen besitzen ähnliche parallele Geometrie ohne rechten Winkel stehen. Monoklin und triclinic ähneln in der Form, aber mit unterschiedlichen Winkeln und Kantenlängen. Schließlich besteht die hexagonale Struktur aus zwei parallelen sechseckige Gesichter, mit sechs rechteckigen Flächen.
Variationen in diesen Strukturen entstehen, wenn zusätzliche Atome im Kristall Gesicht enthalten, flächenzentrierter genannt oder im Kristall Körper, Körper zentriert genannt.
Wenn Kristalle gebrochen sind, neigen sie, entlang strukturschwachen Kristall Ebenen zu Spalten. Die Spaltung Qualität hängt von der Stärke der Anleihen im und über das Flugzeug. Gute Spaltung tritt auf, wenn die Stärke der Anleihe im Ort sind stärker als die in der Ebene. Armen Spaltung kann auftreten, wenn die Klebkraft über die Kristallebene stark ist. Kristalle können in einer Richtung, genannt basale Spaltung, cleave was in zwei gespalten Gesichter. Dies ergibt sich aus der starken atomaren Bindungen innerhalb der Ebene, aber schwachen Bindungen zwischen den Ebenen.
In ähnlicher Weise können Kristalle in zwei Richtungen, durch zwei schwache Ebenen, wodurch vier gespalten und zwei gebrochenen Gesichter Spalten. Kubische und rhombohedral Formen entstehen durch Spaltung in drei Richtungen. Oktaedrische und dodekaedrischen Formen ergeben sich aus vier bis sechs Flugzeuge in Fraktur, beziehungsweise.
Einige Mineralien nicht Spalten entlang einer Kristallebene überhaupt, durch starke Bindungen in alle Richtungen, und stattdessen in unregelmäßigen Bruch führen.
Jetzt, wo wir die Grundlagen der Kristallstruktur und die verschiedenen Arten von Kristall Dekolleté behandelt haben, betrachten wir diese Eigenschaften in realen mineralischen Proben.
Um Kristallformen zu analysieren, sammeln Sie zuerst eine Gruppe von mineralischen Proben, wie Quarz, Halit, Calcit, Granat, Biotit und Muskovit.
Legen Sie die Probe auf die Beobachtung Oberfläche. Drehen Sie die Probe, um alle Seiten zu beobachten. Suchen Sie nach Kristallflächen, Kristall Kanten und Kristall Scheitelpunkte.
Soweit möglich, Messen Sie die Grenzflächen Winkel mit einem Winkelmesser. Hierzu legen Sie eine Seite des Goniometers auf einen besonderen Kristall Gesicht und die andere Seite des Goniometers auf einer angrenzenden Fläche. Dann lesen Sie den Winkel.
Vergleichen Sie die Beobachtungen mit den charakteristischen kristallinen Polyeder. Wiederholen Sie diese Schritte für andere Mineralien, und beachten Sie die Unterschiede.
Quarz Proben haben einen sechseckigen Dipyramidal Kristallform, wie durch die 6 Seiten angezeigt.
Die Calcit-Material weist Scalenohedron Form, dargestellt durch die 8 Gesichter der Partnerstadt Pyramidenstruktur.
Halit, zeigt charakteristische kubische Struktur, mit 90° Winkel.
Granat hat Oberflächen mit 12 Seiten, bezeichnend für seine Dodekaeder Form abgewinkelt.
Schließlich kann Biotit eine scheinbare hexagonale Form zeigen.
Als nächstes um Kristall Spaltung zu beobachten, zum ersten Mal auf Augenschutz.
Legen Sie ein Stück Quarz auf die brechenden Oberfläche. Mit einem Hammer, brechen Sie das Stück des Quarzes. Mit einem Hand-Objektiv, beobachten Sie das gebrochene Stück Quarz für Spaltung Oberflächen. Beachten Sie, dass Quarz keiner hat.
Die Einheit Zellen im Quarz Kristallgitter haben vergleichsweise gleich Klebkräfte in alle Richtungen, wodurch ein Kristall mit keine bevorzugte brechen Flugzeuge, genannt muscheligem Bruch.
Als Nächstes wiederholen Sie brechen für andere Exemplare. Verwenden Sie eine Lupe, um verschiedene Spaltung Qualitäten zu bewerten.
Wenn es ein dramatischer Unterschied in Klebkräfte in einer bestimmten Ausrichtung, wie zwischen den Blättern der Silikat-Gruppierungen im Falle von Glimmer, eine nahezu perfekte Spaltung zwischen diesen Blättern erzeugt wird, genannt basale Spaltung.
Biotit und Muskovit anzeigen basale Spaltung, mit einer einzigen Unterbrechung Ebene
Halit zeigt kubische Spaltung, die aus drei Ebenen der Spaltung im 90 °-Winkel.
Calcit zeigt rhombohedral Spaltung, die aus drei Ebenen der Spaltung bei 120 und 60 °.
Die Analyse der Kristallstruktur ist wichtig für das Verständnis der Arten von Mineralien im Feld gefunden.
Die Quantitative Analyse der Kristallstruktur kann mittels Röntgenbeugung oder XRD durchgeführt werden.
In diesem Beispiel wurde die Kristallstruktur von Eisen Oxid aus einer Mischung von Hämatit und Eisen bei hoher Temperatur und Druck in einer Diamant-Amboss-Zelle synthetisiert. XRD Lichtstreuung wurde während der Reaktion zur Bestimmung der Kristallstruktur analysiert.
Die Ergebnisse zeigten glatt oder fleckig Debye Ringe, die Kristallinität angeben. Die Lage von jedem Ring beleuchtet die Kristallstruktur wie jeder Ring ein Kristallebene entspricht.
Aufgrund seiner planar Dekolleté-Eigenschaft, und deshalb atomar flache Oberfläche Glimmer häufig als Substrat niedermolekularer Bildgebung dient.
In diesem Beispiel wurde für die Darstellung der Photorezeptor Moleküle mittels Rasterkraftmikroskopie oder AFM Glimmer als Substrat verwendet. Die Protein-Probe war, eine frisch gespalten Glimmervorlage adsorbiert und dann mit Puffer gespült.
Die Probe wurde dann mit einer Flüssigkeit Zelle abgebildet. Die Glimmer-Substrat ermöglicht hochauflösende Bildgebung der Protein-Probe aufgrund seiner atomar flache Oberfläche.
Sie sah nur Jupiters Einführung in die physikalischen Eigenschaften der Mineralien. Sie sollten jetzt verstehen die Grundlagen der Kristall Einheit Zellen und Kristall Spaltung Flugzeuge zu ermitteln. Danke fürs Zuschauen!
Applications and Summary
Historisch, wurde bewerten die physikalischen Eigenschaften der Mineralien ein wichtiger Schritt zuerst in mineralischen Identifikation. Auch heute noch, wenn fehlt mikroskopische und modernen analytischen Instrumenten (z.B. petrographische Mikroskopie, x-ray Diffraction, Röntgenfluoreszenz und Elektronenstrahl-Mikrosonde-Techniken), physische beobachtet sind Eigenschaften immer noch sehr nützlich, als Diagnose-Tools für mineralische Identifikation. Dies gilt insbesondere für geologische Feldstudien.
Bewertung und beobachten die physikalischen Eigenschaften der Mineralien ist ein ausgezeichnetes Mittel um die kritische Abhängigkeit der makroskopischen Eigenschaften auf atomarer Ebene Struktur und Anordnung zu demonstrieren.
Die wichtigsten physikalischen Eigenschaften der Mineralien sind nicht immer in bestimmten Proben ausgedrückt. Wirklich in der Lage zu erkennen und verwenden Sie diese Eigenschaften als diagnostische Hilfsmittel zu sein erfordert daher eine Kombination aus Handwerk, Wissenschaft und Erfahrung. Oft muss der Geologe eine Lupe um relativ kleine Mineralkristalle oder Körner innerhalb der Matrix eines größeren Felsen bewerten nutzen. In solchen Fällen kann es eine deutliche Herausforderung, die nützliche Aspekte der Kristallform und Kristall Spaltung zu identifizieren werden.
In einem akademischen oder Lehre Einstellung, die Auswertung der Mineralien per Hand Probenanalyse ist eine Übung, die zeigt, wie sich wiederholende Muster und Eigenschaften werden durch die physikalische Chemie der Naturstoffe auferlegt. Das heißt, für jede spezifische Mineral gibt es bestimmte kristallographischen Funktionen (z.B. Kristall Morphologie) und physikalischen Eigenschaften (z.B. Farbe, Härte, Streifen), die durch die chemische Zusammensetzung und die atomare Struktur auferlegt werden.
Im Bereich mineralischer Rohstoffe und Explorationsgeologie ist die Identifizierung von Mineralien per Hand Probe eine Schlüsselkomponente der Feldarbeit, Auffinden von potentiellen Erze und wirtschaftlich Förderquellen abzielen. Beispielsweise kann die Identifizierung der verschiedenen Metallsulfide (Pyrit, Sphalerit, Galenit) in Verbindung mit hydrothermalen Eisen oxy-Hydroxiden (Goethitgruppen, Hämatit, Limonit) potenzielle Au-Ag-reiche Adern und Regionen hindeuten.
Im Kontext der historischen Geologie (Entschlüsselung der tief zeitlichen Geschichte einer Region) kann mineralische Identifikation Interpretationen des alten Bedingungen inszenieren. Beispielsweise sind bestimmte metamorphen Mineralien (z.B. Al2SiO5 polymorphe, Disthen, Andalusit und) Markierungen von bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen in der alten Kruste.
