Понятие о кристаллической решетке

Общие сведения

Введение

Настоящее учебное пособие является продолжением пособия Основы динамической геологии. Предназначено для студентов нефтетехнологического факультета, изучающих курс Геология.

Геология – наука о Земле. Она изучает происхождение и эволюцию Земли как планеты; вещество, слагающее как поверхность планеты, так и ее внутренние части; процессы, происходящие как внутри планеты, так и на ее поверхности. Важное место в геологических знаниях занимают вопросы изучения вещественного состава полезных ископаемых (их минералогия, геохимия, формы выделения), их происхождения и закономерностей размещения. Разделы геологии изучают проблему возникновения жизни на Земле и закономерности ее развития.

Целью дисциплины Геология является формирование у студентов естественнонаучного знания и понимания геологических процессов, протекающих в Земле и земной коре. Особенность Геологии в отличие от других дисциплин, изучающих Землю, заключается в том, что она изучает строение, состав и историю развития Земли как планеты Солнечной системы и ее наружной каменной оболочки – литосферы.

Геология имеет исключительно большое практическое значение. Она является фундаментальной основой поисков, разведки и разработки месторождений нефти и газа и других полезных ископаемых. Геология - фундаментальная многоплановая наука, включающая ряд самостоятельных дисциплин, главными из которых являются динамическая геология, минералогия, петрография и историческая геология.

Курс Геология включает в себя главным образом сведения по динамической геологии и некоторые вопросы из смежных дисциплин – минералогии (учение о минералах), петрографии (учение о горных породах), геотектоники (учение о строении земной коры), литологии (учение об осадочных горных породах).

В настоящем учебном пособии рассмотрены некоторые разделы минералогии и петрографии. Вопросы динамической геологии вынесены в самостоятельное учебное пособие.

Общие сведения

Минералы - однородные по составу и строению обособления химических элементов или их соединений. Минералы образуются в ходе геологических процессов в земной коре, в тканях живых организмов и могут быть синтезированы искусственным путем. В земной коре большинство минералов находятся в твердом виде, реже встречаются жидкие (ртуть, вода, углеводороды нефтяного ряда) и газообразные (природные газы). Твердые минералы преимущественно являются кристаллическими веществами, т.е. их элементарные частицы (атомы, ионы и их комплексы) располагаются строго закономерно и образуют пространственные кристаллические решетки. Благодаря своему внутреннему строению кристаллические минералы обладают способностью образовывать многогранники, называемые кристаллами.

Понятие о кристаллической решетке.

Кристаллы состоят из частиц, расположенных в строго определенном порядке. Этот порядок удобно описывать с помощью точек в пространстве (без учета размеров атомов и ионов). Так появилось представление о кристаллической решетке, как о бесконечном трехмерном периодическом образовании, состоящем из множества закономерно чередующихся точек. Отдельные точки стали рассматриваться как узлы кристаллической решетки. Плоскость, проходящая через любые 3 точки - сетка; параллелепипеды, вершинами которых являются узлы, называются ячейками решетки. Совокупность узлов, лежащих на одной прямой - ряд. Каждой реальной грани кристалла отвечает определенная сетка кристаллической решетки, каждому ребру кристалла - ряд кристаллической решетки, каждой вершине кристалла - определенный узел кристаллической решетки. Кристалл ограничен в пространстве, пространственная решетка - бесконечная во всех измерениях. Всю решетку можно представить как повторяющуюся систему простых ячеек (рис. 1)

Рис.1 Кристаллическая ячейка галита (NaCl)

Выбирают элементарную ячейку, с помощью которой может быть построена (путем повторений, поворотов и др. так называемых трансляций) вся кристаллическая решетка. Параметры ее - А₀, B₀, C_{0 -} отрезки, отложенные по координатным осям и углы между ребрами альфа, бетта, гамма. Элементарные ячейки по своим видам объединяются в сингонии (Таблица 1).

Таблица 1.

Кристаллографические сингонии и категории

Существует только 14 простых пространственных решеток, комбинацией которых можно выразить любую структуру. Это 14 решеток Бравэ.