Кристаллография негіздері

Кристаллография – кристал дар және кристалды заттар туралы ғылым. Ол геометриялық, физикалық және химиялық кристаллография болып үш түрге бөлінеді. Геометриялық кристаллогрфия симметрилар, кристалдық денелердің пішіні және сол денелердің кеңістік торлар (құрылымдар) құруының геометриялық заңдылықтары жайлы ілімдерді біріктіреді. Физикалық кристалография минералдарының физикалық қасиеттері мен олардың кристалдық құрылысы арасындағы байланыстарды зерттейді, өндірісте кеңінен қолданылатын минералдарға тән кристалды пішіндердің басты-басты физикалық қасиеттеріні (механикалық, электірлік,оптикалық т.с.с.) жайлы мәліметтер ұысынады. Химиялық кристалография, яки кристалохимия кристалдардың құрылыс заңдылықтарын және олардың құрылысы мен химиялық құрамы арасындағы байланыстарды анықтайды.

Кристалл – қарапайым бөлшектері (атомдары, иондары, молекулалары) кеңістік қырлар мен кристалдық торлардың геометриялық заңдылықтарына сәйкес реттеле орналасқан дене. Әдетте минерал кристалдары көпжақты пішіндер түзеді, бұл пішіндердің біршама тегіс немесе сәл-пал көмпимелеу жазықтары кристал жақтары деп аталса, сол жақтардың бір-бірімен шендесу сызықтары кристал қырлары деген атауға ие. Кристалдардың геометриялық дұрыс пішіндері имендену олардың ішкі құрылысындағы заңдылықтармен анықталады. Кристалдар ерітінділер мен балқымалар есебінен, немесе заттардың газсығымдалу және қатты күйінде қайтадан кристалдану процестері нәтижесінде қалыптасады.

Сонымен барша кристалдар көпжақты пішіндерді ғана иемденетін болғаны. Мұндай пішіндер кристалдардың ішкі құрылысын, яғни олардың кристалдық құрлымынан туындайды. Кристалдық құрылым дегеніміз кристалды құрайтын барша бөлшектер жиынтығының-атомдардың, иондардың, молекулалардың-кеңістіктегі орналасу болмысы. Кристалды заттардағы аталған материалдық бөлшектер сол заттардың кристалдық, яки кеңістік торы аумағында ретті түрде орналасқан түйіндері құрайды.

Табиғи минералды заттарға тән кристалдардың үш түрлі кристалдық торлары болуы мүмкін: 1) атомдық тор; мұндағы кристалдық тор түйіндерінде атомдар орналасқан. (мысалы, алмас немесе графит кристалдары) 2)иондық тор түйіндерін бондар иемденнеді (мысалы, ас тұзы, яки галит минералы;) 3) молекулалақ торларға жататын торлардың түйіндерінде молекулалар орын тебеді; кристалдық торлардың бұл түрі көбінесе органикалық қосындыларға тән.

Кристалдық тордың басты-басты құрам-бөлшектері түйіндерден қатарлардан және жайпақ жазықтардан тұрады. Әрбір нақтылы кристалл болмысында сөз болып отырған түйіндер сол кристалдардың ұштарында, қатарлар-кристалл қырларына, жайпақ жазықтықтар –кристалл жақтарына сәйкес келеді. Осы үш түсінік яғни кристалл жақтары, кристалл қырлары және кристалл ұштары сол кристалдың шектелу элементтері деп аталады, нақ осы элементтер кез-келген кристалдың геометриялық яки кеңістік болмысын анықтайды. Кристалдың геометриялық болмысына зер салып қарар болсаңыз, оның жақтары-көпжақтарды шектейтін жазықтықтар құралы-жақтардың тоғысу сызықтары екендігін байқаймыз; ал екі жазықтың бір-бірімен түйісу орны қосжақты бұрыш құрайтын болады.

Кристалдың шектелу элементтерінің бір-бірімен байланысы нақтылы заңдылыққа бағынышты, бұл заңдылық Эйлер теңдеуінен туындайды:

h+e=r+2;

мұндағы һ-кристалдағы жақтар саны, r-қырлар саны, е-ұштар саны.

Кристалды заттардың біртектілігі нақты кристалдың кез-келген өңірінің бір ғана қасиетті иемденуімен сипатталады, яғни ол өзінің бүкіл көлемі аумағында біртекті болып келеді. Алайда бұл қасиет тек қана өте таза кристалдарға, яғни физикалық, механикалық т.б. ақаулардан (жарықшақтылық, бөтен кірікпелерден көрініс беруі, бұңғырланған тұстарының байқалуы т.с.с.) ада кристалдарға ғана тән.

Анизотроптық (мегземелілік) –біртекті денелердің бойлас бағытта бір-ақ қасиетті, ал өзге бағыттарда өзгеше қасиеттерді иемдену қабілеті. Бұл құбылыстың физикалық мағынасы-кристалдардағы элементті бөлшектер оларға тиесілі торлар өңіріндегі бойлас қатарлар бойымен теңдес түрде ораналасқан, сондықтан кристалдың осы бағыттағы қасиеттері де бірдей мөлшерімен сиппаталуы тиіс. Бойлас емес бағыттарда орналасқан бөлшектердің ара-қашақтығы әркелкі (өзгермелі), ендеше кристалды дененің мұндай бағыттардағы қасиеттері де әртүрлі болмақ.

“Кристалды зат” деген түсінік “құрылымсыз зат” (аморфное вещество) деген түсінікте антоним екендігін айырықша ескерген жөн. Кез-клген қатты дене кристалды түрде немесе құрылымсыз түрде болуы мүмкін, қатты дене құрылысының үшінші жағдайы болуы мүлдем мүмкін емес. Табиғи минералды түзілімдер түгелге жуық кристалды құрылымды иемденген (минералдардың 98%-і кристалдар құрайды), ендеше құрылымсыз минералдардың үлес салмағы тек қана 2%-пен шектелетін болғаны.

Кристалды денелердің бірден-бір айырмашылығы ең алдымен олардың анизотроптық қасиетімен айқындалатын. Құрылымсыз минералды өздерін құрайтын бөлшектердің ешбір ретсіз орналасуымен сипатталды, нақ осы тұрғыдан олар кристалды денелерден анық ерекшеленеді. Құрылымсыз дене қасиеттерінің сол дене өздерінде таралу ерекшеліктерінде ешбір заңдылық болмайды, олар барлық бағыттарда да біркелкі физикалық қасиеттерді иемденуі мүмкін. Сондықтан да құрылымсыз заттарды кейде, кристалды заттарға қарама-қарсы мағынада, изотропты заттар деп те атайды.

Кристалдардан өздігінен шектелу қабілеті – өздерінің өсуіне бүкіл қолайлы жағдайлар туындай қалғанда, яғни өз себебінен кристалдар қалыптастыратын заттардың толық жеткіліктілігімен және кристал өсуіне ешбір механикалық немесе басқадай да кедергілер болмауымен сипатталатын ортада сол кристалдардың көпжақты пішіндерді иемденуіне икемділік қабілеті. Кристалдардың бұрын аталған екі қасиеті-біртектілік пен анизотроптық-кейбір құрылымсыз денелерде де некенсаяқ ұшырасуы мүмкін, бірақ ешбір құрылымсыз дене өздігінен шектелу қабілетін иемедене алмайды, яғни бұл қабілет тек қана кристалды денелерге тән. Құрылымсыз заттан (мысалы, байырғы шыныдан) дайындалған шағын шорды сол шыны балқымысына тоғытып қойған жағдай да ол көпжақты пішінді иемдене алмайды, ал кристалды зат өкілінен істелген осындай шарды онымен тектес балқымамен толық қамтамасыз еткен жағдайда ол бірте-бірте көпжақты пішіндерді иеленуге биім.

Минералдардың көпшілігі тек өзіне ғана тән кристалдық мүсіндерді құрайды. Бұл жағдайда минерал кристалының мүсіні сол минералды анықтайтын ең басты белгілерінің біріне айналады. Алайда бір ғана минералдың өз жақтарының ауқымымен тұрқы сан түрлі болып келетін бірнеше кристалдық мүсіндерді иемдену мысалдары да біршама жиі ұшырасады. Бір ғана минералдың осыншалық көп мүсіндерді иемденуі оны ұқсас мүсінді өзге минералдан даралау мүмкіндігін барынша қиындатты. Бұл жағдайда кристалдары бір-біріне өте ұсқсас минералдарды бір-біріне анық ажырата отырып анықтау мүмкіндігі “қосжақты бұрыштардың тұрақтылық заңы” деп аталатын заңдылыққа негізделеді. Бұл заңның анықтамасы төмендегідей: “бір ғана минералға тиесілі әр түрлі мүсіндегі кристалдардың сәйкесті жақтары арасындағы қосжақты бұрынан мөлшері тұрақты болып келеді”. Екінше сөзбен айтқанда, бір ғана минералға тиесілі сан түрлі кристалдар қандай мүсінерді иеленсе де олардың сәйкесті жақтарының аралығындағы қосжақты бұрыш бір ғана мөлшермен сипатталады. Бұл заңдылықтың әр түрлі минералдарды жазбай танудағы маңызы орасан зор екендігін өзінен-өзі түсінікті.

Кристалдардың қосжақты бұрыштары “ гони метр” деп аталатын прибор көмегімен өлшенеді. Әр түрлі минералдарды олардың мүсін ерекшеліктері тұрғысынан анықтау үшін бүгінгі таңда әдейі жасақталған кестелер пайдаланылады. Бұл кестелерде әр түрлі минералдарға қарасты кристалдардың гони метр көмегімен өлшенген осжақты бұрыштардың мөлшері тіркелген , мунда әрбір минерал тек өзіне ғана тән қосжақты бұрыш мөлшерімен дараланған . Олай болса , кез-келген зерттелмек минералды оның мүсін ерекшелігі тұрғысынан анықтау процесі де біршама жеңіл. Ол үшін зерттелмек кристалдың қосжақты бұрыш мөлшері гони метр көмегімен өлшенеді де , осы көрсеткіш кестеде келтірілген мөлшерлерімен салыстырылады, осы көрсеткіш кестеде келтірілген қандай минералға жататындығы қалтқысыз дәлелденеді.