Файл: Шафрановский И.И. Очерки по минералогической кристаллографии.pdf

простые пространственные решеткп частиц, так как каждый разрядатомов образует самостоятельные решетки и на опыте плотность расположения атомов оказалась более важным фактором, чем плот­ ность расположения частиц» [133]. Под «частицами» ученый здесь подразумевал «кристаллические молекулы». Смерть помешала ему развить эти новые взгляды.

Впоследствии подробной разработкой данной проблемы занялся известный швейцарский минералог и кристаллограф П. Ниггли (1885—1958). Вместо прежних ретикулярных плотностей он вычис­ лял нагрузки сеток с учетом коэффициентов, соответствующих, атомным весам или порядковым номерам разнородных атомов, сла­ гающих сетку. Учитывал он также межплоскостные расстояния, характер узоров сеток и т. д. Полученные результаты проверялисьим на статистически обработанном материале по кристаллам мине­ ралов.

В результате П. Ниггли пришел к выводу об отсутствии единого общего рецепта для разрешения вопроса о взаимосвязи внутренней и внешней геометрии кристалла и о необходимости индивидуализи­ рованного подхода в случае той или иной конкретной структуры. Ясно, что при таком неоднозначном решении приходилось прибегать к своеобразному «подтягиванию» статистических данных по ограненшо кристаллов к установленной структуре.

Несмотря на всю скрупулезность нового подхода, анализ с этих позиций реального огранения минералов снова показал ряд аномаль­ ных отклонений. Проблема «структура — морфология» по-прежнему оставалась не решенной до конца.

Такое положение привело к тому, что И. Д. X. Доннэй и Дж. Харкер предложили вернуться к упрощенным и схематизированным приемам. Они сделали попытку расширитъ рамки закона Браве, заменив пространственную решетку, т. е. совокупность чистых транс­ ляций, совокупностью элементов симметрии федоровской простран­ ственной группы [199].

Согласно принципу Доннэя — Харкера морфологическая важ­ ность граней зависит от элементов симметрии, перпендикулярных к пх плоскостям. Грани, перпендикулярные к простым осям и к пло­ скостям симметрии, морфологически важнее, чем грани, перпенди­ кулярные к винтовым осям тех же порядков и к плоскостям сколь­ зящего отражения (рис. 15). Зная симметрию федоровской простран­ ственной группы, можно предсказать соответствующее ей развитие форм. И наоборот, гранная морфология кристалла дает некоторые указания на его принадлежность к определенной пространственной группе. Принцип Доннэя — Харкера позволил уточнить закон Браве и объяснил ряд отклонений от этого закона (например, отсутствие пнпакоида на кристаллах кварца, занимавшего первое место в теоре­ тической последовательности по Браве).

И все же этот принцип является лишь схематическим приближе­ нием к разрешению проблемы о связи структуры и внешней кристал­ лической формы. Не избегли его авторы и ряда отклонений от

55

Дальнейший шаг представляли собой работы А. Ф. Уэлса и двух советских авторов, пришедших к сходным выводам (В. И. Михеев,

И.И. Шафрановскпй) [88, 223].

A. Ф. Уэлс обратил внимание на взаимодействие между атомами (молекулами) в различных гранях кристалла с растворителем и дру­ гими молекулами в растворе. Особенно существенную роль играет адсорбция сорастворенного постороннего вещества сетками различ­ ных граней кристалла. Именно ее влияние вызывает появление различных габитусных форм для кристаллов одного и того же веще­ ства, не объясненное предыдущими теориями. Напомним, что отло­

жение чуждых частиц на гранях замедляет их рост и тем самым спо­ собствует их разрастанию вширь.

B. И. Михеевым и И. И. Шафрановским была выдвинута идея о динамическом поведении одной и той же структуры в различных физико-химических средах. В активных (кислых или щелочных) средах энергетически первенствующую роль играют одинаково заряженные частицы (катионы или анионы). В нейтральных средах и те и другие имеют как бы равноправное значение. Поэтому, на­ пример, структура NaCl (рис. 16) ведет себя то как центрогранная решетка (действуют преимущественно однородные ионы), то как простая кубическая решетка (катионы и анионы одинаково активны). В первом случае кристаллы поваренной соли получают октаэдри­ ческую форму, во втором — кубическую. Эти взгляды в общем выдержали испытание временем и учитываются современными авторами [143].

Чтобы продемонстрировать, как широко и разнообразно про­ является принцип структурной динамики в мире минералов, ниже

56

и Ш Т Ä 1

А - : ? г

8

Рис. Hi. Динамика структуры NaCl (а) и нейтральных (б ) н активных (о) средах.

При изучении кристаллов пирита из Дарасунского месторожде­ ния было установлено наличие следующих форм: {100}, {120}, {111} и {112}. В полированных шлифах удалось зафиксировать эволюционную последовательность этих форм. Зоны роста показы­ вают, что кристаллы пирита начинали свой рост в форме куба, затем на них появились грани {210}, получившие с течением времени доминирующее значение. Впоследствии на кристаллах появились грани {111}, которые в дальнейшем вытеснили грани {210}. Следова­ тельно, эволюция форм таких кристаллов может быть изображена схемой {100} —V {210} ->- {111}. Тетрагон-триоктаэдр {112} присут­ ствует на кристаллах лишь в виде второстепенных граней.

В том же месторождении на более поздних этапах его развития образовались кристаллы кальцита. На этих кристаллах были уста­

новлены следующие простые формы: {2131}, {2021}, {1010} и др. Перевод четырехчленных символов в трехчленные дает следующие

результаты: {2131} — {201}, {2021} - {111}, {1010} — {21І}. Как видим, трехчленные символы кальцита в точности дублируют при­ водившиеся выше символы форм пирита, за исключением отсутству­ ющей здесь формы {100}. Известно, однако, что {100} на кальците

соответствует основному ромбоэдру {1011}. Наличие этого важней­ шего ромбоэдра весьма характерно для кристаллов кальцита из других месторождений. Изучение кристаллов кальцита из Дарасун­ ского месторождения показало, что в процессе эволюции наблюдается

Отмеченный параллелизм в поведении форм таких, казалось бы, различных минералов, как пирит и кальцит, становится понятным, если вспомнить, что структуры этих веществ можно рассматривать как своеобразные аналоги решетки типа NaCl. В структуре пирита атомы Fe занимают места ионов Na в NaCl, а центры тяжести ган­ телей S2 — места СІ. Структуру кальцита можно рассматривать _как деформированную вдоль L 3 структуру NaCl, где катионы Na замещены Са, а анионы СІ замещены группой С03. Такая структура

57

представляет собой прекрасный пример гомологически преобразован­ ной системы по В. И. Михееву [87]. При этом ромбоэдр {1011} — {100} является гомологическим кубом, а скаленоэдр {2131}—{201}

■а призма {1010} — {211} является гомологическим тетрагон-триокта- эдром. Нам известно, что структура NaCl ведет себя динамически в различных физико-химических средах. В нейтральных средах поны Na и СІ являются как бы равноправными, вследствие чего структура NaCl действует как простая кубическая решетка.

В связи с этим и исходя из понятия ретикулярных плотностей мы вправе ожидать появления следующего ряда форм (в порядке [их важности по развитию и частоте встречаемости): {100}, {110}, {111}, {210} и {211}. Именно такой порядок форм и наблюдается для кри­ сталлов NaCl, которые выпадают из водных растворов. В активных (кислых или щелочных) средах ионы одного сорта приобретают доми­ нирующее значение, вследствие чего структура ведет себя как центро­ гранная. Поэтому в активных средах мы имеем соответственно сле­ дующий ряд важнейших форм: {111}, {100}, {110}, {311} и {331}.

Таков порядок форм для кристаллов поваренной соли, образовав­ шихся из активных растворов (щелочная или кислая среда). Такие же последовательности форм, казалось бы, мы вправе ожидать и для кристаллов пирита и кальцита. И действительно, на исследованных

ствует об исчезновении нейтральной среды и замене ее на активную. Само собой разумеется, что для пирита такая замена будет про­ являться в изменении концентрации ионов S, а для кальцита —

ионов С03.

Картина усложняется чрезвычайно важной ролью сеток {210} в структуре пирита, где, согласно Н. В. Белову, можно построить октаэдры с атомами Fe в центрах и атомами S по вершинам. Из таких октаэдров, наложенных друг на друга, образуются вертикальные колонки, аналогичные пирротиновым. «Направление призматиче­ ской грани в такой колонке как раз совпадает с направлением (201) лентагон-додекаэдра. Развитие пирротиновых колонок обусловли­ вает характерный пентагон-додекаэдр {210}, зачаточные колонки обусловливают штриховатость пиритовых кубов» [7]. Важное струк­

Существенную роль играет форма {210} и у кальцита: скалено-

-Эдр {2131} — {201} является одной из его наиболее часто встречаемых и хорошо развитых форм. Вычисление по методу Доннэя — Харкера •теоретических комбинаций важнейших форм, отвечающих про­

странственным группам пирита (РаЗ) и кальцита (РЗс), показывает,

58

что форма {210} стоит в обеих этих группах на третьем месте [57]. Ясно, что важная роль формы {210} у обоих минералов приводит к некоторому отклонению в развитии их граней по сравнению с двумя классическими рядами для структуры NaCl.

Мы привели эти любопытные данные, чтобы обратить внимание минералогов на общность развития форм минералов с различными химизмом и симметрией, даже с различной сингонией. Объяснение этого параллелизма кроется в том, что в разобранных примерах обе структуры представляют собой в какой-то мере аналоги структуры NaCl. Эволюция их форм является следствием динамического поведения таких структур в изменяющихся минералообразующих средах.

Обратимся далее к новейшим достижениям, касающимся взаимо­ связи структуры и кристалломорфологии. В последнее время широ­ кую известность получили работы П. Хартмана и В. Пердока, со­ гласно которым для решения проблемы «морфология — структура» должны быть использованы не плоские сетки, а структурно важные

своей жизни хотел перестроить свой кристаллохимический анализ, заменив плотности граней-сеток плотностями рядов, т. е. ребер и осей зон.

Аналогичные идеи высказывали О. М. Аншелес, И. И. Шафрановский, В. Клебер, П. Ниггли [5, 148, 211, 217]. По П. Хартману и В. Пердоку, важнейшие зоны кристаллов соответствуют направле­ ниям наиболее интенсивных сил связей в кристаллах — периоди­ ческим цепочкам связей (ПЦС).

Кристаллические грани делятся на три типа в зависимости от их расположения относительно ПЦС. Важнейшими гранями являются плоскости F, параллельные по меньшей мере двум векторам ПЦС. На втором месте стоят «ступенчатые» грани S, параллельные только одному вектору ПЦС. Наконец, грани К («неровные», «пирамидаль­ ные»), расположенные косо ко всем векторам ПЦС, должны встре­ чаться очень редко или вовсе отсутствовать (рис. 17). О развитии п дальнейших успехах своего метода П. Хартман недавно рассказал на русском языке [143].

В одной из статей П. Хартман и В. Пердок рассмотрели со своих

объясняется тем, что вычисляя ретикулярные плотности, мы одно­ временно получаем понятие и о величинах межплоскостных рассто­ яний, которые нередко совпадают с векторами ПЦС [208].

Здесь существенно отметить, что в книге Б. Хонигмана «Рост и форма кристаллов» констатируется слияние воедино двух научных течений, долгое время развивавшихся раздельно [144]. Речь идет о выводах общей теории роста кристаллов (И. Странский, В. Коссель и др.) и о результатах вышеупомянутого структурного анализа взаимосвязи внутреннего строения и кристалломорфологии (В. Кле­ бер, П. Хартман, В. Пердок и др.).

59