Шпаргалка по "Кристаллография"

3.Параметры  моноклинной ячейки гидрата сульфата  магния MgSO₄ ·хH₂O: а=10,0, b=24,3, с= 7,2 А, y=98.6°, Z=8. Плотность кристаллов 1,75 г/см³. Найти количество молекул воды в формуле. Результат округлить. 

1.Гидротермальный  процесс образования,  особенности. 

Гидротермы  – горячие водные растворы, отделяющиеся от магмы или образующиеся в результате сжижения газов. Гидротермальные растворы выносят из магматического очага целый ряд соединений металлов. Кроме того, гидротермы могут заимствовать различные вещества из боковых пород, по которым они двигались. Причина движения гидротерм – разность давлений. Когда внутреннее давление растворов больше внешнего, растворы движутся в сторону наименьшего давления, обычно вверх, к поверхности земли. При своём движении они используют различные тектонические нарушения, разломы, трещины, зоны контактов. По мере удаления растворов от магматического очага температура их падает. В результате падения температуры и реакций с вмещающими пародами гидротермы отлагают свой груз в виде минералов. Выделение минералов из водных растворов (иногда коллоидных) и представляет сущность гидротермального процесса.Поскольку гидротермы обычно движутся по трещинам, форма большинства гидротермальных минеральных тел жильная. Главнейшим жильным минералом является кварц. Гидротермы могут быть высоко, средне и низкотемпературные, и соответственно по температуре образования выделяют гидротермальные месторождения: высокотемпературные 450 – 300⁰, среднетемпературные (300-200⁰), низкотемпературные ниже 200⁰.Как правило, высоко температурные гидротермальные минеральные тела располагаются ближе к материнской интрузии, которой они обязаны своим происхождениям. Гидротермальный процесс не ограничивается отложением минералов трещинах с образованием различных жильных тел. Гидротермы так же, как и газы, просачиваются сквозь боковые породы, химически реагируют с ними, замещают их, привнося новые соединения. Так образуются метасоматические тела, имеющие часто трубчатую или неправильную форму и залегающие большей частью среди карбонатных пород. 
 
 

2.Как  происходит гомогенное  образование зародышей? Под гомогенным подразумевают образование зародышей кристалла в объеме жидкой фазы, под гетерогенным — на имеющейся межфазной поверхности (на поверхности находящихся в расплаве твердых частиц — например, неметаллических включений, стенок изложниц н кристаллизаторов). Гомогенное зарождение - происходит следующим образом: в жидком металле вблизи точки кристаллизации вследствие флуктуации энергии, состава и плотности непрерывно образуются группировки атомов с упорядоченной структурой — комплексы или зародыши твердой фазы. Одновременно и непрерывно происходит разрушение большей части их них. С тем, чтобы зародыш стал термодинамически устойчивым, т. е. способным к дальнейшему росту необходимы определенные условия.Условия гомогенного зарождения. Из термодинамики известно, что переход жидкости в твердое состояние и наоборот возможны, если свободная энергия системы при этом уменьшается.

 Затвердевание  или расплавление в процессе  изменения температуры объясняются  тем, что при температурах, превышающих  точку кристаллизации, меньшей удельной свободной энергией обладает жидкая фаза, а при более низких температурах — твердая.В процессе образования зародыша свободная энергия системы с одной стороны возрастает в результате затраты энергии на образование поверхности раздела «расплав — зародыш» и с другой стороны уменьшается в результате перехода части жидкости в твердую фазу, у которой уровень свободной энергии ниже

При температуре  кристаллизации свободная энергия  жидкой и твердой фаз равны  и образование зародыша невозможно, так как нет источника для компен­сации затрат энергии на образование поверхности раздела фаз. Поэтому для образования зародыша необходимо некоторое переохлаждение раплава: чем больше переохлаждение, тем больше будет выигрыш свободной энергии при переходе из жидкого состояния в твердое. 
 
 
 

Билет№14

1.Что означает  метасоматизм.

2.Что называется  критическим размером зародыша?

3.Параметры моноклинной  решетки гидрата  сульфата  кальция   *х   а=10,47,  b=6,28, c=15,15 A, =99°, Z=8. Сколько молекул  воды содержится в формульной единице, если плотность кристаллов 2,32 г/см³? Результат округлить. 
 

1.Что  означает метасоматизм. Метасоматоз (μετα - по, поcле; сома - тело), т.е. буквально "по телу" или псевдоморфное замещение. Метасоматоз – метаморфический процесс при котором химический состав породы изменяется с привносом или выносом химических компонентов в результате взаимодействия породы с водными флюидами (растворами). При метасоматозе порода остается в твердом состоянии и не изменяет своего первоначального объема. Продукты метасоматоза - метасоматиты (метасоматические горные породы) как правило имеют гранобластовые структуры, могут наследовать текстуры исходных пород или образовывать собственные текстуры от массивной до ритмично-полосчатой. Характерными чертами метасоматоза, отличающими его от других процессов, является сохранение первоначального объема (правило Линдгрена) и наличие метасоматической зональности, при которой количество минералов в каждой зоне закономерно уменьшается по направлению к тыловой зоне (источнику флюида). Эта черта метасоматической зональности выведена Д.С.Коржинским (1957) на основе применения к анализу парагенетических ассоциаций правила фаз Гиббса с позиции дифференциальной подвижности элементов. По типу привноса-выноса компонентов метасоматоз подразделяется на диффузионный и инфильтрационный типы. При диффузионном метасоматозе движущей силой диффузии для переноса компонентов является разница химических потенциалов (химической активности) компонентов в межпоровом растворе различных зон метасоматической колонки. За счет диффузионного метасоматоза обычно образуются относительно тонкие метасоматические колонки около трещин, жил, на контакте пород контрастного состава. Характерным признаком диффузионных метасоматитов является постепенное изменение составов минералов в пределах каждой зоны метасоматической колонки. При инфильтрационном метасоматозе перенос компонентов осуществляется растворами, фильтрующимися сквозь породу. Объемы тел, образующихся за счет инфильтрационного метасоматоза значительно больше. Составы минералов в пределах каждой зоны метасоматической колонки остаются постоянными. Главными факторами метасоматоза являются температура, давление и состав флюида (раствора), вызывающего метасоматические преобразования. Метасоматоз осуществляется в очень широком диапазоне температур и давлений. 

2.Что  называется критическим  размером зародыша? Критический размер зародыша  — число молекул в зародыше (центре конденсации или кристаллизации), который находится в состоянии неустойчивого равновесия с окружающей средой. То есть если увеличим число молекул, то зародыш приобретёт способность к дальнейшему росту, если же уменьшим число молекул, то зародыш будет и далее уменьшаться. Зародыш критического размера называется критическим зародышем.

 — докритические  зародыши,

 — закритические  зародыши.

Критический размер определяется как размер зародыша, обладающий максимальной работой образования .Важность критического размера определяется, например, тем, что работа образования  капли, которая позволяет описывать кинетику стадии нуклеации, зачастую раскладывается в ряд в околокритической области.В случае гомогенной нуклеации, считая зародыш растущим сферически, критический размер равен:

,а работа  образования зародыша критического  размера — энергия активации: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Билет№15

1.Процессы выветривания.

2.Что называется  степенью переохлаждения?

3.Параметры  ортогональной ячейки гидрата сульфита цинка : а=11,85, b=12,09, с=6,83 А, Z=4;  плотность 1,97 г/см³.  Сколько молекул воды входить в формульную  единицу? Результат округлить. 
 

1.Процессы  выветривания. 

Процессы  выветривания приводят к механическому  разрушению и химическому разложению пород и минералов.  Агентами выветривания являются вода и ветер, колебания  температуры вблизи поверхности, кислород и углекислота воздуха, жизнедеятельность организмов. Интенсивность выветривания также зависит от климата, рельефа местности, химического состава минералов.В результате физического выветривания происходит механическое разрушение пород и минералов – их дезинтеграция. Обломочный материал либо остается на месте, либо переносится водными потоками. Новых минералов при этом не образуется, но в результате механического разрушения, переноса и отложения образуются россыпи – важный источник многих ценных минералов. При химическом выветривании происходит химическое разложение минералов и образования новых минералов, устойчивых поверхностных условиях. Здесь, прежде всего надо отметить так называемые остаточные образования. При разложении горных пород, содержащих различные силикаты и алюмосиликаты, происходит вынос растворимых продуктов (соли калия, натрия, кальция, магния). Труднорастворимые продукты – глинозём и кремнезём – остаются на месте разрушения или испытывают незначительное перемещение. Бокситами называют остаточные образования коры выветривания, содержащие гидроокислы алюминия. Бокситы образуются в условиях жаркого и умеренно влажного климата. Процессы образования каолина и бокситов носят название каолинизации и бокситизации.

2.Что  называется степенью переохлаждения?

Степень переохлаждения является важнейшим фактором, определяющим размеры зерна. Если степень переохлаждения невелика, то число центров небольшое, а скорость роста кристаллов велика, поэтому при медленном охлаждении зерна вырастают. При большой скорости охлаждения скорость роста кристаллов мала, а число центров велико, поэтому зерна будут мельче. Это подтверждается данными практики. При отливке тонкостенных изделий образуется мелкозернистая структура, а при отливке толстостенных - крупнозернистая. Размеры зерен влияют на эксплуатационные свойства металла. Крупнозернистый металл имеет низкое сопротивление удару, при его обработке трудно получить малую шероховатость поверхности. Зависит от природы и чистоты металла. Чем чище жидкий металл, тем более он склонен к переохлаждению. При затвердевании очень чистых металлов степень переохлаждения AT может быть очень велика. Однако чаще степень переохлаждения не превышает 10 - 30 С

 Степень переохлаждения  зависит не только от скорости охлаждения, но и от химической природы растворителя. Большое влияние на переохлаждение топливных смесей оказывают некоторые неуглеводородные примеси, особенно поверхностно-активные соединения. Чем чище жидкий металл, тем более он склонен к переохлаждению. При затвердевании очень чистых металлов степень переохлаждения А71 может быть очень велика. Так, при затвердевании Sn была достигнута ДТ 118 С, для Sb - AT1 135 С, Однако чаще степень переохлаждения не превышает 10 - 30 С. [5].Степень переохлаждения Д Т Тпл - Т и величины поверхностных свободных энергий определяют размеры и форму зародыша. На рис. 5.7 показано положение центра седловины, соответствующего критическим размерам зародыша. В табл. 5.1 приведены типичные значения критических размеров зародышей при различном переохлаждении и различных значениях поверхностной свободной энергии. [6] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Билет№16

1.Минералы физического  выветривания.

2.Механизм процесса  кристаллизации?

3.Параметры  тетрагональной  ячейки  гидрата  сульфата бериллия *x : а=8,02, с=10,75 А, Z=4. Сколько молекул воды  содержится в формульной  единице, если плотность кристаллов 1,713 г/см³?  Результат округлить. 

1.Минералы  физического выветривания.

Механическое (физическое) выветривание.Породы распадаются на обломки и превращаются в глыбы, дресву и песок. При этом состав конечных продуктов разрушения целиком зависит от структуры, текстуры и минерального состава горных пород, подвергшихся разрушению.Важнейшим фактором механического выветривания является инсоляция, то есть нагревание поверхности горных пород солнечными лучами. Образование и рост трещин, раскалывающих породу на куски, идет тем интенсивнее, чем больше суточная амплитуда колебаний температуры, достигающая особенно больших величин (> 40oC) в субтропических пустынях и высокогорных областях. Образование трещин в горных породах в значительной мере зависит от их свойств - слоистости, сланцеватости, наличия спайности у минералов. Интенсивность и характер механического выветривания зависят не только от температурного режима и других элементов климата, но и от конкретного минерального сложения породы, от ее теплоемкости и теплопроводности. Быстрее разрушаются темноокрашенные породы и минералы, а также крупнокристаллические полиминеральные породы с большим различием коэффициентов расширения составляющих их минералов.Таким образом, физическое выветривание преобладает в условиях сухого континентального климата (пустыни) с резкими суточными изменениями температуры, проявляясь в форме инсоляции и особенно широко развито в высокогорных и субполярных областях в виде морозного выветривания.

В процессе физического  выветривания из массивных пород  высвобождаются многие стойкие минералы, являющиеся полезными ископаемыми (Au, Pt, касситерит, шеелит, алмазы) и образуют россыпные месторождения. 
 

2.Механизм  процесса кристаллизации? Процесс образования кристаллов сопровождается выделением тепла, и, наоборот, переход металла из твердого состояния в жидкое сопровождается поглощением тепла. Эти явления можно наблюдать, если через определенные промежутки времени (10-20 сек.) измерять температуру жидкого металла. При охлаждении жидкого металла температура вначале будет падать равномерно. Когда же начнется образование кристаллов, то вследствие выделения скрытой теплоты при формировании кристаллической решетки падение температуры прекратится, и она останется неизменной до полного затвердевания металла. Механизм процесса кристаллизации изучался многими учеными. На основании многолетних исследований литой стали Д. К. Чернов еще в 1878 г. указывал, что процесс кристаллизации металлов подобен кристаллизации солей и состоит из двух элементарных процессов, которые протекают одновременно. В процессе кристаллизации одновременно растет много кристаллов. В 1 см может образоваться до 1000 и более кристаллов. И вот наступает такой момент, когда грани смежных кристаллов соприкасаются. В точках соприкосновения рост кристаллов прекращается. Поэтому, несмотря на правильное внутреннее строение кристаллов, они имеют самую разнообразную внешнюю форму, в зависимости от числа соседних кристаллов и направления их роста. Кристаллы, имеющие неправильную внешнюю форму, называются кристаллитами, или зернами. Величина зерен зависит от условий кристаллизации и, прежде всего, от скорости охлаждения металла. Чем больше скорость охлаждения металла, тем быстрее он затвердевает, тем больше возникает центров кристаллизации и тем, следовательно, меньше получаются размеры зерна.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Билет№17

1. Минералы химического  выветривания.

2.Приведите формулу  зависимости критического размера зародыша от изменения свободной энергии?

3.Параметры гексагональной  ячейки гидрата хлорида кальция : а=7,86, с=3,91 А, Z=1. Сколько молекул воды  содержится в формульной единице, если плотность кристаллов 1,72 г/см³? Результат округлить до целого числа. 

1. Минералы химического  выветривания. Химическое выветривание — это совокупность различных химических процессов, в результате которых происходит дальнейшее разрушение горных пород и качественного изменения их химического состава с образованием новых минералов и соединений. Важнейшими факторами химического выветривания являются вода, углекислый газ и кислород. Вода — энергичный растворитель горных пород и минералов. Основная химическая реакция воды с минералами магматических пород — гидролиз, приводит к замене катионов щелочных и щелочноземельных элементов кристаллической решётки на ионы водорода диссооциированных молекул воды. В зоне химического выветривания также широко распространена реакция окисления, которой подвергаются многие минералы содержащие способные к окислению металлы. Ярким примером окислительных реакций при химическом выветривании является взаимодействие молекулярного кислорода с сульфидами в водной среде. Так, при окислении пирита наряду с сульфатами и гидратами окисей железа образуется серная кислота, участвующая в создании новых минералов: