Кристалдар құрылыстарын орналасу принциптері әдісі.

Кристаллографияда кристаллдық заттардың құрылымын түсіндіру үшін,кристаллдар дағы атомдар мен иондардың берік қабатты деген ұғым енгізіледі, біріншіден барлық иондар мен атомдардың пішіні сфералы және екіншіден кристаллдың барлық көлемі мен оның жеке құрылымдық блоктары беріс жанасқан аотмдар мен иондармен толтырылған. Осы принципке сәйкес қарапайым және геометриялық түрде минералдардың кристаллдық құрылымының көптеген ерекшеліктерін сипаттауға болады.

Алдымен диаметрлері тең шарлардың беріктік қалауының мүмкін тәсілдерін қарастырайық.Берік жанасқан шарлардың екі қабатын бір-біріне қойып, астынғы қабатты- А, ал төменгіні - В деп белгілейміз. Үшінші қабатты В қабатына әр түрлі етіп қоюға болады. Бір жағдайда - А қабатының жағдайы сияқты, ал басқа жағдайда - үшінші қабаттың шарлары қайталанбас С позициясын алады, содан соң оларды А қабатының жағдайын қайталайтын төртінші қабатпен жабуға болады.

Ораманың бірінші түрі АВ АВАВ... қайталануымен сипатталады. Оны қос қабатты (ал симметриялы сипаты бойынша - гексагональды) деп атайды. Ораманың екінші түрі үшін АВС АВСАВС... қайталану тән. Оны үш қабатты *(кубтық) деп атайды.Шарлардың беріктік қалауында қабаттардың қайталануының көптеген реті кездеседі, бірақ олардың барлығы алғашқы екі ораманың комбинациясы болып табылады.

Берік қаланған шарлар олармен толтырылатын көлемнің тек 74%, ал шарлар арасындағы қуыс 26% құрайды. Олардың екі түрі бар. Өлщемдері кіші қуыстар төрт шардың арасында орналасады.Оларды тетраэдрикалық деп атайды. Өлшемдері бойынша үлкен қуыстар -октаэдрикалық алты шармен шектеледі. n шарлардың шексіз кристаллдық құрылымына 2n тетраэдрикалық және n октаэдрикалық қуыстар сәйкес келеді.

Заттың кристаллдық құрлымынның беріктік орама приципі бойынша корунд Al₂O₃ мысал бола алады. Онда оттегінің (В.Гольдшмидт бойынша радиус 0.132 нм) қос қабат беріктік ораманы түзетін ірі иондары бар, октаэдрикалық қуыстың 2/3 бөлігі(В.Гольдшмидт бойынша радиус 0.057 нм) Al иондарымен толтырылған, ал тетраэдрикалық позициялар бос болып келеді.

Егер кристаллдық заттардың құрылымы идеал беріктік орама приципі бойынша құрылса, онда минералдардың құрылымының алуын түрлілігі үш фактормен анықталады:

1)беріктік орама түрімен, осы ораманы түзетін валенттілігі мен өлшемімен;

2) беріктік ораманы толтыратын атомдар жиынтығымен;

3)құыстардытолтыру өрнегі/узором заселения пустот/.

Бұл факторладың тіркестерінің алу түрлілігі анық. Дегенмен, атомдардың идеал беріктік орамасымен минералдардың саны аз. Бұл біріншіден, мұндай кристаллдық құрылымдар химиялық байланыстары - металдық немесе иондық байланыстарға бағытталған минералдар үшін мүмкін екендігімен түсіндіріледі.Шынымен, мысалы табиғи металдар (Au, Cu, Ag) үш қабатты(кубтық) беріктік орамаға, ал табиғи иридий мен мырыш - қос қабатты (гексагональдық) орамаға ие. Керісінше, табиғи күкірттің кристаллдық құрылымы беріктік орамадан алшақ. Күкіртте бағытталған- ковалентті химиялық байланыс көрсетілген, бұл ретте нөлдік жиынтық заряды S80 конфигурациясы бойынша күрделі сегізатомдық молекулалар пайда болады, олар қалдық (вандерваальстық) бағдарланған бағаналармен байланысады.

Табиғатта таралған заттардың беріктік орамасы кейбір минерлдарға тән- мысалы корунд Al₂O₃ және шпинель MgAl2O4. Осы заттардың молекулярлық мөлшері аз болғанда, олар жоғары беріктікке ие болады. Беріктік орамасына ортосиликаттардың кейбір құрылымдары бір шама жақын- оливиндар, гранаттар және т.б.

Минералдардың көпшілігі күрделі кристаллдық құрылымға ие, жеке блоктарының құрылымы атомдардың беріктік орамасына сай келеді. Бұл прицинп - шындықты түсіндірудің тек моделі болып табылады.

Идеал беріктік орамасында координациалық сан оның атомдарының өлшемдерінің ара қатынасына тәуелді болады: егер бір түрлі атомдарды орамаға қосса, онда олардың қандай қуысқа(тетраэдрикалық немесе октаэдрикалық) орналасуы басқа атомдардың өлшеміне тәуелді болады.Қуыстардың өлщемдері беріктік ораманы құрайтын атомдардың("шарлардың") өлшеміне тәуелді болады, Размеры пустот зависят от размеров атомовформирующих плотнейшую упаковку, ал осы атомдардың радиусы мен қуыстағы атомдардың радиустарының оңтайлы арақатынасы бірдей болады. Ол октаэдрикалық координация үшін 0.41, ал тетраэдрикалық үшін - 0.22 тең. Дәл осылай атомды үш, сегіз он екі көршілер арасында тығыз орналастыруға болады. Мұндай құрылымдар үшін мынадай координациалық сандар мүмкін: 3, 4, 6, 8, 12.

Идеалды беріктік орама минералдар құрылымында атомдар арасында бағытталмаған, толық иондық немесе металдық химиялық байланыстар болған жағдайда мүмкін. Ковалентті байланысқан минералдардың кристаллдық құрылысқа атомдарының қосылуы электрондардың p, d, f орбитальдарына тарауы нәтижесінде жүзеге асады.Табиғи күкіртте S атомдары S₈ молекуласына бірігеді, осы сәтте сыртқы p орбитальдарының электрондары (күкіртте алтау) әрбір атомның тұрақты сегіз электрондық сыртқы қабықшасы болатындай етіп байланысады. Дәл осылай сыртқы р орбиталь электрондарының таралуы нәтижесінде алмаз құрылымындағы көміртек атомдары қосылады, осының арқасында әр атом сыртқы қабықшасы әлдеқайда тұрақты 8-электрондық етіп құрайды. Р орбиталь пішіні шар тәрізді емес, күрделірек және бойымен байланыса алатын кеңістікте белгілі бір бағыты бар.Сондықтан ковалентті байланысқан минералдарда координациалық сан екі факторға тәуелді:а) атомдар өлшемдерінің арақатынасы; б) p, d, f орбитальдарындағы валенттік электрондардың кеңістікте орналасу сипаты. Көршілес атомдардың максимал мүмкін саны олардың өлшемдерінің ара қатынасымен анықталады, ал нақты саны валенттік орбитальдардың жағдайы мен санына байланысты өзгеше болуы мүмкін. Ықтимал координациалық сандар - 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.