Микроскопическое изучение оптических свойств кристаллов

кристаллов при одном Николе

5.1. ИЗУЧЕНИЕ ФОРМЫ КРИСТАЛЛОВ И СПАЙНОСТИ

Формы кристаллов зависит от кристаллографических особенностей

минерала, условий кристаллизации, химического состава и др. В условиях

свободного роста образуются кристаллы, которые обладают правильными,

присущими только данному минералу формами. В шлифах минерал обычно

встречается в виде неправильных, округлых зерен и значительно реже

представлен широко таблитчатыми или несколько удлиненными кристаллами с

бипирамидальными окончаниями. Для кристаллов слюды характерен пластинчатый

облик, а в шлифах они часто имеют шестиугольную или вытянутую –

призматическую, шестоватую форму.

Зерна, имеющие для данного минерала характерные очертания, называются

идиоморфными.

Если кристаллы в процессе роста приобретают свою характерную форму

только частично, они называются гипидиоморфными.

В тех случаях, когда кристаллы минералов не имеют правильных

кристаллографических очертаний и образуют зерна неправильной формы, они

называются ксеноморфными.

Степень идиоморфизма минералов

Рис. 12

Зерна: 1 – идиоморфные, 2 – гипидиоморфные, 3 - ксеноморфные

Наиболее часто минералы в шлифах наблюдаются в виде зерен

изометрической, таблитчатой, призматической формы, реже встречаются

минералы, которым присущи шестоватая и игольчатая формы (рис.13).

Форма зерен минералов

Рис. 13

1 – изометрическая, а/b=1; 2 – таблитчатая, а/b от 2 до 4;

2. – призматическая, а/b от 4 до 10; 4 – шестоватая,

а/b от 10 до 20; 5 – игольчатая, а/b

Спайность – это свойство кристаллов раскалываться (расщипляться) при

ударе или давлении по определенным направлениям (чаще всего параллельно

граням). В зернах минералов, обладающих спайностью, наблюдается система

параллельных трещин, хорошо заметных под микроскопом. Под микроскопом

различают минералы с совершенной и несовершенной спайностью. Минераллы,

обладающие совершенной спайностью, наблюдаются тонкие, четкие трещины

параллельные друг другу (рис. 14, а).

У минералов с несовершенной спайностью линии трещин чаще широкие или

прерывистые, но могут быть тонкими и извилистыми, не всегда строго

параллельными. Однако единое направление трещин видно достаточно отчетливо

(рис. 14, б, в). Минералы не обладающие спайностью, не имеют трещин, либо

они неровные, извилистые и беспорядочные (рис. 14, г).

Типы спайности

Рис. 14

Трещины спайности могут проходить в разных направлениях.

Так например в одном направлении можно наблюдать у слюды, в двух минералы

группы полевых шпатов, амфиболов, пироксенов и др., в трех кальцита,

доломита, галита и некоторых других минералов, в четырех у флюорита и шести

у сфалерит направлениях.

Для минералов, имеющих спайность в двух и более направлениях, один из

диагностических признаков – величина угла между трещинами - угол спайности.

Особенно важно его определение для минералов группы амфиболов и пироксенов,

сходных между собой по ряду других оптических констант и резко

различающихся по величине угла спайности. У первых он составляет 56(, а у

вторых - 87( (рис. 14, д, е).

5.2. ИЗУЧЕНИЕ ЦВЕТА И ПЛЕОХРОИЗМА МИНЕРАЛОВ

Минералы также различают по цвету зерна и выделяют две группы,

непрозрачные – полностью поглощающие световые лучи и прозрачные – полностью

или частично пропускающие свет. К первой относятся в основном рудные

минералы. Ко второй относят породообразующие минералы.

В шлифах минералы могут иметь другой цвет. Окрашенными в шлифах

выглядят минералы, которые лучи разных длин волн поглощают их по-разному.

Бесцветными кажутся минералы, поглощающие одинаковые лучи с различной

длиной волны.

Большинство окрашенные минералы, кристаллизующиеся во всех сингониях

кроме кубической, обладают плеохроизмом. Плеохроизмом называется свойство

кристаллов изменять окраску в зависимости от направления световых

колебаний, проходящих через них. Оно обусловлено различным характером

поглощения световых лучей по разным направлениям в кристалле и проявляется

при изучении окрашенных минералов под микроскопом при одном николе.

У минералов, обладающих плеохроизмом, наблюдается постепенное

изменение окраски.

У одних минералов плеохроизм выражается в изменении цвета, у других –

в изменении интенсивности окраски, у третьих – в изменении и цвета, и

интенсивности.

5.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ МИНЕРАЛОВ.

Показатель преломления n – один из важнейших диагностических

признаков минералов. Определение его, в зависимости от цели исследования,

проводится разными методами с различной степенью точности. Для наиболее

точного определения величины показателя преломления пользуются кристалл-

рефрактомером. Измерение показателя преломления этим прибором основано на

явлении полного внутреннего отражения при падении световой волны из среды,

более сильно преломляющей, в среду, преломляющую менее сильно. Величина

показателя преломления минерала вычисляется по формуле:

n – N sin (,

где N – известный показатель преломления стеклянного полушария (от куда

падает световая волна); ( - угол падения луча. Кристалл-рефрактометр

позволяет измерять показатели преломления кристаллического и

некристаллического вещества при условии, что их значения не превышают

величины N.

5.4. СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ МИНЕРАЛОВ.

В научно-исследовательских и производственных лабораториях показатели

преломления минералов чаще всего определяют иммерсионным методом. Суть

метода заключается в том, что пользуясь специальным набором жидкостей с

разными, заранее известными показателями преломления, подбирают две

жидкости с разницей величин n в 0,003. Причем, значение n одной жидкости

будет больше n исследуемого минерала, а другой – меньше. Одно из

существенных преимуществ этого метода – возможность его использования для

определения даже мелких зерен, размером в десятые доли миллиметра.

Сравнивая показатели преломления жидкости и минерала, наблюдают за так

называемой световой полоской, или линией Бекке. При разнице n в 0,001 и

более на границе минерала с жидкостью появляется тонкая световая полоска –

линия Бекке, точно повторяющая контуры зерна. При подъеме и опускании

тубуса микроскопа она перемещается с зерна на жидкость и обратно. При

подъеме тубуса микроскопа линия Бекке перемещается в сторону вещества с

большим показателем преломления, а при опускании – в сторону вещества с

меньшим показателем преломления.

Наиболее простой и доступный способ определения показателя преломления

минералов при изучении их с помощью поляризационного микроскопа – метод

сравнения с показателем преломления канадского бальзама, величина которого

всегда постоянна. При этом наблюдают за линией Бекке, рельефом и шагреневой

поверхностью, по характеру которых и определяют показатель преломления

минерала.

Все минералы при сравнении их показателя преломления с показателем

преломления канадского бальзама можно разделить на две группы: 1) nмин (

nк.б.; 2) nмин ( nк.б. . Следует иметь в виду, что у некоторых минералов

величина показателя преломления в зависимости от кристаллографической и

оптической ориентировки сильно меняется, например, у кальцита – от 1,486 до

1,658.

ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙЧТВ КРИСТАЛЛОВ ПРИ ДВУХ НИКОЛЯХ.

6.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ДВОЙНОГО ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ МИНЕРАЛОВ.

Луч света, проходящий через пластинку анизотропного минерала,

разбивается на два луча с разными показателями преломления,

распространяющиеся с различными скоростями, и колеблющиеся во взаимно-

перпендикулярных плоскостях.

Силой двойного лучепреломления (() называется величина, показывающая

насколько показатель преломления одного луча отличается от показателя

преломления другого:

( = n1 – n2 , {1}

где n1 и n2 – величины показателей преломления.

Сила двойного лучепреломления – величина переменная. Она изменяется от

0, когда луч направлен по оптической оси кристалла, до какого-то максимума,

когда луч направлен перпендикулярно к оптической оси (в одноосных

кристаллах) или к плоскости оптических осей (в двуосных кристаллах). За

истинную величину силы двойного лучепреломления (ведь только она может

использоваться для определения минералов) принимают ее максимальное

значение:

( = ng – np , {2}

где ng – наибольший по величине показатель преломления данного

минерала, а np – наименьший.

Определение силы двойного лучепреломления минералов основано изучении

явления интерференции световых волн, проходящих через кристалл в шлифе.

Выше было сказано, что луч света, входя в кристалл, раздваивается, и

каждая из образовавшихся световых волн распространяется в кристалле со

своей скоростью. В результате один луч обгоняет другой, и между ними

возникает разность хода (R). Величина разности хода измеряется в

миллимикронах и прямо пропорциональна длине пути, пройденного в

анизотропной среде, то есть толщине кристаллической пластинки – (толщина

шлифа) и силе двойного лучепреломления данного кристалла - (:

R = d ( = d (ng – np) {3}

Наличие определенной разности ходе при прохождении лучей света через

анализатор обусловливает их интерференцию, вследствие чего зерна минералов

при изучении их под микроскопом в белом света приобретают интерференционные

окраски. При этом каждому значению разности хода соответствует своя

интерференционная окраска. Следовательно, по характеру интерференционной

окраски можно определить разность хода – R, которая, в свою очередь,

связана с искомой уже известной зависимостью. В конечном итоге, определение

силы двойного лучепреломления минерала сводится к определению

интерференционной окраски.

При определении силы двойного лучепреломления минералов пользуются

таблицей Мишель-Леви (приложение 1).

По горизонтальной оси этой нанесены величины разности хода (в

миллимикронах) с соответствующей им интерференционной окраской (в виде

вертикальных полосок соответствующих цветов). При увеличении R цвета

периодически повторяются. Это позволяет разбить их на порядки.

В первый порядок входят цвета: серый, белый, желтый, оранжевый и

красный, постепенно переходящие друг в друга.

Второй и третий порядки начинаются с фиолетового цвета, далее следуют

синий, зеленый, желтый, оранжевый и красный.

В первом порядке имеются отсутствующие в других порядках серый и белый

цвета, но нет синего и зеленого.

По вертикальной оси таблицы отложена толщина шлифов (в сотых и

тысячных долях мм). Из нижнего левого угла таблицы веерообразно вверх и

вправо расходятся прямые линии, на концах которых указаны значения силы

двойного лучепреломления.

Для практического определения силы двойного лучепреломления необходимо

под микроскопом найти наивысшую интерференционную окраску минерала и точку

пересечения ее на таблице Мишель-Леви с горизонтальной линией,

соответствующей стандартной толщине шлифа =0,03 мм. Через эту точку

проходит одна из веерообразно расходящихся линий, на верхнем конце которой

и указана искомая величина = ng – np.

При изучении интерференционной окраски минерала необходимо определить

ее порядок. Для этого пользуются так называемым правилом каемок и методом

компенсации.

6.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ДВОЙНОГО ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ ПО

КАЕМКАМ В ЗЕРНАХ

Весьма часто зерна минералов утончаются к краям, в то время как

значительно большая площадь зерна имеет плоскую поверхность, параллельную

нижней поверхности зерна.

В зависимости от этого интерференционная окраска зерна понижается к

самым краям зерна, на которых наблюдаются различия в интерференционных

окрасках, так что нередко можно различать цвета первых порядков. Наблюдая

от края к центру зерна полоски интерференционных цветов, заканчивающиеся

красным цветом можно подсчитать сколько красных полосок сменяют друг друга

в направлении от края к центру, и, следовательно, выяснить, к какому

порядку относится интерференционная окраска зерна в его центральной части

(количество центральных каемок плюс единица). Затем необходимо использовать

номограмму Мишель-Леви для определения силы двойного лучепреломления.

6.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ДВОЙНОГО ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ КОМПЕНСАТОРА

Компенсатор представляет собой прибор, изготовленный из кристаллов

кварца и гипса. В том случае, когда он имеет постоянную разность хода около

550 миллимикрон, (что соответствует собственной интерференционной окраске

кварца или гипса – красной первого порядка), то его называют кварцевой

пластинкой.

Компенсатор, называемый кварцевым клином, представляет в поперечном

разрезе пластинку в форме тонкого клина. Его разность хода переменная. На

оправе указана его оптическая ориентировка, обычно сходная с той, которая

указана для гипсовой и кварцевой пластинок.

При вдвигании кварцевого клина в прорезь тубуса микроскопа изменяются

последовательно интерференционные цвета от начала 1 порядка до 4 порядка.

При определении силы двойного лучепреломления используется правило

компенсации.

Известно, что разность хода в кристаллическом зерне возрастает

пропорционально длине пути, проходимого световыми волнами в этом зерне.

Поэтому если на пути распространения света, над кристаллическим зерном

поместить другую кристаллическую пластинку (в данном случае компенсатор)

таким образом, чтобы направления одноименных осей оптических индикатрис

зерна и компенсатора совпадали, то результирующая разность хода будет равна

сумме разностей хода зерна и компенсатора, что вызовет повышение

интерференционной окраски.

Если поместить компенсатор таким образом, что будут совпадать

разноименные оси оптических индикатрис зерна и компенсатора, то суммарная

разность хода будет равна разности разностей хода зерна и компенсатора, что

приведет к уменьшению порядка интерференционной окраски.

Если разность хода компенсатора будет равна разности хода в

исследуемом зерне минерала, то в итоге общая разность хода световых волн

будет равна нулю или, как принято говорить, произойдет компенсация разности

хода в зерне, а зерно приобретет серую интерференционную окраску первого

порядка.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приведенные немногочисленные данные подтверждают неразрывную связь

между химией, геометрией и физикой кристаллов.

Нетрудно представить себе связь, существующую между симметрией и

химическим составом кристаллов.

Пусть, например, в структуре присутствуют лишь взаимно

параллельные тройные оси. Частицы могут располагаться либо на этих осях,

либо вне их. При повороте вокруг тройной оси лежащая на ней частица А

остается единственной, тогда как частица В, находящаяся вне оси,

повторяется трижды.

Отсюда заключаем, что в структурах с одними тройными осями могут

кристаллизоваться соединения типа АВ3. Вместе с тем, здесь нельзя ожидать

соединений типа АВ2.

Следовательно, знание федоровской пространственной группы (т.е.

полной совокупности элементов симметрии структуры кристалла) дает

возможность предсказывать типы соединений, кристаллизующихся в данной

группе. Наоборот, некоторому типу химической формулы соответствует

определенный комплекс пространственных групп. Отсюда понятно исключительное

значение, которое играют в кристаллохимии пространственные группы

симметрии, впервые выведенные Федоровым.

Взаимосвязь между симметрией пространственной группы и химическим

составом кристалла была в свое время четко сформулирована крупнейшим

советским кристаллографом, академиком А. В. Шубниковым.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Попов Г. М., Шафроновский И. И. Кристаллография.

М.: ГОСГЕОЛТЕХИЗДАТ, 1955г, 295с.

2. Кочурова Р. Н. Основы практической петрографии.

Л.: Издательство Ленинградского университета, 1977г, 176с.

Страницы: 1, 2, 3