Генезис минералов. Методы выращивания кристаллов

 

 

 

                                  Федеральное агентство по образованию

                 Государственное образовательное учреждение высшего                

                                      профессионального   образования

                        «Астраханский Государственный Университет»  

 

 

 

 

 

 

                                         

                                                  Реферат на тему:

              «Генезис минералов. Методы выращивания кристаллов»

 

 

                                                                                        

Выполнила:

студентка группы ДХМ-411

                                                                                        

Проверила:                                                                                                                              

Семенова Е.Б.

                                                                                                                                            

 

 

                                                    Астрахань -2012

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

 

Введение……………………………………………………………………..3

Генезис минералов 5

Эндогенный  процесс 5

Экзогенный процесс 6

  Метаморфический  процесс……………………………………………………...9

  Парагенезис………………………………………………………………………9

 

Методы  выращивания кристаллов 11

Сублимация 11

Химические реакции  в газовой фазе 12

Химические транспортные реакции 12

Выращивание кристаллов из жидкой фазы 13

Методы выращивания  кристаллов из расплава 13

Выращивание кристаллов из раствора 15

Выращивание кристаллов с использованием реакций между веществами в                      

твёрдом состоянии 19

Заключение 21

Список используемой литературы 23

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Наука о кристаллах - кристаллография - изучает законы строения твердых  тел, характеризует кристаллическое вещество закономерным геометрически правильным внутренним строением.

Доказано, что кристаллическое  строение свойственно подавляющему большинству минералов и горных пород, слагающих земную кору, а значит имеет первостепенное значение в строении Земли.

В промышленности все  материалы (металлы и сплавы, каменные строительные материалы, цемент и кирпич, и п.т.) состоят из кристаллических  зерен минералов.

Кристаллография создала  целый ряд специальных кристаллографических методик, имеющих большое практическое значение и распространение.

Наука о кристаллах дает общее понятие о свойствах  и строении твердого вещества. Поэтому  входит в комплекс общеобразовательных  дисциплин и является основой  для происхождения предметов  минерального цикла – минералогии, петрографии, геохимии, учения о месторождениях полезных ископаемых.

Многие учёные России внесли вклады в развитие этой науки. Такие как: М.В.Ломоносов, А.В.Гадолин, Е.С.Федоров, Ю.В.Вульф и многие другие. Кристаллография и в настоящее  время представляет огромный интерес и постоянно пополняется новыми специалистами.

Современные представления  о минералах и их генезисе весьма обширны, сюда можно включить:

- Геологические условия,  среда и механизмы дифференциации  природного минерального вещества  и процессов космогенного, эндогенного и экзогенного минералообразовния в истории Земли.

- Цикличность, длительность  и стадийность минералообразования. 

- Генерации минералов  и парагенетические минеральные  ассоциации.

- Типоморфные минералы  и типоморфные особенности минералов.

- Геологическая обстановка, физико-химические условия и минеральные  ассоциации различных генетические  типов минералообразования 

- Космогенное минералообразование.  Минералы метеоритов, Луны и других  космических тел. Импактное минералообразование. Космическая пыль.

- Магматическое минералообразование.  Происхождение магм и процессы  магматической дифферециации и  минеральные ассоциации изверженных  горных пород. Факторы и условия  кристаллизационной дифференциации  и ликвации магм. Роль флюидов в процессах магматической дифференциации и концентрации металлов.

- Породообразующие, вторичные  и акцессорные минералы изверженных  горных пород. Минеральные ассоциации  кристаллизации ультраосновных  и основных оксидно-силикатных  и сульфидно-силикатных, щелочных фосфатно-силикатных магм.

- Происхождение, строение  и минералы алмазоносных кимберлитов  и редкометальных карбонатитов. Пегматиты, внутреннее строение, минеральные ассоциации, стадийность,  типоморфные минералы.

- Геологическая обстановка, физико-химические условия и минеральные ассоциации термофлюидного минералообразования.

- Происхождение термофлюидов  и их роль в процессах дифференциации  минерального вещества. Процессы  мобилизации, транспортирвки и  локализации рудного вещества  в плутоногенных и вулканогенных условиях. Соотношение процессов секреционного и метасоматического образования минералов.

- Геологическая обстановка, физико-химические условия и факторы  контактового метаморфизма, формирования  скарнов и апоскарновых метасоматитов,  апогранитов, альбититов и грейзенов, высоко-, средне- и низкотемпературных гидротермалитов. Условия и минеральные ассоциации вулканогенного фумарольно-эксгаляционное наземного и субмаринного минералообразования.

 

Генезис минералов

 

В геологии происхождение  каких – либо геологических образований, например минералов, обозначают понятием «генезис». Условия, в которых образуются минералы в земной коре, отличаются большим разнообразием и сложностью. Различают три основных процесса минералообразования, три основных типа генезиса: эндогенный, экзогенный и метаморфический.

Эндогенный  процесс связан с условиями существования глубинных слоёв земной коры. Минералы формируются из магмы – силикатного огненно – жидкого расплава. В целом эндогенный процесс можно разделить на три вида минералообразования:

1. Магмагенный
2. Гидротермальный
3. Пневматолитовый

Магмагенное образование  минералов связано непосредственно  с магмой. По мере понижения температуры  магмы при подъёме её к поверхности  Земли возникают:

• Дифференциация расплава
• Кристаллизация и затвердение.

Всё это происходит при  наличии в расплаве и окружающих породах высоких температур и  давления. Таким путём образуется около 370 минералов, это главным образом  силикаты полевых шпатов. Слюд, а  также некоторые рудные минералы.

Гидротермальное образование минералов: при остывании магмы образуется ювенильная (магматическая) вода, чрезвычайно насыщенная различными компонентами. Эти водные растворы растекаются по трещинам пород. Окружающих массив остывающей магмы при постепенно снижающихся температурах и давлении, что приводит к последовательному осаждению из растворов различных минералов. Таким путём образуются кальцит, барит, флюорит, самородные элементы (серебро, золото, ртуть), сульфиды (пирит) и другие.

Пневматолическое образование  минералов: при остывании магмы идёт бурное выделение газовых компонентов, таких. Как сероводород H₂S, фтористый водород HF, а также выпадают бор В, фосфор Р, сера S и другие. Далее в условиях более низких температур они образуют, иногда минуя жидкое состояние, кристаллические минералы: самородную серу, боросодержащие минералы и некоторые другие.

Эндогенные минералы являются породообразующими в  магматических  горных породах. Много их входит и  в состав горных осадочных пород, куда они попадают после разрушения магматических горных пород в процессе выветривания.

Экзогенный  процесс образования минералов свойствен поверхности и самой верхней части земной коры. Минералы здесь образуются как в континентальных, так и в морских условиях, в тесном контакте и взаимодействии между собой земной коры, атмосферы, гидросферы и биосферы. В сложных процессах минералообразования принимают участие кислород, углекислота из воздуха атмосферы, различного состава водные растворы, живые растительные и животные организмы, их остатки и продукты жизнедеятельности, колебания температур, солнечная энергия.

Многообразие условий  в экзогенном процессе можно разделить  на три основных вида минералообразования:

1. Разрушение одних и создание других минералов
2. Выпадение из водных растворов
3. Биогенное формирование

Первый вид – разрушение одних и создание других минералов происходит на поверхности земной коры в результате процесса выветривания. Магматические минералы, как и магматические горные породы, на поверхности Земли в течение миллионов лет, т.е. в пределах геологического времени, распадаются на составные части , и из продуктов их разрушения формируются новые минералы, устойчивые в данных условиях. Характерными для таких условий являются глинистые минералы, которые широко распространены на земной поверхности, а также минералы, относящиеся к оксидам, карбонатам и сульфатам. В качестве примера можно назвать следующие минералы: из глинистых – каолинит Al₄ [Si₄O₁₀] (OH)₈; оксидов – кварц; карбонатов – кальцит; сульфатов – гипс.

Второй вид – выпадение минералов из водных растворов (моря, океаны, озера, реки, подземные воды и вновь созданные водохранилища). В образовании минералов исключительная роль принадлежит воде. Водный раствор служит минералообразующей средой, поэтому воду иногда образно называют универсальным катализатором.

Проблема воды в минералах –  важная составная часть общей  проблемы формирования в эволюции вещества земной коры во времени и пространстве. Диапазон минералообразования огромен  – от гигантских залежей галита, гипса, боратов. Возникших в неглубоких водоёмах, до крохотных кристаллов на поверхности окисляющихся руд и громадных подземных пещер с гипсовыми и кальцитовыми сталактитами и сталагмитами, массивными колоннами. Натечные образования делают пещеры очень красивыми.

Все природные воды содержат в растворённом виде соли, иногда в очень большом количестве, вплоть до полного насыщения. Так, в воде океанов присутствуют хлориды и сульфаты натрия, калия, магния, кальция (до 35 г\л), в соляных озёрах – хлориды и сульфаты магния и частично натрия и калия, в речной, озёрной воде и водохранилищах – в основном углекислые соли.

Выпадение солей из растворов  происходит в периоды интенсивного испарения воды, а также при  температурных изменениях в водном растворе. Таким путём формируются минералы: гипс CaSO₄*2 H₂O, галит NaCl, мирабилит Na₂SO₄ *10 H₂O.

Минералы, рождающиеся  в водной среде (или за счёт водной среды), имеют различную деятельность жизни. Это зависит от условий  их обитания. Образуясь в водной среде и попав в сухие условия, они могут сохраняться многие годы. Попав снова в водную среду, они растворяются, но в последствии могут вновь родиться, как минералы, но при этом утрачивают первоначальные признаки и приобретают новые.

Минералы, которые быстро рождаются в водной среде и  также легко растворяются в ней, называют сезонными. Этим термином подчёркивается их недолговечность, временное бытие.

Среди сезонных минералов  можно выделить следующие минеральные  виды:

1. Связанные с осаждением вещества из холодных и термальных водных растворов
2. Являющиеся следствием реакций замещения в сухом виде
3. Сублимированные (путём возгонки) вещества, переходящие при нагревании непосредственно из твёрдого в газообразное состояние.

 В природе преобладают  первые. Это преимущественно сульфаты  железа и алюминия. В их структуре вода присутствует как в молекулярной форме, так и в виде гидроксильных групп. Обилие молекулярной воды предопределяет неустойчивость этих минералов вследствие обезвоживания даже при комнатных температурах.

В состав большинства  сезонных минералов входит сера, которая даёт ряд соединений с кислородом, водородом, металлами. Среди сезонных минералов красивые кристаллы достаточно редки, исключение составляет сера. В других случаях сезонные минералы представлены рыхлыми, зернистыми или порошковыми массами. Нередки случаи, когда они имеют форму нитевидных кристаллов – тонких волосоподобных кристаллов, вытянутых вдоль одной из кристаллографических солей.

Третий вид минералообразования – биогенное формирование. Минералы формируются в процессе жизнедеятельности животных и растительных организмов, особенно обильно населяющих мелководные участки морей и других водоёмов. Например, морские водоросли и простейшие морские организмы поглощают углекислый кальций и при отмирании оставляют минеральные накопления в виде кальцита CaCO₃ и арагонита CaCO₃. Диатомовые водоросли, морские губки используют для своих скелетов кремнезём. Таким же путём возникает минерал опал. Морские, а иногда речные или озёрные моллюски в своих раковинах создают жемчуг (минерал кальцит с примесью органического вещества с изумительно красивой игрой цветов в радужных тонах). Железопоглощающие бактерии создают накопления гидроксида железа (минерал – лимонит – источник формирования бурых железняков).