Кристали і їх форми
Як правило, природні необроблені коштовні камені вражають насамперед тими гладкими площинами, які їх обмежують, надаючи їм їх характерні форми. Ці тіла, що володіють певною симетрією (з початку XVIII ст. Їх називають кристалами), являють собою форми прояву елементів і сполук, внутрішню будову яких вище було визначено як кристалічний. Назва «крісталлус» у стародавніх греків і римлян відносилося тільки до гірського кришталю. У перекладі воно означає «замерзлий», оскільки гірський кришталь приймали за сильно ущільнений лід. Втім, так вважалося аж до кінця XVII в. Лише в 1672 р знаменитий англійський вчений Роберт Бойль в своєму трактаті про дорогоцінні камені виступив проти такого тлумачення. Він вказав на те, що гірський кришталь в 2,66 рази важча за воду і тому ніяк не може бути льодом, який плаває у воді.
У 1723 р лікар з Люцерна Моріц Антон Капеллер, мабуть, вперше надав терміну «кристал» більш широке значення. А ще раніше, в 1669 р датчанин Нільс Стенсен в своїй праці «Dissertationis Prodromus» показав, що у кварцу завжди з'являються одні й ті ж певні води граней, характерні саме для нього, причому кути між ними всеща однакові (закон сталості кутів). Пізніше з'ясувалося, що ці спостереження над кристалами кварцу мають загальне значення для будь-яких кристалів.
Як же виникають грані кристала і як взагалі росте кристал ?.
З'єднання, добре нам відоме як вода (молекула Н
0. складається з елементів водню і кисню в співвідношенні 2: 1), в залежності від температури може знаходитися в твердому (лід), рідкому (вода) або газоподібному (пара) фазовому стані. У твердому стані молекули води зчеплені між собою, утворюючи типову кристалічну решітку.
З підвищенням температури відбувається ослаблення сил взаємного зчеплення координаційних зв'язків, яке при 0 ° С заходить настільки далеко, що настає розпад кристалічної решітки. Вивільняються з неї молекули утворюють нові, тепер уже вільно рухаються по відношенню один до одного комбінації, при цьому з'єднання переходить в рідкий стан (воду). Цей процес називається таненням (в загальному випадку - плавленням).
При охолодженні води до точки замерзання прагнення атомів до взаємної координації, навпаки, зростає. Спочатку відбувається об'єднання невеликого числа окремих частинок з утворенням зародка кристала, який потім шляхом повільного нарощування знову утворює решітку. По завершенні цього процесу останню знову можна уявити як впорядковану атомну будівництво - кристалічну решітку. Необхідно підкреслити, що кристалічна решітка виникає шляхом поступового приєднання атомів. Це і називається зростанням кристалічної решітки.
Подібним же чином можна описати зростання кристалів солі з водного розчину (в загальному випадку - з розплаву). Принципово важливо відзначити, що зростаюча кристалічна решітка прагне оточити себе плоскими атомними сітками, які сприймаються оком як грані кристала. Вільний безперешкодний ріст кристала сприяє появі на ньому граней. У природі, однак, часто виникає обстановка туги зростання, обумовлена недоліком вільного об'єму, перешкодами з боку сусідніх кристалів і подібними цим явищами. В результаті можуть утворитися зерна, мають абсолютно неправильні зовнішні контури. Хоча вони і виглядають зовні як абсолютно невпорядковані освіти, їх внутрішнє кристалічну будову в більшості випадків повністю зберігається і може бути виявлено за допомогою рентгенівських променів.
Ідеальний кристал утворюється в обстановці повної відповідності умов виникнення і зростання. Однак більшість зустрічаються в природі кристалів виявляє невеликі відхилення від вдеальной форми - спотворення. Ці кристали з перекрученими формами називають реальними кристалами.
При описі форм кристалів в цілому розрізняють прості форми і їх комбінації. Проста форма представлена в тому випадку, коли всі грані кристала однакові, рівнозначні; якщо ж вони різні, тобто належать різним простим формам, говорять про комбінації.
Прості форми можна поділити на замкнуті прості форми, які можуть існувати самі по собі (всього їх у кристалів відповідно до законів симетрії тільки 30), і відкриті прості форми, які можливі лише в комбінаціях.
Якщо присутній одна-єдина відкрита проста форма, яка не має іншого собі еквівалентної, то говорять про моноедре (Педіон). Якщо ж моноедр має паралельну йому протилежну грань, то така відкрита проста форма називається пинакоида, а якщо інша рівнозначна площину не паралельна, а розташовується під кутом до першої, то така форма носить назву доми (через свого подібності з двосхилим дахом), або діедра. Коли дві рівнозначні площині сходяться в формі клина, утворюється сфеноїдиті (осьової діедр, полупрізма). При наявності декількох рівнозначних площин, що перетинаються по паралельним ребрах, виникають різні призми: тристороння (трігональная), чотиристороння квадратна (тетрагональна), чотиристороння прямокутна (ромбічна) і шестистороння (гексагональна).
Піраміди - відкриті форми, утворені кількома рівнозначними площинами, ребра яких сходяться в одній точці. Особливі різновиди пірамід носять ті ж назви, що і відповідні призми.
До закритих простих форм відносяться Бипирамида, октаедр, трапецоедр, скаленоедри бісфеноід (ромбічний і Тетрагональна тетраєдри), тетраедр, куб (гексаедр) I, ромбоедр, ромбододекаедра, пентагондодекаедр, ікосітетраедр (тетрагонтріктаедр), тетрагексаедр і гексаоктаедр.
Оскільки відкриті форми не можуть існувати самі по собі, самостійно, вони перш за все утворюють комбінації. Однак і закриті форми часто-густо зустрічаються в комбінаціях. Серед простих форм комбінації найчастіше утворюють призма і піна до ід, піраміда і моноедр. Нерідко спільно зустрічаються призма і Бипирамида, Иноща також куб і октаедр.
При розгляді всіх цих кристалографічних форм ясно видно, що кожна з них має певну симетрію, ступінь якої оцінюється; виходячи з окремих її елементів. У числі цих елементів слід назвати: площини дзеркального відображення (площині симетрії), осі симетрії і центр симетрії. На підставі можливих поєднань різних елементів симетрії форми кристалів можна поділити на кристалографічні системи (сингонії) і класи симетрії.
Найвищою симетрією характеризується кубічна сингонія, до якої належать куб, октаедр, ромбододекаедра і інші форми. З дорогоцінних і кольорових каменів в цій сингонії кристалізуються алмаз, гранат, флюорит, сфалерит.
Далі по симетрії виділяються: тетрагональна сінгонія- циркон; гексагональная- апатит, берил; трігональная (частково относимая до гексагональної) - турмалін, корунд; ромбоподібна - топаз; моноклінна - ортоклаз; тріклінная - лабрадор. Тут названі лише деякі представники окремих сингоний. Кристали триклинной сингонії характеризуються найнижчою симетрією.
До сих пір, кажучи про кристалах і їх формах, ми мали на увазі тільки окремі індивідууми, поодинокі кристали. Однак в природі вони зустрічаються вкрай рідко. Поєднання небагатьох добре розвинених пов'язаних між собою кристалів називається зрощенням (зростки) кристалів. Але набагато частіше зустрічаються зрощення багатьох кристалів, нерідко недосконалою форми, звані кристалічним агрегатом.
У деяких зрощеннях кристалів встановлюються закономірні відносини між їх гранями і кристалічними індивідами. Прикладом такого зрощення
може служити паралельне зрощення, в якому рівнозначні межі різних індивідуумів орієнтовані паралельно.
Коли два кристала зростаються по загальній площині таким чином, що кожен з них є як би дзеркальним відображенням іншого, то говорять про Двійникування, або двійникові зрощенні (контактні двійники). Двійникові проростання є кристали, в двійникові положенні пророслі один одного. У Двійникування можуть брати участь більше ніж два індивідуума. Тоді говорять про трійниках, нетверніках, множинних двойнікових сростках.
Серед кристалічних агрегатів також можна виділити різні їх види - як неорієнтовані, так і орієнтовані. Як приклад орієнтованих агрегатів можна назвати субпараллельно і радіальні, радіальноволокністие, віялоподібні, сталактитові і оолітові агрегати.
Хімічні властивості дорогоцінних каменів ми тут докладно розглядати не будемо. Вони представлені в таблицях, розміщених в кінці книги і містять дані про хімічний склад цих мінералів.