Рост кристаллов при разных пересыщениях. Образование скелетных кристаллов.

Скелеты — это монокристаллы, рост которых осуществляется соответственно в привершинных или в приреберных участках.

Вершинные
формы
Рис. 1.

а - кубический вершинник на кристалле искусственного алмаза (Безруков и др., 1966); б – октаэдрический вершинник флюорита, ограненный ромбододекаэдром (по В. Гольдшмидту); в - кубический вершинник меди, ограненный кубом, возникший в условиях ритмического изменения скорости роста (по А. Задебеку); г-октаэдрический вершинник магнетита, ограненный октаэдром (по Дымкину и Пермякову, 1984) .

Широко известная классификация геометрических типов скелетных кристаллов приведена в работах И.И. Шафрановского (1961, 1966) и совместных с В.А. Мокиевским (1956). Нам представляется, что изучение и классифицирование главным образом конечных продуктов кристаллизации без привлечения наблюдений за реально идущими процессами роста скелетных кристаллов привело к неточностям в определении конкретных форм.

Реберные формы скелетных кристаллов

Макроскопические включения, воронкообразные углубления — реберные скелеты — и далее по мере нарастания ∆С — вершинные скелеты возникают при преобладании диффузионного лимита процесса роста.

В описании скелетных кристаллов целесообразно указывать, во-первых, направление преимущественного роста вершин или ребер и, во-вторых, собственную форму в их огранке. Для краткости описание вершинника или реберника может быть представлено в виде дроби, где в числителе — символ формы, к которой принадлежат данные вершины или ребра, а в знаменателе — символ простой формы в огранке скелета. Могут быть и случаи роста вдоль вершин или ребер, принадлежащих более чем одной простой форме, в этом случае в числителе нужно указать со знаком «+» символы обеих простых форм.

Контрольное задание:
Дайте описание вершинным и реберным формам кристаллов, представленным на рис. 1 и 2.

Обр. 160-2. Деталь.

Рис. 4. Схема образования скелетного кристалла шпинели (по Г.Г. Леммлейну, 1973).

Вершинные формы скелетных кристаллов
В условиях пульсационного изменения скорости роста образуются скелетные кристаллы с ритмическим колебанием размеров отдельных элементов индивида. Часто возникают скелеты, как бы состоящие из срастающихся друг с другом вершинами отдельных субиндивидов, причем расстояние между ними — трансляция — прямо зависит от длительности ритма этой пульсации скорости роста (см. фото 1 и рис. 4).

Рис. 3. Схема структура шпинели.

При больших пересыщениях рост скелетов идет иррациональными поверхностями, причем в направлении, перпендикулярном к вектору роста ветвей скелета, плоские грани вообще отсутствуют. При этом ветви скелета имеют часто клиновидные, кинжалообразные очертания. При снижении пересыщения появляется ступенчатая поверхность, образованная гранями с рациональными символами.

Структура флюорита

При росте вершинного скелета от первичных ветвей могут отходить ветви второго, а от последних — третьего и так далее порядков. В результате формируется объемная решетчатая постройка. Аналогичные ответвления могут возникать и при росте реберных скелетов

Многие ветви вершинников или реберников на концах имеют характерные утолщения, свидетельствующие о постепенном замедлении роста индивида.

Обр. 164. Деталь. Вершины кристаллов меди сложены гранями октаэдра (111)

Обр. 166. Деталь

Октаэдрический вершинник, ограненный кубом (Шафрановский, 1968).

Структура куприта

В одних случаях кристалл практически с самого начала растет в виде скелета, в других — скелетный рост может начаться после стадии нормального полногранного роста.

Конкретная форма скелетного кристалла зависит от пересыщения раствора: при очень больших пересыщениях скелет имеет вершинную форму, а при малых – реберную (Руанг Хуанг Мо, 1976).

Реберные формы скелетных кристаллов

Реберные формы скелетных кристаллов

Реберный скелетный кристалл галита.

Структура галита.

Обр. 145. Деталь.

Структура пирита.

Футляровидный реберный скелет галенита, выросшего при одностороннем поступ-лении питающего раствора.

В условиях направленного движения раствора возникшее включение в средней части грани может долгое время не зарастать, в результате чего формируется воронкообразный, футляровидный или трубчатый кристалл.

Фото двумерного скелетного кристалла галенита, выросший вдоль трещины в доломитизированном известняке. Одна из L4 скелета ⊥ плоскости фотографии.

Возникновение градиента пересыщения вдоль поверхности грани легче всего достигается путем увеличения вязкости среды, а не простым увеличением пересыщения. В вязкой среде скелетные кристаллы могут появляться при малых значениях пересыщений (переохлаждения порядка 0.1-0.2оС). Необходимо помнить, что лишь определенное соотношение скоростей роста кристаллов и скоростей диффузии раствора в окружающей инертной среде, например в геле, приводит к возникновению скелетных индивидов.

Морфология и ориентировка скелетных кристаллов галенита из свинцово-цинковых месторождений центральных Родоп Болгарии (Бонев, Горова, 1972).

Обр. 168. Реберный футляровидный скелетный кристалл синтетического висмута.

Обр. 168. Деталь. (Bi - псевдокубический). Видны спиралевидные слои роста у вершин.

Грани при вершинах реберника - куб (100)

При снижении пересыщения происходит закрытие воронки и образуется пустотелый кристалл. Таким образом, коробчатые и футляровидные скелеты и многокамерные постройки являются полистадийными образованиями.

Обр. 174. Футляровидные кристаллы апатита в пегматите. Чупа. Сев. Карелия.

Футляровидный реберный скелетный кристалл минерала, выросший при одностороннем поступлении питающего раствора (направление показано стрелкой).

Обр. 173. Футляровидные кристаллы апатита с «начинкой» из граната-альмандина в пегматите. Чупа. Северная Карелия.

Структура турмалина.

Реберный решетчатый (каркасный) октаэдрический кристалл шпинелида и его сечение

Обр. 182. Скелетный кристалл граната андрадита (меланита) в м/з массе апатита. Гули.

Структура шпинели

Фото В. Мальцева. Ледяной «бокал» - футляро-видный кристалл. Диаметр 8 см, глубина 5 см.

Морфология кристаллов
льда (1,2,3) и снежинки (4)

В особых условиях возникают скелетные кристаллы —«лодочки» (типа, как на рис. 2 6). Рост их начинается с образования кристаллического зародыша на поверхности раствора, затем вследствие испарения раствора начинается скелетный рост кристалла, причем наиболее быстро на границе кристалл — раствор — воздух, где возникает локальное высокое пересыщение. В дальнейшем идет реберный и вершинный рост лишь у верхней поверхности кристалла, который постепенно погружается в раствор. Кристалл «лодочка» удерживается некоторое время в плавающем состоянии силой поверхностного натяжения, а затем по достижении определенной массы падает вниз.

ПЛАСТИНКИ. Образуются при температуре –2 или же – 15 градусов Цельсия.

Обр. 200-2. Трубчатый монокристалл кальцита (сталактит «макаронина»). Диаметр 5 мм. Алтай, пещера «Вечерний променад».

Обр. 149. Расщепленный кристалл флюорита. «Антискелет». Бурятия.

Обр. 150. Расщепленный кристалл флюорита CaF2 - «Антискелет». Бурятия.

Наряду со скелетными ранее выделялись и «антискелетные» формы. К ним относились кристаллы с выпуклыми поверхностями на месте обычных граней. Условия их формирования в общем противоположны условиям образования скелетных кристаллов: малые и средние пересыщения, а также наличие сильно адсорбирующих примесей, т.е. условия существенно кинетического лимита роста. Собственно говоря, это кристаллы, у которых резко выражены конуса роста на выходах дислокации. Эти конуса (бугорки) роста генетически не отличаются от пологих вицинальных холмиков, например, на квасцах.