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»

 

 

 

 

Выполнил:

студент группы ДХО-111

Проверила:

Семенова Е.Б.

 

 

 

 

 

Астрахань -2010

 

Содержание

 

Введение

1. Генезис минералов

1.1 Эндогенный процесс

1.2 Экзогенный процесс

1.3 Метаморфический процесс

1.4 Парагенезис

2. Методы выращивания кристаллов

2.1 Сублимация

2.2 Химические реакции в газовой фазе

2.3 Химические транспортные реакции

2.4 Выращивание кристаллов из жидкой фазы

2.5 Методы выращивания кристаллов из расплава

2.6 Выращивание кристаллов из раствора

2.7 Выращивание кристаллов с использованием реакций между веществами в твёрдом состоянии

Заключение

Список используемой литературы

 

 

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.

 

 

1. 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.

 

1.1 Эндогенный процесс

 

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.

 

1.2 Экзогенный процесс

 

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).

 

1.3 Метаморфический процесс

 

Метаморфический процесс: минералы эндогенного и экзогенного генезиса на некоторой глубине в земной коре в какой – то период времени могут попасть под воздействие повышенных давлений, температур (как правило, не выше температуры их плавления), под влиянием горячих вод и газов. Возникают новые термодинамические условия, не свойственные условиям существования этих минералов.

Минералы в новых условиях начинают видоизменяться: одни разрушаются, другие перекристаллизовываются, третьи дают новые минеральные образования. Так возникают метаморфические минералы, в большинстве силикатного состава.