Ашигт малтмал яагаад тодорхой талст хэлбэртэй байдаг вэ?
Хэрэв та призм хэлбэртэй кварц, жижиг шоо шиг харагддаг хоолны давс, эсвэл ихэвчлэн алтан шоотой төстэй пиритийг харж байсан бол та гайхаж магадгүй юм: эрдэс бодис яагаад тодорхой талст хэлбэртэй байдаг вэ? Ашигт малтмалын хэлбэрийн гоо үзэсгэлэн нь санамсаргүй зүйл биш юм. Эдгээр нь эрдэс бодисын атомууд хэрхэн байрладаг, эрдэс бодис байгальд хэрхэн ургадагийн "ул мөр" юм. Энэ нийтлэлд атомын зохион байгуулалт, үүсэх процессоос эхлээд тэдгээрийн эцсийн хэлбэрт нөлөөлдөг хүрээлэн буй орчны хүчин зүйлс хүртэл эрдэс бодисын талст хэлбэрийн цаад шинжлэх ухааны шалтгаануудыг авч үзэх болно.
1. Эрдэс ба талстууд: хоорондоо ямар холбоотой вэ?
Эрдэс бодис нь байгалийн жамаар үүссэн хатуу бодис (хүний оролцоогүйгээр үүссэн) бөгөөд ерөнхийдөө органик бус, тодорхой химийн найрлагатай, тогтмол дотоод бүтэцтэй байдаг. Энэхүү тогтмол дотоод бүтцийг талст бүтэц гэж нэрлэдэг. Тиймээс бид эрдэс бодисыг "талст" гэж хэлэхдээ зөвхөн түүний өнцгийн гадаад хэлбэрийг хэлээд зогсохгүй атомууд нь давтагдсан хэв маягаар цэгцтэй байрладаг гэдгийг хэлж байна.
Кристалын гадаад хэлбэр (болор зуршил гэж нэрлэдэг) нь дотоод бүтцийн тусгал боловч үүсэх нөхцөл байдлаас шалтгаалан үргэлж төгс байдаггүй.
2. Үндсэн шалтгаан: талст тор дахь атомуудын зохион байгуулалт
Микроскопийн түвшинд эрдэс бодисын атомууд нь гурван хэмжээст давтагдах хэв маягаар байрладаг бөгөөд үүнийг болор тор гэж нэрлэдэг. Энэ хэв маягийг дараахь байдлаар тодорхойлдог.
– Бүрэлдэхүүн хэсэг болох ион/атомын хэмжээ ба цэнэг
- Химийн холбооны төрөл (ионы, ковалент, металл эсвэл холимог)
– Жижиг хэсгүүд (жишээлбэл, силикат тетраэдрүүд) давтагдаж том бүтэц үүсгэх арга зам
Дотоод бүтэц нь тогтмол байдаг тул эрдэс бодисын өсөлт нь мөн тогтмол байх хандлагатай байдаг. Энэ нь жигд хавтгай гадаргуу (гадаргуу) болон тодорхой өнцөг үүсгэдэг. Ийм учраас кварц нь ихэвчлэн зургаан өнцөгт призм үүсгэдэг бол галит (NaCl) нь куб үүсгэх хандлагатай байдаг.
Энгийн жишээ
– Галит (чулуулгийн давс, NaCl): Na⁺ ба Cl⁻ ионууд нь куб хэлбэртэй байрладаг. Ургах үед энэ зохион байгуулалтад хамгийн сайн тохирох хэлбэр нь куб юм.
– Кварц (SiO₂): цахиурын тетраэдрүүдийн зохион байгуулалт нь зургаан өнцөгт тэгш хэмийг үүсгэдэг тул гаднах хэлбэр нь ихэвчлэн пирамид үзүүртэй зургаан талт призм байдаг.
3. Кристал тэгш хэм ба хэлбэрийн тогтмол байдлын "хууль"
Кристалууд нь тэгш хэмийг харуулдаг бөгөөд энэ нь тодорхой чиглэлд эргэлдэх эсвэл толин тусгал хийх үед ижил хэв маягийн давталт юм. Энэхүү тэгш хэм нь кристаллографийн системд хуваагддаг. Ерөнхийдөө долоон үндсэн кристалл систем байдаг:
1. Куб (изометрийн)
2. Дөрвөлжин
3. Орторхомбик
4. Зургаан өнцөгт
5. Гурвалжин
6. Моноклиник
7. Триклин
Систем бүр өнцөг болон тэнхлэгийн уртын хувьд өөрийн гэсэн өвөрмөц дүрэмтэй байдаг. Тиймээс нэг системийн доторх эрдсүүд нь ихэвчлэн ижил төстэй хэлбэрийн хандлагатай байдаг. Жишээлбэл, куб системийн эрдсүүд нь куб, октаэдр эсвэл додекаэдр хэлбэртэй байх хандлагатай байдаг.
4. Яагаад зарим хэсэг нь илүү давамгайлж байна вэ? Гадаргуугийн энерги
Хэдийгээр болор тор нь "үндсэн загварыг" хангадаг боловч эцсийн хэлбэр нь аль хавтгай нь хамгийн эрчим хүчний хувьд тогтвортой байдгаараа тодорхойлогддог. Болор өсөлтөд:
– Гадаргуугийн энерги багатай хавтгайнууд нь үлдэж, талст гадаргуу мэт харагдах хандлагатай байдаг.
– Гадаргуугийн энерги өндөртэй талбайнууд илүү хурдан өсөх хандлагатай бөгөөд эцэст нь гаднах хэлбэрээсээ “алга болдог”.
Өөрөөр хэлбэл, талстууд нийт энергийг хамгийн бага байлгах хэлбэрийг "сонгох" болно. Энэ зарчим нь ижил эрдэс бодис тодорхой тэгш хэмийн хил хязгаарыг дагаж мөрдөж байхдаа яагаад олон янзын хэлбэртэй байж болохыг тайлбарлахад тусалдаг.
5. Өсөлтийн нөхцөл: орон зай, цаг хугацаа, материалын хангамж
Кристал хэлбэр нь эрдэс бодисын үүсэх орчинд ихээхэн нөлөөлдөг. Хамгийн чухал хүчин зүйлсийн зарим нь:
а) Өсөх зай
Хэрэв ашигт малтмал хоосон зайтай бол (жишээлбэл, галт уулын чулуулаг эсвэл геод дахь хөндий) бол талстууд чөлөөтэй ургаж, өөр өөр талст гадаргуу үүсгэж болно. Гэсэн хэдий ч хэрэв тэдгээр нь хязгаарлагдмал орон зайд ургавал талстууд хоорондоо шахагдаж, жигд бус хэлбэртэй болдог.
Жишээ:
– Геод дахь кварцын талстууд нь ихэвчлэн хурц бөгөөд тунгалаг гадаргуутай байдаг.
– Хатуу чулуулаг дахь кварц нь тунгалаг призм хэлбэртэй биш талст масс байж болно.
б) Хөргөх эсвэл хэлбэржүүлэх хурд
– Удаан хөргөлт (жишээлбэл, магмын нэвтрэлтэд) нь атомуудыг цэгцтэй байрлуулах боломжийг олгодог → том талстууд болон илүү ердийн хэлбэртэй байдаг.
– Хурдан хөрөх (жишээлбэл, гадаргуу дээрх лаав) нь атомууд зохион байгуулалттай болохоосоо өмнө "түгжигдэхэд" → жижиг талстууд эсвэл бүр галт уулын шил (талстгүй) хүргэдэг.
в) Химийн элементүүдийн концентраци ба хангамж
Хэрэв бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь элбэг бөгөөд тогтвортой байвал талстууд төгс ургаж чадна. Хэрэв нийлүүлэлт хэлбэлзвэл өсөлт жигд бус болж, хэлбэрээ алдсан эсвэл давхарласан хэлбэртэй болдог.
6. Температур, даралт болон ус/уусмалын үүрэг
Олон эрдэс бодис нь гидротермаль уусмалаас (халуун, эрдэс бодисоор баялаг ус) эсвэл метаморфизмаас (температур ба даралтын улмаас чулуулгийн өөрчлөлт) ургадаг. Температур ба даралт нь эрдэс бодист хэд хэдэн байдлаар нөлөөлдөг:
– Аль эрдэс бодисууд тогтвортой болохыг тодорхойлох (зарим эрдэс бодисууд зөвхөн тодорхой нөхцөлд л үүсдэг).
– Атомын тархалтын хурдыг өөрчилж, улмаар талстын хэмжээ болон чанарт нөлөөлдөг.
– Уусахад нөлөөлдөг: нөхцөл өөрчлөгдөхөд (жишээлбэл, уусмал хөрөх эсвэл даралт буурах) эрдэс бодисууд тунадасждаг.
Ус нь ионууд хөдөлж, цугларч тор үүсгэхэд хялбар болгодог тул талст үүсэх процессыг хурдасгаж чадна.
7. Бохирдол ба талстын согог: хэлбэр өөрчлөгдөж болно
Эрдэс бодисууд 100% цэвэр байх нь ховор байдаг. Бусад ионууд нь зарим атомыг орлох (орлуулах) зорилгоор талст торонд орж болно. Эдгээр хольцууд нь:
– Өнгө өөрчлөгдөх (жишээ нь: ул мөр элемент болон цацрагийн нөлөөллөөс болж ягаан кварц: аметист).
– Кристалуудын хэлбэрийг "төгс" болгохгүйн тулд тэдгээрийн ургах аргыг өөрчлөх.
– Гялбаа болон хатуулагт нөлөөлдөг согог (муудах) үүсгэдэг.
Согог үүссэн ч үндсэн бүтэц нь талстографийн дүрмийг дагаж мөрддөг тул ерөнхий хэлбэрийг нь таньж болно.
8. Ихэрлэх ба агрегатууд: талстууд нь "хачин" мэт харагддаг ч тогтмол хэвээр байна.
Заримдаа хоёр буюу түүнээс дээш талстууд бие биендээ тодорхой, тогтмол чиглэлд наалддаг. Үүнийг талстын ихэрлэлт гэж нэрлэдэг. Ихэрлэлт нь нарийн төвөгтэй мэт харагдах боловч үнэндээ тэгш хэмийн дүрмийг дагадаг өвөрмөц хэлбэрийг бий болгодог.
Үүнээс гадна, эрдэс бодисууд нь ихэвчлэн олон жижиг талстуудын цуглуулга болох агрегат хэлбэрээр ургадаг. Агрегатуудад бие даасан талстуудын хэлбэрийг ялгахад хэцүү байдаг ч микроскопийн хэмжээнд тогтмол хэвээр байдаг.
9. Яагаад нэг ижил эрдэс бодис өөр өөр хэлбэртэй байж болох вэ?
Бид ижил эрдэс бодисыг олж болох ч хэлбэр нь харилцан адилгүй байдаг. Энэ нь дараах шалтгаанаар болдог.
– Өөр өөр өсөлтийн нөхцөл (температур, даралт, уусмал, орон зай)
– Тодорхой чиглэлд өсөлтийн хурдны ялгаа
– Өсөлтөд саад учруулдаг хольц эсвэл бусад эрдэс бодис байгаа эсэх
– Кристал гадаргууг өөрчилдөг цаг агаарын өөрчлөлт эсвэл элэгдлийн процессууд
Гэсэн хэдий ч гадаад хэлбэр өөрчлөгдөж болох ч ижил эрдэс дэх талстын хавтгайнуудын хоорондох өнцөг тогтмол хэвээр байх хандлагатай байдаг. Сонгодог талстографид үүнийг өгөгдсөн эрдэсийн талстын хавтгайнуудын хоорондох өнцөг нь ижил дотоод бүтцээс үүсдэг тул тогтмол байдаг зарчим гэж нэрлэдэг.
Дүгнэлт
Эрдэс бодисууд нь голчлон болор торны атомуудын тогтмол зохион байгуулалт болон дотоод бүтцийн тэгш хэмээс шалтгаалан тодорхой болор хэлбэртэй байдаг. Бидний харж буй гадаад хэлбэр нь энэхүү дотоод "загвар" болон өсөлтийн орон зай, температур, даралт, үүсэх хурд, уусмалын найрлага ба хольц зэрэг хүрээлэн буй орчны хүчин зүйлсийн харилцан үйлчлэлийн үр дүн юм. Тиймээс эрдсийн талстууд нь атомын түвшинд физик, химийн тогтмол хуулиуд болон үүсэх үеийн байгалийн динамикийн нэгдэл юм.
Кристал хэлбэрүүд нь цуглуулахад үзэсгэлэнтэй төдийгүй шинжлэх ухаанд чухал ач холбогдолтой: геологичид кристалуудын хэлбэр, бүтцээс чулуулаг үүссэн нөхцөл байдал, тэдгээрийн геологийн түүх, тэр ч байтугай тухайн газрын ашигт малтмалын нөөцийг хүртэл дүгнэж чаддаг. Ашигт малтмал яагаад тодорхой хэлбэртэй байдагийг ойлгосноор бид үндсэндээ атомын бүтцэд хадгалагдсан байгалийн үйл явцын "тэмдэглэлийг" уншиж байна.
