Abstracts. Geneza mineralelor. Metode de creștere a cristalelor
p align = "left"> Al treilea tip de formare a mineralelor este formarea biogenică. Mineralele se formează în procesul de activitate vitală a animalelor și a organismelor vegetale, în special în zonele cu adâncime din zonele mării și ale altor corpuri de apă. De exemplu, algele și organismele marine protozoare absorb carbonatul de calciu și, cu moartea, lasă acumulări minerale sub formă de calciu CaCO3 și aragonit CaCO3. Diatom alge, bureți de mare folosesc pentru scheletul lor silice. În același mod există un opal mineral. Mării și, uneori, moluște din râu sau lac în cochiliile lor creează perle (un calcit mineral cu amestec de materie organică, cu un joc minunat de flori în tonuri irizate). Bacteriile consumatoare de fier generează acumulări de hidroxid de fier (minero-limonită - o sursă de formare a minereului de fier brun).
1.3 Procesul metamorfic
Procesul metamorfic. mineralele genezei endogene și exogene la o anumită adâncime în scoarța pământului pot fi expuse la presiuni ridicate, temperaturi (de regulă, nu mai mari decât punctul lor de topire), sub influența apei calde și a gazelor. Există noi condiții termodinamice care nu sunt specifice condițiilor existenței acestor minerale.
Mineralele din noile condiții încep să se schimbe: unele sunt distruse, altele sunt recristalizate, altele dau formațiuni minerale noi. Deci, există minerale metamorfe, în cea mai mare parte compoziție silicată.
Un exemplu poate servi ca minerale - cuarț, talc, clorit.
Paragenesis (din cuplul grecesc - apropiat, aproape) sau o asociere naturală este descoperirea în comun a mineralelor în natură. Datorită generalității procesului de formare a acestora în condiții fizico-chimice și geologice similare. Mineralele se găsesc în roci și depozite sub formă de complexe, interconectate printr-un singur proces de educație. Aceste complexe sunt menținute cu o mare consistență.
Fără îndoială că asocierea paragenetic reflecta considerate de noi faze de alocare a secvenței cristaline, mai întâi din magmă topitură, apoi din gazele pegmatite reziduuri și soluții, și precipitarea mineralelor din bazine cu apă pe suprafață.
În depozitele de cromit din Uralul de Sud, care sunt de origine magmatică, se găsesc și olivină și platină. Contactul depozitului Dashkesian în Caucaz se caracterizează prin magnetit, pirită, calcopirită. În depozitele pegmatite din regiunea Sverdlovsk se observă paragenesis de cuarț fumos, ortoclază, topaz și turmalină. Comunități similare de minerale se găsesc în multe alte regiuni ale lumii cu condiții educaționale similare. Depozitul Sadonskoe din Caucaz este argint-plumb-zinc. De mult timp a fost cunoscut faptul că mineralele de argint, plumb și zinc sunt în special adesea întâlnite împreună (de exemplu, Altai). Această asociere apropiată foarte caracteristică a fost numită minereuri polimetalice.
Depunerea de sare Solikamskoye include halit, silvin, gips. Minerale similare sunt cunoscute în alte locuri de precipitații chimice.
Legăturile paragenetice ajută la căutarea mineralelor. Este clar că în căutarea cromitului și platinei este necesar să se investigheze roci igneous; minereul de plumb, argintul, zincul trebuie să se găsească în vasele hidrotermale; minereu, tungsten, aur - printre rocile acide igienice (granite). Aurul esențial este căutat în principal în vasele de cuarț. Cunoașterea paragenezei mineralelor facilitează sarcina prospectatorilor de minerale de către sateliții lor. De exemplu, un satelit de diamant - piroză - a ajutat la descoperirea zăcămintelor de diamant primare din Yakutia.
2. metode de creștere a cristalelor
În funcție de faza din care se cultivă cristalul, se disting patru metode de preparare a cristalelor:
2) Din faza lichidă
3) Din soluția hidrotermală
4) Cu ajutorul reacțiilor în faza solidă
Creșterea cristalelor din faza gazelor
Trei metode de obținere a cristalelor din faza gazoasă sunt cunoscute: prin sublimarea acestei substanțe, prin reacții chimice în reacțiile de transport gaze și chimice. Să luăm în considerare toate aceste metode.
Dacă substanța are o presiune ridicată a vaporilor și se evaporă fără descompunere, cristalele sale pot fi obținute prin sublimare. Modelul instrumental al metodei este diversificat: sistemele de flux care utilizează gazul purtător inert; sisteme închise (de multe ori tuburi de cuarț etanșate), ambele evacuate și umplute cu gaz.
Substanța se evaporă în zona a și se condensează în zona b, unde aburul, datorită scăderii temperaturii, devine suprasaturat. Dacă gradientul de temperatură este mare și fluxul de materie este nelimitat, atunci se formează de obicei multe centre de cristalizare. Efectuarea unui cristal de semințe în asemenea cazuri nu este eficientă. Cu toate acestea, din multele embrioni formați la început, în procesul de creștere, unii îi depășesc pe ceilalți, astfel încât, ca rezultat, se obțin mai mulți cristale mari pe bază policristalină. În această versiune foarte simplă, sublimarea a fost utilizată pentru a crește cristalele de sulfură de cadmiu, oxid de zinc (în sisteme de curgere și închise) și carbură de siliciu (sisteme de flux).
Dezavantajul metodei constă în faptul că cele mai mari cristale în procesul de creștere se încadrează în zona fierbinte, iar creșterea lor în continuare încetează. Pentru a evita acest lucru, recipientul cu cristalul în creștere este mutat relativ la cuptor la o rată aproximativ egală cu rata de creștere a cristalului. Această metodă se numește "se întinde de la faza de vapori." Are avantajul suplimentar că cristalul crește la o temperatură constantă.
2.2 Reacții chimice în faza gazoasă
În zona fierbinte a vasului de reacție, poate apărea o reacție chimică dacă se introduc, separat sau împreună, componentele cristaline și compușii lor volatili. La o temperatură suficient de ridicată a acestei zone, atunci când vaporii se dovedesc a fi nesaturați în raport cu faza solidă care se formează, cristalizarea are loc pe părțile relativ reci ale sistemului.
Condițiile de creștere sunt similare cu cele menționate mai sus. Aplicarea acestei metode poate fi urmărită pe exemplul creșterii cristalelor de sulfură de cadmiu dintr-un amestec de hidrogen, cadmiu și hidrogen sulfurat. Dopajul se obține prin adăugarea unei componente de impurități la gazul purtător. Astfel s-au obținut cristale de sulfură de cadmiu dopate cu următoarele componente: galiu, indiu, argint, antimoniu, clor.
Așa cum s-a indicat, creșterea cristalului la o temperatură constantă și extinderea cristalului în creștere din zona fierbinte, aparent, face posibilă obținerea unor cristale mai omogene și mai mari. Cu toate acestea, această metodă nu a fost încă utilizată pentru a obține cristale unice.
2.3 Reacții de transport chimic
Dacă presiunea de vapori a componentelor cristalului este mică, atunci în faza de vapori ele pot fi adesea transformate ca compuși volatili.
Din vaporii care conțin acești compuși, cristalele dorite sunt cultivate în două moduri pe baza unei deplasări a echilibrului cristal-vapori în funcție de schimbarea temperaturii.
Dacă compușii prezintă o tendință de a se descompune la temperaturi ridicate, încălzirea vaporilor la o astfel de temperatură are ca rezultat izolarea componentelor cristaline și astfel face posibilă creșterea cristalului.
De exemplu, cristalele de zirconiu se obțin prin descompunerea termică a tetraiodidului de zirconiu
ZrI4 (g)> Zr (TV) + 2I2 (g)
Condiția termodinamică pe care această reacție o poate utiliza pentru cristalizare este inegalitatea # 63; H> 0, # 63; S<0, где ? Н и ? S - соответственно изменение энтальпии и энтропии при реакции. До высокой температуры система нагревается горячей металлической проволокой, на которой и происходит рост кристаллов.
2.4 Creșterea cristalelor din faza lichidă
Există patru metode de creștere a cristalelor din faza lichidă: obținerea unei faze solide din propriul topit, din soluții în topitură, din soluții în sare topită sau într-un solvent lichid. Deși aceste metode sunt în esență aceleași, ele sunt discutate separat, deoarece există diferențe în modul în care sunt puse în aplicare.
2.5 Metode de creștere a cristalelor dintr-o topitură
Pentru a obține substanțe cristaline cu un punct de topire strict definit (de exemplu, substanțe simple sau compuși foarte puri cu punct de topire maxim), se topesc policriștii substanței studiate și apoi temperatura topiturii se coboară lent sub punctul de topire.
Cele mai simple metode sunt cele în care cristalizarea are loc ca urmare a solidificării treptate a topiturii de la un capăt al recipientului (cristalizare direcțională). Pentru a face acest lucru, utilizați aparatul de cristalizare orizontal (metode Kapitza) sau vertical (metodele lui Stöber, Bridgman, Stockbarger, Kyropoulos). Dezavantajul acestor metode îl constituie contactul topiturii cu pereții recipientului, ceea ce face dificilă creșterea unui singur cristal din cauza formării unui număr mare de centre de cristalizare. Acest lucru este deosebit de pronunțat atunci când topitura umezește bine pereții recipientului. Uneori o pulbere care aderă bine la pereți. De exemplu, singurele cristale de germaniu au fost cultivate într-un vas de cuarț acoperit cu funingine.
Un alt dezavantaj al acestei metode (în special cu dispunerea verticală a recipientului) este acela că, în cristalele răcite în recipient, apar tensiuni considerabile, care duc la apariția dislocărilor.
A fost dezvoltată o metodă de obținere a cristalelor pe baza topirii preliminare a materiei prime în flacără (metoda Verneuil). Conform acestei metode, o mică cantitate de material se topește în partea superioară a suportului ceramic cu o flacără de hidrogen-oxigen. Cristalizarea are loc atunci când standul este coborât în mod continuu din zona fierbinte și se adaugă noi porțiuni de pulbere fin divizată la topit prin conul central al arzătorului.
Astfel, sunt crescute cristalele de refractare, de exemplu oxidul de aluminiu, și utilizarea inducției de siliciu în locul unui arzător. În acest din urmă caz, compoziția mediului poate fi controlată, ceea ce este aproape imposibil prin utilizarea unei flăcări. Acest avantaj este menținut chiar și în cazul în care radiația din arcul de cărbune este utilizată pentru încălzire. În această formă, metoda a fost utilizată pentru a crește cristalele de dioxid de titan.
Varianta metodei Verneuil, în care arzătorul este situat de jos, și suportul ceramic de sus, a fost folosit de Bush și Vogt pentru extinderea aliajelor de germaniu-siliciu. În acest caz, pulberea este alimentată de jos în jos către o sămânță de cristal agățată, topită de jos prin încălzire prin inducție.
În acele cazuri în care este imposibil să se facă fără un recipient și nu există material cu proprietăți adecvate, topirea se efectuează într-un recipient constând din aceeași substanță.
Acest lucru necesită o răcire îmbunătățită din exterior, astfel încât numai partea centrală se topește.
În acest fel, cristale de siliciu au fost crescute dintr-o topitură plasată într-un creuzet de argint acoperit intern cu siliciu și răcită cu apă din exterior. Ferriții au fost crescuți dintr-o topitură într-un recipient fabricat din același material și legați ferm de un inel de inducție răcit cu apă. Cristale de oxid de magneziu au fost crescute dintr-o topitură plasată sub formă de oxid de magneziu.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: