139 СЕКЦИЯ 2. МИНЕРАЛОГИЯ, ГЕОХИМИЯ И ПЕТРОГРАФИЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ В КАПЛЕ С.С. Налобина Научный руководитель доцент О.Ю. Перфилова Сибирский Федеральный университет, г. Красноярск, Россия К сожалению, мы практически не имеем возможности непосредственно наблюдать за процессами зарождения и роста кристаллов минералов в природе. Но зато мы можем увидеть эти процессы в лаборатории. Существуют многочисленные методы выращивания кристаллов веществ, аналогичных по составу и структурам природным минералам. Но большинство этих методов требуют специального оборудования и больших затрат (не только экономических, но и времени). Но можно понаблюдать за ходом таких процессов и с помощью совсем несложных экспериментов, если, например, вырастить кристалл медного купороса (аналог минерала халькантита) из водного раствора. Но особенно интересно наблюдать под микроскопом за тем, как происходит образование кристалликов в капле раствора, помещенной на предметное стекло по мере испарения растворителя. Кроме того, весь процесс занимает совсем немного времени – от 15 минут до получаса (в зависимости от состава исходного раствора и температуры в помещении). Исследование микрокристаллов различных веществ под микроскопом химики и геологи проводят давно, на этом даже основан метод микрокристаллохимического анализа, позволяющего выявить наличие тех или иных химических элементов в растворе [1]. Но, как правило, исследователей почти всегда интересовал лишь конечный результат, а не сам процесс образования и роста кристаллов. При наблюдении под микроскопом процессов кристаллизации, происходящих в капле раствора, за короткий промежуток времени можно получить интересные и неожиданные результаты. Кристаллы, как и живые существа, способны зарождаться, расти, развиваться и изменяться. Природа наградила их уникальными свойствами, которые еще не до конца исследованы. В процессе работы решались следующие вопросы: почему в одном случае кристаллы вырастают в виде геометрически правильных многогранников, а в других – их рост отклоняется от идеальных форм, какие условия нужны для роста и возникновения дендритов, сферолитов, почему у одних веществ кристаллизация начинается от краев капли, а у других от ее центра? Проведены эксперименты по наблюдению кристаллизации в капле раствора следующих веществ: кальций хлористый, хлорид натрия, медный купорос, алюмоаммонистые квасцы, натрий сернокислый кристаллический, натрий серноватистокислый, монофосфат аммония, красная кровяная соль, бихромат калия. Наиболее показательными были опыты в растворе смеси кальция хлористого с медным купоросом и монофосфатом аммония, в результате быстрой кристаллизации образовались сферолиты, а по краям начался рост неправильных кристаллов. Также показательной была кристаллизация натрия серноватистокислого и алюмоаммонистых квасцов, – этот опыт дает нам представление о росте дендритов. При кристаллизации натрия сернокислого кристаллического с добавкой глицерина образовались дендриты, а на их веточках выросло множество нормальных кристаллов (похожих на почки деревьев). Добавив в раствор медного купороса каплю глицерина, мы можем наблюдать образование и дендритов, и расщепленных кристаллов. При добавлении к раствору хлорида натрия небольшого количества раствора красной кровяной соли (не более 5 %) происходит образование вместо правильных кубических многогранников сложных вершинных скелетных кристаллов и дендритов (рис. 1). Рис. 1. Дендриты хлорида натрия, образовавшиеся в капле раствора с добавлением 5 % красной кровяной соли Рост дендритов начинается по краям капли, так как в результате интенсивного испарения жидкости в тонком слое по периферии капли резко меняются концентрации растворенного вещества, а в центральной части капли в это время происходит самопроизвольное зарождение и рост правильных кристаллических многогранников. Иногда на конечных стадиях кристаллизации полногранные красталлы преобразуются в скелетные кристаллы или дендриты. Если мы добавим к почти высохшей капле новую порцию свежего раствора, то происходит геометрический отбор и на «веточках» дендритов начинают расти полногранные кристаллы .Если рост кристалла происходит очень медленно, при постоянных или почти постоянных условиях (температура, ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР 140 давление, концентрация вещества, необходимого для роста), то в результате получится совершенный кристаллический многогранник с плоскими гранями. Необходимые условия для образования скелетных кристаллов и дендритов – крайне неравномерные, резко меняющиеся условия (перепад температур, изменение концентрации.) Подобные условия могут возникать при большом переохлаждении, неравномерном интенсивном испарении растворителя или недостаточном перемешивании. Рис 2. Природные дендриты пиролюзита, образованные в трещинах микросиенитов. Гора Николаевская Сопка Таким образом, нам удалось в ходе простых экспериментов наблюдать за процессами образования дендритов самородной меди, а так же за образованием скелетных кристаллов и дендритов целого ряда веществ. Условиями образования и роста необычных кристаллов и их агрегатов (скелетных кристаллов и дендритов) являются неравновесные условия кристаллизации (очень быстрый неравномерный рост, перепад температуры, давления, резкое изменение концентрации вещества в расплаве или растворе, наличие посторонних химических или механических примесей). Похожие процессы, вероятно, происходят и в природе при метасоматическом и гидротермальном (в тонких трещинах) минераллообразовании, когда раствор присутствует в небольшом количестве в виде очень тонкой пленки в межзерновом пространстве (рис. 2). Таким образом, процессы, наблюдаемые в капле раствора под микроскопом, могут служить простейшей моделью, позволяющей понять и наглядно представить процессы возникновения скелетных кристаллов и сферолитов минералов. Литература 1. Шубников А.В. Образование кристаллов. – М.: Изд. АН СССР, 1947. – 72 с. ИССЛЕДОВАНИЕ БРАЗИЛЬСКИХ АЛМАЗОВ МЕТОДОМ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ Ю.В. Нефедов Научный руководитель профессор А.В. Козлов Санкт-Петербургский государственный горный университет, г. Санкт-Петербург, Россия Исследование бразильских алмазов из коллекции Горного музея производилось в лаборатории СПГГИ на спектрометре Vertex 70 с ИК-микроскопом Hyperion1000. Стандартное разрешение спектрометра 0,4 см-1. Скорость сканирования прибора более 10 спектров в секунду при разрешении 8 см-1. Цель исследования: выявление специфических особенностей кристаллов алмаза бразильских алмазоносных проявлений. Метод инфракрасной спектрометрии основан на селективном поглощении электромагнитного излучения кристаллической структурой изучаемого вещества. ИК спектры содержат информацию о структуре, составе и поэтому являются специфичными для различных соединений и кристаллических веществ. По числу и положению пиков в ИК спектре поглощения можно судить о природе вещества (качественный анализ), а по интенсивности полос поглощения – о количестве вещества (количественный анализ). Главной примесью в кристаллах алмаза является азот. Концентрация азота может составлять более 0,2 атомных процента. Известно, что степень агрегации азотных дефектов зависит от содержания азота в алмазе, температуры и длительности его нахождения при данной температуре. Эти параметры обычно анализируют с использованием диаграммы Тейлора. Диаграмма Тейлора отражает температурную зависимость между величиной концентрации азота и степенью агрегации азотных дефектов [2]. Диаграмма Тейлора расчитывается на период пребывания алмазов в мантии в течение 3 млрд лет [1], а нанесенные на нее изотермы позволяют наглядно увидеть температурные диапазоны образования кристаллов.