Металлдық материалдардың физикалық қасиеттері

Минералдардың физикалық қасиеттері олардың диагностикасы үшін парктикалық маңызы(радиоактивтілік, люминисценция, магниттілік, қаттылық, оптикалық қасиеттері және т.б.) зор. Мысалы, минералдардың радиоактивті қасиеті- радиоактивті элементтердің болуына, дәнеркерленуі- олардың кристаллдық құрылымындағы ерекшеліктеріне, беріктігі- химиялық құрамы мен кристаллдық құрылымның түріне байланысты. Физикалық қасиеттер скаляр(бағытына тәуелсіз) мысалы, беріктік немесе векторлық(бағытына байланысты) мысалы, қаттылық, дәнекерлілік, оптикалық қасиеттер.

Тығыздығы. Минералдардың тығыздығы (г/см³) шамамен бірлікке тең 23.0 ке дейін ауытқиды(платикалық иридий).Минералдардың басым бөлігінің тығыздығы 2.5 тен 3,5 дейін болады, бұл жер қыртысының тығыздығы шамамен 2.7-2.8 болуымен ескеріледі.

Минералдарды тығыздығы бойынша үш топқа бөлуге болады: жеңіл(тығыздығы 3.0 дейін), орташа(тығыздығы 3.0 тен 4 ке дейін) және ауыр (тығыздығы 4 тен көп) .

Кейбір минералдар үлкен тығыздығы бойынша оңай танылады(барит4.6, церуссит 6.5). Ауыр металдардан тұратын минералдардың тығыздығы үлкен болады. Табиғи элементтер ең жоғары тығыздыққа ие болады- алтын, күміс, платина тобының минералдары. Бірдей құрамды кристаллдардың тығыздығы бірлік құрылымдағы ұяшықтың атомдар орамасының сипатымен анықталады.

Изоморфты қатардың минералдарына тығыздықтың өсуі(немесе төмендеуі) химиялық құрамның өзгерісіне пропорциональді.

Минералдардың механикалық қасиеттерін оларға механикалық әсер еткенде табылады:сығылуда, созу мен ұруда.Осылайша , оптикалық қасиеттер сияқты әр жаққа әр түрлі бағытталып, кристаллдың анизотропиясымен байланыста болады. Механикалық қасиеттердің маңыздыларына дәнекерлілік пен қаттылық жатады.

Дәнеркелену - кристаллдардың белгілі бір класталлографиялық жазықтықпен жылтыр беттіктің пайда бола отырып жарылу қабілеті.

Неліктен кейбір бағыттарда кристаллдар дәнекерлік бойынша, ал басқа бағыттарда олай емес? Дәнеркерленудің себебі кристалл бөлшектреінің арасындағы ілінісу күштеріне , ал екіншісі бөлшектер арасындағы ара қашықтық пен бір-бірімен әрекеттесетін иондық зарядтардың шамасына тәуелді болады. Дәнекерлену жазықтықтары жазықаралық ара қашықтығы үлкен кеңістік торға параллель болуы керек.

Дәнеркерлікті бағалау үшін төмендегідей шкала бар:

1. Аса жасалған дәнекерлену - кристалл айна беті бар ұсақ пластинкаларға жарылады. (слюда, гипс).

2. Жасалған дәнекерлену- кристалл кез келген жерінен әр түрлі бағытта түзу бет жасай отырып жарылады, бұрыс бұзылу сирек болады (кальцит, галит, галенит).

3. Орташа дәнеркенлену- жарылу нәтижесінде түзу және түзу емес беттер пайда болады. (полевые шпаты, роговая обманка).

4. Жасалмаған дәнекерлену- сыну нәтижесінде дәнекерленген түзу беттер сирек, ал түзу емес беттер жиі пайда болады. (берил, апатит).

5. Аса жасадмаған дәнекерлену -дәнекерлену жоқ, кристаллдар жарылу кезінде түзу емес беттерге ие болады. (кварц, касситерит).

Әр түрлі бағытта кристаллдың дәнекерлену жасаласу дәрежесіне қарай әр түрлі болады.

Қаттылық. Кристаллдың қаттылығы оның берік дененің механикалық әсеріне қарсы тұруы .

Қаттылықты анықтаудың бірнеше тәсілі бар. Минералогиялық практикада Моос шкаласы қабылданған. Шкаланың салыстырмалылығын белгілеу керек: егер тальктың қаттылығы 1, ал гипстың қаттылығы 2 болса, онда гипс тальктан 2 есе қатты. Басқа да этанлон-минералдар туралы дәл солай айтуға болады. Олардың қаттылығы шартты, және басқа тәсілдермен анықтағанда , басқа мәндер алынған.

Дәнекерленуде сияқты, кристаллдардың қаттылығы анизотропияны білдіреді. Алмаз кристаллдары октаэдр шегінде өте үлкен дәнекерлікке, ромбододекаэдр шегінде кіші дәнекерлікке, куб шегінде өте кіші дәнекерлікке ие.

Оптикалық қасиеттер. Табиғи жарықта электрлік және магниттік векторлар әр момент сайын әр түрлі бағытта ауытқиды, әрдайым жарықтың таралу бағытына перпендикуляр (т.е. жарықтық сәулеге перпендикуляр).Мұндай жарықты поляризацияланбаған немесе қарапайым деп атайды.

Жарық оптикалық анизотропиялық ортаға өткенде поляризацияланады. Поляризацияланған жарық жарықтық сәуленің қозғалыс бағыты арқылы өтетін жазықта ауытқиды.

Жарықтың поляризациясы кубтық сингония кристаллдарын қоспағандағы, және оптикалық қатынасы изотропты болатын екі кристалл арқылы өткенде болады. Кристаллағ түскен табиғи жарық әр түрлі жылдамдықпен таралатын екі жарықтық толқынға бөлінеді. Екі толқын поляризацияланып, олардың ауытқу жазықтықтары өзара перпендикуляр болады. Бұл құбылыс қос сыну немесе жарықтың еселі сынуы деп аталады. Қос сыну 1669 ж Бартолинмен ашылып, әрі қарай Х. Гюйгенсоммен зерттелді.

Кристаллдарда тригональдық, тетрагональдық және гексагональдық сингонияда жарықтың еселі сынуы жүрмейтін тек бір бағыт бар. Бұл бағыт - оптикалық ось деп аталады, және ол жоғары ретті симметрияның осьіне сәйкес келеді. Сондықтан орташа сингонияның кристаллдары оптикалық бір осьті деп аталады. Тринклинді, моноклинді және робтық сингония кристаллдарында жарықтың еселі сынуы жүрмейтін екі бағыты бар, олар оптикалық қатынаста екі осьті.

Орташа сингонияның кристаллдарында жарық толқындарының таралу жылдамдықтары әр түрлі. Барлық бағытта бірдей жылдамдықпен тарайтын жарық толқындар- кәдімгі, әр түрлі бағыттарда, әр түрлі жылдамдықтармен таралатын толқындар - кәдімгі емес деп аталады. Бірінші жарық толқынының беті болып шар, ал екінші - айналу эллипсоиды болып табылады.

Түс. Минералдар әр түрлі түстер мен реңктерге ие болуы мүмкін. Минералдардың түстері олардың ішкі құрылымына, механикалық қоспалар мен хром-элементтерінің болуына байланысты. Көптеген хром-элементтері белгілі Cr, V, Ti, Mn, Fe, Ni, Co, Cu, U, Mo және т.б. Бұл элементтер минералдарда басты немесе қоспа түрінде болуы мүмкін.

Түстің өзгеруі- беттік қабаттың шұбар немесе түрлі түсті бояуы. Олар өзгеру нәтижесінен пайда болған жұқа беттік қабықша пайда болады, мысалы минералдардың тотығуы.

Шектің түсі. Қаттылығы үлкен емес минералдар глазурланбаған фарфор пластинада шек қалдырады. Шектің түсі немесе ұнтақтағы минералдың түсі , минералдың өзінің түсінен ерекшеленеді.

Жылтыр. Минералдарды металлдық және бейметалдық жылтырымен бөледі. Қара шек қалдыратын(олардың бояуына қарамастан ), минералдар металлдық жылтырға ие болады. Түрлі түсті немесе ақ шек қалдыратын минералдар үшін бейметалдық жылтыр тән. Табиғи элементтер айрықша болады.

Магнитілік. Бұл қасиет аздаған минералдарға тән. Ең күшті магниттік күшке ие магнетит болып табылады. Күшті полярлық магниттікке ие минералдар ферроиагниттік деп аталады.

Тағы: люминесценция, пироэлектр, радиоактивтілік және т.б. бар.

Бақылау сұрақтары:

1.Жай және ауыспалы металдар.

2.Металдардағы атом аралық байланыс кандай болады?

3.Металдық материалдардың физикалық қасиеттері дене құрылымына калай тәуелді болады?

4.Металдардағы кандай атом аралық күштерді білесіз?

Глоссарий:

Дәнеркелену - кристаллдардың белгілі бір класталлографиялық жазықтықпен жылтыр беттіктің пайда бола отырып жарылу қабілеті.

Түстің өзгеруі- беттік қабаттың шұбар немесе түрлі түсті бояуы.

Кристаллдың қаттылығы оның берік дененің механикалық әсеріне қарсы тұруы .

Блиц-тест:

1. Барлық атомдардың валенттік электрондардың таралуы калай атаймыз?

1. күрделі
2. атом аралық
3. металдық
4. иондық

1. Қатты полярлы магнетизмге ие минералдар қалай аталады?

1. полярлы
2. ферромагнитті.
3. Парамагнитті
4. өтпелі

3.Минералогиялық практикада қаттылықты анықтаудың бірнеше әдістері бар-

Қаттылық шкаласы

Моос шкаласы.

Түстер шкаласы

Минералдар шкаласы

4.Кристаллдардың белгілі бір кристаллографиялық жазықтармен жылтыр беттіктерді пайда болуымен жарылу қабілеті қалай аталады?

1. Қаттылық
2. Сынғыштық
3. Салқын сынғыштық
4. Дәнеркерлік

5.Кристаллы, образующиеся в результате такого взаймодействия структурных частиц, которое приводят к устойчивым постройкам, характеризуются:

1. еркін энергияның минимумымен.
2. потенциалдық энергияның минимумымен.
3. кинетикалық энергияның минимумымен.
4. атом аралық энергияның минимумымен.

Негізгі әдебиеттер

1.Лившиц Б.Г. Металлография М, Металлургия, 1990.

2.Вегман Е.Ф., Руфанов Ю.Т., Федорченко И.Н., «Кристаллография, минералогия и рентгенография» М, Металлургия, 1990г.

3.Миловский А.В. «Минералогия и петрография» М, Москва 1979г.

4.Торопов Н.А. , Булак Л.Н. «Кристаллография и минералогия» М, Москва 1972г.

5.Захаров А.М.Диаграммы состояний двойных и тройных систем.М, Металлургия ,1978г.

6.Ермолов В.А. Геология: Учебник .Часть 1.М.МГТУ.2004г

7.ЕрмоловВ.А.Геология,Учебное пособие.Часть5 «Кристаллография, минералогия и геология камнесамоцветного сырья».М.МГТУ.2007г.

8.ЕрмоловВ.А, ПоповаГ.В, МосейкинВ.В.идр.Учебник. «Месторождения полезных ископаемых»М.МГТУ.2007г.

9.ЕрмоловА,ПоповГ.Б,МосейкинВ.В. и др.; Под ред.В.А.Ермолова. Месторождения полезных ископаемых .М.:Изд.МГГУ, 2004год(электр.библ.)

Осымшаәдебиеттер

10.Емельянов Н.А. «Практика руководства по минералогии» М, Москва 1972г.

11.Юшко С.А. Руководство для лабораторного исследования руд. Методы лабор. исследования руд.

12.Смагулов Д.У. Металлография: Окулык/ Д.У. Смагулов. - Алматы: КазУТУ, 2007

Дәріс 9