что такое изоморфизм в геологии

Изоморфизм в минералах.

Изоморфизм и полиморфизм минералов

Среди минералов нет химически чистых веществ. В их структуру входят различные химические примеси. В одних минералах количество таких примесей незначительно, (доли %) – это минералы постоянного состава, например: кварц – SiO₂, а примеси Na, Al, Fe – до 0,01 %.

В других – большое количество химическое примесей, например: сфалерит – ZnS, содержит Fe до 20 %, разновидность – марматит. Такие минералы называются минералами с переменным составом, а явление, обуславливающее эти процессы в минералах, называется изоморфизмом.

Изоморфизм в минералах.

Изоморфизм– явление взаимного замещения атомов и ионов в узлах кристаллической решетки минерала без нарушения ее структуры.

Термин изоморфизм ввел в литературу немецкий химик Э. Митчерлих в 1919 г. Минералы с переменным химическим составом называется ещё «твердыми растворами». Формула минералов с изоморфными замещениями пишется так: (Mg,Fe)₂[SiO₄] – оливин.

А.Е.Ферман объяснял образование изоморфных смесей с точки зрения общего закона энтропии (при высоких Т о ). Такие соединения энергетически более выгодны, при кристаллизации минералов из магматических расплавов и гидротермальных растворов.

При изоморфизме должны соблюдаться следующие условия:

1) Близость радиусов участвующих в этом явлении атомов (разность не должна превышает 15% от размера радиуса иона);

2) Сходство химических свойств замещающих друг друга элементов;

3) Сохранение электронейтральности кристаллической структуры минерала.

Типы изоморфизма.

1) По степени совершенства:

а) неограниченный (совершенный) – когда возможна полная замена одних атомов другими (могут существовать два крайних и все промежуточные по составу минералы). Например: форстерит (Mg)₂[SiO₂] – фаялит (Fe)₂[SiO₂];

в) направленный (полярный) изоморфизм – когда один ион лучше замещает другой ион, чем наоборот. Было установлен ряд характерных пар элементов: K/Ba, Ca/Y, Fe/Ge, Ca/Th, Cu/Au – в числителе стоит элемент, который замещается элементом находящимся в знаменателе, но не наоборот. Например: Cu входит в состав Au до 20%, а содержание изоморфных примесей Au вCu не более 2-3%. Это явление А.Е.Ферсман объяснял энергетикой ионов.

а) двухатомный – в рубине: Al 3+ →Cr 3+ ;

Генетические факторы изоморфизма.

1) Химический состав среды минералообразования: от концентрации элементов в среде зависит содержание его в минерале. Например: изоморфный ряд оливина – форстерит (Mg)₂[SiO₄] – фаялит (Fe)₂[SiO₄] – в форстерите может присутствовать только до 0,6 % никеля (Ni²+), что обус

2) ловлено низкими концентрациями Ni в ультраосновной магме.

4) Давление (Р): влияние сложное и неоднозначное.

5) Кристаллизационные эффекты: проявляются в виде мозаичной (неоднородной) окраски кристаллов-минералов в пегматитах гранитных интрузий. Например: полихромный турмалин, зональный аметист, топаз, неоднородная окраска касситерита.

Дата добавления: 2015-11-26 ; просмотров: 4111 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Явление изоморфизма. Типы изоморфизма

Среди минералов нет химически чистых веществ. В их структуру входят различные химические примеси. В одних минералах количество примесей незначительно – это минералы постоянного состава, например, кварц, галит, в них количество примесей не превышает 0,01 %.

При изоморфной замене одного атома другим существенного изменения кристаллической решетки не происходит. Поэтому для явления изоморфизма необходимы следующие условия:

1. Ионные радиусы изоморфно замещающихся элементов должны быть близки.

2. Близость химических свойств элементов, замещающих друг друга.

3. Сохранение электронейтральности кристаллической структуры минерала.

В паре магнезит – сидерит радиусы Mg 2+ (0,078 нм) и Fe 2+ (0,082), близки, химические свойства также сходны, оба двухвалентны, т.е. нейтральность кристаллической решетки сохраняется.

↑ Типы изоморфизма

Типы изоморфизма различаются между собой по характеру сохранения электронейтральности кристаллической решетки (по типу компенсации валентностей), по числу атомов, участвующих в изоморфном обмене, по структурному положению изоморфных примесей, по степени совершенства.

По характеру компенсации валентности различают изовалентный и гетеровалентный изоморфизм.

2) В гетеровалентном изоморфизме участвуют ионы разной валентности. Существует три разновидности гетеровалентного изоморфизма:

а) Появление дырочных вакансий. Например, витилиго ZnS с примесью индия ( In 3+ ). Места Zn 2+ в трех узлах кристаллической решетки уступают место двум ионам индия и одной вакансии по схеме 3 Zn 2+ ← 2 In 3+ ٱ. Структура минерала становится дефектной. Появляется дырочная вакансия. В физической химиивещества с такими изоморфными примесями называются твердыми растворами вычитания.

Изоморфизм может классифицироваться по степени совершенства как совершенный (неограниченный) и несовершенный (ограниченный).

1) Неограниченный изоморфизм – когда возможна полная замена одних атомов другими, т. е. могут существовать два крайних и все промежуточные по составу минералы, как в ряду магнезит – сидерит.

2) Ограниченный изоморфизм, когда количество изоморфной примеси не может превышать какого-то предела. Например, корунд и рубин, в котором количество хрома не может превышать 1,5 – 2 % Cr₂O₃.

Источник

Изоморфизм

Полезное

Смотреть что такое «Изоморфизм» в других словарях:

изоморфизм — изоморфизм … Орфографический словарь-справочник

ИЗОМОРФИЗМ — Свойство тел химически соединяемых между собою, без изменения кристаллической их формы. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ИЗОМОРФИЗМ греч., от isos, одинаковый, равный, и morphe, вид. Свойство… … Словарь иностранных слов русского языка

ИЗОМОРФИЗМ — (от греч. isos – равный, однозначный и morphe – форма) понятие, выражающее тождественность, идентичность форм. В психологии идентичность (теоретическая) между гештальтами в переживании непосредственно созерцаемого и в процессах, совершающихся в… … Философская энциклопедия

изоморфизм — — [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] изоморфизм Понятие математики и логики, означающее соотношение между двумя любыми объектами тождественной структуры. Между элементами изоморфных объектов существует взаимно… … Справочник технического переводчика

ИЗОМОРФИЗМ — (от изо. и греч. morphe форма) понятие современной математики, уточняющее широко распространенное понятие аналогии, модели. Изоморфизм соответствие (отношение) между объектами, выражающее тождество их структуры (строения) … Большой Энциклопедический словарь

ИЗОМОРФИЗМ — (от греч. isos равный, одинаковый и morphe форма, вид), полное подобие атомно крист. строения и внеш. огранки кристаллов у в в с одинаковой (по соотношению компонент) хим. ф лой и одинаковым типом хим. связи. Открыт в 1819 нем. химиком Э.… … Физическая энциклопедия

изоморфизм — одинаковость, сходство Словарь русских синонимов. изоморфизм сущ., кол во синонимов: 2 • одинаковость (32) • … Словарь синонимов

ИЗОМОРФИЗМ — [μορφη (морфэ) форма] по Митчерлиху (1819), способность кристаллических веществ, аналогичных по хим. сост. и кристаллической форме (структуре), давать смешанные кристаллы. По Менделееву (1937), сходство форм по причине… … Геологическая энциклопедия

изоморфизм — а, м. isomorphisme m. < isos + morphe вид, форма. спец. Способность двух или нескольких веществ сходного химического состава кристаллизоваться в одинаковые формы. Обладать изоморфизмом. БАС 1. Изоморфный ая, ое. Известковый шпат и доломит… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

Изоморфизм — [isomorphism] понятие математики и логики, означающее соотношение между двумя любыми объектами тождественной структуры. Между элементами изоморфных объектов существует взаимно однозначное отношение: каждому элементу (и отношению между ними)… … Экономико-математический словарь

ИЗОМОРФИЗМ — (от греч. isos равный и morphe форма), заключается в том, что различные, близкие по своей хим.природе вещества кристаллизуются в одной и той же форме и способны выделяться из растворов в однородных кристаллах, содержащих самые разнообразные… … Большая медицинская энциклопедия

Источник

Что такое изоморфизм в геологии

Главная
English
Биологический кружок ВООП
Гостю кружка
Планы кружка
Экспедиции и выезды
Исследовательская работа
Программа «Parus»
История кружка
Контакты кружка
Полевой центр
Фотогалерея
Летопись биостанции
Статьи о биостанции
Исследовательские работы
Учебные программы
Полевые практикумы
Методические семинары
Вебинары
Исследовательская работа
Проектная деятельность
Экспедиции и лагеря
Экологические тропы
Экологические игры
Публикации (статьи)
Методические материалы
Наглядные определители
Карманные определители
Определительные таблицы
Энциклопедии природы России
Компьютерные определители
Мобильные определители
Учебные фильмы
Методические пособия
Полевой практикум
Природа России
Минералы и горные породы
Почвы
Грибы
Лишайники
Водоросли
Мохообразные
Травянистые растения
Деревья и кустарники
Ягоды и сочные плоды
Насекомые-вредители
Водные беспозвоночные
Дневные бабочки
Рыбы
Амфибии
Рептилии
Птицы, гнезда и голоса
Млекопитающие и следы
Фото растений и животных
Систематический каталог
Алфавитный каталог
Географический каталог
Поиск по названию
Галерея
Природные ландшафты мира
Физическая география России
Физическая география мира
Европа
Азия
Африка
Северная Америка
Южная Америка
Австралия и Новая Зеландия
Антарктика
Рефераты о природе
География
Геология и почвоведение
Микология
Ботаника
Культурные растения
Зоология беспозвоночных
Зоология позвоночных
Водная экология
Цитология, анатомия, медицина
Общая экология
Охрана природы
Заповедники России
Экологическое образование
Экологический словарь
Географический словарь
Художественная литература
Международные программы
Общая информация
Полевые центры (Великобритания)
Международные экспедиции (США)
Курс полевого образования (США)
Международные контакты
Интернет-магазин
Карманные определители
Цветные таблицы
Компьютерные определители
Энциклопедии природы
Методические пособия
Учебные фильмы
Комплекты материалов
Контакты
Гостевая книга
Ссылки
Партнеры
Наши баннеры
Карта сайта

Бесплатные экскурсии в музей Пиявки!
Международный Центр Медицинской Пиявки приглашает посетить музей и узнать о пользе и вреде пиявок, их выращивании, гирудотерапии, лечебной косметике и многом другом. Подробнее >>>

АгроБиоФерма «Велегож» в Подмосковье приглашает!
Принимаются организованные группы школьников и родители с детьми (от 12 до 24 чел.) по учебно-познавательной программе «Введение в природопользование» Подробнее >>>

Зимние учеты птиц России!
Приглашаем биологические кружки, профессиональных орнитологов и просто любителей птиц принять участие в программах зимних учетов птиц «Parus» и «Евроазиатские Рождественские учеты» в зимний сезон 2020-2021 годов. Подробнее >>>

Биологический кружок ВООП приглашает!
Биологический кружок при Государственном Дарвиновском музее г.Москвы (м.Академическая) приглашает школьников 5-10 классов на занятия в музее, экскурсии по вечерам, учебные выезды в природу по выходным и дальние полевые экспедиции в каникулы! Подробнее >>>

Соревнования по полевой ботанике «ВЕСЕННЯЯ ФЛОРА» пройдут в мае-июне 2020 года в онлайн-формате (определение растений по фотографиям). К участию в соревновании приглашаются школьники и взрослые любители природы, проживающие в средней полосе Европейской части России. Подробнее >>>

Международные дни наблюдений за птицами!
Союз охраны птиц России приглашает российских любителей птиц принять участие в акции и загрузить результаты своих наблюдений на www.biodat.ru Подробнее >>>

Здесь может быть бесплатно размещено Ваше объявление о проводимом Всероссийском конкурсе, Слёте, Олимпиаде, любом другом важном мероприятии, связанном с экологическим образованием детей или охраной и изучением природы. Подробнее >>>

Мы публикуем на нашем сайте авторские образовательные программы, статьи по экологическому образованию детей в природе, детские исследовательские работы (проекты), основанные на полевом изучении природы. Подробнее >>>

Минералы и горные породы России и СССР

Часть 1. Минералы. Что такое минералы

Ранее уже неоднократно упоминалось широкое распространение среди минералов изоморфных рядов и серий. Изоморфизм (от греческого «изос» — равный, одинаковый; «морфэ» — форма), бесспорно, играет весьма важную роль в минеральном мире, оказывая существенное влияние на химический состав очень многих минералов.

Явление изоморфизма заключается в способности одних атомов, ионов или радикалов замещать другие, сходные с ними по размерам, в кристаллических решетках минералов, что ведет к образованию смешанных кристаллов (изоморфных смесей, твердых растворов замещения).

Проявление изоморфизма возможно только при геометрическом подобии атомов (ионов), радиусы которых не должны различаться в среднем более чем на 15%.

Следует сказать, что при изоморфизме вхождение в структуру мелких ионов с высоким зарядом, создающих сильное кристаллическое поле, энергетически выгодно, так как укрепляет кристаллическую решетку минерала; поэтому кристаллы в процессе своего образования весьма «охотно» захватывают подобные изоморфные примеси.

Обратный эффект производит вхождение крупных низкозаряженных ионов, которые поэтому обычно проникают в минералы в конце процесса их кристаллизации, когда концентрация таких ионов в минералообразующей среде повысится достаточно для того, чтобы закон действующих масс (известный нам из школьного курса химии) смог «загнать» их в состав образующихся твердых фаз. Соответственно, подобными ионами обычно бывают обогащены наружные зоны кристаллов минералов, а также их поздние генерации.

Наряду с твердыми растворами замещения (изоморфными смесями) в мире минералов широко распространены также твердые растворы внедрения (когда слишком крупные или, наоборот, чересчур мелкие атомы или ионы, не имеющие в структуре кристалла близких по величине аналогов, входят в междуузлия решетки, узлы которой заняты другими частицами) и твердые растворы вычитания (в которых вхождение в структуру катионов или анионов с более высоким зарядом компенсируется возникновением соответственно катионных или анионных вакансий, т.е. незаполненных структурных позиций, — что проявляется в отклонении состава реальных минералов от стехиометрических, т.е. отвечающих идеальной химической формуле, соотношений).

Нестехиометричность состава особенно характерна для минералов — соединений тяжелых металлов с серой, мышьяком, сурьмой и т.п., а также для минералов, содержащих летучие компоненты, такие, как фтор, хлор, гидроксил и др. Она может быть обусловлена и частичным окислением ионов переменной валентности, например, железа.

По существу практически любой минеральный индивид содержит, хотя бы в очень незначительной концентрации, изоморфные примеси, т.е. представляет собой твердый раствор замещения, внедрения или вычитания, ограниченный весьма узкими пределами смесимости. Подобный ограниченный изоморфизм лежит, в частности, в основе возникновения в минералах центров окраски и центров люминесценции, связанных с вхождением в кристаллическую структуру минералов малых количеств примесных ионов — хромофоров и люминофоров, изоморфно замещающих ионы видообразующих элементов и «ответственных» за цвет или свечение очень многих минералов.

Наряду с такими широко распространенными проявлениями ограниченного изоморфизма среди минералов известны, как уже отмечалось выше, многочисленные примеры неограниченного изоморфизма с образованием непрерывных или почти непрерывных (особенно при высоких температурах) двойных (бинарных) изоморфных рядов, а также тройных и более сложных изоморфных серий. Правда, сплошь и рядом такие ряды (серии) твердых растворов, непрерывные при своем образовании (в высокотемпературных условиях), в дальнейшем, по мере понижения температуры, могут становиться прерывистыми, т.е. в некоторых интервалах составов твердые растворы претерпевают распад — вначале на микроскопическом или даже субмикроскопическом уровне, а затем это иногда становится заметным и макроскопически — хотя бы косвенно, по сопровождающим распад оптическим эффектам, таким как иризация (цветовой отлив) полевых шпатов — лабрадорита и олигоклазового лунного камня (перистерита).

Новейшими высокоразрешающими методами минералогических исследований подобные разрывы смесимости обнаружены во многих изоморфных рядах, ранее считавшихся непрерывными (плагиоклазы, пироксены, вольфрамит, колумбит-танталит и др.).

Вообще применение этих методов показало, что при всей важности изоморфизма для минераол, его роль в минеральном мире сильно преувеличивалась. В очень и очень многих случаях элементы-примеси в минералах, долго считавшиеся изоморфными, оказались связанными с мельчайшими (субмикроскопическими), часто равномерно распределенными в объеме матрицы минерала механическими включениями других минеральных фаз или же с газово-жидкими и многофазными включениями (представленными солевыми растворами и/или продуктами их — либо расплавов — последующей раскристаллизации).

Такие включения (в том числе мельчайшие пузырьки, заполненные крошечными фрагментами минералообразующей среды, и дисперсные частицы посторонних минералов) могли быть захвачены матрицей кристаллизующегося минерального индивида в процессе его роста, попасть в нее в ходе совместной кристаллизации или впоследствии, по тончайшим трещинкам и канальцам (порам).

В отдельных случаях включения, возможно, представляют собой законсервированные остатки тех соединений, в форме которых химические элементы, слагающие матрицу минерала, переносились (или, как принято говорить, транспортировались) минералообразующими растворами; в других случаях, весьма многочисленных и достоверно документированных, твердофазные включения, закономерно ориентированные в матрице и образующие специфические узоры, возникли как продукты распада высокотемпературных твердых растворов.

Включения могут быть представлены и реликтами первичных минералов во вторичных, сохранившимися вследствие неполного замещения, либо, наоборот, мелкими зернышками вторичных минералов или продуктов окисления, проникшими в матрицу первичных минералов на начальной стадии их изменения. Это могут быть, наконец, дисперсные фазы, появившиеся при переходе минералов в метамиктное состояние.

Как бы то ни было, проявлениям изоморфизма в реальных минералах приписывалось слишком многое. Но лишь в последние годы минералоги получили в свои руки высокоразрешающие приборы и методы, которые позволяют надежно отличать изоморфные примеси от механических микровключений и тем самым, наконец, избавиться от всевозможных спекуляций, связанных с проблемой изоморфизма, а самое главное — от ошибок при интерпретации химических анализов, ранее казавшихся неизбежными.

Ведь результаты таких анализов, даже микрохимических, обычно фиксируют валовой состав минеральных систем, и для уточнения состава самой матрицы минерала следовало бы вычесть из данных анализов все, что в них приходится на долю микровключений.

В разделе Методические материалы Вы также можете познакомиться с описаниями разработанных экологическим центром «Экосистема» печатных определителей растений средней полосы, карманных определителей объектов природы средней полосы, определительных таблиц «Грибы, растения и животные России», компьютерных (электронных) определителей природных объектов, полевых определителей для смартфонов и планшетов, методических пособий по организации проектной деятельности школьников и полевых экологических исследований (включая книгу для педагогов «Как организовать полевой экологический практикум»), а также учебно-методических фильмов по организации проектной исследовательской деятельности школьников в природе. Приобрести все эти материалы можно в нашем некоммерческом Интернет-магазине. Там же можно приобрести mp3-диски Голоса птиц средней полосы России и Голоса птиц России, ч.1: Европейская часть, Урал, Сибирь.

Источник

• ← что такое артроз лодыжки после перелома
• ливарол или гексикон что лучше →