Драгоценные камни стр.18
В предыдущем разделе мы рассмотрели случаи, когда при значительном изменении химического состава морфология кристалла остается постоянной или очень близкой (т. е, структурный каркас остается существенно неизмененным). В этом разделе мы коснемся противоположного явления: при сходстве химического состава происходит значительное изменение морфологии кристаллов и, как правило, физических свойств (в том числе часто меняется симметрия кристаллов), связанное с тем, что меняется основной каркас структуры. Если вещество встречается в двух различных кристаллических модификациях, его называют диморфным; если в трех — тримофным; общее название для такого явления — полиморфизм.
Наиболее яркий пример диморфизма дают алмаз и графит; по составу и тот, и другой представляют собой существенно чистый углерод, но первый из них гораздо тверже всех природных материалов и высоко ценится за способность резать твердые вещества, другой же исключительно мягок и обладает свойствами смазочного материала, используемого при больших нагрузках. Карбонат кальция встречается в виде двух различных минералов: кальцита и арагонита; первый из них образует ромбоэдрические кристаллы, которые, однако, часто бывают многократно сдвойни-кованными й показывают гексагональную симметрию. Точно так же и сульфиды железа — пирит и марказит — похожи по химическому составу, но первый кристаллизуется в кубической синго-нии, а второй — в ромбической. Природный окисел, из которого получают титан, встречается в виде трех различных минералов: рутила, анатаза и брукита.
в. Структура кристаллов
Внутреннее строение кристаллов было предметом живого обсуждения уже в самом начале развития кристаллографии. В XVIII в. Р. Ж. Гаюи на основании того факта, что кальцит может раскалываться на сколь угодно мелкие ромбоэдры, высказал предположение, что кристаллы этого минерала построены из бесчисленного количества мельчайших кирпичиков такого вида и что все другие грани, помимо граней ромбоэдра, образуются путем закономерного «отступания» этих кирпичиков от плоскости соответствующей «стенки», так что неровности оказываются настолько малы, что грани кажутся оптически гладкими. Установление закона рациональности индексов, справедливого для всех кристаллов, сделало совершенно ясным, что все кристаллы построены этим путем, т. е. путем бесконечного повторения элементарней! ячейки. Однако расширение знаний об атомной структуре вещества сделало не менее ясным и то, что элементарную ячейку нельзя считать твердым кирпичиком Гаюи; скорее ее можно уподобить элементу узора — объемному «мотиву», многократное повторение которого создает целый кристалл: точно так же, как двумерный мотив повторяется в узоре стенных обоев. Этот объемный элемент узора и составляет элементарную ячейку кристалла. Атомы, входящие в элементарную ячейку, определяют состав получающегося кристалла, и их расположение в ячейке и их размеры определяют возникающую в результате роста морфологию кристалла. Легко понять поэтому причину отсутствия в кристаллах пятерной симметрии и симметрии более высокой, чем шестерная: даже говоря только о плоскости, легко представить, что единственными фигурами, которыми можно правильно заполнить плоскость, могут быть только квадраты, прямоугольники, параллелограммы, равносторонние треугольники и правильные шестиугольники.