Реферати

Реферат: Мікроскопічне вивчення оптичних властивостей кристалів

Тургенєв: Записки мисливця. Короткий виклад змісту.

Ліберальні реформи 60-70 р. XIX століття. Селянська реформа. Ліберальні реформи. Установа земств. Самоврядування в містах. Судова реформа. Військова реформа. Реформи в області освіти. Церква в період реформ. Революційні організації.

Народження російської держави, XIV-XV століття. Історія боротьби за князівський престол на Русі (XIV-XV вв.). Традиційна орієнтація Москви на союз з татарами, одержання князями ярликів на велике князювання. Міжусобні війни між князівствами. Роль Куликовской битви, об'єднання російських князівств.

Східні слов'яни. Походження східних слов'ян. Перші згадування про венедах. Основні заняття східних слов'ян у степовій і лісостеповій смузі. Язичеська релігія, що відбиває відношення слов'ян до стихійних сил природи. Утворення держави в східних слов'ян.

Пасажирський транспорт республіки Карелія: історія, перспективи, сучасність. Класифікація пасажирського транспорту, його місце і значення в економіці. Вивчення потреб пасажирів у перевезеннях. Класифікація маршрутів автомобільного й електричного транспорту. Тенденції в системі пасажирського транспорту Республіки Карелія.

Міністерство освіти РФ

Північно-Кавказький ГТУ

Кафедра: геологія нафти і газу

КУРСОВА РОБОТА

Тема: "Мікроскопічне вивчення

оптичних властивостей кристалів"

Виконав: студент.

Прийняв

Ставрополь 2001

ЗМІСТ

Введення...4

Розділ 1. Оптична индикатриса кристалів різних сингоний...5

Розділ 2. Пристрій мікроскопа і його перевірки...15

2.1 Пристрій мікроскопа...15

2.2 Основні перевірки мікроскопа...18

Розділ 3. Плоскополяризованний світло...23

3.1. Природне і поляризоване світло...23

3.2. Заломлення променів...25

Розділ 4. Пристрій призми Ніколя і хід променів через неї...28

Розділ 5. Вивчення оптичних властивостей

кристалів при одному Ніколе...29

5.1. Вивчення форми кристалів і спайности...29

5.2. Вивчення кольору і плеохроизма минаралов...33

5.3. Визначення величини показника заломлення мінералів...34

5.4. Способи визначення показника

заломлення мінералів...35

Розділ 6. Дослідження оптичних властивостей кристалів

при двох Ніколях...37

6.1. Визначення сили двійчастого променезаломлення мінералів...37

Висновок...33

Використана література...34

ВВЕДЕННЯ

Наука про кристали - кристалографія вивчає закони будови твердих тіл, характеризує кристалічну речовину закономірною геометрично правильною внутрішньою будовою.

Доведено, що кристалічна будова властиво переважній більшості мінералів і гірських порід, що складають земну кору, а значить має першорядне значення в будові Землі.

У промисловість всі матеріали (метали і сплави, кам'яні будівельні матеріали, цемент і цегла, і п. т.) - складаються з кристалічних зерен мінералів.

Кристалографія створила цілий ряд спеціальних кристаллографических методик, що мають велике практичне значення і поширення.

Наука про кристали дає загальне поняття про властивості і будову твердої речовини. По цьому входить в комплекс загальноосвітніх дисциплін.

Є основою для походження предметів минералого циклу - мінералогії, петрографії, геохімії, вчення про родовища корисних копалин.

Багато які вчені Росії внесли внески в розвиток цієї науки. Такі як: М. В. Ломоносов, А. В. Гадолін, Е. С. Федоров, Ю. В. Вульф і багато які інші.

Кристалографія і в цей час представляє величезний інтерес і постійно додається, новими фахівцями.

Розділ 1. Оптична индикатриса кристалів різних сингоний

При вивченні оптичних властивостей кристалів користуються допоміжною просторовою фігурою, побудованою на показниках заломлення і званій оптичній индикатрисой. Величина кожного радіуса - вектора индикатриси виражає показник заломлення кристала для тих світлових хвиль, коливання яких здійснюються в напрямі даного вектора.

Вмістимо в думках всередині кристалічного тіла світлову точку S (мал. 1). У деякому напрямі SNмздесь будуть одночасно розповсюджуватися дві світлові хвилі М1і М2, поляризовані у взаємно перпендикулярних площинах. Швидкості поширення цих хвиль n1и n2различни. У зв'язку з цим будуть різні і показники заломлення хвиль n1и n2, що являють собою, як відомо, зворотні величини по відношенню до швидкостей [Д1] [Д2].

Нехай хвиля М1ідет швидше (n1 > n2); тим самим її показник заломлення (n1) буде менше відповідного показника заломлення (n2) для хвилі М2(n1 < n2).

Прийнявши точку S за початкову, проведемо через неї прямі А1А1і В2В2параллельно коливанням хвиль М1і М2(А1А1параллельна коливанням хвилі М1; У2В2параллельна коливанням хвилі М2). Прямі А1А1і В2В2взаимно перпендикулярні.

На прямих А1А1і В2В2по обидві сторони від S відкладемо в одному і тому ж довільному масштабі величини показників заломлення n1и n2(n1откладиваем по А1А1, n2- по В2В2).

У результаті отримуємо чотири точки А1, А1, В2, В2.

Розглядаючи хвилі, що йдуть у інших напрямах, ми будемо отримувати нові четирехточия.

Рис. 1. Побудова оптичної индикатриси

Теоретично доведена, що поверхня, що обіймає все вказані четирехточия, являє собою або трехосний еліпсоїд, або еліпсоїд обертання, або куля. Ця поверхня і носить названиеоптической индикатриси. Оптична индикатриса дає можливість визначити для хвиль будь-якого заданого напряму орієнтування коливань і величини відповідних показників заломлення. Величини цих осей дають в певному масштабі показники заломлення. У окремому випадку перетин индикатриси є колом. Це показує, що світлові хвилі, що розповсюджуються в заданому напрямі, не випробовують двупреломления.

Розглянемо окремо всі три вказані типи оптичної индикатриси.

Вища категорія. Кристали кубічної сингонії є, як вже вказувалося вище, оптично изотропними. Промені тут йдуть з однаковою швидкістю і, отже, володіють одним показником заломлення. Відповідно цьому, оптична индикатриса в кристалах кубічної сингонії - куля.

Охарактеризувати кульову индикатрису можна лише за допомогою однієї величини - радіуса кулі. Радіус кулі виражає показник заломлення. Отже, характеристика оптичної индикатриси кристалів кубічної сингонії полягає лише в одній константі - показнику заломлення n.

Середня категорія. Кристалам середніх сингоний (гексагональним, тетрагональним і тригональним) відповідає оптична индикатриса у вигляді еліпсоїда обертання.

Поверхню еліпсоїда обертання можна отримати, шляхом обертання еліпса навколо однієї з його осей (мал. 2). При цьому виходять два роди еліпсоїдів обертання (мал. 3).

Рис. 2. Оптична индикатриса кристала нижчої категорії (трехосний еліпсоїд)

Рис. 3. Оптичні индикатриси для

кристалів середніх сингоний

а - позитивного; би - негативного

Перші (довгасті) еліпсоїди відповідають оптично позитивним, а другі (сплюснені) - оптично негативним кристалам.

У еліпсоїдах обертання кругові перетини розташовуються перпендикулярно осі обертання. Всі інші їх перетини еліпсами.

Кристали середніх сингоний володіють лише одним одиничним напрямом, співпадаючим з єдиною віссю вищого найменування. У свою чергу, відповідна ним оптична индикатриса, що має форму еліпсоїда обертання, також володіє лише одним одиничним напрямом, суміщеним з віссю обертання еліпсоїда.

Одиничний напрям кристала повинно співпасти з одиничним напрямом оптичної индикатриси.

У еліпсоїді обертання перетин, перпендикулярний осі обертання, представляє коло. Тим самим круговий перетин оптичної индикатриси розташовується перпендикулярно осі симетрії вищого найменування.

У гексагональном кристалі, оптична индикатриса орієнтована в ньому так, що її вісь обертання суміщена з шестерной віссю симетрії (мал. 4).

Рис. 4. Орієнтування оптичної индикатриси

в гексагональном кристалі

Кругові перетини еліпсоїдів вказують на те, що перпендикулярно їм світлові хвилі йдуть, не роздвоюючись і не поляризуючись (будь-який радіус тут представляє можливий напрям коливань). Значить вдовж осі обертання оптичної индикатриси йде один неполяризований (не роздвоєний промінь).

Напрям, по якому світло не випробовує двупреломления, називається оптичною віссю. Кристали середніх сингоний мають одну оптичну вісь, т. е. є оптично одноосними.

Для характеристики оптичної индикатриси таких кристалів досить обмежитися двома величинами, а саме: половиною величини осі обертання еліпсоїда і радіусом його кругового перетину.

Відмічені величини виражають найбільший і найменший показники заломлення кристала - ngи npи чисельно рівні ним полуоси оптичної индикатриси Ng і Np.

У довгастому (позитивному) еліпсоїді обертання з віссю обертання (головна вісь симетрії кристала) співпадає найбільша вісь индикатриси (Ng). Найменша вісь (Np) відповідає тут радіусу кругового перетину.

І навпаки, в сплюсненому (негативному) еліпсоїді обертання головна вісь симетрії кристала (вісь обертання) відповідає найменшій осі (Np), а найбільша вісь индикатриси (Ng) відповідає радіусу кругового перетину (мал. 3).

Нижча категорія. Оптичні индикатриси кристалів нижчих сингоний (ромбічних, моноклінних і триклинних) характеризуються еліпсоїдами з трьома нерівними взаємно перпендикулярними осями.

Ці три осі по величині відповідають трьом різним показникам заломлення - ng > nm > npи означаються Ng, Nm, Np (мал. 2). Кожна вісь є одиничним напрямом і відповідає двійчастій осі симетрії еліпсоїда, а площина, перпендикулярна осі - площини його симетрії.

Трехосний еліпсоїд володіє двома круговими перетинами, що проходять через Nm. Перпендикулярно кожному круговому перетину проходить оптична вісь.

Значить кристали нижчих сингоний володіють двома оптичними осями (ОА1і ОА2), т. е. є оптично двуосними. Обидві оптичні осі лежать в площині площина оптичних осей (Ng Np). Коли бісектриса гострого кута між оптичними осями співпадає з Ng, маємо оптично позитивний кристал, а при збігу з Np, кристал оптично негативний.

Розглянемо орієнтування оптичної индикатриси в кристалах нижчих сингоний. У трехосном еліпсоїді три нерівні осі його (Ng, Nm, Np) є трьома одиничними напрямами еліпсоїда.

З цими трьома одиничними напрямами кристала і повинні поєднатися три одиничних напрями (три осі) оптичної индикатриси (мал. 5).

У ромбічних кристалах також завжди присутні три взаємно перпендикулярні одиничні напрями, співпадаючі або з трьома двійчастими осями симетрії або з нормалями до площин симетрії.

Рис. 5. Орієнтування оптичної

индикатриси в ромбічному кристалі

Однак на зовнішній вигляд ромбічного кристала не можна визначити, яка саме вісь индикатриси (Ng, Nm, Np) співпадає з тим або інакшим його одиничним напрямом.

Візьмемо для прикладу кристал в формі кирпичика або сірникової коробки. Тут кидаються в очі три серії різних по довжині і взаємно перпендикулярних ребер. Проте не треба передбачати, що паралельно найбільш довгим ребрам повинна обов'язково пройти найбільша вісь индикатриси Ng. Також не можна зв'язувати середні і малі ребра кристала з осями Nm і Np.

Точне розв'язання питання про орієнтування оптичної индикатриси вимагає застосування вже кристаллооптических методів дослідження.

У кристалах моноклінної сингонії завжди маємо один характерний кристаллографическое напрям, співпадаючий з двійчастою віссю (L2) або нормалью до площини симетрії (^Р) і суміщений з другою кристаллографической віссю. Цей напрям є одиничним, і з ним завжди співпадає одна з трьох осей (один з трьох напрямів) оптичної индикатриси (Ng або Nm, або Np).

Дві інші осі еліпсоїда лежать в площині, або перпендикулярній двійчастій осі (L2), або паралельній площині симетрії. При цьому вони утворять деякі кути з ребрами кристала.

Величини таких улов є характерними для кожної певної речовини, кристаллизующегося в моноклінної сингонії. Разом з тим для різних речовин вони будуть різними.

У кристалах триклинной сингонії немає осей і площин симетрії. Всі напрями одиничні. Внаслідок цього оптична индикатриса може орієнтуватися в кожній речовині, кристаллизующемся в триклинной сингонії, по-різному. Тут важливе значення мають кути, освічені осями индикатриси з ребрами кристала.

Отже, при визначенні оптичних властивостей кристалів нижчих сингоний необхідно передусім виміряти три показники заломлення - ng, nm, np, що є найбільш характерними оптичними константами, і визначити, з якими кристаллографическими напрямами співпадають відповідні ним осі индикатриси.

Для моноклінних і триклинних кристалів, як вказувалося, характерні ще кути між осями индикатриси і ребрами кристалів.

Крім перерахованих оптичних констант, необхідно також визначати оптичний знак кристала і вимірювати гострий кут між обома оптичними осями. Цей кут означається 2V.

Якщо чомусь показники заломлення безпосередньо не вимірюються, важливе значення придбаває так звана величина (сила) двупреломления (ng(найбільший показник заломлення)-)( np(найменший показник заломлення)). Ця константа за допомогою кристаллооптических методів може бути визначена і в тих випадках, коли величини показників заломлення ngи npостаются невідомими.

Потрібно мати на увазі, що для променів різного кольору (т. е. променів, що володіють різними довжинами хвиль) форма еліпсоїда оптичної индикатриси в одному і тому ж кристалі може істотно мінятися. У зв'язку з цим змінюються і величини оптичних констант. Це явище носить назву дисперсії елементів оптичної индикатриси.

У кристалах моноклінної і триклинной сингоний явище дисперсії відрізняється особливо складним характером. У моноклінних кристалах, як згадувалося, одна з осей индикатриси завжди співпадає з L2или з нормалью до Р, а дві інші осі розташовуються в перпендикулярній їй площини. У зв'язку з тим, що в цій площині всі напрями одиничні, обидві осі индикатриси для променів різних довжин хвиль можуть займати різне положення. У кристалах триклинной сингонії всі напрями одиничні, всі три осі индикатриси для променів різних довжин хвиль можуть бути по-різному орієнтовані в кристалі.

РОЗДІЛ 2. Пристрій мікроскопа і його перевірки

2.1. ПРИСТРІЙ МІКРОСКОПА

Дослідження оптичних властивостей мінералів проводяться за допомогою поляризаційний мікроскопа. Найбільш поширеними є вітчизняні мікроскопи моделей МП і МІН.

Основними частинами поляризаційний мікроскопа є штатив, предметний столик, тубус, освітлювальний пристрій і поляризаційний система. Загальний вигляд мікроскопа представлений на мал. 7.

Штатив має подковообразное основу і вертикальний кронштейн, з яким за допомогою шарніра і закріплюючого гвинта (11) сполучена станина, або тубусодержатель (12). Завдяки такому пристрою тубусу можна додавати будь-яке похиле положення при горизонтальному положенні основи.

Предметний столик (6) мікроскопа прикріплений до нижньої частини станини. Центральну частину столика з отвором по середині можна вийняти видавленням її знизу після опускання освітлювального пристрою і підняття тубуса. На предметному столику є отвори з різьбленням для пригвинчення спеціальних приладів (федоровский столик, ИСА, препаратоводитель) і отвору без різьблення для прикріплення клем, які тримають шліф. Предметний столик має лімб, розділений на 360°, і два нониуса, по яких можна брати відліки з точністю до 0,1°. Однак в звичайній петрографической роботі достатня точність відліку до 1°. Предметний столик повинен вільно обертатися. З лівого боку його розташований стопорний гвинт (13), що дозволяє закріпити столик в потрібному положенні.

Тубус мікроскопа розташований у верхній частині станини. За допомогою особливого кремальерного пристрою його можна наближати або видаляти відносно предметного столика. Наближення тубуса до столика мікроскопа (опускання) здійснюється обертанням кремальерного гвинта «від себе», а видалення (підняття) - обертанням гвинта «до себе».

У нижній частині тубуса знаходяться щипці, які тримають об'єктив (5). Щоб вставити об'єктив, необхідно лівою рукою натиснути на щипці, а правою рукою надіти об'єктив і повернути його проти годинникової стрілка на 90°. Потім щипці відпускають і перевіряють, чи захопили вони похилий шпенек, що є на обоймі кожного об'єктиву.

Об'єктиви разом з окуляром зберігаються в спеціальній коробці. До мікроскопів МП прикладені об'єктиви 3´, 8´, 20´, 40´ і 60´; у кожного з них є центруючі обойми.

Вище за щипцов в тубусе є крізний проріз, розташований під кутом 45° до площини симетрії мікроскопа, в яку в процесі роботи вставляють компенсатори.

Над прорізом в тубусе розміщується аналізатор (4), який вводиться зліва до упора. У верхній частині тубуса, паралельно аналізатору, розташована лінза Бертрана (2), необхідна тільки при отриманні коноскопії. Лінза має діафрагму, може бути центрована і фокусована спеціальної кремальерой (1).

Зверху в тубус вставляється окуляр (15). До мікроскопів МП додаються окуляри 5´, 8´, 12,5´ і 17´, що мають хрест ниток, і окуляр 6´, в який можна вкласти сітчастий або лінійний мікрометр. Окуляр з хрестом ниток вставляють так, щоб одна з ниток була паралельна площині симетрії мікроскопа, а інша перпендикулярна їй.

Освітлювальний пристрій (9) поляризаційний мікроскопа розташований під предметним столиком і складається з дзеркала і двох конденсоров. Дзеркало двійчасте - плоске і угнуте. Звичайно користуються угнутим дзеркалом, а при малих збільшеннях і широкому, видаленому від мікроскопа джерелі світла - плоским.

Нижній конденсатор перетворює пучок світла, відображеного від дзеркала, в трохи що сходиться і посилює освітленість препарата. Над ним вміщена ирисовая діафрагма, за допомогою якої можна звужувати отвір конденсора і робити пучок світла більш паралельним. Другий конденсор - лінза Лазо - вживається при роботі з великими збільшеннями і головним чином для отримання коноскопії. При необхідності лінзу можна вводити спеціальним важелем, розташованим під столиком.

Освітлювальна система разом з поляризатором спеціальним маховичком може бути опущена вниз і відкинута вліво. Звичайно ж вона повинна бути піднята до самого предметного столика.

Поляризаційний система мікроскопа представлена двома николями. Нижній николь - поляризатор (8) - вміщений під предметним столиком, нижче освітлювальних конденсоров і діафрагми. Верхній - аналізатор (4) - знаходиться в тубусе мікроскопа між об'єктивом і окуляром.

Поляризатор можна повернути в обоймі і закріпити спеціальним гвинтом. Звичайно поляризатор розташовують таким чином, щоб напрям коливань, що пропускаються ним був паралельно вертикальній нитці окуляра (площини симетрії мікроскопа).

Аналізатор, як правило, може бути або виведеним з тубуса, або введеним в нього. Напрям коливань, що пропускаються аналізатором повинен бути перпендикулярний напряму коливань, що пропускаються поляризатором. У деяких мікроскопах (наприклад, МП-6) аналізатор може бути повернений на певний кут до 90°, але робиться це тільки при спеціальних дослідженнях.

2.2. ОСНОВНІ ПЕРЕВІРКИ МІКРОСКОПА

Перед початком роботи з поляризаційний мікроскопом необхідно встановити його в робоче положення - зробити перевірки. Рекомендується провести їх в такій послідовності.

1. Додають тубусу зручне для роботи похиле положення і затискають закріплюючий гвинт. Перевіривши, чи вимкнені лінзи Лазо і Бертрана, а також аналізатор і чи відкрита діафрагма, налагоджують правильне освітлення. Для цього обертанням і нахилами угнутого дзеркала направляють світловий пучок від джерела світла в мікроскоп і домагаються рівномірно яскравого освітлення поля зору.

2. Прикріпляють шліф до предметного столика, вставляють об'єктив і проводять фокусування. При фокусуванні об'єктивів зі слабими збільшеннями (3´ або 8´) тубус опускають гвинтом макроподачи до появи зображення, а потім уточнюють фокусування гвинтом микроподачи.

Фокусування об'єктивів з сильними збільшеннями (40´)(, 60´) у уникнення небезпеки роздавити шліф об'єктивом здійснюють таким чином: обережно, спостерігаючи збоку, гвинтом макроподачи опускають тубус до зіткнення об'єктиву з покровним склом шліфа, а потім, підіймаючи тубус (краще за микроподачей), вловлюють зображення.

3. Перевіряють центрировку об'єктиву. Для цього пересуванням шліфа по предметному столику ставлять на центр хреста ниток яку-небудь маленьку помітну точку і обертають столик. Якщо об'єктив центрований, то вибрана точка не зійде з перекрестья ниток. При відсутності центрировки точка зійде з перекрестья і опише в полі зору коло. Якщо центрировка об'єктиву сильно порушена або об'єктив неправильно затиснутий в щипцях, то вибрана точка може зовсім піти з поля зору. Тому перш ніж почати центрировку, необхідно пересвідчитися, що об'єктив вставлений правильно, т. е. що шпенек на його обоймі увійшов в проріз щипцов.

Центрують об'єктив звичайно таким чином:

а) після вибору точки в шліфі і установки її на перекрестье ниток повертають предметний столик на 180°;

б) переміщенням шліфа по предметному столику посувають вибрану точку до хреста ниток на половину тієї відстані, на яку вона відійшла при обертанні;

в) надівають на центрировочние гвинти об'єктиву спеціальні ключі і, угвинчуючи або вигвинчуючи їх, змінюють положення об'єктиву так, щоб вибрана точка попала на перекрест ниток;

г) перевіряють проведену центрировку обертанням столика мікроскопа. Якщо ж об'єктив знову виявляється не центрованим, то всі вказані операції повторюють знов.

При сильному порушенні центрировки спочатку обертанням столика встановлюють, в якому напрямі від центра розташований вихід осі обертання. Потім центрировочними гвинтами переміщують видимі зерна так, щоб наблизити вісь обертання до центра ниток. Як тільки вибрана для центрировки точка виявиться в межах поля зору, центрировку проводять звичайним способом.

При деякому досвіді роботи з мікроскопом центровку об'єктиву можна здійснювати тільки центрировочними гвинтами. У цьому випадку вибирають маленьку точку, ставлять її на перекрестье, повертають столик на 180°. Потім вибрану точку пересувають центрировочними гвинтами на половину відстані до перекрестью, помічають нову, що виявилася на хресті, точку і повторюють операції доти, поки вибрана точка не буде описувати коло навколо перекрестья ниток. Такий спосіб центрировки особливо зручний, коли небажане зайве пересунення шліфа.

4. Перевіряють взаємну перпендикулярность ниток хреста в окулярі. Вибирають в шліфі пряму лінію (спайность, край подовженого зерна), повертають предметний столик так, щоб вона розташувалася паралельно однією з ниток окуляра, і беруть відлік по нониусу столика. Потім, обертаючи столик, встановлюють цю ж лінію паралельно іншій нитці окуляра і знову беруть відлік. Різниця відліків повинна бути рівною 90°. Якщо нитки виявляться не взаємно перпендикулярними, виправити це може тільки механік.

5. Перевіряють, чи знаходяться николи в схрещеному положенні. Оскільки поляризатор і аналізатор повинні пропускати світло з коливаннями у взаємно перпендикулярних площинах, при введенні аналізатора поле зору (без шліфа!) повинне бути темним. Якщо ж цього немає, то при введеному аналізаторі треба повернути поляризатор, заздалегідь ослабивши стопорний гвинт, поки поле зору не стане темним, і знову затиснути гвинт.

6. Перевіряють збіг ниток окуляра з напрямами коливань світла, що пропускаються поляризатором і аналізатором. Дану перевірку проводять звичайно за допомогою подовженої пластинки биотита зі спайностью. Поворотом столика домагаються, щоб спайность (або подовжена сторона) пластинки биотита виявилася паралельною однією їх ниток окуляра. При включеному аналізаторі пластинка биотита повинна бути темною, т. е. Стояти на згасненні. Якщо ж цього не спостерігається, то треба звертатися до механіка.

7. Визначають напрям коливань, що пропускаються поляризатором. Для цього можна скористатися тією ж пластинкою биотита. Обертанням предметного столика домагаються найбільш інтенсивного забарвлення биотита (без аналізатора!). У даний момент подовження (і спайность) пластинки виявиться паралельним однією з ниток окулярного хреста, яка і буде відповідати напряму коливань, що пропускаються поляризатором. Звичайно поляризатор пропускає коливання, паралельні площини симетрії мікроскопа (вертикальної нитки окуляра), але може спостерігатися і зворотне положення. Тому, починаючи роботу з незнайомим мікроскопом, цю перевірку робити абсолютно необхідно.

Крім перерахованих перевірок, кожному досліднику належить засвоїти, по-перше, що прилад повинен завжди стояти так, щоб було зручно працювати, і, по-друге, хоч в мікроскоп дивляться одним оком, другий не повинен бути закритий і особливо примружений. Початківцям можна рекомендувати закривати око рукою або одягати щиток з паперу на верхню частину тубуса. Дуже корисно звикнути в процесі роботи дивитися в тубус то правим, то лівим оком.

РОЗДІЛ 3. ПЛОСКОПОЛЯРИЗОВАННИЙ СВІТЛО

3.1. ПРИРОДНЕ І ПОЛЯРИЗОВАНЕ СВІТЛО

Розрізнюють світло природне і поляризоване. Коливання природного світла здійснюються у всіх площинах, що проходять через напрям поширення променя, у всіх напрямах, перпендикулярних променю. Коливання ж поляризованого світла здійснюються в площині, перпендикулярній променю, але у паралельних напрямах. Площина, перпендикулярна площині коливань, називається площиною поляризації. Поляризація світла відбувається при відображенні, при проходженні світла через кристалічну речовину. Вона може бути повною або частковою.

Світло одночасно володіє і хвильовими, і корпускулярними властивостями. У основу кристаллооптических досліджень встановлена хвильова теорія. Світло розглядається як електромагнітні коливання, що розповсюджуються хвилями у всі сторони від джерела світла з великою швидкістю.

У світловому коливальному русі розрізнюють напрям коливань і напрям поширення коливань. Прямі, по яких розповсюджується світло, називаються світловими променями. Напрям світлових коливань перпендикулярний напряму поширення світла. Світлові коливання є гармонічними, т. е. здійснюються через певні проміжки часу.

У гармонічному коливальному русі виділяються наступні елементи (мал. 9):

Рис. 9. Елементи гармонічного коливального руху.

1. Амплітуда (А) - найбільша відстань, на яке колеблющаяся точка відхиляється від свого положення рівноваги.

2. Період коливань - проміжок часу, протягом якого точка здійснює одне повне коливання (аа¢).

3. Частота коливання - число повних коливань в секунду.

4. Фаза - стан коливання в даній точці в даний момент, т. е. кут, на який відхиляються частинки від положення рівноваги. Розрізнюють однакові фази і протилежні. Точки однакових фаз розташовуються по одну сторону від положення рівноваги і рухаються в одну сторону (1 і 1¢). Точки протилежних фаз розташовуються по різних сторонах від положення рівноваги і рухаються в різні сторони (2 і 2¢).

5. Довжина хвилі (l) - відстань, на яку розповсюджується коливальний рух за один період. Інакшими словами, довжина хвилі є відстань між найближчими точками, що знаходяться в однакових фазах.

До області видимого світла відносяться електромагнітні коливання з довжинами хвиль від 380 мкм (фіолетова частина спектра) до 780 мкм (червона частина спектра). Біле світло практично являє собою суміш світлових коливань всіх можливих довжин хвиль. Світло якої-небудь однієї довжини хвилі називається монохроматичним. Рентгенівські промені і радіохвилі мають також електромагнітну природу і відрізняються від видимого світла тільки довжиною хвилі. У перших довжина хвилі менше 380 мкм, а у других - більше 780 мкм.

Якщо два промені розповсюджуються в одному і тому ж напрямі і володіють однією і тією ж довжиною хвилі, то вони взаємодіють або интерферируют між собою. Найбільш простий випадок інтерференції спостерігається, коли обидва интерферирующих променя поляризовані в одній площині.

3.2. ЗАЛОМЛЕННЯ ПРОМЕНІВ

При переході світла з однієї середи в іншу відбувається зміна швидкості поширення світла, або, заломлення світлових променів. Це відбувається из-зи того, що швидкість поширення світла в різних середовищах різна. У вакуумі вона приблизно рівна 300 000 км/з, у всіх інших середах менше.

Існує певна залежність між кутом падіння променя і зміною швидкості. Для даних двох серед відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є величина постійна, рівна відношенню швидкості світла в першому середовищі до швидкості світла у другій середі. Це відношення називається показником заломлення середи другої відносно першої і означається Внаслідок того, що швидкість поширення світла в пустоті є найбільшою, абсолютний показник заломлення завжди більше одиниці. Практично показник заломлення визначається відносно повітря (його N = 1,0003).

При проходженні світла з середи з меншим показником заломлення в середу з великим показником заломлення кут заломлення менше кута падіння. Якщо ж світло йде з середи з великим показником заломлення, то кут заломлення більше кута падіння. Тому з пучка променів знайдеться промінь, який після заломлення піде вздовж кордону серед. Кут падіння такого променя називається граничним.

При вугіллі падіння, більшому граничного, падаючий промінь повністю відіб'ється від поверхні розділу двох серед (мал. 11). Це явище носить назву повного внутрішнього відображення. Таким чином, повне внутрішнє відображення спостерігається тоді, коли промінь з середи з великим показником заломлення попадає в середу з меншим показником заломлення під кутом, що перевищує граничний. Чим значніше різниця в показниках заломлення двох серед, тим менше граничний кут і тим велика частина падаючих променів випробує повне внутрішнє відображення.

Промінь природного світла, увійшовши в кристал, заломлюється і розділяється на два промені, що йдуть з різними швидкостями і поляризованих в двох взаємно перпендикулярних площинах. Таке явище називають двійчастим лучепреломлением, або двупреломлением.

Рис. 11. Заломлення світла на межі двох серед з різними показниками заломлення.

N > n. j - граничний кут падіння. Промінь 4 випробовує повне внутрішнє відображення.

Розглянемо два випадки двупреломления променів. Один з виниклих при двупреломленії променів йде з однаковою швидкістю у різних напрямах в кристалі, а інший міняє швидкість в залежності від напряму. Перший промінь називають звичайним (ordinarius) і обозначаюто, а другий - незвичайним (extraordinarius) і обозначаюте.

Явище двупреломления пов'язане з анизотропностью кристалів, т. е. з неоднаковими властивостями кристалів. У речовинах з однаковою швидкістю поширення світла двупреломление не відбувається. У анізотропних речовинах двупреломление відбувається у всіх напрямах (крім напрямів оптичних осей).

РОЗДІЛ 4. ПРИСТРІЙ ПРИЗМИ НИКОЛЯ І

ХІД ПРОМЕНІВ ЧЕРЕЗ НЕЇ.

Входячи в кристал, світловий промінь, розбивається на два промені, що розповсюджуються з різними швидкостями і поляризованих в двох взаємно перпендикулярних площинах.

При виході з кристала, світлові коливання одного пучка будуть перпендикулярні по відношенню до світлових коливань другого. Для того щоб, отримати світло, поляризоване в одній площині, досить погасити один з вказаних світлових пучків. Що виконується в призмі Ніколя.

Призма виготовляється таким способом; кристал прозорого кальцита (ісландського шпата - СаСО3) розрізається під певним кутом до ребер на дві частини. Потім обидві частини склеюються особливим клеєм - канадським бальзамом. Показник заломлення канадського бальзаму n ≈ 1,54.

Паралельний пучок світла, входячи а призму, розбивається на два поляризованих світлових, що розповсюджуються з різними швидкостями пучка. Для одного з цих пучків показник заломлення кальцита 1,53 - 1,54, для іншого - 1,658. Звернемо увагу але те, що перший показник майже рівний показнику заломлення канадського бальзаму. Світловий пучок, відповідний йому, безперешкодно проходить крізь прошарок бальзаму з близьким йому показником заломлення.

Другий пучок, відповідний більшому показнику заломлення (1,658), дійшовши до згаданого прошарку, повинен заломитися.

При виготовленні призми Ніколя площина її розрізу орієнтується так, щоб другий пучок випробував повне внутрішньо відображення. Таким чином, досягши прошарку канадського бальзаму, цей пучок не проходить через неї, а цілком відбивається, поглинаючись зачорненою оправою призми Ніколя. У результаті з двох світлових пучків через николь проходить лише один, що відповідає показнику заломлення 1,53 - 1,54.

РОЗДІЛ 5. Вивчення оптичних властивостей

кристалів при одному Ніколе

5.1. ВИВЧЕННЯ ФОРМИ КРИСТАЛІВ І СПАЙНОСТИ

Форми кристалів залежить від кристаллографических особливостей мінерала, умов кристалізації, хімічного складу і інш. У умовах вільного зростання утворяться кристали, які володіють правильними, властивими тільки даному мінералу формами. У шліфах мінерал звичайно зустрічається у вигляді неправильних, округлих зерен і значно рідше представлений широко таблитчатими або декілька подовженими кристалами з бипирамидальними закінченнями. Для кристалів слюди характерний пластинчатий вигляд, а в шліфах вони часто мають шестикутну або довгасту - призматичну, шестоватую форму.

Зерна, що мають для даного мінерала характерні контури, називаютсяидиоморфними.

Якщо кристали в процесі зростання придбавають свою характерну форму тільки частково, вони називаютсягипидиоморфними.

У тих випадках, коли кристали мінералів не мають правильних кристаллографических контурів і утворять зерна неправильної форми, вони називаютсяксеноморфними.

Міра идиоморфизма мінералів

Рис. 12

Зерна: 1 - идиоморфние, 2 - гипидиоморфние, 3 - ксеноморфние

Найчастіше мінерали в шліфах спостерігаються у вигляді зерен изометрической, таблитчатой, призматичної форми, рідше зустрічаються мінерали, яким властиві шестоватая і голчата форми (мал. 13).

Форма зерен мінералів

Рис. 13

1 - изометрическая, а/b=1; 2 - таблитчатая, а/b від 2 до 4;

3 - призматична, а/b від 4 до 10; 4 - шестоватая,

а/b від 10 до 20; 5 - голчата, а/b

Спайность - це властивість кристалів розколюватися (расщипляться) при ударі або тиску у певних напрямах (частіше за все паралельно граням). У зернах мінералів, що володіють спайностью, спостерігається система паралельних тріщин, добре помітних під мікроскопом. Під мікроскопом розрізнюють мінерали з довершеною і незавершеною спайностью. Минералли, що володіють довершеною спайностью, спостерігаються тонкі, чіткі тріщини паралельні один одному (мал. 14, а).

У мінералів з незавершеною спайностью лінії тріщин частіше широкі або переривисті, але можуть бути тонкими і звивистими, не завжди суворо паралельними. Однак єдиний напрям тріщин видно досить виразний (мал. 14, би, в). Мінерали що не володіють спайностью, не мають тріщин, або вони нерівні, звивисті і безладні (мал. 14, г).

Типи спайности

Рис. 14

Тріщини спайности можуть пройти в різних напрямах.

Так наприклад в одному напрямі можна спостерігати у слюди, в двох мінерали групи польових шпатов, амфиболов, пироксенов і інш., в трьох кальцита, доломіту, галита і деяких інших мінералів, в чотирьох у флюорита і шести у сфалерит напрямах.

Для мінералів, що мають спайность в двох і більш напрямах, однієї з діагностичних ознак - величина кута між тріщинами - кут спайности. Особливо важливе його визначення для мінералів групи амфиболов і пироксенов, схожих між собою по ряду інших оптичних констант і що різко розрізнюються по величині кута спайности. У перших він становить 56°, а у других - 87° (мал. 14, д, е).

5.2. ВИВЧЕННЯ КОЛЬОРУ І ПЛЕОХРОИЗМА МІНЕРАЛІВ

Мінерали також розрізнюють за кольором зерна і виділяють дві групи, непрозорі- повністю поглинаючі світлові промені ипрозрачние- повністю або частково проникні світло. До першої відносяться в основному рудние мінерали. До другої відносять породообразующие мінерали.

У шліфах мінерали можуть мати інший колір. Забарвленими в шліфах виглядають мінерали, які промені різних довжин хвиль поглинають їх по-різному. Безбарвними здаються мінерали, поглинаючі однакові промені з різною довжиною хвилі.

Більшість забарвлені мінерали, кристаллизующиеся у всіх сингониях крім кубічної, володіють плеохроизмом. Плеохроизмом називається властивість кристалів змінювати забарвлення в залежності від напряму світлових коливань, що проходять через них. Воно зумовлене різним характером поглинання світлових променів у різних напрямах в кристалі і виявляється при вивченні забарвлених мінералів під мікроскопом при одному николе.

У мінералів, що володіють плеохроизмом, спостерігається поступова зміна забарвлення.

У одних мінералів плеохроизм виражається в зміні кольору, у інших - в зміні інтенсивності забарвлення, у третіх - в зміні і кольору, і інтенсивності.

5.3. ВИЗНАЧЕННЯ ВЕЛИЧИНИ ПОКАЗНИКА ЗАЛОМЛЕННЯ МІНЕРАЛІВ.

Показник заломлення n - одна з найважливіших діагностичних ознак мінералів. Визначення його, в залежності від мети дослідження, проводиться різними методами з різною мірою точності. Для найбільш точного визначення величини показника заломлення користуються кристалл-рефрактомером. Вимірювання показника заломлення цим приладом засноване на явищі повного внутрішнього відображення при падінні світлової хвилі з середи, більш сильно заломлюючої, в середу, заломлюючу менш сильно. Величина показника заломлення мінерала обчислюється по формулі:

n - N sin j,

де N - відомий показник заломлення скляної півкулі (від куди падає світлова хвиля); j - кут падіння променя. Кристал-рефрактометр дозволяє вимірювати показники заломлення кристалічної і некристалічної речовини при умові, що їх значення не перевищують величини 5.4. СПОСОБИ ВИЗНАЧЕННЯ ПОКАЗНИКА ЗАЛОМЛЕННЯ МІНЕРАЛІВ.

У науково-дослідних і виробничих лабораторіях показники заломлення мінералів частіше за все визначають иммерсионним методом. Суть методу полягає в тому, що користуючись спеціальним набором рідин з різними, зазделегідь відомими показниками заломлення, підбирають дві рідини з різницею величин n в 0,003. Причому, значення n однієї рідини буде більше n досліджуваного мінерала, а іншої - менше. Одна з істотних переваг цього методу - можливість його використання для визначення навіть дрібних зерен, розміром в десяті частки міліметра.

Порівнюючи показники заломлення рідини і мінерала, спостерігають за так званою світловою смужкою, або лінією Бекке. При різниці n в 0,001 і більш на межі мінерала з рідиною з'являється тонка світлова смужка - лінія Бекке, що точно повторює контури зерна. При підйомі і опусканні тубуса мікроскопа вона переміщається із зерна на рідину і зворотна. При підйомі тубуса мікроскопа лінія Бекке переміщається у бік речовини з великим показником заломлення, а при опусканні - у бік речовини з меншим показником заломлення.

Найбільш простій і доступний спосіб визначення показника заломлення мінералів при вивченні їх за допомогою поляризаційний мікроскопа - метод порівняння з показником заломлення канадського бальзаму, величина якого завжди постійна. При цьому спостерігають за лінією Бекке, рельєфом і шагреневой поверхнею, по характеру яких і визначають показник заломлення мінерала.

Всі мінерали при порівнянні їх показника заломлення з показником заломлення канадського бальзаму можна розділити на дві групи: 1) nмин < nк. би.; 2) nмин > nк. би.. Потрібно мати на увазі, що у деяких мінералів величина показника заломлення в залежності від кристаллографической і оптичного орієнтування сильно міняється, наприклад, у кальцита - від 1,486 до 1,658.

РОЗДІЛ 6. ДОСЛІДЖЕННЯ ОПТИЧНИХ СВОЙЧТВ КРИСТАЛІВ ПРИ ДВОХ НИКОЛЯХ.

6.1. ВИЗНАЧЕННЯ СИЛИ ДВІЙЧАСТОГО ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ МІНЕРАЛІВ.

Промінь світла, що проходить через пластинку анізотропного мінерала, розбивається на два промені з різними показниками заломлення, що розповсюджуються з різними швидкостями, і колеблющиеся у взаємно-перпендикулярних площинах.

Силою двійчастого лучепреломления (D) називається величина, що показує наскільки показник заломлення одного променя відрізняється від показника заломлення іншого:

D = n1- n2, {1}

де n1и n2- величини показників заломлення.

Сила двійчастого лучепреломления - величина змінна. Вона змінюється від 0, коли промінь направлений по оптичній осі кристала, до якогось максимума, коли промінь направлений перпендикулярно до оптичної осі (в одноосних кристалах) або до площини оптичних осей (в двуосних кристалах). За істинну величину сили двійчастого лучепреломления (адже тільки вона може використовуватися для визначення мінералів) приймають її максимальне значення:

D = ng- np, {2}

де ng- найбільший по величині показник заломлення даного мінерала, а np- найменший.

Визначення сили двійчастого лучепреломления мінералів засноване вивченні явища інтерференції світлових хвиль, що проходять через кристал в шліфі.

Вище було сказано, що промінь світла, входячи в кристал, роздвоюється, і кожна з світлових хвиль, що утворилися розповсюджується в кристалі зі своєю швидкістю. У результаті один промінь обганяє інший, і між ними виникає різниця ходу (R). Величина різниці ходу вимірюється в миллимикронах і прямо пропорційна довжині шляху, пройденого в анізотропному середовищі, тобто товщині кристалічної пластинки - (товщина шліфа) і силі двійчастого лучепреломления даного кристала - D:

R = d D = d (ng- np) {3}

Наявність певної різниці ході при проходженні променів світла через аналізатор зумовлює їх інтерференцію, внаслідок чого зерна мінералів при вивченні їх під мікроскопом в білому світла придбавають інтерференційні забарвлення. При цьому кожному значенню різниці ходу відповідає своє інтерференційне забарвлення. Отже, по характеру інтерференційного забарвлення можна визначити різницю ходу - R, яка, в свою чергу, пов'язана з шуканою вже відомою залежністю. У кінцевому результаті, визначення сили двійчастого лучепреломления мінерала зводиться до визначення інтерференційного забарвлення.

При визначенні сили двійчастого лучепреломления мінералів користуються таблицею Мишель-Леви (додаток 1).

По горизонтальній осі цій нанесені величини різниці ходу (в миллимикронах) з відповідним ним інтерференційним забарвленням (у вигляді вертикальних смужок відповідних кольорів). При збільшенні R кольору періодично повторюються. Це дозволяє розбити їх на порядки.

У перший порядок входять кольори: сірий, білий, жовтий, оранжевий і червоний, поступово перехідний один в одну.

Другий і третій порядки починаються з фіолетового кольору, далі слідують синій, зелений, жовтий, оранжевий і червоний.

У першому порядку є відсутні в інших порядках сірий і білий кольори, але немає синього і зеленого.

По вертикальній осі таблиці відкладена товщина шліфів (в сотих і тисячних частках мм). З нижнього лівого кута таблиці віялоподібний вгору і вправо розходяться прямі лінії, на кінцях яких вказані значення сили двійчастого лучепреломления.

Для практичного визначення сили двійчастого лучепреломления необхідно під мікроскопом знайти найвище інтерференційне забарвлення мінерала і точку перетину її на таблиці Мишель-Леви з горизонтальною лінією, відповідною стандартній товщині шліфа =0,03 мм. Через цю точку проходить одна з ліній, що віялоподібний розходяться, на верхньому кінці якої і вказана шукана величина = ng- np.

При вивченні інтерференційного забарвлення мінерала необхідно визначити її порядок. Для цього користуються так званим правилом каемок і методом компенсації.

6.2. ВИЗНАЧЕННЯ СИЛИ ДВІЙЧАСТОГО ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ ПО

КАЕМКАМ В ЗЕРНАХ

Вельми часто зерна мінералів тоншають до країв, в той час як значно більша площа зерна має плоску поверхню, паралельну нижній поверхні зерна.

У залежності від цього інтерференційне забарвлення зерна знижується до самих країв зерна, на яких спостерігаються відмінності в інтерференційних забарвленнях, так що нерідко можна розрізнювати кольори перших порядків. Спостерігаючи від краю до центра зерна смужки інтерференційних кольорів, що закінчуються червоним кольором можна підрахувати скільки червоних смужок зміняють один одну в напрямі від краю до центра, і, отже, з'ясувати, до якого порядку відноситься інтерференційне забарвлення зерна в його центральній частині (кількість центральних каемок плюс одиниця). Потім необхідно використати номограмму Мишель-Леви для визначення сили двійчастого лучепреломления.

6.3 ВИЗНАЧЕННЯ СИЛИ ДВІЙЧАСТОГО ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ ЗА ДОПОМОГОЮ КОМПЕНСАТОРА

Компенсатор являє собою прилад, виготовлений з кристалів кварцу і гіпсу. У тому випадку, коли він має постійну різницю ходу біля 550 миллимикрон, (що відповідає власному інтерференційному забарвленню кварцу або гіпсу - червоної першого порядку), то його називають кварцовою пластинкою.

Компенсатор, званий кварцовим клином, представляє в поперечному розрізі пластинку в формі тонкого клина. Його різниця ходу змінна. На оправі вказане його оптичне орієнтування, звичайно схоже з тією, яка вказана для гіпсової і кварцової пластинок.

При всувненому кварцового клина в проріз тубуса мікроскопа змінюються послідовно інтерференційні кольори від початку 1 порядки до 4 порядку.

При визначенні сили двійчастого лучепреломления використовується правило компенсації.

Відомо, що різниця ходу в кристалічному зерні зростає пропорціонально довжині шляху, прохідного світловими хвилями в цьому зерні. Тому якщо на шляху поширення світла, над кристалічним зерном вмістити іншу кристалічну пластинку (в цьому випадку компенсатор) таким чином, щоб напрями однойменних осей оптичних индикатрис зерна і компенсатора співпадали, то результуюча різниця ходу буде рівна сумі різниць ходу зерна і компенсатора, що викличе підвищення інтерференційного забарвлення.

Якщо вмістити компенсатор таким чином, що будуть співпадати різнойменні осі оптичних индикатрис зерна і компенсатора, то сумарна різниця ходу буде рівна різниці різниць ходу зерна і компенсатора, що приведе до зменшення порядку інтерференційного забарвлення.

Якщо різниця ходу компенсатора буде рівна різниці ходу в досліджуваному зерні мінерала, то в результаті загальна різниця ходу світлових хвиль буде рівна нулю або, як прийнято говорити, станеться компенсація різниці ходу в зерні, а зерно придбає сіре інтерференційне забарвлення першого порядку.

ВИСНОВОК

Приведені нечисленні дані підтверджують нерозривний зв'язок між хімією, геометрією і фізикою кристалів.

Неважко уявити собі зв'язок, існуючий між симетрією і хімічним складом кристалів.

Нехай, наприклад, в структурі присутні лише взаємно паралельні потрійні осі. Частинки можуть розташовуватися або на цих осях, або поза ними. При повороті навколо потрійної осі лежача на ній частинка А залишається єдиною, тоді як частинка В, що знаходиться поза віссю, повторюється тричі.

Звідси укладається, що в структурах з одними потрійними осями можуть кристаллизоваться з'єднання типу АВ3. Разом з тим, тут не можна чекати з'єднань типу АВ2.

Отже, знання федоровской просторової групи (т. е. повної сукупності елементів симетрії структури кристала) дає можливість передбачати типи з'єднань, кристаллизующихся в даній групі. Навпаки, деякому типу хімічної формули відповідає певний комплекс просторових груп. Звідси зрозуміле виняткове значення, яке грають в кристаллохимії просторові групи симетрії, уперше виведені Федоровим.

Взаємозв'язок між симетрією просторової групи і хімічним складом кристала був в свій час чітко сформульована найбільшим радянським кристаллографом, академіком А. В. Шубниковим.

ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА

1. Попів Г. М., Шафроновський И. И. Крісталлографія.

М.: ГОСГЕОЛТЕХИЗДАТ, 1955 р, 295с.

2. Кочурова Р. Н. Основи практичної петрографії.

Л.: Видавництво Ленінградського університету, 1977 р, 176с.

Стр: 3

[Д1]

[Д2] Показник заломлення - величина зворотна швидкості хвилі, що розповсюджується вдовж світлової нормали.