Введение
Тенденция кристаллических материалов
Расщепление, в минералогии и материаловедении, – это способность кристаллических материалов раскалываться по определенным кристаллографическим плоскостям. Эти плоскости относительной слабости обусловлены упорядоченным расположением атомов и ионов в кристалле, что создает гладкие, повторяющиеся поверхности, видимые как под микроскопом, так и невооруженным глазом. Если связи в определенных направлениях слабее, чем в других, кристалл будет стремиться к расколу вдоль этих плоскостей с ослабленными связями. Такие ровные сколы называются "расщепление". Классическим примером расщепления является слюда, которая раскалывается в одном направлении вдоль базального пинакоида, образуя слои, напоминающие страницы книги. Минералоги часто называют такие образования "книгами из слюды". Алмаз и графит также демонстрируют расщепление. Каждый из них состоит исключительно из одного элемента – углерода. В алмазе каждый атом углерода связан с четырьмя другими в тетраэдрической структуре посредством коротких ковалентных связей. Плоскости слабости (плоскости расщепления) в алмазе ориентированы в четырех направлениях, соответствующих граням октаэдра. В графите атомы углерода расположены слоями в гексагональной структуре, где ковалентные связи короче (и, следовательно, прочнее), чем в алмазе. Однако слои соединены друг с другом более длинными и значительно более слабыми связями Ван-дер-Ваальса. Это обеспечивает графиту одно направление расщепления, параллельное базальному пинакоиду. Связь настолько слаба, что разрушается при небольшом усилии, придавая графиту скользкость при разделении слоев. Благодаря этому графит является отличной сухой смазкой. Хотя все монокристаллы проявляют некоторую тенденцию к расколу по атомным плоскостям в своей кристаллической структуре, если разница в прочности связей между различными направлениями недостаточно велика, минерал не будет демонстрировать расщепление. Например, корунд не имеет расщепления.
Типы расщепления
Раскол образуется параллельно кристаллографическим плоскостям, как, например, базальное расщепление в пироксенах.
Применение
Раскол — это физическое свойство, традиционно используемое для идентификации минералов как в образцах, доступных для осмотра вручную, так и при микроскопическом изучении пород и минералов. Например, диагностическими являются углы между плоскостями спайности пироксенов (88–92°) и амфиболов (56–124°). Кристаллический раскол имеет важное техническое значение в электронной промышленности и при огранке драгоценных камней. Драгоценные камни обычно раскалывают ударным способом, например, при огранке алмазов. Синтетические монокристаллы полупроводниковых материалов обычно продаются в виде тонких пластин, которые гораздо легче раскалывать. Для получения раскола часто бывает достаточно просто прижать кремниевую пластину к мягкой поверхности и поцарапать ее край алмазным инструментом. Однако при нарезке пластины на чипы для большего контроля часто используется процедура нанесения насечек и последующего разламывания. Элементарные полупроводники (кремний, германий и алмаз) имеют кубическую структуру алмаза – пространственную группу, для которой наблюдается октаэдрический раскол. Это означает, что при определенных ориентациях пластины можно получать почти идеальные прямоугольные фрагменты. Большинство других коммерческих полупроводников (GaAs, InSb и т.д.) могут быть получены в родственной структуре цинковой обманки, с аналогичными плоскостями раскола.