27.12.2020

Параметры элементарной ячейки кварца


Параметры элементарной ячейки природного кварца варьируют довольно сильно, но ни пределы этих колебаний, ни параметры для минерала идеального состава SiO2 точно не установлены. Средним размерам элементарной ячейки бесцветного природного кварца, по-видимому, ближе всего отвечают следующие величины:
Параметры элементарной ячейки кварца

Приведенные отклонения, вероятно, и отражают пределы колебаний параметров элементарной ячейки в исследованном материале. В табл. 8 сведены данные индицированных межплоскостных расстояний d и углы 20, вычисленные на основании указанных размеров элементарной ячейки. Экспериментальные измерения, на которых основываются эти размеры, были проведены на ограненных кристаллах низко- и среднетемпературного гидротермального кварца. В настоящее время отсутствуют точные измерения для зерен кварца, кристаллизовавшихся в изверженных породах или в иной высокотемпературной обстановке из глиноземистых сред, для которых можно ожидать более значительные вариации размеров элементарной ячейки.

В табл. 5 приведены имеющиеся в литературе параметры элементарной ячейки кварца, определенные с довольно высокой точностью, примерно 0,00003 или даже больше. В табл. 6 сведены те же данные, точность которых (известная или предполагаемая) ниже, но все же составляет примерно ±0,0002. Кроме того, опубликованы данные многочисленных измерений, точность которых невысока или не указана. В табл. 7 перечислены межплоскостные расстояния (2354), вычисленные для некоторых образцов природного и синтетического кварца, для которых были определены температуры инверсии высокотемпературного кварца в низкотемпературный. Размеры элементарной ячейки на основании этих межплоскостных расстояний вычислить нельзя, Структурная кристаллография так как отношение с0/а0 для большинства образцов неизвестно. В табл. 7А приведены данные анализировавшихся кристаллов кварца из швейцарских месторождений.

Стало давно известным фактом, что в химическом составе кварца наблюдаются небольшие, но весьма важные изменения. Это было установлено большей частью по наблюдениям вариаций таких свойств, например, как показатели преломления или плотность, которые можно было измерить с большой точностью, либо посредством измерений таких свойств, как электросопротивление, которые очень чувствительны к изменениям химического состава. Лишь в последние годы путем непосредственных измерений удалось доказать различия в размерах элементарной ячейки разновидностей кварца. Это связано главным образом с трудностью экспериментального измерения ребер ячейки с требуемой точностью. Кроме того, многие точные измерения параметров ячейки, к сожалению, были выполнены на образцах, у которых не определялись химический состав и такие свойства, как плотность и поведение при облучении, в связи с чем значение наблюдаемых вариаций оставалось невыясненным.

Природа и пределы изменений химического состава кварца, влияние их на размеры и отношение параметров элементарной ячейки до сих пор не вполне понятны. Изменение химического состава в основном происходит вследствие замещения Si и а Al и вхождения Li, Na или Al в интерстициальные положения, что проявляется в основном в увеличении объема элементарной ячейки и уменьшении отношения с0/ф0. Замещение Si на Al обусловливает увеличение как а0, так и с0, но не в одинаковой степени, тогда как вхождение катионов в интерстициальные положения вызывает главным образом увеличение а0. Увеличение содержания Al обычно понижает температуру перехода высокотемпературного кварца в низкотемпературный. Размеры элементарной ячейки кварца также увеличиваются при замещении Si на Ge, а температура инверсии при этом возрастает (табл. 7). При замещении Si на Ti, Mn, В и P во всех случаях следует ожидать увеличения объема элементарной ячейки.

Математическая зависимость между количеством Al в виде твердого раствора в кварце и размерами элементарной ячейки последнего неизвестна. Неизвестны также максимальные пределы этих вариации. Данные, сведенные в табл. 5 и 6, свидетельствуют о том, что в бесцветных кристаллах кварца изменения величины параметров элементарной ячейки по меньшей мере составляют 0,0006 по оси а0 и 0,0005 по оси с0. Еще большие колебания наблюдаются в синтетическом кварце, полученном из растворов, содержащих Al и щелочи. Параметры а0 и с0 элементарной ячейки кварца, полученного методом гидротермального синтеза при 890° совместно с LiAlSiO4 в качестве сопутствующей фазы, примерно на 0,0014 кХ превышают соответствующие минимальные величины для предположительно почти чистого кварца, определенные с большой точностью. Этот образец очень замедленно переходил из низкотемпературного кварца в высокотемпературный при 556°, т, е. при одной из самых низких из числа приводимых температур этой инверсии. В этом эксперименте первоначально возникшая фаза, по-видимому, была представлена высокотемпературным кварцем, в состав которого Al и Li входят в относительно больших количествах.


Было установлено, что величина а0 уменьшается, а температура инверсии повышается с увеличением содержания карбоната натрия или силиката натрия в растворах, из которых получают кварц при гидротермальной обработке геля кремнекислоты.

Параметры элементарной ячейки розового кварца несколько больше параметров чистого кварца и средних значений этих величин у бесцветного кварца. Кварц, приобретающий при воздействии рентгеновских лучей дымчатую окраску, также должен иметь более крупную элементарную ячейку, чем чистый кварц, поскольку известно, что центры окрашивания в этом случае обусловлены присутствием Al, замещающего Si. По этой же причине у природного дымчатого кварца элементарная ячейка должна быть больше, чем у чистого кварца, однако прямое сравнение дымчатого и бесцветного кварца одного и того же состава пока невозможно, так как еще не выявлен механизм расселения элементов, присутствующих в этом минерале в виде твердых растворов. Изменения размеров элементарной ячейки, происходящие при термическом обесцвечивании дымчатого кварца, видимо, очень незначительны. В электрическом поле ионы Al, замещающие в кварце Si, приобретают способность к миграции, и в участках кристаллов, из которых они удаляются, размеры элементарной ячейки уменьшаются.

Точные определения размеров элементарной ячейки микрокристаллических и волокнистых халцедоновых разновидностей кварца отсутствуют. Довольно большие колебания этих величин, указываемые в некоторых работах, приводятся по данным измерений невысокой точности. Вариации величины обоих параметров элементарной ячейки, как а0, так и с0 у халцедонов, судя по имеющимся данным, не превышают 0,002. При рентгено-структурном анализе таких образований заметное влияние на получаемые результаты оказывает предпочтительная ориентировка и размер частиц.





Яндекс.Метрика