Структура высокотемпературного кристобалита

Кубическая сингония; тетраэдрический вид симметрии 23 (?). Пространственная группа P213(?). На элементарную ячейку приходится группа Si8O16. Линейное термическое расширение: 8,53*10в-6 А/°С. Индицированные межплоскостные расстояния, полученные методом порошка, приведены в табл. 35.

Кристаллическая структура высокотемпературного кристобалита впервые была расшифрована Уайкоффом. Эта структура, основанная на пространственной группе Fd3m, имела линейное расположение связей Si-O-Si с 8 атомами кремния, соответствующими 0, 0, 0; 1/4, 1/4, 1/4 и т. п., и 16 атомами кислорода, соответствующими 1/8, 1/8, 1/8; 1/8, 3/8, 3/8; 3/8, 1/8, 3/8; 3/8, 3/8, 1/8 и т. п. Позднее был предложен несколько измененный вариант этой структуры с нелинейными связями Si-O-Si (фиг. 110), который основан на пространственной группе Р213. Кратчайшие расстояния Si-O варьируют от 1,58 до 1,69 А и в среднем равны 1,63 А. В этой структуре атомы расположены следующим образом: 8Si и 4О образуют три ряда (4f): u, u, u; u+1/2, 1/2-u, u; 1/2-u, u, u+1/2; u, u+1/2, 1/2-u при u(Si,I)=0,255 и u(Si, II) = -0,008, u(O) = 0,125. Оставшиеся 12 атомов кислорода находятся в обычном положении (b) при x = 0,660, z = 0,062.

Основу кристаллической структуры высокотемпературного кристобалита составляет относительно открытый каркас тетраэдров SiO4 с общими атомами кислорода. Кристаллические структуры кристобалита и тридимита соотносятся как плотнейшие гексагональная и кубическая упаковки атомов кислорода. Указанная аналогия распространяется и на кварц. Идеальная структура кристобалита относится к трехслойному типу ЗС, причем наслаивание ряда ABCABC... происходит вдоль направлений. Эта структура образуется в чистом материале, кристаллизующемся при относительно высоких температурах. При низких температурах внутри слоистой серии беспорядочно (или закономерно) увеличивается количество двухслойных мотивов ABAB...., характерных для тридимита. В соответствии с термическими свойствами материала одномерное уменьшение упорядоченности сопровождается изменением температуры точки инверсии высокотемпературного кристобалита в низкотемпературный; оно также оказывает влияние на дифракцию рентгеновских лучей, но не вызывает сильного изменения удельного веса и показателей преломления.

Кристобалит и сдвойникованный тридимит могут образовывать ориентированные сростки, причем направление [110] (111) в кристобалите параллельно направлению [1120] (0001) в тридимите.