Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
ству все такие кольца вырастают вместе в одну относительно плотную сферу и обнаруживаются при осторожном травлении образца. Удивительно, что наблюдаемые изломы часто проходят через центры слоев таких сферических образований, а не через зону контакта между частицами. Для многих образцов разлом на поверхности частицы кажется гладким, и просматривается только серия пятнышек, объясняемых присутствием полостей между первоначальными сферами, которые росли почти одновременно.
Сферические частицы упакованы в виде однородных множеств в различных меняющихся по размерам зонах, между ко-
550
Глава 4
торыми произвольно образуются разрывы. Такие разрывы могут быть продольными, выделяя зоны в виде длинных ленточек, так что при рассмотрении образца под оптическим микроскопом видны тончайшие параллельные спрямленные линии с характерной однородной окраской. Привлекательность опала зависит от размеров и разнообразия цветовой гаммы областей, определяемых в свою очередь размерами и распределением образовавшихся разрывов. Чистота цвета и отсутствие бликов от рассеянного белого света зависят от наличия наиболее благоприятных небольших различий между средними значениями показателей преломления плоскостей, одна из которых проходит через центры сферических частиц, а другая — через полости между сферами. Если такое различие слишком мало, то опал оказывается почти прозрачным с минимальным интерференционным окрашиванием; если же различие слишком велико, то будет рассеиваться только белый свет. Как было описано Айлером [360], подобные эффекты наиболее легко различимы, когда пористая белая масса синтетического опала пропитывается жидкостями с различными показателями преломления.
Сандерс отметил, что размер сферических частиц можно быстро оценивать визуально. При рассматривании опала под различными углами наблюдается цвет с наибольшей длиной волны (Яшах) (при изменении цвета от фиолетового до красного длина волны возрастает от 300 до 700 нм). Тогда диаметр сферической частицы получается делением значения длины волны на 2,5. Следовательно, размеры частиц в благородном опале могут изменяться приблизительно от 100 до 300 нм. Для одного какого-либо выбранного образца такой размер частиц, как правило, однороден. Все цвета видимого спектра наблюдаются только в том случае, когда размер сферических частиц составляет около 300 нм. При еще большем диаметре сферических образований можно различать окраску «второго порядка», например светло-вишневый цвет, получаемый смешением фиолетового и красного цветов.
Структура оболочки сферических частиц, по-видимому, характерна для некоторых типов опалов. Так, размер частицы, находящейся внутри концентрических слоев—оболочек, которых может быть до пяти, в некоторых опалах составляет 50 нм. В таких случаях одиночные частицы диаметром 50 нм часто обнаруживаются и в полостях, расположенных между большими сферами. Для других опалов поперечное сечение сферических образований имеет вид концентрических колец, подобно кольцам в сечении ствола дерева, образованных, как кажется, из большого числа тончайших частичек. Сандерс и Даррах установили, что в лабораторных условиях из разбавленных золей с частицами диаметром 50 нм в процессе медленной агрегации фор-
Коллоидный кремнезем — концентрированные золи
551
мируются частицы размером 150 нм. Вероятно, много меньшие по размеру частицы могут также осаждаться вокруг зародышей. Это, очевидно, происходит в пустотах грунтов или горных пород, часто образующихся в результате разложения органического вещества, а затем при осаждении или при концентрации кремнезема в процессе испарения воды получаются частицы SiC>2. Таким образом, как уже обсуждалось, в подобных случаях должны, несомненно, вступать в игру явления разделения или упорядочивания фаз. В лабораторных условиях рост таких «кристаллов» в концентрированных золях идет в радиальном направлении по отношению к наружной поверхности плотного, состоящего из осажденных частиц слоя.
Результаты исследований, выполненных Балакиревым и др. [361], в основном оказались в соответствии с выводами, достигнутыми другими учеными.
Общие сведения о благородном опале имеются в нескольких монографиях [362—364].
Другие агрегаты, с упорядоченной структурой
Самопроизвольное размещение однородных коллоидных частиц в плотно упакованные, в высокой степени упорядоченные агломераты представляет собой по существу вид кристаллизации, в которой кристаллы составляются не из молекул, а прямо из частиц. Олфри и др. [365] описали кристаллы, состоящие из латексных частиц. Частицы в таких различавшихся между собой кристаллах имели размеры в области 100—1000 нм. Однако в одном каком-либо выбранном кристалле частицы были очень однородны по размеру. Подобные упорядоченные расположения частиц были отмечены в ряде других систем, особенно имеющих частицы размером 100—300 нм, поскольку в отраженном свете становилось особенно наглядным интерференционное окрашивание. Только в последние годы было признано, что структура «благородного опала» имеет ту же природу. Поскольку способ формирования больших частиц коллоидного кремнезема в природных условиях и их отложения упорядоченным образом еще неполностью выяснен, то представляет определенный интерес суммировать известные данные, касающиеся образования однородных субмикронных частиц, сил, вызывающих построение упорядоченных агрегатов, а также некоторые примеры получения подобных структур в лабораторных и в природных условиях.
