Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Прежде чем приступить к более детальному анализу взаимосвязи структуры и физических характеристик кварца, остановимся на некоторых неоднозначностях его морфологической и стуктур-ной установок, с которыми связаны многочисленные недоразумения в истории исследования этого минерала.
Как уже отмечалось, кварц образует две энантиоморфные модификации. В связи с этим возникает проблема «абсолютной
* Чтобы исключить недоразумения, отметим, что правой мы называем
спираль, вдоль которой, следуя сверху вниз, как по винтовой лестнице, надо все время поворачивать по часовой стрелке, т. е. направо.
6 Заказ № 122 81 Рис. 1_4. Проекции структуры кварца на плоскость (0001) (а) и (1120) (б):
1—2 — атомы Si (/) и О (2); 3 — оси второго порядка; 4—5 — винтовые
оси второго (4) и третьего порядков (5), координаты ¦ атомов: Sii —
0,53; 0; 0; -Si2 — 0; 0,53; 0,67; Si3 — 0,47; 0,47; 0,33; 0,-0,59; 0,73;
0,12; O2- 0,-27; 0,86; 0,79; O3 - 0,14; 0,41; 0,45; 0,-0,86; 0,27; 0,88; Os-0,41; 0,14; 0,21; Oe — 0,73; 0,59; 0,55 конфигурации», т. е. установления корреляции между структурными спиралями (принадлежность кристалла к одной из групп: рЗі21 или р3221) и морфологическим проявлением энантиоморфизма. В 1956 г. А. де Врисом [8] методом аномального рассеяния рентгеновских лучей установлено, что морфологически левый кристалл кварца (т. е. кристалл, у которого трапецоэдр расположен слева под гранью R) имеет структуру с правыми спиралями (т. е. относится к группе рЗі21). Соответственно морфологически правые кристаллы имеют левые структурные спирали. Еще две неоднозначности связаны с тем, что в структуре кварца сочетаются тригональная группа симметрии (D3) и гексагональная решетка. Это приводит к неоднозначности выбора положительных направлений осей X (а), совпадающих с полярными осями L2, и основного ромбоэдра среди двух ромбоэдров с одинаковыми межплоскостными расстояниями.
Задолго до появления рентгеноструктурного анализа и расшифровки структуры кварца при кристаллографических описаниях кристаллов этого минерала были приняты следующие соглашения. Один из основных ромбоэдров, а именно тот, который был сильнее развит на кристаллах, назван большим (или положительным) и ему приписан символ {1011} — /?(с соответствующей перестановкой индексов по ромбоэдрическому закону). Соответственно другой ромбоэдр назван малым (отрицательным) —{0111} — г. Для описания и кристаллографических расчетов кристаллов кварца применялись две системы координат: морфологически правые кристаллы описывались в правой, а левые — в левой системе координат. Положительные концы полярных осей X (х2) выбирались в направлении на то ребро гексагональной призмы, которое не притуплялось гемиэдрическими гранями дипирамиды (и тригонального трапецоэдра). Отрицательные концы осей х в этом случае переходили через противолежащие ребра гексагональной призмы, притуплявшиеся гемиэдрическими гранями. При такой установке кристалла кварца грани большого и малого ромбоэдров получали указанные выше символы.
После того, как была определена структура кварца, появилась необходимость согласования морфологической и структурной установок. В результате всестороннего анализа структурных данных в последнее время была предложена следующая корреляция между структурными и морфологическими данными. Морфологические левые (правые) * кристаллы кварца кристаллизуются в пространственной группе p3j21 (р3221). Структурные спирали в таких кристаллах закручены по правому (левому) винту. Эти кристаллы вращают плоскость поляризации света вдоль оси г в соответствии с направлением вращения структурных спиралей, т. е. также по часовой стрелке (против часовой стрелки), если
* Здесь и далее в скобках проставлены определения, необходимые для Приложения этого правила к другой энантиоморфной разновидности.
6* 83 смотреть вдоль луча от источника света, как это и принято по новому определению правой и левой поляризации. Во всех старых работах такие кристаллы относили к левовращающим (правовращающим), поскольку вращение плоскости поляризации рассматривалось в направлении на источник света. Описание кристаллического многогранника кварца и его структуры следует проводить в левой (правой) системе координат. Положительные направления осей X при этом проходят через ребра гексагональной призмы, не притуплённые гемиэдрическими гранями. В кристаллах синтетического кварца этим направлениям соответствуют поверхности положительной тригональной призмы ( + х). В структуре кварца Эти направления выходят из более «длинных» (менее круто наклоненных к плоскости (0001) ребер тетраэдра). При таком выборе направления осей большой ромбоэдр, как это уже отмечалось, приобретает символ {1011}, а малый—{0111}. Необходимо отметить, что при растяжении образцов кварца вдоль осей х на поверхностях, соответствующих выходу таким образом выбранных положительных концов координатных осей будет возникать отрицательный электрический заряд.
Трехмерная периодичность любого кристалла позволяет рассматривать его структуру в трех аспектах: 1) совокупность элементарных ячеек; 2) совокупность структурных рядов; 3) совокупность структурных слоев. Конечно, в двух последних случаях структурный ряд или структурный слой является периодическим образованием (в случае ряда одномерно периодическими, а в случае слоя — двумерно) и поэтому несет в себе избыточную информацию. Однако, если нас интересует влияние структуры на макроскопические характеристики кристалла, то рассмотреть весьма полезно в том отношении, что оно дает возможность понять некоторые связи, плохо различимые при анализе геометрии лишь одной элементарной ячейки. Здесь уместна аналогия из области структурной микрокристаллографии. Известно, что примитивная ячейка или, вернее, ее независимая часть, хотя в ней и заключена вся информация о структуре кристалла, во многих случаях не позволяет составить представление его истинной симметрии; для этого нужно рассмотреть ячейку Бравэ. Точно так же анализ геометрии структурных рядов и слоев способствует наглядному анализу трансляционной симметрии кристалла.
