Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
При геометрическом анализе структурных рядов и слоев следует, конечно, ограничиваться рядами и слоями, соответствующими наиболее рациональным узловым прямым и сеткам решетки. Только в этом случае можно надеяться, что в рассматриваемый ряд или слой целиком войдут структурные элементы данного соединения. В случае кварца таким элементом является кремнекислородный тетраэдр. Поскольку размер тетраэдра составляет 0,26 нм, анализ структурных слоев с меньшими меж-плоскостными расстояниями, очевидно, не имеет смысла: такие слои будут состоять из «кусков» тетраэдров и, следовательно, не будут составлять единый структурный мотив. 84 и малого г (б)
Структурные слои. Наиболее важные структурные слои кварца расположены в двух зонах, оси которых параллельны основным векторам решетки а0 и с0. В зоне [1120] а0 расположены четыре важных структурных слоя: пинакоид {0001} — с, гексагональная призма {1010}т, большой (положительный) ромбоэдр {1011}/? и малый (отрицательный) ромбоэдр {0111}г.
Слой пинакоида состоит из трех тетраэдрических подслоев. Винтовые оси третьего порядка, перпендикулярные к этому слою, максимально «дезинтегрируют» три атома кремния и шесть атомов кислорода, размещая их на трех равноотстоящих уровнях так, что фактически здесь невозможно выделить структурный слой. Начало и конец слоя можно приурочить к любому из трех равноотстоящих уровней (см. рис. 14,6).
Структурный слой гексагональной призмы включает два подслоя: один (более плотный) состоит из полярных цепочек тетраэдров, соединенных винтовыми осями второго порядка, другой — из одиночных тетраэдров, «нанизанных» на оси второго порядка, параллельные рассматриваемому слою. Эти одиночные тетраэдры отстоят друг от друга на вектор а0, так что между ними образуется значительное пустое пространство (см. рис. 14, а).
Различие и сходство структурных слоев большого и малого ромбоэдров (рис. 15) проще всего понять, рассмотрев «генетическую» связь между структурами а- и ?-кварца. Структура высокотемпературного ?-кварца в топологическом отношении полностью совпадает со структурой а-кварца, но имеет более высокую симметрию (группы рб222 и рб422). В ?-кварце кремнекисло-родный тетраэдр расположен в высокосимметричной позиции на пересечении трех осей второго порядка: 2х, 2у и 2z. Превращение ?-кварца в а-кварц происходит путем дисимметризации структуры, которая сводится к коллективному повороту тетраэдров вокруг осей 2х на одинаковый угол и одновременному небольшому
85 смещению тетраэдров вдоль этих осей. При такой дисимметриза-ции происходит исчезновение осей 2у и 2z, а оси 62 и 64 переходят соответственно в Зі и 32. Пространственные группы рб222 и рб422 переходят в рЗі22 и р3222. В гексагональном ?-кварце вместо двух основных ромбоэдров а-кварца имеется одна простая форма — гексагональная дипирамида. При указанной дисимметризации она распадается на два основных ромбоэдра а-кварца, которые ниже точки ?-^a-перехода становятся кристаллографически неэквивалентными (одинаковое межплоскостное расстояние этих ромбоэдров— следствие гексагональной решетки). При повороте тетраэдра атомы кремния в одном из ромбоэдрических слоев, а именно в R-слое, сближаются, и он становится более «плотным», чем его предшественник в ?-кварце — структурный слой дипира-миды. В другом ромбоэдре, наоборот, происходит расхождение кремниевых атомных сеток, и слой становится менее плотным (см. рис. 14,6). Этому ромбоэдру морфологически соответствует малый ромбоэдр г. Для подтверждения этого была проведена рентгеновская идентификация ромбоэдрических структурных конфигураций морфологическим R- и r-граням. Расчеты показали, что более плотной конфигурации соответствует больший структурный фактор. Затем методом рентгеновской топографии на крупном до-финейском двойнике установлено, что интенсивность отражения от морфологически идентифицированного большого ромбоэдра больше, чем от малого. Таким образом, было еще раз показано, что конфигурация с более плотным расположением атомов кремния соответствует плоскости R, а с менее плотным — плоскости г. Следует отметить, что указанное различие хорошо подтверждается и лучшей спайностью вдоль плоскостей (большее расстояние между наиболее далеко отстоящими «кремниевыми» сетками) и большей скоростью роста малого ромбоэдра (на рис. 14, б хорошо видно, что слой г имеет гораздо большую атомную «шероховатость», чем слой R).
В зоне [0001], параллельной оси z, расположены два важных структурных слоя: в этой зоне пересекаются три слоя гексагональной призмы {1010}, которые мы уже рассматривали, и три слоя тригональной призмы +х (—х). Слой тригональной призмы в проекции на плоскость г имеет волнистую конфигурацию и состоит из «торцевых» и «наклоненных» тетраэдров (см. рис. 14, а).
Структурные ряды. Наиболее важные структурные ряды проще всего рассматривать как пересечения наиболее важных структурных слоев. При этом одновременно на пересечении «пустых» промежутков в структурных слоях образуются наиболее широкие структурные каналы.
Структурные_ ряды (каналы) [0001]. При пересечении трех плоскостей {1010} образуются однозаходные тригональные спирали с периодом C0, между которыми на скрещивании пустых промежутков между тетраэдрами из второго подслоя m формируются известные широкие структурные каналы, с которыми связана по-86 вышенная ионная проводимость кварца вдоль оси г. Эти каналы оконтурены двухзаходными спиралями с периодом 2с0. Указанные спирали имеют противоположное направление вращения по сравнению с упомянутыми выше однозаходными тригональными спиралями.
