Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Первый путь, который условно можно назвать экспериментальным, заключается в следующем. Методом дифракционного контраста с использованием рентгеновской топографии (для макродвойников) или под электронным микроскопом (для микродвойников) исследуется контраст двойниковой границы в различных отражениях. Затем по известной методике определяется вектор относительного смещения (H) решеток двойниковых компонент (например, для большинства бразильских двойников установлены //, = + '/2 [110], H2=46 [302] или H3 = lIe [032]). Затем две структуры из начальной двойниковой ориентации с совпадающими ре-100
2
Рис. 22. Три варианта бразильских двойников в проекции на плоскость ху:
а — Я-вариант плоскости тх проходит через O4—O5; б — г — вариант плоскости тх проходит через Оз—O5; в — с-вариант плоскости т х проходит через Oi—О2: / — основная правая структура; 2 — отражен-
ная в системе структура
плоскостей ш.
щетками смещаются одна относительно другой на вектор Н. После этого производится усреднение положений атомов двух структур, и такая усредненная модель приписывается двойниковой границе. Именно такой подход был применен для построения модели бразильской двойниковой границы кварца в работе [41]. Однако, как показал последующий анализ, такой «прямой» метод не всегда приводит к правильной модели. Было замечено [47], что в сдвинутых на векторы структурах, близких к Hr, H2- или Н%-структурам, совпадают два кислорода (из шести, содержащихся в элементарной ячейке) (рис. 22). Причем атомы кислорода соединяют два последовательных R-слоя структуры (см. рис.-22,а). Поэтому полностью когерентный переход от одного двойникового индивида к другому осуществляется именно через эти два атома. Интересной особенностью структуры а-кварца является то, что в модели бразильской двойниковой границы переходный угол Si—О—Si равен 138,5°, т. е. всегда на 5,5° меньше идеального значения этого угла в монокристалле (~144°). Поэтому бразильская граница является энергетически почти равноценной монокристаллу. Небольшое различие углов, очевидно, устраняется вхождением изоморфных примесей типа [Al3+]Li+ или [Fe3+JLi+,
101 с которыми связана радиационная цитриновая или аметистовая окраска. Микроизоморфизм указанного типа, очевидно, изменяет стерические характеристики структуры в «нужном» направлении. Именно поэтому, очевидно, бразильские двойники широко распространены в упомянутых разновидностях кварца, особенно в аметистах.
Второй путь может быть назван кристаллографическим (или теоретическим). Как уже упоминалось, бразильские двойники характеризуются параллельным расположением осей 3 и антипараллельным расположением осей 2. Такая взаимная ориентация структур может быть получена, если в качестве двойникующего элемента симметрии выбрать одну из плоскостей отражения {1120}. Можно воспользоваться этим приемом, давно известным в макроскопической кристаллографии, для построения модели двойниковой границы на микроскопическом уровне. Для того, чтобы граница была когерентна, необходимо, чтобы левая структура кварца переходила в правую через пограничные атомы кислорода. Это условие может быть выполнено, если двойникующие плоскости проводить именно через эти атомы (тогда при отражении атомы, расположенные в этих плоскостях, останутся на месте). Выберем в качестве двойникующего элемента одну из трех возможных плоскостей тх. При этом шесть атомов кислорода в элементарной ячейке разобьются на три пары, связанные осью 2х, перпендикулярной к выбранной плоскости. Таким образом, у нас останутся только три варианта проведения двойникую-щих плоскостей через пары атомов Os—О4, О3 — O6 или О2 — O1 (см. рис. 22). Анализ структуры кварца на проекциях ху и yz показывает, что системы этих атомов соединяют в структуре кварца два последовательных R-, г- и с-слоя соответственно (рис. 23). В каждом из трех вариантов мысленно разделим структуру кварца на две части системой указанных атомов. Проведем через эти атомы систему двойникующих плоскостей тх и отразим в них одну из частей структуры. Периодическая (с периодом а/2', см. рис. 22, а) система двойникующих плоскостей тх при таком отражении совместится сама с собой, а граничные атомы 102
Рис. 23. Три варианта бразильских двойников в проекции на плоскость гу. Линии, разделяющие двойниковые области (пунктир), проведены через атомы O4—O5 (Я-вариант), O3-O6 (r-вариант), Oi-O2 (с-вариант). Двойникующие плоскости тх параллельны плоскости чертежа; 1—2— атомы Si (1) и О (2); 3 — результирующие двойникующие центры инверсии Таблица 11
Значения векторов смещения для ряда
моделей
Модель Теоретическое Экспериментальное
R 0,58 [110] + 0,5 [110]
г 0,69 [110] ±0,5 [110]
с 0,11 [110] ±0,5 [110]
кислорода, расположенные в плоскостях отражения, не займут определенного положения и по-прежнему (как до отражения в монокристалле) будут связывать обе частн структуры, но уже в двойниковом положении. В результате такого отражения в каждом из трех вариантов мы получим модель бразильского двойника с когерентной границей.
