Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Хорошо известно, что в водных силикатных растворах, возникающих при растворении кремнезема в щелочи, протекают процессы полимеризации и деполимеризации. Структура образующихся силикатных иоиов, по мнению некоторых исследователей, определяется pH. Предлагается несколько способов осуществления полимеризации без учета влияния гидратации, при этом координационное число кремния по отношению к кислороду может быть равно 4 или 6. Мы не приводим структурные формулы этих соединений, поскольку они справедливы лишь для низкотемпературных условий. Внутреннее строение, состояние и свойства многокомпонентных растворов при повышенных температурах и давлениях существенно иные, чем в обычных условиях. Одной из основных закономерностей поведения растворенного вещества в водных растворах электролитов является его стремление к ассоциации при повышении параметров, что приводит к полимеризации. Возникающие при этом полисиликатные ионы имеют весьма сложное строение. Точные данные относительно их структуры и молекулярной массы в литературе отсутствуют. Отмечается лишь, что силикатные полианионы, имеющие в ядре нейтральный SiO2 с кремнием в четверной координации, а на поверхности несущие заряды группы с 6 координированными атомами кремния, взаимодействуя с натрием,
125 дают сложные комплексы, в которых SiO2 : Na2O может изменяться в пределах 1,63—1,53: 1. Вследствие тенденции SiO2 к образованию аморфной структуры, предполагается, что высокоупо-рядоченная структура для подобных комплексов не обязательна. Следует учитывать, что в построении полисиликатных ионов помимо ОН-групп могут участвовать молекулы воды, образующие внутренние сферы гидратации. С ростом температуры в результате процесса дегидратации возрастает вероятность структурных изменений в комплексах.
Рентгенографическими исследованиями отожженного синтетического кварца не были выявлены новые кристаллические фазы, которые могли бы явиться центрами рассеяния света. При температурах отжига (свыше 900 °С) в кварце с неструктурной примесью образуются включения кристобалита. Тем не менее этот процесс нельзя признать ответственным за формирование центров молочно-белой окраски, так как интенсивное рассеяние света наступает при более низких температурах и связано в первую очередь с появлением микротрещин и укрупнением сферических включений.
С повышением температуры происходят деполимеризация и перестройка полисиликатных ионов, так что в растворе увеличивается содержание молекулярно растворенного кремнезема по отношению к кремнезему, связанному в комплексах. Это равносильно снижению концентрации примесной полисиликатной компоненты, которая, вероятней всего, является основной частью* неструктурной примеси. Повышение абсолютной и относительной концентраций истинно растворенного кремнезема способствует увеличению скорости роста. Известно, что в гидротермальных условиях изменение давления мало влияет на устойчивость комплексов в жидкой фазе. Как фактор равновесия в водно-солевых системах давление может играть существенную роль лишь в надкритических областях. Все это подтверждает наше представление о форме включения избыточных количеств натрия в синтетический кварц, поскольку коэффициент захвата неструктурной примеси не зависит от давления.
Включения раствора
Жидкие включения можно обнаружить визуально или с помощью обычного микроскопа почти в любом кристалле синтетического пьезокварца. Они сосредоточены преимущественно на поверхности раздела затравки с наросшим слоем и крайне редко встречаются в области, предназначенной для использования. В процессе экспериментальных работ были выяснены условия, при которых происходят захват и консервация маточного раствора. Последователь-
* В составе неструктурной примеси, очевидно, может присутствовать также алюминий, адсорбированный или структурно связанный коллоидными частицами.
126 Рис. 36. Образование включений в каналах травления затравки:
Разрез базисной затравки, параллельной плоскости гу. с включениями в каналах травления. Ось Z проходит вертикально. Ув. 20
ное совершенствование методики выращивания позволило свести к минимуму в синтетическом кварце этот широко распространенный дефект кристаллов горного хрусталя.
Включения раствора на границе затравки с наросшими слоями широко распространены в искусственных кристаллах кварца. Хорошее срастание с незаметным для невооруженного глаза переходом от затравки к наросшему материалу наблюдается сравнительно редко. В силу этих обстоятельств затравку принято считать дефектной зоной, подлежащей удалению в процессе разделки кристалла. По ряду морфологических признаков, взаимной ориентировке и распределению в кристаллах рассматриваемая группа включений существенно отличается от всех остальных. Полости (вакуоли) с раствором и газовой фазой имеют трубчатые, булавовидные, веретенообразные, капиллярные и другие, вытянутые в одном направлении, формы (рис. 36). Вакуоли всегда полностью погружены в затравку, а их тонкие заостренные концы направлены внутрь кристалла. Замыкание всех вакуолей происходит почти одновременно, в результате чего утолщенные верхние концы лежат в одной плоскости. Газовая фаза, занимающая около 20 % объема включений, находится на уровне поверхности затравки, располагаясь в утолщенной части полости. Размеры вакуолей по длинным
