Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Исследования морфологии и кинетики роста различных граней кристаллов кварца, получаемых гидротермальным методом, позволяют выделить следующие основные особенности роста:
1. Поверхности пинакоида {0001} и близкие к ним направления нарастают в основном путем нормального отложения вещества с формированием характерного ячеистого рельефа (поверхность типа «булыжная мостовая»). Тангенциальный рост на поверхности пинакоида наблюдается лишь при наличии в кристалле ростовых дислокаций с винтовой компонентой вектора Бюргерса.
2. Грани положительной и отрицательной тригональных призм, которым на поверхностях скоростей роста соответствуют седловые точки, очевидно, так же, как и пинакоид, нарастают по нормальному механизму, хотя взаимосвязь рельефа с механизмом отложения вещества в этом случае более сложная.
3. Грани гексагональной призмы {1010} — типично сингулярные поверхности — практически не нарастают в нормальном направлении. Отсюда невозможность выращивания крупных кристаллов кварца на точечных затравках и необходимость использования затравок в виде пластин или стержней. Морфологические данные показывают, что отложение вещества на гранях {1010} происходит только в тангенциальных направлениях.
4. Механизм нарастания граней основных ромбоэдров пока достоверно не установлен. Близкие к нулю скорости роста, характерные для этих граней при низких пересыщениях, позво-150 і 2 і . г і г і
\ I Н?Ч I I
~0,267нм о----о
«.0,267HM
О----о,
0 О
Рис. 48. Проекция структуры а-кварца (а) на плоскость (0001), слой из траисляциоино-эквивалеит-иых тетраэдров (б), параллельной плоскости (0001), и фрагмент структуры а-кварца (в) в проекции на плоскость (1010).
Стрелками обозначены подслои, параллельные плоскостям (1010). Штриховая гантель — «посадочная площадка» для присоединения молекул SiO2
ляют отнести их, подобно граням гексагональной призмы, к сингулярному типу.
Непосредственное рассмотрение модели кристаллической структуры а-кварца (рис. 48) показывает, что основные особенности кинетики роста монокристаллов этого минерала легко объяснить с позиций предложенного механизма силификации.
Кристаллическую структуру кварца можно разделить параллельно плоскости (0001) на идентичные слои, составленные из трансляционно-эквивалентных кремнекислородных тетраэдров, расположенных в узлах правильной гексагональной сетки. На период повторяемости вдоль оси L3 приходится три таких слоя, связанных между собой поворотом на 120° и переносом вдоль оси на треть трансляции (ось 3] или 32). В каждом слое тетраэдры расположены так, что пара противолежащих ребер каждого тетраэдра почти параллельна плоскости (0001) (угол наклона составляет ~12° для а-кварца и 0° для ?-кварца). При этом атомы кислорода, образуя верхние ребра тетраэдров одного слоя, одновременно, но уже в другой комбинации образуют нижние ребра тетраэдров вышележащего слоя. Поэтому на поверхности пина-
151 і 4-х коида всегда существуют
T «благоприятные» условия
для присоединения молекул SiO2 и построения кристалла по нормальному механизму. На рис. 48, б показаны две присоединяющиеся молекулы (штриховая гантель изображает посадочную площадку).
Аналогичным образом присоединением одиночных молекул SiO2 можно «строить» структуру кварца в направлениях + л; и —x. В этих случаях отложение вещества происходит в два этапа. Как видно из рис. 49, Si0j два из трех тетраэдров
. присоединяются к боковым Рис. 49. Проекция структуры а-кварца ребрам, а один — к торцо-на плоскость (0001). Схема присоедиие- вому (по отношению к рас-иия молекул SiO2 в направлениях +ж и смагриваемой осих) ребру.
При этом в направлении — X ориентированы молекулы SiO2, которым в структуре соответствуют две более длинные Si-O связи, а в направлении +л: молекулы с более короткими связями. Если предположить, что в растворе имеются три сорта молекул SiO2: в основном (О)—с более короткими связями Si—О, промежуточном (П)—с одной более короткой и одной более длинной связью и в возбужденном (В)—с обеими длинными связями состояниях и что относительное содержание tl каждого сорта молекул в растворе подчиняется неравенству no>nn >«в (такое предположение является очевидно наиболее естественным), то становится понятным не только относительно большая скорость нарастания граней тригональных призм, но и тот экспериментальный факт, что скорость роста положительной тригональной призмы в несколько раз превосходит скорость роста отрицательной.
Совершенно иная картина наблюдается на гранях гексагональной призмы. Параллельно плоскости (IOIO) период идентичности структуры можно разделить на два подслоя (рис. 49): один более плотный, состоящий из полярных цепочек тетраэдров, вытянутых вдоль оси Li, и другой — из одиночных тетраэдров, соединяющих подобные цепи между собой. На рис. 49 хорошо видно, что после формирования одиночных тетраэдров дальнейшее присоединение молекул SiO2, в соответствии с обсуждаемым механизмом силификации, невозможно из-за отсутствия подходящих «посадочных площадок». Внешне свободные атомы
