Минералогия - Бетехтин А.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Так как каждый ион кислорода является общим для двух смежных тетраэдров SiO4, он всюду располагается между двумя ионами кремния, тогда как каждый ион Si4+ находится в четверной координации ионов кислорода. Отсюда и координационные числа 2 и 4. При рассмотрении тетраэдров SiO4 легко видеть, что каждый положительный ион Si4+ погашает лишь половину отрицательной валентности каждого окружающего его иона О2-, но, так как каждый ион кислорода одновременно принадлежит другому тетраэдру, одновременно погашается и вторая половина его заряда. Таким образом легко убедиться, что в целом формула соединения будет SiO2.
Кристаллические структуры модификаций, несмотря на сложность постройки, довольно просты в структурной схеме. Начнем рассмотрение со структуры более высокотемпературной модификации 3-кварца, кристаллизующейся в гексагональной сингонии.
На фиг. 281 и 282 в одинаковом масштабе изображена кристаллическая структура 3-кварца в проекции вдоль оси с на плоскость (0001). В каждом тетраэдре SiO4 два кислородных иона располагаются
Фиг. 280. А — тетраэдр, поставленный на ребро; вершины его являются центрами ионов кислорода в тетраэдрической группе SiO4 (Б), внутри которой располагается
ион Si4+ Масштаб для AwB один и тот же
несколько выше, а другие два несколько ниже, чем ион кремния. Группы тетраэдров лежат в трех слоях на различных высотах; их относительное положение над плоскостью чертежа показано линиями разной жирности и цифрами при кружках (фиг. 281). Как можно заметить (фиг. 282), тетраэдры образуют спирали, каждая из кото-
Фиг. 281. Кристаллическая решетка более высокотемпературной модификации кварца в проекции на плоскость (0001)
Цифры означают относительные высоты ионов над плоскостью чертежа
Фиг. 282. Ta же кристаллическая решетка, что и на фиг. 281, но изображенная в виде тетраэдров SiO4
Линиями различной степени жирности (на затененной стороне тетраэдров) показано относительное расположение этих тетраэдров над плоскостью чертежа. Легко видеть, что тетраэдры, примыкающие к внутреннему шестиугольнику, расположены по винтовой оси шестого порядка (по двухходовому винту)
рых закручивается в одну и ту же сторону. Ниже мы узнаем, что существуют так называемые правые и левые кварцы. Их структурные особенности тем и характеризуются, что заворот этих спиралей происходит то в правую, то в левую сторону.
Шестерная ось на обеих фигурах располагается в центре рисунка. Поворот вокруг нее на 60° и перенос на одну треть высоты элементарной ячейки вдоль оси с приводит к совпадению с прежней позицией тетраэдров (см. фиг. 282).
Для большей ясности приведен еще один рисунок (фиг. 283), изображающий структуру в аксонометрической проекции на ту же плоскость (0001). Ионы БН+показаны черными кружками под номерами. При переходе от одной грани призмы к другой мы наблюдаем постепенное снижение положения центров тетраэдров. Так например, ион № 1 занимает середину ребра в верхнем гексагоне призмы, № 2 от верхнего ребра отстоит на высоте уже Уз с, № 3 — 2/з с, № 4 располагается уже на нижнем ребре, но одновременно на верхнем ребре появляется ион № 1 второго винтового хода.
Низкотемпературная модификация а-кварц по своей кристаллической структуре лишь несколько отличается от 3 -кварца. На фиг. 284 изображены их соотношения в проекции на плоскость (0001), причем показаны лишь ионы кремния. Как видим, при полиморфном превращении происходят небольшие смещения центров кремнекислородных тетраэдров, в результате чего имеет место уплот-
нение решетки и понижение ее симметрии: шестерные оси превращаются в тройные. При этом тип связи между тетраэдрическими группами не меняется. В процессе превращения не происходит изменений и в направлениях заворота спиралей (в правую или левую сторону).
Кристаллическая структура % -тридимита является также несколько искаженной по сравнению с более простой структурой гексагональ-
ній/ *si Oo
Фиг. 283. Кристаллическая решетка З-кварца в аксонометрической проекции на плоскость (0001)
Фиг. 284. Соотношения в кристаллических решетках fi-кварца (А) и а-кварца (Б)
Показаны только ионы кремния, высотное положение которых отмечено различной степенно затененности кружков
ного В-тридимита. Его ромбическая ячейка является псевдогексагональной (почти такой же, как у В- тридимита). Структура 8 -тридимита изображена на фиг. 285 (по Джиббсу). Точные положения ионов с полной определенностью пока не установлены, но в общих
Фиг. 285. Кристаллическая решетка р-гридимита
Черные кружочки — ионы кремния
Фиг. 286. Кристаллическая решетга р-кри-стобалита
Черными кружочками показано положение ионов кремния
чертах структура правильна. Это простая гексагональная структура, в которой, как и в кварце, кремнекислородные тетраэдры связаны друг с другом вершинами.
Высокотемпературный 3 -кристобалит имеет кубическую кристаллическую структуру (она была изучена при температуре 290°). Схема ее изображена на фиг. 286 (по Викофу). Точное положение струк-
