Кристобалит - Cristobalite

Кристобалит
Кристобалит-Фаялит-40048.jpg
Сферы из кристобалита, образованные расстеклованием из обсидиан матрица (Калифорния, США) 5,9 × 3,8 × 3,8 см
Общий
КатегорияОксид минеральный, кварц группа
Формула
(повторяющийся блок)		SiO2
Классификация Струнца4.DA.15
Классификация Дана75.1.1.1
Кристаллическая системаТетрагональный
Кристалл классТрапецоэдр (422)
Космическая группап41212, п43212
Ячейкаа = 4,9709 (1) Å,
c = 6,9278 (2) Å;
Z = 4 (α-политип)
Структура
Jmol (3D)Интерактивное изображение
Идентификация
ЦветБесцветный, белый
Хрустальная привычкаОктаэдры или сферолиты размером до нескольких см
Twinningна {111}
ПереломКонхоидальный
УпорствоХрупкий
Шкала Мооса твердость6–7
БлескСтекловидное тело
Полосабелый
ПрозрачностьПрозрачный
Удельный вес2.32–2.36
Оптические свойстваОдноосный (-)
Показатель преломленияпω = 1.487
пε = 1.484
Двулучепреломление0.003
ПлеохроизмНикто
Температура плавления1713 ° С (β)[1]
Рекомендации[2][3][4][5]

Кристобалит это минеральная полиморф из кремнезем который образуется при очень высоких температурах. Используется в стоматологии как компонент альгинат оттискные материалы, а также для изготовления моделей зубов [6]

Имеет ту же химическую формулу, что и кварц, SiO2, но отчетливая кристаллическая структура. И кварц, и кристобалит являются полиморфными модификациями всех членов кварцевой группы, в которую также входят коэсит, тридимит и стишовит. Кристобалит встречается в виде белых октаэдров или сферолиты в кислых вулканических породах и преобразованных диатомовых отложениях в Формация Монтерей штата Калифорния в США и аналогичных областей. Кристобалит стабилен только при температуре выше 1470 ° C, но может кристаллизоваться и сохраняться. метастабильно при более низких температурах. Он назван в честь Серро-Сан-Кристобаль в Муниципалитет Пачука, Идальго, Мексика.

Устойчивость кристобалита за пределами диапазона его термодинамической стабильности происходит потому, что переход от кристобалита к кварц или же тридимит является «реконструктивным», требующим разрушения и реформирования кремнезем рамки. Эти рамки состоят из SiО4 тетраэдры в котором каждый атом кислорода делится с соседним тетраэдром, так что химическая формула кремнезема SiО2. Разрыв этих связей, необходимый для превращения кристобалита в тридимит и кварц, требует значительного энергия активации и может не произойти в человеческих временных рамках. Каркасные силикаты также известны как тектосиликаты.

Существует несколько форм каркаса кристобалита. При высоких температурах структура становится кубический, Fd3м, №227, г. Символ Пирсона cF104.[7] А четырехугольный форма кристобалита (P41212, No. 92, символ Пирсона tP12[8]) возникает при охлаждении ниже примерно 250 ° C при атмосферном давлении и связан с кубической формой статическим наклоном тетраэдров кремнезема в каркасе. Этот переход называют по-разному: от низкого к высокому или переход. Его можно назвать «смещением»; то есть, как правило, невозможно предотвратить превращение кубической β-формы в тетрагональную путем быстрого охлаждения. В редких случаях кубическая форма может быть сохранена, если кристаллическое зерно закреплено в матрице, которая не учитывает значительную спонтанную деформацию, которая участвует в переходе, вызывающем изменение формы кристалла. Этот переход очень прерывистый. Точная температура перехода зависит от кристалличности образца кристобалита, которая сама по себе зависит от таких факторов, как продолжительность отжига при определенной температуре.

Кубическая β-фаза состоит из динамически неупорядоченных тетраэдров кремнезема. Тетраэдры остаются достаточно регулярными и смещаются от своей идеальной статической ориентации из-за действия класса низкочастотных фононы называется режимы жесткого устройства. Именно «замораживание» одной из этих мод жестких единиц является мягкой модой для перехода α – β.

При фазовом переходе α – β только одна из трех вырожденных кубических кристаллографических осей сохраняет ось вращения четвертого порядка в тетрагональной форме. Выбор оси произвольный, так что разные двойняшки могут образовываться в одном зерне. Эти разные ориентации двойников в сочетании с прерывистой природой перехода могут вызывать значительные механические повреждения материалов, в которых присутствует кристобалит и которые многократно проходят через температуру перехода, таких как огнеупорные кирпичи.

Когда расстекловывающий кремнезем, кристобалит обычно является первой фазой, которая образуется, даже когда он находится далеко за пределами диапазона его термодинамической стабильности. Это пример Правило шага Оствальда. Динамически неупорядоченная природа β-фазы частично отвечает за низкую энтальпию плавления кремнезема.

Сферы микрометрового размера, составляющие драгоценные опал демонстрируют некоторые картины дифракции рентгеновских лучей, которые похожи на дифракционные картины кристобалита, но не имеют дальнего порядка, поэтому они не считаются истинным кристобалитом. Кроме того, наличие структурной воды в опале вызывает сомнения в том, что опал состоит из кристобалита.[9][10]

  • Идеализированная модель β-кристобалита с угловой связью SiО4 тетраэдры. На самом деле тетраэдры постоянно кувыркаются.

  • β-кристобалит в другом направлении.

  • Смятый каркас из α-кристобалита, связанный с β-формой статическим наклоном тетраэдров.

  • Элементарная ячейка α-кристобалита; красные сферы - это атомы кислорода.

  • Элементарная ячейка β-кристобалита; красные сферы - это атомы кислорода.

Рекомендации

  1. ^ Дир, В. А., Р. А. Хоуи и Дж. Зуссман, Введение в горно-образующие минералы, Логман, 1966, с. 340–355. ISBN  0-582-44210-9.
  2. ^ Минералиенатлас.
  3. ^ Кристобалит В архиве 2010-07-15 на Wayback Machine. Справочник по минералогии.
  4. ^ Кристобалит. Миндат.
  5. ^ «Данные о минералах кристобалита». Webmineral.
  6. ^ Анусавице, Кеннет Дж. (2013). Филлипс наука стоматологических материалов. Elsevier / Saunders. ISBN  9781437724189. OCLC  934359978.
  7. ^ Райт А. Ф., Лидбеттер А. Дж. (1975). «Структуры b-кристобалитовых фаз SiO2 и АлПО4". Философский журнал. 31: 1391–1401. Дои:10.1080/00318087508228690.
  8. ^ Даунс Р. Т., Палмер Д. К. (1994). «Поведение кристобалита при давлении» (PDF). Американский минералог. 79: 9–14. Архивировано из оригинал (PDF) на 2019-05-15. Получено 2009-12-15.
  9. ^ Дин К. Смит (1998). «Опал, кристобалит и тридимит: некристалличность по сравнению с кристалличностью, номенклатура минералов кремнезема и библиография». Порошковая дифракция. 13 (1): 2–19. Дои:10.1017 / S0885715600009696.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  10. ^ https://www.osha.gov/dsg/topics/silicacrystalline/smithdk/pdf/nomenc.pdf. В архиве 2016-03-04 в Wayback Machine

дальнейшее чтение

  • Словарь геологических терминов Американского геологического института.
  • Дарем, Д. Л., "Формация Монтерей: диагенез". в: Уран в формации Монтерей в Калифорнии. Бюллетень Геологической службы США 1581-A, 1987.
  • Обзоры по минералогии и геохимии, т. 29., Кремнезем: поведение, геохимия и физические приложения. Минералогическое общество Америки, 1994.
  • Р. Б. Сосман, Фазы кремнезема. (Издательство Рутгерского университета, 1965)

внешняя ссылка