Кристобалит | |
---|---|
Сферы из Кристобалита, образованные расстеклованием из матрицы обсидиана (Калифорния, США) 5,9 × 3,8 × 3,8 см | |
Общая | |
Категория | Оксидный минерал, кварц группа |
Формула. (повторяющаяся единица) | SiO 2 |
Классификация Струнца | 4.DA.15 |
Классификация Дана | 75.1.1.1 |
Кристаллическая система | Тетрагональная |
Кристаллическая класс | Трапецоэдр (422) |
Пространственная группа | P41212, P4 3212 |
Элементарная ячейка | a = 4,9709 (1) Å,. c = 6,9278 (2) Å;. Z = 4 (α-политип) |
Структура | |
Jmol (3D) | Интерактивное изображение |
Идентификация | |
Цвет | Бесцветный, белый |
Кристалл габитус | Октаэдры или сферолиты размером до нескольких см |
Двойникование | на {111} |
переломе | Конхоидальный |
Прочность | Хрупкость |
по шкале Мооса твердость | 6–7 |
Блеск | Стекловидное тело |
Штрих | Белый |
Диафанальность | Прозрачный |
Удельный вес | 2,32–2,36 |
Оптические свойства | Одноосный (-) |
Показатель преломления | nω= 1,487. nε= 1,484 |
Двулучепреломление | 0,003 |
Плеохроизм | Нет |
Точка плавления | 1713 ° C (β) |
Ссылки |
Кристобалит представляет собой минерал полиморф кремнезема , который образуется при очень высоких температурах. Используется в стоматологии как компонент альгинатных оттискных материалов, а также для изготовления моделей зубов
. Имеет ту же химическую формулу, что и кварц, SiO 2, но отчетливая кристаллическая структура. И кварц, и кристобалит представляют собой полиморфы со всеми членами кварцевой группы, которые также включают коэсит, тридимит и стишовит. Кристобалит встречается в виде белых октаэдров или сферолитов в кислых вулканических породах и в преобразованных диатомовых отложениях в формации Монтерей в американском штате Калифорния и подобных областях. 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 муниципалитете Пачука, Идальго, Мексика.
Устойчивость кристобалита за пределами диапазона термодинамической стабильности происходит из-за перехода от кристобалита к кварц или тридимит является «реконструктивным», требующим разрушения и преобразования каркаса кремнезема. Эти каркасы состоят из Si O 4тетраэдров, в которых каждый атом кислорода является общим с соседним тетраэдром, так что химическая формула диоксида кремния Si O 2. Разрыв этих связей, необходимый для преобразования кристобалита в тридимит и кварц, требует значительной энергии активации и может не произойти в человеческих временных рамках. Силикаты каркаса также известны как тектосиликаты.
Существует несколько форм каркаса кристобалита. При высоких температурах структура имеет вид кубическая, Fd3m, № 227, символ Пирсона cF104. тетрагональная форма кристобалита (P4 1212, № 92, символ Пирсона tP12) возникает при охлаждении ниже примерно 250 ° C при атмосферном давлении и связана с кубической формой статическим наклоном тетраэдры кремнезема в каркасе. Этот переход называют переходом от низкого к высокому или . 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 зависит от таких факторов, как продолжительность отжига при определенной температуре.
Кубическая β-фаза состоит из динамически неупорядоченных тетраэдров кремнезема. Тетраэдры остаются довольно регулярными и смещаются из своей идеальной статической ориентации из-за действия класса низкочастотных фононов, называемых модами жестких единиц. 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 является произвольным, так что различные двойники могут формироваться внутри одного и того же зерна. 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.
При расстекловывании диоксида кремния кристобалит обычно образуется первой фазой, даже если он находится далеко за пределами диапазона его термодинамической стабильности. Это пример шагового правила Оствальда. Динамически неупорядоченная природа β-фазы частично отвечает за низкую энтальпию плавления кремнезема.
Сферы микрометрового размера, из которых состоит драгоценный опал, демонстрируют некоторые дифракционные картины рентгеновских лучей, которые похожи на дифракционные картины кристобалита, но не имеют дальнего порядка, поэтому они не считаются истинными кристобалит. Кроме того, наличие структурной воды в опале вызывает сомнения в том, что опал состоит из кристобалита.
Идеализированная модель β-кристобалита, демонстрирующая тетраэдры Si O 4со связанными углами. На самом деле тетраэдры постоянно кувыркаются.
β-кристобалит в другом направлении.
Скомканный каркас 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.