Menu

Изоморфизм и атомные замещения.

 Изоморфные минералы1 обладают одинаковой кристаллической структурой, т. е. пространственное расположение их атомов в основных структурных ячейках оказывается идентичным, хотя отдельные атомы могут полностью или частично относиться к разным видам. Изоморфные минералы, обладая близкими химическими свойствами, способны формировать изоморфные ряды, в которых существуют промежуточные составы. Например, минералы группы оливина представляют собой изоморфный ряд между форстеритом Mg2SiO4 и фаялитом Fe2SiO4. Форстерит и фаялит являются соответственно магнезиальным и железистым конечными членами ряда, и природные оливины могут иметь составы с любым отношением Mg к Fe. Состав оливина может, к примеру, выражаться как (Mg08 Fe02 )2 SiO4 или (Mg0,67Fe0,33)2SiO4. Подобные изоморфные серии известны под названием твердые растворы в силу того, что и Mg и Fe могут занимать один и тот же узел в кристаллической структуре, а замещение одного из них на другой часто происходит беспорядочно. Общее представление о твердом растворе можно получить по аналогии с жидким раствором, в котором присутствуют соли двух металлов. Металлические ионы беспорядочно распределены в жидкости, а не находятся в ситуации, когда все ионы какого-либо одного типа сконцентрированы в одном месте. 
растворе ионы металлов произвольно распределяются по имеющимся узлам. Противоположностью твердым растворам является упорядоченное замещение атомов (рис. 2.1).

Рис. 2.1 Схемы, иллюстрирующие, (а) твердый раствор, в котором 15 атомов (закрашены) беспорядочно распределены по 35 узлам; (б) упорядоченное пространственное расположение, при котором 15 закрашенных атомов находятся в трех рядах узлов, содержащих два типа упорядоченных катионов.

Отнюдь не все изоструктурные минералы образуют изоморфные ряды. Например, такие минералы, как галит NaCl, галенит PbS и периклаз MgO, являются изоструктурными, но не создают друг с другом ряды твердых растворов, так как составляющие их атомы имеют разные размеры и заряды.

2.2.1 Структурный контроль состава

минералов (размер и валентность)

Множество важных в геологическом отношении минералов имеет структуры, которые предоставляют большие возможности для атомных замещений, тогда как некоторые другие минералы характеризуются фиксированным химическим составом. В регулировании атомных замещений важную роль играют два фактора: размер атомов (или ионов) и их формальный заряд, или валентность. Когда какой-либо элемент может иметь

Т^ 2+

ионы различной валентности, например Fe и Fe3+, валентности всегда представляют собой целые числа. С другой стороны, радиус иона зависит от его координации. Как число координирующих ионов, так и их тип оказывают влияние на размер радиуса, который способен изменяться (и действительно изменяется) в определенных пределах значений (см. разд. 1.5.2). Мы уже видели, что кристаллические структуры можно характеризовать числом фиксированных атомных узлов, как катионных, так и анионных, которые имеют четко определенные координации. Поскольку в породообразующих минералах кислород резко преобладает над другими элементами, мы можем считать, что координация катионов задается кислородом. В итоге мы имеем множество катионных узлов, окружающих ионы кислорода. Чтобы катион мог занять конкретный узел, он должен обладать близким размером и аналогичным зарядом с катионом, который это место обычно занимает. На рис. 2.2 (см. также табл. 1.3) приведены заряды и радиусы главных петрогенных катионов. На этом же рисунке для них представлены предпочтительные координационные числа; некоторые катионы могут находиться в двух или более различных координациях. Ион Al3+ встречается в октаэдрической или тетраэдрической координации, но Si4+ существует почти исключительно в тетраэдрической координации. Такие крупные катионы, как K+ и Ba2+, благодаря их размерам и низким значениям формальных зарядов, имеют непостоянную координацию, меняющуюся от 8 до 12.

Рис. 2.2 Зависимость между зарядом иона и его номинальным радиусом для главных элементов, встречающихся в породообразующих минералах. Для катионов указаны координационные числа 3, 4, би от 8 до 12 Следует отметить, что в карбонатном ионе СО32- углерод имеет отрицательный ионный радиус.

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:4223 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:7423 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:4412 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Фильтрационные свойства грунтов

Зависимость Дарси, коэффициент фильтрации. Фильтрацией называют движение свободной воды в порах грунта в условиях, когда поток воды почти полностью заполняет поры грунта, т. е. содержится относительно небольшое количество газа, защемленного в...

25-08-2013 Просмотров:12359 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Определение напряжений по подошве сооруж…

Изгибаемые фундаментные части сооружений широко применяют в гидротехнике, промышленном и гражданском строительстве (рис. 4.2). Рассмотрим случай плоской задачи (рис. 4.3), т. е. вырезанный участок — полосу шириной Ь или 6=1, полагая...

25-08-2013 Просмотров:3680 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Подготовка и проведение испытаний

При подготовке к натурным динамическим испытаниям необходимо иметь такие дополнительные приборы и устройства; приборы, автоматически фиксирующие вход и сход подвижной нагрузки (конечные выключатели); специальные подкладки на размеченном пути следования подвижной...

19-03-2013 Просмотров:3098 Обследование и испытание сооружений