Полевые шпаты




Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Полевые шпаты

Полевые шпаты

19.08.2017


Состав и характер изоморфизма

Полевые шпаты являются широко распространенными породообразующими минералами в породах земной коры. В минеральных ассоциациях мантии они встречаются исключительно редко. Общая формула полевых шпатов может быть представлена как X[Al1-2Si2-3О8], где X - одновалентные и двухвалентные катионы: К, Na, Ca, Rb, Cs, Ba, Sr. Рубидиевые, цезиевые, бариевые и стронциевые полевые шпаты редки. Однако Ba, Sr, Rb, Cs входят в полевые шпаты, главным образом, в виде изоморфных примесей. Полевые шпаты способны содержать структурные группы (ОН), структурную H2O и ионы аммония (NH)4+.
В природе в большинстве случаев полевые шпаты представляют собой твердые растворы между тремя главными компонентами: анортитом, (CaAl2Si2O8), альбитом, (NaAlSi3O8) и калиевым полевым шпатом, (KAlSi3O8). При высоких температурах между анортитом и альбитом образуется непрерывный твердый раствор плагиоклаза, В ряду плагиоклазов осуществляется гетеровалентный изоморфизм Ca+Al <-> Na+Si. По предложению Е. С. Федорова, состав плагиоклазов обозначают номерами - процентным содержанием в плагиоклазе анортитового компонента, которое рассчитывается по формуле 100*Ca/(Ca+Na) (где Ca и Na — количество атомов соответствующих элементов в формуле плагиоклаза). Например, плагиоклаз с номером 45 представляет изоморфную смесь, содержащую 45 мол.% анортита и 55 мол.% альбита. Промежуточные минералы в ряду плагиоклазов имеют собственные названия (рис. 1.86):
альбит - 0-10 мол.% анортитовой составляющей (An)
олигоклаз - 10-30 мол.% An
андезин - 30-50 мол.% An
лабрадор - 50-70 мол.% An
битовпит - 70-90 мол.% An
анортит - 90-100 мол.% An
С увеличением анортитовой составляющей в плагиоклазах убывает содержание кремнезема, в связи с чем плагиоклазы с номерами от 0 до 30 называются кислыми, 30-50° - средними, а 50-100° - основными.

Между альбитом и калиевым полевым шпатом также существует непрерывный твердый раствор - щелочные полевые шпаты, в котором осуществляется изовалентный изоморфизм Na <-> K. В ряду щелочных полевых шпатов нет деления на композиционные интервалы (рис. 1.86). Однако высокотемпературные щелочные полевые шпаты, содержащие более 63 мол.% альбитовой составляющей, носят собственное название - анортоклазы (рис. 1.86). Между анортитом и калиевым полевым шпатом образуется очень ограниченный твердый раствор, главным образом, при высоких температурах, характерных для вулканических пород.
Структура

Полевые шпаты — это каркасные силикаты, основу структуры которых составляют скрепленные между собой кремне алюмокислородные тетраэдры (рис. 1.87). Все четыре иона кислорода в вершинах кремниевых и алюминиевых тетраэдров соединены с соседними тетраэдрами. 1/2-1/4 тетраэдров заселена Al, от чего каркас имеет общий отрицательный заряд, электронейтральность которого достигается добавлением ионов К+, Na+, Ca2+ и других (рис. 1.87). В щелочных полевых шпатах один атом Al, приходящийся на одну формульную единицу минерала, способен статистически распределяться равномерно между четырьмя тетраэдрическими позициями T10, T1m, T20, T2m (рис. 1.87), либо статистически концентрироваться лишь в одной из них (T10). Распределение Al по этим позициям зависит от температуры и носит название упорядочение. В зависимости от того, как распределен Al по этим позициям, выделяют упорядоченные (весь Al статистически сконцентрирован в позиции T10) и разупорядоченные (Al статистически равномерно распределен по четырем позициям) полевые шпаты. Упорядочение ведет к инверсии моноклинной структуры (C2/m) в триклинную (Ci). Для серии полевых шпатов, богатых KAlSi3O8, выделяют следующие типы структур в зависимости от концентраций Al в T1 и Т2:
1) Высокий санидин - характеризуется полным разупорядочением Al, т.е. равномерным распределением по четырем позициям (1/4 Al в каждой позиции). Эта фаза обладает моноклинной структурой.
2) Низкий санидин — 50% атомов Al сконцентрировано в тетраэдрах Ti. Эта фаза остается моноклинной.
3) Фаза с упорядочением > 50% Al в тетраэдрах T1 носит название ортоклаз. Ортоклаз кристаллизуется в моноклинной сингонии.
4) Дальнейшее упорядочение ведет к смене симметрии структуры на триклинную. Если Al отсутствует в тетраэдрах T2, но равномерно распределен по тетраэдрам T10 и T1m, то такая структура носит название высокий микроклин.
5) Если же Al предпочтительно сконцентрирован в тетраэдре Т10, то такая структура называется низкий микроклин. При полном упорядочении Al в тетраэдре T10 возникает предельный микроклин.
В составах, богатых NaAlSi3O8, и в чистом альбите также происходит упорядочение. Так, альбит по степени упорядоченности соответствующий высокому санидину, носит название мональбит (моноклинный альбит). Однако в натровой серии щелочных полевых шпатов нет структур, соответствующих низкому санидину и ортоклазу. Уже при незначительных степенях упорядочения NaAlSi3O8 приобретает триклинную структуру (анальбит). Если Al отсутствует в тетраэдрах T2, по равномерно распределен по тетраэдрам Т10 и T1m, то такая структура носит название высокий альбит. Если же Al предпочтительно сконцентрирован в тетраэдре T10, то такая структура называется низкий альбит.


Разница концентраций Al в тетраэдрах T1 и T2 характеризуя степень упорядоченности полевых шпатов (или степень триклинности) - Z. Этот параметр варьирует от 0 (полностью разупорядоченные полевые шпаты) до 1 (полностью упорядоченные полевым шпаты) и определяется из кристаллографических данных по пари метрам элементарной ячейки c и b (рис. 1.88).
Анортит, CaAl2Si2O8, при низких температурах - триклинный Pi и обладает высокой степенью порядка. Однако при повышении температуры до 240°С происходит изменение симметрии структуры до Ii и (так называемый P-I переход). P-I переход в анортите связан не с перестройкой структуры, а лишь, со смещением атомов в структуре (что характерно для фазовых переходов 2 рода) и небольшим разупорядочением Al и Si в каркасе. Замещение Ca и Na ведет к снижению температуры этого фазового перехода. При добавлении Na происходят переходы между Р, I и С структурами в плагиоклазах, что приводит к субмикроскопическому распаду плагиоклазов с образованием чередующихся доменов различного состава (рис. 1.89). Это проявляется в возникновении эффектов иризации в плагиоклазах промежуточного состава, что характерно для лабрадоров и олигоклазов.
При низких температурах, как в ряду плагиоклазов, так и в ряду щелочных полевых шпатов появляются области несмесимости (распада твердого раствора). Наличие областей распада свидетельствует о значительном отклонении твердых растворов полевых шпатов от идеальных. Это подтверждается нелинейными зависимостями параметров элементарных ячеек щелочных полевых шпатов и плагиоклазов от состава (рис. 1.90).