ГлавнаяОбщие положения. Атомы, сгруппированные в молекулы, не находятся в покое, а постоянно испытывают колебательные движения.
Такие колебания вызывают периодическое смещение атомов относительно друг друга, обусловливая одновременное изменение межатомных расстояний. Частоты этих колебаний находятся в пределах от 10в13 до 10в14 колебаний в 1 сек., что соответствует по своему порядку и величине частоте колебаний инфракрасного излучения. Колебания, которые сопровождаются изменением дипольного момента, вызывают поглощение излучений инфракрасной области электромагнитного спектра. Отдельным группам атомов может быть присущ ряд различных видов колебаний, каждый из которых обладает характерной частотой и, как правило, не зависит от других видов.
Если молекулы какого-либо вещества, колебания которых сопровождаются изменением дипольного момента, подвергнуты облучению последовательной серией монохроматического инфракрасного излучения, то волны с частотами, соответствующими частотам внутримолекулярных колебаний, могут быть частично или полностью поглощены. Если процент излучения, поглощенного веществом, не соответствует длине падающей волны (или ее частоте), то полученный график может быть рассмотрен как результат внутримолекулярных колебаний. В связи с этим полученный график будет отвечать данному материалу и может быть использован при его определении. Кроме того, пользуясь им, можно получить данные о структуре и о характере внутримолекулярной связи.
Поглощение инфракрасных лучей широко и успешно использовалось при изучении органических соединений. Возможность использования этого метода в минералогии, и особенно при исследовании глинистых минералов, изучена еще недостаточно полно. Подробное освещение вопроса об инфракрасном поглощении можно найти в книге Барнса и др.; применение этой методики в минералогии глин излагается впервые в работах Келлера и Пикетта, а также Керра с сотрудниками. Предлагаемые ниже данные в основном заимствованы из этих работ.
Область инфракрасных лучей, используемых при изучении поглощения, лежит по частоте в пределах от 4000 до 400 см-1 и от 2,5 до 25 u по длине волны. При исследовании глинистых минералов используются длины волн от 2 до 15 и, так как в этих пределах возникает характеристический спектр. Длину волны принято выражать в микронах, частоту — в числе волн или в см-1 (1/см). Эти соотношения имеют следующее выражение:
Инфракрасное поглощение в порошкообразных материалах не может быть измерено с необходимой точностью, если не свести до минимума рассеивание и отражение лучей от мельчайших частиц. Было показано, что использование частиц, не превышающих по размерам наименьшую длину волны применяемого поглощения, т. е. около 2 u, позволяет пренебречь этими факторами и в общем улучшает результаты. При первоначальном исследовании глина помещалась в масляную среду (найол), что усложняло картину вследствие добавления к спектру глины собственного спектра масла. В настоящее время осуществлены методы установки образца без применения среды.
Данные для глинистых минералов. Керр с сотрудниками (Адлер и др.) помещают в своей работе спектры поглощения инфракрасных лучей, полученные различными исследователями в различных лабораториях на одних и тех же образцах глинистых минералов. Кривые, полученные различными исследователями для одних и тех же образцов, обладают одинаковыми общими характеристиками, но в значительной степени отличаются друг от друга в отношении деталей. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы выяснить, какие из этих мелких черт рассматриваемых кривых существенны и какие ложны и обусловлены особенностями используемой методики. На фиг. 113—116 и в табл. 40 представлены данные по поглощению инфракрасных лучей для различных типов глин. Эти данные взяты из работы Ханта, одного из соавторов цитированной выше сводки, опубликованной Американским нефтяным институтом; они иллюстрируют общие характеристики спектра поглощения для различных глинистых минералов.
Бусвелл и Дуденбостел показали, что поглощение при длине волны в 2,75 u соответствует несвязанному ОН и что связанный ОН обусловливает поглощение при 2,7—3,5 u и при 6,15—7,55 u. Полагают, что поглощение примерно при 6,1 у, наблюдавшееся в некоторых глинистых минералах, обусловлено адсорбированной водой, а поглощение примерно при 9 u — связью Si — О. Октаэдрические алюминиевые слои, возможно, отвечают поглощению примерно при 10 u. Причины поглощения многих серий лучей, наблюдавшегося в глинистых минералах, не установлены. Например, не удалось связать причины колебаний в спектре в пределах монтмориллонитовой группы с колебаниями в составе и структуре этих минералов.
