(След слайд) Упорядочивающиеся серии структур

Явление порядка-беспорядка лучше рассматривать на примере полевых шпатов.

(1 рисунок) Берем 1 ряд/элементарную ячейку: 1 алюминий и 3 кремния. Во 2 ряду опять 1 алюминий и 3 кремния, но алюминий расположен на другом месте, а хим связи между структурными элементами по-прежнему остаются одни и те же. В 3 и 4 ряду те же ситуации. Итог: алюминий в этом случае занимает разные позиции в радикале, но в целом ничего не меняется. Это неупорядоченная структура. Минерал с такой неупорядоченной структурой кристаллизуется при высокой температуре в моноклинной сингонии и имеет статистически более высокую симметрию (пример: санидин – K[AlSi₃O₈]). Чем выше температура образования, тем более возбужденная среда и эта среда будет неупорядоченной! 1 рисунок иллюстрирует высокотемпературные условия.

Если температура постепенно понижается (с 1 по 4 рисунок), то происходит постепенное упорядочение структуры => на 4 рисунке температура снизилась, и все ряды имеют одинаковое расположение ионов алюминия. Этот рисунок характерен низкотемпературным условиям и упорядоченной структуре, данный минерал будет иметь более низкую симметрию и триклинную сингонию (пример: микроклин - K[AlSi₃O₈]).

Почему высокотемпературная структура имеет моноклинную сингонию, а низкотемпературная – триклинную? Ответ: моноклинная более высокосимметрична, чем триклинная.

Почему высокотемп. Структура имеет более высокую симметрию, чем низкотемп.? Ответ: (пример, поясняющий рисунки) возьмем для примера диск и поставим его на острие. На этот диск беспорядочно укладываем грузики (красный цвет). В какой-то момент диск уравновесится – статистически условия симметричны. А если на диск расположить грузы в 1 ряд, то диск перевернется – равновесие нарушено => фигура менее симметрична.

При перестройке неупорядоченной структуры в упорядоченную наблюдаются все промежуточные состояния структуры – упорядочивающиеся серии.

В случае разных сингоний – самостоятельные мин виды!

Температура меняется постепенно, структура тоже меняется постепенно, неупорядоченная система постепенно упорядочивается до полного порядка! (СЛЕД СЛАЙД)

(След слайд) Полиморфизм и порядок-беспорядок

Полиморфизм предполагает 2 состояния вещества, без промежуточных вариантов (пример: либо алмаз с ковал связью и куб сингонией, либо графит с гексагон сингонией). Свойства меняются контрастно.

В случае порядка-беспорядка при перестройке неупорядоченной структуры в упорядоченную наблюдаются все промежуточные состояния структуры. Например, установилась какая-то температура – видим одну структуру; падает дальше температура – видим фиксацию температуры в другой структуре. Если структура меняется постепенно в системе «порядок-беспорядок», то так же постепенно будут меняться свойства, соответствующие каждому положению структуры.

Определив степень упорядочения структуры, можно говорить, что этот минерал, имея такую-то степень упорядочения структуры, образовался при такой-то температуре. Для каждых таких упорядочивающихся серий известна температура и при этой температуре степень упорядочения тоже известна.

Степень упорядочения структуры определяется с помощью рентгеноструктурного анализа (рентгеновские лучи пропускают через кристалл/минерал, а потом на снимке видно какие ионы сквозь себя лучше пропустили лучи, а какие хуже; далее по снимкам определяется степень упорядочивания структуры -> зная при какой температуре будет вот такая степень упорядочения, фиксируем эту температуру). Данная информация позволяет судить об условиях образования минерала.

Явление «порядок-беспорядок» используется в точных исследованиях и также в качестве геологического термометра.

Некоторые минералы не проявляют явление «порядок-беспорядок», а в некоторых это совершенно четко проявляется (полевые шпаты).

Структура минералов является более консервативной. О структуре минерала судим по сингонии и виду симметрии. Сингония и вид симметрии остаются для минерала совершенно постоянными характеристиками. А как же быть с порядком-беспорядком? Ответ: а в явлении «порядок-беспорядок» санидин и микроклин имеют одинаковый хим состав, но разную структуру – это 2 разных минеральных вида, но не относящихся к полиморфам (это как бы такое необычное проявление явления полиморфизма (порядок-беспорядок)). (СЛЕД СЛАЙД)