Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Согласно оптическим и ЭПР данным (см. гл. 4), бурая окраска, очевидно, обусловлена мелкодисперсными включениями железа, а также междуузельными ионами Fe3+. Дихроизм бурых кварцев в коротковолновой части спектра связан именно с этими ионами Fe3+, а общий высокий уровень оптического поглощения в буром кварце по сравнению с бесцветным — с посторонней фазой силикатов железа в виде неструктурной примеси.
Концентрация статистически равномерно распределенных частиц примесной фазы в бурых и зеленых кристаллах изменяется в пределах 1—9-Ю9 см-2, что совпадает со значением концентрации, приведенным в гл. 4. Однозначного соответствия между концентрацией частиц и интенсивностью той или иной окраски не установлено. Так, в светло-зеленом кварце концентрация н. п. составляет 3-Ю9 см-2, тогда как в трех синих образцах с различной интенсивностью окраски плотность распределения одинакова и равна 1 • IO9 см-2. На снимках частицы н. п. представлены бугорками или ямками изометрической формы, внутри которых наблюдаются иногда «ядра», имеющие округлые или прямолинейные контуры (рис. 61). Поверхность скола может проходить непосредственно по «ядрам» или вблизи них. Постоянное присутствие на сколах ямок и бугорков и отсутствие между матрицей и частицами резкой границы свидетельствуют о наличии дефектной зоны, окружающей «ядра». Средний размер «ядер» частиц со-190 tl#
¦ * ,.,1,. .., •«і* . ' -..-• V,.О,,:--".- M'
-S-.' «t -,••,.':
їй:':* ' ,Дї--, -i-.^" ' . ' ¦
Рис. 61. Электронно-микроскопические снимки поверхностей скола бурого, зеленого и синего кварца
ставляет 20—30 нм. Размер включений с учетом дефектной (близкой к сферической) области равен 30—50 нм. Можно полагать, что переходная область «построена» из вещества, существенно отличающегося по механическим свойствам от матрицы. «Ядра» в частицах н. п. наблюдаются, как правило, в цветных кварцах; в бесцветных кристаллах с неструктурной примесью они встречаются редко.
В кристаллах, имеющих одновременно и бурую, и зеленую окраски, наблюдаются частицы н. п. двух сортов, различающиеся по размеру. В областях с зеленой окраской размеры частиц н. п. равны 30—50 нм. В буроокрашенных областях, а также в буром
191 Таблица 14
Данные химического анализа кристаллов бурого и зеленого кварца
Цвет образца до отжига Массовое содержание примесн железа [Fe2+] [Fe3+] Цвет образца после отжига при 500° С в течение 4 ч Массовое содержание прнмеси железа, % [Fe2+] [Fe3+]
[Fe2+] [Fe»+] [Fe2+] [Fe3+]
Бурый Темно-зеленый 0,007 0,093 0,049 0,067 0,143 1,39 Зеленый Темно-зеленый 0,019 0,093 0,0012 0,056 1,55 1,66
кристалле н. п. имеют размеры менее 10 нм. Они были обнаружены на репликах высокого разрешения, а также при тонком травлении сколов кварца в парах 70 % HF. Замечено, что с увеличением интенсивности бурой окраски размер частиц н. п. уменьшается. При изучении ориентированных сколов не наблюдалось зависимости концентрации или формы частиц н. п. от кристаллографической ориентировки поверхности скола. Частицы н. п. в осколках кварца не просматриваются, а на картинках микродифракции не обнаружено новых кристаллических фаз.
Особенности химического состава бурого и зеленого кварца отражены в табл. 14. Кроме бурого и зеленого кварца, в калиевых системах при добавлении окислителей типа LiNO3, LiNO2 формируются пирамиды пинакоида, окрашенные в желтый (цит-риновый) цвет. Характер секториального распределения окраски в желтых кристаллах аналогичен тому, что наблюдается для кристаллов бурого и зеленого кварца. По данным ЭПР измерений, ионы Fe3+ в структурной форме в HIix отсутствуют. Электронно-микроскопическое исследование обнаруживает в таких кристаллах частицы неструктурной примеси размером 40—80 нм (размер ядер включений 20—40 нм) и с концентрацией IO13—IO14 см-2. Частицы неструктурной примеси в образцах желтого кварца (как в некоторых образцах зеленого), по-видимому, частично раскри-сталлизованы. Все эти данные позволяют предположить, что в случае желтого кварца окраска связана с субдисперсными включениями неидентифицированного силиката, в состав которого входит трехвалентное железо.
Морфологические особенности и окраска синтетического аметиста
Данные спектрального анализа по содержанию основных примесных элементов в кристаллах кварца различного типа представлены в табл. 15. Из таблицы видно, что примесь железа в кристаллах аметиста (образцы 5, 6 и 7) составляет от сотых до тысячных долей процента, тогда как в кристаллах, полученных 192 в натриевой системе (образцы: 8, 9 и 10), она никогда не превышает стотысячных процента. Наблюдается корреляция между интенсивностью окраски и содержанием примеси железа и калия (сравните образец 5 с образцами 6 и 7). Особенно большое содержание примеси железа (до 0,081 %) и калия (до 0,14%) наблюдается в кристаллах с зеленой, бурой и оранжевой окраской, что, очевидно, связано с захватом этих элементов в составе неструктурной примеси (образцы 1, 2, 3 и 4). Аналогичная картина наблюдается в отношении примеси Al и Na для кристаллов, полученных в натриевой системе (сравните образцы: 8 и 9, полученные при малых пересыщениях с образцом 10, полученным при больших перенасыщениях и содержащим неструктурную примесь).
