Техника - молодёжи 2007-04, страница 19
кроскопическом уровне исследования реального строения минерала, а если конкретно — как дефект кристаллической структуры кварца (рис. 2). Единственный прямой метод исследований на этом, как теперь принято говорить, «наноуров-не» (т.е. 10~9 м или 10 ангстрем) — просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ). Именно она даёт возможность увидеть дефекты кристаллической решётки, а современные методы высокоразрешающей электронной микроскопии (ВРЭМ) — установить и атомную структуру этих дефектов. Таким образом, аква-комплекс был найден задолго до официального появления этой новомодной области науки и технологии. Однако одних только электронно-микроскопических данных оказалось недостаточно для расшифровки природы сложных воднопримес-ных дефектов в кварце, аналогов которым не оказалось ни в других природных, ни в искусственных (металлы, сплавы, полупроводники и др.) химических соединениях. Поэтому были использованы многие другие физико-химические методы, с помощью которых постепенно выявлялись разнообразные характеристики дефекта. Например, метод инфракрасной спектроскопии указывал на присутствие воды в дефекте, рентгеноспектральный микроанализ — на вхождение примесей одновалентных (Na и др.) и многовалентных (А1 и др.) катионов, с помощью электронного парамагнитного резонанса обнаружили оборванные связи в кремнекисло-родных тетраэдрах и т.д. Однако все эти разнообразные данные только описывали внешние признаки явления, не раскрывая его природу. В суть феномена проникнуть не удавалось. В числе прочих проявлением аква-комплекса в структуре кремнезёма оказалось необычное явление амор-физации (разупорядочение) кристаллической структуры кварца при его облучении в колонне электронного микроскопа. Это явление противоречило известным законам физики, поэтому известие о таком факте встречалось моими коллегами, по меньшей мере, со скепсисом, а иногда слышались и обвинения в профессиональной некомпетентности. Ситуацию прояснили обнаруженные более ранние публикации австралийских учёных, которые описывали явление аморфизации аметиста и цитрина (разновидности кварца) под электронным пучком. И всё же суть проблемы, как и в какой форме: Н+ (протон), ОН~ (ион гидроксил), Н20 (нейтральная молекула воды), Н3 + 0 (ион оксония) вода входит в структуру Si02, и, при этом, как водородные дефекты связаны с примесными элементами Мп+ и Мш+ в ажурном каркасе из [Si04] тетраэдров, —пока ускользала. ИСКРА ПОЗНАНИЯ Когда занимаешься поиском ответа на какой-нибудь сложный вопрос, направление исследованиям задают постоянно пополняемые знания. Но... нужна искра. И она появилась. В прямом смысле — в лаборатории на твёрдом каменном подоконнике, где были разложены кусочки пород, отобранные в качестве образцов для исследований. Несколько кусочков принадлежали к гранитоидам (близкие к гранитам породы), последний — представлял собой сам гранит. Гранитоиды и граниты отличаются друг от друга рядом структурно-текстурных и химических признаков. При этом особая прочность гранитов и сбалансированность их минерального состава дают основание полагать наличие определённой стехиометрии расплава, из которого они кристаллизовались. Камешки были твёрдые, и отбивать образцы приходилось молотком. От гранитоидов нужные зёрна отбивались легко, а при ударе о гранит высекались только искры. Его консолидированная твердь, состоящая из кварца, полевых шпатов, слюды и других второстепенных (так называемых акцессорных) минералов, никак не хотела отдавать ни одного из своих минеральных зёрен. И вот здесь всё соединилось воедино, открылась глубинная взаимосвязь между однажды мельком увиденной картиной структуры воды (рис. За) и структурированностью Ж н' ;ое \ ХЧ /<4 . ' .. м I ч; "" ^м м А. и' \ .на ?Х / он1>/н S/'C ~ М 5' ч. > >'Г >С~ '>С >чТ гХХ-'Х:ХХ> м onit sr - М ->f Si - Si ' >4 /S4V</V/ \/МЧ •о. +■»f „oi JM ^Х/ V \ 4 3±—•Ч' » -Me i Me) 2 ^-о^ - ^Si 3 о-НО 4 Si с=>о ^ 5 Рис. 3. Открытая структура воды (а) (И.Р. Пригожин, 1990) и структура гранитного расплава (б) Открытая структура воды образована тетраэдрически заряжёнными водными молекулами, связанными между собой водородными связями (прототип гранитного расплава). Структура гранитного расплава получена из трёхмерной сетки водных молекул путём замещения тетраэдров НгО тетраэдрами (Si03 Щ и металлокислородными тетраэдрами (MOJ. Пунктиром выделен аква-комплекс как «элементарная ячейка» гранитного расплава. Обозначены цифрами фрагменты (в): 1 — НгО тетраэдр; 2 — Л/Г (M3+OJ тетраэдр; 3 — (Si03 Ц| тетраэдр; 4 — водородная связь; 5 — донорно-акцепторная связь www.tm-magazin ,ru 17 |
