Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Кремний минералы, кварцтың полиморфы.
Silica mineral, polymorph of quartz
Кристобалит (/k//r//ɪ/'/s//t//oʊ//b//ə/,/l//aɪ//t/) – өте жоғары температурада пайда болатын кремнийдің минералды полиморфы. Оның химиялық формуласы кварцқа ұқсас, SiO2, бірақ кристалдық құрылымы ерекше. Кварц және кристобалит – коэзит, тридимит және стишовитті де қамтитын кварц тобының барлық мүшелерімен бірге полиморфтар болып табылады. Ол Мексиканың Хидальго штатындағы Пачука муниципалитетіндегі Серро Сан-Кристобаль тауының құрметіне аталған. Стоматологияда альгинат тіс басымдарының құрамында, сондай-ақ тістердің модельдерін жасау үшін қолданылады.
Cristobalite (/k//r//ɪ/'/s//t//oʊ//b//ə/,/l//aɪ//t/) is a mineral polymorph of silica that is formed at very high temperatures. It has the same chemical formula as quartz, SiO2, but a distinct crystal structure. Both quartz and cristobalite are polymorphs with all the members of the quartz group, which also include coesite, tridymite and stishovite. It is named after Cerro San Cristóbal in Pachuca Municipality, Hidalgo, Mexico. It is used in dentistry as a component of alginate impression materials as well as for making models of teeth.
Метақалыптылығы
Кристобалит тек 1470 °C-тан жоғары температурада тұрақты, бірақ төмен температурада кристалданып, метастабильді күйде сақталуы мүмкін. Кристобалиттің термодинамикалық тұрақтылық шегінен тыс сақталуы, кристобалит пен кварц немесе тридимит арасындағы өтудің "қайта құрылымдық" сипатта болуына байланысты, бұл кремнийдің құрылымдық торының бұзылып, қайта құрылуын талап етеді. Бұл құрылымдар SiO4 тетраэдрлерінен тұрады, онда әрбір оттегі атомы көршілес тетраэдрмен ортақ болады, сондықтан кремнийдің химиялық формуласы SiO2 болып табылады. Кристобалитті тридимит пен кварцқа айналдыру үшін қажетті бұл байланыстардың үзілуіне айтарлықтай белсендіру энергиясы қажет, және бөлме температурасында адам уақыты шегінде орын алмауы мүмкін. Құрылымдық силикаттар тектосиликаттар деп те аталады. Кремнийді шыныдан тазарту кезінде, тіпті термодинамикалық тұрақтылық шегінен тыс болған жағдайда да, кристобалит көбінесе бірінші пайда болатын фаза болып табылады. Бұл Оствальдтың қадамдық заңының мысалы. β фазаның динамикалық ретсіздігі кремнийдің балқу энтальпиясының төмен болуына жартылай себеп болады.
Cristobalite is stable only above 1470 °C, but can crystallize and persist metastably at lower temperatures. The persistence of cristobalite outside its thermodynamic stability range occurs because the transition from cristobalite to quartz or tridymite is "reconstructive", requiring the breaking up and reforming of the silica framework. These frameworks are composed of SiO4 tetrahedra in which every oxygen atom is shared with a neighbouring tetrahedron, so that the chemical formula of silica is SiO2. The breaking of these bonds, required to convert cristobalite to tridymite and quartz, requires considerable activation energy and may not happen on a human time frame at room temperature. Framework silicates are also known as tectosilicates. When devitrifying silica, cristobalite is usually the first phase to form, even when well outside its thermodynamic stability range. This is an example of Ostwald's step rule. The dynamically disordered nature of the β phase is partly responsible for the low enthalpy of fusion of silica.
Құрылыстар
Кристобалит құрылымының бірнеше түрі бар. Жоғары температурада ол β-кристобалит деп аталады. Ол кубикалық кристалл жүйесінде, кеңістік тобы Fdm (No. 227, Пирсон символы cF104). Оның құрылымы алмастың құрылымын еске түсіреді, бірақ алмастағы көміртек атомдарының орнында кремний мен оттегінің байланысқан тетраэдрлері орналасқан. Салқындағанда, шамамен 250°C төмен температурада және нормаль қысымда хиральды тетрагональды форма – α-кристобалит (кеңістік тобы P41212, No. 92, немесе P43212, No. 96, кездейсоқ) пайда болады. Бұл форма кубикалық формамен каркастағы кремний тетраэдрлерінің статикалық қисайюы арқылы байланысты. Бұл ауысуды «төменгі-жоғары» немесе «фазалық» ауысу деп атайды. Оны «ығыстырушы» деп те атауға болады, яғни, кубикалық β формасының тез салқындату арқылы тетрагональды формаға өтуін тоқтату әдетте мүмкін емес. Сирек жағдайларда, егер кристалл түйіршігі кристалл пішінінің өзгеруіне себеп болатын, ауысуға қатысты маңызды өздігінен туындайтын деформацияға жол бермейтін матрицада бекітілген болса, кубикалық форма сақталуы мүмкін. Бұл ауысу өте күрт өтеді. α формасынан β формасына ауысу кезінде көлем 3-4 пайызға артады. Нақты ауысу температурасы кристобалит үлгісінің кристаллиндік дәрежесіне байланысты, ол өзі белгілі бір температурада қанша уақыт қыздырылғаны сияқты факторларға байланысты. Кубикалық β фазасы динамикалық ретсіз кремний тетраэдрлерінен тұрады. Тетраэдрлер салыстырмалы түрде дұрыс пішінде болып қалады және төмен жиілікті фонондардың – қатты дене режимі деп аталатын әсерінен идеалды статикалық бағыттарынан ығысады. Осы қатты дене режимінің бірінің «қатаңдануы» α–β ауысуы үшін «жұмсақ режим» болып табылады. β-кристобалитте үш ось бойында тетраэдрлердің (немесе кремний атомдарының) оң және сол спиральдары бар. Алайда, α–β фазалық ауысу кезінде бір бағыттағы оң немесе сол спираль ғана сақталады (екіншісі екі рет бұрылатын оське айналады), сондықтан үш дегенерацияланған кубикалық кристаллографиялық осьтердің тек біреуі тетрагональды формада төрт рет айналу осіне (немесе бұрылатын оське) ие болады. (Ол ось «c» осіне айналады, ал жаңа «a» осьтері ескі екі оське қарағанда 45° бұрылады. Жаңа «a» тор параметрі шамамен 2-нің квадрат түбіріне дейін қысқа, сондықтан α бірлік жасушасында 8 емес, тек 4 кремний атомы бар.) Осьтің таңдалуы кездейсоқ, сондықтан бір түйірдің ішінде әртүрлі егіздер пайда болуы мүмкін. Бұл әртүрлі бағыттар, сондай-ақ ауысудың күрт сипаты (көлем мен пішіннің аздаған өзгеруі) кристобалит бар және ауысу температурасы арқылы қайталап өтетін материалдарда, мысалы, отқа төзімді кірпіштерде маңызды механикалық зақымдануға әкелуі мүмкін.
There is more than one form of the cristobalite framework. At high temperatures, the structure is called β cristobalite. It is in the cubic crystal system, space group Fdm (No. 227, Pearson symbol cF104). It has the diamond structure but with linked tetrahedra of silicon and oxygen where the carbon atoms are in diamond. A chiral tetragonal form called α cristobalite (space group either P41212, No. 92, or P43212, No. 96, at random) occurs on cooling below about 250 °C at ambient pressure and is related to the cubic form by static tilting of the silica tetrahedra in the framework. This transition is variously called the low high or transition. It may be termed "displacive"; i. e., it is not generally possible to prevent the cubic β form from becoming tetragonal by rapid cooling. Under rare circumstances the cubic form may be preserved if the crystal grain is pinned in a matrix that does not allow for the considerable spontaneous strain that is involved in the transition, which causes a change in shape of the crystal. This transition is highly discontinuous. Going from the α form to the β form causes an increase in volume of 3 or 4 percent. The exact transition temperature depends on the crystallinity of the cristobalite sample, which itself depends on factors such as how long it has been annealed at a particular temperature. The cubic β phase consists of dynamically disordered silica tetrahedra. The tetrahedra remain fairly regular and are displaced from their ideal static orientations due to the action of a class of low frequency phonons called rigid unit modes. It is the "freezing" of one of these rigid unit modes that is the soft mode for the α–β transition. In β cristobalite, there are right handed and left handed helices of tetrahedra (or of silicon atoms) parallel to all three axes. In the α–β phase transition, however, only the right handed or the left handed helix in one direction is preserved (the other becoming a two fold screw axis), so only one of the three degenerate cubic crystallographic axes retains a fourfold rotational axis (actually a screw axis) in the tetragonal form. (That axis becomes the "c" axis, and the new "a" axes are rotated 45° compared to the other two old axes. The new "a" lattice parameter is shorter by approximately the square root of 2, so the α unit cell contains only 4 silicon atoms rather than 8.) The choice of axis is arbitrary, so that various twins can form within the same grain. These different twin orientations coupled with the discontinuous nature of the transition (volume and slight shape change) can cause considerable mechanical damage to materials in which cristobalite is present and that pass repeatedly through the transition temperature, such as refractory bricks.
Пайда болуы
Кристобалит қышқылды жанартау жыныстарында және АҚШ-тың Калифорния штатының Монтерей формациясында, сондай-ақ оған ұқсас аймақтарда түрлендірілген диатомит шөгінділерінде ақ октаэдрлер немесе сфералиттер түрінде кездеседі. Қымбат опал құрайтын микрометрлік өлшемдегі шарлар кристобалитке ұқсас рентгендік сәулелердің дифракциялық суреттерін көрсетеді, бірақ ұзақ қашықтықтағы реттілік болмағандықтан, олар нағыз кристобалит деп есептелмейді. Бұған қоса, опалдағы құрылымдық судың болуы опалдың кристобалиттен тұратынына күмән келтіреді. Кристобалит – қар ұсатығы обсидианның ақ кірікпелері ретінде көрінетін вулкандық шыны.
Cristobalite occurs as white octahedra or spherulites in acidic volcanic rocks and in converted diatomaceous deposits in the Monterey Formation of the US state of California and similar areas. The micrometre scale spheres that make up precious opal exhibit some X ray diffraction patterns that are similar to that of cristobalite, but lack any long range order so they are not considered true cristobalite. In addition, the presence of structural water in opal makes it doubtful that opal consists of cristobalite. Cristobalite is visible as the white inclusions in snowflake obsidian, a volcanic glass.