Кіріспе
Цельсиялық – сирек кездесетін фельдспар минералы, барий алюминосиликаты, BaAl2Si2O8. Минерал барийге бай контактты метаморфтық жыныстарда кездеседі. Оның кристалдық жүйесі моноклинды, ал түсі ақ, сары немесе мөлдір болып келеді. Таза түрінде ол мөлдір. Синтетикалық барий алюминосиликаты тіс толтыруларда және басқа да қолдануларда керамика ретінде пайдаланылады. Минерал Андерс Цельсийдің (1701–1744) құрметіне аталған.
Құрамы
Цельсиялық – химиялық құрамы BaAl₂Si₂O₈ болатын барийлі фельдшпат. Ол фельдшпаттар тобының бір бөлігін құрайды және цельсия-гиалофан қатарына және цельсия-ортоклаз қатарына жатады. Ол анортитке ұқсас және төрт түрлі полиморфқа ие. Көрінетін негізгі элементтер – кремний, алюминий, оттегі және барий. Минералдағы жиі кездесетін қоспалар – темір, титан, магний, калий және кальций. Цельсиялық бөлме температурасынан бастап 1590 °C-қа дейін тұрақты (Лин және Фостер, 1968). Ең көп таралған іздік элементтер – калий және кальций. Цельсияның шамамен химиялық құрамының талдауында келесідей салмақтық пайыз (%) табылды:
• SiO₂—35,1
• Al₂O₃ 26,8
• BaO 35,8
• K₂O 2,3
Барлығы: 100,0 (Newham және Megaw, 1960).
• SiO2—35.1
• Al2O3 26.8
• BaO 35.8
• K2O 2.3
Total:100.0 (Newham and Megaw, 1960).
Геологиялық құбылысы
Селсиан кездесуі шектеулі. Барийлі дала шпаттарының көпшілігі экзогальдық гидротермалық процестермен және төменгі және орташа дәрежелі метаморфизммен байланысты (Моро және Кембранос және Фернандес, 2001). Ол шөгінді және меташөгінді тау жыныстарымен, марганец, ферромарганец және барит кен орындарымен де байланысты. Селсиан Уэльс, Замора (Испания), Аляска, Калифорния, Швеция және Жапония сияқты жерлерде табылады, сондай-ақ Нью-Джерсидегі Франклин кендерінде геHendricksiteмен бірге кездеседі.
Құрылымы
Цельсиандағы симметрия қалыпты фельдспаттардағы симметриядан шамалы өзгеше. Ол, анарттағыдай, денеорталық тормен моноклинді. Цельсианда симметрия центрінің жоқтығына жеткілікті дәлелдер табылмаған, сондықтан оның кеңістіктік тобы I 2/c (Ньюнем және Мегау, 1960). Бұл кеңістіктік топ ортоклаз, альбит және денеорталық анорт сияқты оның тобындағы басқаларынан – C2/m, C1bar және I1bar – ерекшеленеді. Рентгендік талдау көрсеткендей, тор параметрлерінің a, b, c осьтері мен бұрыштарының мәндері шамамен a=863 пм, b=131.0 пм, c=1400 пм және β=116°, θ=90° (Gay, 1956) тең. Бір жасушада 8 формулалық бірлік бар, ал жалпы орны сегіз еселенген, сондықтан барлық атомдар жалпы орналасқан болуы мүмкін (Ньюнем және Мегау, 1960). Бұл құрылым ортоклаз бен сандинге өте ұқсас, бірақ бірнеше ерекшеліктері бар: 1. Si және Al таралуы. 2. Барлық атомдардың координаталары. Тетраэдрлік орындардағы кремний мен алюминийдің таралуы, барий атомының сипаттамасымен байланысты, айналадағы силикат құрылымына әсер етеді (Ньюнем және Мегау, 1960). Si-Al байланыстары жартылай реттелген, ал кейбір жағдайларда алюминий кремнийдің орнын басады. Цельсиандағы реттелу өте қарапайым: әр алюминий тетраэдрі төрт кремний тетраэдрімен қоршалған, керісінше (Ньюнем және Мегау, 1960). Сонымен қатар, алюминий-кремнийден басқа да бір түрлі трансформация бар, онда кремний азы кремнийге бай желіге өтеді, бұл басқа орындарда Al және Si-ді бір уақытта алмастыруды қамтиды. Барий ионының конфигурациясы фельдспаттардағы калийдікіне ұқсас. Әр барийдің оттегіне жақын орналасқан бөлігі бар, және осы конфигурацияның арқасында ол кремний-оттегі-кремний байланысы бұрыштарына күшті әсер етеді.
1. The distribution of Si and Al. 2. The coordinates of all the atoms. The distribution of silicon and aluminium along the tetrahedral sites mixed with the nature of the barium atom makes an impact on the surrounding silicate framework (Newham and Megaw, 1960). The Si Al bonds are partially ordered, and in some cases the aluminium substitute's silicon. The order in celsian is very simple, each aluminium tetrahedron is surrounded by four silicon tetrahedra, and vice versa (Newham and Megaw, 1960). Also there is another type of transformation besides aluminium silicon, where silicon poor goes into a silicon rich network that involves having to simultaneously be a replacement of Al, and Si at other sites. The barium ion has an irregular configuration close to the one in potassium in the feldspars. Each barium has an oxygen close, and thanks to this configuration it has a strong effect on the silicon oxygen silicon bond angles.
Полиморфизм
Цельсианның төрт ерекше полиморфтары бар, олардың екеуі табиғи минералдар, ал қалған екеуі синтетикалық өнімдер. Біріншілері – парацельсиан және цельсиан, екіншілері – гексацельсиан, ал үшіншісі цимирит минералымен байланысты (Лин және Фостер, 1967). 500 °C мен 1000 °C арасындағы температура диапазонында тұрақтылықтың арту реті: парацельсиан → гексацельсиан → цельсиан. Температура 1600 °C-тан 1760 °C-қа дейін көтерілгенде, цельсиан гексацельсианның қайтымды түріне өтеді. Парацельсиан басқа екеуіне қарағанда тұрақсыз, ал цельсиан ең тұрақты.
Туининг
Барий фельдспаттары, ірі кристалдардан басқа, оптикалық жағынан біртекті кристалдарда кездеседі, онда егіздену нашар дамыған. Он сегіз кристалл формасы анықталды; олардың он бірі ортоклазға тән. Байқалған егізденуге (001) жазықтығындағы Манебах егіздері және (021) жазықтығындағы Бавено егіздері жатады. Кейбір цельсиан сынамаларында сирек кездесетін қабатты егіздену (ламелді дүйімшелер) табылды (Спенсер, 1941).
Физикалық қасиеттері
Селсиан c(001) жақсы бөлінеді, ал b(010) орташа бөлінеді, бұл оны полиморфты парацелсианнан ерекшелейді, оның [110] жағында бөлінуі нашар байқалады. Ол адулярия сияқты әртүрлі кристалдық пішіндерде кездеседі, сондай-ақ ірі, қалың кристалдар (Спенсер, 1941) және ұзын, жіңішкеден ине тәріздіге дейін болады. Әдетте түссіз және мөлдір, перленген немесе флуоресцент емес жылтырмен. Тығыздығы шамамен 3,31-3,33 г/см³. Бұл минерал құрамындағы қоспалардың салдары болуы мүмкін. Мосс шкаласы бойынша қаттылығы 6, бұл құрылымдағы байланыстардың қысқа болуына байланысты, себебі салыстырмалы түрде қысқа байланыстар мықтырақ болады.
Оптикалық қасиеттері
Басқа оптикалық қасиеттерінің ішінде 2V бұрышы шамамен 88° және максималды екі сыну көрсеткіші 0,014-ке жетеді. Ол екіосьті, теріс белгілі (Ньюхам және Мегау, 1960). Оның рельефі орташа деңгейде.
Қолданылуы
Цельсианның қолданылуы көбінесе шыны және керамика салаларында кездеседі. Мұндай қолданулар әдетте таза синтетикалық моноклинді цельсиан дайындау арқылы жүзеге асырылады. Цельсиан химиялық тұрақтылығы және жоғары механикалық кедергіге төзімділігі сияқты өте тартымды қасиеттерге ие, оларды көлемді шыныға қарағанда жақсартылған қасиеттері бар композиттер алу үшін тиімді пайдалануға болады (Cannillo, Carlier, Manfredini, Montorsi, and Siligardi 2006). Көптеген зерттеулер көрсеткендей, шыныдағы цельсиан фазаларының мөлшерін арттыру кристалданудың көбеюіне әкеледі (Khater and Idris, 2004).