Кристалл кварца, структура

Кварц прозрачен для ультрафиолетовых лучей. Особенностью оптических свойств кварца является способность вращать плоскость поляризации поляризованного луча, проходящего через кристалл параллельно его оптической оси. Благодаря этому кристаллы кварца применяют в таких оптических приборах, как сахариметры, поляризационные аппараты и т. д. В зависимости от направления закручивания спиралей в структуре кристаллов различают левый и правый кварцы (вращают плоскость поляризации соответственно влево и вправо). [c.27]

Энантиоморфизм проявляется в некоторых физических свойствах кристаллов, например, в возникновении оптической активности. Кристаллы правого и левого кварца различаются знаком направления вращения плоскости поляризации. При плавлении или растворении, т. е. при разрушении кристаллической структуры, оптическая активность кварца исчезает, тогда как при растворении молекулярных энантиоморфных кристаллов оптическая активность в растворах сохраняется. Смеси одинакового количества правых и левых молекул, называемые рацематами, не проявляют оптической активности. То же относится к кристаллам, в структурах которых имеется одинаковое число правых и левых винтовых осей (алмаз). [c.45]

Такое тепловое движение приводит к диффузии в твердых телах, хотя коэффициенты диффузии и скорости диффузии, определяющиеся подвижностью или текучестью, гораздо меньше в твердых телах, чем в газах и жидкостях. Соответственно периоды релаксации в твердых телах, т. е. величины вязкости в них, неизмеримо выше, чем в жидкостях той же плотности и того же состава, до тех пор, пока не разрушена структура — кристаллическая решетка. Действительно, известно, что огромные кристаллы, например природные кристаллы кварца, размером в несколько метров, не испытывают заметных остаточных деформаций под действием собственного веса на протяжения геологических периодов, значительно меньших периода их релаксации. [c.175]

Кремний проявляет большую склонность к образованию гетероцепных неорганических полимеров, характеризующихся пространственной (сетчатой) структурой. В качестве примера на рисунке Х-5, а представлена структура кристалла кварца ЗЮз- Аналогичную структуру имеют силикатные стекла, например кварцевое стекло (рис. Х-5, б). [c.262]

Рис, 37. Сравнение структуры кварцевого стекла (а) со структурой кристалла кварца (б) [c.115]

Эти устойчивые группировки присутствуют в структурах различных силикатов и во всех полиморфных модификациях SiO а. Большие прозрачные, бесцветные кристаллы кварца (гексагональной системы) встречаются в природе в виде горного хрусталя (окрашенные в фиолетовый цвет кристаллы называют аметистом). [c.293]

Еще одним примером ковалентного кристалла, который также можно отнести к гигантским молекулам, является кварц 8102. кристалле кварца каждый атом кремния ковалентно связан с четырьмя окружающими его атомами кислорода. Каждый из этих атомов кислорода в свою очередь связан с атомами кремния, и таким образом через весь кристалл простирается непрерывный каркас связей 81—О—81. Подробное расположение атомов существует в многочисленных силикатных минералах, в которых структурные группы 8104 соединяются друг с другом, образуя одномерные цепи, двумерные слои или трехмерный каркас, В глинах, слюдах и других минералах плоские слои, состоящие из групп 8104 , ковалентно связаны с чередующимися с ними плоскими слоями гидроксида алюминия А12(0Н)(5, образуя структуры, подобные слоеному пирогу. Кристалл полевого шпата содержит трехмерный каркас чередующихся групп оксида алюминия и оксида кремния, ковалентно связанных в одну гигантскую молекулу (см. гл. 21). [c.179]

Задолго до появления рентгеноструктурного анализа и расшифровки структуры кварца при кристаллографических описаниях кристаллов этого минерала были приняты следующие соглашения. Один из основных ромбоэдров, а именно тот, который был сильнее развит на кристаллах, назван большим (или положительным) и ему приписан символ 1011 — R( соответствующей перестановкой индексов по ромбоэдрическому закону). Соответственно другой ромбоэдр назван малым (отрицательным) — 01 И — г. Для описания и кристаллографических расчетов кристаллов кварца применялись две системы координат морфологически правые кристаллы описывались в правой, а левые — в левой системе координат. Положительные концы полярных осей х (хз) выбирались в направлении на то ребро гексагональной призмы, которое не притуплялось гемиэдрическими гранями дипирамиды (и три-гонального трапецоэдра). Отрицательные концы осей х в этом случае переходили через противолежащие ребра гексагональной призмы, притуплявшиеся гемиэдрическими гранями. При такой установке кристалла кварца грани большого и малого ромбоэдров получали указанные выше символы. [c.83]

В данном разделе будет рассмотрена взаимосвязь между различными физическими свойствами синтетических кристаллов кварца и условиями роста. Определенные различия в условиях роста кварца в природе и при искусственном выращивании в различных средах накладывают отпечаток и на структурно-чувствитель-ные физические характеристики кварца как кристаллического материала. Успехи в области получения совершенных кристаллов, ставшие возможными на базе знания реальной структуры кварца в связи с условиями роста, определили широкое применение синтетических кристаллов, практически полностью заменивших природные как в радиоэлектронике, так и в оптическом приборостроении и в качестве сырья для ювелирной промышленности. [c.130]

Эта ситуация реализуется в кристаллах кварца, получаемых в щелочных средах, поскольку для этих кристаллов преобладающим типом электрически активных точечных дефектов являются примесные щелочные ионы, входящие в структуру кварца при гетеровалентном изоморфизме. [c.131]

Многочисленными исследованиями были доказаны миграция щелочных ионов в кварце в направлении приложенного постоянного электрического поля и их релаксация в переменном электрическом поле при температурах термической активации этих ионов. Понятно, что подвижность щелочных ионов при миграции существенно зависит от степени разупорядоченности кристаллической структуры, в том числе за счет коллоидно-дисперсных включений неструктурной примеси (н. п.), концентрация которой зависит от условий роста и определяет основные технические характеристики изделий из пьезокварца. Поэтому изучение процессов электропереноса в кристаллах кварца, в частности, температурно-частотных зависимостей электрических характеристик, является одним из эффективных методов исследования этих кристаллов [6]. [c.131]

Некоторые драгоценные камни не являются монокристаллами, среди них наибольшую ценность представляет опал, характеристики которого приведены в гл. 6. В поликристаллических материалах внутренние границы между слагающими их очень мелкими кристаллитами рассеивают свет таким образом, что вещество становится полупрозрачным или даже непрозрачным. Вот почему прозрачный кристалл кварца, раздробленный молотком на мельчайшие кусочки, превращается в довольно тусклый белый порошок. В качестве еще одного примера можно привести мел, представляющий собой непрозрачную форму карбоната кальция. Он совершенно прозрачен, если образует монокристаллы, которые геологи называют кальцитом. Стекло также прозрачно и широко используется для изготовления недорогих украшений. Стекла отличаются от монокристаллов тем, что в них отсутствует правильное расположение атомов и наш атомный микроскоп обнаружил бы довольно хаотическую структуру, без выдержанной упорядоченности, свойственной кристаллическим материалам. Отсутствие упорядоченного строения неизбежно приводит к тому, что стекла лишены внутреннего отражения, присущего кристаллическим драгоценным камням, и потому их нельзя сравнивать с монокристаллами. [c.14]

Метод ЭПР-спектроскопии был впервые применен для исследования облученного природного кварца Дж. Гриффитсом, Дж. Оуэном и Дж. Бардом в 1954 г. Они идентифицировали центры, получившие впоследствии название А1-центров дымчатой окраски и присутствующие во всех синтетических кристаллах кварца, содержащих структурную примесь алюминия. Наблюдаемый (при 7<]50 К) спектр ЭПР состоит из шести групп по шесть линий в каждой (магнитная кратность (/ а=6). Появление сверхтонкой шестикомпонентной структуры (СТС) обязано взаимодействию неспаренного спина с магнитным моментом ядра алюминия (спин ядра / = 5/2). На основе экспериментальных данных О Брайен в 1955 г. рассмотрела модель такого парамагнитного центра и провела расчет схемы его электронных уровней в рамках приближения молекулярных орбиталей — линейных комбинаций атомных орбит (МО ЛКАО). По этой модели центр представляет собой дырку , локализованную на кислородах дефектного тетраэдра, в котором ион кремния замещен ионом алюминия, а недостающий заряд компенсируется щелочным ионом (Na+Li+) или протоном (Н+), располагающимся в структурном канале вблизи такого тетраэдра. [c.53]

Рис. 59. Структура кристаллов кварца. [c.156]

Кристаллиты не являются просто очень маленькими кристаллами во внутренней части они обладают сравнительно нормальной кристаллической решеткой, обычно отвечающей структуре данного вещества в кристаллическом состоянии (например, тетраэдров ЗЮа в кварцевом стекле и в кристаллах кварца), но по мере приближения к периферии их кристаллическая структура все более и более нарушается и прослойки между кристаллитами обладают уже аморфным строением. [c.156]

При пользовании только шлифованными кристаллами наблюдение тонкой структуры рентгеновских рефлексов затруднительно. Восстановление четкости рентгеновских рефлексов наступает после тщательной полировки шлифованных кристаллов. Это наблюдается также и на кристаллах каменной соли и находится в полном согласии с многочисленными электронографическими наблюдениями и результатами рентгенографических исследований, в которых наблюдались сходные явления на кристаллах кварца и топаза. Авторы этих исследований объясняли наблюдавшиеся ими явления частичной рекристаллизацией поверхностных слоев полированного слоя вещества на поверхности материнского кристалла. [c.50]

Эти процессы приводят к образованию рацемических смесей. Однако считается, что при спонтанной кристаллизации происходило разделение смесн. Наиболее вероятно, что разделение проходило случайным образом. Видимо, определяющую роль в разделении оптически активных соединений путем селективного комплексоебразования одного определенного стереоизомера играли минералы, как, например, природные асимметричные кристаллы кварца, и ионы металлов. В конце К01Щ0В, стереоселективная полимеризация олефинов на поверхности металлов (катализаторы Циглера — Натта) представляет собой хорощо изученный промышленный процесс для получения изотактических полимеров. Известно также, что связывание ионов металлов весьма важно для многих биохимических превращений. Такое связывание существенно для поддержания нативной структуры нуклеиновых кислот и многих белков и ферментов. Процесс отбора оптических изомеров мог происходить вследствие других физических явлений, например взаимодействие с радиоактивными элементами, радиация или космические лучи. Недавно проведенные эксперименты с стронцием-90 показывают, что D-ти-роэин быстрее разрушается, чем природный L-изомер. Весьма заманчиво привлечь эти факторы для объяснения происхождения диссимметричности в процессах жизнедеятельности. [c.186]

Правые и левые формы часто встречаются в живой и неживой природе, например, правые и левые кристаллы винной кислоты (рис. П.4, а), правые и левые кристаллы а-кварца (рис. И.4, б). Возникновение правых и левых форм кристаллов называется энантиоморфизм ом. Можно указать две причины энантиоморфиз-ма кристаллов а) существование правых и левых форм молекул, как это имеет место в молекулярных кристаллах винной кислоты, образованных либо правыми, либо левыми молекулами б) способ расположепия в пространстве структурных элементов кристалла. Так, структура а-кварца образована тетраэдрами соединен- [c.43]

Уже в 1669 г. датский кристаллограф Н. Стено провел детальное изучение идеальных и искаженных кристаллов кварца (рис. 9-4). Он начертил ик на бумаге и нашел, что соответствующие углы между различными гранями были всегда одинаковы независимо от их действительных размеров и формы. Поэтому все кристаллы кварца, как бы ни были они искажены по сравнению с идеальной формой, могут быть получены в результате одного и того же основного способа роста и, таким образом, соответствовать одной и той же внутренней структуре. [c.406]

Среди кристаллов с атомной решеткой особое место занимают силикаты и алюмосиликаты ввиду их широкого распространения в природе. Основными звеньями этой решетки являются атомы кремния или алюминия с КЧ = 4, связанные друг с другом через кислородные мостики. Число сочетаний из этих фрагментов очень велико. Они могут образовывать пространственные сшитые структуры с низким отношением 81 О = 1 2иА1 0 = 2 Зис полным использованием кислородных мостиков во всем объеме кристаллов (кварц, корунд). Возможны также слоистые структуры, в которых часть кислородных атомов выходит на поверхность, изменяя отношение 81 О и А1 О до 1 3 (слюда, гиббсит). Наконец, могут образовываться линейные волокнистые структуры с отношением 81 О и А1 О = = 1 4, состоящие из тетраэдрических фрагментов 8104 и АЮ4, легко замещающих друг друга в кристаллах (асбест). Необходимые для стехиометрии катионы обычно размещаются между этими фрагментами в полостях довольно ажурных решеток. Подавляющее большинство природных алюмосиликатных минералов представляет собой решетки подобного типа. [c.291]

В настоящее время основная масса синтетических кристаллов пьезокварца, производимых в нашей стране и за рубежом, содержит ростовые дислокации. Тем не менее эти кристаллы находят широкое применение в радиоэлектронике, практически вытеснив природное кристаллосырье из этой области техники. Необходимо отметить, что и в природных кристаллах кварца образуются ростовые (а иногда и деформационные) дислокации, которые в случае декорирования их примесями выявляются визуально и получили у геологов название дефекта голубых лучей . Исследования реальной структуры синтетического и природного кристаллического кварца методами термодекорирования, избирательного травления и рентгеновской типографии, выполненные на образ-4 51 [c.51]

После того, как была определена структура кварца, появилась необходимость согласования морфологической и структурной установок. В результате всестороннего анализа структурных данных в последнее время была предложена следующая корреляция между структурными и морфологическими данными. Морфологические левые (правые) кристаллы кварца кристаллизуются в пространственной группе р3121 (р3221). Структурные спирали в таких кристаллах закручены по правому (левому) винту. Эти кристаллы вращают плоскость поляризации света вдоль оси 2 в соответствии с направлением вращения структурных спиралей, т. е. также по часовой стрелке (против часовой стрелки), если [c.83]

Структура и оптическая активность. Известно, что кристаллы кварца вследствие спирального строения являются оптически активными. Как уже отмечалось, вращение плоскости поляризации вдоль оси 2 находится в соответствии с направлением закручивания структурных спиралей из атомов кислорода или кремния, проходящих вокруг винтовых осей третьего порядка. Известно также, что один и тот же кристалл кварца обладает способностью вращать плоскость поляризации света в разных направлениях (это так называемая антисимметрия тензора гирации). Так, кристалл, вращающий плоскость поляризации света вдоль оси 2 по правой спирали, в перпендикулярном направлении вращает плоскость поляризации по левому винту, а в промежуточном направлении становится вообще оптически неактивным. Однако до сих пор не обращали внимания на то, что этот эффект в кварце имеет простое объяснение с точки зрения структурных позиций. Дей- [c.88]

Дислокационная структура и процессы роста. Собирание ростовых дислокаций в жгуты и стенки по мере развития акцессорного рельефа — весьма характерный процесс для пинакои-дальных кристаллов кварца. Как уже отмечалось, дислокации не являются причиной формирования ячеистого рельефа. Такой рельеф образуется и на полностью бездислокационных кристаллах как форма проявления неустойчивостей при нормальном механизме отложения вещества. Характерная особенность рельефа типа булыжная мостовая — наличие нескольких порядков ячеистости. Это наблюдалось во всех без исключения исследованных кристаллах с таким видом рельефа. На толстых кристаллах наблюдается до трех порядков ячеистости, причем самые мелкие ячейки имеют размер 0,5—1,5 мм. Можно предполагать, что именно этот размер и будет характерным. Существование более крупных (более ранних по времени образования) ячеек связано с тем, что границы между ними, очевидно, закреплены скопляющейся там примесью. [c.94]

Эти данные показывают, что воздействие ионизирующей радиации приводит к радиационно-стимулированной диффузии примесных щелочных ионов в кристаллах кварца. Такая миграция обусловлена тем, что щелочные ионы-компенсаторы расположены вблизи [Л104 +]-комплексов, теряющих при облучении электроны. В результате в местах локализации таких комплексов образуются области положительного заряда и электронные центры в других местах решетки. Поскольку кулоновские силы с расстоянием убывают очень медленно, то потеря заряда в какой-либо точке кристаллической решетки вызывает миграцию подвижных ионов — носителей заряда. Этому в значительной степени способствует открытый характер структуры кварца, содержащей структурные пустоты, соединенные каналами диаметром до 0,2 нм. Что же касается протонов, то, поскольку энергия Их связи с кислородами дефектных (алюминиевых) тетраэдров много больше, чем для щелочных ионов, радиационно-стимулированная диффузия протонов в кварце практически отсутствует. В этом случае при облучении происходит рекомбинация непрерывно генерируемых стационарных дырок с выбитыми электронами, а центры дымчатой окраски на алюминиево-водородных дефектах не образуются. Именно этим, как выше отмечалось, объясняется образование не окрашивающегося облучением кварца при термохимической обработке или электролизе на воздухе, когда алюмощелочные центры преобразуются в алюмоводородные. [c.149]

Ранее было показано, что использование бездислокационных затравочных пластин и специальных технологических приемов выращивания обеспечивает получение крупных практически бездислокационных пирамид <с>. При этом было замечено, что рельеф типа булыжная мостовая возникает обычно на с-грани бездислокационных кристаллов, в то время как базисная поверхность кристаллов с дислокациями покрывается акцессориями с точечными вершинами. Тот факт, что скорость роста поверхности базиса бездислокационных кристаллов по порядку величины равна скорости роста этой поверхности для кристаллов, содержащих дислокации, свидетельствует об ином, недислокационном механизме нарастания пинакоида. Можно присоединиться к мнению К- Джексона [27], который полагает, что на пинакоидальной поверхности кварца имеет место нормальное отложение вещества (с образованием характерного для неустойчивого фронта роста ячеистого рельефа), типичное для шероховатых граней. Подтверждение упомянутой точки зрения найдено при анализе морфологических деталей поверхности пинакоида бездислокационных кристаллов кварца. Для таких кристаллов характерно несколько порядков ячеистой структуры поверхность каждой ячейки сложена более мелкими ячейками, на которых, в свою очередь, иногда удается рассмотреть еще более мелкую ячеистую структуру (рис. 51). Очевидно, именно так должны проявляться неустойчивости, возникающие на протяжении всего времени роста кристалла. [c.158]

Рис. 7.5 иллюстрирует характер распространения пламени в открытой трубе. Опыты проводили в стеклянной трубке внутренним диаметром 3 см и длиной 25 см, см сь поджигали искрой от открытого конца трубки, противоположный конец трубки был эа (фыт кристаллом кварца. При изучении структуры фронта пламени методом шлирен-( ютографии использовали камеру сгорания квадратного сечения с внутренним размером 3 X 3 см и длиной 25 см две боковые грани камеры имели смотровые окна. Влияние ультразвуковой волны на распространение пламени отчетливо видно на рис. 7.5. Результаты эксперимента неоспоримо свидетельствуют об ускоряющем действии ультразвука на распространение пламени. При распространении горения в смеси 5% (об.) ацетилена с воздухом в отсутствие ультразвуковой волны фронт пламени плоский, под действием ультразвука пламя заметно тур-булизуется. Однако наблюдаемая турбулентность имеет довольно большой масштаб и, по-видимому, не является прямым следствием ультразвуковой волны, которая должна генерировать мелкомасштабную турбулентность с размером вихрей порядка 1 мм. Повысив содержание ацетилена в смеси, можно увеличить скорость горения до такой же величины, как и при воздействии ультразвуком на смесь 5% (об.) ацетилена с воздухом. Однако в этом случае фронт пламени уже не будет плоским. Хорошо известно, что если скорость распространения пламени повышается до некоторого уровня, то пламя само становится турбулентным. По- [c.147]

Для исследования примесей в кристаллической решетке гидротермального ос-кварца Уолрейфен и Луонджо [261] провели измерения КР-спектров и ИК-спектров поглощения в поляризованном свете для полос поглощения групп ОН и НаО. Было показано, что структуры с водородными связями типа О—Н- О—Н (т. е. гидратированные гидроксильные ионы) лежат в плоскости, перпендикулярной к оптической оси кристалла кварца. Агрегаты молекул воды, связанных водородными связями, ориентированы статистически и могут образовать обычную структуру гидратированного иона "ОН. [c.413]

Из рассмотрения кристаллографических сечений различных кристаллических модификаций кремнезема [1, 2] следует, что при прочих равных условиях различие в упаковке кремнийкислородных тетраэдров должно существенно сказаться на степени гидратации поверхности. При механическом дроблении кристаллического кварца структура его поверхности может быть значительно искажена. В литературе имеются указания о наличии на поверхности кварца тонкого слоя аморфного кремнезема [3]. В связи с этим картина расположения свободных углов кремнийкислородных тетраэдров на поверхности раскола реального кристалла может существенно отличаться от полученной из кристаллографических данных. Тетраэдры могут быть связаны с объемной структурой не только тремя углами, но, возможно, также четырьмя, двумя и даже одним. В случае силикагелей различие в упаковке и ориентации тетраэдров 5104 на поверхности может быть вызвано условиями их Приготовления и дальнейшей обработки. При длительном контакте образца с водой все выступающие на поверхности углы кремнийкислородных тетраэдров заняты гидроксилами, т. е. поверхность в этом смысле будет полностью гидратирована. Однако число таких углов, а следовательно, степень гидратации единицы поверхности различных образцов кремнезема может быть различной. Для проверки этих положГений. мы [4—8 провели систематические исследования адсорбционных и энергетических свойств, а также степени гидратации единицы поверхности кремнезема. В этих работах использовались различные образцы силикагеля, непористый кремнезем, полученный сжиганием кремнийорганических соединений (БС-1), и кристаллический а-кварц , их основные адсорбционные характеристики приведены в табл. 1. [c.107]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология