Незвичні ефекти стискування кристалічної ґратки внаслідок висушування гідратованого подрібненого кварцу

Abstract

Показано, що дифрактограми пентаплету кварцу (область d = 136 ÷138 пм) можуть бути використані у дослідженні процесів дегідратації та регідратації тонкозернистого мінералу. У ході ступінчастого висушування гідратованого кварцу до РН₂О ~ 6,7 Па виявлено ефект самочинного стискування його кристалічної ґратки в полосі пентаплету за кімнатної температури на ~0,2 %. У присутності парів NH₃ зміщення рефлексів пентаплету (за рахунок стискування структури) досягає 0,4 %, а для піків з більшими міжплощинними відстанями — навіть 0,9 %. Самочинне стискування реалізується важко (вимагає вищої чистоти поверхні кристаликів), але відзначається високою стабільністю ефекту навіть за значення вологості 75 %. Стимульоване аміаком стискування залежить від концентрації NH₃ у газовій фазі й є нестійким уже за РН₂О ~ 1,33 · 10² Па. Запропоновано механізми обох видів стискування, що передбачають утворення стискувальних поверхневих сіток з використанням водневих зв’язків O…H і N…H між сусідніми силанольними групами ≡ Si–ОН.

Показано, что дифрактограммы пентаплета кварца (область d = 136 ÷ 138 пм) могут быть использованы для исследования процессов дегидратации и регидратации тонкозернистого минерала. При ступенчатом высушивании гидратированного кварца до РН₂О ~ 6,7 Па обнаружен эффект самопроизвольного сжатия его кристаллической решетки в полосе пентаплета при комнатной температуре на ~0,2 %. В присутствии паров NH₃ смещение рефлексов пентаплета (за счет сжатия структуры) может достигнуть 0,4 %, а для пиков с большими межплоскостными расстояниями — даже 0,9. Самовольное сжатие реализуется с трудом (требует высшей чистоты поверхности кристалликов), но отличается высокой стабильностью эффекта даже при 75 %-й влажности. Стимулированное аммиаком сжатие зависит от концентрации NH₃ в газовой фазе и становится неустойчивым уже при РН₂О ~ 1,33 × × 10² Па. Предложены механизмы обоих видов сжатия, предусматривающих образование стягивающих поверхностных сеток с использованием водородных связей O…H и N…H между соседними силанольными группами ≡ Si–ОН.

It is shown that diffractograms of quartz pentaplate (field d = 136 ÷138 pm) can be used for studying processes of dehydration and rehydration of fine-grained mineral. With a stage drying of hydrated quartz up to РН₂О ~ 6.7 Pa it was possible to detect the effect of spontaneous compression of its crystalline lattice at a room temperature by ~0.2 %. In the presence of NH₃-vapours the displacement of pentaplate reflexes (at the expense of structural compression) reaches 0.4 %, and for peaks with great interplanar distances — even 0.9 %. Spontaneous compression is realized with difficulty (it requires higher purity of crystal surfaces), but it differs by a high stability of the effects even when humidity is 75 %. Ammonia-stimulated compression depends upon the NH₃-concentration in the gaseous phase and is unstable already with РН₂О ~ 1.33 · 10² Pa. We have proposed the mechanisms of both kinds of compression which foresee the formation of joining surface lattices with the use of hydrogen links O…H and N…H between neighboring groups ≡ Si–ОН.