Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України

ПРО ІНСТИТУТ

ПЕРІОДИЧНІ
ВИДАННЯ

ІНФОРМАЦІЙНІ
ПОВІДОМЛЕННЯ

Спектроскопічні характеристики, кристалохімія і типоморфізм мінералів групи кільцевих силікатів

РЕФЕРАТ

Звіт про НДР: 219 с., 90 рис., 30 табл., 214 джерел

Об'єкт дослідження - природні кільцеві силікати та їх штучні аналоги.

Мета роботи - вивчення особливостей ізоморфного входження іонів перехідних металів в структуру кільцевих силікатів.

Методи дослідження - оптична спектроскопія поглинання в тому числі за різних температур і тисків, фото- і рентгенолюмінесценція, Фур'є-ІЧ-спектроскопія, мікрозондовий і рентген-флуоресцентний аналізи.

Комплексом спектроскопічних методів - переважно мессбауерівською, оптичною і інфрачервоною Фур'є-спектроскопією - вивчені турмаліни, берили і кордієрити - основні мінерали групи кільцевих силікатів. Із домішкових іонів металів першого перехідного періоду в їх складі переважають Ti⁴⁺, Cr³⁺, Fe²⁺ i Fe³⁺ - іони, які складають левову частину іонів перехідних металів загалом в природних кисень-вмісних кристалах і які беруть участь в багатьох процесах мінерало- і породоутворення, зумовлюють забарвлення, впливають на тепло- і електропровідність та інші властивості мінералів, гірських порід, геологічних комплексів і цілих геологічних ландшафтів.

Вивчення оптичних спектрів турмалінів, берилів і кордієритів за різних температур і тисків показало, що смуги поглинання різної природи, зумовлені електронними переходами різного типу - dd-переходами всередині електронної d-оболонки іонів перехідних металів, переходами з переносом заряду типу метал-метал і переходами в обмінно-зв'язаних парах таких іонів - ведуть себе по різному під дією Т і Р. Це, з одного боку, дуже важливо для інтерпретації оптичних спектрів, яка в багатьох випадках ще далеко не однозначна, а з іншого - надає унікальну інформацію про електронний стан і пов'язані з цим характеристики мінералів в умовах земних глибин за високих РТ-параметрів.

Дослідження Fe- i FeTi-вмісних турмалінів показало, що іони заліза Fe²⁺ i Fe³⁺ займають переважно Y-октаедри структури. Зі збільшенням ступеню окислення, тобто вмісту Fe3+, інтенсивність ближнього інфрачервоного спіну dd-смуг Fe²⁺ (Y) в E⊥c - поляризації сильно зростає, що свідчить про те, що концентрація обмінно-зв'язаних пар Fe²⁺(Y) - Fe³⁺(Y) збільшується. Цей процес супроводжується посиланням забарвлення від світло-зеленого до блакитного, а у схорлів - до чорного. При E∥c-поляризації інтенсивність цих смуг і, відповідно, інтенсивність забарвлення зростає зі збільшенням вмісту заліза значно повільніше, що у високозалізистих турмалінах викликає сильний дихроїзм E⊥c >> E∥c. Наявність у таких кристалах домішок Ti⁴⁺ в Y-положенні структури зумовлює появу коричневих та червоно-коричневих компонентів у забарвленні, зумовлених широкими інтенсивними смугами електронного переходу з переносом заряду Fe²⁺ + Ti⁴⁺ → Fe³⁺ + Ti³⁺ з максимумом, залежно від загального складу турмаліну, між 22000 і 25000 см^-1.

Дослідження турмалінів з високим вмістом Mg, де надлишок цих іонів займає менші октаедричні Z-місця структури, свідчить про те, що на відміну від інших, в Z-октаедрах не відбувається заміщення Mg та Fe²⁺ і все залізо концентрується в Y-місце.

Темно-червоне забарвлення та сильний дихроїзм високозалізистих оксидавітів зумовлені високою концентрацією Fe³⁺ в Y-місцях структури та появою електронно-обмінної взаємодії в парах Fe³⁺(Y) - Fe³⁺(Y). Дослідження оптичних спектрів поглинання таких кристалів при різних тисках свідчить про те, що смуги поглинання в них можна інтерпретувати як спінові заборонені переходи пар Fe³⁺(Y) - Fe³⁺(Y), посилені такою взаємодією.

Детальне дослідження хромовмісних турмалінів з Танзанії свідчить про те, що Усамбара-ефект (зміна кольору від зеленого до червоного при збільшенні товщини зразка) за своєю природою близький до олександритового ефекту, але на відміну від більш пізнього, зміна кольору викликана не зміною спектрального складу освітлення, а спектральним положенням дозволених спіном смуг поглинання Cr³⁺, специфічним співвідношенням пропускання світла в двох вікнах прозорості, зеленому та червоному, і нелінійного, експоненціальною залежністю від пропускання світла на товщину зразка. Пороговий вміст хрому має бути перевищений для прояву ефекту Усамбари, тобто достатнього вмісту хрому для того, щоб існували два глибокі та чітко розмежовані вікна прозорості в видимому діапазоні. Показано, що домішка інших хромофоріонів, а саме Fe²⁺ і Fe³⁺, може пригнічувати ефект Усамбари в турмаліні.

Досліджено спектри оптичного поглинання на FTIR, хімічні особливості смарагдів із родовища Крута Балка в Західному Приазов'ї, Україна в порівнянні зі смарагдами багатьох інших родовищ світу.

Спектроскопічне дослідження базититу (тилового Sc-різновиду берилу) з родовищ Кент (Казахстан) і Тордал (Норвегія) показано, що на відміну від звичайного берилу іони Fe²⁺ і Fe³⁺ займають переважно октаедричні місця структури. Як і в берилах, блакитне забарвлення та дихроїзм (E⊥c >> E∥c) викликані електронним переходом із перенесенням заряду між Fe²⁺ і Fe³⁺. Інфрачервона спектроскопія свідчить про те, що на відміну від берилу, де в структурних каналах зазвичай присутні молекули H₂O обох типів, спектри базититу з Кента показують наявність лише H₂O типу ІІ.

Автори:

Таран Михайло Миколайович

Хоменко Володимир Михайлович

Таращан Аркадій Миколайович

Лупашко Тетяна Миколаївна

Ільченко Катерина Олександрівна

Гречановська Олена Євгенівна

Інші автори:

Ключові слова:

кільцеві силікати, спектри, ізоморфізм, перехідні метали, ОН-групи, молекули води

Керівник:

Таран Михайло Миколайович