Форстерит - Forsterite
| Форстерит | |
|---|---|
| |
| Общий | |
| Категория | Несосиликаты |
|
Формула (повторяющаяся единица) |
Силикат магния ( Mg 2 Si O 4 ) |
| Классификация Струнца | 9.AC.05 |
| Кристаллическая система | Орторомбический |
| Кристалл класс | Дипирамидальный (ммм) символ HM : (2 / м 2 / м 2 / м) |
| Космическая группа | Pbnm |
| Ячейка | a = 4,7540 Å , b = 10,1971 Å , c = 5,9806 Å; Z = 4 |
| Идентификация | |
| Формула массы | 140,691 г · моль -1 |
| Цвет | Бесцветный, зеленый, желтый, желто-зеленый, белый |
| Хрустальная привычка | Дипирамидные призмы часто имеют табличную, обычно зернистую или компактную форму. |
| Twinning | На {100}, {011} и {012} |
| Расщепление | Идеально на {010} несовершенном на {100} |
| Перелом | Конхоидальный |
| Твердость по шкале Мооса | 7 |
| Блеск | Стекловидное тело |
| Полоса | белый |
| Прозрачность | От прозрачного до полупрозрачного |
| Удельный вес | 3,21–3,33 |
| Оптические свойства | Биаксиальный (+) |
| Показатель преломления | n α = 1,636 - 1,730 n β = 1,650 - 1,739 n γ = 1,669 - 1,772 |
| Двулучепреломление | δ = 0,033 - 0,042 |
| Угол 2V | 82 ° |
| Температура плавления | 1890 ° С |
| использованная литература | |
Форстерит (Mg 2 SiO 4 ; обычно сокращенно Fo ; также известный как белый оливин) является богатым магнием конечным членом ряда твердых растворов оливина . Он изоморфен богатому железом концевому члену, фаялиту . Форстерита кристаллизуется в ромбической системе ( пространственная группа Pbnm ) с параметрами ячейки 4,75 Å (0,475 нм ), б 10,20 Å (1,020 нм) и с 5,98 Å (0,598 нм).
Форстерит связан с магматическими и метаморфическими породами, а также обнаружен в метеоритах . В 2005 году он был также обнаружен в кометной пыли, возвращенной зондом Stardust . В 2011 году его наблюдали в виде крошечных кристаллов в пылевых облаках газа вокруг формирующейся звезды.
Известны два полиморфа форстерита: вадслеит (также ромбический ) и рингвудит ( изометрическая , кубическая кристаллическая система ). Оба в основном известны по метеоритам.
Перидот - это разновидность драгоценных камней оливина форстерита.
Состав
Чистый форстерит состоит из магния, кислорода и кремния. Химическая формула: Mg 2 SiO 4 . Форстерит, фаялит (Fe 2 SiO 4 ) и тефроит (Mn 2 SiO 4 ) являются конечными членами ряда твердых растворов оливина; другие элементы, такие как Ni и Ca, заменяют Fe и Mg в оливине, но только в незначительных количествах в естественных проявлениях. Другие минералы, такие как монтичеллит (CaMgSiO 4 ), необычный богатый кальцием минерал, имеют структуру оливина, но твердый раствор между оливином и этими другими минералами ограничен. Монтичеллит встречается в контактно метаморфизованных доломитах .
Геологическое происхождение
Богатый форстеритом оливин - самый распространенный минерал в мантии на глубине около 400 км (250 миль); пироксены также являются важными минералами в этой верхней части мантии. Хотя чистый форстерит не встречается в магматических породах , дунит часто содержит оливин с содержанием форстерита, по крайней мере, таким же богатым магнием, как Fo 92 (92% форстерита - 8% фаялита); Обычный перидотит содержит оливин, как правило, не менее богатый магнием, чем Fo 88 . Из-за высокой температуры плавления кристаллы оливина являются первыми минералами, выпадающими в осадок из магматического расплава в процессе кумуляции , часто с ортопироксенами . Богатый форстеритом оливин является обычным продуктом кристаллизации мантийной магмы . Оливин в основных и ультраосновных породах обычно богат минальным членом форстерита.
Форстерит также встречается в доломитовом мраморе, который является результатом метаморфизма известняков и доломитов с высоким содержанием магния . Почти чистый форстерит встречается в некоторых метаморфизованных серпентинитах . Гораздо реже встречается оливин, богатый фаялитом. Почти чистый фаялит является второстепенным компонентом в некотором граните -like пород, и это является основным компонентом некоторых метаморфических железистых образований .
Структура, образование и физические свойства
Форстерит в основном состоит из аниона SiO 4 4– и катиона Mg 2+ в молярном соотношении 1: 2. Кремний является центральным атомом аниона SiO 4 4– . Каждый атом кислорода связан с кремнием одной ковалентной связью. Четыре атома кислорода имеют частичный отрицательный заряд из-за ковалентной связи с кремнием. Следовательно, атомы кислорода должны находиться далеко друг от друга, чтобы уменьшить силу отталкивания между ними. Лучшая геометрия для уменьшения отталкивания - это четырехгранная форма. Катионы занимают две разные октаэдрические позиции, которые являются M1 и M2, и образуют ионные связи с силикатными анионами. M1 и M2 немного отличаются. Сайт M2 больше и более правильный, чем M1, как показано на рис. 1. Упаковка в структуре форстерита плотная. Пространственная группа этой структуры - Pbnm, а точечная группа - 2 / м 2 / м 2 / м, которая представляет собой ромбическую кристаллическую структуру.
Эта структура форстерита может образовывать полный твердый раствор , заменяя магний железом. Железо может образовывать два разных катиона: Fe 2+ и Fe 3+ . Ион железа (II) имеет такой же заряд, что и ион магния, и его ионный радиус очень похож на ионный радиус магния. Следовательно, Fe 2+ может замещать ион магния в структуре оливина.
Одним из важных факторов, которые могут увеличить долю форстерита в твердом растворе оливина, является отношение ионов железа (II) к ионам железа (III) в магме. Когда ионы железа (II) окисляются и становятся ионами железа (III), ионы железа (III) не могут образовывать оливин из-за своего заряда 3+. Появление форстерита в результате окисления железа наблюдалось в вулкане Стромболи в Италии. Когда вулкан раскололся, газы и летучие вещества вышли из магматического очага. Температура кристаллизации магмы увеличивалась по мере выхода газов. Поскольку ионы железа (II) окислялись в магме Стромболи, мало железа (II) было доступно для образования богатого железом оливина ( фаялита ). Следовательно, кристаллизующийся оливин был богат магнием, и образовались магматические породы, богатые форстеритом.
При высоком давлении форстерит претерпевает фазовый переход в вадслеит; в условиях, преобладающих в верхней мантии Земли , это преобразование произойдет при давлении ок. 14–15 ГПа. В экспериментах при высоком давлении превращение может быть отложено, так что форстерит может оставаться метастабильным при давлениях почти до 50 ГПа (см. Рис.).
Прогрессирующий метаморфизм между доломитом и кварцем реагирует с образованием форстерита, кальцита и углекислого газа :
Форстерит реагирует с кварцем с образованием минерального энстатита ортопироксена в следующей реакции:
Открытие и имя
Форстерит был впервые описан в 1824 году для обнаружения на горе Сомма , Везувий , Италия . Он был назван Арманом Леви в 1824 году в честь английского натуралиста и коллекционера минералов Адолариуса Якоба Форстера .
Приложения
Форстерит в настоящее время изучается как потенциальный биоматериал для имплантатов благодаря его превосходным механическим свойствам.