ساختار کریستالی اولیوین چیست؟

ساختار کریستالی اولیوین شامل یک آرایش متعامد است که در آن سیلیکون{0}}چهاروجهی اکسیژن جدا شده (SiO4) توسط کاتیون های فلزی که مکان های هشت وجهی را اشغال می کنند به هم متصل می شوند. این ساختار را می‌توان به صورت یک آرایه شش ضلعی نزدیک-از اتم‌های اکسیژن، با نیمی از حفره‌های هشت‌وجهی پر شده توسط یون‌های منیزیم یا آهن و یک{3}}هشتم حفره‌های چهار وجهی که توسط سیلیکون پر شده است، تجسم کرد.

گروه الیوین در سیستم کریستالی متعامد و تحت گروه فضایی Pbnm متبلور می شود (همچنین در تنظیمات جایگزین به عنوان Pnma تعیین می شود). این تقارن اساسی مشخص می کند که چگونه اتم ها خود را در داخل شبکه کریستالی قرار می دهند و مستقیماً بر خواص فیزیکی کانی تأثیر می گذارد.

سلول واحد شامل چهار واحد فرمول (Z=4) است و سه محور نابرابر را نشان می‌دهد که در زاویه قائمه همدیگر را قطع می‌کنند. برای فورستریت (Mg2SiO4)، پارامترهای شبکه معمولی تقریباً=4.75 Å، b=10.20 Å، و c=5.98 Å هستند. در فایالیت (Fe2SiO4)، این پارامترها به دلیل شعاع یونی بزرگ‌تر آهن در مقایسه با منیزیم، کمی تا=4.82 Å، b=10.48 Å و c=6.09 Å گسترش می‌یابند.

تعیین گروه فضایی Pbnm جزئیات مهم ساختاری را نشان می دهد. این گروه فضایی شامل صفحات آینه ای و یک مرکز وارونگی است که محدودیت های تقارن خاصی را در موقعیت های اتمی ایجاد می کند. سه موقعیت اکسیژن متمایز کریستالوگرافیک (O1، O2، O3) در ساختار وجود دارد، با O1 و O2 روی سطوح آینه قرار دارند در حالی که O3 یک موقعیت کلی بدون تقارن خاص را اشغال می کند.

در قلب ساختار الیوین، چهار وجهی SiO44- جدا شده قرار دارد، جایی که یک اتم سیلیکون مرکزی به طور کووالانسی به چهار اتم اکسیژن اطراف پیوند می‌خورد. این چهار وجهی‌ها کاملاً مستقل هستند-آنها اتم‌های اکسیژن را با چهار وجهی‌های همسایه به اشتراک نمی‌گذارند و الیوین را به‌عنوان نسوزیلیکات یا ارتوسیلیکات طبقه‌بندی می‌کنند. هر پیوند Si{3}}O تقریباً 1.63-1.66 Å اندازه می‌گیرد و ویژگی کووالانسی قوی را نشان می‌دهد.

چهار وجهی ها در جهت متناوب هستند و در امتداد ردیف هایی موازی با محور c- کریستالوگرافیک به سمت بالا و پایین قرار می گیرند. این آرایش متناوب کانال هایی را در ساختار ایجاد می کند که کاتیون های فلزی می توانند در آنجا ساکن شوند. یون سیلیکون تنها یک مکان متمایز از نظر کریستالوگرافی را اشغال می کند که روی صفحه آینه قرار دارد، به این معنی که تمام اتم های سیلیکون در ساختار با عملیات تقارن به هم مرتبط هستند.

کاتیون های فلزی (معمولاً Mg2+ یا Fe2+) دو مکان هشت وجهی مجزا با برچسب M1 و M2 را اشغال می کنند. سایت M1 روی یک مرکز وارونگی قرار دارد و هشت وجهی تحریف‌شده‌تری را با شش اتم اکسیژن اطراف تشکیل می‌دهد. طول پیوندهای فلزی{4}}در M1 حدود 2.07{9}}2.13 Å برای منیزیم است. سایت M2 روی یک صفحه آینه قرار دارد و یک هشت ضلعی بزرگتر و منظم با فواصل MO ایجاد می کند که بین 2.04-2.21 Å است.

تمایز بین سایت‌های M1 و M2 پیامدهای مهمی برای نحوه توزیع کاتیون‌های مختلف در ساختار دارد. در سری محلول‌های جامد آهن{3}}منیزیم، Mg2+ و Fe2+ ترجیحات کمی نشان می‌دهند{4}}هر دو مکان‌های M1 و M2 را بدون گزینش‌پذیری قوی اشغال می‌کنند. با این حال، در الیوین‌های حاوی کلسیم مانند مونتی‌سلیت (CaMgSiO4)، یون‌های کلسیم بزرگ‌تر ترجیحاً وارد مکان‌های M2 جادارتر می‌شوند در حالی که Mg2+ موقعیت‌های M1 کوچک‌تر را ترجیح می‌دهد.

olivine crystal structure

یک راه جایگزین برای توصیف ساختار الیوین بر زیرشبکه اکسیژن تأکید دارد. آنیون های اکسیژن یک آرایه تقریباً شش ضلعی نزدیک-بسته (hcp) را تشکیل می دهند که در امتداد محور- a انباشته شده اند. این چارچوب داربستی را فراهم می کند که کاتیون های سیلیکون و فلز روی آن قرار می گیرند.

در این آرایش اکسیژن hcp، کاتیون های فلزی نیمی از حفره های هشت وجهی موجود را پر می کنند، در حالی که اتم های سیلیکون یک -هشتم حفره های چهار وجهی را اشغال می کنند. این اشغال سایت انتخابی استوکیومتری الیوین مشخصه M2SiO4 را ایجاد می کند، جایی که M نشان دهنده کاتیون های فلزی دو ظرفیتی است.

هر اتم اکسیژن به یک اتم سیلیکون و سه اتم فلز می‌پیوندد و یک چارچوب سه بعدی- متراکم ایجاد می‌کند. اتم‌های اکسیژن معادل نیستند-سه موقعیت مجزای اکسیژن (O1، O2، O3) دارای محیط‌های پیوند و فاصله کمی با اتم‌های همسایه هستند. این تنوع در مکان‌های اکسیژن به پیچیدگی ساختاری کلی کمک می‌کند و بر خواصی مانند انبساط حرارتی و تراکم‌پذیری تأثیر می‌گذارد.

لایه‌های لبه-هشت وجهی مشترک به موازات صفحه (100) گسترش می‌یابند که توسط چهار ضلعی SiO4 جدا شده به هم متصل شده‌اند. این مشخصه لایه ای به ویژه تحت تنش اعمال شده اهمیت پیدا می کند، زیرا صفحات لغزشی بالقوه ایجاد می کند که بر خواص مکانیکی و لرزه ای الیوین در گوشته زمین تأثیر می گذارد.

ساختار کریستالی اولیوین محلول جامد پیوسته ای را بین منیزیم انتهایی-فورستریت (Mg2SiO4) و انتهای آهنی-عضو فایالیت (Fe2SiO4) در خود جای می دهد. این اختلاط کامل به این دلیل وجود دارد که Mg2+ (شعاع یونی ~ 0.72 Å) و Fe2+ (شعاع یونی ~ 0.77 Å) از نظر اندازه فقط حدود 7٪ متفاوت هستند و به آنها اجازه می دهد آزادانه بدون تحریف ساختار کریستالی جایگزین شوند.

ترکیبات به طور معمول به صورت درصد مولی بیان می شوند، مانند Fo70Fa30 (یا به سادگی Fo70)، که نشان دهنده 70٪ فوستریت و 30٪ فایالیت است. الیوین‌های طبیعی از سنگ‌های مافیک معمولاً از Fo50 تا Fo₉0 متغیر هستند، در حالی که الیوین‌های گوشته عموماً منیزیم‌تر هستند و ترکیباتی در حدود Fo8 تا Fo₉2 دارند.

پارامترهای شبکه با میزان آهن تقریباً خطی افزایش می یابد. همانطور که Fe2+ جایگزین Mg2+ می شود، سلول واحد منبسط می شود زیرا اندازه بزرگتر آهن اتم ها را کمی بیشتر از هم دور می کند. این رابطه آنقدر قابل پیش بینی است که می توان از ابعاد سلول واحد برای تعیین ترکیب الیوین با دقت معقول استفاده کرد.

علاوه بر جایگزینی اصلی منیزیم-آهن، ساختار الیوین می‌تواند مقادیر کمی از کاتیون‌های دیگر را نیز در خود جای دهد. کلسیم در مقادیر محدود وارد ساختار می شود و مکان M2 را ترجیح می دهد. منگنز (در تفرویت، Mn2SiO4) می تواند به طور کامل جایگزین منیزیم یا آهن شود. مقادیر کمی از نیکل، کروم، و حتی آهن فریک (Fe3+) می‌تواند در قسمت‌های هشت‌وجهی جایگزین شود، هرچند در نسبت‌های کوچک‌تر.

ساختار الیوین تنها در شرایط فشار و دمای خاص پایدار می ماند. با افزایش عمق در زمین، آرایش الیوین از نظر انرژی نامطلوب می شود و به چند شکلی متراکم تر با ساختارهای کریستالی متفاوت تبدیل می شود.

در عمق تقریباً 410 کیلومتری (مرتبط با فشارهای حدود 14 گیگا پاسکال)، الیوین تحت یک انتقال فاز گرمازا به وادسلییت قرار می گیرد. این تبدیل شامل یک بازآرایی ساختاری قابل توجهی است که در آن زیرشبکه اکسیژن از بسته بندی شش ضلعی نزدیک- به سمت آرایش مکعبی تر تغییر می کند. Wadsleyite تقارن متعامد را حفظ می‌کند اما ساختاری شبیه به اسپینل{5}}تغییر یافته با برخی اتم‌های سیلیکون در هماهنگی هشت‌وجهی به کار می‌گیرد.

در عمق گوشته زمین، در عمق تقریباً 520 کیلومتری (18 تا 20 گیگا پاسکال)، وادسلییت به رینگ‌وودیت تبدیل می‌شود که ساختار اسپینل مکعبی دارد. در رینگ‌وودیت، همه سیلیکون‌ها مکان‌های هشت‌وجهی را اشغال می‌کنند تا موقعیت‌های چهار وجهی. این انتقال فاز باعث افزایش ناگهانی چگالی می شود که زلزله شناسان به عنوان ناپیوستگی در سرعت امواج لرزه ای تشخیص می دهند.

فشاری که در آن این انتقال رخ می دهد به دما و ترکیب بستگی دارد. الیوین غنی از آهن-در فشارهای کمتری نسبت به انواع غنی از منیزیم تبدیل می‌شود. در 800 درجه، فورستریت خالص با 11.8 گیگا پاسکال به وادسلییت تبدیل می‌شود، در حالی که انتقال وادسلییت-به-رینگ‌وودیت بالاتر از 14 گیگا پاسکال رخ می‌دهد. انتهای آهنی{10}}عضو فایالیت ساختار وادسلییت را به طور کامل نادیده می‌گیرد و در فشارهای پایین‌تر مستقیماً به آرنزیت (آنالوگ رینگ‌وودیت حاوی آهن{11}) تبدیل می‌شود.

olivine crystal structure

ساختار الیوین به صورت ناهمسانگرد به فشار اعمال شده پاسخ می دهد{0}}جهت های کریستالوگرافی مختلف با سرعت های مختلف فشرده می شوند. هشت ضلعی M2 راحت تر از هشت وجهی M1 در تمام ترکیبات از فوستریت تا فایالیت فشرده می شود. این فشرده‌سازی دیفرانسیل به این دلیل اتفاق می‌افتد که سایت M2 دارای حجم اولیه بزرگ‌تر و انعطاف‌پذیری بیشتری در پیکربندی پیوند آن است.

مطالعات پراش پرتو ایکس تک کریستالی-تا 8 گیگا پاسکال نشان می‌دهد که طول پیوند M2-O سریع‌تر از پیوندهای M1-O تحت فشار کوتاه می‌شود. هشت ضلعی M1 با افزایش محتوای آهن تراکم پذیری نسبتاً کمتری پیدا می کند، که به طور متناقضی باعث می شود مدول توده (مقاومت کلی در برابر فشرده سازی) اندکی از فورستریت به فایالیت افزایش یابد - نتیجه ای که در ابتدا غیرمعمول است زیرا آهن سنگین تر از منیزیم است.

دما به طور متفاوتی بر ساختار تأثیر می گذارد. گرمایش باعث انبساط سلول واحد می شود، با محور b-بیشترین ضریب انبساط حرارتی را نشان می دهد. مطالعات دمای بالا بر روی فوستریت تا 900 درجه نشان می‌دهد که طول پیوند M- به طور سیستماتیک افزایش می‌یابد، اما توپولوژی ساختاری اولیه تا زمانی که دمای ذوب نزدیک شود، بدون تغییر باقی می‌ماند.

چهار وجهی SiO4 در مقایسه با اکتاهدرهای فلزی-به طور قابل ملاحظه‌ای سفت و سخت است. طول پیوند Si-O به دلیل ویژگی کووالانسی قوی پیوندهای Si-O، با فشار یا دما، حداقل تغییر می‌کند. بیشتر انعطاف‌پذیری ساختاری ناشی از تنظیم طول پیوند M- و زوایای بین چند وجهی به جای فشرده‌سازی خود چند وجهی است.

چارچوب ساختاری الیوین کاربرد تکنولوژیکی مهمی در آن پیدا می کندباتری های لیتیوم آهن فسفات(LiFePO4 یا LFP). فسفات آهن لیتیوم که در سال 1996 به عنوان یک ماده کاتدی کشف شد، از همان نوع ساختار بنیادی الیوین به عنوان ماده معدنی الیوین استفاده می کند، اگرچه گروه های فسفات جایگزین چهار وجهی سیلیکات ایزوله شده است.

در LiFePO4، ساختار تقارن متعامد (گروه فضایی Pnma/Pbnm) با پارامترهای شبکه a=6.008 Å، b=10.334 Å، و c=4.693 Å را حفظ می کند. اتم‌های آهن مکان‌های هشت‌وجهی را اشغال می‌کنند (تشکیل هشت‌وجهی FeO6)، در حالی که اتم‌های فسفر در مکان‌های چهار وجهی (تشکیل چهار وجهی PO4) قرار می‌گیرند، مشابه نحوه چیدمان اتم‌های فلز و سیلیکون در الیوین معدنی.

تفاوت اصلی در کاتیون های لیتیوم اضافی نهفته است. یون‌های لیتیوم در کانال‌های هشت‌وجهی در ساختار قرار دارند که به صورت زیگزاگ مرتب شده‌اند. در طول شارژ و دشارژ باتری، یون‌های لیتیوم را می‌توان به طور برگشت‌پذیر از این کانال‌ها استخراج کرد و بدون فروپاشی چارچوب اولیه اولیوین وارد کرد. آهن تحت چرخه ردوکس بین Fe2+ و Fe3+ قرار می‌گیرد تا تعادل بار را با حرکت لیتیوم به داخل و خارج حفظ کند.

این پایداری ساختاری-به ارث رسیده از معماری قوی الیوین-به باتری‌های LiFePO4 ویژگی‌های ایمنی استثنایی و عمر چرخه طولانی می‌دهد. پیوندهای کووالانسی قوی P{3}O در چهار وجهی فسفات در برابر آزاد شدن اکسیژن مقاومت می‌کنند و از واکنش‌های فرار حرارتی که برخی دیگر از باتری‌های لیتیوم{4} یونی را آزار می‌دهند، جلوگیری می‌کند. باتری‌های LFP تجاری می‌توانند به بیش از 3000 چرخه تخلیه-در حین حفظ ظرفیت دست یابند.

ساختار الیوین یک محدودیت را تحمیل می کند: یون های لیتیوم به جای اینکه آزادانه در سه بعدی حرکت کنند باید از طریق کانال های{0} یک بعدی در امتداد محورهای کریستالوگرافیک پخش شوند. این امر هدایت یونی و قابلیت سرعت را محدود می کند. محققان این موضوع را از طریق نانوساختار (کاهش اندازه ذرات برای کوتاه کردن مسیرهای انتشار) و پوشش کربن (بهبود رسانایی الکترونیکی) حل می‌کنند. نسخه های اصلاح شده مانند فسفات آهن لیتیوم منگنز (LMFP) ساختار الیوین را حفظ می کنند در حالی که برای افزایش ولتاژ کار، مقداری آهن را جایگزین منگنز می کنند.

درک مدرن از ساختار الیوین عمدتاً از تکنیک‌های پراش اشعه ایکس-می‌آید. ویلیام لارنس براگ و جی‌بی براون برای اولین بار در سال 1926 با استفاده از روش‌های کریستالوگرافی اشعه ایکس اولیه، ساختار بلوری فوستریت را تعیین کردند. کار آنها الیوین را به عنوان متشکل از چهار وجهی SiO4 جدا شده- یک بینش اساسی برای کانی شناسی سیلیکات نشان داد.

پراش پرتو ایکس-کریستالی- استاندارد طلایی برای تعیین دقیق ساختار باقی می ماند. یک کریستال الیوین کوچک (معمولاً 0.1- 0.5 میلی متر) روی یک گونیا نصب شده و از طریق یک پرتو اشعه ایکس می چرخد. الگوی پراش حاصل شامل هزاران بازتاب منفرد است که هر کدام مجموعه متفاوتی از صفحات کریستالوگرافی را نشان می‌دهند. نرم‌افزار پیچیده موقعیت‌های اتمی، پارامترهای حرارتی و اشغال مکان‌ها را برای مطابقت با شدت پراش مشاهده‌شده اصلاح می‌کند.

پراش نوترون اطلاعات تکمیلی را فراهم می کند، به ویژه برای مکان یابی اتم های هیدروژن (در فازهای آبدار) و تمایز بین عناصر با تعداد الکترون های مشابه مانند منیزیم و آلومینیوم. آزمایش‌های نوترونی به کریستال‌های بزرگ‌تر و امکانات تخصصی با منابع نوترونی نیاز دارند، اما آنها دقت بالایی برای تعیین ساختارهای مغناطیسی و برخی موقعیت‌های عناصر سبک ارائه می‌دهند.

میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) ساختار الیوین را در مقیاس نانو بررسی می‌کند، نقص‌ها، مرزهای حوزه و تغییرات محلی نامرئی برای روش‌های پراش را آشکار می‌کند. TEM با وضوح بالا می‌تواند ستون‌های اتمی مجزا را تصویر کند و به‌طور مستقیم آرایش اتم‌ها را تجسم کند. این به ویژه هنگام مطالعه نمونه های تغییر شکل یافته یا انتقال فاز که در آن ساختار در فواصل کوچک متفاوت است، قدرتمند می شود.

رامان و طیف‌سنجی مادون قرمز ساختار الیوین را از طریق حالت‌های ارتعاشی بررسی می‌کنند. چهار وجهی SiO4 دارای چهار حالت ارتعاش اساسی است و فرکانس آنها به استحکام پیوند Si- و محیط ساختاری اطراف بستگی دارد. ترکیب این فرکانس‌های ارتعاشی را به روش‌های قابل پیش‌بینی تحت تأثیر قرار می‌دهد-فورستریت قله‌های طیفی متفاوتی را نسبت به فایالیت نشان می‌دهد زیرا پیوندهای Fe-O ضعیف‌تر از پیوندهای Mg-O هستند. این تکنیک‌های طیف‌سنجی غیرمخرب عمل می‌کنند و می‌توانند نمونه‌ها یا آخال‌های کوچک را مشخص کنند.

آرایش کریستالوگرافی به طور مستقیم خواص قابل مشاهده الیوین را کنترل می کند. این ماده معدنی معمولاً سبز زیتونی-به نظر می‌رسد زیرا یون‌های Fe2+ در هماهنگی هشت‌وجهی نور را در طول موج‌های خاص جذب می‌کنند و سبز را منتقل می‌کنند. فوستریت خالص بی رنگ تا زرد کم رنگ-سبز است، در حالی که ترکیبات غنی از آهن-سبز تیره‌تر تا قهوه‌ای مایل به سیاه-به نظر می‌رسند.

الیوین به جای شکاف، شکستگی مخروطی را نشان می‌دهد، زیرا چارچوب سه‌بعدی چهار وجهی ایزوله که به هشت‌وجهی متصل شده است، پیوندهای به همان اندازه قوی در همه جهات ایجاد می‌کند. هیچ صفحه ضعفی در ساختار قابل مقایسه با ساختارهای ورق در میکاها یا سیلیکات های لایه وجود ندارد. هنگامی که الیوین می شکند، به جای شکافتن در امتداد صفحات کریستالوگرافی خاص، به طور نامنظم در سراسر ساختار شکسته می شود.

تقارن متعامد خواص ناهمسانگرد ایجاد می کند-ویژگی های فیزیکی با جهت کریستالوگرافی متفاوت است. سرعت امواج لرزه ای بسته به جهت انتشار نسبت به محورهای کریستالی متفاوت است. جهت سرعت سریع با محور a{{3}، سرعت متوسط به محور c- و سرعت آهسته با محور b- مطابقت دارد. این ناهمسانگردی لرزه ای در الیوین گوشته به ژئوفیزیکدانان کمک می کند تا جهت و بزرگی جریان گوشته را تفسیر کنند.

سختی (6.5{3}}7 در مقیاس Mohs) و چگالی (3.27{5}}3.37 گرم در سانتی‌متر مربع برای فورستریت، 4.39 گرم در سانتی‌متر مربع برای فایالیت) هر دو به بسته‌بندی محکم ساختار و استحکام پیوندهای فلز-اکسیژن مربوط می‌شوند. چارچوب اکسیژن متراکم تر و فواصل کوتاهتر فلز-اکسیژن در ساختار الیوین یک ماده معدنی سخت و متراکم را ایجاد می کند که در برابر هوازدگی شیمیایی در شرایط عمیق زمین مقاوم است.

olivine crystal structure

کریستال های الیوین واقعی حاوی عیوب ساختاری هستند که به طور قابل توجهی بر رفتار آنها تأثیر می گذارد. نقص‌های نقطه‌ای شامل جای خالی (اتم‌های از دست رفته)، بینابینی (اتم‌های اضافی فشرده شده در موقعیت‌های معمولی خالی) و نقص‌های جایگزینی (اتم‌های اشتباه در مکان‌های عادی) است. این نقص ها، اگرچه نادر هستند، اما با ایجاد مسیرهایی برای حرکت یونی، نرخ انتشار و هدایت الکتریکی را کنترل می کنند.

نابجایی-نقایص خطی که در آن آرایش کریستالوگرافی منظم شکسته می‌شود-بر خواص مکانیکی الیوین غالب است. خزش نابجایی (حرکت این عیوب خط از طریق کریستال) نشان دهنده یک مکانیسم تغییر شکل عمده در الیوین گوشته در مقیاس های زمانی زمین شناسی است. سیستم‌های لغزش خاص (صفحه‌های کریستالوگرافی و جهت‌های حرکت نابجایی) تعیین می‌کنند که چگونه دانه‌های الیوین تغییر شکل داده و جهت‌های کریستالوگرافی ترجیحی را ایجاد می‌کنند.

نقص های گسترده مانند مرزهای دانه و مرزهای دوقلو، رابط هایی را ایجاد می کنند که در آن ساختار کریستالی از یک جهت به جهت دیگر تغییر می کند. این مرزها بر استحکام مکانیکی تأثیر می گذارد و مسیرهای انتشار سریعی را برای تغییرات شیمیایی فراهم می کند. مرزهای زیردانه‌ها-مرزهای زاویه پایین- که از آرایه‌های نابجایی تشکیل شده‌اند-در الیوین تغییر شکل یافته ایجاد می‌شوند و تاریخ تغییر شکل را ثبت می‌کنند.

در سطح زمین، الیوین علیرغم ساختار مستحکم خود به سرعت هوا می شود. مولکول های آب می توانند در امتداد عیوب و مرزهای دانه نفوذ کنند و با چارچوب الیوین واکنش نشان دهند. رایج ترین محصول تغییر سرپانتین است که وقتی مولکول های آب وارد ساختار می شوند تشکیل می شود: 2Mg2SiO4 + 3H2O → Mg3Si2O5(OH)4 + Mg(OH)2. این واکنش حجم اصلی را 30-40٪ افزایش می دهد و ساختار اولیوین اصلی را از بین می برد و لایه های سیلیکات ورق را جایگزین آن می کند.

سایر محصولات تغییر دهنده عبارتند از: iddingsite (مخلوطی-مخلوط دانه ریز از اکسیدهای آهن و مواد معدنی رسی) و بولینگیت (سیلیکات های حاوی آهن هیدراته{{1}). این فرآیندهای دگرسانی در امتداد ترک‌ها و لبه‌های کریستالی که آب می‌تواند به آسانی به سازه دسترسی پیدا کند، سریع‌تر پیش می‌رود. جایگزینی کامل شبه شکل ممکن است رخ دهد، جایی که مواد تغییر یافته شکل کریستالی خارجی را حفظ می کنند در حالی که ساختار داخلی به طور کامل به کانی های ثانویه تبدیل می شود.

چه چیزی ساختار الیوین را از سایر کانی های سیلیکات متمایز می کند؟

الیوین حاوی چهار وجهی SiO4 جدا شده است که اتم‌های اکسیژن را با یکدیگر به اشتراک نمی‌گذارد و آن را به عنوان یک نزوسیلیکات تعریف می‌کند. این در تضاد با سیلیکات های زنجیره ای (مانند پیروکسن ها)، سیلیکات های ورقه ای (مانند میکا) و سیلیکات های چارچوب (مانند کوارتز) است که در آن چهار وجهی ها اکسیژن را برای تشکیل ساختارهای گسترده به اشتراک می گذارند. چهار وجهی جدا شده یک شبکه سه بعدی متراکم-که توسط پیوندهای فلزی{3}}اکسیژن به هم متصل می‌شوند ایجاد می‌کنند.

چرا الیوین دو جایگاه فلزی متفاوت دارد (M1 و M2)؟

تقارن متعامد و آرایش بسته بندی خاص اتم های اکسیژن دو موقعیت هشت وجهی متمایز کریستالوگرافیک با اندازه ها و اعوجاج های کمی متفاوت ایجاد می کند. M1 روی یک مرکز وارونگی قرار دارد و کوچکتر و منحرفتر است، در حالی که M2 روی صفحه آینه قرار دارد و بزرگتر و منظم تر است. این تمایز بر این که کدام کاتیون ها کدام مکان ها را ترجیح می دهند تأثیر می گذارد و خواص فیزیکی مواد را کنترل می کند.

ترکیب چگونه بر ساختار کریستال الیوین تأثیر می گذارد؟

به عنوان جایگزین آهن برای منیزیم در سراسر سری فوستریت-فایالیت، سلول واحد به طور یکنواخت منبسط می شود زیرا Fe2+ بزرگتر از Mg2+ است. توپولوژی ساختاری اصلی بدون تغییر باقی می ماند-همان گروه فضایی، همان موقعیت های اتمی، محیط های هماهنگی یکسان. طول پیوند اندکی افزایش می یابد، اما آرایش اتم ها اساساً مشابه است. این اجازه می دهد تا راه حل جامد کامل بین اعضای نهایی-.

آیا ساختار الیوین می تواند آب یا سایر مواد فرار را در خود جای دهد؟

ساختار استاندارد الیوین حاوی هیچ گروه هیدروکسیل یا آب مولکولی نیست. با این حال، مقادیر کمی از هیدروژن می‌تواند به‌عنوان عیوب نقطه‌ای-معمولاً به‌عنوان گروه‌های OH جایگزین اتم‌های اکسیژن یا ساکن در مکان‌های معمولاً خالی باشد. این محتویات "آب" بسیار کم باقی می مانند (معمولا<50 ppm by weight), but even trace hydrogen significantly affects electrical conductivity and diffusion rates. Water content increases with pressure, making transition zone olivine polymorphs potentially important water reservoirs in Earth's deep interior.

ساختار کریستالی الیوین ویژگی های اساسی زیر را نشان می دهد:

سیستم کریستال: ارتورومبیک با گروه فضایی Pbnm (یا Pnma در تنظیمات جایگزین)

پارامترهای شبکه:

فوستریت: a ≈ 4.75 Å، b ≈ 10.20 Å، c ≈ 5.98 Å

فایالیت: a ≈ 4.82 Å، b ≈ 10.48 Å، c ≈ 6.09 Å

بلوک های ساختمانی: چهار وجهی SiO4 جدا شده از طریق فلز-هشت وجهی اکسیژن (MO6) متصل شده است

سایت های فلزی: دو سایت هشت وجهی متمایز (M1 و M2) با اندازه ها و اعوجاج های مختلف

موقعیت های اکسیژن: سه محل اکسیژن متمایز از نظر کریستالوگرافی در واحد نامتقارن

نوع سازه: شش ضلعی نزدیک-آرایه اکسیژن بسته با کاتیون ها در حفره های چهار وجهی و هشت وجهی

طبقه بندی: نسوزیلیکات (ارتوسیلیکات) به دلیل واحدهای چهار وجهی ایزوله

هماهنگی: سی در هماهنگی 4 (چهاروجهی)، کاتیونهای M در هماهنگی 6 (هشت وجهی)

این چارچوب ساختاری به‌طور قابل‌توجهی قوی است و پایداری را در محدوده‌های ترکیبی گسترده در محیط‌های زمین‌شناسی حفظ می‌کند و در عین حال پایه‌ای برای مواد باتری پیشرفته در کاربردهای فناوری را فراهم می‌کند. ترکیب ساختار الیوین از پیوندهای قوی کووالانسی Si-O با فلز انعطاف پذیر{2}}هماهنگی اکسیژن، آن را به یکی از مهم ترین و همه کاره ترین ساختارهای معدنی زمین تبدیل می کند.