የኦሊቪን ክሪስታል መዋቅር ምንድነው?

የኦሊቪን ክሪስታል መዋቅር የኦርቶሆምቢክ ዝግጅትን ያቀፈ ሲሆን የተነጠለ ሲሊኮን{0}ኦክስጅን tetrahedra (SiO₄) በብረት ማያያዣዎች የተገናኙበት የኦክታቴድራል ቦታዎችን ነው። ይህ መዋቅር ባለ ስድስት ጎን የተጠጋ{2}የኦክሲጅን አተሞች ስብስብ ሆኖ ሊታይ ይችላል፣የስምንትዮሽ ክፍተቶች በግማሽ ማግኒዚየም ወይም የብረት ions የተሞላ እና አንድ{3}ስምንተኛው የቴትራሄድራል ባዶዎች በሲሊኮን የተያዙ ናቸው።

የኦሊቪን ቡድን በኦርቶሆምቢክ ክሪስታል ሲስተም በጠፈር ቡድን Pbnm (በተለዋጭ ቅንብሮች ውስጥ እንደ Pnma ተብሎም ተሰይሟል) ስር ክሪስታላይዝ ያደርጋል። ይህ መሰረታዊ ሲሜትሪ አተሞች እራሳቸውን በክሪስታል ጥልፍልፍ ውስጥ እንዴት እንደሚያደራጁ እና በቀጥታ በማዕድን አካላዊ ባህሪያት ላይ ተጽዕኖ እንደሚያሳድሩ ይገልጻል።

የንጥሉ ሴል አራት የቀመር አሃዶችን (Z{0}}) ይይዛል እና ሶስት እኩል ያልሆኑ ዘንጎች በቀኝ ማዕዘኖች የሚቆራረጡ ያሳያል። ለፎርስተር (Mg₂SiO₄)፣ የተለመዱ የላቲስ መለኪያዎች በግምት ወደ=4.75 Å፣ b=10.20 Å እና c=5.98 Å ናቸው። በፋያላይት (Fe₂SiO₄)፣ እነዚህ መለኪያዎች በትንሹ ወደ=4.82 Å፣ b=10.48 Å እና c=6.09 Å በብረት ትልቅ ionክ ራዲየስ ከማግኒዚየም ጋር ሲነፃፀሩ።

የPbnm የጠፈር ቡድን ስያሜ አስፈላጊ መዋቅራዊ ዝርዝሮችን ያሳያል። ይህ የጠፈር ቡድን የመስታወት አውሮፕላኖችን እና የተገላቢጦሽ ማእከልን ይዟል፣ ይህም በአቶሚክ ቦታዎች ላይ የተወሰኑ የሲሜትሪ ገደቦችን ይፈጥራል። ሶስት ክሪስታሎግራፊያዊ ልዩ የኦክስጂን አቀማመጥ (O1, O2, O3) በመዋቅሩ ውስጥ ይገኛሉ, O1 እና O2 በመስታወት አውሮፕላኖች ላይ ተኝተዋል, O3 ያለ ልዩ ዘይቤ አጠቃላይ ቦታን ይይዛል.

በኦሊቪን መዋቅር እምብርት ላይ ገለልተኛው ሲኦ₄⁴⁻ tetrahedron ይገኛል። ማዕከላዊው የሲሊኮን አቶም በዙሪያው ካሉ አራት የኦክስጂን አቶሞች ጋር በጥምረት ይገናኛል። እነዚህ ቴትራሄድራ ሙሉ ለሙሉ ነጻ ናቸው{1}የኦክስጅን አቶሞችን ከአጎራባች tetrahedra ጋር አይጋሩም ኦሊቪንን እንደ ኒሶሲሊኬት ወይም ኦርቶሲሊኬት ይመድባሉ። እያንዳንዱ የሲ{3}O ቦንድ በግምት 1.63-1.66 Å ይለካል እና ጠንካራ የጋራ ባህሪን ያሳያል።

ቴትራሄድራ በአቅጣጫ ይለዋወጣል፣ ወደ ላይ እና ወደ ታች ረድፎችን ከክሪስታልግራፊክ ሐ{0}ዘንግ ጋር ትይዩ ያሳያል። ይህ ተለዋጭ አቀማመጥ የብረት ማያያዣዎች ሊኖሩባቸው በሚችሉበት መዋቅር ውስጥ ሰርጦችን ይፈጥራል። የሲሊኮን ion የሚይዘው በመስታወት አውሮፕላን ላይ የተቀመጠውን አንድ ክሪስታሎግራፊያዊ ልዩ ቦታን ብቻ ነው ፣ ይህ ማለት በመዋቅሩ ውስጥ ያሉት ሁሉም የሲሊኮን አተሞች በሲሜትሪ ስራዎች የተገናኙ ናቸው።

የብረታ ብረት ማያያዣዎች (በተለምዶ Mg²⁺ ወይም Fe²⁺) M1 እና M2 የተሰየሙ ሁለት የተለያዩ የኦክታቴድራል ቦታዎችን ይይዛሉ። የኤም 1 ቦታ በተገላቢጦሽ ማእከል ላይ ተቀምጧል እና የበለጠ የተዛባ octahedron ከስድስት የኦክስጅን አተሞች ጋር ይመሰርታል። የብረታ ብረት{4}}የኦክስጅን ቦንድ ርዝማኔዎች በM1 ውስጥ በግምት 2.07{9}}2.13 Å ለማግኒዚየም ይደርሳል። የ M2 ቦታ በመስታወት አውሮፕላን ላይ ተኝቷል እና 2.04-2.21 Å የሚሸፍነው ትልቅ እና መደበኛ octahedron ይፈጥራል።

በM1 እና M2 ጣቢያዎች መካከል ያለው ልዩነት የተለያዩ cations በመዋቅሩ ውስጥ እንዴት እንደሚሰራጭ ጉልህ አንድምታ አለው። በማግኒዚየም{3}የብረት ድፍን መፍትሄ ተከታታዮች፣Mg²⁺ እና Fe²⁺ ትንሽ የጣቢያ ምርጫን ያሳያሉ{4}ሁለቱም M1 እና M2 ሳይቶች ያለጠንካራ መራጭነት ይይዛሉ። ነገር ግን፣ በካልሲየም ውስጥ{8}እንደ ሞንቲሴልላይት (CaMgSiO₄) ያሉ ኦሊቪኖች ባሉበት፣ ትልቁ የCa²⁺ ionዎች ወደ ሰፊው M2 ሳይት ሲገቡ Mg²⁺ አነስተኛውን M1 ቦታዎችን ይደግፋሉ።

olivine crystal structure

የኦሊቪን መዋቅርን ለመግለፅ አማራጭ መንገድ የኦክስጂን ንዑስ ክፍልን አጽንዖት ይሰጣል. የኦክስጂን አኒየኖች በግምት ባለ ስድስት ጎን ቅርብ{1}የታሸገ (hcp) ድርድር በዘንጉ ላይ የተቆለለ ነው። ይህ ማዕቀፍ የሲሊኮን እና የብረታ ብረት ማያያዣዎች እራሳቸውን የሚቀመጡበትን ስካፎልዲንግ ያቀርባል.

በዚህ hcp ኦክሲጅን ዝግጅት ውስጥ፣ የብረት ማሰሪያዎቹ ከሚገኙት የኦክታቴድራል ክፍተቶች ውስጥ ግማሹን ይሞላሉ፣ የሲሊኮን አቶሞች ግን ከቴትራሄድራል ባዶዎች አንዱን{0}}ስምንተኛውን ይይዛሉ። ይህ የተመረጠ የቦታ ይዞታ የ M₂SiO₄ ኦሊቪን ስቶይቺዮሜትሪ ይፈጥራል፣ ኤም የተለያዩ የብረት ማያያዣዎችን ይወክላል።

እያንዳንዱ የኦክስጂን አቶም ከአንድ ሲሊከን እና ከሶስት የብረት አተሞች ጋር ይገናኛል፣ ይህም ጥቅጥቅ ባለ ሶስት{0}ልኬት ማዕቀፍ ይፈጥራል። የኦክስጂን አተሞች{2}ሶስቱ የተለያዩ የኦክስጂን አቀማመጦች (O1፣ O2፣ O3) ከጎረቤት አቶሞች ጋር በመጠኑ የተለየ ትስስር እና ርቀቶች አሏቸው። ይህ የኦክስጂን ቦታዎች ልዩነት ለአጠቃላይ መዋቅራዊ ውስብስብነት አስተዋፅኦ ያደርጋል እና እንደ የሙቀት መስፋፋት እና መጭመቅ ያሉ ባህሪያትን ይነካል.

የጠርዙ ንብርብሮች{0}የማጋራት octahedra ከ(100) አውሮፕላን ጋር ትይዩ ይዘልቃሉ፣ በገለልተኛ SiO₄ tetrahedra የተገናኙት{2}። ይህ የተነባበረ ባህሪ በተለይ በተግባራዊ ውጥረት ውስጥ በጣም አስፈላጊ ይሆናል፣ ምክንያቱም እምቅ ተንሸራታች አውሮፕላኖችን ስለሚፈጥር በምድር መጎናጸፊያ ውስጥ ባለው የኦሊቪን ሜካኒካል እና የመሬት መንቀጥቀጥ ባህሪዎች ላይ ተጽዕኖ ያሳድራል።

የኦሊቪን ክሪስታል መዋቅር በማግኒዚየም መጨረሻ{0} አባል ፎርስቴራይት (Mg₂SiO₄) እና በብረት ጫፍ{1}አባል ፋያላይት (Fe₂SiO₄) መካከል ቀጣይነት ያለው ጠንካራ መፍትሄን ያስተናግዳል። ይህ ፍፁም አለመግባባት አለ ምክንያቱም Mg²⁺ (ionic radius ~0.72 Å) እና Fe²⁺ (ionic radius ~0.77 Å) በመጠን በ7% ብቻ ስለሚለያዩ የክሪስታል አወቃቀሩን በእጅጉ ሳያዛባ በነፃነት እንዲተኩ ያስችላቸዋል።

ጥንቅሮች በተለምዶ እንደ ፎ₇₀ፋ₃₀ (ወይም በቀላሉ ፎ₇₀)፣ 70% ፎርስተር እና 30% ፋያላይት ያሉ እንደ ሞላር መቶኛ ይገለጻሉ። ከማፍያ ድንጋዮች የሚመጡ ተፈጥሯዊ የወይራ ፍሬዎች ከFo₅₀ እስከ Fo₉₀ ድረስ ይገኛሉ፣ ማንትል ወይራዎች በአጠቃላይ ማግኒዚያን ሲሆኑ በፎ₈₈ እስከ ፎ₉₂ ዙሪያ ያሉ ጥንቅሮች ያሉት።

የላቲስ መለኪያዎች ከብረት ይዘት ጋር በቀጥታ ወደ መስመራዊነት ይጨምራሉ። Fe²⁺ Mg²⁺ን ሲተካ፣ የብረቱ ሴል እየሰፋ ይሄዳል ምክንያቱም የብረት ትልቅ መጠን አተሞችን በትንሹ ወደ ፊት ስለሚገፋ። ይህ ግንኙነት በጣም ሊገመት የሚችል ስለሆነ የንጥል ሴል ልኬቶች የኦሊቪን ስብጥርን በተመጣጣኝ ትክክለኛነት ለመወሰን ጥቅም ላይ ሊውሉ ይችላሉ.

ከዋናው Mg{0}Fe ምትክ በተጨማሪ የኦሊቪን መዋቅር አነስተኛ መጠን ያላቸውን ሌሎች cations ሊያካትት ይችላል። ካልሲየም የ M2 ቦታን ይመርጣል በተወሰነ መጠን ወደ መዋቅሩ ውስጥ ይገባል. ማንጋኒዝ (በቴፍሮይት፣ Mn₂SiO₄) ማግኒዚየም ወይም ብረትን ሙሉ በሙሉ ሊተካ ይችላል። የኒኬል፣ ክሮሚየም እና የፌሪክ ብረት (Fe³⁺) መጠን በመጠኑም ቢሆን በ octahedral ሳይት ውስጥ ሊተካ ይችላል።

የኦሊቪን መዋቅር በተወሰነ ግፊት እና የሙቀት ሁኔታዎች ውስጥ ብቻ የተረጋጋ ነው. በመሬት ውስጥ ጥልቀት እየጨመረ በሄደ ቁጥር የኦሊቪን አቀማመጥ በሃይል የማይመች እና ወደ ጥቅጥቅ ያሉ ፖሊሞፈርስ ወደ የተለያዩ ክሪስታል አወቃቀሮች ይቀየራል።

በግምት 410 ኪሜ ጥልቀት (በ 14 ጂፒኤ አካባቢ ካለው ግፊቶች ጋር ይዛመዳል) ኦሊቪን ወደ ዋድስሌይይት ልዩ የሙቀት ሽግግር ታደርጋለች። ይህ ለውጥ የኦክስጂን ንዑስ ክፍልፋይ ከባለ ስድስት ጎን ቅርበት{3} ወደ ተጨማሪ ኪዩቢክ አቀማመጥ የሚሸጋገርበት ጉልህ መዋቅራዊ ማስተካከያን ያካትታል። Wadsleyite የኦርቶሆምቢክ ሲምሜትሪ ይይዛል ነገር ግን የተሻሻለ የአከርካሪ አጥንት{5}እንደ መዋቅር ከአንዳንድ የሲሊኮን አቶሞች ጋር በኦክታቴድራል ቅንጅት ይቀበላል።

በምድር መጎናጸፊያው ውስጥ ጠለቅ ያለ፣ በግምት 520 ኪሜ ጥልቀት (18-20 ጂፒኤ) ላይ፣ wadsleyite ወደ ringwoodite ይቀየራል፣ እሱም ኪዩቢክ የአከርካሪ መዋቅርን ይይዛል። በ ringwoodite ውስጥ ሁሉም ሲሊከን ከ tetrahedral ቦታዎች ይልቅ octahedral ቦታዎችን ይይዛሉ። እነዚህ የምዕራፍ ሽግግሮች የሴይስሚክ ሞገድ ፍጥነቶች መቋረጦች እንደሆኑ የሚያውቁትን ድንገተኛ የመጠን መጨመር ያስከትላሉ።

እነዚህ ሽግግሮች የሚከሰቱበት ግፊት በሙቀት እና በስብስብ ላይ የተመሰረተ ነው. ብረት{1}የበለፀገ ኦሊቪን ከማግኒዚየም የበለፀጉ ዝርያዎች በዝቅተኛ ግፊት ይለወጣል። በ800 ዲግሪ፣ ንጹህ ፎርስተር በ11.8 ጂፒኤ ወደ ዋድስሌይት ይቀየራል፣ የዋድስሊይት{6} ወደ-ringwoodite ሽግግር ከ14 ጂፒኤ በላይ ይከሰታል። የብረት ጫፍ{10}አባል ፋያላይት የዋድስሌይት መዋቅርን ሙሉ በሙሉ በመዝለል በቀጥታ ወደ ahrensite (ብረት{11}}ringwoodite አናሎግ ወደ ሚይዘው ዝቅተኛ ግፊት) ይቀየራል።

olivine crystal structure

የኦሊቪን መዋቅር ለተተገበው ግፊት አኒሶትሮፕሲያዊ ምላሽ ይሰጣል{0}የተለያዩ ክሪስታሎግራፊያዊ አቅጣጫዎች በተለያየ መጠን ይጨመቃሉ። M2 octahedron ከ M1 octahedron ይልቅ ከፎርስቴሪት እስከ ፋያላይት ባሉት ሁሉም ጥንቅሮች ላይ በቀላሉ ይጨመቃል። ይህ የልዩነት መጨናነቅ የሚከሰተው M2 ጣቢያው ትልቅ የመነሻ መጠን እና ተጨማሪ የመተጣጠፍ ችሎታ ስላለው ነው።

ነጠላ{0}crystal X{1}እስከ 8 ጂፒኤ የሚደርሱ የሬይ ዲፍራክሽን ጥናቶች M2{7}}የO ቦንድ ርዝማኔዎች በግፊት ከM1-O ቦንዶች በበለጠ ፍጥነት ያሳጥራሉ። ኤም 1 octahedron የብረት ይዘትን በመጨመር በአንጻራዊ ሁኔታ የመጨመቅ ሁኔታ አነስተኛ ይሆናል ፣ ይህ በአያዎአዊ ሁኔታ የጅምላ ሞጁሎች (አጠቃላይ የመጭመቅ የመቋቋም ችሎታ) ከ forsterite ወደ ፋያላይት በትንሹ እንዲጨምር ያደርገዋል - ብረት ከማግኒዚየም የበለጠ ክብደት ያለው ስለሆነ በመጀመሪያ ተቃራኒ ውጤት ነው።

የሙቀት መጠኑ አወቃቀሩን በተለየ መንገድ ይነካል. ማሞቂያ የንጥል ሴል እንዲስፋፋ ያደርገዋል፣ በ b{1}ዘንጉ ትልቁን የሙቀት ማስፋፊያ ቅንጅት ያሳያል። እስከ 900 ዲግሪ የሚደርስ ከፍተኛ{3}የሙቀት መጠን ጥናቶች እንደሚያሳዩት የኤም{{5}O ቦንድ ርዝመቶች በስርዓት እንደሚጨምሩ፣ ነገር ግን ዋናው መዋቅራዊ ቶፖሎጂ የሟሟ የሙቀት መጠን እስኪቃረብ ድረስ ሳይለወጥ ይቆያል።

የሲኦ₄ tetrahedra ከብረት{0}ኦክስጅን ኦክታሄድራ ጋር ሲወዳደር በሚያስደንቅ ሁኔታ ግትር ነው። የሲ-የኦ ቦንድ ርዝማኔዎች በግፊት ወይም በሙቀት በትንሹ ይቀየራሉ ምክንያቱም የSi{3}}O bonds አብዛኛው መዋቅራዊ ተለዋዋጭነት የሚመጣው በM{{5}O ቦንድ ርዝመቶች እና በ polyhedra መካከል ካሉት ማዕዘኖች ፖሊሄድራውን ከመጨመቅ ይልቅ በማስተካከል ነው።

የኦሊቪን መዋቅራዊ መዋቅር ጠቃሚ የቴክኖሎጂ አተገባበርን በ ውስጥ ያገኛልሊቲየም ብረት ፎስፌት ባትሪዎች(LiFePO₄ ወይም LFP)። እ.ኤ.አ. በ 1996 እንደ ካቶድ ቁሳቁስ የተገኘ ፣ ሊቲየም ብረት ፎስፌት እንደ ማዕድን ኦሊቪን ተመሳሳይ መሠረታዊ የኦሊቪን መዋቅር ዓይነት ይወስዳል ፣ ምንም እንኳን የፎስፌት ቡድኖች ገለልተኛውን የሲሊኬት ቴትራሄድራን ይተኩ ።

በLiFePO₄፣ መዋቅሩ orthorhombic ሲሜትሪ (የጠፈር ቡድን Pnma/Pbnm) በከላቲስ ግቤቶች=6.008 Å፣ b=10.334 Å እና c {{2} Å ይይዛል። የብረት አተሞች የ octahedral ቦታዎችን (FeO₆ octahedraን ይፈጥራል)፣ ፎስፎረስ አተሞች ደግሞ በቴትራሄድራል ሳይቶች ውስጥ ይቀመጣሉ (PO₄ tetrahedra)፣ የብረት እና የሲሊከን አተሞች በማዕድን ኦሊቪን ውስጥ እንዴት እንደሚደራጁ ጋር ይመሳሰላል።

ዋናው ልዩነት ተጨማሪ የሊቲየም ካቴኖች ላይ ነው. የሊቲየም ionዎች በዚግዛግ ንድፍ በተደረደሩ መዋቅር ውስጥ ባሉ octahedral channels ውስጥ ይኖራሉ። በባትሪ ቻርጅ እና ቻርጅ ወቅት የሊቲየም ionዎች በተገላቢጦሽ ሊወጡ እና ወደነዚህ ቻናሎች ሊገቡ የሚችሉት መሰረታዊ የኦሊቪን ማዕቀፍ ሳይፈርስ ነው። ሊቲየም ወደ ውስጥ እና ወደ ውጭ በሚንቀሳቀስበት ጊዜ የኃይል መሙያ ሚዛንን ለመጠበቅ ብረት በ Fe²⁺ እና በ Fe³⁺ መካከል የተስተካከለ ብስክሌት ይሽከረከራል።

ይህ መዋቅራዊ መረጋጋት{0}ከጠንካራው የኦሊቪን አርክቴክቸር የተወረሰ{1}የLiFePO₄ ባትሪዎችን ልዩ የደህንነት ባህሪያት እና ረጅም የዑደት ህይወት ይሰጣል። በፎስፌት ቴትራሄድራ ውስጥ ያለው ጠንካራ የፒ{3}O covalent bonds የኦክስጂን ልቀትን ይቋቋማል፣ ይህም ሌሎች የሊቲየም{4}አዮን የባትሪ ኬሚስትሪዎችን የሚያበላሽ የሙቀት አማቂ ምላሽን ይከላከላል። የንግድ LFP ባትሪዎች አቅምን እየጠበቁ ከ3,000 በላይ የኃይል መሙያ{8}}የፍሳሽ ዑደቶችን ማሳካት ይችላሉ።

የኦሊቪን መዋቅር አንድ ገደብ ያስገድዳል፡ ሊቲየም ions በሦስት ልኬቶች በነፃነት ከመንቀሳቀስ ይልቅ በአንድ{0}ልኬት ሰርጦች በ ክሪስታሎግራፊያዊ መጥረቢያዎች መሰራጨት አለባቸው። ይህ ion conductivity እና ተመን ችሎታ ይገድባል. ተመራማሪዎች ይህንን በ nanostructuring (የቅንጣት መጠንን በመቀነስ የማሰራጫ መንገዶችን ለማሳጠር) እና የካርቦን ሽፋን (የኤሌክትሮኒካዊ እንቅስቃሴን በማሻሻል) መፍትሄ ይሰጣሉ። እንደ ሊቲየም ማንጋኒዝ አይረን ፎስፌት (LMFP) ያሉ የተሻሻሉ ስሪቶች ኦሊቪን መዋቅርን ሲጠብቁ ማንጋኒዝ ለተወሰነ ብረት በመተካት የክወና ቮልቴጅን ይጨምራል።

ስለ ኦሊቪን መዋቅር ዘመናዊ ግንዛቤ የሚመጣው በዋነኛነት ከኤክስ{0}ሬይ ዳይፍራክሽን ቴክኒኮች ነው። ዊልያም ላውረንስ ብራግ እና ጂቢ ብራውን መጀመሪያ የX{5}ሬይ ክሪስታልግራፊ ዘዴዎችን በመጠቀም በ1926 የፎርስተር ክሪስታል መዋቅርን ወሰኑ። ስራቸው ኦሊቪን የመሰረተው በገለልተኛ SiO₄ tetrahedra{7}}ለሲሊቲክ ማዕድን ጥናት መሰረት ያለው ግንዛቤ ነው።

ነጠላ{0}crystal X{1}ray diffraction ለትክክለኛ መዋቅራዊ አወሳሰን የወርቅ መስፈርት ሆኖ ይቆያል። አንድ ትንሽ ኦሊቪን ክሪስታል (በተለምዶ 0.1-0.5 ሚሜ) በ goniometer ላይ ተጭኖ በኤክስ ሬይ ጨረር በኩል ይሽከረከራል። የተገኘው የዲፍራክሽን ንድፍ በሺዎች የሚቆጠሩ ግለሰባዊ ነጸብራቆችን ይይዛል፣ እያንዳንዱም የተለያዩ ክሪስታሎግራፊክ አውሮፕላኖችን ይወክላል። የተራቀቀ ሶፍትዌር የአቶሚክ አቀማመጦችን ፣ የሙቀት መለኪያዎችን እና የጣቢያ ቦታዎችን ከታዩት የዲፍራክሽን መጠን ጋር ለማዛመድ ያጣራል።

የኒውትሮን ልዩነት ተጨማሪ መረጃ ይሰጣል፣ በተለይም የሃይድሮጂን አተሞችን (በሃይድሮውስ ደረጃዎች) ለማግኘት እና እንደ ማግኒዥየም እና አሉሚኒየም ያሉ ተመሳሳይ ኤሌክትሮኖች ያላቸውን ንጥረ ነገሮች ለመለየት ጠቃሚ ነው። የኒውትሮን ሙከራዎች ትላልቅ ክሪስታሎች እና ልዩ መገልገያዎችን ከኒውትሮን ምንጮች ጋር ይፈልጋሉ ነገር ግን መግነጢሳዊ አወቃቀሮችን እና አንዳንድ የብርሃን አካላትን አቀማመጥ ለመወሰን የላቀ ትክክለኛነት ይሰጣሉ።

ማስተላለፊያ ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፕ (TEM) በ nanoscale ላይ የኦሊቪን መዋቅርን ይመረምራል, ጉድለቶችን, የጎራ ድንበሮችን እና ለዲፍራክሽን ዘዴዎች የማይታዩ የአካባቢ ልዩነቶችን ያሳያል. ከፍተኛ{1}ጥራት TEM የአቶሞችን አቀማመጥ በቀጥታ በማሳየት ነጠላ የአቶሚክ አምዶችን መሳል ይችላል። ይህ በተለይ የተበላሹ ናሙናዎችን ወይም የደረጃ ሽግግሮችን ሲያጠና በጣም ኃይለኛ ይሆናል።

ራማን እና የኢንፍራሬድ ስፔክትሮስኮፒ ምርመራ ኦሊቪን መዋቅር በንዝረት ሁነታዎች። የሲኦ₄ tetrahedron አራት መሰረታዊ የንዝረት ሁነታዎች አሉት፣ እና ድግግሞሾቻቸው በሲ{1}O ቦንድ ጥንካሬ እና በዙሪያው ባለው መዋቅራዊ አካባቢ ላይ የተመካ ነው። ቅንብር እነዚህን የንዝረት ድግግሞሾች ሊገመቱ በሚችሉ መንገዶች ይነካል-forsterite ከፋያላይት ይልቅ የተለያዩ የእይታ ቁንጮዎችን ያሳያል ምክንያቱም Fe-O bonds ከMg-O bonds ደካማ ናቸው። እነዚህ ስፔክትሮስኮፒክ ቴክኒኮች አይሰሩም{7} አጥፊ እና ጥቃቅን ናሙናዎችን ወይም መካተትን ሊያሳዩ ይችላሉ።

ክሪስታሎግራፊክ አቀማመጥ የኦሊቪን ሊታዩ የሚችሉ ንብረቶችን በቀጥታ ይቆጣጠራል። ማዕድኑ በተለምዶ የወይራ{1}አረንጓዴ ሆኖ ይታያል ምክንያቱም Fe²⁺ ions በኦክታቴድራል ቅንጅት ውስጥ ብርሃንን በተወሰነ የሞገድ ርዝመቶች ስለሚወስዱ አረንጓዴን ያስተላልፋሉ። ንፁህ ፎርስቴራይት ከቀለም እስከ ፈዛዛ ቢጫ{3}አረንጓዴ ነው፣ ብረት{4}የበለፀጉ ጥንቅሮች ግን ከጥቁር አረንጓዴ እስከ ቡናማ-ጥቁር ይታያሉ።

ኦሊቪን ከመሰንጠቅ ይልቅ ኮንኮይዳል ስብራትን ያሳያል ምክንያቱም ከኦክታሄድራ ጋር የተቆራኘው ሶስት{0}ልኬት ያለው tetrahedra ማእቀፍ በሁሉም አቅጣጫዎች እኩል ጠንካራ ትስስር ይፈጥራል። በማይካ ወይም በንብርብር ሲሊኬትስ ውስጥ ካሉት የሉህ አወቃቀሮች ጋር የሚወዳደር የድክመት አውሮፕላኖች በመዋቅር ውስጥ የሉም። ኦሊቪን ሲሰበር በተወሰኑ ክሪስታሎግራፊክ አውሮፕላኖች ላይ ከመከፋፈል ይልቅ በመዋቅሩ ላይ መደበኛ ባልሆነ መንገድ ይሰበራል።

የኦርቶሆምቢክ ሲሜትሪ አኒሶትሮፒክ ባህሪያትን ይፈጥራል{0}አካላዊ ባህሪያት እንደ ክሪስታሎግራፊያዊ አቅጣጫ ይለያያሉ። የሴይስሚክ ሞገድ ፍጥነቶች እንደ ክሪስታል መጥረቢያዎች በማሰራጨት አቅጣጫ ይለያያሉ። የፈጣኑ የፍጥነት አቅጣጫ ከ-ዘንግ፣ መካከለኛ ፍጥነት ወደ c{4}} እና ቀርፋፋ ፍጥነት ከ b-ዘንግ ጋር ይዛመዳል። ይህ የመሬት መንቀጥቀጥ anisotropy mantle olivine ውስጥ የጂኦፊዚክስ ሊቃውንት የማንትል ፍሰት አቅጣጫ እና መጠን እንዲተረጉሙ ይረዳቸዋል።

ጥንካሬ (6.5{3}}7 በሞህስ ስኬል) እና ጥግግት (3.27-3.37 ግ/ሴሜ³ ለፎርስቴይት፣ 4.39 ግ/ሴሜ³ ለፋያላይት) ሁለቱም ከህንፃው ጥብቅ ማሸጊያ እና ከብረት-ኦክስጅን ትስስር ጥንካሬ ጋር ይዛመዳሉ። በኦሊቪን መዋቅር ውስጥ ያለው ጥቅጥቅ ያለ የኦክስጂን ማእቀፍ እና አጭር የብረት-ኦክስጅን ርቀቶች በጥልቅ የመሬት ሁኔታዎች ውስጥ ኬሚካላዊ የአየር ሁኔታን የሚቋቋም ጠንካራ እና ጥቅጥቅ ያለ ማዕድን ይፈጥራሉ።

olivine crystal structure

እውነተኛ ኦሊቪን ክሪስታሎች በባህሪያቸው ላይ ከፍተኛ ተጽዕኖ የሚያሳድሩ መዋቅራዊ ጉድለቶችን ይይዛሉ። የነጥብ ጉድለቶች ክፍት የስራ ቦታዎች (የጠፉ አቶሞች)፣ የመሃል መሀል (ተጨማሪ አተሞች በተለምዶ ያልተያዙ ቦታዎች ላይ የተጨመቁ) እና የመተካት ጉድለቶች (በመደበኛ ቦታዎች ላይ የተሳሳቱ አቶሞች) ያካትታሉ። እነዚህ ጉድለቶች፣ ብርቅ ቢሆኑም፣ ለ ion እንቅስቃሴ መንገዶችን በመፍጠር ስርጭትን እና የኤሌክትሪክ እንቅስቃሴን ይቆጣጠራሉ።

መደበኛው ክሪስታሎግራፊያዊ አቀማመጥ የሚፈርስባቸው ቦታዎች{0}የመስመር ጉድለቶች{1}የኦሊቪን መካኒካል ባህሪያትን ይቆጣጠራሉ። ከቦታ ቦታ መውጣት (የእነዚህ የመስመሮች ጉድለቶች በክሪስታል ውስጥ መንቀሳቀስ) በማንትል ኦሊቪን ውስጥ በጂኦሎጂካል የጊዜ መለኪያዎች ውስጥ ትልቅ የመበላሸት ዘዴን ይወክላል። ልዩ የመንሸራተቻ ስርዓቶች (የክሪስታሎግራፊክ አውሮፕላኖች እና የመፈናቀል እንቅስቃሴ አቅጣጫዎች) የወይራ እህሎች እንዴት እንደሚቀያየሩ እና ተመራጭ ክሪስታሎግራፊክ አቅጣጫዎችን እንደሚያሳድጉ ይወስናሉ።

እንደ የእህል ድንበሮች እና መንታ ድንበሮች ያሉ የተራዘሙ ጉድለቶች የክሪስታል አወቃቀሩ ከአንዱ አቅጣጫ ወደ ሌላ የሚሸጋገርበትን በይነገጾች ይፈጥራሉ። እነዚህ ድንበሮች በሜካኒካዊ ጥንካሬ ላይ ተጽእኖ ያሳድራሉ እና ለኬሚካላዊ ለውጥ ፈጣን ስርጭት መንገዶችን ይሰጣሉ. የንዑስ እህል ድንበሮች{2}ዝቅተኛ-የአንግል ድንበሮች የመፈናቀል ድርድሮች ያቀፈ{4}}የተበላሸ ኦሊቪን ውስጥ ያድጋሉ እና የተዛባ ታሪክን ይመዘግባሉ።

በምድር ላይ ፣ ኦሊቪን ምንም እንኳን ጠንካራ መዋቅር ቢኖረውም በፍጥነት የአየር ሁኔታን ይይዛል። የውሃ ሞለኪውሎች ጉድለቶች እና የእህል ድንበሮች ውስጥ ዘልቀው ሊገቡ ይችላሉ, ከኦሊቪን ማዕቀፍ ጋር ምላሽ ይሰጣሉ. የውሃ ሞለኪውሎች ወደ መዋቅሩ ውስጥ ሲገቡ የሚፈጠረው እባብ (እባብ) ነው፡ 2Mg₂SiO₄ + 3H₂O → Mg₃Si₂O₅(OH)₄ + Mg(OH)₂። ይህ ምላሽ የመጀመሪያውን መጠን በ 30-40% ያሰፋዋል እና የመጀመሪያውን የኦሊቪን መዋቅር ያጠፋል, በቆርቆሮ ሲሊቲክ ንብርብሮች ይተካዋል.

ሌሎች የመለዋወጫ ምርቶች ኢዲንግሳይት (ጥሩ{0}የጥራጥሬ የብረት ኦክሳይድ እና የሸክላ ማዕድናት ድብልቅ) እና ቦውሊንግይት (hydrated iron{1}}የሚሸከም ሲሊኬትስ) ያካትታሉ። እነዚህ የለውጥ ሂደቶች ውሃው በቀላሉ ወደ አወቃቀሩ መድረስ በሚችሉበት ስንጥቆች እና ክሪስታል ጠርዞች ላይ በፍጥነት ይከናወናሉ። ሙሉ የፕስዶሞርፊክ መተካት ሊከሰት ይችላል፣ የተቀየሩ ነገሮች ውጫዊውን ክሪስታል ቅርፅ ሲይዙ ውስጣዊ መዋቅሩ ሙሉ በሙሉ ወደ ሁለተኛ ደረጃ ማዕድናት ይለወጣል።

የኦሊቪን መዋቅር ከሌሎች የሲሊቲክ ማዕድናት የሚለየው ምንድን ነው?

ኦሊቪን የኦክስጅን አተሞችን እርስ በርስ የማይካፈሉ ሲኦ₄ tetrahedra ይይዛል፣ ይህም እንደ ኒሶሲሊኬት ይገልፃል። ይህ በሰንሰለት ሲሊከቶች (እንደ pyroxenes)፣ ሉህ silicates (እንደ ሚካስ) እና ማዕቀፍ ሲሊኬትስ (እንደ ኳርትዝ ያሉ) ቴትራሄድራ ኦክሲጅንን በመጋራት የተራዘመ አወቃቀሮችን ይፈጥራል። የነጠላው ቴትራሄድራ በብረት{3}}የኦክስጅን ቦንድ የተያዘ ጥቅጥቅ ባለ ሶስት አቅጣጫዊ አውታረ መረብ ይፈጥራል።

ለምንድን ነው ኦሊቪን ሁለት የተለያዩ የብረት ቦታዎች (M1 እና M2) ያለው?

ኦርቶሆምቢክ ሲምሜትሪ እና የኦክስጅን አተሞች ልዩ የመጠቅለያ ዝግጅት በትንሹ የተለያየ መጠን እና የተዛቡ ሁለት ክሪስታሎግራፊያዊ የተለያዩ የኦክታቴድራል ቦታዎችን ይፈጥራሉ። M1 በተገላቢጦሽ ማእከል ላይ ተቀምጧል እና ትንሽ እና የበለጠ የተዛባ ነው, M2 ደግሞ በመስታወት አውሮፕላን ላይ ይተኛል እና ትልቅ እና መደበኛ ነው. ይህ ልዩነት የትኞቹ ጣቢያዎች የትኞቹን ጣቢያዎች እንደሚመርጡ እና የቁሱ አካላዊ ባህሪያትን እንደሚቆጣጠሩ ላይ ተጽእኖ ያደርጋል.

ጥንቅር በኦሊቪን ክሪስታል መዋቅር ላይ ምን ተጽዕኖ ያሳድራል?

ብረት በፎርስቴራይት{0}}ፋያላይት ተከታታዮች መካከል ማግኒዚየምን እንደሚተካ፣ ፌ²⁺ ከMg²⁺ ስለሚበልጥ የዩኒት ሴል በእኩልነት ይሰፋል። መሰረታዊ መዋቅራዊ ቶፖሎጂ ሳይለወጥ ይቆያል{2}ተመሳሳይ የጠፈር ቡድን፣ ተመሳሳይ የአቶሚክ ቦታዎች፣ ተመሳሳይ የማስተባበር አካባቢዎች። የማስያዣ ርዝመቶች በትንሹ ይጨምራሉ ፣ ግን የአተሞች ዝግጅት በመሠረቱ ተመሳሳይ ነው። ይህ በመጨረሻዎቹ{5}}አባላት መካከል የተሟላ መፍትሄን ይፈቅዳል።

የኦሊቪን መዋቅር ውሃን ወይም ሌሎች ተለዋዋጭ ነገሮችን ማስተናገድ ይችላል?

መደበኛ የኦሊቪን መዋቅር የሃይድሮክሳይል ቡድኖች ወይም ሞለኪውላዊ ውሃ አልያዘም. ነገር ግን፣ የሃይድሮጅን መከታተያ መጠን እንደ የነጥብ ጉድለቶች{1}በተለምዶ እንደ OH ቡድኖች በኦክሲጅን አተሞች በመተካት ወይም በመደበኛ ባዶ ቦታዎች ውስጥ እንደሚኖሩ ሊያካትት ይችላል። እነዚህ "ውሃ" ይዘቶች በጣም ዝቅተኛ ናቸው (በተለምዶ<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.

የኦሊቪን ክሪስታል መዋቅር የሚከተሉትን መሰረታዊ ባህሪያት ያሳያል.

ክሪስታል ስርዓትኦርቶሆምቢክ ከጠፈር ቡድን Pbnm (ወይም Pnma በአማራጭ ቅንብር)

የላቲስ መለኪያዎች:

Forsterite: a ≈ 4.75 Å, b ≈ 10.20 Å, c ≈ 5.98 Å

ፋያላይት፡ a ≈ 4.82 Å፣ b ≈ 10.48 Å፣ c ≈ 6.09 Å

የግንባታ ብሎኮችበብረት{0}ኦክሲጅን ኦክታሄድራ (MO₆) የተገናኘ ሲኦ₄ ቴትራሄድራ

የብረት ቦታዎች: ሁለት የተለያዩ የ octahedral ሳይቶች (M1 እና M2) የተለያየ መጠን እና መዛባት ያላቸው

የኦክስጅን አቀማመጥ: በ asymmetric ዩኒት ውስጥ ሦስት ክሪስታሎግራፊያዊ የተለዩ የኦክስጂን ቦታዎች

የመዋቅር አይነት: ባለ ስድስት ጎን ዝጋ{0}የታሸገ የኦክስጅን ድርድር በ tetrahedral እና octahedral ባዶዎች ውስጥ cations ያለው

ምደባ: Nesosilicate (orthosilicate) በተናጥል tetrahedral ክፍሎች ምክንያት

ማስተባበርሲ በ4-ማስተባበር (tetrahedral)፣ M cations በ6-ማስተባበር (ኦክታሄድራል)

ይህ መዋቅራዊ ማዕቀፍ በአስደናቂ ሁኔታ ጠንካራ መሆኑን ያረጋግጣል፣ በጂኦሎጂካል አከባቢዎች ውስጥ ባሉ ሰፊ የቅንብር ክልሎች ውስጥ መረጋጋትን የሚጠብቅ እና እንዲሁም በቴክኖሎጂ አፕሊኬሽኖች ውስጥ የላቀ የባትሪ ቁሳቁሶችን መሠረት ይሰጣል። የኦሊቪን መዋቅር ጠንካራ ኮቫለንት ሲ{1}O ቦንዶች ከተለዋዋጭ ብረት ጋር{2}የኦክስጅን ማስተባበር ከምድር በጣም አስፈላጊ እና ሁለገብ ማዕድን አወቃቀሮች አንዱ ያደርገዋል።