多體性

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多體性polysomy

兩種或兩種以上性質(zhì)不同的結(jié)晶模塊,按不同的比例和(或)堆垛順序,構(gòu)筑成結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成均不相同的多種的特性。這樣的一系列晶體共同組成一個體系列,系列中的每個成員均是該系列的一個體。

結(jié)晶學(xué)模塊是從給定的晶體結(jié)構(gòu)中,設(shè)想按一定方式割取出來的結(jié)構(gòu)- 化學(xué)單元。每種模塊各有自身的空間范圍,通常都選取沿二維方向無限延展的層狀模塊或一維無限延伸的桿狀模塊。模塊本身一般并不包含完整的單位晶胞,但任何模塊的割取方式都應(yīng)使它仍能含有完整晶體結(jié)構(gòu)所具有的許多基本特征,例如包含結(jié)構(gòu)中所固有的各種配位多面體,保持與完整晶體相同的化學(xué)成分等。此外,不論哪種層狀模塊或桿狀模塊,都是一個維的或一維的平移格子。構(gòu)成任一多體的兩種結(jié)晶學(xué)模塊,平移格子的重復(fù)周期應(yīng)是近于對應(yīng)相同的。

硅鎂石族礦物是多體系列的一個典型實(shí)例,它們的主要特征見表[硅鎂石族礦物多體系列中各多體的主要特征]。此系列的各個多體由塊硅鎂石和鎂橄欖石兩種層狀模塊構(gòu)成。塊硅鎂石與鎂橄欖石結(jié)構(gòu)中Mg-O配位八面體(塊硅鎂石中還有Mg-F配位八面體)均共棱聯(lián)接而在(100)面內(nèi)形成沿c軸延伸的“之”字形鏈;但在鎂橄欖石中“之”字形鏈每隔兩個配位八面體拐折一次,而在塊硅鎂石中為每隔三個拐折一次。層狀模塊即沿平行(001)的對稱面切割,它們的厚度為各自的c0/2。當(dāng)兩種模塊以不同的比例相互拼接時,則形成不同的多體(見圖[硅鎂石族礦物多體系列中各多體結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖])。圖面垂直a 軸;黑點(diǎn)代表配位八面體中心Mg(的位置;虛線代表層狀模塊的界線。

由于結(jié)晶學(xué)模塊不僅是一種結(jié)構(gòu)單元,同時還是一種化學(xué)單元,因而只要知道模塊本身的化學(xué)組成和多體中模塊堆垛的重復(fù)方式,即可通過簡單的相加而得出多體的化學(xué)組成。例如:

[185-01]多體性在層狀結(jié)構(gòu)晶體中相當(dāng)普遍。

具層狀模塊的多體性與晶體的在某些方面比較相似。它們的根本區(qū)別在于構(gòu)成同一系列中不同多體的兩種(或幾種)模塊必定是在結(jié)構(gòu)上和化學(xué)組成上都不相同的結(jié)構(gòu)-化學(xué)單元,而構(gòu)成同種物質(zhì)之不同多型的所有結(jié)構(gòu)單元層必須是在結(jié)構(gòu)上和化學(xué)組成上都相同(或至少是基本相同)的結(jié)構(gòu)-化學(xué)單元。因此,多體性與多型性是兩種根本上不相同的晶體化學(xué)特性。當(dāng)然,有些多體同時還可以具有多型性,例如、直閃石等。但作為兩種不同的概念,它們劃分模塊和結(jié)構(gòu)組元層的方式肯定是不相同的。

運(yùn)用多體性的知識,可以揭示出存在于同一系列各多體之間的內(nèi)在聯(lián)系和固有的規(guī)律性,并可據(jù)以預(yù)測還可能存在什么多體,以及它們的成分、結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和形成條件等特征。J.B.湯普森曾在1968年預(yù)言了中可能存在的某些多體,后來它們中有一些果然作為新礦物鎂川石和閃川石等而被發(fā)現(xiàn)。此外,多體性的知識對于礦物學(xué)的教學(xué)也是一種富有啟發(fā)性的工具。

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