ओलिभिन क्रिस्टल संरचना के हो?

ओलिभिन क्रिस्टल ढाँचामा ओर्थोरोम्बिक व्यवस्था हुन्छ जहाँ पृथक सिलिकन-अक्सिजन टेट्राहेड्रा (SiO₄) अष्टहेड्रल साइटहरू ओगटेको धातु क्यासनहरूद्वारा जोडिएको हुन्छ। यो संरचनालाई हेक्सागोनल क्लोज-प्याक गरिएको अक्सिजन एटमहरू, म्याग्नेसियम वा फलामको आयनहरूले भरिएको आधा अष्टाहेड्रल भोइडहरू र सिलिकनले ओगटेको टेट्राहेड्रल शून्यको आठौं भागको रूपमा कल्पना गर्न सकिन्छ।

ओलिभिन समूहले अन्तरिक्ष समूह Pbnm (वैकल्पिक सेटिङहरूमा Pnma पनि भनिन्छ) अन्तर्गत ओर्थोम्बिक क्रिस्टल प्रणालीमा क्रिस्टलाइज गर्दछ। यो आधारभूत सममितिले कसरी परमाणुहरूले क्रिस्टल जाली भित्र आफैलाई व्यवस्थित गर्दछ र खनिजको भौतिक गुणहरूलाई प्रत्यक्ष रूपमा प्रभाव पार्छ भनेर परिभाषित गर्दछ।

एकाइ कक्षले चार सूत्र एकाइहरू (Z=4) समावेश गर्दछ र तीन असमान अक्षहरू प्रदर्शन गर्दछ जुन दायाँ कोणहरूमा प्रतिच्छेदन गर्दछ। फोर्स्टेराइट (Mg₂SiO₄) को लागि, सामान्य जाली प्यारामिटरहरू लगभग एक=4.75 Å, b=10.20 Å, र c=5.98 Å हुन्। fayalite (Fe₂SiO₄) मा, म्याग्नेसियमको तुलनामा फलामको ठूलो आयनिक त्रिज्याका कारण यी प्यारामिटरहरू=4.82 Å, b=10.48 Å, र c=6.09 Å मा थोरै विस्तार हुन्छन्।

Pbnm अन्तरिक्ष समूह पदनामले महत्त्वपूर्ण संरचनात्मक विवरणहरू प्रकट गर्दछ। यो अन्तरिक्ष समूहमा मिरर प्लेनहरू र एक उल्टो केन्द्र समावेश गर्दछ, परमाणु स्थितिहरूमा विशिष्ट सममिति अवरोधहरू सिर्जना गर्दछ। तीनवटा क्रिस्टलोग्राफिक रूपमा भिन्न अक्सिजन स्थानहरू (O1, O2, O3) संरचना भित्र अवस्थित छन्, O1 र O2 ऐनाको विमानहरूमा रहेको छ जबकि O3 ले विशेष सममिति बिना सामान्य स्थान ओगटेको छ।

ओलिभिनको संरचनाको मुटुमा पृथक SiO₄⁴⁻ टेट्राहेड्रन छ, जहाँ एक केन्द्रीय सिलिकन परमाणु चार वरपरका अक्सिजन परमाणुहरूमा सहसंयोजक रूपमा बाँधिन्छ। यी टेट्राहेड्राहरू पूर्ण रूपमा स्वतन्त्र छन्- तिनीहरूले छिमेकी टेट्राहेड्रासँग ओलिभिनलाई नेसोसिलिकेट वा ओर्थोसिलिकेटको रूपमा वर्गीकरण गर्दै अक्सिजन परमाणुहरू साझेदारी गर्दैनन्। प्रत्येक Si-O बन्डले लगभग 1.63-1.66 Å मापन गर्दछ र बलियो सहसंयोजक चरित्र प्रदर्शन गर्दछ।

टेट्राहेड्रा अभिमुखीकरणमा वैकल्पिक, क्रिस्टलोग्राफिक c-अक्षको समानान्तर पङ्क्तिहरूमा माथि र तल देखाउँदै। यो वैकल्पिक व्यवस्थाले संरचना भित्र च्यानलहरू सिर्जना गर्दछ जहाँ धातु क्याशनहरू बस्न सक्छन्। सिलिकन आयनले केवल एक क्रिस्टलोग्राफिक रूपमा फरक साइट ओगटेको छ जुन ऐना प्लेनमा बस्छ, यसको मतलब संरचनामा सबै सिलिकन परमाणुहरू सममिति अपरेशनहरूद्वारा सम्बन्धित छन्।

धातु क्याशनहरू (सामान्यतया Mg²⁺ वा Fe²⁺) ले M1 र M2 लेबल गरिएका दुई भिन्न अष्टहेड्रल साइटहरू ओगटेका छन्। M1 साइट एक उल्टो केन्द्रमा विराजमान छ र छ वटा वरिपरि अक्सिजन परमाणुहरूको साथ अधिक विकृत अष्टहेड्रन बनाउँछ। M1 मा धातु-अक्सिजन बन्डको लम्बाइ लगभग २.०७-२.१३ Å म्याग्नेसियमको लागि दायरा हुन्छ। M2 साइट मिरर प्लेनमा अवस्थित छ र 2.04-2.21 Å फैलिएको MO दूरीको साथ ठूलो, अधिक नियमित अष्टहेड्रन सिर्जना गर्दछ।

M1 र M2 साइटहरू बीचको भिन्नताले संरचनामा विभिन्न क्याशनहरूले आफूलाई कसरी वितरण गर्छ भनेर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पार्छ। म्याग्नेसियम-फलामको ठोस समाधान शृङ्खलामा, Mg²⁺ र Fe²⁺ ले थोरै साइट प्राथमिकता देखाउँदछ-दुबै M1 र M2 साइटहरू बलियो चयनशीलता बिना ओगटेका छन्। यद्यपि, क्याल्सियम-ओलिभिनहरू जस्तै मोन्टिसेलाइट (CaMgSiO₄) मा, ठूला Ca²⁺ आयनहरूले अधिक प्रशस्त M2 साइटहरूमा प्राथमिकता दिन्छन् जबकि Mg²⁺ ले सानो M1 स्थानहरूलाई समर्थन गर्दछ।

olivine crystal structure

ओलिभिन संरचनाको वर्णन गर्ने वैकल्पिक तरिकाले अक्सिजन सबलाटिसलाई जोड दिन्छ। अक्सिजन आयनहरूले लगभग हेक्सागोनल क्लोज-प्याक गरिएको (hcp) एरे बनाउँछ जुन एक-अक्षमा स्ट्याक गरिएको छ। यस ढाँचाले मचान प्रदान गर्दछ जसमा सिलिकन र धातु क्याशनहरू आफैंमा अवस्थित हुन्छन्।

यस hcp अक्सिजन व्यवस्था भित्र, धातु क्यासनहरूले उपलब्ध अष्टाहेड्रल भोइडहरूको आधा भर्छन्, जबकि सिलिकन परमाणुहरूले टेट्राहेड्रल शून्यको आठौं भाग ओगटेका छन्। यो छनौट साइट अधिभोगले M₂SiO₄ को विशेषता ओलिभिन स्टोइचियोमेट्री सिर्जना गर्दछ, जहाँ M ले divalent धातु cations को प्रतिनिधित्व गर्दछ।

प्रत्येक अक्सिजन एटमले एउटा सिलिकन र तीनवटा धातुको एटममा बाँध्छ, यसले तीन-आयामी ढाँचा बनाउँछ। अक्सिजन परमाणुहरू समतुल्य छैनन्-तीन भिन्न अक्सिजन स्थानहरू (O1, O2, O3) सँग थोरै फरक बन्धन वातावरण र छिमेकी परमाणुहरूको दूरीहरू छन्। अक्सिजन साइटहरूमा यो भिन्नताले समग्र संरचनात्मक जटिलतामा योगदान पुर्‍याउँछ र थर्मल विस्तार र कम्प्रेसिबिलिटी जस्ता गुणहरूलाई असर गर्छ।

किनाराका तहहरू-सेयरिङ अक्टाहेड्रा (१००) प्लेनसँग समानान्तर विस्तार हुन्छन्, क्रस-पृथक SiO₄ टेट्राहेड्राद्वारा लिङ्क गरिएको। यो स्तरित विशेषता लागू तनावमा विशेष रूपमा महत्त्वपूर्ण हुन्छ, किनकि यसले सम्भावित स्लिप प्लेनहरू सिर्जना गर्दछ जसले पृथ्वीको आवरणमा ओलिभिनको मेकानिकल र सिस्मिक गुणहरूलाई प्रभाव पार्छ।

ओलिभिनको क्रिस्टल संरचनाले म्याग्नेसियम एन्ड{0}}सदस्य फोर्स्टेराइट (Mg₂SiO₄) र फलामको अन्त्य-सदस्य फायालाइट (Fe₂SiO₄) बीचको निरन्तर ठोस समाधानलाई समायोजन गर्दछ। यो पूर्ण मिसिबिलिटी अवस्थित छ किनभने Mg²⁺ (आयनिक त्रिज्या ~ 0.72 Å) र Fe²⁺ (आयनिक त्रिज्या ~ 0.77 Å) आकारमा लगभग 7% फरक छ, तिनीहरूलाई क्रिस्टल संरचनालाई उल्लेखनीय रूपमा विकृत नगरी स्वतन्त्र रूपमा प्रतिस्थापन गर्न अनुमति दिँदै।

रचनाहरू पारंपरिक रूपमा दाढ़ प्रतिशतको रूपमा व्यक्त गरिन्छ, जस्तै Fo₇₀Fa₃₀ (वा केवल Fo₇₀), 70% forsterite र 30% fayalite को संकेत गर्दछ। माफिक चट्टानहरूका प्राकृतिक ओलिभिनहरू सामान्यतया Fo₅₀ देखि Fo₉₀ सम्म हुन्छन्, जबकि मेन्टल ओलिभिनहरू सामान्यतया अधिक म्याग्नेसियन हुन्छन्, Fo₈₈ देखि Fo₉₂ वरिपरि रचनाहरू सहित।

जाली मापदण्डहरू फलामको सामग्रीसँग लगभग रैखिक रूपमा बढ्छ। Fe²⁺ ले Mg²⁺ को विकल्पको रूपमा, एकाइ सेल विस्तार हुन्छ किनभने फलामको ठूलो आकारले परमाणुहरूलाई अलि टाढा धकेल्छ। यो सम्बन्ध यति अनुमानित छ कि एकाइ सेल आयामहरू उचित शुद्धता संग ओलिभिन संरचना निर्धारण गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ।

प्रमुख Mg-Fe प्रतिस्थापन बाहेक, ओलिभिन संरचनाले अन्य क्यासनहरूको सानो मात्रा समावेश गर्न सक्छ। क्याल्सियमले संरचनामा सीमित मात्रामा प्रवेश गर्छ, M2 साइटलाई प्राथमिकता दिन्छ। म्यांगनीज (टेफ्रोइटमा, Mn₂SiO₄) ले म्याग्नेसियम वा फलामलाई पूर्ण रूपमा प्रतिस्थापन गर्न सक्छ। निकल, क्रोमियम, र फेरिक फलाम (Fe³⁺) को ट्रेस मात्राले अष्टहेड्रल साइटहरूमा प्रतिस्थापन गर्न सक्छ, यद्यपि सानो अनुपातमा।

ओलिभिन संरचना विशिष्ट दबाब र तापमान अवस्थाहरूमा मात्र स्थिर रहन्छ। पृथ्वी भित्र गहिराइ बढ्दै जाँदा, ओलिभिन व्यवस्था ऊर्जावान रूपमा प्रतिकूल हुन्छ र विभिन्न क्रिस्टल संरचनाहरू भएका घनत्व बहुरूपहरूमा रूपान्तरण हुन्छ।

लगभग 410 किलोमिटर गहिराइमा (14 GPa वरिपरिको दबाब अनुरूप), ओलिभिनले वाडस्लेइटमा एक्जोथर्मिक चरण संक्रमणबाट गुज्र्छ। यो रूपान्तरणले महत्त्वपूर्ण संरचनात्मक पुनर्व्यवस्थित समावेश गर्दछ जहाँ अक्सिजन सबलैटिस हेक्सागोनल क्लोज-बाट थप घन व्यवस्था तर्फ सर्छ। Wadsleyite ले ओर्थोरोम्बिक सममिति कायम राख्छ तर अष्टहेड्रल समन्वयमा केही सिलिकन परमाणुहरू सहितको परिमार्जित स्पिनल-जस्तो संरचना अपनाउछ।

पृथ्वीको आवरणमा गहिरो, लगभग 520 किलोमिटर गहिराइ (18-20 GPa) मा, वाडस्लेइट रिंगवुडाइटमा परिणत हुन्छ, जसले घन स्पिनल संरचना अपनाउछ। रिंगवुडाइटमा, सबै सिलिकनले टेट्राहेड्रल स्थानहरूको सट्टा अष्टहेड्रल साइटहरू ओगटेको छ। यी चरण ट्रान्जिसनहरूले अचानक घनत्व बढाउँछ जुन भूकंपविद्हरूले भूकम्प तरंग वेगहरूमा अवरोधको रूपमा पत्ता लगाउँछन्।

यी संक्रमणहरू हुने दबाब तापमान र संरचनामा निर्भर गर्दछ। आइरन-रिच ओलिभिनले म्याग्नेसियम-रिच किस्महरू भन्दा कम दबाबमा रूपान्तरण गर्दछ। ८०० डिग्रीमा, शुद्ध फोरस्टेराइट ११.८ GPa मा वाडस्लेइटमा रूपान्तरण हुन्छ, जबकि वाडस्लेइट-बाट-रिङवुडाइट ट्रान्जिसन १४ GPa माथि हुन्छ। आइरन एन्ड-सदस्य फायालाइटले वाडस्लेइट संरचनालाई पूर्ण रूपमा छोड्छ र तल्लो दबाबमा सीधै एहरेनसाइट (फलाम-रिङवुडाइट एनालग) मा रूपान्तरण गर्छ।

olivine crystal structure

ओलिभिन संरचनाले लागू गरिएको दबाबलाई एनिसोट्रोपिक रूपमा प्रतिक्रिया दिन्छ{0}} विभिन्न क्रिस्टलोग्राफिक दिशाहरू विभिन्न दरहरूमा कम्प्रेस गर्दछ। M2 octahedron ले फोर्स्टेराइट देखि fayalite सम्म सबै रचनाहरूमा M1 octahedron भन्दा धेरै सजिलै कम्प्रेस गर्दछ। यो भिन्नता कम्प्रेसन हुन्छ किनभने M2 साइटसँग यसको बन्धन कन्फिगरेसनमा ठूलो प्रारम्भिक भोल्युम र अधिक लचिलोपन छ।

एकल-क्रिस्टल एक्स-किरण विवर्तन 8 GPa सम्मको अध्ययनले M2-O बन्डको लम्बाइ दबाबमा M1-O बन्डहरू भन्दा छिटो छोटो हुने देखाउँछ। M1 octahedron फलामको मात्रा बढ्दै जाँदा तुलनात्मक रूपमा कम संकुचित हुन्छ, जसले विरोधाभासपूर्ण रूपमा बल्क मोड्युलस (संकुचनको लागि समग्र प्रतिरोध) फोर्स्टेराइटबाट फयालाइटमा अलिकति बढ्छ - फलाम म्याग्नेसियम भन्दा भारी भएकोले प्रारम्भिक रूपमा प्रतिरोधात्मक परिणाम हो।

तापमानले संरचनालाई फरक असर गर्छ। तताउने कारणले एकाइ सेल विस्तार हुन्छ, b-अक्षले सबैभन्दा ठूलो थर्मल विस्तार गुणांक देखाउँछ। फोर्स्टेराइटमा ९०० डिग्रीसम्मको उच्च-तापमान अध्ययनले M-ओ बन्डको लम्बाइ व्यवस्थित रूपमा बढेको देखाउँछ, तर पग्लने तापक्रम नआएसम्म आधारभूत संरचनात्मक टोपोलोजी अपरिवर्तित रहन्छ।

SiO₄ टेट्राहेड्रा धातुको तुलनामा अक्सिजन अक्टाहेड्रा-को तुलनामा उल्लेखनीय रूपमा कठोर साबित हुन्छ। Si-O बन्धनको लम्बाइहरू दबाव वा तापक्रममा न्यूनतम रूपमा परिवर्तन हुन्छन् किनभने Si-O बन्डहरूको बलियो सहसंयोजक वर्ण। धेरै संरचनात्मक लचिलोपन M-ओ बन्ड लम्बाइ र पोलिहेड्रा बीचको कोणहरू पोलिहेड्राको कम्प्रेसनको सट्टा समायोजनबाट आउँछ।

ओलिभिन संरचनात्मक ढाँचाले महत्त्वपूर्ण प्राविधिक अनुप्रयोग फेला पार्छलिथियम फलाम फास्फेट ब्याट्री(LiFePO₄ वा LFP)। 1996 मा क्याथोड सामग्रीको रूपमा पत्ता लगाइएको, लिथियम आइरन फस्फेटले खनिज ओलिभिनको रूपमा समान आधारभूत ओलिभिन संरचना प्रकारलाई अपनाउँछ, यद्यपि फस्फेट समूहहरूले पृथक सिलिकेट टेट्राहेड्रालाई प्रतिस्थापन गर्दछ।

LiFePO₄ मा, संरचनाले जाली प्यारामिटरहरू a=6.008 Å, b=10.334 Å, र c=4.693 Å संग orthorhombic सममिति (स्पेस समूह Pnma/Pbnm) कायम राख्छ। फलामको परमाणुहरूले अक्टाहेड्रल साइटहरू ओगटेका छन् (FeO₆ octahedra बनाउँछन्), जबकि फस्फोरस परमाणुहरू टेट्राहेड्रल साइटहरूमा बस्छन् (PO₄ टेट्राहेड्रा बनाउँछन्), कसरी धातु र सिलिकन परमाणुहरू खनिज ओलिभिनमा व्यवस्थित हुन्छन्।

मुख्य भिन्नता अतिरिक्त लिथियम क्यासनहरूमा छ। लिथियम आयनहरू संरचना भित्र अक्टाहेड्रल च्यानलहरूमा बस्छन्, जिग्ज्याग ढाँचामा व्यवस्थित। ब्याट्री चार्ज र डिस्चार्ज गर्दा, लिथियम आयनहरू उल्टाउन सकिन्छ र आधारभूत ओलिभिन ढाँचालाई ध्वस्त नगरी यी च्यानलहरूमा सम्मिलित गर्न सकिन्छ। लिथियम भित्र र बाहिर जाँदा चार्ज सन्तुलन कायम राख्न फलामले Fe²⁺ र Fe³⁺ बीचको रेडक्स साइकल चलाउँछ।

यो संरचनात्मक स्थिरता-मजबूत ओलिभिन वास्तुकलाबाट प्राप्त भएको-ले LiFePO₄ ब्याट्रीहरूलाई असाधारण सुरक्षा विशेषताहरू र लामो चक्र जीवन दिन्छ। फस्फेट टेट्राहेड्रामा रहेको बलियो P-ओ सहसंयोजक बन्धनले अक्सिजन रिलिजलाई प्रतिरोध गर्छ, थर्मल रनअवे प्रतिक्रियाहरूलाई रोक्छ जसले केही अन्य लिथियम- ब्याट्री रसायनहरूलाई प्लेग गर्छ। व्यावसायिक LFP ब्याट्रीहरूले क्षमता कायम राख्दै ३,००० भन्दा बढी चार्ज-डिस्चार्ज चक्रहरू प्राप्त गर्न सक्छन्।

ओलिभिन ढाँचाले एउटा सीमितता थोपर्छ: लिथियम आयनहरू तीन आयामहरूमा स्वतन्त्र रूपमा सर्नुको सट्टा क्रिस्टलोग्राफिक अक्षहरूको साथमा एक- आयामी च्यानलहरू मार्फत फैलिएको हुनुपर्छ। यसले आयनिक चालकता र दर क्षमतालाई प्रतिबन्ध गर्दछ। अन्वेषकहरूले यसलाई नानोस्ट्रक्चरिङ (डिफ्युजन पथहरू छोटो बनाउन कणको आकार घटाउने) र कार्बन कोटिंग (इलेक्ट्रोनिक चालकता सुधार गर्ने) मार्फत सम्बोधन गर्छन्। परिमार्जित संस्करणहरू जस्तै लिथियम म्यांगनीज आइरन फस्फेट (LMFP) ले ओलिभिन संरचनालाई कायम राख्छ जबकि केही फलामको लागि म्याङ्गनीजलाई अपरेटिङ भोल्टेज बढाउनको लागि प्रतिस्थापन गर्दछ।

ओलिभिन संरचनाको आधुनिक बुझाइ मुख्यतया X-किरण विवर्तन प्रविधिबाट आउँछ। विलियम लरेन्स ब्राग र जीबी ब्राउनले प्रारम्भिक X-रे क्रिस्टलोग्राफी विधिहरू प्रयोग गरेर 1926 मा पहिलो पटक फोर्स्टेराइटको क्रिस्टल संरचना निर्धारण गरे। तिनीहरूको कामले पृथक SiO₄ टेट्राहेड्रा-बाट बनेको ओलिभिनलाई सिलिकेट खनिजको लागि आधारभूत अन्तरदृष्टि स्थापित गर्‍यो।

एकल-क्रिस्टल एक्स-किरण विवर्तन सटीक संरचनात्मक निर्धारणको लागि सुनको मानक रहन्छ। एउटा सानो ओलिभिन क्रिस्टल (सामान्यतया ०.१-०.५ मिमी) गोनियोमिटरमा माउन्ट गरिन्छ र एक्स-रे बीम मार्फत घुमाइन्छ। परिणामस्वरूप विवर्तन ढाँचामा हजारौं व्यक्तिगत प्रतिबिम्बहरू हुन्छन्, प्रत्येकले क्रिस्टलोग्राफिक विमानहरूको फरक सेट प्रतिनिधित्व गर्दछ। परिष्कृत सफ्टवेयरले परमाणु स्थिति, थर्मल प्यारामिटरहरू, र साइट ओपेन्सीहरूलाई परिष्कृत विवर्तन तीव्रताहरूसँग मेल खाने गर्दछ।

न्युट्रोन विवर्तनले पूरक जानकारी प्रदान गर्दछ, विशेष गरी हाइड्रोजन परमाणुहरू (हाइड्रोस चरणहरूमा) पत्ता लगाउन र म्याग्नेसियम र एल्युमिनियम जस्ता समान इलेक्ट्रोन गणनाहरू भएका तत्वहरू बीच भेद गर्नको लागि मूल्यवान। न्युट्रोन प्रयोगहरूलाई ठूला क्रिस्टलहरू र न्यूट्रोन स्रोतहरूसँग विशेष सुविधाहरू चाहिन्छ, तर तिनीहरू चुम्बकीय संरचनाहरू र केही प्रकाश तत्व स्थितिहरू निर्धारण गर्न उच्च परिशुद्धता प्रदान गर्छन्।

ट्रान्समिशन इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (TEM) ले नानोस्केलमा ओलिभिन संरचनाको जाँच गर्दछ, दोषहरू, डोमेन सीमाहरू, र विवर्तन विधिहरूमा अदृश्य स्थानीय भिन्नताहरू प्रकट गर्दछ। उच्च- रिजोल्युसन TEM ले व्यक्तिगत परमाणु स्तम्भहरूलाई चित्रण गर्न सक्छ, प्रत्यक्ष रूपमा परमाणुहरूको व्यवस्थाको कल्पना गर्दछ। विकृत नमूनाहरू वा चरण संक्रमणहरू अध्ययन गर्दा यो विशेष रूपमा शक्तिशाली हुन्छ जहाँ संरचना सानो दूरीहरूमा भिन्न हुन्छ।

रमन र इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रोब ओलिभिन संरचना कम्पन मोडहरू मार्फत। SiO₄ tetrahedron मा चार आधारभूत कम्पन मोडहरू छन्, र तिनीहरूको आवृत्तिहरू Si-ओ बन्ड बल र वरपरको संरचनात्मक वातावरणमा निर्भर गर्दछ। कम्पोजिसनले यी कम्पन फ्रिक्वेन्सीहरूलाई अनुमानित तरिकामा असर गर्छ-फोरस्टेराइटले फयालाइट भन्दा फरक वर्णक्रमीय चुचुराहरू देखाउँछ किनभने Fe-O बन्डहरू Mg-O बन्डहरू भन्दा कमजोर हुन्छन्। यी स्पेक्ट्रोस्कोपिक प्रविधिहरूले गैर- विनाशकारी रूपमा काम गर्छन् र साना नमूनाहरू वा समावेशहरूलाई विशेषता गर्न सक्छन्।

क्रिस्टलोग्राफिक व्यवस्थाले ओलिभिनको अवलोकन योग्य गुणहरूलाई सीधा नियन्त्रण गर्दछ। खनिज सामान्यतया जैतून -हरियो देखिन्छ किनभने अक्टहेड्रल समन्वयमा Fe²⁺ आयनहरूले विशिष्ट तरंगदैर्ध्यमा प्रकाश अवशोषित गर्दछ, हरियो प्रसारण गर्दछ। शुद्ध फोर्स्टेराइट रंगहीन देखि पहेंलो पहेंलो-हरियो हुन्छ, जबकि फलाम-रिच रचनाहरू गाढा हरियो देखि खैरो-कालो देखिन्छ।

ओलिभिनले क्लीभेजको सट्टा कन्कोइडल फ्र्याक्चर प्रदर्शन गर्दछ किनभने पृथक टेट्राहेड्राको थ्री-आयामी ढाँचाले अक्टाहेड्रासँग जोडिएको सबै दिशाहरूमा समान रूपमा बलियो बन्धनहरू सिर्जना गर्दछ। माइकस वा लेयर सिलिकेटहरूमा पाना संरचनाहरूसँग तुलना गर्न सक्ने संरचनामा कमजोरीको कुनै पनि विमानहरू अवस्थित छैनन्। जब ओलिभिन फुट्छ, यो विशिष्ट क्रिस्टलोग्राफिक प्लेनहरूमा विभाजित हुनुको सट्टा संरचनामा अनियमित रूपमा भाँचिन्छ।

अर्थोरोम्बिक सममितिले एनिसोट्रोपिक गुणहरू सिर्जना गर्दछ{0}} भौतिक विशेषताहरू क्रिस्टलोग्राफिक दिशामा भिन्न हुन्छन्। क्रिस्टल अक्षहरूको सापेक्ष प्रसार दिशामा आधारित सिस्मिक तरंग वेग फरक हुन्छ। द्रुत गति दिशा a-अक्षसँग, मध्यम वेग c-अक्षसँग र ढिलो वेग b-अक्षसँग मेल खान्छ। मन्टल ओलिभिनमा रहेको यो सिस्मिक एनिसोट्रोपीले भूभौतिकशास्त्रीहरूलाई मेन्टल फ्लोको दिशा र परिमाणको व्याख्या गर्न मद्दत गर्छ।

कठोरता (6.5-7 Mohs स्केलमा) र घनत्व (3.27-3.37 g/cm³ forsterite को लागि, 4.39 g/cm³ को लागि fayalite) दुबै संरचनाको कडा प्याकिङ र धातु-अक्सिजन बन्धनको बलसँग सम्बन्धित छन्। ओलिभिन संरचनामा सघन अक्सिजन ढाँचा र छोटो धातु-अक्सिजन दूरीहरूले गहिरो पृथ्वीको अवस्थाहरूमा रासायनिक मौसम प्रतिरोधी कडा, घना खनिज सिर्जना गर्दछ।

olivine crystal structure

वास्तविक ओलिभिन क्रिस्टलहरूमा संरचनात्मक त्रुटिहरू छन् जसले उनीहरूको व्यवहारलाई महत्त्वपूर्ण रूपमा असर गर्छ। बिन्दु दोषहरूमा रिक्त स्थानहरू (हराएको परमाणुहरू), अन्तर्वार्ताहरू (सामान्य रूपमा खाली स्थानहरूमा निचोड गरिएका अतिरिक्त परमाणुहरू), र प्रतिस्थापन दोषहरू (सामान्य साइटहरूमा गलत परमाणुहरू) समावेश छन्। यी दोषहरू, दुर्लभ भए पनि, आयनिक आन्दोलनको लागि मार्गहरू सिर्जना गरेर प्रसार दरहरू र विद्युतीय चालकता नियन्त्रण गर्दछ।

विस्थापनहरू-रेखा त्रुटिहरू जहाँ नियमित क्रिस्टलोग्राफिक व्यवस्था तोडिन्छ-ओलिभिनको मेकानिकल गुणहरू हावी हुन्छन्। विस्थापन क्रिप (क्रिस्टल मार्फत यी रेखा दोषहरूको आन्दोलन) भौगोलिक टाइमस्केल अन्तर्गत आवरण ओलिभिनमा एक प्रमुख विकृति संयन्त्र प्रतिनिधित्व गर्दछ। विशिष्ट स्लिप प्रणालीहरू (क्रिस्टालोग्राफिक प्लेनहरू र विस्थापन गतिको दिशाहरू) ले ओलिभिन ग्रेनहरू कसरी विकृत हुन्छन् र मनपर्ने क्रिस्टलोग्राफिक अभिमुखीकरणहरू विकास गर्छन् भनेर निर्धारण गर्दछ।

अनाज सीमा र जुम्ल्याहा सीमाहरू जस्तै विस्तारित दोषहरूले इन्टरफेसहरू सिर्जना गर्दछ जहाँ क्रिस्टल संरचना एक अभिमुखीकरणबाट अर्कोमा ट्रान्जिसन हुन्छ। यी सीमाहरूले मेकानिकल बललाई असर गर्छ र रासायनिक परिवर्तनको लागि द्रुत प्रसार मार्गहरू प्रदान गर्दछ। सबग्रेन सीमाहरू-निम्न-विस्थापनका एरेहरू मिलेर बनेको कोण सीमाहरू-विकृत ओलिभिनमा विकसित हुन्छन् र विरूपण इतिहास रेकर्ड गर्दछ।

पृथ्वीको सतहमा, ओलिभिन यसको बलियो संरचनाको बावजुद छिटो मौसम हुन्छ। पानीका अणुहरूले ओलिभिन ढाँचासँग प्रतिक्रिया गर्दै, दोषहरू र अन्नको सीमाहरूमा प्रवेश गर्न सक्छन्। सबैभन्दा सामान्य परिवर्तन उत्पादन सर्पेन्टाइन हो, जब पानीको अणुहरू संरचनामा घुसाउँछन्: 2Mg₂SiO₄ + 3H₂O → Mg₃Si₂O₅(OH)₄ + Mg(OH)₂। यो प्रतिक्रियाले मूल भोल्युमलाई 30-40% ले विस्तार गर्दछ र मूल ओलिभिन संरचनालाई नष्ट गर्दछ, यसलाई पाना सिलिकेट तहहरूसँग प्रतिस्थापन गर्दछ।

अन्य परिवर्तन उत्पादनहरूमा iddingsite (फलामको अक्साइड र माटोको खनिजहरूको राम्रो-मिश्रण) र बलिङ्गाइट (हाइड्रेटेड आइरन-बियरिङ सिलिकेट) समावेश छन्। यी परिवर्तन प्रक्रियाहरू दरारहरू र क्रिस्टल किनारहरूमा सबैभन्दा छिटो अगाडि बढ्छन् जहाँ पानीले संरचनामा सजिलै पहुँच गर्न सक्छ। पूर्ण स्यूडोमोर्फिक प्रतिस्थापन हुन सक्छ, जहाँ परिवर्तन गरिएको सामग्रीले बाह्य क्रिस्टल आकार कायम राख्छ जबकि आन्तरिक संरचना पूर्णतया माध्यमिक खनिजहरूमा रूपान्तरण हुन्छ।

ओलिभिन संरचनालाई अन्य सिलिकेट खनिजहरू भन्दा के फरक बनाउँछ?

ओलिभिनले पृथक SiO₄ टेट्राहेड्रा समावेश गर्दछ जसले एक अर्कासँग अक्सिजन परमाणुहरू साझा गर्दैन, यसलाई नेसोसिलिकेटको रूपमा परिभाषित गर्दछ। यो चेन सिलिकेट (जस्तै पाइरोक्सेन), पाना सिलिकेट (जस्तै माइकस), र फ्रेमवर्क सिलिकेट (जस्तै क्वार्ट्ज) सँग विपरित छ जहाँ टेट्राहेड्राले विस्तारित संरचनाहरू बनाउन अक्सिजन साझा गर्दछ। पृथक टेट्राहेड्राले धातु-अक्सिजन बन्डहरूद्वारा एकसाथ राखिएको घना त्रि-आयामी नेटवर्क बनाउँछ।

किन ओलिभिनमा दुई फरक धातु साइटहरू छन् (M1 र M2)?

ओर्थोरोम्बिक सममिति र अक्सिजन परमाणुहरूको विशिष्ट प्याकिङ व्यवस्थाले थोरै फरक आकार र विकृतिहरूको साथ दुई क्रिस्टलोग्राफिक रूपमा भिन्न अष्टहेड्रल स्थितिहरू सिर्जना गर्दछ। M1 एक उल्टो केन्द्रमा बस्छ र सानो र अधिक विकृत छ, जबकि M2 मिरर प्लेनमा छ र ठूलो र अधिक नियमित छ। यो भिन्नताले कुन क्यासनहरूले कुन साइटहरूलाई प्राथमिकता दिन्छ र सामग्रीको भौतिक गुणहरूलाई नियन्त्रण गर्दछ।

रचनाले ओलिभिन क्रिस्टल संरचनालाई कसरी असर गर्छ?

फोर्स्टेराइट-फेयालाइट शृङ्खलामा म्याग्नेसियमको लागि फलामको विकल्पको रूपमा, एकाइ सेल समान रूपमा विस्तार हुन्छ किनभने Fe²⁺ Mg²⁺ भन्दा ठूलो हुन्छ। आधारभूत संरचनात्मक टोपोलोजी अपरिवर्तित रहन्छ-उही अन्तरिक्ष समूह, समान परमाणु स्थिति, समान समन्वय वातावरण। बन्ड लम्बाइ थोरै बढ्छ, तर परमाणुहरूको व्यवस्था मौलिक रूपमा समान रहन्छ। यसले अन्तिम-सदस्यहरू बीच पूर्ण ठोस समाधान गर्न अनुमति दिन्छ।

के ओलिभिन संरचनाले पानी वा अन्य वाष्पशीलहरू समायोजन गर्न सक्छ?

मानक ओलिभिन संरचनामा कुनै हाइड्रोक्सिल समूह वा आणविक पानी समावेश छैन। यद्यपि, हाइड्रोजनको ट्रेस मात्राले बिन्दु दोषको रूपमा समावेश गर्न सक्छ-सामान्यतया अक्सिजन परमाणुहरूको लागि OH समूहहरू प्रतिस्थापन गर्ने वा सामान्यतया खाली ठाउँहरूमा बस्ने। यी "पानी" सामग्रीहरू धेरै कम रहन्छन् (सामान्यतया<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.

ओलिभिन क्रिस्टल संरचनाले निम्न आधारभूत विशेषताहरू प्रदर्शन गर्दछ:

क्रिस्टल प्रणाली: अन्तरिक्ष समूह Pbnm (वा वैकल्पिक सेटिङमा Pnma) संग अर्थोरोम्बिक

जाली प्यारामिटरहरू:

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

Fayalite: a ≈ 4.82 Å, b ≈ 10.48 Å, c ≈ 6.09 Å

भवन ब्लकहरू: पृथक SiO₄ टेट्राहेड्रा धातु मार्फत जोडिएको-अक्सिजन अक्टाहेड्रा (MO₆)

धातु साइटहरू: विभिन्न आकार र विकृतिहरूका साथ दुई भिन्न अष्टहेड्रल साइटहरू (M1 र M2)

अक्सिजन स्थितिहरू: असममित एकाइमा तीन क्रिस्टलोग्राफिक रूपमा भिन्न अक्सिजन साइटहरू

संरचनात्मक प्रकार: हेक्सागोनल क्लोज-टेट्राहेड्रल र अक्टहेड्रल भोइडहरूमा क्याशनहरू सहित प्याक गरिएको अक्सिजन एरे

वर्गीकरण: नेसोसिलिकेट (अर्थोसिलिकेट) पृथक टेट्राहेड्रल एकाइहरूको कारण

समन्वय: Si in 4-coordination (tetrahedral), M cations in 6-coordination (octahedral)

यस संरचनात्मक ढाँचाले उल्लेखनीय रूपमा बलियो साबित गर्दछ, भौगोलिक वातावरणमा विस्तृत संरचनात्मक दायराहरूमा स्थिरता कायम राख्दै प्राविधिक अनुप्रयोगहरूमा उन्नत ब्याट्री सामग्रीहरूको लागि आधार प्रदान गर्दछ। ओलिभिन संरचनाको बलियो सहसंयोजक Si-ओ बन्डहरू लचिलो धातुसँग-अक्सिजन समन्वयको संयोजनले यसलाई पृथ्वीको सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण र बहुमुखी खनिज संरचनाहरू मध्ये एक बनाउँछ।