HomeАлюминий › Строение силикатов

Строение силикатов

Строение силикатовВ 1926 — 1931 годах группа известных европейских и американских ученых (Л.Полинг, В.Захариасен, В.Тейлор и другие), возглавляемая В.Брэггом, расшифровала с помощью рентгеноструктурного анализа строение ряда силикатов. Это было началом крушения старых вглядов и триумфа кристаллохимии, изменившей коренным образом прежние представления о природе силикатов.

 

\»Пользуясь рентгеновским лучом, позволившим исследовать твердое тело без его разрушения или растворения, мы поставили своей задачей принять участие в новой, еще не существовавшей химии кремния, — писал в 1952 году академик Н.В.Белов, которому суждено было произвести подлинный переворот в науке. — Мы не в единственном числе пошли по этому пути. Небезуспешны опыты расшифровки структуры силикатов металлов,предпринимаемые в Англии в 20-х годах этого столетия. Но на исследовании 15 минералов там дело остановилось.

Английские исследователи не постарались узнать, являются ли закономерности, установленные ими для этих 15 минералов, общими или это музейные случаи. Мы же поставили своей задачей выяснить именно общие закономерности, которым подчиняется этот интереснейший класс природных материалов\».

В начале 30-х годов В.Брэгг выпустил книгу \»Структура силикатов\» (русский перевод ее вышел в 1937 году), в которой он привел структурные схемы силикатов. Они стали своеобразным стандартом для всех кристаллографов — у нас и за рубежом — почти на 25 лет.

Основная идея Брэгга и его школы заключалась в том, что химией природных силикатов, несмотря на то что они составляют 95 % земной коры, управляет минимальное число закономерностей. Иными словами, все структуры определяются лишь небольшим числом сочетаний тетраэдров кремния или кремнекислотных радикалов. Приходится только удивляться, как в течение почти четверти века ученые находились в плену воззрений Брэгга и не пытались ни изменить, ни дополнить предложенную им систематику силикатов. Н.В.Белов был первым крис-таллохимиком, показавшим несовершенство постулатов Брэгга.

Николай Васильевич Белов родился в 1891 году в городе Янове в семье уездного врача. В Варшавской гимназии, которую Николай Васильевич окончил с золотой медалью в 1910 году, он проявил незаурядные способности к наукам, особенно к естественным наукам и иностранным языкам. Поэтому после окончания гимназии Белов уезжает в Петербург и поступает в Политехнический Институт.

 

После окончания Политехнического Института до 1930 года Н.В.Белов занимается разнообразной инженерной деятельностью. Сначала в Овруче проектирует мосты, здания, инспектирует местную промышленность, позднее, в Ленинграде, в 1928 — 1929 годах заведует химической лабораторией в Институте по изучению Севера. В эти годы он все больше сближается с А.Е.Ферсманом и принимает участие в работах возглавляемым им Минералогического и геохимического института имени М.В.Ломоносова Академии наук СССР.

 

Николай Васильевич активно включается в работу по освоению хибинских подземных кладов. Особенно заинтересовался он нефелинами и предложил неожиданное и оригинальное их использование для дубления кож (это было отмечено благодарностью- в печати и премией Ленинградского Совета депутатов). Одновременно он настойчиво занимается теоретическим анализом нефелиновой проблемы.

В 1934 году Академию наук СССР переводят в Москву, несколько позднее переезжает в Москву и старший научный сотрудник академического института Н.В.Белов. С тех пор всю свою жизнь он посвящает кристаллохимии минералов и в первую очередь силикатов.

Систематически исследуя совместно со своими сотрудниками различные силикаты и алюмосиликаты, он подметил некоторые особенности в их структуре, не замеченные ранее ни Брэггом, ни другими исследователями. \»В свете этих чисто структурных результатов Н.В.Белов в 1953 году сделал казавшееся ранее парадоксальным заключение, что строительной основой силикатов служат не кремнезем и не анионные кремнекислородные радикалы, а, наоборот, катионы, обычно укладывающиеся в стержни из кислородных октаэдров (вокруг каждого катиона), и к этим основным архитектурным конструкциям лишь приспосабливаются кремнекислородные радикалы\», — писал Г.Б.Бокий.

 

Все отдельные строительные элементы силикатной \»постройки\» — цепочки, ленты, сетки и даже кольца — обладают достаточной прочностью. В то же время они легко дефор мируются и приспосабливаются к различным конструктивным условиям, определяемым расположением катионов (Са, Mg, Al, Fe), вокруг которых атомами кислорода строятся структурные элементы — октаэдры, призмы и т.п. Н.В.Белов значительно развил и преобразовал теорию плотных упаковок, что позволило расшифровать целый ряд сложных структур силикатов — рамзаита, диоптаза, иль-ваита, турмалина.

 

Много труда и времени требует расшифровка структуры силикатов. Сначала кристаллик исследуют под микроскопом, а затем просвечивают в рентгеновском аппарате (иногда несколько десятков часов).

Вот кристаллик турмалина (в поперечнике не более 0,5 миллиметра). Его просвечивали несколько раз в течение почти 70 часов. Во время каждого сеанса автомат передвигали и поворачивали так, чтобы рентгеновские лучи пронизывали его во всех направлениях. Если взглянуть на рентгеновские снимки, то мы увидим замысловатый узор из темных и светлых пятнышек разной величины.

 

В середине — след прямых лучей, не отклоняющихся от первоначального направления, остальные же лучи отклоняются. Гляда на эту рентгенограмму, мы можем измерить углы отклонения и яркость пятен. Но как же по этим данным расшифровать строение турмалина? \»Чтобы увидеть структуру кристаллов, — писал Н.В.Белов, — нужен \»математический микроскоп\». Пользуясь результатами просвечивания, нужно вычислить расположение атомов в кристалле.

 

Вычисления продолжались более года. Высказывались разные догадки о возможной структуре. Они проверялись, некоторые при проверке отбрасывались как неправильные, в других устранялись ошибки. И так постепенно таинственный узор на рентгеновском снимке становился все понятнее, а строение турмалина яснее. Оказалось, что в кристалле турмалина имеются шестизвенные кольца, состоящие из атомов кремния и кислорода, как в берилле. Они объединяются треугольниками бора и октаэдрами алюминия.

 

 

До того как Н.В.Белов приступил к исследованию турмалина, не была даже известна его химическая формула. В молекуле этого минерала свыше 70 атомов, среди которых девять химических элементов (Al, Mg, Са, Fe и др.). Пользуясь разработанным им математическим методом, Н.В.Белов смог с большой точностью не только определить положение всех атомов в ячейке турмалина, но и вычислить расстояние между атомами кремния в кольце (3,07 А). Если сто тысяч таких колец положить друг на друга, то слой будет не толще волоса.

 

Работы Н.В.Белова и его учеников помогли создать правильные представления об атомной структуре разных алюмосиликатов, показать их генетическую структурную связь и роль в образовании разных горных пород в природе-

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.