научная статья по теме УТОЧНЕНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ZN-СОДЕРЖАЩЕГО ГРАЙФЕНШТЕЙНИТА Химия

Текст научной статьи на тему «УТОЧНЕНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ZN-СОДЕРЖАЩЕГО ГРАЙФЕНШТЕЙНИТА»

КРИСТАЛЛОГРАФИЯ, 2004, том 49, № 6, с. 1037-1041

СТРУКТУРА ^^^^^^^^

НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

УДК 548.736.6

УТОЧНЕНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ Zn-СОДЕРЖАЩЕГО ГРАЙФЕНШТЕЙНИТА

© 2004 г. А. В. Баринова, Р. К. Расцветаева, Н. В. Чуканов*, А. Петрашко**

Институт кристаллографии РАН, Москва E-mail: rast@ns.crys.ras.ru *Институт проблем химической физики РАН, Черноголовка **Институт низких температур и структурных исследований ПАН, Вроцлав, Польша

Поступила в редакцию 11.05.2004 г.

Уточнена кристаллическая структура Zn-содержащего грайфенштейнита из месторождения Пири-неус (Минас - Жераис, Бразилия) (R = 0.045, 562|F| > 2o(F)). Параметры ячейки: a = 15.941(3), b = = 11.877(3), c = 6.625(2) А, в = 95.09(2)°; V = 1249.4 А3; пр.гр. C2/c; Z = 2. Идеализированная формула: [Mn(Fe2+,Zn)4]Ca2Be4(PO4)6(OH)4 ■ 6H2O. Минерал изоструктурен ранее исследованным моноклинным представителям группы рошерита из различных месторождений и отличается от них присутствием Zn в одной из двух октаэдрических позиций.

Бериллиевый фосфат рошерит из месторождения Грайфенштейн (Германия) впервые описан в работах [1, 2] как моноклинный минерал (пр. гр. С2/с) с формулой (Са,Мп,Ре)3Ве3(Р04)3 ■ 2Н20. Позже был выполнен рентгеноструктурный анализ высокомагнезиального аналога этого минерала из месторождения Лавра да Ила (Минас -Жераис, Бразилия) [3, 4], а исследование высокомарганцевого образца из месторождения Фут Майн (Калифорния, США) показало, что наряду с

моноклинной существует триклинная (пр. гр. С1) модификация рошерита [5]. Недавно в Комиссии по новым минералам и названиям минералов прошел апробацию и был утвержден под названием грайфенштейнит Бе2+-доминантный представитель группы рошерита из месторождения Грайфенштейн (Саксония, ФРГ) [6, 7], а затем нами был исследован его высокомагнезиальный трик-

линный аналог (пр. гр. Р1) из месторождения близ г. Галилея (Минас-Жераис, Бразилия) [8]. Таким образом, в настоящее время группа рошерита включает три изоструктурных минерала: рошерит, занацциит и грайфенштейнит, различа-

ющихся по преобладающему октаэдрическому катиону, а также триклинные модификации ро-шерита и грайфенштейнита.

Исследованный в данной работе аналог грай-фенштейнита, найденный на руднике Пиринеус (Минас-Жераис, Бразилия), содержит около 4% 2п0. Интерес к структурному изучению этого образца связан с тем, что аномально высокое содержание цинка иногда является индикатором каких-либо структурных особенностей. Так, существуют минералы (например, члены группы эвдиалита и лабунцовита), для которых замещение железа или марганца на цинк совершенно не характерно. Появление цинка в минерале группы лабунцовита является надежным индикатором принадлежности этого минерала к иному, чем собственно лабунцовит, структурному типу (например, к подгруппе кузьменкоита).

Химический состав минерала определен методом локального рентгеноспектрального анализа. Вариации локального состава в пределах одного зерна, связанные с ростовой зональностью, соответствуют эмпирической формуле:

(Fe2.2_24MnLo_MZno.5_o.7Mgo.2_o.8Alo.3_o.5)Ca2Be4(PO4)6(OH)4 • ЯН2О.

Для сбора дифракционных данных был использован обломок монокристалла неправильной формы, для которого кристаллоструктурные характеристики и экспериментальные данные представлены в табл. 1. Параметры триклинной элементарной ячейки получены и уточнены на

дифрактометре Kuma-4 CCD. На том же дифрак-тометре получен набор экспериментальных данных.

При уточнении структуры в качестве исходного был взят набор координат атомов грайфенштейнита [7]. Распределение катионов по двум

1Q37

Таблица 1. Кристаллоструктурные данные и характеристики эксперимента

Характеристика Значение

Обобщенная химическая формула (Fe, Mn, Zn)5Ca2Be4(PO4)6(OH)4 ■ 6H2O

Параметры элементарной ячейки, Á, град a = 15.941(3)

b = 11.877(3)

с = 6.625(2)

p = 95.09(2)

Объем ячейки V, Á3 1249.4

Пространственная группа; Z C2/c; 2

Вычисленная плотность р, г/см3 2.96

Коэффициент поглощения ц, мм-1 35.12

Молекулярный вес 2225.8

Дифрактометр Kuma-4 CCD

Излучение, длина волны Mo£a, 0.71073

Размеры кристалла, мм 0.25 x 0.25 x 0.125

Максимальное значение sin 0Д, Á-1 0.69

Область съемки -21 < h < 21; -16 < к < 15; -9 < l < 8

Общее число рефлексов 14074

Число независимых рефлексов 7126

Число рефлексов с \F | > 2a(F) 562

Ryq, эквивалентных отражений 0.085

Программа структурных расчетов AREN [9]

Rha в анизотропном приближении 0.046

Параметр экстинкции E 0.0000026

независимым октаэдрическим позициям М(1) и М(2) реализовано с учетом смешанных кривых атомного рассеяния для М(2) из них, в то время как позиция М(1) заселена только атомами Мп и частично вакансионна.

Из разностного синтеза электронной плотности были локализованы Н-атомы одной молекулы воды. Уточнение с учетом анизотропии тепловых колебаний снизило ^-фактор до 4.5%. Позиционные и эквивалентные тепловые параметры атомов, соответствующие этому значению ^-фактора, приведены в табл. 2, а межатомные расстояния в М-октаэдрах и водородные связи в табл. 3.

Структура 2п-содержащего грайфенштейни-та, как и других ранее исследованных представителей группы рошерита, представляет собой трехмерную постройку из тетраэдров, октаэдров и Са-семивершинников (рис.). Тетраэдры Ве и Р образуют бесконечные цепочки, объединенные в

смешанный каркас М-октаэдрами, которые в свою очередь, соединяясь ребрами, образуют ок-таэдрические цепочки. В полостях каркаса находится Са. Октаэдры в узлах ячейки обычно заселены частично, и поэтому общее количество М-катионов сокращается с шести до пяти, а цепочки статистически распадаются на пары октаэдров.

Кристаллохимическая формула минерала может быть представлена в следующем виде (X = 2):

Са2Ве4(Р04)6(0Н)4(Н20,0)2 ■ 4Н20, где квадратными скобками выделены составы независимых ок-таэдрических позиций. Са-полиэдр координируется четырьмя атомами кислорода и тремя молекулами воды, одна из которых является общей с сильно искаженным М(1)-октаэдром. Согласно локальному балансу валентности по [10] (табл. 4) избыток валентных усилий в соответствующей

Таблица 2. Координаты и эквивалентные тепловые поправки атомов

УТОЧНЕНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОМ СТРУКТУРЫ 1039

Таблица 3. Некоторые межатомные расстояния, А

Атом х/а у/ь г/с В А 2 ^экв'

Са 0 0.2571(2) 0.25 2.1(1)

М(1) 0 0 0 2.04(1)

М(2) 0.1713(1) 0.1616(1) 0.9960(2) 2.26(6)

Р(1) 0.1880(2) 0.1173(2) 0.4779(4) 1.9(1)

Р(2) 0 0.2740(3) 0.75 1.6(2)

Ве 0.333(1) 0.178(1) 0.299(2) 2.6(6)

0(1) 0.3559(5) 0.4973(6) 0.498(1) 2.4(4)

0(2) 0.2824(4) 0.0999(6) 0.450(1) 2.1(4)

0(3) 0.1454(4) 0.1823(6) 0.299(1) 1.9(4)

0(4) 0.3188(4) 0.3136(5) 0.328(1) 1.6(4)

0(5) 0.4583(4) 0.2970(6) 0.074(1) 1.9(3)

0(6) 0.4338(4) 0.1505(5) 0.342(1) 2.1(4)

0Н 0.3000(4) 0.1640(6) 0.062(1) 1.9(4)

Н20(1) 0.0928(5) 0.4194(6) 0.219(1) 2.5(4)

Н20(2) 0 0.041(1) 0.25 3.3(6)

Н(1) 0.082(1) 0.488(1) 0.179(1) 3*

Н(2) 0.150(1) 0.417(1) 0.180(1) 3*

М-октаэдры

М(1)-Н20(2) 1.727(3) х 2 М(2)-0(1) 2.000(7)

0(1) 2.296(6) х 2 0Н 2.059(7)

0(5) 2.559(7) х 2 0(3) 2.099(7)

(2.194) 0(5) 2.133(7)

0Н 2.163(7)

0(4) 2.183(7)

(2.106)

Н -связи

Н(1)-Н20(1) 0.87(1) ¿Н(1)-Н20(1>-Н(2) 97.0(1)

Н(2)-Н20(1) 0.97(2) ^Н20(1)-Н(1)-0(6) 166.3(5)

Н(1)-Н(2) 1.63(1) ZH20(1)-H(2)-0(2) 175.8(3)

Н(1)—0(6) 1.94(1)

Н(2)-0(2) 2.09(2)

Таблица 4. Баланс валентностей по [10]

Примечание. М(1) = Мп136; М(2) = Бе4 72п144Мп0 92Mg0 38А10 56; Н20(2) = (Н20, О).

* Изотропные тепловые параметры (не уточнялись).

позиции Н2О(2) указывает на частичную замену этой молекулы воды атомами кислорода. Учитывая вакансионность М(1)-позиции в большей части (2/3) ячеек, мы записываем состав позиции Н2О(2) как (Н2О,О). Подобное частичное замещение молекулы воды на ОН-группы установлено нами ранее в структуре триклинного аналога грайфенштейнита [8]. Такое замещение возможно и в других членах группы, что приводит к сокращению общего числа молекул Н2О в формуле минералов, но не указывается в оригинальных работах.

Распределение 2п в одной из двух октаэдриче-ских позиций согласуется с меньшими размерами М(2)-октаэдра по сравнению с М(1)-октаэдром (ср. межатомные расстояния 2.106 и 2.194 А соответственно). Такой же правильный и компактный октаэдр атомы 2п формируют, например, в структуре алсахаровита-2п: 2п-0 = 2.04-2.26 А,

Анион/катион М(1) М(2) Са Р(1) Р(2) Ве X

0(1) 0.25 0.49 1.21 1.95

0(2) 1.21 0.52 1.73

0(3) 0.37 0.25 1.29 1.91

0(4) 0.30 1.23 0.50 2.03

0(5) 0.13 0.34 0.32 1.22 2.01

0(6) 1.21 0.50 1.71

0Н 0.42 0.31 0.54 1.27 0.27

Н20(1) 0.27 2.58

Н20(2) 1.19 х 2 0.20

Примечание. Заселенность М(1) 0.34. Состав М(2) учитывался как Бе2+.

ср. 2.14 А [11, 12]. Идеализированная формула минерала может быть записана как [Мп(Бе2+,7п)4]Са2Ве4(Р04)6(0Н)4 ■ 6Н20.

Минералы группы рошерита из различных месторождений при постоянстве состава в тетраэд-рических позициях различаются содержанием катионов в октаэдрических позициях (табл. 5). Так, в составе занацциита доминирует Mg (три атома из пяти), тогда как в рошерите лидирующим катионом является Мп, а в грайфенштейните Бе.

Структура 7п-грайфенштейнита в проекции на (001).

В моноклинных минералах группы рошерита имеется только одна видообразующая октаэдри-ческая позиция - восьмикратная М(2), тогда как вторая (в центре инверсии) склонна к вакансион-ности (грайфенштейнит) или содержит тот же доминирующий катион, что и главная (занацциит).

В триклинном минерале с точки зрения систематики значимы три позиции (кроме вакансионной) [8].

Таким образом, исследованный нами минерал сохраняет структурный тип моноклинных представителей группы рошерита и отличается от них при-

Таблица 5. Кристаллоструктурные данные для минералов группы рошерита

№ Название минерала Параметры ячейки, А, град Пр. гр. Формула Мп : Бе : Mg Ссылка

1 Рошерит* а = 15.90, Ь = 11.88, с = 6.69 в = 94.7 С2/с (Мп, Ре)5Са2Бе4(Р04)6(0И)4 ■ ■ 6И20 0.85 0.14 : 0.01 [2]

2 Занацциит а = 15.874, Ь = 11.854, с = 6.605 в = 95.21 С2/с Бе)5Са2Бе4(Р04)6(0И)3 4 ■ ■ 6.6И20 0.05 0.33 : 0.62 [4]

3 Грайфенштейнит а = 15.903, Ь = 11.885, с = 6.677 в =

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком