Cristobalita - Cristobalite

Cristobalite
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Sfere cristobalite formate per devitrificazione dalla matrice di ossidiana (California, USA) 5,9×3,8×3,8 cm
Generale
Categoria Ossido minerale , gruppo quarzo
Formula
(unità ripetuta)
SiO 2
Classificazione di Strunz 4.DA.15
Classificazione Dana 75.1.1.1
Sistema di cristallo tetragonale
Classe di cristallo trapezoidale (422)
Gruppo spaziale P 4 1 2 1 2, P 4 3 2 1 2
Cella unitaria a = 4,9709(1) ,
c = 6,9278(2) ;
Z  = 4 (α politipo)
Struttura
Jmol (3D) Immagine interattiva
Identificazione
Colore Incolore, bianco
Abitudine di cristallo Ottaedri o sferuliti fino a diversi cm di larghezza
Gemellaggio il {111}
Frattura Concoidale
Tenacia Fragile
Durezza della scala di Mohs 6-7
Lustro Vitreo
Strisciante bianco
diafaneità Trasparente
Peso specifico 2.32–2.36
Proprietà ottiche Uniassiale (-)
Indice di rifrazione n ω = 1.487
n ε = 1.484
birifrangenza 0.003
pleocroismo Nessuno
Punto di fusione 1713 °C (β)
Riferimenti

La cristobalite è un minerale polimorfo della silice che si forma a temperature molto elevate. Viene utilizzato in odontoiatria come componente di materiali da impronta in alginato e per la realizzazione di modelli di denti.

Ha la stessa formula chimica del quarzo , SiO 2 , ma una struttura cristallina distinta. Sia il quarzo che la cristobalite sono polimorfi con tutti i membri del gruppo del quarzo, che comprende anche coesite , tridimite e stishovite . Cristobalite si presenta come ottaedri o sferuliti bianchi nelle rocce vulcaniche acide e nei depositi di diatomee convertiti nella Formazione Monterey dello stato americano della California e aree simili. La cristobalite è stabile solo sopra i 1470 °C, ma può cristallizzare e persistere metastabilmente a temperature più basse. Prende il nome da Cerro San Cristóbal nel comune di Pachuca , Hidalgo , Messico .

La persistenza della cristobalite al di fuori del suo intervallo di stabilità termodinamica si verifica perché il passaggio da cristobalite a quarzo o tridimite è "ricostruttivo", richiedendo la rottura e la riformazione della struttura di silice . Queste strutture sono composte da tetraedri di Si O 4 in cui ogni atomo di ossigeno è condiviso con un tetraedro vicino, così che la formula chimica della silice è Si O 2 . La rottura di questi legami, necessaria per convertire la cristobalite in tridimite e quarzo, richiede una notevole energia di attivazione e potrebbe non avvenire in un arco di tempo umano a temperatura ambiente. I silicati di struttura sono anche conosciuti come tectosilicati .

C'è più di una forma del quadro cristobalite. Ad alte temperature, la struttura è chiamata -cristobalite. È nel sistema cristallino cubico , gruppo spaziale Fd 3 m (n. 227, simbolo di Pearson cF104 ). Ha la struttura del diamante ma con tetraedri legati di silicio e ossigeno dove gli atomi di carbonio sono nel diamante. Una forma tetragonale chirale chiamata α-cristobalite (gruppo spaziale P4 1 2 1 2, n. 92, o P4 3 2 1 2, n. 96, a caso) si verifica per raffreddamento al di sotto di circa 250 °C a pressione ambiente ed è correlata alla forma cubica per inclinazione statica dei tetraedri di silice nella struttura. Questa transizione è chiamata variamente bassa-alta o transizione. Può essere definito "dispiacitivo"; cioè, non è generalmente possibile impedire che la forma β cubica diventi tetragonale mediante un rapido raffreddamento. In rare circostanze la forma cubica può essere preservata se il grano cristallino è bloccato in una matrice che non consente la notevole deformazione spontanea che è coinvolta nella transizione, che provoca un cambiamento nella forma del cristallo. Questo passaggio è altamente discontinuo. Passare dalla forma α alla forma β provoca un aumento di volume del 3 o 4%. L'esatta temperatura di transizione dipende dalla cristallinità del campione di cristobalite, che a sua volta dipende da fattori come il tempo di ricottura a una particolare temperatura.

La fase cubica è costituita da tetraedri di silice dinamicamente disordinati. I tetraedri rimangono abbastanza regolari e sono spostati dai loro orientamenti statici ideali a causa dell'azione di una classe di fononi a bassa frequenza chiamati modi unitari rigidi . È il "congelamento" di uno di questi modi unitari rigidi che è il modo morbido per la transizione α–β.

Nella β-cristobalite ci sono eliche destrorse e sinistrorse di tetraedri (o di atomi di silicio) parallele a tutti e tre gli assi. Ma nella transizione di fase α-β, viene preservata solo l'elica destrorsa o sinistrorsa in una direzione (l'altra diventa un doppio asse della vite), quindi solo uno dei tre assi cristallografici cubici degeneri mantiene un quadruplice asse asse di rotazione (in realtà un asse di vite ) in forma tetragonale. (Quell'asse diventa l'asse "c" e i nuovi assi "a" vengono ruotati di 45° rispetto agli altri due vecchi assi. Il nuovo parametro reticolare "a" è più corto di circa la radice quadrata di 2, quindi l'unità α cella contiene solo 4 atomi di silicio anziché 8.) La scelta dell'asse è arbitraria, in modo che vari gemelli possano formarsi all'interno dello stesso grano. Questi diversi doppi orientamenti uniti alla natura discontinua della transizione (volume e leggera variazione di forma) possono causare notevoli danni meccanici ai materiali in cui è presente cristobalite e che attraversano ripetutamente la temperatura di transizione, come i mattoni refrattari.

Quando si devetrificare la silice, la cristobalite è solitamente la prima fase a formarsi, anche quando è ben al di fuori del suo intervallo di stabilità termodinamica. Questo è un esempio della regola del passo di Ostwald . La natura dinamicamente disordinata della fase è in parte responsabile della bassa entalpia di fusione della silice.

Le sfere a scala micrometrica che compongono il prezioso opale mostrano alcuni modelli di diffrazione dei raggi X che sono simili a quelli della cristobalite, ma mancano di un ordine a lungo raggio, quindi non sono considerate vere cristobalite. Inoltre, la presenza di acqua strutturale nell'opale rende dubbio che l'opale sia costituito da cristobalite.

Riferimenti

Ulteriori letture

  • Dizionario dei termini geologici dell'Istituto geologico americano .
  • Durham, DL, "Formazione di Monterey: Diagenesi". in: Uranio nella formazione di Monterey in California . Bollettino dell'indagine geologica statunitense 1581-A, 1987.
  • Recensioni in Mineralogia e Geochimica , vol. 29., Silice: comportamento, geochimica e applicazioni fisiche . Società mineralogica d'America, 1994.
  • RB Sosman, Le fasi della silice . (Rutgers University Press, 1965)

link esterno