ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРА КАТИОНА В РЯДУ NA-K-RB НА СТРОЕНИЕ КВАРЦ-ПОЛЕВОШПАТОВЫХ РАСПЛАВОВ

Abstract

Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований системы рубидиевый полевой шпат-кварц-вода при давлении 1 кбар. Показано, что как в “сухой”, так и в водосодержащей системе устойчив рубидиевый лейцит (RbAlSi 2O 6), а не полевой шпат. В “сухой” системе, в области, отвечающей эвтектике, ликвидус RbAlSiO 4 приближается к ликвидусу RbAlSi 2O 6. Эта фаза появляется за счет негомогенности исходного стекла при температуре 1500°С. Растворимость воды при 1300°С и давлении воды 1 кбар в расплаве RbAlSi 3O 8 составляет 4.2 ± 0.15 мас. %. Эвтектика при давлении воды 1 кбар имеет состав 53 ± 2 мол. % кварца (при пересчете на RbAlSi 3O 8 и Si 6O 12). Сопоставление натриевой, калиевой и рубидиевой систем демонстрирует систематический сдвиг эвтектики в сторону кварца с одновременным понижением кварцевого ликвидуса. Это связано с ростом активности алюмокремниевой фазы (лейцита в случае рубидиевой системы) и одновременным понижением активности SiO 2 в расплаве с ростом радиуса катиона. В “сухих” стеклах полевошпатового состава с катионами Na, K, Rb по данным ИК-спектроскопии систематически нарастает содержание трехчленных колец. В рубидиевой системе можно сопоставить структурные свойства расплава с особенностями строения фазы RbAlSiO 4. Эта фаза, будучи аналогом нефелина по составу, имеет специфическое строение, связанное с необходимостью аккомодации крупного катиона. Происходит модификация нефелиновой структуры, состоящей из стопки шестерных колец. В рубидиевом аналоге меняется очередность соединения шестерных колец, расположенных друг над другом так, что теряется шестерная симметрия структуры, а пара колец приобретает конфигурацию “открытой челюсти”, держащей ион Rb +. Соотношение шестерных и четверных колец в стекле по данным ИК-спектроскопии близко к соотношению в кристалле, а тройные кольца замыкают сетку с NBO/T = 0. Алюмосиликатные расплавы обладают более сложной структурой, чем водные растворы, в связи с чем достоверное термодинамическое моделирование на уровне свойств реальных частиц, структурных элементов расплава пока невозможно. Современные достижения в области изучения структуры расплава прямыми физическими методами, включая спектральные, рентгеновской дифракции и др., обобщены в немногих современных изданиях, включающих сборник обзоров, изданных Американским минералогическим обществом (Stebbins et al., 1995), монографию Быкова и др. (2001). Вкратце основные уровни в описании структуры расплава рассмотрены ниже.