Кристаллическое строение слюды
Кристаллы слюды являются наиболее уникальными представителями мира кристаллических тел. Для них характерно резко выраженное изменение физических свойств с направлением. Это обусловлено своеобразием кристаллической структуры: большой энергией связи частиц в пакете и значительно меньшей между пакетами по плоскости совершенной спайности. Следствием этой анизотропии сил межатомных связей является замечательная способность кристаллов слюды расщепляться на тонкие плоскопараллельные пластинки значительной площади, т.е. исключительно выраженная анизотропия механических свойств. Последняя приводит к сильной зависимости от направления в кристалле модулей упругости, прочности при различных видах деформации, твердости и других механических характеристик.
Слоистое распределение частиц в структуре приводит к высокой теплопроводности вдоль слоев.
Наличие своеобразных извилистых пустот и каналов в межпакетных зонах кристалла и уплотненных барьеров из атомов между ними создает резко отличные условия для движения ионов вдоль спайности и перпендикулярно к ней. Это обусловливает различие электрических свойств слюд в двух основных направлениях на несколько порядков.
Таким образом, для физических свойств слюд характерна необычайно большая анизотропия, которая широко используется при разнообразных применениях кристаллов на практике. При этом необходимо постоянно учитывать, что рядом с высокими значениями тех или иных характеристик в кристалле существуют и низкие: для этого достаточно лишь изменить ориентацию на девяносто градусов.
Основу кристаллической структуры слюд составляет плоский двойной кремнекислородный пакет, в котором имеет место последовательность слоев, представленная на рисунке.
Толщина элементарного пакета, изображенного на рисунке, около 10 ангстрем (1А=10-8см). С наружных сторон пакеты ограничены основаниями кремнекислородных тетраэдров, и в соответствии с четвертной координацией атомов кремния атомы кислорода образуют непрерывные шестиугольные плоские сетки.
Два тетраэдрических слоя своими внутренними валентно не скомпенсированными кислородами обращены к атомам алюминия (или магния в флогопитах) октаэдрического (с шестикратной координацией) слоя и через него сцепляются между собой. Образуется прочный плоский пакет атомов, связанных химическими валентными силами.
В октаэдрическом слое для уравновешивания положительных валентностей алюминия (или магния) находятся еще гидроксильные группы ОН.
Между соседними пакетами в центрах гексагональных кислородных лунок находятся ионы калия (К+), заряд которых компенсируется зарядом иона кислорода или гидроксильной группы (ОН-) внутри пакета.
Эти два иона образуют жесткие пакетные диполи, взаимодействия между которыми и обеспечивают силы притяжения между пакетами кристалла.
Межпакетные связи в кристалле наиболее слабые, что и проявляется в весьма совершенной спайности, т.е. сравнительно легкой расщепляемости кристалла по межпакетным плоскостям. Эти плоскости совпадают с плоскостью элементарной ячейки кристалла.
Концентрация атомов в межпакетных зонах примерно в три раза меньше, чем в других направлениях в кристалле. Поэтому силы взаимодействия между пакетами на один порядок меньше величины внитрипакетных сил. Это обстоятельство является основной причиной резкого различия физических свойств слюд в двух направлениях: параллельно и перпендикулярно плоскости спайности.
