ஆலிவின் கிரிஸ்டல் அமைப்பு என்றால் என்ன?

ஆலிவின் படிக அமைப்பு ஒரு ஆர்த்தோர்ஹோம்பிக் அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது, அங்கு தனிமைப்படுத்தப்பட்ட சிலிக்கான்-ஆக்சிஜன் டெட்ராஹெட்ரா (SiO₄) ஆக்டோஹெட்ரல் தளங்களை ஆக்கிரமித்துள்ள உலோக கேஷன்களால் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. இந்த அமைப்பை ஒரு அறுகோண நெருக்கமான-ஆக்சிஜன் அணுக்களின் வரிசையாகக் காட்சிப்படுத்தலாம், இதில் பாதி எண்கோண வெற்றிடங்கள் மெக்னீசியம் அல்லது இரும்பு அயனிகளால் நிரப்பப்படுகின்றன மற்றும் -எட்டில் ஒரு பகுதியை சிலிக்கானால் ஆக்கிரமிக்கப்பட்டுள்ளது.

ஆலிவின் குழுவானது பிபிஎன்எம் (மாற்று அமைப்புகளில் Pnma எனவும் குறிப்பிடப்படுகிறது) விண்வெளிக் குழுவின் கீழ் orthorhombic படிக அமைப்பில் படிகமாக்குகிறது. இந்த அடிப்படை சமச்சீர் படிக லட்டுக்குள் அணுக்கள் எவ்வாறு தங்களை அமைத்துக் கொள்கின்றன மற்றும் கனிமத்தின் இயற்பியல் பண்புகளை நேரடியாக பாதிக்கிறது.

யூனிட் செல் நான்கு ஃபார்முலா யூனிட்களைக் கொண்டுள்ளது (Z=4) மேலும் மூன்று சமமற்ற அச்சுகளை வலது கோணங்களில் வெட்டுகிறது. Forsterite (Mg₂SiO₄)க்கு, வழக்கமான லட்டு அளவுருக்கள் தோராயமாக ஒரு=4.75 Å, b=10.20 Å மற்றும் c=5.98 Å ஆகும். ஃபயலைட்டில் (Fe₂SiO₄), இந்த அளவுருக்கள் மெக்னீசியத்துடன் ஒப்பிடும்போது இரும்பின் பெரிய அயனி ஆரம் காரணமாக=4.82 Å, b=10.48 Å, மற்றும் c=6.09 Å க்கு சிறிது விரிவடைகின்றன.

Pbnm விண்வெளி குழு பதவி முக்கியமான கட்டமைப்பு விவரங்களை வெளிப்படுத்துகிறது. இந்த விண்வெளிக் குழுவில் கண்ணாடி விமானங்கள் மற்றும் ஒரு தலைகீழ் மையம் உள்ளது, இது அணு நிலைகளில் குறிப்பிட்ட சமச்சீர் கட்டுப்பாடுகளை உருவாக்குகிறது. மூன்று படிகவியல் ரீதியாக வேறுபட்ட ஆக்ஸிஜன் நிலைகள் (O1, O2, O3) கட்டமைப்பிற்குள் உள்ளன, O1 மற்றும் O2 ஆகியவை கண்ணாடித் தளங்களில் கிடக்கின்றன, அதே நேரத்தில் O3 சிறப்பு சமச்சீர்மை இல்லாமல் ஒரு பொதுவான நிலையை ஆக்கிரமிக்கிறது.

ஆலிவின் கட்டமைப்பின் மையத்தில் தனிமைப்படுத்தப்பட்ட SiO₄⁴⁻ டெட்ராஹெட்ரான் உள்ளது, அங்கு ஒரு மைய சிலிக்கான் அணு சுற்றியுள்ள நான்கு ஆக்ஸிஜன் அணுக்களுடன் இணையாக பிணைக்கிறது. இந்த டெட்ராஹெட்ரா முற்றிலும் சுயாதீனமானவை-அவை அண்டை டெட்ராஹெட்ராவுடன் ஆக்ஸிஜன் அணுக்களை பகிர்ந்து கொள்ளாது, ஆலிவைனை நெசோசிலிகேட் அல்லது ஆர்த்தோசிலிகேட் என வகைப்படுத்துகின்றன. ஒவ்வொரு Si-O பிணைப்பும் தோராயமாக 1.63-1.66 Å அளவிடும் மற்றும் வலுவான கோவலன்ட் தன்மையை வெளிப்படுத்துகிறது.

படிக சி{0}}அச்சுக்கு இணையான வரிசைகளில் மேலும் கீழும் சுட்டிக்காட்டும் வகையில், டெட்ராஹெட்ரா மாற்று நோக்குநிலையில் உள்ளது. இந்த மாற்று ஏற்பாடு உலோக கேஷன்கள் தங்கக்கூடிய கட்டமைப்பிற்குள் சேனல்களை உருவாக்குகிறது. சிலிக்கான் அயனி ஒரு கண்ணாடி விமானத்தில் அமர்ந்திருக்கும் ஒரே ஒரு படிகவியல் தனித்துவமான தளத்தை ஆக்கிரமிக்கிறது, அதாவது கட்டமைப்பில் உள்ள அனைத்து சிலிக்கான் அணுக்களும் சமச்சீர் செயல்பாடுகளால் தொடர்புடையவை.

உலோக கேஷன்கள் (பொதுவாக Mg²⁺ அல்லது Fe²⁺) M1 மற்றும் M2 என பெயரிடப்பட்ட இரண்டு வேறுபட்ட எண்முக தளங்களை ஆக்கிரமித்துள்ளன. M1 தளம் ஒரு தலைகீழ் மையத்தில் அமர்ந்து, சுற்றியுள்ள ஆறு ஆக்ஸிஜன் அணுக்களுடன் மிகவும் சிதைந்த ஆக்டோஹெட்ரானை உருவாக்குகிறது. M1 இல் உலோக-ஆக்சிஜன் பிணைப்பு நீளம் மெக்னீசியத்திற்கு தோராயமாக 2.07-2.13 Å வரை இருக்கும். M2 தளம் ஒரு கண்ணாடி விமானத்தில் உள்ளது மற்றும் MO தூரம் 2.04-2.21 Å க்கு ஒரு பெரிய, வழக்கமான ஆக்டோஹெட்ரானை உருவாக்குகிறது.

M1 மற்றும் M2 தளங்களுக்கிடையேயான வேறுபாடு வெவ்வேறு கேஷன்கள் எவ்வாறு கட்டமைப்பில் தங்களை விநியோகிக்கின்றன என்பதற்கு குறிப்பிடத்தக்க தாக்கங்களைக் கொண்டுள்ளது. மெக்னீசியம்-இரும்புத் திடக் கரைசல் தொடரில், Mg²⁺ மற்றும் Fe²⁺ ஆகியவை சிறிய தள முன்னுரிமையைக் காட்டுகின்றன இருப்பினும், மான்டிசெலைட் (CaMgSiO₄) போன்ற கால்சியம்{8}}தாங்கி ஆலிவின்களில், பெரிய Ca²⁺ அயனிகள் முன்னுரிமையாக அதிக விசாலமான M2 தளங்களில் நுழைகின்றன, அதே நேரத்தில் Mg²⁺ சிறிய M1 நிலைகளை ஆதரிக்கிறது.

olivine crystal structure

ஆலிவின் கட்டமைப்பை விவரிக்க ஒரு மாற்று வழி ஆக்ஸிஜன் சப்லட்டிஸை வலியுறுத்துகிறது. ஆக்சிஜன் அனான்கள் தோராயமாக அறுகோண நெருங்கிய-பேக் செய்யப்பட்ட (எச்சிபி) வரிசையை -அச்சில் அடுக்கி வைக்கின்றன. இந்த கட்டமைப்பானது சிலிக்கான் மற்றும் உலோக கேஷன்கள் தங்களை நிலைநிறுத்திக் கொள்ளும் சாரக்கட்டுகளை வழங்குகிறது.

இந்த hcp ஆக்சிஜன் ஏற்பாட்டிற்குள், உலோக கேஷன்கள் கிடைக்கக்கூடிய எண்முக வெற்றிடங்களில் பாதியை நிரப்புகின்றன, சிலிக்கான் அணுக்கள் டெட்ராஹெட்ரல் வெற்றிடங்களில்-எட்டில் ஒரு பகுதியை ஆக்கிரமித்துள்ளன. இந்த தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட தள ஆக்கிரமிப்பு M₂SiO₄ இன் சிறப்பியல்பு ஆலிவின் ஸ்டோச்சியோமெட்ரியை உருவாக்குகிறது, இங்கு M என்பது இருவேல உலோக கேஷன்களைக் குறிக்கிறது.

ஒவ்வொரு ஆக்ஸிஜன் அணுவும் ஒரு சிலிக்கான் மற்றும் மூன்று உலோக அணுக்களுடன் பிணைந்து, அடர்த்தியான முப்பரிமாண கட்டமைப்பை உருவாக்குகிறது. ஆக்ஸிஜன் அணுக்கள் சமமானவை அல்ல-மூன்று வேறுபட்ட ஆக்ஸிஜன் நிலைகள் (O1, O2, O3) சற்று மாறுபட்ட பிணைப்பு சூழல்களையும் அண்டை அணுக்களுக்கான தூரத்தையும் கொண்டுள்ளன. ஆக்ஸிஜன் தளங்களில் இந்த மாறுபாடு ஒட்டுமொத்த கட்டமைப்பு சிக்கலுக்கு பங்களிக்கிறது மற்றும் வெப்ப விரிவாக்கம் மற்றும் சுருக்கத்தன்மை போன்ற பண்புகளை பாதிக்கிறது.

எட்ஜ்{0}}பகிர்வு எண்கோணலின் அடுக்குகள் (100) விமானத்திற்கு இணையாக விரிந்து, குறுக்கு{2}}தனிக்கப்பட்ட SiO₄ டெட்ராஹெட்ராவால் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. பயன்படுத்தப்பட்ட அழுத்தத்தின் கீழ் இந்த அடுக்கு பண்பு குறிப்பாக முக்கியமானதாகிறது, ஏனெனில் இது பூமியின் மேன்டில் ஆலிவின் இயந்திர மற்றும் நில அதிர்வு பண்புகளை பாதிக்கும் சாத்தியமான ஸ்லிப் விமானங்களை உருவாக்குகிறது.

ஆலிவின் படிக அமைப்பு மெக்னீசியம் எண்ட்-உறுப்பினர் ஃபார்ஸ்டெரைட் (Mg₂SiO₄) மற்றும் இரும்பு முனை{1}}உறுப்பினர் ஃபயலைட் (Fe₂SiO₄) ஆகியவற்றுக்கு இடையே தொடர்ச்சியான திடமான தீர்வுக்கு இடமளிக்கிறது. Mg²⁺ (அயனி ஆரம் ~0.72 Å) மற்றும் Fe²⁺ (அயனி ஆரம் ~0.77 Å) அளவுகளில் சுமார் 7% மட்டுமே வேறுபடுவதால், அவை படிக அமைப்பைக் கணிசமாக சிதைக்காமல் சுதந்திரமாக மாற்றுவதற்கு அனுமதிக்கின்றன.

கலவைகள் வழக்கமாக மோலார் சதவீதங்களாக வெளிப்படுத்தப்படுகின்றன, அதாவது Fo₇₀Fa₃₀ (அல்லது வெறுமனே Fo₇₀), இது 70% ஃபார்ஸ்டரைட் மற்றும் 30% ஃபயலைட்டைக் குறிக்கிறது. மாஃபிக் பாறைகளிலிருந்து வரும் இயற்கை ஒலிவின்கள் பொதுவாக Fo₅₀ இலிருந்து Fo₉₀ வரை இருக்கும், அதே சமயம் மேன்டில் ஒலிவின்கள் பொதுவாக அதிக மெக்னீசியன், Fo₈₈ முதல் Fo₉₂ வரை கலவைகள் கொண்டவை.

லட்டு அளவுருக்கள் இரும்பு உள்ளடக்கத்துடன் கிட்டத்தட்ட நேர்கோட்டில் அதிகரிக்கும். Fe²⁺ Mg²⁺ க்கு மாற்றாக, இரும்பின் பெரிய அளவு அணுக்களை சற்று மேலும் தள்ளி வைப்பதால் அலகு செல் விரிவடைகிறது. இந்த உறவு யூனிட் செல் பரிமாணங்கள் நியாயமான துல்லியத்துடன் ஒலிவின் கலவையை தீர்மானிக்க பயன்படுத்தப்படும்.

முக்கிய Mg-Fe மாற்றீடு தவிர, ஆலிவின் அமைப்பு சிறிய அளவு மற்ற கேஷன்களை உள்ளடக்கியிருக்கும். கால்சியம் குறைந்த அளவில் கட்டமைப்பில் நுழைகிறது, M2 தளத்தை விரும்புகிறது. மாங்கனீசு (டெப்ரோயிட்டில், Mn₂SiO₄) மெக்னீசியம் அல்லது இரும்பை முழுமையாக மாற்றும். நிக்கல், குரோமியம் மற்றும் ஃபெரிக் இரும்பு (Fe³⁺) ஆகியவற்றின் சுவடு அளவுகள் சிறிய விகிதாச்சாரத்தில் இருந்தாலும், எண்முகத் தளங்களில் மாற்றியமைக்கப்படலாம்.

குறிப்பிட்ட அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலை நிலைகளின் கீழ் மட்டுமே ஒலிவின் அமைப்பு நிலையாக இருக்கும். பூமிக்குள் ஆழம் அதிகரிக்கும் போது, ஆலிவின் அமைப்பு ஆற்றலுடன் சாதகமற்றதாக மாறுகிறது மற்றும் வெவ்வேறு படிக அமைப்புகளுடன் அடர்த்தியான பாலிமார்ப்களாக மாறுகிறது.

தோராயமாக 410 கி.மீ ஆழத்தில் (14 GPa சுற்றி அழுத்தத்துடன் தொடர்புடையது), ஆலிவைன் வாட்ஸ்லேயிட்டாக ஒரு வெளிவெப்ப நிலை மாற்றத்திற்கு உட்படுகிறது. இந்த மாற்றம் ஒரு குறிப்பிடத்தக்க கட்டமைப்பு மறுசீரமைப்பை உள்ளடக்கியது, இதில் ஆக்ஸிஜன் சப்லேட்டிஸ் அறுகோண நெருங்கிய இடத்திலிருந்து-அதிக கன அமைப்பை நோக்கி பேக் செய்யப்படுகிறது. Wadsleyite orthorhombic symmetry ஐத் தக்கவைத்துக் கொள்கிறது, ஆனால் சில சிலிக்கான் அணுக்களைக் கொண்ட ஒரு மாற்றியமைக்கப்பட்ட ஸ்பைனல்{5}} போன்ற அமைப்பை எண்முக ஒருங்கிணைப்பில் ஏற்றுக்கொள்கிறது.

பூமியின் மேலடுக்கில் ஆழமாக, தோராயமாக 520 கிமீ ஆழத்தில் (18-20 GPa), வாட்ஸ்லைட் ரிங்வுடைட்டாக மாறுகிறது, இது ஒரு கன ஸ்பைனல் அமைப்பை ஏற்றுக்கொள்கிறது. ரிங்வுடைட்டில், அனைத்து சிலிக்கான்களும் டெட்ராஹெட்ரல் நிலைகளை விட எண்முக தளங்களை ஆக்கிரமித்துள்ளன. இந்த கட்ட மாறுதல்கள் திடீர் அடர்த்தி அதிகரிப்பை ஏற்படுத்துகின்றன, இது நில அதிர்வு அலை வேகங்களில் இடைநிறுத்தங்கள் என நில அதிர்வு ஆய்வாளர்கள் கண்டறிந்துள்ளனர்.

இந்த மாற்றங்கள் ஏற்படும் அழுத்தம் வெப்பநிலை மற்றும் கலவை சார்ந்துள்ளது. இரும்புச்-சத்து நிறைந்த ஆலிவைன் மெக்னீசியம்{2}}சத்து நிறைந்த வகைகளைக் காட்டிலும் குறைந்த அழுத்தத்தில் மாறுகிறது. 800 டிகிரியில், தூய ஃபார்ஸ்டெரைட் 11.8 GPa இல் வாட்ஸ்லைட்டாக மாறுகிறது, அதே சமயம் வாட்ஸ்லேயிட்{6}}க்கு-ரிங்வுடைட் மாற்றம் 14 GPa க்கு மேல் நிகழ்கிறது. இரும்பு முனை{10}}உறுப்பினரான ஃபயாலைட் வாட்ஸ்லைட் கட்டமைப்பை முழுவதுமாகத் தவிர்த்துவிட்டு, குறைந்த அழுத்தத்தில் நேரடியாக அஹ்ரென்சைட்டாக (இரும்பு-தாங்கி ரிங்வுடைட் அனலாக்) மாறுகிறது.

olivine crystal structure

ஆலிவின் அமைப்பு பயன்படுத்தப்பட்ட அழுத்தத்திற்கு அனிசோட்ரோபிகல் முறையில் பதிலளிக்கிறது-வெவ்வேறு படிக திசைகள் வெவ்வேறு விகிதங்களில் சுருக்கப்படுகின்றன. M2 ஆக்டாஹெட்ரான் M1 ஆக்டோஹெட்ரானை விட ஃபார்ஸ்டரைட் முதல் ஃபயாலைட் வரையிலான அனைத்து கலவைகளிலும் மிக எளிதாக அழுத்துகிறது. M2 தளமானது அதன் பிணைப்பு கட்டமைப்பில் ஒரு பெரிய ஆரம்ப தொகுதி மற்றும் அதிக நெகிழ்வுத்தன்மையைக் கொண்டிருப்பதால் இந்த வேறுபட்ட சுருக்கம் ஏற்படுகிறது.

8 GPa வரையிலான ஒற்றை-படிக X-ரே டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் ஆய்வுகள் M2-O பிணைப்பு நீளம் அழுத்தத்தின் கீழ் M1-O பிணைப்புகளை விட வேகமாகக் குறைவதை வெளிப்படுத்துகிறது. M1 ஆக்டாஹெட்ரான், இரும்பு உள்ளடக்கத்தை அதிகரிப்பதன் மூலம் ஒப்பீட்டளவில் குறைவாக சுருக்கப்படுகிறது, இது முரண்பாடாக மொத்த மாடுலஸ் (ஒட்டுமொத்த சுருக்க எதிர்ப்பு) ஃபார்ஸ்டரைட்டிலிருந்து ஃபயாலைட்டுக்கு சிறிது அதிகரிக்க காரணமாகிறது-இரும்பு மெக்னீசியத்தை விட கனமாக இருப்பதால் ஆரம்பத்தில் எதிர்விளைவாகும்.

வெப்பநிலை கட்டமைப்பை வித்தியாசமாக பாதிக்கிறது. வெப்பமாக்கல் அலகு கலத்தை விரிவடையச் செய்கிறது, b-அச்சு மிகப்பெரிய வெப்ப விரிவாக்கக் குணகத்தைக் காட்டுகிறது. 900 டிகிரி வரையிலான ஃபார்ஸ்டரைட் பற்றிய உயர்-வெப்பநிலை ஆய்வுகள் M-O பிணைப்பு நீளம் முறையாக அதிகரிக்கிறது என்பதைக் காட்டுகிறது, ஆனால் உருகும் வெப்பநிலை நெருங்கும் வரை அடிப்படை கட்டமைப்பு இடவியல் மாறாமல் இருக்கும்.

SiO₄ டெட்ராஹெட்ரா உலோக-ஆக்சிஜன் ஆக்டஹெட்ராவுடன் ஒப்பிடும்போது குறிப்பிடத்தக்க வகையில் உறுதியானது. Si-O பிணைப்பு நீளம் Si-O பிணைப்புகளின் வலுவான கோவலன்ட் தன்மையின் காரணமாக அழுத்தம் அல்லது வெப்பநிலையுடன் குறைந்தபட்சமாக மாறுகிறது. பெரும்பாலான கட்டமைப்பு நெகிழ்வுத்தன்மை M-O பிணைப்பு நீளம் மற்றும் பாலிஹெட்ராவின் சுருக்கத்தை விட பாலிஹெட்ரா இடையே உள்ள கோணங்களில் சரிசெய்தல் மூலம் வருகிறது.

ஆலிவின் கட்டமைப்பு கட்டமைப்பு முக்கியமான தொழில்நுட்ப பயன்பாட்டைக் கண்டறிந்துள்ளதுலித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் பேட்டரிகள்(LiFePO₄ அல்லது LFP). 1996 இல் ஒரு கேத்தோட் பொருளாக கண்டுபிடிக்கப்பட்டது, லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் கனிம ஒலிவின் அதே அடிப்படை ஆலிவின் அமைப்பு வகையை ஏற்றுக்கொள்கிறது, இருப்பினும் பாஸ்பேட் குழுக்கள் தனிமைப்படுத்தப்பட்ட சிலிக்கேட் டெட்ராஹெட்ராவை மாற்றுகின்றன.

LiFePO₄ இல், அமைப்பு ஆர்த்தோர்ஹோம்பிக் சமச்சீர்நிலையை (விண்வெளி குழு Pnma/Pbnm) ஒரு=6.008 Å, b=10.334 Å, மற்றும் c=4.693 Å ஆகிய லட்டு அளவுருக்களுடன் பராமரிக்கிறது. இரும்பு அணுக்கள் எண்முக தளங்களை ஆக்கிரமித்து (FeO₆ ஆக்டாஹெட்ராவை உருவாக்குகிறது), அதே சமயம் பாஸ்பரஸ் அணுக்கள் டெட்ராஹெட்ரல் தளங்களில் அமர்ந்திருக்கும் (PO₄ டெட்ராஹெட்ராவை உருவாக்குகிறது), உலோகம் மற்றும் சிலிக்கான் அணுக்கள் கனிம ஆலிவினில் எவ்வாறு ஒழுங்கமைக்கப்படுகின்றன என்பதைப் போன்றது.

முக்கிய வேறுபாடு கூடுதல் லித்தியம் கேஷன்களில் உள்ளது. லித்தியம் அயனிகள் ஒரு ஜிக்ஜாக் வடிவத்தில் அமைக்கப்பட்ட கட்டமைப்பிற்குள் எண்முக சேனல்களில் வாழ்கின்றன. பேட்டரி சார்ஜிங் மற்றும் டிஸ்சார்ஜ் செய்யும் போது, லித்தியம் அயனிகளை இந்த சேனல்களில் இருந்து மீளப் பிரித்தெடுக்கலாம் மற்றும் அடிப்படை ஆலிவின் கட்டமைப்பை சரியாமல் செருகலாம். லித்தியம் உள்ளேயும் வெளியேயும் செல்லும்போது சார்ஜ் சமநிலையை பராமரிக்க இரும்பு Fe²⁺ மற்றும் Fe³⁺ இடையே ரெடாக்ஸ் சைக்கிள் ஓட்டுதலுக்கு உட்படுகிறது.

இந்த கட்டமைப்பு நிலைத்தன்மை-வலுவான ஒலிவின் கட்டமைப்பிலிருந்து பெறப்பட்டது{1}}LifePO₄ பேட்டரிகளுக்கு விதிவிலக்கான பாதுகாப்பு பண்புகள் மற்றும் நீண்ட சுழற்சி ஆயுளை வழங்குகிறது. பாஸ்பேட் டெட்ராஹெட்ராவில் உள்ள வலுவான P-O கோவலன்ட் பிணைப்புகள் ஆக்ஸிஜன் வெளியீட்டைத் தடுக்கின்றன, மேலும் சில லித்தியம்-அயன் பேட்டரி வேதியியலை பாதிக்கும் வெப்ப ரன்வே வினைகளைத் தடுக்கிறது. கமர்ஷியல் LFP பேட்டரிகள் திறனைப் பராமரிக்கும் போது 3,000 சார்ஜ்-வெளியேற்ற சுழற்சிகளை அடையலாம்.

ஆலிவின் அமைப்பு ஒரு வரம்பை விதிக்கிறது: லித்தியம் அயனிகள் முப்பரிமாணங்களில் சுதந்திரமாக நகராமல், படிக அச்சுகளில் ஒரு-பரிமாண சேனல்கள் மூலம் பரவ வேண்டும். இது அயனி கடத்துத்திறன் மற்றும் வீத திறனை கட்டுப்படுத்துகிறது. ஆராய்ச்சியாளர்கள் இதை நானோ கட்டமைப்பு (பரவல் பாதைகளைக் குறைக்க துகள் அளவைக் குறைத்தல்) மற்றும் கார்பன் பூச்சு (மின்னணு கடத்துத்திறனை மேம்படுத்துதல்) மூலம் நிவர்த்தி செய்கிறார்கள். லித்தியம் மாங்கனீஸ் அயர்ன் பாஸ்பேட் (LMFP) போன்ற மாற்றியமைக்கப்பட்ட பதிப்புகள் ஆலிவின் கட்டமைப்பை பராமரிக்கின்றன, அதே நேரத்தில் இயக்க மின்னழுத்தத்தை அதிகரிக்க சில இரும்புக்கு பதிலாக மாங்கனீஸை மாற்றுகின்றன.

ஆலிவின் கட்டமைப்பைப் பற்றிய நவீன புரிதல் முதன்மையாக X-ரே டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் நுட்பங்களிலிருந்து வருகிறது. வில்லியம் லாரன்ஸ் ப்ராக் மற்றும் ஜிபி பிரவுன் ஆகியோர் 1926 ஆம் ஆண்டில் ஆரம்பகால X-கதிர் படிகவியல் முறைகளைப் பயன்படுத்தி ஃபார்ஸ்டரைட்டின் படிக அமைப்பை முதன்முதலில் கண்டறிந்தனர். அவர்களின் பணியானது ஆலிவைனை தனிமைப்படுத்தப்பட்ட SiO₄ டெட்ராஹெட்ரா-சிலிகேட் கனிமவியலுக்கான அடிப்படை நுண்ணறிவை உருவாக்கியது.

ஒற்றை-படிக X-கதிர் மாறுபாடு துல்லியமான கட்டமைப்பு நிர்ணயத்திற்கான தங்கத் தரமாக உள்ளது. ஒரு சிறிய ஒலிவின் படிகமானது (பொதுவாக 0.1-0.5 மிமீ) கோனியோமீட்டரில் பொருத்தப்பட்டு, எக்ஸ்ரே கற்றை வழியாகச் சுழற்றப்படுகிறது. இதன் விளைவாக வரும் டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் பேட்டர்ன் ஆயிரக்கணக்கான தனிப்பட்ட பிரதிபலிப்புகளைக் கொண்டுள்ளது, ஒவ்வொன்றும் வெவ்வேறு படிகத் தளங்களைக் குறிக்கும். அதிநவீன மென்பொருள் அணு நிலைகள், வெப்ப அளவுருக்கள் மற்றும் தள ஆக்கிரமிப்புகளை கவனிக்கப்பட்ட டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் செறிவுகளுடன் பொருத்துகிறது.

நியூட்ரான் டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் நிரப்பு தகவல்களை வழங்குகிறது, குறிப்பாக ஹைட்ரஜன் அணுக்களை (ஹைட்ரஸ் கட்டங்களில்) கண்டறிவதற்கும் மெக்னீசியம் மற்றும் அலுமினியம் போன்ற எலக்ட்ரான் எண்ணிக்கையில் உள்ள தனிமங்களை வேறுபடுத்துவதற்கும் மதிப்புமிக்கது. நியூட்ரான் சோதனைகளுக்கு பெரிய படிகங்கள் மற்றும் நியூட்ரான் மூலங்களைக் கொண்ட சிறப்பு வசதிகள் தேவைப்படுகின்றன, ஆனால் அவை காந்த கட்டமைப்புகள் மற்றும் சில ஒளி உறுப்பு நிலைகளை நிர்ணயிப்பதற்கு உயர்ந்த துல்லியத்தை வழங்குகின்றன.

டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் மைக்ரோஸ்கோபி (TEM) ஆலிவின் கட்டமைப்பை நானோ அளவில் ஆராய்கிறது, குறைபாடுகள், டொமைன் எல்லைகள் மற்றும் டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் முறைகளுக்கு கண்ணுக்கு தெரியாத உள்ளூர் மாறுபாடுகளை வெளிப்படுத்துகிறது. உயர்-தெளிவுத்திறன் கொண்ட TEM ஆனது அணுக்களின் அமைப்பை நேரடியாகக் காட்சிப்படுத்தும், தனிப்பட்ட அணு நெடுவரிசைகளை படம்பிடிக்க முடியும். சிதைந்த மாதிரிகள் அல்லது சிறிய தூரங்களில் கட்டமைப்பு மாறுபடும் கட்ட மாற்றங்களைப் படிக்கும் போது இது குறிப்பாக சக்திவாய்ந்ததாகிறது.

ராமன் மற்றும் அகச்சிவப்பு ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி ஆலிவின் கட்டமைப்பை அதிர்வு முறைகள் மூலம் ஆய்வு செய்கின்றன. SiO₄ டெட்ராஹெட்ரான் நான்கு அடிப்படை அதிர்வு முறைகளைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் அவற்றின் அதிர்வெண்கள் Si-O பிணைப்பு வலிமை மற்றும் சுற்றியுள்ள கட்டமைப்பு சூழலைப் பொறுத்தது. கலவையானது இந்த அதிர்வு அதிர்வெண்களை யூகிக்கக்கூடிய வழிகளில் பாதிக்கிறது இந்த ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபிக் நுட்பங்கள் -அழிவுபடுத்தாமல் செயல்படுகின்றன, மேலும் சிறிய மாதிரிகள் அல்லது உள்ளடக்கங்களை வகைப்படுத்தலாம்.

படிக அமைப்பு நேரடியாக ஆலிவின் கவனிக்கக்கூடிய பண்புகளை கட்டுப்படுத்துகிறது. எண்முக ஒருங்கிணைப்பில் உள்ள Fe²⁺ அயனிகள் குறிப்பிட்ட அலைநீளங்களில் ஒளியை உறிஞ்சி, பச்சை நிறத்தை கடத்துவதால், கனிமம் பொதுவாக ஆலிவ்-பச்சை நிறத்தில் தோன்றும். தூய ஃபோர்ஸ்டெரைட் நிறமற்றது முதல் வெளிர் மஞ்சள்-பச்சை, இரும்பு-சத்து நிறைந்த கலவைகள் அடர் பச்சை முதல் பழுப்பு{5}}கருப்பு நிறத்தில் இருக்கும்.

ஆலிவின் பிளவைக் காட்டிலும் கான்காய்டல் எலும்பு முறிவை வெளிப்படுத்துகிறது, ஏனெனில் ஆக்டாஹெட்ராவுடன் பிணைக்கப்பட்ட தனிமைப்படுத்தப்பட்ட டெட்ராஹெட்ராவின் முப்பரிமாண கட்டமைப்பு அனைத்து திசைகளிலும் சமமான வலுவான பிணைப்புகளை உருவாக்குகிறது. மைக்காக்கள் அல்லது அடுக்கு சிலிக்கேட்டுகளில் உள்ள தாள் கட்டமைப்புகளுடன் ஒப்பிடக்கூடிய பலவீனமான விமானங்கள் எதுவும் கட்டமைப்பில் இல்லை. ஆலிவின் உடைந்தால், அது குறிப்பிட்ட படிகத் தளங்களில் பிளவுபடுவதற்குப் பதிலாக கட்டமைப்பில் ஒழுங்கற்ற முறையில் உடைகிறது.

ஆர்த்தோரோம்பிக் சமச்சீர் அனிசோட்ரோபிக் பண்புகளை உருவாக்குகிறது{0}}உடல் பண்புகள் படிகவியல் திசையுடன் மாறுபடும். நில அதிர்வு அலை வேகங்கள் படிக அச்சுகளுடன் தொடர்புடைய பரவல் திசையைப் பொறுத்து வேறுபடுகின்றன. வேகமான திசைவேகம் a{3}}அச்சு, c-அச்சுக்கு நடுத்தர வேகம் மற்றும் b-அச்சுக்கு மெதுவான வேகம். மேன்டில் ஆலிவினில் உள்ள இந்த நில அதிர்வு அனிசோட்ரோபி, புவி இயற்பியலாளர்களுக்கு மேன்டில் ஓட்டத்தின் திசையையும் அளவையும் விளக்க உதவுகிறது.

கடினத்தன்மை (Mohs அளவில் 6.5{3}}7) மற்றும் அடர்த்தி (3.27{5}}3.37 g/cm³ forsterite, 4.39 g/cm³ fayalite) இரண்டும் கட்டமைப்பின் இறுக்கமான பேக்கிங் மற்றும் உலோக-ஆக்ஸிஜன் பிணைப்புகளின் வலிமையுடன் தொடர்புடையது. ஆலிவின் கட்டமைப்பில் உள்ள அடர்த்தியான ஆக்சிஜன் கட்டமைப்பு மற்றும் குறுகிய உலோக-ஆக்ஸிஜன் தூரம் ஆகியவை ஆழமான பூமியின் நிலைமைகளின் கீழ் இரசாயன வானிலைக்கு எதிர்ப்புத் தெரிவிக்கும் கடினமான, அடர்த்தியான கனிமத்தை உருவாக்குகின்றன.

olivine crystal structure

உண்மையான ஒலிவின் படிகங்கள் அவற்றின் நடத்தையை கணிசமாக பாதிக்கும் கட்டமைப்பு குறைபாடுகளைக் கொண்டுள்ளன. புள்ளி குறைபாடுகளில் காலியிடங்கள் (காணாமல் போன அணுக்கள்), இடைநிலைகள் (சாதாரணமாக ஆக்கிரமிக்கப்படாத நிலைகளில் பிழியப்பட்ட கூடுதல் அணுக்கள்) மற்றும் மாற்று குறைபாடுகள் (சாதாரண தளங்களில் தவறான அணுக்கள்) ஆகியவை அடங்கும். இந்த குறைபாடுகள், அரிதாக இருந்தாலும், அயனி இயக்கத்திற்கான பாதைகளை உருவாக்குவதன் மூலம் பரவல் விகிதங்களையும் மின் கடத்துத்திறனையும் கட்டுப்படுத்துகின்றன.

இடப்பெயர்வுகள்-வழக்கமான படிக அமைப்பை உடைக்கும்-கோடு குறைபாடுகள் ஆலிவின் இயந்திர பண்புகளை ஆதிக்கம் செலுத்துகின்றன. இடப்பெயர்வு க்ரீப் (படிகத்தின் வழியாக இந்த வரி குறைபாடுகளின் இயக்கம்) புவியியல் நேர அளவீடுகளின் கீழ் மேன்டில் ஆலிவினில் ஒரு பெரிய சிதைவு பொறிமுறையைக் குறிக்கிறது. குறிப்பிட்ட சீட்டு அமைப்புகள் (படிக வரைபடங்கள் மற்றும் இடப்பெயர்வு இயக்கத்தின் திசைகள்) ஒலிவின் தானியங்கள் எவ்வாறு சிதைந்து, விருப்பமான படிக நோக்குநிலைகளை உருவாக்குகின்றன என்பதை தீர்மானிக்கிறது.

தானிய எல்லைகள் மற்றும் இரட்டை எல்லைகள் போன்ற விரிவாக்கப்பட்ட குறைபாடுகள், படிக அமைப்பு ஒரு நோக்குநிலையிலிருந்து மற்றொன்றுக்கு மாறுகின்ற இடைமுகங்களை உருவாக்குகின்றன. இந்த எல்லைகள் இயந்திர வலிமையைப் பாதிக்கின்றன மற்றும் இரசாயன மாற்றத்திற்கான வேகமான பரவல் பாதைகளை வழங்குகின்றன. சப்கிரைன் எல்லைகள்-குறைந்த-கோண எல்லைகள் இடப்பெயர்வுகளின் வரிசைகளால் ஆனவை- சிதைந்த ஒலிவைனில் உருவாகி, சிதைவு வரலாற்றைப் பதிவு செய்கின்றன.

பூமியின் மேற்பரப்பில், ஆலிவின் அதன் வலுவான அமைப்பு இருந்தபோதிலும் விரைவாக வானிலை அடைகிறது. நீர் மூலக்கூறுகள் குறைபாடுகள் மற்றும் தானிய எல்லைகள் வழியாக ஊடுருவி, ஒலிவின் கட்டமைப்புடன் வினைபுரியும். நீர் மூலக்கூறுகள் கட்டமைப்பில் நுழையும் போது உருவாகும் மிகவும் பொதுவான மாற்று தயாரிப்பு பாம்பு ஆகும்: 2Mg₂SiO₄ + 3H₂O → Mg₃Si₂O₅(OH)₄ + Mg(OH)₂. இந்த எதிர்வினை அசல் அளவை 30-40% விரிவுபடுத்துகிறது மற்றும் அசல் ஆலிவின் கட்டமைப்பை அழித்து, அதை தாள் சிலிக்கேட் அடுக்குகளுடன் மாற்றுகிறது.

இடிங்சைட் (இரும்பு ஆக்சைடுகள் மற்றும் களிமண் தாதுக்கள் ஆகியவற்றின் நேர்த்தியான தானிய கலவை) மற்றும் பவுலிங்கைட் (நீரேற்றம் செய்யப்பட்ட இரும்பு-தாங்கி சிலிகேட்டுகள்) ஆகியவை மற்ற மாற்ற தயாரிப்புகளில் அடங்கும். இந்த மாற்ற செயல்முறைகள் விரிசல்கள் மற்றும் படிக விளிம்புகள் வழியாக வேகமாகச் செல்கின்றன, அங்கு நீர் மிக எளிதாக கட்டமைப்பை அணுக முடியும். முழுமையான சூடோமார்பிக் மாற்றீடு ஏற்படலாம், அங்கு மாற்றப்பட்ட பொருள் வெளிப்புற படிக வடிவத்தைத் தக்க வைத்துக் கொள்கிறது, அதே நேரத்தில் உள் அமைப்பு முற்றிலும் இரண்டாம் தாதுக்களாக மாறுகிறது.

மற்ற சிலிக்கேட் தாதுக்களிலிருந்து ஆலிவின் அமைப்பை வேறுபடுத்துவது எது?

ஆலிவின் தனிமைப்படுத்தப்பட்ட SiO₄ டெட்ராஹெட்ராவைக் கொண்டுள்ளது, அவை ஆக்ஸிஜன் அணுக்களை ஒருவருக்கொருவர் பகிர்ந்து கொள்ளாது, இது ஒரு நெசோசிலிகேட் என வரையறுக்கிறது. இது சங்கிலி சிலிக்கேட்டுகள் (பைராக்ஸீன்கள் போன்றவை), தாள் சிலிக்கேட்டுகள் (மைக்காக்கள் போன்றவை) மற்றும் ஃப்ரேம்வொர்க் சிலிக்கேட்டுகள் (குவார்ட்ஸ் போன்றவை) ஆகியவற்றுடன் முரண்படுகிறது, அங்கு டெட்ராஹெட்ரா ஆக்ஸிஜனைப் பகிர்ந்து நீட்டிக்கப்பட்ட கட்டமைப்புகளை உருவாக்குகிறது. தனிமைப்படுத்தப்பட்ட டெட்ராஹெட்ரா ஒரு அடர்த்தியான முப்பரிமாண நெட்வொர்க்கை உருவாக்குகிறது.

ஆலிவின் ஏன் இரண்டு வெவ்வேறு உலோக தளங்களைக் கொண்டுள்ளது (M1 மற்றும் M2)?

ஆர்த்தோர்ஹோம்பிக் சமச்சீர் மற்றும் ஆக்ஸிஜன் அணுக்களின் குறிப்பிட்ட பேக்கிங் ஏற்பாடு ஆகியவை இரண்டு படிகவியல் ரீதியாக வேறுபட்ட எண்கோண நிலைகளை சிறிது வேறுபட்ட அளவுகள் மற்றும் சிதைவுகளுடன் உருவாக்குகின்றன. M1 ஒரு தலைகீழ் மையத்தில் அமர்ந்து சிறியதாகவும் மேலும் சிதைந்ததாகவும் இருக்கும், அதே சமயம் M2 ஒரு கண்ணாடி விமானத்தில் உள்ளது மற்றும் பெரியதாகவும் வழக்கமானதாகவும் இருக்கும். இந்த வேறுபாடு எந்த கேஷன்கள் எந்த தளங்களை விரும்புகின்றன என்பதைப் பாதிக்கிறது மற்றும் பொருளின் இயற்பியல் பண்புகளைக் கட்டுப்படுத்துகிறது.

கலவை ஆலிவின் படிக அமைப்பை எவ்வாறு பாதிக்கிறது?

ஃபார்ஸ்டரைட்-ஃபயலைட் தொடர் முழுவதும் மெக்னீசியத்திற்கு இரும்பு மாற்றாக, Fe²⁺ Mg²⁺ ஐ விட பெரியதாக இருப்பதால் அலகு செல் சீராக விரிவடைகிறது. அடிப்படை கட்டமைப்பு இடவியல் மாறாமல் உள்ளது-ஒரே விண்வெளி குழு, அதே அணு நிலைகள், அதே ஒருங்கிணைப்பு சூழல்கள். பிணைப்பு நீளம் சிறிது அதிகரிக்கிறது, ஆனால் அணுக்களின் அமைப்பு அடிப்படையில் ஒரே மாதிரியாக இருக்கும். இது இறுதி-உறுப்பினர்களுக்கு இடையே முழுமையான திடமான தீர்வை அனுமதிக்கிறது.

ஆலிவின் அமைப்பு நீர் அல்லது பிற ஆவியாகும் தன்மைகளுக்கு இடமளிக்குமா?

நிலையான ஒலிவின் அமைப்பில் ஹைட்ராக்சில் குழுக்கள் அல்லது மூலக்கூறு நீர் இல்லை. இருப்பினும், ஹைட்ரஜனின் சுவடு அளவுகள் புள்ளிக் குறைபாடுகளாக-பொதுவாக OH குழுக்களாக ஆக்ஸிஜன் அணுக்களுக்குப் பதிலாக அல்லது பொதுவாக காலியாக உள்ள இடங்களில் வசிக்கும். இந்த "நீர்" உள்ளடக்கங்கள் மிகவும் குறைவாகவே இருக்கும் (பொதுவாக<50 ppm by weight), but even trace hydrogen significantly affects electrical conductivity and diffusion rates. Water content increases with pressure, making transition zone olivine polymorphs potentially important water reservoirs in Earth's deep interior.

ஆலிவின் படிக அமைப்பு பின்வரும் அடிப்படை பண்புகளை வெளிப்படுத்துகிறது:

படிக அமைப்பு: ஆர்த்தோர்ஹோம்பிக் ஸ்பேஸ் குழு Pbnm (அல்லது மாற்று அமைப்பில் Pnma)

லட்டு அளவுருக்கள்:

Forsterite: a ≈ 4.75 Å, b ≈ 10.20 Å, c ≈ 5.98 Å

ஃபயலைட்: a ≈ 4.82 Å, b ≈ 10.48 Å, c ≈ 6.09 Å

கட்டிடத் தொகுதிகள்: தனிமைப்படுத்தப்பட்ட SiO₄ டெட்ராஹெட்ரா உலோக-ஆக்சிஜன் ஆக்டஹெட்ரா (MO₆) மூலம் இணைக்கப்பட்டுள்ளது

உலோக தளங்கள்வெவ்வேறு அளவுகள் மற்றும் சிதைவுகளுடன் இரண்டு வேறுபட்ட எண்முக தளங்கள் (M1 மற்றும் M2)

ஆக்ஸிஜன் நிலைகள்: சமச்சீரற்ற அலகில் மூன்று படிக ரீதியாக வேறுபட்ட ஆக்ஸிஜன் தளங்கள்

கட்டமைப்பு வகை: அறுகோண நெருங்கிய-பேக் ஆக்சிஜன் வரிசை, நான்முக மற்றும் எண்முக வெற்றிடங்களில் கேஷன்களுடன்

வகைப்பாடுதனிமைப்படுத்தப்பட்ட டெட்ராஹெட்ரல் அலகுகள் காரணமாக Nesosilicate (orthosilicate).

ஒருங்கிணைப்பு: Si 4-ஒருங்கிணைப்பில் (டெட்ராஹெட்ரல்), 6-ஒருங்கிணைப்பில் M கேஷன்கள் (எண்முகம்)

இந்த கட்டமைப்பு கட்டமைப்பானது புவியியல் சூழல்களில் பரந்த கலவை வரம்புகளில் நிலைத்தன்மையை பராமரிக்கும் அதே வேளையில் தொழில்நுட்ப பயன்பாடுகளில் மேம்பட்ட பேட்டரி பொருட்களுக்கான அடித்தளத்தை வழங்குவது குறிப்பிடத்தக்க வகையில் வலுவானதாக உள்ளது. ஆலிவின் கட்டமைப்பின் வலிமையான கோவலன்ட் Si{1}}O பிணைப்புகள் நெகிழ்வான உலோகத்துடன்-ஆக்சிஜன் ஒருங்கிணைப்புடன் இணைந்து பூமியின் மிக முக்கியமான மற்றும் பல்துறை கனிம கட்டமைப்புகளில் ஒன்றாக அமைகிறது.