Реферат: Оптическая спектроскопия кристаллов галита с природной синей окраской

Министерствообщего и профессионального образования РФ

СЫКТЫВКАРСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Физическийфакультет

Кафедрафизики твердого тела

<span Times New Roman",«serif»">Допустить к защите
зав. кафедрой ФТТ,
д. ф. -м. н., профессор
_________Пунегов В.И.

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">«

<span Times New Roman",«serif»"> <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">  <span Times New Roman",«serif»"> <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US"> » _<span Times New Roman",«serif»">______<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">__<span Times New Roman",«serif»">1<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">998<span Times New Roman",«serif»">г.

ДИПЛОМНАЯРАБОТА

<span Times New Roman",«serif»">Оптическая спектроскопия кристаллов галита с

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">
<span Times New Roman",«serif»">природнойсиней окраской

Оценка «Отлично» Сдавался 11 июня 1998 года.

Научный руководитель:

к. г.-м. н., ст.н.с.
ИГ Коми НЦ УрО РАН                                     ____________ЛютоевВ.П.

                                                                                           

<span Times New Roman",«serif»">                                                                                      

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">«   <span Times New Roman",«serif»"> <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"> » _________ 1998<span Times New Roman",«serif»">г.

<span Times New Roman",«serif»">

Исполнитель:

<span Times New Roman",«serif»">студент1

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">51<span Times New Roman",«serif»">«А» гр.                                            _____________Исаенко С.И.

<span Times New Roman",«serif»">                                                                                                                                    

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">«   <span Times New Roman",«serif»"> <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"> » _________ 1998<span Times New Roman",«serif»">г.

Сыктывкар, 1998

<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">

                                                                                                                                        СТР.

<span Times New Roman",«serif»;text-transform: uppercase">Введение                                                                                                                        3

<span Times New Roman",«serif»;text-transform: uppercase">

<span Times New Roman",«serif»;text-transform: uppercase">Глава 1 Природа синей окраски каменной соли              4

<span Times New Roman",«serif»">1.1. Природа окраскиминералов                                                                                  4

<span Times New Roman",«serif»">1.2. Структура и свойства каменной соли                                                                   5

<span Times New Roman",«serif»">1.3. Месторождения синей соли                                                                                   6

<span Times New Roman",«serif»">1.4. Типизация окраски каменной соли                                                                        7

<span Times New Roman",«serif»">1.5. Образованиеколлоидных частиц в природном синем галите              9

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»; text-transform:uppercase;mso-ansi-language:EN-US">Глава 2 Методы исследования

<span Times New Roman",«serif»;text-transform: uppercase">                                                                    11<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">2.1. Спектроскопияоптического поглощения                                                           11

<span Times New Roman",«serif»">2.1.1.Явления поглощения света кристаллом                                                       11

<span Times New Roman",«serif»">2.1.2.Параметры спектров поглощения                                                                 11

<span Times New Roman",«serif»">2.2. Люминесценция                                                                                                       13

<span Times New Roman",«serif»">2.3. Особенностисвечения минералов при рентгеновском возбуждении            14

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;text-transform: uppercase">Глава 3 Экспериментальные результаты                                           16

<span Times New Roman",«serif»">3.1. Образцы дляисследования                                                                                    16

<span Times New Roman",«serif»">3.2. Данныерентгено-структурного анализа                                                  16

<span Times New Roman",«serif»">3.3. Примесной составгалита                                                                                       18

<span Times New Roman",«serif»">3.4. Спектроскопияоптического поглощения                                                           19

<span Times New Roman",«serif»">3.4.1.Аппаратура, используемая для получения спектров поглощения           19

<span Times New Roman",«serif»">3.4.2. Спектры оптического поглощения и центры
окраски в природном галите                                                                         20

<span Times New Roman",«serif»">3.5. Рентгенолюминесценция галита                                                                            26

<span Times New Roman",«serif»">3.5.1.Аппаратура для изучения рентгенолюминесценции                                   26

<span Times New Roman",«serif»">3.5.2. Спектры рентгенолюминесценциигалита                                        27

<span Times New Roman",«serif»">3.6. Кинетика образования

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">F-<span Times New Roman",«serif»">центров в галите
под действием рентгеновского излучения                                                            28

<span Times New Roman",«serif»">3.6.1. Влияниерентгеновского излучения на
оптическое поглощение галита                                                                                28

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">

<span Times New Roman",«serif»">3.6.2. Эффекты разгорания рентгенолюминесценциигалита                              29

<span Times New Roman",«serif»">3.6.3. Кинетика накопления

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">F-<span Times New Roman",«serif»">центров                                                                    30

<span Times New Roman",«serif»">3.6.4. Концентрации

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">F-<span Times New Roman",«serif»">центров в облученных кристалла                         33

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;text-transform: uppercase">ГЛаВА 4 Модель роста окрашенных кристаллов галита        36

<span Times New Roman",«serif»;text-transform:uppercase">

<span Times New Roman",«serif»;text-transform: uppercase">Заключение                                                                                                                 38

<span Times New Roman",«serif»;text-transform:uppercase">

<span Times New Roman",«serif»;text-transform:uppercase">Литература                                                                                                                    39

<span Times New Roman",«serif»;text-transform:uppercase">приложение                                                                                                                40

<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;text-transform:uppercase;mso-ansi-language: RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">

<span Times New Roman",«serif»;text-transform: uppercase">ВВЕДЕНИЕ

<span Times New Roman",«serif»;text-transform: uppercase">

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">Многие основные представления,касающиеся природы окраски минералов, явления люминесценции, оптическогопоглощения в ультрафиолетовой и видимой областях спектрального диапазона,взаимосвязанные процессы, протекающие в диэлектриках и полупроводниках,сформировались при изучении щелочных галоидов. Окраска галита

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">,<span Times New Roman",«serif»"> <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">NaCl, <span Times New Roman",«serif»">широко распространенного в природе щелочногогалоида, является важнейшим типоморфным свойством. Наряду с составом иморфологией этих минералов изучение окраски дает ценную информацию об условиях,существовавших в бассейнах соленакопления и процессах диагенетическойперекристаллизации. Окраска является важным диагностическим свойством и можетслужить в целях корреляции разрезов и при изучении фациальных измененийкалийных пластов. Она не утратила своего значения как наиболее экспрессныйпоисковый признак на калийные соли.

<span Times New Roman",«serif»">Синий галит распространен в соляныхотложениях разного возраста и неоднократно описывался многими исследователями(Пшибрам, 1959; Чирвинский, 1943; Пустыльников, 1973; Апполонов, Кощуг 1986 идр.). В настоящее время проблемами центров окраски в щелочных галоидахзанимаются специалисты Международной группы ФТТ и Лазерной физики в Антверпене.Однако для того, чтобы понять механизм природного синего окрашивания ииспользовать индикаторные свойства синего галита для решения некоторых проблемгеологии соляных отложений необходимы систематические исследования комплексомфизических методов происхождения окрашивания в каждом конкретном случае.

<span Times New Roman",«serif»">Целью данного исследования являлосьизучение cпектроскопических свойств кристаллов каменной соли Соликамского иПольского месторождений и установление природы синего окрашивания.

<span Times New Roman",«serif»">Кристаллы галита были исследованыметодами спектроскопии оптического поглощения и рентгенолюминесценции. Ониохарактеризованы также рентгено-структурным, полуколичественным спектральнымэмиссионным анализами и методом атомно-силовой микроскопии. Для обоснования имоделирования синего окрашивания галитов в природе изучено влияниеионизирующего излучения на оптические свойства окрашенных и неокрашенныхобразцов.

<span Times New Roman",«serif»">В результате исследований полученыспектроскопические характеристики кристаллов галита различного происхождения,кинетические параметры накопления радиационных дефектов и предложена схемаформирования синей пятнистой окраски.

<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">

<span Times New Roman",«serif»;text-transform: uppercase">1 Природа синей окраски каменной соли

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">1.1.Природа окраски минералов

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">Современное понимание природы окраскиминералов вообще и окраски конкретных минеральных видов в частности исходитпрежде всего из того положения, что понимание цвета — это интерпретация спектраоптического поглощения или отражения. Установление концентрационныхзависимостей, ориентационных, зависимостей от валентности, координации,структуры и состояния химической связи и т.д. находит естественное объяснение врезультате интерпретации спектров в рамках теорий кристаллического поля,молекулярных орбиталей и зонной теории.

<span Times New Roman",«serif»">Выделяют следующие типы окраскиминералов

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US"> <span Times New Roman",«serif»">[1].

<span Times New Roman",«serif»">1.Окраска, связанная с собственнымпоглощением, т.е. с межзонными переходами, когда спектр собственного поглощенияперекрывает видимую область (это окраска непрозрачных веществ, окрасказеркального отражения).

<span Times New Roman",«serif»">2.Окраска, связанная с попаданием краясобственного поглощения в видимую область, т.е. окраска веществ с ширинойзапрещенной зоны, энергии которой соответствуют энергиям оптических переходоввидимой области спектра (3 — 1,6эВ).

<span Times New Roman",«serif»">3.Окраска, связанная с переходами междууровнями d- или

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">f<span Times New Roman",«serif»">-электронов. Этоокраска ионами элементов переходных групп в примесном или в видообразующемсодержании (ионов-“хромофоров”). Разные характеристики этого типа окраскисвойственны трем ее подтипам:

<span Times New Roman",«serif»">а). окраска, связанная со спектрамипереноса энергии, т.е. с переходами со связывающих молекулярных орбиталей наантисвязывающие незаполненные орбитали, состоящие преимущественно из атомныхорбиталей металла.

<span Times New Roman",«serif»">б). окраска, связанная со спектрамикристаллического поля, т.е. с переходами между уровнями d- или

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"> f<span Times New Roman",«serif»">-электронов, а также их смешанными <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">fd<span Times New Roman",«serif»">-конфигурациями расщепленными кристаллическим полем.Это наиболее распространенная причина окраски породообразующих минералов.

<span Times New Roman",«serif»">Наиболее распространенными хромофорами вминералах являются ионы Fe2+ и Fe3+. Минералы V, Cr, Mn,Co, Ni, Cu составляют более “локализованные” группы.

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"> <span Times New Roman",«serif»">Вредких случаях окраска обуславливается редкоземельными ионами, в таких минералахкак флюорит, апатит, некоторые полевые шпаты и др. С точки зрения теориикристаллического поля естественно, что каждое валентное состояние переходныхметаллов в каждой координации дает качественно разные спектры, а с разнымилигандами (F-Cl-H2O, O, S, Se, Te) и при разном искаженииструктурного положения полосы в этих спектрах могут быть смещены и расщеплены.Все это обуславливает различные окраски соединений одного и того же переходногоэлемента.

<span Times New Roman",«serif»">в). изменение и усиление окраски,связанные с интервалентными взаимодействиями, наблюдаются при наличии пар ионовFe2+-

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"><span Times New Roman",«serif»">Fе3+, Fe2+ — Ti4+ и др. в структурных положениях, обуславливающих возможностьвзаимодействия между ними.

<span Times New Roman",«serif»">4.Окраска, связанная сэлектронно-дырочными центрами, молекулярными ионами, свободными радикалами:

<span Times New Roman",«serif»">а) окраски, связанные с примеснымикатионами: 1) с d1-конфигурацией (Ti3+, V4+,Nb4+ и др., а также титанил, ванадил, ниобил и др.) с dn — и fn-конфигурациями, 2) с s1-, p1-,p5 — конфигурациями (Pb+ в зеленом амазоните, Pb3+ в розовомкальците и др.);

<span Times New Roman",«serif»">б) окраски, связанные с О- имолекулярными ионами О2-, S2- идр.;

<span Times New Roman",«serif»">в) окраски, связанные со свободнымирадикалами SO4-, SO3- и др.;

<span Times New Roman",«serif»">г) окраски, связанные c F- иV-центрами  и F-агрегатными центрами,особенно распространенными во фторидах и щелочных галогенидах.

<span Times New Roman",«serif»">Именно последний, электронно-дырочныйтип окраски будет в дальнейшем представлять особый интерес, т.к. центры окраскиэтого типа присутствуют в кристаллах галита любого происхождения и могут бытьлегко получены путем облучения кристаллов ионизирующей радиацией.

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">1.2. Структура исвойства каменной соли

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">Каменная соль, или галит, имеетхимический состав

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">NaCl<span Times New Roman",«serif»"> и его кристаллы принадлежаткубической сингонии с пространственной группой Fm3m, с параметрами элементарнойячейки a0= <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">0,<span Times New Roman",«serif»">5640 нм;координационное число Z = 4. Расстояние Na -<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> <span Times New Roman",«serif»">Cl составляет0,2814 нм. Физические свойства кристаллов каменной соли описываютсяточечной группой симметрии гексоктаэдрического класса Oh  — m3m(3L44L36L29PC). Кристаллы образованыглавными формами: (100), (111), изредка встречаются формы: (110), (430), (530),(310), (510), (332), (321), (540), (320), (210), (410), (211), (221), (543).

<span Times New Roman",«serif»">Установлено, что кубические кристаллыNaCl образуются из нейтральных растворов, октаэдрические — из активных, кислыхили щелочных растворов [2]. Очень характерны скелетныеобразования [3, 4] — хрупкие мутно-белые полые пирамидки — «лодочки”,плавающие на поверхности рапы вершинкой вниз; стенки лодочек обычно ступенчаты,часто несут рубец или “шов”, образующийся вследствие роста от ребер по стенкамнавстречу друг другу. Известны кубические кристаллы с воронкообразно-вогнутимигранями. Иногда кристаллы искривлены или имеют искаженную (ромбоэдровидную илипластинчатую) форму вследствие роста в условиях направленного давления. Граникристаллов нередко ровные и блестящие, иногда ступенчатые или ямчатые. Фигурытравления, соответствующие гексоктаэдрическому классу, образуются даже привоздействии влажного воздуха. Фигуры травления на искусственных кристаллах,полученные при действии уксусной кислоты, изменяют свою форму в зависимости отпримесей, добавляемых в уксусную кислоту [5].

<span Times New Roman»,«serif»">Галит часто содержит обильные включенияматочного раствора, иногда со взвешенными в нем иголочками ангидрита; включенияимеют неправильную форму или форму отрицательных кристаллов. Нередки включениятвердых частиц — зерна сильвина, иголочки ангидрита, кристаллики, шаровидные имучнистые скопления карбонатов, глинистых частичек, гематита и гетита [4,

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">6<span Times New Roman",«serif»">]; реже содержит карналлит в виде желвачков и потрещинам спайности [<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">7<span Times New Roman",«serif»">], изредка — минералы бора, иногда — органические вещества, нефть, газы (углеводороды,сероводород, углекислоту, гелий).

<span Times New Roman",«serif»">Спайность по (100) совершенная, по (110)несовершенная [

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">8<span Times New Roman",«serif»">]. Галит довольнохрупок, но при нагревании пластичность значительно возрастает (в горячем насыщенномрастворе легко гнется руками); делается пластичным также при продолжительномодностороннем давлении [<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">9<span Times New Roman",«serif»">]. Твердость 2,несколько различная при царапании вдоль ребра и вдоль диагонали куба. Средняятвердость грани куба меньше, чем на грани октаэдра. Синий галит по сравнению сбесцветным характеризуется большей твердостью и скоростью растворения в воде инесколько меньшим показателем преломления <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">[10<span Times New Roman",«serif»">]. Микротвердость 18 — 22 кг/мм2.Непроводник электричества. Диэлектрическая постоянная 5,85.

<span Times New Roman",«serif»">Удельный вес 2,173, часто колеблетсяиз-за наличия включений, например, у соли из Калуша от 1,9732 до 2,2100;отмечалось увеличение удельного веса с увеличением интенсивности синей окраски.Галит бывает бесцветным и прозрачным, часто белым, серым до черного, красным, коричневым,желтым, синим (небесно-голубой до темного индиго), фиолетовым, розово-лиловымдо темно-пурпурного

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US"> <span Times New Roman",«serif»">[<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">11<span Times New Roman",«serif»">,<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">12<span Times New Roman",«serif»">]; изредказеленым.

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">1.3.Месторождения синей соли

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">Наиболее известными являютсяместорождения синей соли в Германии, в частности месторождение в Страсфурте.Особенно красивая фиолетовая соль была найдена в руднике Гримберг,расположенным близ Херингена (область Верра). Во всех австрийских соляныхрудниках можно найти синюю соль (Cornu, 1908), кроме рудника близ Аусзее, гдеона встречается крайне редко. Особенно характерна фиолетовая волокнистая илипризматическая соль из Халлейна и Хальштатта и соль, окрашенная в виде синихточек из Хальштатта. Среди карпатских месторождений — наиболее важноеместорождение в Калузе. Дельтер (Doelter,1929) описывает синюю соль изместорождений Франции и Испании. Фиолетовая соль встречается в Сицилии, а вАнглии синяя соль была найдена во время буровых работ в Йоркшире (Stewart,1949). Апродов описывает русские месторождения синей соли в Соликамске. Образецсиней соли из месторождения Илецкая Защита Оренбургской области находится вБританском музее, Южный Кенсистон. Синяя соль в неевропейских странахвстречается редко. Она залегает в соляной области Пенджаба, близ Майо(Научно-исследовательский институт радия в Вене имеет небольшой образец с указаниемэтой местности). В одном докладе о буровых работах в Нью-Мексико упоминается озернах синей соли, найденной в кернах (Schaller, Henderson, 1932). Чилийскаясамородная селитра (каличе) обязана своей синей окраске содержанию в ней мелкойраспыленной синей каменной соли.

<span Times New Roman",«serif»">Этот обзор месторождений далеко неполный, однако он показывает, что синяя соль хотя встречается не так уже часто,но все же она очень широко распространена [

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">11<span Times New Roman",«serif»">].

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">1.4.

<span Times New Roman",«serif»">Типизация окраски каменной соли

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">Окраска галита является важнейшимтипоморфным свойством. Изучение окраски наряду с изучением состава и морфологииэтих минералов дает объемные сведения об условиях, существовавших в бассейнахсоленакопления и процессах диагенетической перекристаллизации. Окраска являетсяважным диагностическим свойством и может служить в целях корреляции разрезов ипри изучении фациальных изменений калийных пластов. Она не утратила своегозначения как наиболее экспрессный поисковый признак на калийные соли 

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">[13]<span Times New Roman",«serif»">.

<span Times New Roman",«serif»">Серая окраска часто обуславливаетсявключениями глины; черная и бурая, исчезающие при нагревании,

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"> <span Times New Roman",«serif»">- примесью органических веществ. Коричневые и желтыетона иногда связаны с примесью соединений железа, в частности мельчайших иглгематита; в последнем случае окраска обычно распределяется  неравномерно или струйчато. Зеленая окраскаможет вызываться включениями дугласита, в этом случае на воздухе галит буреет.

<span Times New Roman",«serif»">Синяя, фиолетовая и исчезающая на светужелтая окраски вызываются воздействием радиоактивного излучения. Источником

b<span Times New Roman",«serif»">-излучения в соляныхместорождениях служит 40К и сопровождающий его радиоактивный Rb, чтоподтверждается неоднократно отмечавшимся фактом окрашивания галита в синий цветв соседстве с сильвином и другими калийными солями, а также лабораторнымиисследованиями.

<span Times New Roman",«serif»">Пространственная связь синего галитатолько с калийными минералами, макро — и микроморфология окрашенных областейгалита позволяют принять в качестве источника радиоактивных излучений распределенныйв решетке калийных минералов изотоп 40

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">K<span Times New Roman",«serif»">. К такому же заключению нас приводит проведенный Ю.А. Борщевским анализ энергии, выделяющейся b<span Times New Roman",«serif»">- и g<span Times New Roman",«serif»">-излучениямиэтого изотопа в геологическое время. По его расчетам мощность дозысамооблучения для источника, близкого к сферическому, с размерами 0,3 — 1,0 см(что отвечает обычным размерам калийных минералов в соляных отложениях) для b<span Times New Roman",«serif»">-излучения — 2,72*1014эВ*год/г,для g<span Times New Roman",«serif»">-излучения — 0,82*1014эВ*год/г. Средняя глубина проникновения b<span Times New Roman",«serif»">-излучения в кристаллысоставляет 1,5 мм, так что при средних размерах кристаллов сильвина 0,5 — 2 см b<span Times New Roman",«serif»">-излучение почтиполностью поглощается самим калийным минералом: доза поглощенного b<span Times New Roman",«serif»">-излучения 2,45*1014эВ*год/г,g<span Times New Roman",«serif»">-излучения — 0,02*1014эВ*год/г. Отсюда на облучение вмещающего сильвин галитарасходуется доза 1,07*1014эВ*год/г, и суммарная доза облучениягалита сильвином может достигать очень значительной величины (если принятьвремя облучения 450 — 500 млн. лет) — (4,8 — 5,35) *1022эВ*год/г.Такого количества энергии более чем достаточно для возникновения синего окрашивания [<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">11<span Times New Roman",«serif»">].

<span Times New Roman",«serif»">Фиолетовый галит имеет в видимой частиполосу поглощения 17320 см-1 (538 нм), голубой — интенсивную полосупоглощения 16500 см-1 (606 нм), густо-синие галиты поглощают при15600 см-1 (640 нм), 18720 см-1 (534 нм), 22400-23080 см-1(450-433 нм), 25800-26900 см-1 (388-372 нм) 

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">[13]<span Times New Roman",«serif»">. Главный максимум на спектрах поглощения синихкристаллов галита находится в интервале 610-650 нм. Этот максимум обусловленпоглощением света коллоидными частицами металлического натрия, размеры которогоколеблются от 50 до 80 нм. На коллоидную природу синего окрашивания указывает,кроме того, интенсивность окраски, а также наличие в синих соляхплеохроизма [<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">10<span Times New Roman",«serif»">]. Кроме этих косвенныхданных, получено прямое доказательство присутствия в решетке синего галитаколлоидных металлических частиц: в спектре ЭПР галита обнаружена линия,принадлежащая металлическому натрию<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> [13]<span Times New Roman",«serif»">.

<span Times New Roman",«serif»">Важную роль в процессе окрашивания иформирования морфологии окрашенных областей сыграли деформации соляных пород. Всоляных породах широко распространены пластичные деформации, которые проявляютсебя в виде микроскладок, беспорядочно ориентированных и раздавленныхвключений, следов скольжения параллельно граням ромбододекаэдра — вдоль нихориентируются вторичные газово-жидкие включения. При деформациях наблюдаетсятрансляционное скольжение, к которому присоединяется вращение обломковкристаллов. Синие кристаллы нередко имеют раковистый излом, в них распространенаотдельность (111), которая в недеформированном галите обычно отсутствует.Изучение соотношения деформаций и окраски галита позволяет сделать заключение,что окрашены наиболее деформированные части кристаллов, а морфологии окрашенныхи деформированных областей сходны.

<span Times New Roman",«serif»">Характер и интенсивность окрашиванияобусловливаются количеством

b<span Times New Roman",«serif»">-радиации,полученной образцом, и его чувствительностью к облучению. Последняя зависит отмногих причин, главнейшими из которых являются следующие:1)степеньдеформированности решетки и наличие в ней тех или иных напряжений; 2)количествои характер элементов-примесей в облучаемом материале, например в голубой солиотмечалось повышенное содержание Ca, в фиолетовой — Cu; общее количествопримесей в фиолетовой и голубой соли превышает количество их в желтой; в синейсоли из Соликамска установлены нейтральные атомы Na; 3)скорость ростаокрашиваемых кристаллов. Очень часто синяя окраска распределяется в кристаллахнеравномерно благодаря локальности облучения или восприимчивости к нему кристаллов:в виде зон, параллельных граням куба, неправильных, изолированных друг от другаучастков, каемок, пятен, извилистых полос и т.д. Сами окрашенные участкиотличаются друг от друга структурой, различимой под лупой сетчатой,точечно-сетчатой, штриховой, пятнистой, зональной, спиральной и т.д. Иногда этоявление обусловлено обрастанием окрашенных скелетных кристаллов бесцветной солью [<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">14<span Times New Roman",«serif»">].

<span Times New Roman",«serif»">Винингер (Wieninger, 1950) исследовалбольшое количество различных образцов природной синей соли, которыеанализировались следующим образом: по наиболее выделяющимся максимумам кривойопределялось положение отдельных полос поглощения; соответствующие резонансныекривые вычислялись теоретически и затем вычитались из наблюдавшейся кривойпоглощения. В разностной кривой можно было обнаружить последующие максимумы.Максимумы можно связать частично с центрами, частично с коллоидными частицами.Связь с коллоидными частицами подкрепляется экспериментами, проведенными подультрамикроскопом. На основании этого исследования Винингер делит синюю соль натри или четыре группы [

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">11<span Times New Roman",«serif»">]:

<span Times New Roman",«serif»">1) Окрашивание посредством толькоцентров. Фиолетовая соль из шахты Гримберг (исключая темные полосы) и изСтасфурта с R-центрами при 580 нм. Соль из Сицилии с F-центрами при 460 нм, сR-центрами при 570 нм и с M-центрами при 720 нм. Наличие коллоидных частицпроявляется по слабому конусу Тиндаля, но они мало способствуют окрашиванию.

<span Times New Roman",«serif»">2) Окрашивание при помощи толькоколлоидных частиц. По-видимому, редкий случай; синяя соль из Хальштатта собусловленным коллоидными частицами максимумом при 600 нм.

<span Times New Roman",«serif»">3)

<span Times New Roman",«serif»">Окрашивание посредством центров и коллоидных частиц.Последние делятся на две подгруппы: окрашивание с преобладанием центров,окрашивание с преобладанием коллоидных частиц. Примером окрашивания спреобладанием центров является синевато-фиолетовая соль из шахты Гримберг иВеличка с R-центрами при 580 нм и коллоидным максимумом при 680 нм. Окрашиваниес преобладанием коллоидных частиц характерно для синей соли из Стасфурта.

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">Происхождение центров окраски несомненносвязано с облучением галита в природе. Как было отмечено выше, основнымисточником радиации в соляных пластах является 40К, входящий всостав парагенетичного галиту минерала сильвина —

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">KCl<span Times New Roman",«serif»">. Формирование коллоидных центров окраски в природене столь очевидно и требует дополнительного рассмотрения.

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">1.5. Образованиеколлоидных частиц в природном синем галите

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">F-центры и R-центры, иногда также иМ-центры имеются в большинстве синих солей, и, таким образом, как предпологаетК. Пшибрам, в природе произошел переход от F-центров через R- и M-центры кколлоидным частицам. Тот факт, что окрашивание в синий цвет в природепроисходит без нагревания или облучения светом, объясняется большойдлительностью процесса окрашивания или возрастом образцов — условиями, которыеневозможно воспроизвести в лаборатории. Образование центров, окрашивающих всиний и фиолетовый цвета, установлено уже во время облучения при комнатнойтемпературе в темноте (М- и R-центры, последние у спрессованной соли). Еслиждать достаточно долго, то устойчивые центры, окрашивающие в синий цвет, могут,вероятно, увеличиться за счет F-центров, как это происходит при нагревании иоблучении светом. Наиболее устойчивыми, если они образовываются, остались бы вконце концов коллоидные частицы.

<span Times New Roman",«serif»">Непосредственно облучение не приводит квозникновению синей окраски. Поэтому очевидно, что в природе должно как будтоиметься еще одно условие, способствующее образованию коллоидов; этим условием,возможно, являются примеси. Однако следует заметить, что природнаяколлоидно-окрашенная каменная соль после обесцвечивания ее путем нагревания приновом облучении не обнаруживает тенденции к образованию коллоидов. По-видимому,большая длительность процессов в природе является необходимой предпосылкой дляобразования коллоидных частиц.

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">Таким образом, окраска каменной солиможет быть обусловлена как радиационными и примесными точечными дефектами, таки объемными дефектами инициирующими специфическое рассеяние оптическогоизлучения. Вопрос о принадлежности природно-окрашенной соли тому или иному типуможет быть решен на основе детальных спектроскопических исследований.

<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">

<span Times New Roman",«serif»; text-transform:uppercase;mso-ansi-language:EN-US">2 Методы исследования

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Times New Roman",«serif»">2.1.

<span Times New Roman",«serif»">Спектроскопия оптическогопоглощения

<span Times New Roman",«serif»">2.1.1.

<span Times New Roman",«serif»"> Явление поглощения света кристаллом

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">При прохождении монохроматического светачерез кристалл в тот момент, когда длина его волны (его энергия) будетсоответствовать разности энергетических уровней иона в кристалле, происходит поглощениеэнергии света, сопровождающееся ослаблением его интенсивности, что приводит кпоявлению полосы поглощения в оптическом спектре кристалла. Эти энергетическиеуровни — это уровни иона или другого дефектного центра, расщепленныекристаллическим полем. Разность энергий — это разность между уровнем основногосостояния, принимаемым за нуль, и одним из возбужденных уровней. Условиепоглощения — равенство энергии монохроматического света E=h

n<span Times New Roman",«serif»"> и разности Евозб — Еосн:

<span Times New Roman",«serif»">h

n<span Times New Roman",«serif»">=Евозб — Еосн<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">                      <span Times New Roman",«serif»">                                                                <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">(2<span Times New Roman",«serif»">.1<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">)<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">Полосы поглощения соответствуют энергиямуровней иона в кристалле, а спектры поглощения дают основной экспериментальныйматериал об уровнях иона в конкретных кристаллах. Разность энергий междууровнями ионов с заполненными оболочками, не расщепляющимися в кристаллах, вбольшинстве случаев очень велика и соответствует переходам в дальнейультрафиолетовой области или области ультрамягких рентгеновских лучей. Толькоуровни ионов с незаполненными d- и f- оболочками расщепляются кристаллическимиполями, и сила кристаллического поля такова, что разность энергий расщепленныхуровней соответствует энергиям видимой области спектра. Аналогичной системойуровней энергии обладают электронно-дырочные центры, на которых также возможнопоглощение света в оптическом диапазоне. Однако т.к. в такие центры окраскивовлекаются несколько ближайших атомов, образующих по сути дела молекулярныйион, для интерпретации их уровней энергии используются модели молекулярныхорбиталей.

<span Times New Roman",«serif»">Положение уровней энергии иона вкристалле рассчитывается по положению полосы поглощения в оптическом спектре,поэтому энергия уровней может быть выражена в частотах полос поглощения, апоследние — в единицах энергии. Оптической области спектра отвечают энергиипорядка 10-11 — 10-12 эрг, поэтому энергии оптическихпереходов обычно измеряют в электрон-вольтах (1эВ = 1,602*10-12эрг). Видимая часть спектра охватывает значения порядка 1,5 — 3эВ.

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">2.1.2.

<span Times New Roman",«serif»">Параметры спектров поглощения

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">Если положение полосы поглощения связанос разностью энергетических уровней, то ее интенсивность (I) определяетсявеличиной интеграла произведения волновых функций основного и возбужденныхсостояний и момента перехода между ними:

<span Times New Roman",«serif»"><img src="/cache/referats/3031/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">    <span Times New Roman",«serif»">                                    <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">            <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">(2.2)<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">Где

Y1 <span Times New Roman",«serif»">- волновая функция основного состояния; Y2<span Times
еще рефераты
Еще работы по физике