Физические методы исследования халцедона

Дифференциальный термический анализ. Халцедон и другие микроволокнистые или тонкозернистые типы кремнезема при нагревании, проходя через точку инверсии низкотемпературной модификации в высокотемпературную, не дают резкого или измеримого термического эффекта. Дифференциальные напряжения в мозаичном сростке волокон и зерен приводят к тому, что выделение тепла при инверсии происходит в пределах значительного температурного интервала. Дробление материала до частиц размером в несколько микронов или даже меньше приводит к появлению измеримых термических эффектов.

Данные рентгеновского изучения халцедона свидетельствуют а присутствии только кварца. Наличие в халцедоне значительных количеств кристобалита—главного компонента опала — или аморфного кремнезема дифракционными данными не подтверждается. На электронно-микроскопических фотографиях  видна пористая структура халцедона, но не обнаруживается никакого материала в этих порах. Большая растворимость халцедона в щелочах вызвана главным образом большей пористостью микрокристаллического агрегата, обладающего огромной удельной поверхностью. Согласно одной из точек зрения, высокая растворимость халцедона объясняется большей реактивностью кремнезема в деформированных нарушенных зонах в местах соединения соседних волокон. Однако надо отметить, что опал и халцедон в природе часто встречаются вместе или образуют смеси. В природе встречается халцедон, образовавшийся в результате фазового превращения или перекристаллизации кристобалита.

 

Кристаллооптические свойства в тонких препаратах (шлифах)

 Под микроскопом в халцедоне и его разновидностях обнаруживается волокнистое строение, причем волокна вытянуты перпендикулярно слоистости и внешней поверхности. Отдельные волокна физически неразделимы, и межзерновой материал не виден в шлифах даже при большом увеличении или на поверхностях излома под электронным микроскопом. Волокна имеют различную толщину и длину, обычно несколько микронов в диаметре и до нескольких сотен микронов в длину, но иногда достигают таких размеров, что видны в лупу или даже невооруженным глазом. Волокна образуют параллельные или субпараллельные агрегаты или стяжения, часто сноповидные или радиально-лучистые, а также щепковидные, листоватые или сферолитовые. К этим волокнам под острыми углами прикреплены более мелкие волокна, которые в свою очередь также расщепляются и расходятся. В некоторых прослойках в халцедоне волокна не видны даже при самых больших увеличениях, однако и в этих случаях погасание происходит в параллельном и перпендикулярном полосчатости направлениях свет, проходящий через шлифы халцедона, вырезанные параллельно волокнистости, становится плоскополяризованным.
 
Волокна обычно вытянуты в направлении, перпендикулярном оси с, причем осью волокна служит [1120] или реже [1010], на что указывают рентгенограммы волокон [3]; эти волокна имеют отрицательное оптическое удлинение. Реже осью волокон служит [0001], и тогда удлинение их положительное. Иногда наблюдается косое погасание, обычно с небольшими углами; в разновидности с углом погасания около 30° удлинение волокон, вероятно, совпадает с гранью ромбоэдра. В одном и том же образце волокна могут быть вытянуты по различным кристаллографическим направлениям. Такие агрегаты часто имеют двуосный характер, причем величина угла 2V колеблется и обычно он положителен. Соседние волокна или соседние стяжения волокон, в каждом из которых погасание прямое, погасают неодновременно (так как волокна обычно расположены перпендикулярно поверхности или слоям, которые сами по себе искривлены). Такие волокна также могут быть спирально скручены вдоль оси удлинения, что обусловливает периодическое изменение двупреломления в направлении удлинения волокна. Эта особенность строения, видимо очень часто проявляющаяся у халцедонового кремнезема, присуща макроскопиче-ским ограненным кристаллам кварца, скрученным вокруг оси удлинения а (см. разд. «Скрученные кристаллы»), Двупреломление (кажущееся) волокон большей частью составляет 0,005— 0,008, т. е. меньше, чем двупреломление крупнокристаллического кварца, а кажущееся светопреломление также довольно низко. Показатель Ne большей частью нельзя измерить точно; наименьшая из замеренных величин равна 1,538. Показатель No обычно колеблется в пределах 1,530—1,539 и чаще всего равен 1,534, иногда же у довольно крупнозернистого материала достигает 1,544. У обычного кварца No равен 1,5442, a Ne— 1,5533 (натриевый свет). Показатели преломления уменьшаются при дегидратации халцедонов.
 
Халцедон по своим оптическим свойствам отличается от обычного кварца, что обусловлено главным образом более или менее плохой ориентированностью агрегатов волокон. На оптические свойства влияют также механические натяжения взаимно сросшихся зерен в агрегатах. Низкие показатели преломления частично вызваны наличием пор или трубчатых каналов, заполненных водой или пустотелых. Кроме того, предполагалось, что волокна халцедона заключены в опаловую массу, вследствие чего халцедоны в общем имеют более низкое светопреломление и двупреломление; однако наличие опала еще не доказано и представляется маловероятным. Халцедоновый тип GeC>2 (полиморфная модификация вещества, изоструктурного с кварцем) получен гидротермальным путем в виде веерообразных агрегатов волокон; этот материал имеет меньшие кажущиеся показатели преломления и меньшее двупреломление, чем крупные кристаллы Ge02 (для кристаллов: No= 1,697, Ne —1,724; для во-локон: М>= 1,633, Ne= 1,653, удлинение волокон большей частью положительное и лишь в некоторых случаях отрицательное). На основании аномального отклонения оптических свойств халцедона от свойств кварца, в особенности кажущейся двуосности, были выделены различные типы волокнистых разновидностей. Предполагалось также, что большая часть типов халцедона представляет собой разновидности двуосного вещества, отличающегося по своей природе от кварца; обычно им приписывалась ромбическая симметрия. Однако рентгеноструктурные анализы кварцина, лютецина и псевдохалцедонита показали, что эти вещества и все другие изученные халцедоны дают порошкограммы, идентичные порошкограмме кварца. Рентгеноструктурные исследования показали также, что так называемый люссатит (люссатин) является волокнистой разновидностью кристобалита.
Ореолы и оторочки крупноволокнистого или перистого кварца встречаются вокруг порфиробластов в сланцеватых метаморфических породах в местах ослабленного давления, например около кристаллов пирита в аспидных сланцах.
 

Экспериментальное получение халцедона

 
Сферолитовый халцедон был получен экспериментально в результате нагревания при температуре 80° «аморфной кремнекислоты» с вольфрамовокислым калием и водой в герметической бомбе в течение 144 дней. Халцедон был синтезирован также несколькими другими способами: путем воздействия раствора карбоната натрия на обсидиан при температуре 320—360°; посредством нагревания кварцевого стекла в воде при 400°; путем нагревания до 400° воды из горячих источников Пломбьер, Франция, которые содержат в растворе щелочные силикаты, в герметическом стеклянном сосуде, находившемся в стальной бомбе, в течение 2 дней. Халцедон с типичной волокнистой структурой, а также кристобалит синтезированы при нагревании трубки кварцевого стекла в слабощелочных водных растворах при 400° и давлении 340 атм. При этом стекло подвергалось зональной девитрификации с образованием зон кристобалита, китита и халцедона или более крупнозернистого волокнистого кварца. В кислых растворах никаких изменений стекла не наблюдалось. Волокнистая разновидность Ge02, аналогичная халцедону, также синтезирована в гидротермальных условиях.
Mineralmarket