Блог

Мадюков И.А., Бульбак Т.А., Лихачева А.Ю.

КР-СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ПОВЕДЕНИЯ ВНУТРИПОРОВЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ КОМПОНЕНТОВ В КОРДИЕРИТЕ

Кордиерит, кольцевой алюмосиликат (Mg,Fe)2[Al4Si5O18], устойчивый в широком PT-диапазоне, может содержать в каналах своей структуры различные молекулярные компоненты, такие как СО2, Н2О, СН4 и другие. Данная особенность представляет интерес для изучения его в качестве индикатора флюидного режима минералообразования [Aines & Rossman, 1984; Bulbak, 2002]. Однако, практически не изучено влияние внутрипоровых флюидных компонентов на физико-химические свойства кордиерита в различных РТ условиях. Например, сжимаемость кордиерита при повышении давления или возможность взаимодействия внутрипоровых компонентов с каркасом минерала.
В данном сообщении представлены результаты изучения внутрипоровых флюидных компонентов в кордиерите в различных температурных условиях методом КР-спектроскопии.

Эксперименты проводились в сотрудничестве с лабораторией доктора П. С. Р. Пра¬сада в Национальном Геофизическом Институте (Хайдерабад, Индия) при помощи спектрометра Jobin Yvon T-64000 и низко- и высокотемпературных приставок Linkam. Таким образом температурный интервал измерений составил от около –200 ºС до 800 ºС.

Было изучено поведение флюидных компонентов в каналах образца природного кордиерита из гранулитовых фаций Алданского щита с составом Na0.02(Mg1.47,Fe0.58) [Al3.98Si4.99O18]•(0.22H2O,0.28СО2) (образец 340, предоставлен Г. Г. Лепезиным). В области низких температур также был изучен образец природного кордиерита амфиболитовой фации Южно-Чуйского комплекса с составом (К0.01,Na0.07)(Mg1.57,Fe0.42,Mn0.06) [Al3.96Si4.98O18]•(0.45H2O) (образец Z, предоставлен Г. Г. Лепезиным).

Внутриканальные флюидные компоненты образца 340 при комнатной температуре на спектрах КР образуют сильные узкие полосы в области валентных колебаний СО2 (1382 см-1 и 1270 см-1) и Н2О (3598 см-1). Для образца Z обнаружена лишь полоса колебаний Н2О на 3598 см-1. Следует отметить, что полосы валентных колебаний СО2 образца 340 имеют смещение на несколько см-1 в меньшую сторону по сравнению со свободной углекислотой. Для H2O смещение полосы ν1 составляет около 60 см-1 в меньшую сторону, полоса ν3 при этом не регистрируется в обоих образцах, что соответствует Н2О класса I по [Kolesov & Geiger, 2000]. Смещение полос колебаний СО2 и Н2О соответствует расчётному при образовании ван-дер-ваальсового взаимодействия с кристаллическим каркасом минерала [Колесов, 2006].

Образцы 340 и Z подвергались охлаждению до –196 ºС. КР-спектры снимались при температурах –196, –170, –120, –70 ºС. Полосы колебаний СО2 и Н2О при этом показывают небольшие изменения в своём положении. Полоса колебаний СО2 1382 см-1 при охлаждении до –196 ºС постепенно перемещается до 1381 см-1. Полоса Н2О 3598 см-1 наоборот при охлаждении смещается в высокочастотную область до 3599 см-1.
Образец 340 подвергался ступенчатому нагреву в интервале температур 25–800 ºС, с шагом 100 ºС и выдержкой 15 минут при каждой температуре (рис. 1). Полоса деформационных колебаний молекулы СО2 по мере повышения температуры смещается в область более высоких частот до 1385 см-1 при 300 ºС. При T > 400 ºС полоса деформационных колебаний молекулы СО2 заметно уширяется, что говорит об изменении парамет-

Рис. 1. Спектры КР образца 340 в области колебаний СО2 и Н2О при нагреве до 800 ºС.

ров локальных связей CO2. При охлаждении до комнатной температуры спектр в области колебаний СО2 восстанавливает первоначальный вид, что говорит об отсутствии заметной декарбонатизации образца.

В области колебаний Н2О по мере прогрева происходит падение интенсивности полосы на 3598 см-1 и её смещение в низкочастотную область до 3592 см-1 при 700 ºС. При этом также заметное уширение и рост относительной интенсивности полосы между 3450 и 3500 см-1, соответствующей Н2О, несвязанной структурой минерала, что сохраняется и после охлаждения образца до комнатной температуры. Таким образом,
наблюдается частичная дегидратация образца, когда часть молекул Н2О переходит в несвязанное состояние, сохраняясь при этом в полостях минерала.

Полученные результаты подтверждают выводы предыдущих исследователей [Aines & Rossman, 1984] о большей скорости дегидратации по сравнению с декарбонатизацией. При помощи спектроскопии КР изучено поведение молекул СО2 и Н2О в структурных полостях кордиерита в широком интервале температур. Можно сделать вывод о существенно отличающихся параметрах взаимодействия молекул СО2 и Н2О с кристаллической структурой кордиерита, что выражается в разнонаправленном перемещении полос их деформационных колебаний в зависимости от температуры.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 08-05-91304-ИНД_а.

Литература

Aines R. D. & Rossman G. R. (1984) Amer. Mineral. (69) 319–327.
Bulbak T. A., Shvedenkov G. Y., Lepezin G. G. (2002) Phys. Chem. Mineral. (29) 140–154.
Kolesov B. A. & Geiger C. A. (2000) Amer. Mineral. (85) 1265–1274.
Колесов Б. А. (2006) Журнал структурной химии (47) № 1. 27–40.