多体性

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多体性polysomy

两种或两种以上性质不同的结晶模块,按不同的比例和(或)堆垛顺序,构筑成结构和化学组成均不相同的多种的特性。这样的一系列晶体共同组成一个体系列,系列中的每个成员均是该系列的一个体。

结晶学模块是从给定的晶体结构中,设想按一定方式割取出来的结构- 化学单元。每种模块各有自身的空间范围,通常都选取沿二维方向无限延展的层状模块或一维无限延伸的杆状模块。模块本身一般并不包含完整的单位晶胞,但任何模块的割取方式都应使它仍能含有完整晶体结构所具有的许多基本特征,例如包含结构中所固有的各种配位多面体,保持与完整晶体相同的化学成分等。此外,不论哪种层状模块或杆状模块,都是一个维的或一维的平移格子。构成任一多体的两种结晶学模块,平移格子的重复周期应是近于对应相同的。

硅镁石族矿物是多体系列的一个典型实例,它们的主要特征见表[硅镁石族矿物多体系列中各多体的主要特征]。此系列的各个多体由块硅镁石和镁橄榄石两种层状模块构成。块硅镁石与镁橄榄石结构中Mg-O配位八面体(块硅镁石中还有Mg-F配位八面体)均共棱联接而在(100)面内形成沿c轴延伸的“之”字形链;但在镁橄榄石中“之”字形链每隔两个配位八面体拐折一次,而在块硅镁石中为每隔三个拐折一次。层状模块即沿平行(001)的对称面切割,它们的厚度为各自的c0/2。当两种模块以不同的比例相互拼接时,则形成不同的多体(见图[硅镁石族矿物多体系列中各多体结构关系示意图])。图面垂直a 轴;黑点代表配位八面体中心Mg(的位置;虚线代表层状模块的界线。

由于结晶学模块不仅是一种结构单元,同时还是一种化学单元,因而只要知道模块本身的化学组成和多体中模块堆垛的重复方式,即可通过简单的相加而得出多体的化学组成。例如:

[185-01]多体性在层状结构晶体中相当普遍。

具层状模块的多体性与晶体的在某些方面比较相似。它们的根本区别在于构成同一系列中不同多体的两种(或几种)模块必定是在结构上和化学组成上都不相同的结构-化学单元,而构成同种物质之不同多型的所有结构单元层必须是在结构上和化学组成上都相同(或至少是基本相同)的结构-化学单元。因此,多体性与多型性是两种根本上不相同的晶体化学特性。当然,有些多体同时还可以具有多型性,例如、直闪石等。但作为两种不同的概念,它们划分模块和结构组元层的方式肯定是不相同的。

运用多体性的知识,可以揭示出存在于同一系列各多体之间的内在联系和固有的规律性,并可据以预测还可能存在什么多体,以及它们的成分、结构、物理性质、化学性质和形成条件等特征。J.B.汤普森曾在1968年预言了中可能存在的某些多体,后来它们中有一些果然作为新矿物镁川石和闪川石等而被发现。此外,多体性的知识对于矿物学的教学也是一种富有启发性的工具。

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