2018-04-25 08:03:33

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用来度量有序程度大小的单位称之为有序度(或有序率)。如斜长石的有序度为0-1(或0-100)。有序还分为长程有序和短程有序。所以有序度也有长程有序度与短程有序度。某一晶体的有序度在一定条件下是可以改变的,如有序结构在一定条件下可以转化为无序结构,无序结构在一定条件下也可以转化为有序结构,后者称为有序化。

基本信息

  • 中文名

    有序度

  • 外文名

    degree of order

  • 定义

    度量有序程度大小的单位

  • 分类

    长程有序度、短程有序度

  • 影响因素

    温度、应变和地质时代等

折叠 编辑本段 简介

折叠 基本概念

在类质同象替代中,A离子(或原子)替代B离子(或原子)的过程中,实际上存在着结晶过程中离子(或原子)进入某晶格中占据B离子(或原子)的那些位置的问题。基本上有如下情况:一种情况是任意的,也就是A离子随机地分布在晶格中B离子的任何位置上,只要是B离子的位置A离子就可以占据而无一定规律(秩序),这样的晶体结构叫无序结构。

另一种情况是有选择的,也就是A离子只占据晶格中B离子的某些特定的位置,离子相互之间的位置有一定规律(秩序),这样的晶体结构则称为有序结构(也称为超结构),第三种情况是介于完全有序与完全无序两者之间的过渡状态,也就是部分有序,且有序程度可以不等,用来度量有序程度大小的单位称之为有序度(或有序率)。如斜长石的有序度为0-1(或0-100)。有序还分为长程有序和短程有序。所以有序度也有长程有序度与短程有序度。

折叠 影响因素

长石的有序度是由一定的物理和化学因素决定的,但当涉及这种过程的机理以及某种因素的影响大小时,就产生了各种不同的认识和解释,影响有序度的因素很多,主要有以下一些:

温度是影响长石有序度的重要因素,一般讲,高温长石无序,也就是说高温长石由于温度高而处于熔融状态,Al与Si不可能互相替换,当骤然冷却时,从而保留了相当高温晶体构造特征,表现为无序结构状态,绝大部分火山岩中的长石均属此类。

低温长石是指其晶体构造,相当于低温结晶或者高温缓慢冷却的变种,在这种情况下,Al与Si有充分的替换时间,形成稳定的晶体构造,因此低温有序。在碱性长石中,温度大于700℃形成的高钠长石-高透长石系列属于无序的;而在100℃~400℃之间,形成的低温长石-微斜长石系列是属于有序的。

在讨论温度这一影响因素时,必须注意,前人过分强调了温度影响的决定因素,这在机械工业上的"退火"和"淬火"试验中是完全正确的,因为在这种情况下,温度是决定性因素。而在地质作用中,情况就有了很大的不同。例如,正长石在微斜长石稳定区内广泛发育,因此不能认为温度是决定长石有序-无序的决定性因素。长石的成分以及它在转变温度持续时间的长短,对于决定长石最终的结构状态比原始结晶温度有更重要的意义。尽管长石处于较高温度,然而冷却是缓慢的,Al与Si就有充分的调整机会,而形成有序的结构状态。而这种缓慢的冷却,是受水的活动性、水的压力及挥发分影响的。

地质时代与长石有序度有密切关系,这一点已不被人们怀疑,只是地质时代究竟与长石有序度存在什么样的关系,目前有不同的看法。

日本的舟桥和金哲佑认为,较老时代的长石有序度高,较新时代的长石有序度低,这一认识被广大地质工作者接受。近年来,中国科学院贵阳地化所在研究华南花岗岩中的斜长石有序度,中国科学院地质所在研究喜马拉雅地区花岗岩中的长石有序度时,发现了相反的规律。即较老时代花岗岩中的长石有序度偏低,而较新时代花岗岩中的长石有序度偏高,甚至在中一新生代的花岗岩中出现最大微斜长石,究竟是什么因素造成的,目前尚未有一个比较确切的解释,影响的因素是多方面的,但总有一种主导的因素。无水的粒变岩相岩石发育无序的单斜钾长石,而含水的角闪岩相岩石发育最大微斜长石。这是有力的地质证据说明钾长石的有序度同岩体不同部位的水压是正相关的。

地质条件影响钾长石的结构状态,主要是因为它决定了花岗岩在岩浆期后冷却的速度和其中孔隙溶液数量。其它因素包括年代、围岩特点、构造位置等等,可以对冷却的历史及长石的成分发生影响,但是不能对长石的结构状态起决定性的作用。如果岩体固结的深度大致相同,并且围岩有同样的渗透性,在含有大量孔隙溶液的岩石(晚期花岗岩)中,钾长石的有序度就比较高。Donnay等认为,水在长石中部分是处于分解状态,氢离子易渗入长石晶格内部同某些氧离子结合,使鲍林键力成倍减弱,含有这种氧的硅氧四面体变得不稳定,Al或Si离子可以从四面体中,释放出去,并在另一个四面体中占据一个位置,从而使Al、Si离子在晶格中重新排列。

在钾长石的有序化过程中,应变可能是另一种促媒作用。例如,在阿尔丹地盾南缘的岩石中,同长期活动的断裂带伴生的岩石,遭到明显的片理化,全部钾长石由正长石经过过渡状态,变成最大微斜长石,而且大晶体比小晶体变化强烈。这可能是因为与结晶作用同时或稍后的变形作用,导致在钾长石晶格中产生缺陷,从而有利予Al、Si在晶格中重新排列。

总之,影响长石有序度的因素是很多的,但无论哪一种因素都不是万能的,常常是几种因素综合起作用,而且在不同地质条件下也会有差异。

折叠 编辑本段 有序化

某一晶体的有序度在一定条件下是可以改变的,如有序结构在一定条件下可以转化为无序结构,无序结构在一定条件下也可以转化为有序结构,后者称为有序化。转变的条件之一是温度,例如有序结构在高于其临界温度时将转变为无序结构,反之无序结构在低于其临界温度时又可向有序结构转变。这种转变的临界温度在金属学中称之为居里点。

无序结构有序化的过程有的很短,如磁铁矿在居里点以上为无序、无磁性,但是一旦低于居里点立即变为有序、有磁性。有的时间可以很长,如长石要在一个漫长的地质时代才能转变为完全有序。所以有序化的程度与时间、温度都有一定关系。有序度通常是温度的函数。因此研究有序度可以确定晶体形成时的温度条件,如斜长石或钾长石,其不同的有序度代表不同的形成温度。

由高透长石-正长石-微斜长石-最大微斜长石是从无序-有序的过程,它包括了两个有序阶段:单斜有序化和三斜有序化。

折叠 测定方法

测定长石的有序度、三斜度的方法有X射线粉晶法、X射线衍射法、红外吸收光谱法以及光学测定法。斜长石的有序度测定的光学方法由有四轴双晶法、光轴角法等。

折叠 编辑本段 有序-无序转变

有序-无序转变从广义上看,有序-无序转变是一种可以概括所有自然和社会现象的概念。从凝聚态物理的范畴来看,有序现象大致可分为三种类型:

(1)原子或离子排列位置的有序;

(2)多原子分子取向有序(如KH2PO4)铁电体有极分子取向有序,液晶中分子排列的取向有序);

(3)与电子和核的自旋状态相关的有序(如金属与合金中由于电子自旋排列呈现铁磁性及晶体氢中质子的反铁磁性)。

这里只讨论原子和离子占据确定的次点阵位置的有序。

大量的替代式固溶体当温度降低时会发生有序化转变,有序化过程是从不同原子统计分布的状态向不同原子分别占据晶格中不同亚点阵的转变。例如,组分为AB的合金,在无序分布状态,A与B原子无区别地占据在某一点阵,晶体学上的等效晶面都是由彼此统计上相同的原子所组成的,当温度降低到一定值时,某一种原子,如A,开始优先占据晶格中的某一亚点阵位置,而另一种原子,如B,则优先占据另一亚点阵,形成部分有序结构,富A原子的晶面与富B原子的晶面交替排列。当温度下降至足够低时,各个亚点阵仅为同一种原子所占据,形成了完全有序的固溶体。A原子面与B原子面交替,相同晶面间的距离为无序状态的两倍(或其它整数倍)。因此,对于有序结构,在布拉格(Bragg)衍射照片上就会出现超结构衍射线。完全有序化过程的温度称为无序-有序转变温度或有序化温度。有的合金甚至到熔化温度仍保持完全有序状态,不存在相应的无序结构。

无序-有序转变不仅发生在化学配比成分的合金,还可以发生在其它成分,同时有序化温度与合金的成分有关。除了固溶体的有序外,还可能由于空位的有序而形成超结构:无序-有序转变有两种情况:一种是跃变式的,属一级相变;另一种是连续过程的变化,属二级相变。

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