М.М. Таран, ПРОСТОРОВИЙ РОЗПОДІЛ Fe2+ У ТЕТРАЕДРИЧНІЙ ПОЗИЦІЇ Be2+ У КРИСТАЛАХ ПРИРОДНОГО БЕРИЛУ

https://doi.org/10.15407/mineraljournal.45.02.016

УДК 548.32:549.646

ПРОСТОРОВИЙ РОЗПОДІЛ Fe2+ У ТЕТРАЕДРИЧНІЙ 

ПОЗИЦІЇ Be2+ У КРИСТАЛАХ ПРИРОДНОГО БЕРИЛУ

М.М. Таран, д-р геол.-мін. наук, зав. відділу

E-mail: m_taran@hotmail.com; orcid: 0000-0001-7757-8829

О.А. Вишневський, канд. геол.-мін. наук, пров. наук. співроб.

E-mail: vyshnevskyy@i.ua; orcid: 0000-0002-7206-2185

Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України

03142, м. Київ, Україна, просп. Акад. Палладіна, 34

Мова: українська

Мінералогічний журнал 2023, 45 (2): 16-31

Анотація: За допомогою методів оптичної спектроскопії і мікрозондового аналізу вивчено колекцію залізовмісних берилів ювелірної якості із двох бразильських родовищ — Лавра до Абільйо, шт. Мінас Жерайс (Lavra do Abilio, Minas Gerais) і Гарімпо до Серкадіньйо, шт. Баія (Garimpo do Cercadinho, Bahia). Основну увагу було зосереджено на дослідженні просторового розподілу іонів Fe2+ у тетраедричних позиціях Be2+ переважно уздовж осі кристала c, оціненому за інтенсивністю E^c-поляризованої дозволеної за спіном смуги поглинання іонів BeFe2+ з максимумом за ~12 000 см–1. Установлено, що в зразках із названих родовищ цей параметр різний: у берилах із Lavra do Abilio такий розподіл практично гомогенний, тоді як у зразках із Garimpo do Cercadinho вміст BeFe2+ суттєво змінюється за видовженням кристалів, що може вказувати на різні фізико-хімічні умови кристалізації. Також установлено, що немає ніякої кореляції між розподілом BeFe2+, Fetotal, визначеного мікрозондовим аналізом, і Fe2+ в октаедричних позиціях іонів Al, які зумовлюють синє забарвлення аквамарину і зелене "зеленого" берилу, в якому в процес забарвлення залучені також геліодорові центри. Аналіз слабких заборонених за спіном смуг поглинання октаедричних іонів Fe3+ в позиціях Al і вузьких вібраційних ліній поглинання молекул H2O в структурних каналах свідчить, що ці дві домішки гомогенно розподілені в кристалах берилів із обох родовищ. Для порівняння також вивчено блідо-блакитний кристал синтетичного берилу, вирощеного гідротермальним методом. Установлено, що розподіл BeFe2+ в ньому як за видовженням, так і вхрест нього, є істотно гомогенним.

Ключові слова: берил, оптична спектроскопія, мікрозондовий аналіз, зональний розподіл іонів заліза.

Література:

  1. Заварзина Н.И., Габуда С.П., Бакакин В.В., Рылов Г.М. ЯМР-анализ воды в бериллах. Журн. структурн. химии. 1969. 10, № 5. С. 804—810.
  2. Лебедев А.С., Кляхин В.А., Солнцев В.П. Кристаллохимические особенности гидротермальных бериллов. Материалы по генетической и экспериментальной минералогии. Рост и свойства кристаллов. Новосибирск: Наука, 1988. С.75—94.
  3. Платонов А.Н., Куприянова И.И., Таран М.Н. Железосодержащие бериллы: изоморфные серии, кристаллохимия ионов железа, оптические спектры поглощения и их типоморфное значение. Мінерал. журн. 2012. 34, № 1. С. 81—93.
  4. Платонов А.Н., Польшин Э.В., Таран М.Н. О формах нахождения железа в бериллах. Зап. Всесоюз. минерал. об-ва. 1979. 108, № 6. С. 725—730.
  5. Платонов А.Н., Таран М.Н., Польшин Э.В., Минько О.Е. О природе окраски железосодержащих бериллов. Изв. АН СССР. Сер. Геол. 1979. № 10. С. 54—68.
  6. Платонов А.Н., Хоменко В.М., Таран М.Н. Кристаллохимия, оптические спектры и окраска бериллов. I. Гелиодор и золотистый берилл (golden beryl) — две разновидности природных желтых бериллов. Мінерал. журн. 2016. 38, № 2. С. 3—14. https://doi.org/10.15407/mineraljournal.38.02.003
  7. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. Ленинград: Химия, 1977. 392 с.
  8. Таран М.М. Оптична спектроскопія іонів перехідних металів у мінералах за різних температур і тисків: спектроскопічні, кристалохімічні та термодинамічні аспекти. Київ: Наук. думка, 2020. 399 с.
  9. Таран М.Н., Кляхин В.А., Платонов А.Н., Польшин Э.В., Индутный В.В. Оптические спектры природных и искусственных железосодержащих бериллов в диапазоне температур 77—297 К. Кристаллография. 1989. 34, № 6. С. 1470—1474.
  10. Таран М.Н., Платонов А.Н., Калиниченко А.М., Поваренных А.С. Исследование природы окраски гелиодора из Забайкалья. Докл. АН УССР. Сер. Б. 1978. № 5. С. 415—419.
  11. Хоменко В.М., Савчук Є.О., Вишневський О.А., Довбня Н.А. Вплив опромінення на стан іонів заліза в берилі Волині. Зап. Укр. мінерал. тов-ва. 2010. Вип. 7. С. 64—71.
  12. Andersson L.O. The yellow color center and trapped electrons in beryl. Can. Mineral. 2013. 51, № 1. P. 15—25. https://doi.org/10.3749/canmin.51.1.15
  13. Bersuker I.B. Electronic structure and properties of transition metal compounds: Introduction to theory. John Wiley & Sons: N-Y, 1996. 759 p.
  14. Burns R.G. Mineralogical Applications of Crystal Field Theory. 2nd ed. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1993. 550 p.
  15. Chen W., Gu H., Liu J., Wang F., Ma D., Zhu R. Electrolytic coloration and spectral properties of natural beryl crystals. Physica B. 2010. 405, № 1. P. 331—334. https://doi.org/10.1016/j.physb.2009.08.078 
  16. Dvir M., Low W. Paramagentic resonance and optical spectrum of iron in beryl. Phys. Rev. 1960. 119, № 5. P. 1587—1591. https://doi.org/10.1103/PhysRev.119.1587 
  17. Edgar A., Hutton D.R. Exchange-coupled pairs of Fe3+ ions in beryl. Solid state communications. 1982. 41, № 5. P. 195—198. https://doi.org/10.1016/0038–1098(82)91066-3
  18. Eeckhout S.G., Castañeda C. Spectroscopic study of bicolored yellow-green beryl from Padre Paraíso, Brazil. Goldschmidt Conf., Copenhagen, 2004, June 5—11. A68.
  19. Eeckhout S.G., Neisius T., Castañeda C. Oxidation effects in beryl induced by synchrotron radiation. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B. 2005. 229, № 1. P. 73—77. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2004.11.001
  20. Figueiredo M.O., Pereira da Silva T., Veiga J.P., Leal Gomes C., De Andrade V. The blue colouring of beryls from Licungo, Mozambique: an X-ray absorption spectroscopy study at the iron K-edge. Mineral. Mag. 2008. 72, № 1. P. 175—178. https://doi.org/10.1180/minmag.2008.072.1.175
  21. Fridrichová J., Bačík P., Ertl A., Wildner M., Dekan J., Miglierini M. Jahn-Teller distortion of Mn3+-occupied octahedra in red beryl from Utah indicated by optical spectroscopy. J. Molecular Struc. 2018. 1152, № 15. P. 79—86. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2017.09.081
  22. Goldman S.D., Rossman G.R., Parkin K.M. Channel constituents in beryl. Phys. Chem. Minerals. 1978. 3, № 3. P. 225—235. https://doi.org/10.1007/BF00633572
  23. Graziani G., Lucchesi S., Scandale E. General and specific growth marks in pegmatite beryls. Phys. Chem. Minerals. 1990. 17, № 5. P. 379—384. https://doi.org/10.1007/BF00212205
  24. Groat L.A., Rossman G.R., Dyar M.D., Turner D., Piccoli P.M.B., Schultz A.J., Ottolini L. Crystal chemistry of dark blue aquamarine from the true blue showing, Yukon territory, Canada. Can. Mineral. 2010. 48, № 3. P. 597—613. https://doi.org/10.3749/canmin.48.3.597
  25. Hall A., Walsh J.N. The beryls of the Rosses district, Donegal. Mineral. Mag. 1971. 38, № 295. P. 328—334. https://doi.org/10.1180/minmag.1971.038.295.07
  26. Judd D.B., Wyszecki G. Color in business, science and industry. Wiley, 1963. 500 p.
  27. Khaibullin R.I., Lopatin O.N., Vagizov F.G., Bazarov V.V., Bakhtin A.I., Khaibullin I.B., Aktas B. Coloration of natural beryl by iron ion implantation. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B., 2003. 206. P. 277—281. https://doi.org/10.1016/S0168-583X(03)00744-4
  28. Lin J., Chen N., Huang D., Pan Y. Iron pairs in beryl: New insights from electron paramagnetic resonance, synchrotron X-ray absorption spectroscopy and ab initio calculations. Amer. Mineral. 2013. 98, № 10. P. 1745—1753. https://doi.org/10.2138/Amer.2013.4472
  29. Marfunin A.S. Physics of Minerals and Inorganic Materials: an Introduction. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 1979. 340 p.
  30. Platonov A.N., Taran M.N., Minko O.E., Polshyn E.V. Optical absorption spectra and nature of color of iron-containing beryls. Phys. Chem. Minerals. 1978. 3, № 1. P. 87—88.
  31. Price D.C., Vance E.R., Smith G., Edgar A., Dickson B.L. Mössbauer effect studies of beryl. J. Phys. Colloques. 1976. 37. P. C6-811—C6-817. https://doi.org/10.1051/jphyscol:19766171
  32. Přikryl J., Novák M., Filip J., Gadas P., Vašinová Galiová M. Iron-magnesium-bearing beryl from granitic pegmatites: an EMPA, LA-ICP-MS, Mössbauer spectroscopy and powder XRD study. Can. Mineral. 2014. 52, № 2. P. 271—284. https://doi.org/10.3749/canmin.52.2.271
  33. Rossman G.R., Taran M.N. Spectroscopic standards for four- and fivefold-coordinated Fe2+ in oxygen-based minerals. Amer. Mineral. 2001. 86, № 7—8. P. 896—903. https://doi.org/10.2138/am-2001-0713
  34. Samoilovich M.I., Tsinober L.I., Dunin-Barkovskii R.L. Nature of the coloring in iron-containing beryl. Kristallografiya. 1971. 16, № 1. P. 186—189 (Transl. Soviet Physics — Crystallography. 1971. 16. P. 147—150).
  35. Scandale E., Ucchesi S. Growth and sector zoning in a beryl crystal. Eur. J. Mineral. 2000. 12, № 2. P. 357—366. https://doi.org/10.1127/0935–1221/2000/0001-0357
  36. Shannon R.D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides. Acta Crystallogr. 1976. A32, № 5. P. 751—757. https://doi.org/10.1107/S0567739476001551
  37. Spinolo G., Fontana I., Galli A. Optical absorption spectra of Fe2+ and Fe3+ in beryl crystals. Phys. Stat. Sol. B. 2007. 244, № 12. P. 4660—4668. https://doi.org/10.1002/pssb.200743102
  38. Sugitani Y., Nagashima K., Fujiwara Sh. The NMR analysis of the water of crystallization in beryl. Bull. Chem. Soc. Japan. 1966. 39, № 4. P. 672—674. https://doi.org/10.1246/bcsj.39.672
  39. Taran M.N., Dyar M.D., Khomenko V.M. Spectroscopic study of synthetic hydrothermal Fe3+-bearing beryl. Phys. Chem. Minerals. 2018. 45, № 2. P. 489—496. https://doi.org/10.1007/s00269-017-0936-8
  40. Taran M.N., Ohashi H., Koch-Müller M. Optical spectroscopic study of synthetic NaScSi2O6 CaNiSi2O6 pyroxenes at normal and high pressures. Phys. Chem. Minerals. 2008. 35, № 3. P. 117—127. https://doi.org/10.1007/s00269-007-0202-6
  41. Taran M.N., Rossman G.R. Optical spectroscopic study of tuhualite and a re-examination of the beryl, cordierite and osumilite spectra. Amer. Mineral. 2001. 86, № 9. P. 973—980. https://doi.org/10.2138/am-2001-8-903
  42. Taran M.N., Vyshnevskyi O.A. Be, Fe2+-substitution in natural beryl: an optical absorption spectroscopy study. Phys. Chem. Minerals. 2019. 46, № 8. P. 795—806. https://doi.org/10.1007/s00269-019-01040-2
  43. Turner D., Groat L.A., Hart C.J.R., Mortensen J.K., Linnen R.L., Giuliani G., Wengzynowski W. Mineralogical and geochemical study of the true blue aquamarine showing, southern Yukon. Can. Mineral. 2007. 45, № 2. P. 203—227. https://doi.org/10.2113/gscanmin.45.2.203
  44. Wood D.L., Nassau K. The characterization of beryl and emerald by visible and infrared absorption spectroscopy. Amer. Mineral. 1968. 53, № 5-6. P. 777—800.

PDF

Додаткові матеріали до статті (PDF)
https://doi.org/10/15407/mineraljournal.45.02.016-d

 

 

Українська