Нетипичная пространственная симметрия в минеральных структурах

Abstract

На формирование структур минералов влияют не только энергетические, но и кристаллохимические барьеры – ограничения возможностей выбора позиций структурных единиц в кристаллической решетке, обусловленные особенностями ее фёдоровской группы. Принадлежность структур термодинамически нестабильных минеральных фаз к приоритетным (наиболее вероятным) кристаллохимическим типам способна обеспечить их кинетическую устойчивость. В то же время, кристаллизация структуры редкого типа возможна лишь при условии ее энергетической устойчивости, поскольку редкость фёдоровской группы указывает на низкую «кристаллохимическую целесообразность» соответствующей структуры. Феномен редких фёдоровских групп стабилен, т.к. обусловлен фундаментальными кристаллохимическими причинами. Особенно отчетливо он проявляется при каркасном строении кристаллической решетки: в минеральных фазах наиболее вероятны 24 различных типа трехмерно-периодических каркасных структур. В минералах каркасного строения возможен эффект гиперсимметрии, т.е. стабильность структуры, содержащей химически идентичные, но симметрийно независимые структурные единицы. Проявление этого эффекта следует ожидать в каркасных структурах, соответствующих фёдоровским группам P 4 2m, P 4m2, I 4 2m, I 4m2, P222, C222, F222, I222, P23, F23, I23, P432, P4232, F432, P422, I422, P4222, P6222 или P6422. В частности, такой структурный эффект свойственен кубической модификации лазурита, структуре которой соответствует фёдоровская группа P23.

Formation of mineral structures is affected both by energetic and crystal chemical barriers: limitations of possible choice of positions of structural units in a crystal lattice caused by features of its Fedorov group. The correspondence of structures of thermodynamically instable mineral phases to priority (most likely) crystal chemical types provides for their kinetic stability. At the same time, crystallization of rare structure is possible only upon conditions of its energetic stability, because the rarity of the Fedorov group indicates its low «crystal chemical feasibility» of the corresponding structure. The phenomenon of rare Fedorov groups is stable, since it is caused by fundamental crystal chemical reasons. It is most striking in a framework structure of a crystal lattice, because the mineral phases can contain 24 various types of 3D-periodical framework structures. The minerals with framework structure can exhibit the effect of supersymmetry, i.e., stability of the structure with chemically identical but symmetrically independent structural units. This effect may be typical of framework structures corresponding to Fedorov groups P 4 2m, P 4m2, I 4 2 m , I 4m2, P222, C222, F222, I222, P23, F23, I23, P432, P4232, F432, P422, I422, P4222, P6222 and P6422. In particular, this structural effect is typical of cubic modification of lazurite with Fedorov group P23.