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铝硅酸盐精细结构及长石的拉曼光谱研究

谢俊  
【摘要】: 本文构建了一组典型的钠铝硅酸盐离子簇模型,应用量子化学从头计算方法研究其精细结构,采用闭壳式Hatree-Fock (RHF)方法和6-31G(d)基组优化模型,并用相同的基组计算了其拉曼光谱。在铝硅酸盐体系中,考虑铝氧四面体的影响,扩展了硅氧四面体应力指数SIT ( Stress Index of Tetrahedron ),分析和讨论了计算得到的硅氧四面体高频区非桥氧对称伸缩振动频率及中频区桥氧对称弯曲振动频率。研究表明,铝硅酸盐高频区硅氧四面体非桥氧对称伸缩振动频率与其精细结构密切相关,包括该硅氧四面体的种类(Qi),邻接的四面体类型和种类(Qi),以及其成环状况。硅氧四面体非桥氧对称伸缩振动频率随SIT的增大而增大,表现良好的线性关系。700-800cm~(-1)之间为铝氧非桥氧对称伸缩振动。铝硅酸盐桥氧弯曲振动频率受Si-O_b-Si(Al)角度影响,且随着角度增加而减小。 碱性长石拉曼光谱实际测定结果显示,铝硅酸盐中Si、Al有序化程度的提高通常使拉曼光谱,特别是低频区与中频区的拉曼谱峰产生分裂,随着有序度的增加,在480cm~(-1)附近的谱峰将分裂成480cm~(-1)和450cm~(-1)两个峰,这个峰的分裂程度,对碱性长石有序度的反映比较灵敏。 对斜长石拉曼光谱的测试表明,随着钙长石(An)成分的增加,改变了斜长石中Al/Si的比例,从而降低了硅氧四面体的应力指数(SIT),其结果使高频区谱峰向低处移动。斜长石中An的增加,伴随着有序度的变化,通常斜长石的两个端元(An和Ab)具有最高的有序度,中间组成的斜长石有序度相对要小一些。而且An成分与560cm~(-1)左右的谱峰频率呈现较良好的线性关系,由此可以推导出斜长石成分与频率的关系式:An = 4*(577.6-ν)。 测定天然钠长石、微斜长石及人工合成的白榴石玻璃的原位高温拉曼光谱。随着温度的升高,这些物质结构中的硅(铝)氧键长增加,从而引起高频区拉曼谱峰均向低处偏移。此外,温度的升高还会使Si(Al)-O_b-Si桥氧分布加宽,反应在拉曼图上表现为中频区振动峰半高宽不断增大;铝在长石晶体、熔体及玻璃中都是以四配位的形式存在;长石晶体在熔融后,其硅(铝)氧四面体将由四元环连接变成为六元环接连。


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