不同形态的文石
晶体参数:正交晶系; 对称型mmm空间群Pmcn; a0 =0.495nm, b0=0.796nm, c0= 0.573nm; Z=4。
成分与结构:成分同方解石, 少量的Sr、Pb替代Ca。
形态:晶形呈柱状或尖锥状: 常见以(110)为双晶面的文石律接触双晶和贯穿三连晶,三连晶常呈假六方柱。 集合体常呈柱状、针状、纤维状或晶簇,也有呈钟乳状、豆状、鲕状。
物理性质:无色或白色; 玻璃光泽,断口油脂光泽。硬度3.5~4; 解理平行{010}不完 全;贝壳状断口。密度2.94g/cm3。 遇冷稀HCI剧烈起泡。
鉴定特征:文石遇冷稀 HCI剧烈起泡,与方解石相似。但以解理和密度不同而区别。
成因与产状:在自然界, 文石远比方解石少。文石稳定于较高的压力条件下。它的密度大约要比方解石大8%。在蓝闪石片岩(为高压条件下形成)中常见文石与硬玉、硬柱石和石英共生。文石主要是由外生作用形成。常见于许多动物的贝壳或骨骸之中(如头足类和双壳类动物的外壳)。珍珠的主要构成物就是文石。文石在海水中可直接形成。在金属矿床的氧化带中也有出现。内生成因的文石是热液作用最后阶段的低温产物,见于玄武岩、安山岩的气孔中或裂配中,温泉沉淀物中也有文石产出。
贝壳珍珠层中文石的择优取向生长
多晶体是许多单晶体的集合,即同种晶质矿物集合体。多晶体中的每个单晶为各向异性体,但如果组成多晶体的各单晶在空间上的排列是完全无规则的,仅为统计上的均匀分布,即在不同方向上取向几率相同,则这种多晶集合体在不同方向上,其力学、电学、光学、耐腐蚀、磁学甚至核物理等方面的性能在宏观上就会表现出相同的现象,具有各向同性的性质。但如果多晶体在其形成过程中,由于受到外界的力、热、电、磁,以及生物作用等各种不同条件的影响,或在形成后受到不同的加工工艺的影响,多晶集合体中的各晶粒不同程度地朝一个或几个特定方向排列和聚集,这种在某些方向上的取向几率增大的现象称为 择优取向( preferential tropism; preferential growth)。其性能在宏观上则显示各向异性的性质。
贝壳珍珠层中的文石晶体的生长具有择优取向。通过扫描电子显微镜(SEM)观察,证实了珍珠层由文石晶体与有机基质交替排列而成,呈现出规整有序的“砖墙”式结构。表现为文石沿着珍珠层面定向分布,其结晶学C轴垂直珍珠层层面(相当于(001)面网平行珍珠层面)。它的形成机理一直受到人们的关注,其中的模板说认为珍珠层成分由文石和少量的有机质(总量只占1-5wB/%)构成,薄层有机质充填于文石矿物之间,正是这微量的有机质控制了珍珠层的形成。导致珍珠层中所有的文石小板片的C轴垂直于珍珠层面。
珍珠层是由文石和微量有机质经生物自组装形成的一种优异的天然纳米无机-有机复合材料。它的抗破裂能力比无机成因的文石要高出3000倍以上,如此优异的力学性能与珍珠层的有机质和文石的择优取向有关。珍珠层在形变和断裂过程中,有机基体与相邻的文石层彼此粘合、降低了裂纹尖端的应力场强度因子,增大了裂纹的扩展阻力,从而提高了材料的韧性。