Analiza struktury krystalicznej gipsu w różnych warunkach ciśnienia

Gips (CaSO4 · 2H2O) to powszechny minerał siarczanowy [Deer, Howie i Zussman 2013]. Badania nad jego strukturą krystaliczną sięgają 1929 roku [Onorato 1929], natomiast badania nad strukturą wysokociśnieniową rozpoczęto w 2008 roku [Comodi i in. 2008]. Wykorzystują one między innymi dyfrakcję promieni rengenowskich na monokryształach, opisaną Prawem Braggów [W. H. Bragg i W. L. Bragg 1913]. Celem pracy było porównanie struktury krystalicznej gipsów naturalnych z syntetycznymi oraz struktur krystalicznych tego minerału pod ciśnieniem atmosferycznym oraz pod ciśnieniem 1.9(1) GPa. W pracy zbadano naturalne kryształy gipsu z Dobrzynia nad Wisłą oraz z Wieściszowic i porównano z wykrystalizowanymi gipsami syntetycznymi. Do badań pod wysokim ciśnieniem wybrano jeden z gipsów z Dobrzynia nad Wisłą i zbadano jego strukturę pod ciśnieniem 1.9(1) GPa. W badanym zakresie ciśnień gips krystalizuje w układzie jednoskośnym i grupie przestrzennej C2/c. Parametry komórki elementranej pod ciśnieniem atmosferycznym wynosiły a = 6.2858(3)Å, b = 15.2141(5)Å, c = 5.6801(3)Å, β = 114.090(6)◦, v = 495.89(4)Å3, natomiast pod ciśnieniem 1.9(1) GPa a = 6.198(2)Å, b = 15.08(4)Å, c = 5.601(2)Å, β = 114.85(4)◦, v = 474.9(13)Å3. Największe zmiany długości wiązania wywołane wysokim ciśnieniem zaobserwowano dla jednego z wiązań wodorowych oraz wiązań siarki z tlenem w tetraedrze SO4 2− . Porównanie wyników uzyskanych w tym eksperymencie z literaturowymi danymi dotyczącymi badań wysokociśnieniowych na gipsie [Comodi i in. 2008] wykazało wysoką zgodność parametrów komórki elementarnej.

Gypsum (CaSO4 ・ 2H2O) is a common sulphate mineral [Deer, Howie and Zussman 2013]. Its crystal structure has been a subject of research since 1929 [Onorato 1929], whereas high-pressure experiments started in 2008 [Comodi et al. 2008]. Structural investigation of gypsum uses, among others, single-crystal X-ray diffraction, described by the Braggs’ Law [W. H. Bragg and W. L. Bragg 1913]. The purpose of this study was to compare crystal structure of natural and synthetic gypsum and also to compare crystal structure of gypsum at ambient pressure and at 1.9(1) GPa. In this study crystal structure of natural gypsum crystals from Dobrzyń nad Wisłą and from Wieściszowice was investigated and compared with synthetic gypsum. One crystal from Dobrzyń nad Wisłą was chosen for high-pressure experiments at 1.9(1) GPa. In this range of pressures gypsum crystallizes in the monoclinic crystal system and in the space group C2/c. Lattice parameters are a = 6.2858(3)Å, b = 15.2141(5)Å, c = 5.6801(3)Å, β = 114.090(6)◦, v = 495.89(4)Å3 at ambient pressure and a = 6.198(2)Å, b = 15.08(4)Å, c = 5.601(2)Å, β = 114.85(4)◦, v = 474.9(13)Å3 at 1.9(1) GPa. The most significant pressure-induced changes of the bond lengths were observed for one of the hydrogen bonds and sylphur-oxygen bonds in the SO4 2- tetraedra. The comparison of results obtained from this experiment with literature data concerning high-pressure experiments on gypsum [Comodi et al. 2008] revealed a high compatibility of lattice parameters.