Вопрос 5: метамиктный распад и метамиктные минералы.

Радиоактивные минералы часто бывают аморфными, хо­тя и имеют кристаллические ограничения. Такие минералы на­зываются метамиктными, а процесс их перехода в метамиктное состояние — метамиктным распадом. Выделяющиеся в процессе радиоактивного распада тяжелые -частицы (ядра гелия с двумя протонами и двумя нейтронами) ударяют в атомы, находящиеся в узлах кристаллической решётки и смещают их в межузельные пространства. На месте кристаллических узлов образуется вакансии (дырки), закономерность размещения атомов в решётке, и кристаллическое вещество переходит в аморфное состояние. При этом исходная форма кристаллов сохраняется, минерал меняет цвет (светлеет или зеленеет, приобретает сильный жирный блеск, твердость уменьшается, спайность, если она была, пропадает, если это вещество было оптически анизотропным, то оно становится изотропным по оптическим свойствам). Если не происходило существенного выноса компонентов, то при постом прокаливании (до 500-900⁰С), кристаллическая решётка восстанавливается, при этом наблюдается саморазогрев минерала(некоторые вспыхивают). Если же в ходе распада часть вещества была вынесена, то кристаллическая структура не восстанавливается и минерал переходит в набор кристаллических оксидов, тех элементов, которые не были вынесены. Анализы показывают, что большинство метамиктных минералов содержат примеси радиоактивных элементов: урана или тория (доли %). Для некоторых минералов устанавливается чёткая взаимосвязь между содержанием радиоактивных элементов, временем жизни (существования) минерала степенью метамиктности структуры (это обнаружено у цирконов, содержащих примеси радиоактивных элементов: малахон и цирколит). Многие собственно урановые и ториевые минералы встречаются в природе в кристаллическом состоянии и не испытывают метамиктного распада. ТоО₂- оксид тория - всегда кристаллическое вещ-во. Природа метамиктного распада до конца не понята! Метамиктные минералы имеют раковистый излом, изо­тропны и характеризуются аномально низкой плотностью, аномально низкими показателями преломления и аномальным количеством адсорбционной воды. Уменьшение плотности является следствием того, что при метамиктном распаде в результате разрушения кристалли­ческой решетки увеличивается объем минерала. При нагревании метамиктные минералы переходят в кри­сталлическое состояние, что ведет к сокращению их объема и, следовательно, к увеличению плотности. Переход метамиктных минералов в кристалли­ческое состояние происходит при постоянной температуре, которая может считаться своего рода константой. Наблюдения показали, что метамиктный распад всегда связан с наличием в составе минералов определенного ко­личества радиоактивных элементов. В настоящее время метамиктный распад объясняется разрушением структуры минерала под влиянием α -частиц. Например, циркон в результате метамикт­ного распада переходит в окислы ZrO₂ и SiO₂. Метамиктное состояние также может быть вызвано окислением Fe+² и U+⁴. Внутренняя устойчивость структуры также зависит от степени метамиктизации, общей α-активности минерала и времени, в течение которого минерал подвергался α -излуче­нию. Установлено, что между степенью метамиктного распада и возрастом минералов существует определенная зависи­мость. Поэтому, зная радиоактивность и степень метамиктно­го распада минерала, можно вычислить его приблизительный возраст. Определяя метамиктный распад как следствие содержа­ния в минералах радиоактивных элементов, необходимо вме­сте с тем обратить внимание на то, что многие сильно радиоак­тивные минералы (торианит, монацит и др.) не были встрече­ны в метамиктном состоянии. Следовательно, разрушение кристаллической решетки минералов под влиянием радиоак­тивных излучений имеет избирательный характер. Причину этого А. С. Поваренных видит в электроотрицательности глав­ных катионов. По данным А. С. Поваренных, метамиктный распад наблюдается в тех соединениях, где максимальная разность электроотрицательностей катионов не превышает 100—120 ккал/г-атом.