Hydroxyl Orientations in 2:1 Phyllosilicates

Abstract

The hydroxyl orientations in 31 dioctahedral and trioctahedral 2:1 phyllosilicate structures have been determined by electrostatic energy calculations. These structures included micas, brittle micas, and other related minerals exhibiting ordered as well as disordered cation distributions. The dioctahedral micas and brittle micas were examined with and without the interlayer cation. A range of orientations from 1.3° to 183.3° (the angle ρ between the O-H and (001) measured with respect to the M1 site) were found. The orientations for the dioctahedral structures represent a continuum of values whereas the trioctahedral species exhibit two possible orientations separated by an energy barrier. One orientation is near 90° the other is near 180°. The latter orientation results from a concentration of charge on the interlayer (IC) and tetrahedral (T) sites at the expense of the octahedral (M) sites. A multiple regression analysis of all 31 structures, using as predictors the a and b cell parameters, d₀₀₁, and the charges for T, IC, M1, and M2 sites, was performed. This analysis indicated that the important factors are the charges for IC, T, and M2 sites. When treated as a separate group, one finds the same factors for the dioctahedral structures. The trioctahedral orientations are determined by the charge on the M2 site and the amount of tetrahedral rotation. Using these two predictor equations, the value of ρ can be estimated with a standard deviation of 4.7° and 2.9° for the dioctahedral and trioctahedral cases, respectively.

Резюме

Ориентации гидроксила в 31 диоктаэдрической и триоктаэдрической структуре 2:1 листового силиката определялись путем вычислений электростатической энергии. Эти структуры включали слюды, Маргарит и другие родственные им минералы, характеризующиеся упорядоченным и не упорядоченным распределением катионов. Диоктаэдрические слюды и Маргарит исследовались при наличии и отсутствии межслойного катиона. Был обнаружен диапазон ориентаций от 1,3° до 183,3° (угол между О-Н и (001), измеренный по отношению к положению M1). Ориентации для диоктаэдрических структур неопределенны, в то время как триоктаэдрич еские образцы характеризуются двумя возможными ориентациями, разделенными энергетическим барьером. Одна ориентация близка к 90°; другая около 180°. Последняя ориентация является результатом концентрации зарядов в межслоях (ІС) и тетраэдрах (СТ) за счет октаэдров (М). Был выполнен многократный регрессионный анализ 31 структуры с использованием параметров а и b ячейки, d₀₀₁, и зарядов для Т,ІС,М1, и М2. Этот анализ показал, что важными факторами являются заряды для ІС, Т, и М2. Если диокта- эдрические структуры рассматривать как отдельную группу, они также обнаруживают те же факторы. Триоктаэдрические ориен тации определяются зарядом на М2 и величиной вращения тетраэдров. С использованием этих двух предварительно полученных уравнений может быть определено значение ρ со стандартным отклонением 4,7° и 2,9° для случаев диоктаэдрических и триоктаэдрических структур соответственно.

Resümee

Die Hydroxylorientierungen in 31 dioktahedrischen 2/1 Phyllosilikatstrukturen sind durch elektrostatische Energiekalkulationen bestimmt worden. Diese Strukturen umfassen Glimmer, spröde Glimmer, und andere verwandte Mineralien, die sowohl geordnete wie nicht geordnete Kationenverteilungen aufweisen. Die dioktahedrischen Glimmer und brüchige Glimmer wurden mit und ohne Zwischenschichtkationen untersucht. Orientierungen von 1,3 bis 183,3° (der Winkel zwischen den OH und (001), gemessen mit Hinsicht auf den M1 Platz) wurden gefunden. Die Orientierungen für die dioktahedrischen Strukturen repräsentieren ein Kontinuum von Werten, wohingegen die trioktahedrischen Sorten zwei mögliche Orientierungen zeigen, die durch eine Energieschranke getrennt sind. Eine Orientierung ist fast bei 90°, die andere bei 180°. Die letztere Orientierung ist das Resultat einer Konzentration von Ladungen in den Zwischenschichtplätzen (IC) und den tetrahedrischen Plätzen (CT) auf Kosten der oktahedrischen Plätze. Eine multiple Regressionsanalyse aller 31 Strukturen wurde unternommen, indem die a und b Zellparameter, d₀₀₁, und die Ladungen für die T, IC, M1, und M2 Plätze für Vorraussagungen benutzt wurden. Diese Analyse weist darauf hin, daß die wichtigen Faktoren die Ladungen für die IC, T, und die M2 Plätze sind. Wenn die oktahedrischen Strukturen als seperate Gruppen behandelt werden, findet man dort dieselben Faktoren. Die trioktahedrischen Orientierungen werden durch die Ladungen der M2 Plätze und die Höhe der tetrahedrischen Rotation bestimmt. Wenn diese zwei Vorraussagungsgleichungen benutzt werden, kann der Wert von ρ mit mittlerer Abweichung von 4,7 und 2,9° für die dioktahedrischen beziehungsweise trioktahedrischen Fälle bestimmt werden.

Résumé

Les orientations hydroxyles dans 31 structures dioctaèdres et trioctaèdres phyllosilicates 2:1 ont été déterminées par calcul de l’énergie électrostatique. Parmi ces structures il y avaient des micas, des micas cassants, et d’autres minéraux apparentés exhibant des distributions de cations ordonnées et désordonnées. Les micas dioctaèdres et les micas cassants ont été examinés avec et sans le cation interfeuillet. Un étagement d’orientations de 1,3° à 183° (l’angle entre l’OH et (001) mesuré par rapport au site M1) a été trouvé. Les orientations pour les structures dioctaèdres représentent une série continue de valeurs, tandis que les espèces trioctaèdres exhibent 2 orientations possibles séparées par une barrière d’énergie. Une orientation est près de 90°, et l’autre est près de 180°. Cette dernière orientation résulte d’une concentration de charge sur l’interfeuillet (IC) et sur les sites tétraèdres (T) aux dépens des sites octaèdres (M). Une analyse de régression multiple a été faite, utilisant comme pronostiquants les mailles paramètres a et b, d₀₀₁ et les charges pour les sites T, IC, M1, M2, pour les 31 structures. Cette analyse a indiqué que les facteurs importants étaient les charges pour les sites T, IC, et M2. On trouve les mêmes facteurs pour les structures dioctaèdres si on les traite comme un groupe séparé. Les orientations trioctaèdres sont déterminées par la charge sur le site M2 et par la quantité de rotation tétraèdre. Une valeur pour ρ peut être estimée avec une déviation standard de 4,7° et 2,9° dans les cas dioctaèdres et trioctaèdres, respectivement, utilisant les équations pronostiquantes.