Change of octahedral regurality with pressure: An investigation by the structural refinements of portlandite and brucite

Abstract

Synchrotron X-ray powder diffraction studies of portlandite and brucite were performed under room temperature pressurization to 10.4 GPa and to 16.0 GPa, respectively. The atomic position of O atoms in portlandite and in brucite has been successfully refined using Rietveld analysis of X-ray powder diffraction patterns collected with an imaging plate detector at BL-18C in Photon Factory at KEK (High Energy Accelerator Research Organization), Japan. Although the thickness of CaO6 octahedral layer in portlandite gradually increases and that of MgO6 octahedral layer in brucite is almost constant, the interlayer distance decreases linearly by 19 percent in portlandite and 15 percent in brucite within the pressure range studied. On the basis of octahedral regularity obtained from the structure refinements, both CaO6 and MgO6 octahedron approach to the regular configuration and it is interesting that CaO6 in portlandite seems to become a regular octahedron at a little below the amorphization pressure.

ポートランダイトとブルーサイトのシンクロトロンX線粉末回折研究をそれぞれ10.4GPaと16.0GPaへの室温加圧下で実施した。KEK(高エネルギー加速器研究機構)のフォトンファクトリー内に設置されたBL-18cの撮像板検出器により収集したX線粉末回折像をRietveld解析を使って、ポートランダイト内およびブルーサイト内のO原子の原子位置を精密化するのに成功した。ポートランダイト中の8面体CaO6層の厚みは徐々に増加し、ブルーサイト中の8面体MgO6層の厚みはほとんど一定であるにも拘らず、研究圧力範囲内では層間距離が、ポートランダイトでは19%ほど、またブルーサイトでは15%ほど直線的に減少した。構造精密化から求めた8面体規則性に基づいて、CaO6およびMgO6両8面体が規則的配位に近付き、ポートランダイト中のCaO6が非晶質化圧力より少し低い所で規則性8面体になると推定されることは興味深いことである。