מהו מבנה קריסטל אוליבין?

מבנה גביש אוליבין מורכב מסידור אורתורומבי שבו סיליקון-טטרהדרות חמצן (SiO₄) מבודדות מחוברות על ידי קטיוני מתכת התופסים אתרים אוקטהדרליים. ניתן להמחיש את המבנה הזה כמערך משושה צפוף- של אטומי חמצן, כאשר מחצית מהחללים המתומנים ממולאים על ידי יוני מגנזיום או ברזל ו-שמינית מהחללים הטטרהדרלים תפוסים על ידי סיליקון.

קבוצת האוליבין מתגבשת במערכת הגבישים האורתורומבית תחת קבוצת החלל Pbnm (המוגדרת גם כ-Pnma בהגדרות חלופיות). סימטריה בסיסית זו מגדירה כיצד אטומים מסדרים את עצמם בתוך סריג הגביש ומשפיעה ישירות על התכונות הפיזיקליות של המינרל.

תא היחידה מכיל ארבע יחידות נוסחה (Z=4) ומציג שלושה צירים לא שווים המצטלבים בזוויות ישרות. עבור פורסטריט (Mg₂SiO₄), פרמטרי סריג טיפוסיים הם בערך a=4.75 Å, b=10.20 Å, ו-c=5.98 Å. בפייליט (Fe₂SiO₄), פרמטרים אלה מתרחבים מעט ל-= 4.82 Å, b=10.48 Å, ו-c=6.09 Å בשל הרדיוס היוני הגדול יותר של ברזל בהשוואה למגנזיום.

ייעוד קבוצת החלל Pbnm חושף פרטים מבניים חשובים. קבוצת חלל זו מכילה מישורי מראה ומרכז היפוך, היוצרים אילוצי סימטריה ספציפיים על מיקומי אטום. שלושה מצבי חמצן ברורים מבחינה גבישית (O1, O2, O3) קיימים בתוך המבנה, כאשר O1 ו-O2 שוכבים על מישורי מראה בעוד O3 תופס מיקום כללי ללא סימטריה מיוחדת.

בלב המבנה של אוליבין נמצא הטטרהדרון SiO₄⁴⁻ המבודד, שבו אטום סיליקון מרכזי נקשר באופן קוולנטי לארבעה אטומי חמצן שמסביב. טטרהדרות אלו עצמאיות לחלוטין-הן אינן חולקות אטומי חמצן עם טטרהדרות שכנות, מה שמסווג את אוליבין כ-nesosilicate או orthosilicate. כל קשר Si-O מודד בערך 1.63-1.66 Å ומציג אופי קוולנטי חזק.

הטטרהדרה מתחלפת בכיוון, ומצביעה למעלה ולמטה לאורך שורות מקבילות לציר ה-c- הקריסטלוגרפי. הסדר לסירוגין זה יוצר ערוצים בתוך המבנה שבהם יכולים לשהות קטיוני מתכת. יון הסיליקון תופס רק אתר נבדל קריסטלוגרפית אחד שיושב על מישור מראה, כלומר כל אטומי הסיליקון במבנה קשורים בפעולות סימטריה.

קטיוני מתכת (בדרך כלל Mg²⁺ או Fe²⁺) תופסים שני אתרים אוקטהדרליים נפרדים המסומנים M1 ו-M2. אתר M1 יושב על מרכז היפוך ויוצר אוקטהדרון מעוות יותר עם שישה אטומי חמצן מסביב. אורכי קשרי החמצן של מתכת- ב-M1 נעים בין כ-2.07-2.13 Å למגנזיום. אתר M2 שוכן על מישור מראה ויוצר אוקטהדרון גדול ורגיל יותר עם מרחקי MO המשתרעים על 2.04-2.21 Å.

להבחנה בין אתרי M1 ו-M2 יש השלכות משמעותיות על האופן שבו קטיונים שונים מפיצים את עצמם במבנה. בסדרת תמיסות מגנזיום-ברזל מוצק, Mg²⁺ ו-Fe²⁺ מראים העדפת אתר קטנה-שתיהן תופסות אתרי M1 ו-M2 ללא סלקטיביות חזקה. עם זאת, באוליבינים הנושאים סידן- כמו מונטיסליט (CaMgSiO₄), יוני Ca²⁺ הגדולים יותר נכנסים עדיפות לאתרי M2 המרווחים יותר בעוד Mg²⁺ מעדיף את מיקומי M1 הקטנים יותר.

olivine crystal structure

דרך חלופית לתיאור מבנה האוליבין מדגישה את תת-רשת החמצן. אניוני החמצן יוצרים מערך צפוף- משושה בקירוב (hcp) הנערם לאורך ציר ה--. מסגרת זו מספקת את הפיגום שעליו מתמקמים קטיוני סיליקון ומתכת.

בתוך סידור החמצן hcp זה, קטיוני המתכת ממלאים מחצית מהחללים האוקטהדרליים הזמינים, בעוד אטומי הסיליקון תופסים -שמינית מהחללים הטטרהדרלים. תפוסת אתר סלקטיבית זו יוצרת את הסטוכיומטריה האופיינית אוליבין של M₂SiO₄, כאשר M מייצגת קטיונים מתכתיים דו ערכיים.

כל אטום חמצן נקשר לסיליקון אחד ולשלושה אטומי מתכת, ויוצר מסגרת תלת ממדית צפופה-. אטומי החמצן אינם שווים-לשלושת מיקומי החמצן הנבדלים (O1, O2, O3) יש סביבות קשר ומרחקים שונים במקצת לאטומים שכנים. שונות זו באתרי חמצן תורמת למורכבות המבנית הכוללת ומשפיעה על תכונות כמו התפשטות תרמית ודחיסה.

שכבות של קצה-החולקות אוקטהדרות משתרעות במקביל למישור (100), מקושרות-בצולבות על ידי טטרהדרת SiO₄ המבודדת. מאפיין שכבות זה הופך חשוב במיוחד תחת לחץ מיושם, מכיוון שהוא יוצר מטוסי החלקה פוטנציאליים המשפיעים על התכונות המכניות והסיסמיות של אוליבין במעטפת כדור הארץ.

מבנה הגביש של אוליבין מכיל תמיסה מוצקה רציפה בין קצה המגנזיום-איבר פורסטריט (Mg₂SiO₄) לבין קצה הברזל-איבר פאיאליט (Fe₂SiO₄). התערבות מלאה זו קיימת מכיוון ש-Mg²⁺ (רדיוס יוני ~0.72 Å) ו-Fe²⁺ (רדיוס יוני ~0.77 Å) שונים בגודלם בכ-7% בלבד, מה שמאפשר להם להחליף בחופשיות מבלי לעוות משמעותית את מבנה הגביש.

קומפוזיציות מבוטאות בדרך כלל כאחוזים טוחנים, כגון Fo₇₀Fa₃₀ (או פשוט Fo₇₀), המציינים 70% פורסטריט ו-30% פיאליט. אוליבינים טבעיים מסלעים מאפיים נעים בדרך כלל בין Fo₅₀ ל- Fo₉₀, בעוד שאוליבין המעטפת הם בדרך כלל יותר מגנזיים, עם הרכבים סביב Fo₈₈ עד Fo₉₂.

פרמטרי הסריג גדלים כמעט באופן ליניארי עם תכולת הברזל. כאשר Fe²⁺ מחליף Mg²⁺, תא היחידה מתרחב מכיוון שגודלו הגדול יותר של הברזל דוחף אטומים מעט יותר זה מזה. קשר זה הוא כל כך צפוי שניתן להשתמש בממדים של תא יחידה כדי לקבוע את הרכב האוליבין בדיוק סביר.

מלבד ההחלפה העיקרית של Mg-Fe, מבנה אוליבין יכול לכלול כמויות קטנות של קטיונים אחרים. סידן נכנס למבנה בכמויות מוגבלות, ומעדיף את אתר M2. מנגן (בטפרוייט, Mn₂SiO₄) יכול להחליף לחלוטין מגנזיום או ברזל. כמויות עקבות של ניקל, כרום ואפילו ברזל ברזל (Fe³⁺) יכולות להחליף את האתרים האוקטהדרליים, אם כי בפרופורציות קטנות יותר.

מבנה אוליבין נשאר יציב רק בתנאי לחץ וטמפרטורה ספציפיים. ככל שהעומק גדל בתוך כדור הארץ, סידור האוליבין הופך לבלתי חיובי מבחינה אנרגטית והופך לפולימורפים צפופים יותר עם מבני גביש שונים.

בעומק של כ-410 ק"מ (המקביל ללחצים סביב 14 GPa), האוליבין עובר מעבר פאזה אקסותרמי לוואדסלייט. טרנספורמציה זו כרוכה בסידור מחדש מבני משמעותי שבו תת-סריג החמצן עובר מאריזה משושה קרובה-לכיוון סידור קובי יותר. Wadsleyite שומר על הסימטריה האורתורומבית אך מאמץ מבנה דמוי ספינל- שונה עם כמה אטומי סיליקון בתיאום אוקטהדרלי.

עמוק יותר במעטפת כדור הארץ, בעומק של כ-520 ק"מ (18-20 GPa), הוואדסלייט הופך לרינגוודיט, שמאמץ מבנה ספינל מעוקב. ברינגוודיט, כל הסיליקון תופס אתרים אוקטהדרליים ולא עמדות טטרהדרליות. מעברי פאזה אלו גורמים לעליית צפיפות פתאומית שסיסמולוגים מזהים כאי-רציפות במהירויות הגלים הסיסמיים.

הלחץ שבו מתרחשים מעברים אלה תלוי בטמפרטורה ובהרכב. אוליבין העשיר בברזל- הופך בלחצים נמוכים יותר מזנים עשירים במגנזיום-. ב-800 מעלות, פורסטריט טהור הופך לוואדסלייט ב-11.8 GPa, בעוד שהמעבר של וואדסלייט-ל-רינגוודיט מתרחש מעל 14 GPa. קצה הברזל-איבר פאילייט מדלג לחלוטין על מבנה הוואדסלייט והופך ישירות לאהרנסיט (אנלוגי-נושא רינגוודיט ברזל) בלחצים נמוכים יותר.

olivine crystal structure

מבנה האוליבין מגיב בצורה אנזוטרופית ללחץ המופעל-כיוונים גבישיים שונים נדחסים בקצבים שונים. האוקטהדרון M2 נדחס בקלות רבה יותר מאוקטהדרון M1 על פני כל הקומפוזיציות מפורסטריט ועד פייליט. דחיסה דיפרנציאלית זו מתרחשת מכיוון שלאתר M2 יש נפח התחלתי גדול יותר וגמישות רבה יותר בתצורת החיבור שלו.

מחקרים על עקיפות קרני X- חד-גבישיות עד 8 GPa מגלים כי אורכי קשר M2-O מתקצרים מהר יותר מקשרי M1-O בלחץ. האוקטהדרון M1 הופך פחות לדחיסה יחסית עם תכולת הברזל הגוברת, מה שגורם באופן פרדוקסלי למודול התפזורת (ההתנגדות הכוללת לדחיסה) לעלות מעט מפורסטריט לפייליט - תוצאה בתחילה מנוגדת לאינטואיציה מכיוון שהברזל כבד יותר ממגנזיום.

הטמפרטורה משפיעה אחרת על המבנה. חימום גורם לתא היחידה להתרחב, כאשר ציר b- מציג את מקדם ההתפשטות התרמית הגדול ביותר. מחקרי-טמפרטורות גבוהות על פורסטריט עד 900 מעלות מראים שאורכי הקשר M-O גדלים באופן שיטתי, אך הטופולוגיה המבנית הבסיסית נשארת ללא שינוי עד שטמפרטורות ההיתוך מתקרבות.

טטרהדרת SiO₄ מתגלה כקשיחה להפליא בהשוואה לאוקטהדרת החמצן המתכת-. אורכי קשר Si-O משתנים באופן מינימלי עם לחץ או טמפרטורה בגלל האופי הקוולנטי החזק של קשרי Si-O. מרבית הגמישות המבנית נובעת מהתאמות באורכי הקשר M-O והזוויות בין הפוליהדרות במקום דחיסה של הפוליהדרות עצמן.

המסגרת המבנית של אוליבין מוצאת יישום טכנולוגי חשוב בסוללות ליתיום ברזל פוספט(LiFePO₄ או LFP). התגלה כחומר קתודה בשנת 1996, פוספט ליתיום ברזל מאמץ את אותו סוג מבנה אוליבין בסיסי כמו המינרל אוליבין, אם כי עם קבוצות פוספט המחליפות את טטרהדרת הסיליקט המבודדת.

ב-LiFePO₄, המבנה שומר על סימטריה אורתורומבית (קבוצת רווח Pnma/Pbnm) עם פרמטרי סריג a=6.008 Å, b=10.334 Å, ו-c=4.693 Å. אטומי ברזל תופסים אתרים אוקטהדרלים (יוצרים FeO₆ octahedra), בעוד אטומי זרחן יושבים באתרים טטרהדרלים (יוצרים PO₄ טטרהדרה), בדומה לאופן שבו אטומי מתכת וסיליקון מסתדרים במינרל אוליבין.

ההבדל העיקרי טמון בקטיוני הליתיום הנוספים. יוני ליתיום שוכנים בתעלות אוקטהדרליות בתוך המבנה, מסודרים בתבנית זיגזג. במהלך טעינה ופריקה של הסוללה, ניתן לחלץ יוני ליתיום מהתעלות הללו ולהחדיר אותן בצורה הפיכה מבלי למוטט את מסגרת האוליבין הבסיסית. הברזל עובר מחזור חיזור בין Fe²⁺ ל-Fe³⁺ כדי לשמור על איזון המטען כאשר הליתיום נע פנימה והחוצה.

היציבות המבנית הזו-מורשה מארכיטקטורת האוליבין החזקה-מעניקה לסוללות LiFePO₄ מאפייני בטיחות יוצאי דופן וחיי מחזור ארוכים. הקשרים הקוולנטיים החזקים של P-O בטטרהדרת הפוספט מתנגדים לשחרור חמצן, ומונעים את תגובות הבריחה התרמיות שמטרידות כמה כימיקלים אחרים של סוללת ליתיום-. סוללות LFP מסחריות יכולות להשיג מעל 3,000 מחזורי טעינה- תוך שמירה על קיבולת.

מבנה האוליבין אכן מטיל מגבלה אחת: יוני ליתיום חייבים להתפזר דרך-תעלות חד-ממדיות לאורך הצירים הקריסטלוגרפיים במקום לנוע בחופשיות בתלת מימד. זה מגביל מוליכות יונית ויכולת קצב. חוקרים מתייחסים לכך באמצעות ננו-מבנה (הקטנת גודל החלקיקים כדי לקצר נתיבי דיפוזיה) וציפוי פחמן (שיפור מוליכות אלקטרונית). גרסאות מתוקנות כמו ליתיום מנגן ברזל פוספט (LMFP) שומרות על מבנה האוליבין תוך החלפת מנגן בחלק מהברזל כדי להגביר את מתח הפעולה.

ההבנה המודרנית של מבנה אוליבין מגיעה בעיקר מטכניקות של עקיפה של קרני רנטגן.- וויליאם לורנס בראג ו-GB Brown קבעו לראשונה את מבנה הגבישים של פורסטריט בשנת 1926 תוך שימוש בשיטות קריסטלוגרפיה מוקדמות של קרני רנטגן. עבודתם ביססה את אוליבין שמורכב מ- SiO₄ טטרהדרה מבודדת-תובנה בסיסית למינרלוגיית סיליקט.

עקיפה -יחידת -גבישי רנטגן נותרה תקן הזהב לקביעה מבנית מדויקת. גביש אוליבין קטן (בדרך כלל 0.1-0.5 מ"מ) מותקן על גוניומטר ומסובב דרך קרן רנטגן. תבנית העקיפה המתקבלת מכילה אלפי השתקפויות בודדות, שכל אחת מהן מייצגת קבוצה שונה של מישורים גבישיים. תוכנה מתוחכמת משכללת מיקומים אטומיים, פרמטרים תרמיים ותפוסה באתר כדי להתאים לעוצמות הדיפרקציה הנצפות.

עקיפה של ניוטרונים מספקת מידע משלים, בעל ערך במיוחד לאיתור אטומי מימן (בשלבים מימיים) והבחנה בין יסודות בעלי ספירת אלקטרונים דומה כמו מגנזיום ואלומיניום. ניסויי ניוטרונים דורשים גבישים גדולים יותר ומתקנים מיוחדים עם מקורות נויטרונים, אך הם מציעים דיוק מעולה לקביעת מבנים מגנטיים וכמה מיקומי אלמנטים קלים.

מיקרוסקופ אלקטרונים העברה (TEM) בוחן את מבנה האוליבין בקנה מידה ננו, חושפת פגמים, גבולות תחום ווריאציות מקומיות בלתי נראות לשיטות עקיפה. TEM ברזולוציה גבוהה- יכולה לצלם עמודות אטומיות בודדות, תוך חזות ישירה של סידור האטומים. זה הופך לעוצמתי במיוחד כאשר לומדים דגימות מעוותות או מעברי פאזה שבהם המבנה משתנה על פני מרחקים קטנים.

ראמאן וספקטרוסקופיה אינפרא אדום בודקים את מבנה האוליבין באמצעות מצבי רטט. לטטרהדרון SiO₄ יש ארבעה מצבי רטט בסיסיים, והתדרים שלהם תלויים בחוזק הקשר Si-O ובסביבה המבנית שמסביב. ההרכב משפיע על תדרי הרטט הללו בדרכים צפויות-פורסטריט מראה פסגות ספקטרליות שונות מאשר פאיאליט מכיוון שקשרי Fe-O חלשים יותר מקשרי Mg-O. טכניקות ספקטרוסקופיות אלו פועלות ללא-הרס ויכולות לאפיין דוגמאות או תכלילים זעירים.

הסידור הקריסטלוגרפי שולט ישירות בתכונות הניתנות לצפייה של אוליבין. המינרל בדרך כלל נראה ירוק זית- מכיוון שיוני Fe²⁺ בקואורדינציה אוקטהדרלית סופגים אור באורכי גל ספציפיים ומעבירים ירוק. פורסטריט טהור הוא חסר צבע עד צהוב חיוור-ירוק, בעוד שהרכבים עשירים בברזל נראים ירוק כהה יותר עד שחור חום-.

אוליבין מפגין שבר קונצ'ואידי ולא מחשוף מכיוון שהמסגרת התלת--ממדית של טטרהדרה מבודדת הקשורה לאוקטהדרה יוצרת קשרים חזקים באותה מידה בכל הכיוונים. לא קיימים מישורי חולשה במבנה השווים למבני היריעות בנציקים או סיליקטים שכבות. כאשר אוליבין נשבר, הוא נשבר באופן לא סדיר על פני המבנה במקום להתפצל לאורך מישורים קריסטלוגרפיים ספציפיים.

הסימטריה האורתורומבית יוצרת מאפיינים אנזוטרופיים-המאפיינים הפיזיים משתנים בהתאם לכיוון הגבישי. מהירויות גל סיסמיות שונות בהתאם לכיוון ההתפשטות ביחס לצירי הגביש. כיוון המהירות המהירה מתאים לציר a-, מהירות בינונית לציר c- ומהירות איטית לציר b-. האניזוטרופיה הסייסמית הזו באוליבין המעטפת עוזרת לגיאופיזיקאים לפרש את כיוון וגודל זרימת המעטפת.

קשיות (6.5-7 בסולם Mohs) וצפיפות (3.27-3.37 גרם/ס"מ³ לפורסטריט, 4.39 גרם\\ס"מ³ לפיילייט) קשורות שניהם לאריזה הדוקה של המבנה ולחוזק של קשרי מתכת-חמצן. מסגרת החמצן הצפופה יותר ומרחקי מתכת-חמצן קצרים יותר במבנה האוליבין יוצרים מינרל קשה וצפוף העמיד בפני בליה כימית בתנאי אדמה עמוקים.

olivine crystal structure

גבישי אוליבין אמיתיים מכילים פגמים מבניים המשפיעים באופן משמעותי על התנהגותם. פגמים נקודתיים כוללים מקומות פנויים (אטומים חסרים), אינטרסטיציאלים (אטומים נוספים הנדחסים למיקומים לא תפוסים בדרך כלל), ופגמים חלופיים (אטומים שגויים באתרים רגילים). פגמים אלו, למרות שהם נדירים, שולטים בקצבי הדיפוזיה ובמוליכות החשמלית על ידי יצירת מסלולים לתנועה יונית.

נקעים-קו פגמים שבהם הסידור הקריסטלוגרפי הרגיל מתפרק-שולטים בתכונות המכניות של אוליבין. זחילת נקע (תנועה של פגמי קו אלה דרך הגביש) מייצגת מנגנון דפורמציה עיקרי באוליבין המעטפת תחת לוחות זמנים גיאולוגיים. מערכות ההחלקה הספציפיות (מישורים קריסטלוגרפיים וכיווני תנועת נקע) קובעות כיצד גרגרי אוליבין מתעוותים ומפתחים כיוונים קריסטלוגרפיים מועדפים.

פגמים מורחבים כמו גבולות גרגרים וגבולות תאומים יוצרים ממשקים שבהם מבנה הגביש עובר מכיוון אחד לאחר. גבולות אלה משפיעים על חוזק מכני ומספקים מסלולי דיפוזיה מהירים לשינוי כימי. גבולות של תת-גרגרים-נמוכים-גבולי זווית המורכבים ממערכי נקעים-מתפתחים באוליבין מעוות ומתעדים את היסטוריית העיוותים.

על פני כדור הארץ, הזיתים מתבלים במהירות למרות המבנה החזק שלו. מולקולות מים יכולות לחדור לאורך פגמים וגבולות גרגרים, ולהגיב עם מסגרת האוליבין. תוצר השינוי הנפוץ ביותר הוא סרפנטין, שנוצר כאשר מולקולות מים חודרות למבנה: 2Mg₂SiO₄ + 3H₂O → Mg₃Si₂O₅(OH)₄ + Mg(OH)₂. תגובה זו מרחיבה את הנפח המקורי ב-30-40% והורסת את מבנה האוליבין המקורי, ומחליפה אותו בשכבות סיליקט.

מוצרי שינוי אחרים כוללים iddingsite (תערובת עדינה של-תחמוצות ברזל ומינרלים חרסית) ובאולינגיט (סיליקטים עם ברזל-מודר). תהליכי שינוי אלה מתנהלים הכי מהר לאורך סדקים וקצוות גבישים שבהם המים יכולים לגשת למבנה בצורה הכי קלה. החלפה פסאודומורפית מלאה יכולה להתרחש, כאשר חומר שהשתנה שומר על צורת הגביש החיצונית בעוד המבנה הפנימי הופך כולו למינרלים משניים.

מה מייחד את מבנה האוליבין ממינרלי סיליקט אחרים?

אוליבין מכיל טטרהדרה מבודדת של SiO₄ שאינן חולקות אטומי חמצן זה עם זה, מה שמגדיר אותו כסוסיליקט. זה מנוגד לסיליקטים של שרשרת (כמו פירוקסנים), סיליקטים של יריעות (כמו נציצים), וסיליקט מסגרת (כמו קוורץ) שבהם טטרהדרות חולקות חמצן כדי ליצור מבנים מורחבים. הטטרהדרה המבודדת יוצרות רשת תלת ממדית צפופה- המוחזקת יחד על ידי קשרי חמצן- מתכתיים.

מדוע לאוליבין יש שני אתרי מתכת שונים (M1 ו-M2)?

הסימטריה האורתורומבית וסידור האריזה הספציפי של אטומי חמצן יוצרים שני עמדות אוקטהדרליות ברורות מבחינה גבישית עם גדלים ועיוותים שונים במקצת. M1 יושב על מרכז היפוך והוא קטן ומעוות יותר, בעוד M2 שוכב על מישור מראה והוא גדול וסדיר יותר. הבחנה זו משפיעה על אילו קטיונים מעדיפים אילו אתרים ושולטת בתכונות הפיזיקליות של החומר.

כיצד משפיע הרכב על מבנה גבישי אוליבין?

כתחליפי ברזל למגנזיום על פני סדרת הפורסטריט-פיילייט, תא היחידה מתרחב באופן אחיד מכיוון ש-Fe²⁺ גדול מ-Mg²⁺. הטופולוגיה המבנית הבסיסית נשארת ללא שינוי-אותה קבוצת חלל, אותן עמדות אטומיות, אותן סביבות תיאום. אורכי הקשר גדלים מעט, אך סידור האטומים נשאר דומה ביסודו. זה מאפשר פתרון מלא ומוצק בין חברי הקצה-.

האם מבנה אוליבין יכול להכיל מים או חומרים נדיפים אחרים?

מבנה אוליבין סטנדרטי אינו מכיל קבוצות הידרוקסיל או מים מולקולריים. עם זאת, כמויות עקבות של מימן יכולות להשתלב כפגמים נקודתיים-בדרך כלל כקבוצות OH המחליפות אטומי חמצן או שוכנות באתרים ריקים בדרך כלל. תכולת "מים" אלו נשארת נמוכה מאוד (בדרך כלל<50 ppm by weight), but even trace hydrogen significantly affects electrical conductivity and diffusion rates. Water content increases with pressure, making transition zone olivine polymorphs potentially important water reservoirs in Earth's deep interior.

מבנה גביש האוליבין מציג את המאפיינים הבסיסיים הבאים:

מערכת קריסטל: Orthorhombic עם קבוצת החלל Pbnm (או Pnma בסביבה חלופית)

פרמטרים של סריג:

פורסטריט: a ≈ 4.75 Å, b ≈ 10.20 Å, c ≈ 5.98 Å

Fayalite: a ≈ 4.82 Å, b ≈ 10.48 Å, c ≈ 6.09 Å

אבני בניין: SiO₄ טטרהדרה מבודדת המחוברת באמצעות מתכת-אוקטהדרת חמצן (MO₆)

אתרי מתכת: שני אתרים אוקטהדרליים ברורים (M1 ו-M2) עם גדלים ועיוותים שונים

עמדות חמצן: שלושה אתרי חמצן ברורים קריסטלוגרפית ביחידה האסימטרית

סוג מבני: מערך חמצן צפוף-משושה עם קטיונים בחללים טטרהדרליים ומתומנים

מִיוּן: Nesosilicate (אורתוזיליקט) עקב יחידות טטרהדרליות מבודדות

תֵאוּם: Si ב-4 קואורדינציה (טטרהדרלית), M קטיונים ב-6 קואורדינציה (אוקטהדרלית)

מסגרת מבנית זו מוכיחה את עצמה חזקה להפליא, שומרת על יציבות על פני טווחי קומפוזיציה רחבים בסביבות גיאולוגיות ובמקביל מספקת את הבסיס לחומרי סוללה מתקדמים ביישומים טכנולוגיים. השילוב של מבנה האוליבין של קשרי Si-O קוולנטיים חזקים עם תיאום חמצן מתכתי-גמיש הופך אותו לאחד מהמבנים המינרלים החשובים והרב-תכליתיים של כדור הארץ.