stringtranslate.com

Леонит

Леонит — это гидратированный двойной сульфат магния и калия . Его формула K2SO4 · MgSO4 · 4H2O . Минерал был назван в честь Лео Стриппельмана, который был директором солеварен в Вестерегельне в Германии. [4] Минерал входит в группу гидратированных двойных сульфатных минералов блодит . [3]

Характеристики

Леонит имеет горький вкус. [5]

При анализе леонита на элементы он обычно загрязнен ионами натрия и хлорида, как это часто бывает с хлоридом натрия. [5]

Белые псевдоморфозы леонита по кристаллам пикромерита из калийных рудников, Росслебен, Кверфурт, Саксония-Анхальт.
Леонит с калийного завода Wintershall, Херинген, долина Верра, Северный Гессен.

Кристаллическая структура

В минеральном семействе леонита решетка содержит сульфатные тетраэдры, двухвалентный элемент в октаэдрическом положении, окруженный кислородом , а также воду и одновалентный металл (калий), связывающие эти другие компоненты вместе. Одна сульфатная группа разупорядочена при комнатной температуре . Разупорядоченный сульфат фиксируется в положении при понижении температуры. Кристаллическая форма также изменяется при более низких температурах, поэтому две другие кристаллические формы леонита существуют при более низких температурах. [6]

Двухвалентный катион металла (магния) встроен в кислородные октаэдры, четыре из воды вокруг экватора и два из сульфатных ионов на противоположных полюсах. В кристалле есть два различных октаэдрических окружения. Каждый из этих октаэдров соединен вместе ионами калия и водородными связями. [7]

Фазовые изменения

Сульфат располагается слоями, параллельными поверхности (001) . В форме при комнатной температуре последовательность имеет вид ODODODODODOD, где O = упорядоченный, а D = неупорядоченный. В следующей форме при более низких температурах неупорядоченный сульфат появляется в двух различных ориентациях, давая последовательность JSCOBOAOBOAOBOAOB. При самых низких температурах последовательность упрощается до JSCOAOAOAOAO. [8]

Первый фазовый переход происходит при −4 °C. [9] При 170 K (−103 °C) кристаллы имеют пространственную группу I2/a, параметры решетки a = 11,780 Å, b = 9,486 Å, c = 19,730 Å, β = 95,23°, 8 формул на элементарную ячейку и объем ячейки V = 2195,6 Å3 . [ 6] Измерение c и объем элементарной ячейки удваиваются из-за наличия четырех сульфатных слоев, а не двух, как в других формах. [8] Следующий фазовый переход происходит при −153 °C. [9] При 100 К (−173 °C) пространственная группа P21/a, a = 11,778 Å, b = 9,469 Å, c = 9,851 Å, β = 95,26°, 4 формулы на элементарную ячейку и объем ячейки V = 1094,01 Å 3 . [6]

Температурные эффекты

С ростом температуры объем ячейки постепенно увеличивается для фаз I2/a и C2/m; однако размерность a уменьшается с ростом температуры. Изменение размерности a составляет −11×10 −6  K −1 . [9] Двупреломление падает с ростом температуры. Оно изменяется от 0,0076 при −150 °C до 0,0067 при 0 °C и 0,0061 при 100 °C. [9] При нижнем фазовом переходе двупреломление уменьшается с понижением температуры; при верхнем фазовом переходе оно непрерывно, но не постоянно. [9]

При верхнем фазовом переходе, −4 °C, скрытая теплота выделяется, и теплоемкость изменяется. Этот переход имеет довольно большой гистерезис. При нижнем фазовом переходе теплоемкость остается прежней, но скрытая теплота выделяется. [9]

Леонит начинает терять воду при 130 °C, но по-настоящему разрушается только при 200 °C: [5]

K2Mg (SO4 ) 2 · 4H2O ( тв) → K2Mg ( SO4 ) 2 · 2H2O ( тв ) + 2H2O ( г).

При еще более высоких температурах остаются только лангбейнит , арканит (безводный сульфат калия ) и пар: [5] [10]

2K2Mg (SO4 ) 2 · 4H2O ( тв ) → K2Mg2 ( SO4 ) 3 ( тв ) + K2SO4 ( тв ) + 8H2O ( г ).

Другие физические свойства

Логарифмическое произведение растворимости K sp для леонита равно −9,562 при 25 °C. [11] Константа равновесия log K при 25 °C равна −3,979. [12] Химический потенциал леонита равен μ j °/RT = −1403,97. [13]

Термодинамические свойства включают Δ f G o k = −3480,79 кДж моль −1 ; Δ f H o k = −3942,55 кДж моль −1 ; и ΔC o p,k = 191,32 Дж К −1  моль −1 . [14]

Инфракрасный спектр сульфатных мод растяжения показывает пики поглощения при 1005, 1080, 1102, 1134 и 1209 см −1 . Сульфатная мода изгиба вызывает пик при 720 и меньшие пики при 750 и 840 см −1 . ОН-мода растяжения поглощает при 3238 см −1 . При снижении температуры пики смещаются и/или сужаются, и при фазовых переходах могут появляться дополнительные пики. [7]

Когда леонит хранится для выставки, он не должен находиться в месте с повышенной влажностью, в противном случае он еще больше увлажняется. [15]

Формирование

Начиная с 1897 года Якобус Хенрикус ван 'т Хофф исследовал, как образуются различные соли при испарении морской воды в различных условиях. Его целью было выяснить, как образуются соляные отложения. Его исследования легли в основу изучения условий, в которых образуется леонит. [16]

Леонит может образоваться, когда водный раствор сульфата калия и сульфата магния концентрируется в диапазоне температур 320–350 К (47–77 °C). Выше этого диапазона температур образуется лангбейнит (K 2 Mg 2 (SO 4 ) 3 ). Ниже 320 К (47 °C) кристаллизуется пикромерит (K 2 Mg(SO 4 ) 2 ·6H 2 O). [17] Для растворов с долей MgSO 4 более 90% преимущественно кристаллизуется гексагидрит (MgSO 4 ·6H 2 O), а ниже 60% образуется арканит (K 2 SO 4 ). [17]

В смесях хлорида калия , сульфата калия , хлорида магния и сульфата магния при 35 °C в воде леонит может кристаллизоваться в определенном диапазоне состава. Участок системы образует границы леонита с хлоридом калия , сульфатом калия и пикромеритом. По мере обогащения магнием существует четверная точка с каинитом . [18]

В насыщенном соляном растворе (NaCl) леонит может осаждаться из смесей сульфата магния и калия при температуре до 25 °C. Изотерма системы при 25 °C имеет леонит, окруженный сильвином , пикромеритом, астраканитом, эпсомитом и каинитом. Насыщенные соляные растворы хлорида натрия образуются при испарении морской воды, хотя морская вода не содержит достаточно калия для осаждения леонита таким образом. [19]

Леонит осаждается в серии солнечных прудов в Большом Соленом озере . [20]

При нагревании пикромерита до температуры от 85 до 128 °C он выделяет пар, образуя леонит: [21] [22]

K2Mg (SO4 ) 2 · 6H2O ( тв) → K2Mg ( SO4 ) 2 · 4H2O ( тв ) + 2H2O ( г).

Реакции

При растворении леонита в азотной кислоте и последующей кристаллизации образуется кислый двойной сульфат калия и магния: KHMg(SO 4 ) 2 ·2H 2 O. [23]

При нагревании леонита с гидратированным сульфатом магния в эквимолярном соотношении при температуре 350 °C образуется лангбейнит: [24]

K2Mg (SO4 ) 2 · 4H2O ( тв ) + MgSO4 ·xH2O ( тв ) → K2Mg2 ( SO4 ) 3 ( тв) + (4+ x ) H2O ( г ) .

Раствор хлорида калия может преобразовать леонит в твердый сульфат калия: [25]

2KCl(водн.) + K 2 Mg(SO 4 ) 2 ·4H 2 O(тв) → 2K 2 SO 4 (тв) + MgCl 2 (водн.).

Больше сульфата калия можно осадить, добавив этиленгликоль . [26]

Кремнефтористоводородная кислота в воде реагирует с леонитом, образуя нерастворимый фторсиликат калия и раствор сульфата магния и серной кислоты: [27]

H 2 SiF 6 (водный) + K 2 Mg(SO 4 ) 2 ·4H 2 O(тв) → K 2 SiF 6 (тв) + MgSO 4 (водный) + H 2 SO 4 (водный).

При температуре от 15 до 30 °C 22% раствор хлорида магния будет реагировать с леонитом или пикромеритом, образуя твердый хлорид калия и гидратированный сульфат магния. [28]

Естественное явление

Леонит может образовываться при дегидратации морской или озерной воды. Леонит может быть второстепенным первичным компонентом эвапоритовых калийных отложений или вторичным минералом. [29] Для того чтобы образовать леонит из морской воды, рассол должен отделиться от отложенных твердых веществ, чтобы не происходили реакции с ранее отложенными солями, а температура должна быть около 32 °C. Ниже 25° или выше 40° состав рассола будет неподходящим для отложения леонита. [29] При этой температуре сначала откладывается блодит, а затем леонит, составляющий всего 3,2% солей выпивки . [29]

Вторичные реакции могут производить или потреблять леонит в эвапоритовых отложениях. Леонит может преобразовываться в полигалит , а кизерит может изменяться в леонит, [29] Грунтовые воды, проникающие в отложения соляной соли, могут преобразовывать некоторые из них в леонит, особенно в областях шапки соляных куполов. [29]

Леонит был впервые обнаружен в природе на калийном месторождении Штассфурт, Вестерегельн , Эгельн , Саксония-Анхальт, Германия. [2] Соляные месторождения Штассфурт относятся к пермскому периоду. Они находятся под регионом Магдебург-Хальберштадт в центральной Германии. Леонит встречается в соляной глине и карналлитовых пластах, толщина которых достигает 50 метров. [30] Другими местами в Германии являются калийные заводы Нойхоф-Эллерс в Нойхофе , Фульда , Гессен; калийные заводы Ридель в Ридель-Хенигсене, Целле, Нижняя Саксония; Ашерслебен ; Финенбург ; и Леопольдсхалль. [2] За пределами Германии он встречается в Везувии , Италия; Стебник , Украина; и калийный район Карлсбад, округ Эдди , Нью-Мексико, США. Он обнаружен в кристаллических образованиях в пещере Таушоаре в Румынии; здесь он встречается с коньяитом (K 2 Mg(SO 4 ) 2 ·5H 2 O), сингенитом (K 2 Ca(SO 4 ) 2 ·H 2 O), тенардитом (Na 2 SO 4 ) и мирабилитом (Na 2 SO 4 ·10H 2 O). [31] Леонит также встречается в пещере Вултана, хребте Флиндерс , Южная Австралия. [32]

Почва в кратере Гусева на Марсе содержит леонит, а также множество других гидратированных сульфатов. [33] На Европе леонит, как ожидается, будет стабильным, с давлением пара 10−13 от давления льда . Он стабилен при давлениях до 10−7 , выше которого существует более гидратированная соль. Он должен составлять до 2% солей вблизи поверхности. [34]

Выветривание богатого калием средневекового стекла образует корку выветривания , которая может содержать леонит. [35]

Использовать

Леонит можно использовать непосредственно в качестве удобрения , внося калий и магний. Его можно переработать в K2SO4 для использования в качестве удобрения. [ 36] Процесс преобразования леонита в сульфат калия включает смешивание его с раствором хлорида калия (более дешевого химиката). Желаемый продукт, сульфат калия, менее растворим и отфильтровывается. Хлорид магния хорошо растворяется в воде. Фильтрат концентрируется путем выпаривания, где кристаллизуется больше леонита, который затем возвращается в начало процесса, добавляя больше лангбейнита или пикромерита. [25]

Леонит, возможно, использовался в алхимической формуле для изготовления «питьевого золота» около 300 г. н. э. в Китае. Вероятно, это был жидкий коллоид золота . [37]

Связанный

Леонит изотипичен минералу мерейтериту (K 2 Fe(SO 4 ) 2 ·4H 2 O) и искусственному Mn-леониту (K 2 Mn(SO 4 ) 2 ·4H 2 O). Другие с такой же кристаллической структурой включают:

K2Cd ( SO4 ) 2 · 4H2O​​
( NH4 ) 2Mg ( SO4 ) 2 · 4H2O​
(NH 4 ) 2 Mn(SO 4 ) 2 ·4H 2 O
( NH4 ) 2Fe ( SO4 ) 2 · 4H2O​
( NH4 ) 2Co ( SO4 ) 2 · 4H2O и
K2Mg (SeO4 ) 2 · 4H2O . [ 38 ]

Майрон Стайн предложил использовать название «леонит» для элемента 96, назвав его в честь созвездия Льва . Это название не было принято, и было присвоено название «кюрий» . [39]

Ссылки

  1. ^ Warr, LN (2021). «Утвержденные символы минералов IMA–CNMNC». Mineralogic Magazine . 85 (3): 291–320. Bibcode : 2021MinM...85..291W. doi : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID  235729616.
  2. ^ abc Mindat.org
  3. ^ ab Леонит Веб-данные по минералам
  4. ^ «Леонит» (PDF) . Публикация минеральных данных. 2005.
  5. ^ abcd Белонижка, П. (2003). "Леонит в эвапоритах Прикарпатья и его трансформация при повышенных температурах" (PDF) . Acta Mineralogica-Petrographica . 1 : 14 . Получено 17 ноября 2015 г. .
  6. ^ abc Hertweck, Birgit; Giester, Gerald; Libowitzky, Eugen (октябрь 2001 г.). «Кристаллические структуры низкотемпературных фаз соединений типа леонита, K2 Me(SO4)2 · 4H2O (Me = Mg, Mn, Fe)». American Mineralogist . 86 (10): 1282–1292. Bibcode :2001AmMin..86.1282H. doi :10.2138/am-2001-1016. S2CID  99328013.
  7. ^ ab Hertweck, Birgit; Libowitzky, Eugen (1 декабря 2002 г.). «Вибрационная спектроскопия фазовых переходов в минералах типа леонита». European Journal of Mineralogy . 14 (6): 1009–1017. Bibcode : 2002EJMin..14.1009H. doi : 10.1127/0935-1221/2002/0014-1009.
  8. ^ ab Libowitzky, Eugen (2006). «Динамика кристаллической структуры: доказательства с помощью дифракции и спектроскопии». Croatica Chemica Acta . 29 (2): 299–309.
  9. ^ abcdef Hertweck, B.; Armbruster, T.; Libowitzky, E. (1 июля 2002 г.). «Множественные фазовые переходы соединений типа леонита: оптические, калориметрические и рентгеновские данные». Mineralogy and Petrology . 75 (3–4): 245–259. Bibcode :2002MinPe..75..245H. doi :10.1007/s007100200027. S2CID  97758100.
  10. ^ Балич-Жунич, Тончи; Биркедал, Рени; Катеринопулу, Анна; Комоди, Паола (20 сентября 2015 г.). «Обезвоживание блёдита Na2Mg(SO4)2(H2O)4 и леонита K2Mg(SO4)2(H2O)4». Европейский журнал минералогии . 28 (1): 33–42. Бибкод : 2016EJМин..28...33B. дои : 10.1127/ejm/2015/0027-2487.
  11. ^ Kwok, Kui S.; Ng, Ka M.; Taboada, Maria E.; Cisternas, Luis A. (март 2008 г.). «Термодинамика системы соляных озер: представление, эксперименты и визуализация» (PDF) . Журнал AIChE . 54 (3): 706–727. Bibcode : 2008AIChE..54..706K. doi : 10.1002/aic.11421.таблица 7 на стр. 716
  12. ^ Пламмер, Л. Н.; Паркхерст, Д. Л.; Флеминг, Г. В.; Данкл, С. А. (1988). «Компьютерная программа, включающая уравнения Питцера для расчета геохимических реакций в рассолах» (PDF) . Отчет об исследовании водных ресурсов (88–4153): 8. Получено 28 ноября 2015 г.
  13. ^ Харви, Чарльз Э.; Уир, Джон Х. (июль 1980 г.). «Прогнозирование растворимости минералов в природных водах: система Na-K-Mg-Ca-Cl-SO4-H2O от нуля до высокой концентрации при 25 °C». Geochimica et Cosmochimica Acta . 44 (7): 981–997. Bibcode : 1980GeCoA..44..981H. doi : 10.1016/0016-7037(80)90287-2.
  14. ^ Bhattacharia, Sanjoy K.; Tanveer, Sheik; Hossain, Nazir; Chen, Chau-Chyun (октябрь 2015 г.). «Термодинамическое моделирование водной четвертичной системы Na+–K+–Mg2+–SO42−». Fluid Phase Equilibria . 404 : 141–149. doi :10.1016/j.fluid.2015.07.002.
  15. ^ Томпсон, Джон МА (1992). Руководство по кураторству: руководство по музейной практике (2-е изд.). Оксфорд: Butterworth-Heinemann. стр. 431. ISBN 978-0750603515. Получено 24 ноября 2015 г.
  16. ^ Whetham, William Cecil Dampier (1902). Трактат о теории растворов. Cambridge Natural Science Manuals. Cambridge: The University Press. стр. 403–406 . Получено 23 ноября 2015 г.
  17. ^ ab Wollmann, Georgia; Voigt, Wolfgang (май 2010). "Равновесия твердой и жидкой фаз в системе K2SO4–MgSO4–H2O при 318K". Fluid Phase Equilibria . 291 (2): 151–153. doi :10.1016/j.fluid.2009.12.005.
  18. ^ Susarla, VRKS; Seshadri, K. (август 1982 г.). «Равновесия в системе, содержащей хлорид и сульфаты калия и магния». Труды Индийской академии наук – Химические науки . 91 (4): 315–320. doi :10.1007/BF02842643. S2CID  92060161.
  19. ^ M'nif, A.; Rokbani, R. (январь 2004 г.). «Кристаллизация минеральных последовательностей, связанная с тунисскими природными рассолами». Crystal Research and Technology . 39 (1): 40–49. Bibcode : 2004CryRT..39...40M. doi : 10.1002/crat.200310147. S2CID  94365552.
  20. ^ Баттс, Д.С. (июнь 1980 г.). «Химия рассолов Большого Соленого озера в солнечных прудах». В книге Уоллеса Гвинна, Дж. (ред.). Большое Соленое озеро, научный, исторический и экономический обзор . Геологическая служба штата Юта. стр. 172. ISBN 9781557910837.
  21. ^ Дхандапани, М.; Тьягу, Л.; Пракаш, П. Арун; Амиртаганесан, Г.; Кандхасвами, Массачусетс; Сринивасан, В. (апрель 2006 г.). «Синтез и характеристика кристаллов гексагидрата сульфата калия-магния». Кристаллические исследования и технологии . 41 (4): 328–331. Бибкод : 2006CryRT..41..328D. дои : 10.1002/crat.200510582. S2CID  96857276.
  22. ^ Сун, Юэхуа; Ся, Шупин; Ван, Хайдун; Гао, Шиян (июль 1995 г.). «Термическое поведение двойной соли скенита». Журнал термического анализа . 45 (1–2): 311–316. doi :10.1007/bf02548695. S2CID  95607489.
  23. ^ Мейерхоффер, Вильгельм; Коттрелл, Ф. Г. (1901). «Тройная соль кислоты». Журнал химического общества, Рефераты . 80 : 552. doi : 10.1039/CA9018005548.Родом из Зейта. Анорг. хим. 1901, 27, 442–444.
  24. ^ US 3726965, F. Andreasen & U. Neitzel, «Производство лангбейнита из соли сульфата калия и магния и сульфата магния», опубликовано 10 апреля 1973 г. 
  25. ^ ab Kirk, Raymond Eller; Othmer, Donald Frederick (1995). Энциклопедия химической технологии Kirk-Othmer, том 19. Пигменты в порошки, обращение (4-е изд.). John Wiley. стр. 531.
  26. ^ US 4195070, Рональд Дж. Аллен; Дэвид Г. Брейтуэйт и Джозеф П. Манискалко, «Приготовление раствора MgCl2 для процесса MgCl2 компании Nalco из MgSO4 и других солей MgSO4», опубликовано 25 марта 1980 г. 
  27. ↑ US 3082061, Raymond L. Barry & Woodrow W. Richardson, «Производство фторсиликата калия», опубликовано 19 марта 1960 г. 
  28. ^ US 3533735, Джером А. Лукес, «Производство хлорида калия из шенита и рассолов, содержащих калий, магний, хлорид и сульфат», опубликовано 13 октября 1970 г. 
  29. ^ abcde Стюарт, Фредерик Х. (1963). "Y. Морские эвапориты" (PDF) . В Флейшер, Майкл (ред.). Данные геохимии (6-е изд.). Вашингтон: Издательство правительства США. стр. Y10–Y25.
  30. ^ Иглесруд, Ивер (июнь 1932 г.). «Формирование океанических соляных отложений». Физика Земли V Океанография . Вашингтон, округ Колумбия: Национальный исследовательский совет Национальной академии наук. С. 184–195.
  31. ^ Onac, BP; White, WB; Viehmann, I. (февраль 2001 г.). «Леонит [K2Mg(SO4)2·4H2O], коньяит [Na2Mg(SO4)2·5H2O] и сингенит [K2Ca(SO4)2·H2O] из пещеры Таусоаре, горы Родней, Румыния». Mineralogic Magazine . 65 (1): 103–109. Bibcode :2001MinM...65..103O. doi :10.1180/002646101550154. S2CID  128761889.
  32. ^ Сноу, Майкл; Принг, Аллан; Аллен, Николь (ноябрь 2014 г.). «Минералы пещеры Вултана, хребет Флиндерс, Южная Австралия». Труды Королевского общества Южной Австралии . 138 (2): 214–230. Bibcode : 2014TRSAu.138..214S. doi : 10.1080/03721426.2014.11649009. S2CID  85665430.
  33. ^ Лейн, MD; Бишоп, JL; Дарби Дайар, M.; Кинг, PL; Паренте, M.; Хайд, BC (1 мая 2008 г.). «Минералогия почв Пасо-Роблес на Марсе». American Mineralogist . 93 (5–6): 728–739. Bibcode :2008AmMin..93..728L. doi :10.2138/am.2008.2757. S2CID  56095205 . Получено 14 ноября 2015 г. .
  34. ^ Золотов, М. Ю.; Шок, Э. Л. (2000). "Термодинамическая устойчивость гидратированных солей на поверхности Европы" (PDF) . Лунная и планетарная наука . XXXI : 1843. Bibcode : 2000LPI....31.1843Z.
  35. ^ Войсетшлегер, Гебхард; Дутц, Мириам; Пауль, Сабина; Шрайнер, Манфред (27 ноября 2000 г.). «Явления выветривания на естественно выветренном калийно-известково-силикатном стекле средневекового состава, изученные с помощью вторичной электронной микроскопии и энергодисперсионного микроанализа». Microchimica Acta . 135 (3–4): 121–130. doi :10.1007/s006040070001. S2CID  97530236.
  36. ^ Фут, Д. Г.; Хуайатт, Дж. Л.; Фройсланд, Л. Дж. (1984). Извлечение калия из технологических и отработанных рассолов путем испарения под действием солнца и флотации (PDF) . Горное бюро, Министерство внутренних дел США. стр. 2.
  37. ^ Ping-Yü, Ho; Gwei-Djen, Lu; Needham, Joseph (1976). Наука и цивилизация в Китае (переиздание). Кембридж: Cambridge University Press. стр. 75–98. ISBN 978-0521210287.
  38. ^ Гистер, Джеральд; Риек, Бранко (19 мая 1995 г.). «Мерейтерит, K2Fe[SO4]2·4H2O, новый минерал типа леонита из горнодобывающего района Лаврион, Греция». European Journal of Mineralogy . 7 (3): 559–566. Bibcode : 1995EJMin...7..559G. doi : 10.1127/ejm/7/3/0559.
  39. ^ Сиборг, Гленн Т. (1994). «Терминология трансурановых элементов». Терминология . 1 (2): 229–252. doi :10.1075/term.1.2.02sea.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Леонит» .