Цельсиан — редкий минерал полевого шпата , алюмосиликат бария, BaAl2Si2O8 . Минерал встречается в контактных метаморфических породах со значительным содержанием бария . Его кристаллическая система моноклинная , и он белый, желтый или прозрачный на вид. В чистом виде он прозрачен. Синтетический алюмосиликат бария используется в качестве керамики в зубных пломбах и других областях применения.
Минерал назван в честь Андерса Цельсия (1701–1744).
Цельсий — это бариевый полевой шпат с химическим составом BaAl 2 Si 2 O 8 . Он входит в группу полевых шпатов и принадлежит к серии цельсиан -гиалофан и серии цельсиан -ортоклаз . Он имеет некоторое сходство с анортитом и имеет четыре различных полиморфа . Основные элементы — кремний, алюминий, кислород и барий. Некоторые распространенные примеси в минерале — железо, титан, магний, калий и кальций. Цельсий стабилен от комнатной температуры до 1590 °C (Лин и Фостер, 1968). Наиболее распространенными микроэлементами являются калий и кальций, при анализе приблизительного химического состава цельзиана были обнаружены следующие массовые %: • SiO 2 —35,1 • Al 2 O 3 ---26,8 • BaO----35,8 • K 2 O-----2,3 Всего:100,0 (Newham и Megaw, 1960).
Цельсиан встречается ограниченно. Большинство бариевых полевых шпатов связано с эксгалятивными гидротермальными процессами и метаморфизмом низкой и средней степени (Moro and Cembranos and Fernandez, 2001). Он также связан с осадочными и метаосадочными породами, месторождениями марганца, железомарганца и барита.
Цельсийский гранит можно найти в таких местах, как Уэльс, Самора (Испания), Аляска, Калифорния, Швеция и Япония, а также хендриксит на рудниках Франклина в Нью-Джерси.
Симметрия в цельзиане несколько отличается от симметрии, обычно встречающейся в полевых шпатах. Она моноклинная с объемно-центрированной решеткой, похожей на решетку анортита. Было найдено недостаточно доказательств, чтобы предположить, что у цельзиана отсутствует центр симметрии, поэтому его пространственная группа I 2/c (Newnham и Megaw, 1960). Пространственная группа отличается от других в своей группе, таких как ортоклаз, альбит и объемно-центрированный анортит, это C2/m, C1bar и I1bar.
Рентгеновский анализ показывает, что значения параметров решетки a , b , c, осей и углов приблизительно равны a = 863 пм , b = 131,0 пм, c = 1400 пм и β = 116°, θ = 90° (Гэй, 1956).
В ячейке имеется 8 формульных единиц, а общее положение является восьмикратным, поэтому все атомы могут находиться в общих положениях (Newnham и Megaw, 1960). Эта структура очень похожа на структуру ортоклаза и санидина, но отличается в нескольких отношениях:
Распределение кремния и алюминия вдоль тетраэдрических участков, смешанное с природой атома бария, оказывает влияние на окружающий силикатный каркас (Newham и Megaw, 1960). Связи Si-Al частично упорядочены, и в некоторых случаях алюминий заменяет кремний.
Порядок в цельсиане очень прост, каждый тетраэдр алюминия окружен четырьмя тетраэдрами кремния, и наоборот (Newham и Megaw, 1960). Также есть другой тип трансформации, помимо алюминий-кремний, где бедный кремнием переходит в богатую кремнием сеть, что подразумевает необходимость одновременной замены Al и Si в других местах.
Ион бария имеет нерегулярную конфигурацию, близкую к конфигурации калия в полевых шпатах. Каждый барий имеет кислородный близкий атом, и благодаря этой конфигурации он оказывает сильное влияние на углы связи кремний-кислород-кремний.
Существует четыре отличительных полиморфа цельзиана, два из которых являются природными минералами, а два других — синтетическими продуктами. Первые — парацельсиан и цельзиан, вторые — гексацельсиан, а третий связан с минералом кимритом (Лин и Фостер, 1967). Порядок возрастания стабильности — парацельсиан→гексацельсиан→цельсиан в диапазоне температур от 500 °C до 1000 °C.
При повышении температуры от 1600 °C до 1760 °C он переходит из цельсиана в обратимую форму гексацелсиана. Парацельсиан менее стабилен, чем два других, а цельсиан является наиболее стабильным.
Бариевые полевые шпаты встречаются в оптически однородных кристаллах, где двойникование развито слабо, за исключением крупных кристаллов. Было идентифицировано восемнадцать кристаллических форм; одиннадцать из них совпадают с известными для ортоклаза. Наблюдаемое двойникование включает двойники Манебаха на (001) и двойники Бавено на (021). Было обнаружено, что некоторые образцы цельзиана имеют редкое пластинчатое двойникование (Спенсер, 1941).
Цельсиан показывает ac(001) совершенную спайность и ab(010) хорошую спайность, что отличает его от полиморфного парацельсиана, который имеет [110] нечеткую спайность. Существуют различные габитусы кристаллов, такие как адуляр , более крупные, крепкие кристаллы (Спенсер, 1941), и длинные, тонкие или игольчатые. Обычно он бесцветный и прозрачный с перламутровым или нефлуоресцентным блеском.
Плотность составляет около 3,31-3,33 г/см3 . Это может быть связано с некоторыми примесями в структуре минерала. Он имеет твердость 6 по шкале Мооса , эта твердость обусловлена короткой длиной связи в структуре, поскольку относительно короткие связи, как правило, тверже.
Другие оптические свойства: угол 2V, который составляет приблизительно 88° с максимальным двупреломлением 0,014, двуосный с отрицательным знаком (Newnham и Megaw, 1960). Имеет умеренный рельеф.
Применение цельзиана в основном связано со стеклом и керамикой. Это применение обычно достигается путем приготовления чистого синтетического моноклинного цельзиана.
Цельсиан обладает очень привлекательными свойствами, такими как химическая стабильность и высокая механическая прочность, которые можно выгодно использовать для получения композитов с улучшенными характеристиками по сравнению с объемным стеклом. (Cannillo, Carlier, Manfredini, Montorsi и Siligardi 2006). Многие исследования показывают, что увеличение количества фаз цельсиана в стеклах приводит к увеличению объема кристаллизации (Khater и Idris, 2004).