Calcite: The Miracle Mineral of the History of Polarization (Kan 2024)
Calcite, den mest almindelige form for naturligt calciumcarbonat (CaCO 3), et vidt udbredt mineral kendt for den smukke udvikling og store variation i dets krystaller. Det er polymorf (samme kemiske formel, men forskellig krystalstruktur) med mineralerne aragonit og vaterit og med flere former, der tilsyneladende kun findes under temmelig ekstreme eksperimentelle forhold.
Generelle overvejelser
Carbonatmineralerne kalcit, aragonit og dolomit er beregnet til at udgøre ca. 15 procent af jordens sedimenter og sedimentære klipper og ca. 2 procent af den jordiske skorpe. En stor procentdel af kalsitten, den mest rigelige af disse carbonatmineraler, forekommer i kalksten, som udgør bemærkelsesværdige andele af mange sekvenser af marine sedimenter. Calcite er også den vigtigste komponent i marls, travertiner, calcite vener, de fleste speleothems (hulaflejringer), mange kugler og carbonatites og nogle malmbærende vener.
Calcite er den stabile form af CaCO 3 ved de fleste temperaturer og tryk. Den orthorhombiske polymorf af CaCO 3, aragonit, skønt ofte afsættes i naturen, er metastabil ved stuetemperatur og -tryk og inverteres let til kalsit; inversionen er eksperimentelt vist at være spontan, når aragonit opvarmes til 400 ° C i tør luft og ved lavere temperaturer, når den er i kontakt med vand. Hexagonal vaterit, den anden naturlige polymorf af CaCO 3, er ekstremt sjælden og er blevet vist på laboratoriet at omdanne til kalsit eller aragonit eller begge sammen med sin dannelse - dvs. det ser ud til at være metastabelt under i det væsentlige alle kendte naturlige forhold.
Kemisk sammensætning
Nogle naturlige kalcitter er i det væsentlige ren CaCO 3; andre indeholder bemærkelsesværdige procentdele af andre kationer (f.eks. Mg, Mn, Fe, bor [B], brom [Br], Sr og / eller Y) i stedet for noget af deres calcium. Generelt sker der dog kun mindre substitution. Det er kun kendt, at mangan og magnesium erstatter calcium: manganocalcite og calcian rhodochrosite (dvs. calciumbærende MnCO 3) er blevet identificeret, og en fast opløsning har vist sig at være mulig fra ren CaCO 3 til 40 procent MnCO 3 og fra ren MnCO 3 til ca. 25 procent CaCO 3. Metastabile magnesiske calcites indeholdende fra ca. 5 til 18 procent MgCO 3 forekommer temmelig vidt som biogene skeletmateriale og som cement i nogle moderne marine sedimenter. Magnesiske calcites i den nedre ende af dette interval af MgCO 3- indhold udgør nogle marine oöider og kalkholdige tufas.
Mellem 60 og 70 elementer er blevet registreret i mindre eller spormængder i kalkstenanalyser. Nogle af disse elementer kan forekomme som substitutioner inden for kalsit; andre synes mere tilbøjelige til at repræsentere mindre bestanddele, såsom lermineraler, inden for de analyserede klipper.
Den kemiske sammensætning af kalsit er ansvarlig for den test, der er vidt brugt til at identificere den, især i marken. Denne test er baseret på det faktum, at kalsit reagerer med fortyndet saltsyre (HCI), og reaktionen manifesteres ved kraftig brus. (Fortynding af den anvendte HCI sædvanligvis er ca. 90:10 [vand: koncentreret HCI].) De involverede reaktioner er
Brusningen skyldes den spontane nedbrydning af kulsyre (H 2 CO 3) til producere carbondioxidgas, CO 2.
Krystallstruktur
Strukturen af kalsit - en af de første mineralstrukturer, der blev bestemt ved røntgenmetoder - er blevet beskrevet på tre forskellige baser. De to mest hyppigt anvendte baser, illustreret i figur 1, er den rigtige rhombohedrale enhedscelle, som er den akutte rhombohedron og opsplitningen rhombohedron opsætning. Den sande enhedscelle omfatter 2 CaCO 3 med calciumioner på hjørnerne af rhomboedre og CO 3 grupper, der hver består af et carbon ion i midten af en plan gruppe af oxygenatomer, hvis centre definerer en ligesidet trekant. Konfigurationen kan betragtes som en anden måde: strukturen består af skiftevis ark med hexagonalt arrangerede calciumioner og CO 3- komplekse anioner (se figur 1). Denne matrix er i det hexagonale (trigonale) krystalsystem. Det tredobbelte symmetri er ganske tydeligt i både krystaller og spaltnings-rhombohedroner (figur 2). Krystallerne forekommer hyppigst i hulrum i klipper - fx i vugs (inkl. Drusninger), i vesikler i stavede klipper og foring delvist fyldte sprækker. Mere end 300 former for kalsit er blevet genkendt.
Fysiske egenskaber
Calcite er farveløs eller hvid, når den er ren, men kan have næsten enhver farve - rødlig, lyserød, gul, grønlig, blålig, lavendel, sort eller brun - på grund af tilstedeværelsen af forskellige urenheder. Det kan være gennemsigtigt, gennemsigtigt eller uigennemsigtigt. Dens glans spænder fra glasagtig til kedelig; mange krystaller, især de farveløse, er glasagtige, medens granulære masser, især dem, der er finkornede, har tendens til at være kedelige. Calcite er nummer 3 på Mohs hårdhedsskala; således kan det let ridses af et knivblad eller en geologisk pluk. Det har en specifik tyngdekraft på 2,71. Tre perfekte spaltninger giver kalcit dens seks-sidede polyhedroner med diamantformede flader; vinklerne, der definerer ansigterne, er 78 ° og 102 °. De tre vigtige krystalvaner (karakteristiske former for mineralet) af kalsit er: (1) prismatisk (både kort og lang), (2) rhombohedral og (3) scalenohedral. Twinning er meget almindelig og kan være af sekundær oprindelse i krystallinske kalksten. Nogle calcites fluorescerer under ultraviolet lys; nogle er også triboluminescerende (selvlysende, når de ridses). Når lys passerer gennem nogle mineraler, er det opdelt i to stråler, der kører med forskellige hastigheder og i forskellige retninger. Dette fænomen kaldes dobbeltbrydning. Forskellen mellem hastighederne er især bemærkelsesværdig i kalsit, og derfor udviser krystaller af en farveløs sort - nogle gange kaldet Island-spar - dobbelt brydning, som kan ses med det blotte øje.
Den tidligere beskrevne kendsgerning, at kalcit bringer kraftigt ud med fortyndet saltsyre (muriasyre), skelner calcit fra dolomit, som den har tendens til at ligne både i udseende og forekomst. (Dolomit brænder kun, når den er i pulverform og med kun en langsom, ulmende virkning.)
I klipper, der overvejende består af kalsit, er mineralet typisk kornet med korn, der kun spænder fra et mikroskop, til dem, der er nogle få millimeter i størst dimension. Farven på de fleste af disse klipper er grå eller solbrun, men nogle kalsitkugler er hvide og nogle få er flerfarvede.
