كروتيت

كروتايتي هي معدن طبيعي من أكسيد الكالسيوم والألومنيوم ب الصيغة الكيميائية المثالية CaAl₂O₄. يُصنف على أنه معدن أكسيد ويُعرف بشكل رئيسي من خلال الشقائق الغنية بالكالسيوم والألمنيوم في المكونات الأولية للكويكبات الكربونية. على عكس معظم المعادن الأرضية الشائعة، يُوجد كروتايتي عادةً كحبوب دقيقة مدمجة في الحجارة المعدنية بدلًا من أن تكون بلورات كبيرة منفصلة.

يحتوي الصيغة المثالية على ذرة كالسيوم واحدة وذرتين من الألومنيوم وأربع ذرات من الأكسجين. تبلغ التركيبة النظرية حوالي 25.4% كتلة كالسيوم و34.1% كتلة ألومنيوم و40.5% كتلة أكسجين. عند التعبير عنها كأكاسيد، فإن التركيبة تتوافق مع حوالي 35.5% كتلة CaO و64.5% كتلة Al₂O₃. قد تحتوي الحبيبات الطبيعية على انحرافات كيميائية طفيفة، ولكن يتم تعريف المعادن بتركيبها CaAl₂O₄ وبنية بلوراتها المميزة.

كروتايتي هي الشكل المنخفض الضغط لـ CaAl₂O₄. الشكل العالي الضغط يُسمى دميتري إيفانوفيت. لهذه Mineralتين نفس الصيغة الكيميائية المثالية ولكن ترتيب ذرات مختلف، لذلك يجب تمييزها بالطرق البلورية بدلًا من التركيب الكيميائي وحده. كروتايتي مرتبطة أيضًا بالمركبات الاصطناعية لأكالين الكالسيوم المستخدمة في السيراميك المقاوم للحرارة وأسمنت أكالين الكالسيوم، على الرغم من أن أكالين الكالسيوم الصناعية لا تُصنف تلقائيًا كمعادن كروتايتي.

تاريخ واكتشاف كروتايتي

تم وصف كروتايتي كمعدن جديد رسميًا في عام 2011. جاء مادة النوع من المذنب نوا 1934، وهو حبيبة كربونية من نوع CV3 تم جمعها في شمال غرب إفريقيا. يظهر المعدن داخل تضمينات ثانوية للكالسيوم والألومنيوم، والتي تُلخَّص عادةً باسم CAI. هذه التضمينات من بين المكونات الأكثر مقاومة للحرارة المحفوظة في المذنبات الكربونية الأولية.

تم تسمية المعادن على اسم ألكسندر إيه. كروت، عالم الكيمياء الفلكية الذي ركز بحثه على حبات المذنبات، والوحدات المتجمدة، وعمليات التكاثف، وتطور الكيمياء المبكر للكون. تم الموافقة على المعادن من قبل الجمعية الجيولوجية الدولية تحت التصنيف IMA 2010-038.

وصف الأصل اعتمد على التحليل الكيميائي، والمجهر الإلكتروني، والتحليل البلوري، والملاحظات البترغرافية. كان هذا الجمع ضروريًا لأن حبيبات كروتايتي صغيرة وتحدث في تجميع معقد من أكاسيد الكالسيوم-الألومنيوم، والسيليكات، وأطوار مقاومة أخرى. لن يكون التحليل الكيميائي القريب من CaAl₂O₄ كافيًا بحد ذاته، لأن هناك عدة معادن مرتبطة لها نسب عنصرية مشابهة أو قد تحدث في نفس الحضانة المعدنية.

تشكيل ووجود كروتايتي الجيولوجي

تتشكل أشكال كروتايت تحت ظروف درجات حرارة عالية وضغط منخفض في بيئة كيميائية قوية المقاومة للحرارة. يُفسر التضمين الذي يحتوي على كروتاييت في NWA 1934 كمنتج لتك(condensation) أو تبلور من غاز ساخن في الضباب الشمسي المبكر. اعتبارات التوازن الطوري تشير إلى حدوث التشكل عند درجات حرارة تبلغ حوالي 1500 درجة مئوية أو أعلى تحت ظروف ضغط منخفض. هذه الظروف متوافقة مع تشكيل المواد الصلبة المقاومة للحرارة قبل تكثف العديد من العناصر والمعادن أكثر تطايرًا.

الكالسيوم والألومنيوم من العناصر الرئيسية الأقل تبخرًا في الضباب الشمسي. عندما برد الغاز النجمي الساخن، يمكن لهذه العناصر أن تتفاعل مع الأكسجين لتشكل أكاسيد مقاومة للحرارة وأكاسيد سيلكات الكالسيوم والألومنيوم. لذلك يسجل الكروتاي مرحلة عالية درجة الحرارة في تشكيل المعادن حدثت قبل تجميع الكويكب الأم للمeteorite. لا ينبغي خلط تشكيله مع العمليات البركانية أو الهيدروثيرمالية أو التحولية العادية على الأرض.

في NWA 1934، يتركز كروتايتي في الأجزاء المركزية والصهارة لشظية غير عادية غنية بالكالسيوم والألومنيوم. يظهر مع بيروفسكايت، جيلينيت، هيرسينيت، مايانيت، غروسيت، هيبونيت، سبينيل، وديوبسيد. تم الإبلاغ أيضًا عن الهكساموليبديوم المتبقّي. تشير مجموعة المعادن إلى أن الشظية مررت بمراحل متعددة من التكثيف والتبلور والتفاعل، وربما الانصهار الجزئي، بدلًا من أن تتشكل من خلال رد فعل بسيط واحد.

تم وصف الجزء الخارجي للإدراج بأنه يملك مظهرًا يشبه القشرة المكسورة أو "البيضة المكسورة". بعض الشقوق مملوءة بهيدروكسيدات الحديد والألومنيوم. هذه المعادن المائية تُفسَّر على أنها منتجات لعمليات تعرية على الأرض حدثت بعد وصول الحجر المعدني إلى الأرض. لا تُعتبر هذه المنتجات أولية ناتجة عن البيئة الضوئية الشمسية. هذه التمييز مهمة لأن عمليات التعرية يمكن أن تغير حدود وأسطح حبيبات كروتايتي الأصلية.

البنية البلورية لكروتايتي

يُبلور كروتاييت في نظام البلورات المونوكلينية. يُبلغ عن مجموعته الفراغية هي P2₁/ن، عدد مجموعة المساحة 14. تم تحديد معايير الخلية البلورية للمادة النوعية بشكل تقريبي أ = 8.6996 (3) Å, ب = 8.0994 (3) Å, ج = 15.217 (1) Å، و β = 90.188(6)°تحتوي الخلية الوحدوية على اثني عشر وحدة صيغية، وتُعبَّر عنها بـ ز = 12، ويبلغ حجمها المحسوب حوالي 1071 Å³.

يمكن وصف الهيكل بشكل عام كإطار يهيمن عليه مكعبات الألمنيوم والأكسجين، وخاصةً مكعبات AlO₄، مع احتلال الكالسيوم لمواضع هيكلية أكبر داخل الإطار. لا يشبه الترتيب الهيكلية المكعبة، حتى أن الصيغة الكيميائية تمتلك العلاقة النسبية العامة لcation ثنائي التكافؤ إلى اثنين من cations ثلاثي التكافؤ وأربع ذرات أكسجين.

الاختلاف بين كروتاييت وديمتري إيفانوفايت هو هيكلي وليس تكويني. لكل من الطورين الصيغة الكيميائية CaAl₂O₄، ولكنها مستقرة تحت ظروف ضغط مختلفة ولديها ترتيبات مختلفة لذراتها. كروتاييت يمثل الشكل ذي الضغط المنخفض، بينما يرتبط ديمتري إيفانوفايت بظروف ضغط أعلى.

بسبب أن الكروتاييت الطبيعي يظهر على شكل حبيبات صغيرة محاطة بمعادن أخرى، فإن الوجوه البلورية الخارجية المطورة بشكل جيد نادرة. لذلك تُستخدم عادةً طرق التحليل بالأشعة السينية أو التشتت الإلكتروني أو التشتت الإلكتروني العكسي للحصول على معلومات بنائية. هذه الطرق تكون مفيدة بشكل خاص عندما تكون الحبيبات صغيرة جداً لتحليل البلورات الفردية التقليدي.

خصائص كروتايتي الفيزيائية والكيميائية

يُلاحظ كروتاي عادة كحبات دقيقة في المقاطع المط磨ة أو المقاطع الرقيقة. وصف لونه وبريقه أقل تشخيصية من كيميائه وهيكله البلوري لأن المظهر الظاهري يعتمد على سماكة الحبيبة، والاتجاه، والمعادن المحيطة، والتغير. قد يبدو المادة الطبيعية عديمة اللون إلى بني فاتح تحت الضوء المنقول أو المنعكس، بينما قد تكون حدود حبيبات الفردية صعبة التمييز في التضمينات المعقدة.

الصلادة المبلغ عنها حسب مقياس موهس تقارب 6.5، والكثافة المحسوبة حوالي 2.94 جم/سم³. من الصعب قياس الكثافة بشكل مباشر لأن الحبيبات صغيرة جداً وغالباً ما تكون متداخلة مع مراحل أخرى. كما يصعب تقييم الانقسام والانكسار بشكل موثوق على الحبيبات الفردية لنفس السبب.

التركيب الكيميائي المثالي هو CaAl₂O₄. من المتوقع عادة أن تظهر تحليلات الميكروسكوب الإلكتروني نسبة كالسيوم إلى ألومنيوم تقارب 1:2، بعد إجراء تعديلات للأكسجين والشكليات التحليلية. قد توجد كميات قليلة من المغنيسيوم والسيليكون والتيتانيوم والحديد والصوديوم أو عناصر أخرى بمستويات معدنية أو قد تُدخلها التلوث من المعادن المجاورة. لا تحدد هذه المكونات القليلة بشكل تلقائي نوعًا منفصلًا من كروتايتي.

كروتايتي مستقرة فقط داخل مجال معين من الضغط والحرارة والمكونات. عند ضغوط أعلى، قد تتخذ كاال2و4 هيكل دميتري إيفانوفيت. تحت ظروف كيميائية مختلفة، قد تشكل الكالسيوم والألومنيوم بدلاً من ذلك جروسيت، هيبونيت، جيلينيت، مايانيت، بيروفسكايت، أو أكاسيد وأكاسيد سيليكات أخرى للكالسيوم والألومنيوم.

أنواع و أنواع كروتايتي

لا توجد أصناف مكتملة للحجاريات أو أصناف لونية تجارية معترف بها رسميًا للكروتايتس. تأتي الفئات التالية على شكل وصفية بدلًا من تقسيمات معدنية رسمية:

كروتايتي المطيرة: الكروتاييت الطبيعي الموجود في التضمينات الكالسيومية-الألومينيومية للكويزrites الكربونية، بما في ذلك المادة النوعية من NWA 1934.
الضغط المنخفض CaAl₂O₄: كروتايتي هي الشكل الهيكلي بضغط منخفض لـ CaAl₂O₄.
الضغط العالي CaAl₂O₄: ديميتري إيفانوفيت هو الشكل ثنائي الشكل تحت الضغط العالي لـ CaAl₂O₄. وهو نوع معدني منفصل، وليس نوعًا من كروتيد.
أكالينات الكالسيوم الاصطناعية: يمكن أن يشبه كروتايتي الكيميائي أو الهيكلي المُنتَج في المختبر من كاال2و4، لكنه مادة اصطناعية بدلًا من وجود طبيعي لمعادن.

تختلف أبعاد الحبيبات ومحتوى العناصر المعدنية والتحلل والمعادن المرتبطة، مما قد ينتج عنه مظهر مختلف في عينات حجارة معدنية فردية. هذه الاختلافات تصف تاريخ الحبيبات الجيولوجي ولا تمثل أصنافًا معترفًا بها رسميًا.

أين يُوجد كروتايتي؟

أفضل حدث طبيعي موثق للكروتايتي هو المكون الغني بالكالسيوم والألومنيوم في الحبيبة الكربونية CV3 NWA 1934. تم استخراج الصخور المغناطيسية في شمال غرب إفريقيا، ولكن كروتايتي نفسه تشكل منذ زمن بعيد في النظام الشمسي، على الأرجح في منطقة ذات درجة حرارة عالية من الضباب الشمسي.

داخل المذنب، توجد كروتايتي بشكل رئيسي في الأجزاء المركزية والغلافية للشظايا الحرارية. إنها مرتبطة بمعادن مثل البيروفسكايت، جيلينيت، هيرسينيت، مايانايت، غروسايت، هيبونايت، سبينيل، وديوبسيد. توفر هذه المعادن دليلاً على عمليات تكثف وتك cristallization عالية درجة الحرارة تتضمن الكالسيوم، والألومنيوم، والتيتانيوم، والمغنيسيوم، والسيليكون، والأكسجين.

لا ينبغي خلط كروتايتي بمعادن أرضية شكلت في المكان الذي تم فيه استعادة المذنب. تأثرت الأجزاء الخارجية للشظايا بالترطيب والتأكسد بسبب وجود المذنب على الأرض، ولكن حبيبات كروتايتي الأولية تشكلت قبل وجود جسم والد المذنب. لا يوجد موقع جيولوجي أرضي معروف مرتبط بكروتايتي.

كيفية التعرف على كروتايتي

لا يمكن عادةً التعرف على الكروتايتي من خلال الملاحظة البصرية العادية. الحبيبات صغيرة، وغالبًا ما تكون متشابكة مع مراحل مقاومة أخرى، وقد تشبه عدة أكاسيد وأكاسيد سيليكا للكالسيوم والألمنيوم. لذلك تُستخدم المراجعة البترографية كخطوة أولى، تليها التحليل الكيميائي والبلوري.

يمكن أن تكشف الميكروسكوبية للقطع الرقيقة أو المطورة عن شكل الحبيبات، والاتصالات، والمناطق المحيطة، والشذيرات، والعلاقات مع المعادن المحيطة. إن التصوير بالإلكترونات المنعكسة في ميكروسكوب الإلكترون الماسح مفيد لأن الأطوار ذات الأعداد الذرية المتوسطة المختلفة تنتج مستويات مختلفة من تباين الصورة. وهذا يسمح بتحديد مناطق كروتايتي قبل التحليل الكمي.

تحليل الميكروسكوب الإلكتروني يُستخدم عادةً لتحديد تركيزات الكالسيوم والألومنيوم والأكسجين بالحسابات التكافؤية وأي عناصر ثانوية. يجب إجراء التحليل بعيدًا عن حدود الحبيبات لأن التلوث من الجيلينيت والهيبونيت والغروسايتي والميانايت أو أي معادن مجاورة أخرى يمكن أن ينتج تركيبًا خاطئًا.

يُطلب التأكيد البلوري عندما يكون التمييز بين الطور المرتبط مهمًا. يمكن استخدام أشعة إكس، وتشتت الإلكترونات، وتشتت الإلكترونات العكسية لاختبار هيكل المونوكليني وتوافقه مع مجموعة الفضاء P2₁/n. إن ط espectر أشعة إكس ذات الطاقة الواحدة لا يكفي عادةً، خاصة عندما يكون الحبيبة بعرض عدة ميكرومترات.

المعادن المهمة التي يجب التمييز بينها مع كروتاييت تشمل جرُوسايت، CaAl₄O₇؛ وهيبونايت، CaAl₁₂O₁₉؛ وجيلينايت، Ca₂Al₂SiO₇. قد توجد أيضًا مايِنَايت في نفس الإدراجات الحرارية. ديمتري إيفانوفايت تتطلب انتباهًا خاصًا لأنها لها الصيغة الكيميائية المثالية نفسها كما كروتاييت ولكن بنية بلورية مختلفة.

تطبيقات و استخدامات كروتايتي

الكروتاييت الطبيعي لا يُستخدم بشكل محدد كحجري جوهر أو مادة زخرفية أو مواد خام صناعية أو خام منفصل يتم استخراجه. حبيباته صغيرة جداً ومنتشرة بدرجة كبيرة لدرجة أن استخراجها غير اقتصادي. عادة ما يتم دراسة هذا المعدن كجزء من أقسام المذنبات وأدراجات الكالسيوم-الألومنيوم الغنية.

يتمحور أهمها على التحليل والكيمياء الكونية. تقدم المكونات التي تحتوي على كروتايت معلومات عن التكثيف درجة الحرارة العالية، وتشكيل المعادن الكالسيوم-الألومنيوم، وتركيب الغاز في الضباب، وظروف الضغط-درجة الحرارة التي كانت موجودة خلال المراحل الأولى من تاريخ النظام الشمسي. كما توفر أيضًا مرجعًا طبيعيًا للمقارنة بين الطبقات المعدنية الفضائية مع الكالسيوم الألومينات المُصَنَّعة تجريبيًا.

الكالسيوم الالومنات الاصطناعية CaAl₂O₄ ومرتبطة بها تُستخدم في السيراميك المقاوم للحرارة، والمواد الرابطة ذات درجات الحرارة العالية، والأسمنت الكالسيومي الالومني. هذه التطبيقات الصناعية تتعلق بالمواد المصنعة ذات التركيبات والسجلات المعالجة المحددة. إنها لا تمثل تطبيقات تجارية مباشرة للكاليت الطبيعية.

يمكن لـ Krotite أيضًا مساعدة في التمييز بين الميزات الوليدة للضباب وتأثيرات لاحقة. قد يحتفظ حبيبة محفوظة في داخل شظية مقاومة للحرارة بدليل على تكوينها درجة حرارة عالية، بينما قد تكون أطرافها مُعدَّلة بواسطة الترطيب أو الأكسدة أو تآكل الأرض. لذلك يجب أن تأخذ التفسيرات المناخية في الاعتبار كل من الهيكل البلوري الأصلي والتاريخ اللاحق للمحطة.

المعادن ذات الصلة والتسمية

يُنتمي كروتايتي إلى مجموعة أوسع من المعادن المقاومة للكالسيوم-الألومنيوم الموجودة في الحطام الكوكبي الأولي. تشمل هذه المواد الهيبونايت والجروسايت والبيروفسكايت والسبينيل وجيلينيت ومياينيت. تختلف فيما يتعلق بالنسب الكيميائية والتوزيع البنائي ومحتوى الأيونات وظروف الاستقرار.

يُستخدم اسم كروتاييت بشكل خاص للمرحلة الطبيعية منخفضة الضغط CaAl₂O₄ ذات هيكل كروتاييت. لا ينبغي استخدامه كمصطلح عام لكل الكالسيوم الألومينات ذات التركيب العددي نفسه. على وجه الخصوص، يُعتبر دميتري إيفانوفايت نوعًا منفصلًا من المعادن لأنه يمثل شكلًا هيكليًا مختلفًا لـ CaAl₂O₄.

المراجعات

ما، جي.، كامف، أ. آر.، كونولي، ه. سي.، إلخ. (2011). "كروتايتي، كا알₂و₄، معدن مقاوم جديد من حجر المريخ نوا 1934." المنجيتى الأمريكى، 96، 709–715. https://doi.org/10.2138/am.2011.3693

جمعية علم المعادن الأمريكية. "كروتايتي". دليل علم المعادن. PDF