كيرنوايت

كيرنويت هو معدن كوبالت-حديد الأرسينات المائي ذو الصيغة الكيميائية المثالية Cu₂Fe(AsO₄)(OH)₄·4H₂O. وهو معدن أرسيناتي والبديل المهيمن على الحديد الثلاثي لليروكونيت، Cu₂Al(AsO₄)(OH)₄·4H₂Oفي سلسلة ليروكونايت-كيرنويت، يحل Fe³⁺ محل Al³⁺ في موقع بنائي دون تغيير جوهري للإطار العام. يُعرَّف كيرنويت حيث يكون الحديد الثلاثي هو المحتل السائد لهذا الموقع؛ بينما يبقى المادة ذات التفوق الألومنيومي ليروكونايت، حتى إذا كان لونها أخضر بشكل قوي.

يُعرف المعدن من عينات قديمة على الأرجح تم جمعها في منجم Wheal Gorland بالقرب من St Day، كورنوال، إنجلترا. يظهر كمعدن ثانوي في الجزء المؤكسد من تجميع خام يحتوي على النحاس. kernowite عادة ما يكون أخضر، بينما liroconite الذي يهيمن عليه الألومنيوم عادة ما يكون أزرق إلى أخضر فاتح. يمكن أن يشير اللون إلى زيادة في محتوى الحديد، ولكن لا يمكن تحديد هوية المعدن لأن العديد من العينات الخضراء التي تم تسميتها تاريخيًا بـ liroconite تظل تحتوي على ألومنيوم بشكل كبير عند التحليل.

تاريخ واكتشاف كيرنويت

تم الموافقة على كيرنويت كespécie جديدة من المعادن من قبل الجمعية الجيولوجية الدولية في عام 2020 تحت رقم اقتراح IMA 2020-053. تم نشر وصف المعادن الرسمي لـ Kernowite في عام 2021. لا يُعتبر المادة النوعية عينة تم جمعها حديثًا؛ بدلًا من ذلك، هي عينة تاريخية ربما تم استخراجها حوالي عام 1800 في Wheal Gorland. قبل إعادة مراجعتها، كانت العينة مصنفة على أنها ليروكونيت، وقد مرّت عبر عدة مجموعات تاريخية للتعدين، بما في ذلك مجموعات المُجمِّع الكورنيشي فيليب راشلي وسir أرثر راسل.

تم تسمية المعادن باسم كيرنواو، الاسم الكورني لكورنوال. تُظهر الاختيارات أن نوع المكان يعكسه وليس شخصًا معينًا. تم تحديد كيرنويت بعد فحص جيولوجي أظهر أن الحديد الثلاثي، بدلًا من الألومنيوم، يهيمن على الموقع المكعب المعين في المادة التي كانت مصنفة سابقًا مع ليروكونايت.

تُظهر معرفته اختلافًا تركيبيًا ضمن سلسلة معروفة من المعادن. كانت الملاحظات السابقة قد أثبتت أن عينات الليروكونيت الأزرق تحتوي غالبًا على كمية أكبر من الحديد مقارنة بالعينات الزرقاء. ومع ذلك، لا يكفي احتواء الحديد لتحديد نوع منفصل. تقتصر كيرنوفايت على المواد التي يتجاوز فيها Fe³⁺ Al³⁺ في الموقع الهيكلي المناسب. تعتمد هذه التعريفات للأنواع على قاعدة المكون الرئيسي المستخدمة في نomenclature المعادن الحديثة.

تشكيل ووجود جيولوجية كيرنويت

يحدث كيرنويت كمعدن ثانوي في تجاويف داخل الجوسان الغني بالكوارتز. الجوسان هو مادة مُكسَّرة ومتعرية نشأت فوق أو حول خامات تحتوي على مركبات كبريتيدية. في المادة النوعية، تحتوي التجاويف على كبريتيدات رمادية غير متمايزة بشكل جيد على شكل بلورات دقيقة ومركبًا غير بلوري يحتوي على الباريوم، بما في ذلك فارماكوسيدريت والمعادن من مجموعة أوليفينايت. هذه العلاقة متسقة مع تشكيل المعادن أثناء أكسدة وتعديل تجميع أولي للكوبالت-الباريوم الكبريتيد.

يحتاج تشكيل كيرنويت إلى توفر النحاس والحديد الثلاثي والأرسينيك والأكسجين والسوائل المحتوية على الهيدروكسيل والماء. خلال التعرية، يمكن أن تطلق أكسدة الكبريتيدات الأولية أيونات Cu²⁺ وFe³⁺ إلى محاليل حمضية أو محليًا محايدة. قد يتم إطلاق الأرسينيك من الكبريتيدات أو الأرسينيدات المحتوية على الأرسينيك وتنقل كأيونات أرسينات تحت ظروف أكسدة. حيث تتداخل هذه المكونات في مساحات مفتوحة، مثل الشقوق والغرف في الجوسان، قد تتبلور أكاسيد الأرسينات المائية للنحاس والحديد.

حالة ترطيب المعادن تشير إلى التشكيل في بيئة مائية قرب السطح أو درجات حرارة منخفضة بدلًا من الظروف المغماوية ذات درجات الحرارة العالية. ووجودها مع معادن الفارماسيديريت والكوبالتيت تُظهر أيضًا تغيرات محلية في الرقم الهيدروجيني وظروف التأكسد والاختزال، وتركيزات المعادن المذابة، ونشاط الماء. قد تتغير هذه الظروف على مسافات صغيرة داخل نفس المنطقة المعدنية المؤكسدة، مما يسمح بتطور عدة معادن كبريتات النحاس والمعادن الحديدية معًا.

البنية البلورية للكيرنويت

يبلور كيرنويت في نظام البلورات المنحي. تم تحديد هيكله بواسطة تحليل الأشعة السينية ل cristal واحد في مجموعة الفضاء I2/a، إعداد غير قياسي لمجموعة الفضاء التقليدية C2/cالهيكل مرتبط بشكل وثيق ببنية الليروكونيت، وهو ما يتوافق مع استبدال Fe³+ بـ Al³+ بدلًا من إعادة بناء هيكل المعادن تمامًا.

يتألف الهيكل من أربعيات أرسينات مرتبطة، وثمانيات معدنية تحمل هيدروكسيلات، والماء. يحتل النحاس مواقع تأثرت بتحريف جان-تيلر المميز للمركبات التي تحتوي على Cu²⁺، مما يؤدي إلى بيئات إحداثية ممدودة للنحاس-الأكسجين. يحتل الحديد الثلاثي موقعًا مكعبًا يتم تزويته بشكل أساسي بالألمنيوم في الليروكونيت. يؤدي استبدال Al³⁺ بcation أكبر وهو Fe³⁺ إلى اختلافات هيكلية قابلة للقياس مع البقاء على نفس النوع الأساسي للهيكل.

تُعتبر جزيئات الماء ذات أهمية بنائية في كيرنويت. تحتوي الصيغة المثالية على أربعة جزيئات ماء لكل وحدة صيغة، بالإضافة إلى أربع مجموعات هيدروكسيل. تساهم الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء ومجموعات الهيدروكسيل وأيونات الأكسجين في هياكل الرباعيات الباريتية في استقرار الهيكل المعزول بالماء. قد يؤثر فقدان أو تعديل الماء البنائي على المعدن أثناء التسخين أو التجفيف أو التغير الطويل.

خصائص كيرنوايت الفيزيائية والكيميائية

يُوصف كيرنويت عادة بلون أخضر إلى أخضر إمerald. لونه مرتبط بوجود Cu²⁺ و Fe³⁺، على الرغم من أن اللون الدقيق يعتمد على سماكة الحبيبة، اتجاه البلورة، الشوائب، حالة السطح، والنسب النسبية للحديد والألومنيوم. قد يظهر كبلورات صغيرة أو كتل بلورية تغطي الفراغات في مواد القيثوس-جوسان. وبسبب أن المادة الموثقة تأتي من عينات قديمة وهي مختلطة بشكل وثيق مع مراحل ثانوية أخرى، فإن العديد من القياسات الفيزيائية التقليدية محدودة.

الصيغة المثالية، Cu₂Fe(AsO₄)(OH)₄·4H₂Oيحتوي على النحاس والصوديوم والأملاح ويريدات الحديد والهيدروكسيل والماء الجزيئي. تحليل الميكروسكوب الإلكتروني للمادة النوعية، مع دعم التحليل الرامان، أعطى تركيبًا تجريبيًا قريبًا من Cu₁.₈₈(Fe₀.₇₉Al₀.₀₉)Σ₀.₈₈(As₁.₁₂O₄)(OH)₄·3.65H₂O. تُظهر هذه التحليلات أن المادة النوعية ليست مثالية كيميائيًا: تحتوي على أليمنيوم طفيف وانحرافات صغيرة في محتوى النحاس والحديد والزئبق والماء. مثل هذه الانحرافات شائعة في المعادن الثانوية المائية ولا تؤثر على تحديد النوع عندما يبقى Fe³⁺ هو السائد على Al³⁺.

يجب معاملة كيرنويت كمعدن مائي قد يكون حساسًا للتغير. يمكن أن تؤدي التجفيف السطحي والتحلل الجوي والتشقق الدقيق والخلط مع المراحل الارسيناتية المجاورة إلى تعقيد نتائج التحليل. إن مظهره الضوئي وتركيبه الكيميائي التقريبي يُعتبران مؤشرات أولية مفيدة، ولكن تحديد الهوية النهائي يتطلب تحليلًا количествياً وتثبيتًا هيكلياً.

أنواع و varieties من كيرنويت

لا توجد أصناف معترف بها رسميًا لـ Kernowite. تصف المفردات التالية العلاقات التركيبية أو الجيولوجية بدلًا من أصناف منفصلة:

• كيرنويت يعتمد على الحديد: المواد في سلسلة الليروكونايت-كيرنوفايت حيث يهيمن Fe³⁺ على Al³⁺ في الموقع البنائي المناسب.
• كيرنويت يحتوي على الألومنيوم: قد يحتوي كيرنوفايت على كميات صغيرة من Al³⁺، كما يظهر من تحليل المادة النوعية. يبقى كيرنوفايت كيرنوفايت طالما أن Fe³⁺ هو السائد.
• المواد المتوسطة ليروكونيت-كيرنويت: تظهر عينات ذات محتوى متغير من Fe³⁺ و Al³⁺ ضمن سلسلة الحلول الصلبة. يعتمد اسم المعدن على الكاتيون السائد، وليس على اللون.
• الليروكونيت الأخضر: اللون الأخضر وحده لا يثبت أن هناك كيرنويت. العديد من العينات الخضراء تبقى سائدة بـ Al³⁺، ويجب تحديدها كليروكونيت بعد التحليل الكيميائي.

أين يُوجد كيرنويت؟

المنطقة المكانية المُثبتة هي ويل غورلاند، بالقرب من ست داى في كورنوول، إنجلترا. كانت ويل غورلاند جزءًا من المنطقة المهمة تاريخيًا لتعدين النحاس حول ست داى، وكانت تُستغل بشكل رئيسي لاستخراج خامات النحاس. يرتبط العينة النوعية بمواد منجم قديمة، ومن المحتمل أن تكون قد تم جمعها حوالي عام 1800، ثم تم الحفاظ عليها لاحقًا في مجموعات المتاحف.

يُذكر矿石 من تجويفات في روكام-غوسان بدلًا من أن يُذكر من خامات كبريتيد غير مُعَدَّلة. تشمل معاصرته المباشرة مراحل أرسنيك ضعيفة التبلور، وفارماكوسيدرイト، وأملاح أوليفينيت، والمواد الكبريتيدية الرمادية غير المميزة. هذا السياق مميز لجمعية معادن النحاس-الأرسنيك المؤكسدة.

لا ينبغي في الوقت الحالي اعتبار كيرنويت معدن شائعًا مع وجود العديد من المواقع المؤكدة. إن تعريفها الرسمي حديث، وقد لا تكون العديد من العينات الخضراء التاريخية من كورنوول أوdepositات النحاس المؤكسدة الأخرى قد تم فحصها باستخدام الطرق الكمية والبلورية الحديثة. يتطلب المادة الموصوفة تاريخيًا على أنها ليروكونيت غنية بالحديد إعادة تحليل قبل أن يمكن تصنيفها ضمن كيرنويت.

كيفية التعرف على كيرنويت

يمكن أن توفر الملاحظة البصرية مؤشرًا أوليًا لأن كيرنويت غالبًا ما يكون أخضر ويوجد في تجميع نحاسي مُكسَّر وArsenic. ومع ذلك، فإن التعرف البصري غير موثوق به. يمكن أن توجد أرسينات النحاس وأكاسيد الفوسفات والنحاس وأكاسيد الحديد المائية وأكاسيد الأرسينيك الخضراء في نفس البيئة وقد تشبه بعضها البعض في العينة اليدوية أو تحت المجهر.

تحليل الميكروسكوب الإلكتروني هو الطريقة الأساسية لتحديد ما إذا كان Fe³⁺ أو Al³⁺ يهيمن على الموقع المعني. يجب أن تقيس التحليل الكمية النحاس والكروم والألمنيوم والزئبق والعناصر الأخرى المحتملة التي تستبدلها، بينما يجب استنتاج محتويات الماء والهيدروكسيل من التوازن الكيميائي وتعزيزها قدر الإمكان باستخدام الطرق الطيفية. إن طيف رامان مفيد لتاكيد وجود مجموعات الزئبق، ومجموعات الهيدروكسيل والماء البنائي، خاصة عندما تكون البلورات صغيرة جداً لدرجة لا يمكن معها استخدام الطرق التقليدية للحجم.

تُقدّم تقنية أشعة إكس المُكثّفة ذات البلورة الواحدة التأكيد المباشر الأفضل للكشف عن التركيب حيث يمكن عزل بلورة مناسبة. قد تساعد أيضًا تقنيات أشعة إكس المُسحوبية، والانكسار الإلكتروني، وانكسار الإلكترونات العائدة في التعرف على المواد، رغم صعوبة التفسير عندما تكون الحبيبات صغيرة أو غير مكثّفة أو مائية أو متداخلة مع مراحل ثانوية أخرى. لذلك يجب أن تقوم التعرف على كيرنويت بدمج الوجود، والمكون الكيميائي، وبيانات رامان، وأدلة البلورية.

النوع الرئيسي من المعادن التي تتطلب التمييز هو الليروكونيت، Cu₂Al(AsO₄)(OH)₄·4H₂Oكيرنوايت وليروكونايت لهما نفس النوع الهيكلي العام، وترطيب مشابه، وصيغ كيميائية مرتبطة بشكل وثيق. المعيار الحاسم هو هيمنة Fe³⁺ في كيرنوايت مقابل هيمنة Al³⁺ في ليروكونايت. المعادن الأخرى المرتبطة بالأرسينات، بما في ذلك فارماسوسيدرت ومواد مجموعة أوليفينيت، تختلف في التركيب البلوري، ونسب الكاتيونات، والترطيب، والخصائص البصرية.

تطبيقات و استخدامات كيرنوايت

لا توجد تطبيقات صناعية أو للحجارة الكريمة أو الزخرفية أو معالجة خامات مثبتة للكيرنوتايت. يحدث في كميات محدودة كمعادن ثانوية ولا يتم استخراجها بشكل منفصل. كما أن ارتفاع محتواه من الرصاص يجعله غير مناسب للاستخدام العادي دون اتخاذ إجراءات وقائية مناسبة للمواد المعدنية.

يُستخدم بشكل رئيسي في علم المعادن والتحليل. تقدم كيرنويت عضوًا نهائيًا محددًا للحديد الثلاثي لسلسلة ليروكونايت-كيرنويت، مما يسمح بتصنيف العينات النحاسية-الزنكية الكورنية التاريخية بدقة أكبر. قد يتم أيضًا استخدام هذا المعدن في دراسات تشكيل الزنك الثانوي في مناطق النحاس المؤكسدة، وخاصة حيث يؤثر استبدال الحديد-الألومنيوم على استقرار المعدن ولونه.