Krotiitti on luonnollisesti esiintyvä kalsium–alumiinioksidimineraali, jolla on ideaalinen kemiallinen kaava CaAl₂O₄Se on luokiteltu oksidi-mineraaliksi ja se on enemmän tunnettu alumiini-ja kalsiumrikkaiden sisällystysten osana alkuperäisissä hiilivetykondriiteissa. Krotiitti poikkeaa useista yleisistä maapallon mineraaleista siinä, että se esiintyy yleensä mikroskooppisina jyvienä meteoriiteissa eikä suurina erillisinä kiteinä.
Tehokkaan kaavan muodostaa yksi kalsiumatomi, kaksi alumiiniaatomoa ja neljä happiatomia. Sen teoreettinen koostumus on noin 25,4 painoprosenttia kalsiumia, 34,1 painoprosenttia alumiinia ja 40,5 painoprosenttia happea. Ilmaistuna oksideina koostumus vastaa noin 35,5 painoprosenttia CaO:ta ja 64,5 painoprosenttia Al₂O₃:ta. Luonnolliset hiukset voivat sisältää pieniä kemiallisia poikkeuksia, mutta mineraali määritellään sekä sen CaAl₂O₄ -koostumuksella että ominaisella kiteisrakenteellaan.
Krotiitti on CaAl₂O₄:n alipaineinen dimorfi. Korkeapaineinen dimorfi kutsutaan dmitryivanoviteksi. Näillä kahdella mineraalilla on sama ideaalinen kemiallinen kaava, mutta eri atomijärjestys, joten niitä on eroteltava kristalograafisilla menetelmillä kemiallisten koostumusten sijaan. Krotiittia on myös rakenteellisesti liitettynä tekoheitteisiin kaliumalumiineihin, joita käytetään lämmönsietokeraamikoissa ja kaliumalumiinikiveyksissä, vaikka teollisuuden kaliumalumiinit eivät automaattisesti luokitella mineraaliksi krotiittiksi.
Krotiitin historia ja löytö
Krotite oli virallisesti kuvaillut uutena mineraalina vuonna 2011. Tyyppimateriaali tuli meteoriitista NWA 1934, CV3 hiilivetykondriittia, joka kerättiin Pohjois-Länsi-Afrikasta. Mineraali esiintyy kalsiumi–alumiinirikkaassa sisältymässä, jota yleensä lyhennetään CAI:ksi. Näitä sisältymiä pidetään yksi eniten lämpökestoisista komponenteista, jotka säilyvät alkuperäisissä kondriittimeteoreissa.
Mineraali nimettiin Alexander N. Krotin mukaan, joka on kosmo kemisti, jonka tutkimustyö on keskittynyt chondriittisiin meteoriitteihin, refraktoriinclusioniin, kondensoitumisprosesseihin ja Aurinkokunnan varhaisen kemiallisen evoluution. Mineraali hyväksyttiin Maailman mineraalogisen yhdistyksen alaisuudessa merkinnällä IMA 2010-038.
Alkuperäinen kuvaus perustui kemianteollisuuden analyysiin, elektronimikroskopiaan, kristalografiin ja petrografisiin havaintoihin. Tämä yhdistelmä oli tarpeen, koska Krotite-hiukset ovat pieniä ja esiintyvät monimutkaisessa kalium–alumiinioksidien, silikaattien ja muiden kestävien vaiheiden assemblaassissa. Kemianteollisuuden analyysi, joka on lähellä CaAl₂O₄:ää, ei olisi ollut riittävä itsestään, koska useilla läheisillä mineraaleilla on samankaltaisia alkuaineprosenteja tai ne voivat esiintyä samassa meteoriittihankinnassa.
Krotiitin muodostus ja geologinen esiintyminen
Krotiittimuodokset muodostuvat korkeissa lämpötiloissa ja alhaisissa paineolosuhteissa voimakkaan keraamisen kemiallisen ympäristön keskellä. Krotiittipitoisessa sisällytyksessä NWA 1934 tulkitaan olevan tuote tiivistymisestä tai kiertymisestä lämmöllä olevasta kaasusta aikaisessa aurinkonebulassa. Vaiheen tasapainon huomioon ottaen muodostuminen tapahtuu noin 1500 °C:n lämpötiloissa tai korkeammassa alhaisissa paineolosuhteissa. Näillä ehdoilla on yhteensovitettavissa refraktoriin kuuluvien kiinteiden aineiden muodostumista ennen monien muun muutoksen alaiseksi joutuvien alkuaineiden ja mineraalien tiivistymistä.
Kalsium ja alumiini ovat aurinkonebulassa yksi vähiten haihtuvista keskikokoinen alkuaineista. Kun lämmin nebulaarikaasu jäähdytti, nämä alkiot voivat yhdistyä hapen kanssa muodostaen kuumuuskestäviä oksideja ja kalsium–alumiinisiilikoita. Krotiitti kuvaa siten korkean lämpötilan mineraalien muodostusvaihetta, joka tapahtui ennen meteoriitin vanhemman asteroidin koostumista. Sen muodostusta ei saa sekoittaa tavallisiin maapallon magma-, hydrotermisiin tai metamorfisiin prosesseihin.
NWA 1934:ssä krotiitti on keskittynyt erityisen kalsiumin ja alumiinin rikkauksessa olevan sisällyksen keskiosissa ja maa-kuoren osissa. Se esiintyy perovskiitin, gehleniitin, hercyinitin, mayeniitin, grossiitin, hibonitiin, spinelien ja diopsidien kanssa. Myös jäljellä oleva heksamolybdeeni on raportoitu. Mineraalikokoonpano viittaa siihen, että sisällyksellä oli useita kondensoitumis-, kristallisaatio-, reaktio- ja mahdollisesti osittainen sulattamisvaiheita eikä se muodostunut yhdestä yksinkertaisesta reaktiosta.
Ulkoispäätä inclusionia on kuvattu rikkoutuneen kuoren tai "rikkoutuneen munan" näköiseksi. Joitain rikoja täyttyvät raudan ja alumiinin hydroksideilla. Nämä vesipitoiset mineraalit tulkitaan maapallon sääolosuhteiden aiheuttamiksi säätötuotteiksi, jotka tapahtuivat, kun meteoritti oli saapunut Maahan. Niitä ei pidetä ensisijaisina aurinkokuntaympäristön tuotteina. Tämä ero on tärkeä, koska säätö voi muuttaa alkuperäisten Krotite-hiukkasten rajat ja pinnat.
Krotiitin kristallirakenne
Krotite kiteyttää monokliinista kiteistystä. Sen ilmoitettu tilaryhmä on P2₁/n, tilan ryhmänumero 14. Yksikkökopan parametrit tyyppimateriaalille määritettiin noin a = 8,6996(3) Å, b = 8,0994(3) Å, c = 15,217(1) Å, ja β = 90,188(6)°. Yksikkökoppi sisältää kaksitoista kaava-yksikköä, ilmaistuna muodossa Z = 12, ja sillä on laskettu tilavuus noin 1 071 ų.
Rakenne voidaan kuvata yleisesti alumiinioksidi-polyhedreillä dominoivaksi viimeistelyksi, erityisesti AlO₄-tetraedreillä, joissa kalsium asettuu suuriin rakenteellisiin paikkoihin viimeistelyssä. Järjestys ei ole vastaava spinelli-rakenteen kanssa, vaikka kemiallinen kaava noudattaa yleistä stoikiometristä suhdetta yhteen duaali-ioniin ja kahdeksi tridiaaliseen ioniin sekä neljään happimolekyyliin.
Eroosuuden ja dmitryivanoviteen välinen ero on rakenteellinen eikä koostumuksellinen. Molemmilla faaseilla on kaava CaAl₂O₄, mutta ne ovat stabiileja eri paineolosuhteissa ja niillä on erilaiset atomien järjestykset. Krotite edustaa alhaisen paineen muotoa, kun taas dmitryivanovite liittyy korkeamman paineen olosuhteisiin.
Koska luonnollinen krotiitti esiintyy pieninä hiukkaina muiden mineraalien sisällä, hyvin kehittyneet ulkoiset kiteen pinnat ovat harvinaisia. Rakennustieto saadaan siksi usein röntgenkiilapohjaisella diffraktiolla, elektronidiffraktiolla tai elektronisen takakiihdytysdiffraktiolla. Nämä menetelmät ovat erityisen hyödyllisiä, kun hiukkaset ovat liian pieniä tavallisen yksikiteisen analyysin tekemiseen.
Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet krotiitista
Krotiitti havaitaan tavallisesti mikroskooppisina hiukkaina poltettujen leikkausten tai ohuiden leikkausten kautta. Sen värin ja kiilauksen kuvaus on vähemmän diagnoosinvarainen kuin sen kemia ja kiteenrakenne, koska näennäinen ulkonäkö riippuu hiukkasen paksuudesta, suunnasta, ympäröivistä mineraaleista ja muutoksista. Luonnollinen materiaali voi näyttää värittömältä tai vaaleanruskealta läpäisevällä tai heijastuvalla valolla, kun taas yksittäisten hiukkasten rajat voivat olla vaikeasti erottuvia monimutkaisissa sisällytyksissä.
Ilmaiseminen Mohsin kovuus on noin 6,5 ja laskettu tiheys noin 2,94 g/cm³. Tiheyden suora mittaus on vaikeaa, koska hiukset ovat hyvin pieniä ja yleensä yhdistyneet muiden faasien kanssa. Kokoaminen ja katkokset ovat myös vaikeita arvioida luotettavasti yksittäisistä hiuksesta samasta syystä.
Tehokas kemiallinen koostumus on CaAl₂O₄. Elektronimikroskooppianalyysit odotetaan yleensä osoittavan kalsium-alumiinisuhde lähes 1:2, kun huomioidaan happi ja analyysivirhe. Pieniä määriä magnesiumia, rautaa, rikkia, titaania, natriumia tai muita alkuaineita voi esiintyä jäljellä olevina tai ne voivat johtua naapurimaidosten saastumisesta. Näitä pieniä komponentteja ei automaattisesti määritä erillinen Krotite-tyyppi.
Krotite on stabiili vain tietyn paine-lämpötila-komposition alueella. Korkeammassa paineessa CaAl₂O₄ voi saada dmitryivanovitin rakenteen. Erilaisissa kemiallisissa olosuhteissa kalsiumi ja alumiini voivat muodostaa sen sijaan grossitetta, hibonittia, gehleniittiä, mayeniittiä, perovskiittia tai muita kalsiumi-alumiinioksideja ja silikaatteja.
Krotiitin tyypit ja vaihtoehdot
Krotiitilla ei ole virallisesti tunnustettuja kiviainevaihtoehtoja tai kaupallisia väritekijöitä. Seuraavat luokat ovat kuvaavia eivätkä virallisia mineraalien jaotuksia:
- Meteoritinen krotiitti: Luonnollinen krotiitti esiintyy kalsium–alumiinirikkaiden inkluusioiden kanssa hiilivapaissa chondriiteissa, mukaan lukien tyyppimateriaali NWA 1934:stä.
- Alhokaisu CaAl₂O₄: Krotiitti on alhaisen paineen rakenteellinen muoto CaAl₂O₄:sta.
- Korkea-paineinen CaAl₂O₄: Dmitryivanovite on korkean paineen dimorfiinen muoto CaAl₂O₄. Se on erillinen mineraalilaji, ei Krotiten laji.
- Synnteettinen kalsiumalumiiniatti: Laboratoriotuotettu CaAl₂O₄ voi muistuttaa krotiittia kemiallisesti tai rakenteellisesti, mutta se on teollinen materiaali eikä luonnollinen mineraalilöyty.
Erilaiset jyväkoot, jäljialkemien sisällöt, muutokset ja liittyvät mineraalit voivat aiheuttaa erilaisia näköisiä yksittäisissä meteoriittinäytteissä. Nämä erot kuvaavat hiukkasten geologista historiaa eivätkä edusta virallisesti nimettyjä lajeja.
Missä Krotite löytyy?
Parhaiten dokumentoidut luonnolliset esiintymät Krotiittia ovat kalsiumi–alumiinirikas sisältö NWA 1934 CV3 hiilivetykondriitissa. Meteoritti löydettiin Pohjois-Länsi-Afrikasta, mutta Krotiitti itse muodostui paljon aikaisemmin Aurinkokunnassa, todennäköisesti aurinkonebulan korkean lämpötilan alueella.
Krotiitti esiintyy meteoritissa pääasiassa refraktoriincluusion keskiosassa ja kyljessä. Se on yhteydessä mineraaleihin, kuten perowsiittiin, gehleniittiin, hercyiniittiin, mayeniittiin, grossiittiin, hibonitiin, spineliiin ja diopsidiin. Nämä mineraalit tarjoavat yhdessä näyttöä korkean lämpötilan kondensoitumisesta ja kiteytyksestä, jotka liittyvät kalsiumiin, alumiiniiin, titaniiin, magnesiumiin, rauta- ja happimolekyyleihin.
Krotite ei saa sekoittaa maapallon mineraaliin, joka muodostui siellä, missä meteoritti löydettiin. Meteoritin maapallollinen oleskelu vaikuttaa kohdeaineen ulkopuolisiin osiin vesimolekyylien ja hapettumisen kautta, mutta ensisijaiset Krotite-hiukaset muodostuivat ennen kuin meteoritin vanhempi kehitysmuoto oli olemassa. Ei ole yleisesti hyväksyttyä maaperäistä geologista sijaintia, joka liittyisi Krotiteen kanssa.
Kas kuuluu Krotite
Krotiittia ei voida tavallisesti tunnistaa suoralla visuaalisella tarkastuksella. Hiukkaset ovat pieniä, ja ne ovat yleensä yhdistyneitä muiden kovakuitujen vaiheiden kanssa ja voivat muistuttaa useita kalsium–alumiinioksideja ja silikatteja. Siksi petrografinen tarkastelu käytetään alustavana askeleena, jota seuraa kemiallinen ja kristallografinen analyysi.
Pieniksi leikkauksiksi tai poltettuihin leikkauksiin liittyvä mikroskopia voi paljastaa viljelymorphologian, kosketukset, vyötävät, sisällytykset ja suhteet ympäröiviin mineraaleihin. Takaisin heijastuvan elektronin kuvantaminen raskauselektronimikroskoopissa on hyödyllistä, koska vaihtelleet keskimääräiset atomiluvut tuottavat eri tasoisia kuvankontrasteja. Tämä mahdollistaa Krotiteja rikkaiden alueiden sijainnin määrittämisen ennen kvantitatiivista analyysiä.
Elektronimikrosäde-analyysiä käytetään yleensä määrittämään kalsiumin, alumiinin ja hapen pitoisuuksia stoikiometrisellä laskulla sekä mahdollisia pienpitoisuusalkioita. Analyysit tulisi tehdä hiekkapintojen kautta, koska saastuminen gehleniittistä, hiboniteista, grossiteista, mayeniteista tai muista naapurikiviaineista voi aiheuttaa väärän koostumuksen.
Kristallografinen vahvistus on tarpeen, kun liittyvien faasien erottaminen on tärkeää. Röntgen- ja elektronidiffraktiota sekä elektroninen taustakirjoitusdiffraktio voidaan käyttää testaamaan monokliinisen rakenteen ja sen yhteensopivuuden tilavuusryhmän P2₁/n kanssa. Yksi energianjakautuvan röntgenspektrin mittaushetki on yleensä riittämätön, erityisesti kun jyvä on vain muutamia mikrometrejä.
Tärkeät mineraalit, joita on erottettava Krotiteista, ovat grossiitti, CaAl₄O₇; hibonitti, CaAl₁₂O₁₉; ja gehlenitti, Ca₂Al₂SiO₇. Mayenite voi myös esiintyä samassa kuumakäsittelyinclusionissa. Dmitryivanovite vaatii erityistä huomiota, koska sillä on sama ideaalinen kemiallinen kaava kuin Krotite, mutta erilainen kiteistruktuuri.
Krotiitin sovellukset ja käyttökokemukset
Luonnollinen krotiitti ei ole saanut käyttöä gemminä, koristeaineena, teollisuuden raaka-aineena tai erikseen louhituna mineraalina. Sen hiukkaset ovat liian pieniä ja liian harvassa kaupallisessa hankinnassa. Mineraali tutkitaan tavallisesti meteorittien osina ja kalsiumin–alumiinin runsaiden inkluusion osana.
Sen tärkein merkitys on analyysillinen ja kosmo-kemiallinen. Krotiittipitoiset sisältyvät tarjoavat tietoa korkean lämpötilan kondensoitumisesta, kalsium-alumiinimineralien muodostumisesta, nebulan kaasun koostumuksesta sekä paine-lämpötila-olosuhteista, jotka vallitsivat Aurinkokunnan historian varhaisimmassa vaiheessa. Se tarjoaa myös luonnollisen viitteen vertailla avaruusmineraaleja kokeellisesti syntetisoituine kalsiumalumiineineen.
Synthetic CaAl₂O₄ ja liittyvät kalsiumalumiinit käytetään lämmönsietoisissa keramiikoissa, korkean lämpötilan liimoinneissa ja kalsiumaluminaattikiveissä. Nämä teolliset sovellukset koskevat valmistettuja materiaaleja, joissa on tarkasti määritelty koostos ja käsittelyhistoria. Ne eivät ole suoria kaupallisia sovelluksia luonnollisesta Krotitesta.
Krotite voi myös auttaa erottamaan alun perin nebulaisista ominaisuuksista myöhemmin tapahtuneita muutoksia. Kiteen, joka on säilytetty refraktoriisen sisällön sisällä, saattaa säilyttää näyttöä korkean lämpötilan muodostumisesta, kun taas sen reunat voivat olla muuttuneet vedenpitämisellä, hapettumisella tai maapallon sääolosuhteilla. Mineraloginen tulkinta täytyy siis ottaa huomioon sekä alun perin kidekristallirakenteen että meteoriitin myöhemmän historian.
Liittyvät mineraalit ja nimistö
Krotiitti kuuluu laajempaan refraktoriin kalsium–alumiinimineeraaleihin, jotka löytyvät alun perin meteoroideista. Näihin kuuluvat hibonitti, grossiitti, perovskiitti, spinelli, gehlenitti ja mayeniitti. Ne eroavat kemiallisissa suhteissa, rakenteellisessa järjestäytymisessä, anioni- sisällössä ja stabiilisuusolosuhteissa.
Nimi Krotite liittyy erityisesti luonnolliseen alhaispaineiseen CaAl₂O₄-vaiheeseen, jolla on Krotiten rakente. Sitä ei saa käyttää yleisenä terminä kaikista kalsiumialuminaateista, joilla on sama nimellinen koostumus. Erityisesti dmitryivanovite tarkoitetaan erillisenä mineraalilajina, koska se edustaa eri rakenteellista muotoa CaAl₂O₄:stä.
Viittaukset
Ma, C., Kampf, A. R., Connolly, H. C., ym. (2011). "Krotiitti, CaAl₂O₄, uusi lämpökestävä mineraali NWA 1934-meteoritista." Amerikaninen mineraalitiede, 96, 709–715. https://doi.org/10.2138/am.2011.3693
Mineralogical Society of America. “Krotiitti.” Kivijaksojen käsikirja. PDF