Терморентгенографическое и кристаллохимическое исследование каинита
на выпускную квалификационную работу студентки магистерской программы “Геология” Мещеряковой Анастасии Александровны. Тема: “Терморентгенографическое и кристаллохимическое исследование каинита”.
Данная работа содержит результаты исследований терморентгенографии и кристаллохимии каинита по литературным и экспериментальным данным, проведенным автором на кафедре кристаллографии Института наук о Земле СПбГУ. Образцы каинита привезены со Стебникского месторождения, Львовская область, Украина и с месторождения Вильгельмсхалл, Саксония-Анхальт, Хальберштадт, Германия. Для изучения природного образца каинита и полученных автором синтезов, для уточнения состава, кристаллической структуры при низких и высоких температурах, для изучения теплового расширения минерала, использованы методы: порошковая рентгенография, низко- и высокотемпературная рентгенография, монокристальный рентгеноструктурный анализ, комплексный термический анализ (ДСК, ТГ, масс-спектрометрия). В результате работы были выявлены фазовые переходы каинита и их зависимость от температуры: каинит устойчив в интервале от -150°С до 55°С, в интервале 55 – 65°С возможный фазовый переход, на промежутке от 70°С – 100°С наблюдается полная трансформация в смесь лангбейнита K2Mg2(SO4)3, карналлита KMgCl3·6H2O, гексагидрита MgSO4·6H2O, сильвина KCl, с сохранением следовых количеств исходного каинита.
Тепловое расширение каинита демонстрирует анизотропный характер во всем интервале температур. Уточнена кристаллическая структура каинита методами монокристального рентгеноструктурного анализа.
Данная работа содержит результаты исследований по терморентгенографии и кристаллохимии каинита по литературным и экспериментальным данным, проведенным автором на кафедре кристаллографии Института наук о Земле СПбГУ.
Актуальность работы заключается в том, что низко- и высокотемпературное исследование каинита, может расширить область применения данного минерала и пополнить базу литературных данных, а также расширить понимание условия образования соленосных залежей и их изменения при различных температурных режимах. Палеореконструкции климатических условий и физико-химических обстановок водных бассейнов на Марсе в прошлом. Исследования поверхностных выходов пород на Марсе показали в них значительное содержание каинита, он был определен в кратере Гусева (Rice et al., 2010), следовательно, термическое поведение, гидратация и дегидратация может показать интересные результаты для космической минералогии.
В 2018 году в научном журнале «Physics and Chemistry of Minerals» вышла статья “High-pressure single-crystal synchrotron X-ray diffraction of kainite KMg(SO4)Cl·3H2O” S. Nazzareni, P. Comodi, M. Hanfland, авторы исследовали поведение каинита при сжатии, измеряли давление при высоких температурах. Так же актуальность данной работы в том, что до этого никто не занимался изучением теплового расширения каинита, и не изучалось поведение каинита с увеличением температуры, неизвестно так же поведение каинита при отрицательных температурах.
Целью данной работы является:
– терморентгенографическое и кристаллохимическое исследование каинита из месторождения Вильгельмсхалл (Германия) методами порошковой и монокристальной рентгеновской дифракции,
– исследование его кристаллической структуры, термическое поведение в широком диапазоне температур (уточнение параметров элементарной ячейки, коэффициентов тензора термического расширения), сопоставление данных со структурой,
– установление температурной устойчивости и выявление возможных полиморфных превращений при низких и высоких температурах,
– изучение методов синтеза по получению аналога каинита (выполнение синтезов в системе KCl-MgSO4-H2O).
Для достижения поставленных целей были решены следующие задачи:
Сбор литературных данных о распространенности и формах нахождения каинита в природе.
Сбор и систематизация литературных данных о кристаллохимии каинита.
Мы наблюдаем, что каинит устойчив в интервале от -150°С до 55°С, в интервале 55 – 65°С возможный фазовый переход, на промежутке от 70°С – 100°С наблюдается полная трансформация в смесь лангбейнита K2Mg2(SO4)3, карналлита KMgCl3·6H2O, гексагидрита MgSO4·6H2O, сильвина KCl, с сохранением следовых количеств исходного каинита.
Тепловое расширение каинита демонстрирует анизотропный характер во всем интервале температур. Уточнена кристаллическая структура каинита методами монокристального рентгеноструктурного анализа. Выполнен детальный комплексный термический анализ.
Бубнова Р., Кржижановская М., Филатов С. Практическое руководство по поликристаллической рентгеновской дифракции. Часть I. осуществление эксперимента и интерпретация данных. Издательство Санкт-Петербургского Государственного Университета, 2011.
Мещерякова А.А. Кристаллохимическое исследование каинита, выпускная квалифицированная работа, Санкт-Петербургский Государственный Университет, 2017.
Фирсова В.А., Бубнова Р.С., Филатов С.К. Программа Определение тензора термического расширения кристаллических веществ методом терморентгенографии – (TetaToTensor – TTT)// Физика и химия стекла. 2013, Т. 39, №3, 505-509
Anthony J.W., Bideaux R.A., Bladh K.W., and Nichols M.C. Handbook of Mineralogy, Mineral Data Publishing, Tucson Arizona, USA, by permission of the Mineralogical Society of America, 1990.
Bergman, A. G., and Selivanova, N. M., Slozhiaya vzaimiaya sistema iz sulfatov i khloridov kaliya, natriya, i magniya: Akad. Nauk SSSR Izv. Sektora FizikoKhimicheskogo Analiza, 1938, 11, 225-235.
Bischof F. Die Steinsalzwerke bei Stassfurt. Zweite umgearbeitete Auflage.- Halle, C.E.M. Pfeffer, 1875, 95, 55-57
Bish L, Scanlan MK The hydration and dehydration of hydrousmixed-cations. Lunar and Plan Sci XXXVII: 1011, 2006.
Braitsch, O., Entstehung und Stoffbestand der Salzlagerstätten.- Springer, Berlin, Göttingen, Heidelberg, 1962, 232.
Censi, P. et.al., Weathering of evaporites: natural versus anthropogenic signature on the composition of river waters , Rendiconti Lincei 2016, 27(1),29-37.
Comodi P, Kurnosov A, Nazzareni S, Dubrovinsky L. The dehydration process of gypsum under high pressure., 2011, Phys Chem Min 39(1):65–71.
Comodi P, Stagno V, Zucchini A, Fei Y, Prapapenka V. The compression behavior of blödite at low and high temperature up to ~10 GPa: implications for the stability of hydrous sulfates on icy planetary bodies, 2016, Icarus 285, 137–184.
Chukanov, N.V., Chervonnyi, A.D. Infrared spectroscopy of minerals and related compounds.- Springer, 2016, 1108 p. (708)
De Schulten, A. Synthèse de la kaïnite et de la tachhydrite.- Comptes Rendus Hebdomadaires des Séances de l’Academie des Sciences, 1890, 111, 928-930.
Fortes A.D., Wood I.G., Knight K.S. The crystal structure and thermal expansion tensor of MgSO4–11D2O(meridianiite) determinedby neutron powder diffraction, 2008Phys Chem Min 35(4):207–221.
Huyssen, A. [nach Mitteilungen von Bischof, F.] Neue Mineralvorkommen im Stassfurter Salzlager.- Der Berggeist. Zeitung für Berg-, Hüttenwesen und Industrie 10, Nr. 15, 21. Februar 1865, 67-68.
Huyssen, A. [nach Mitteilungen von Bischof, F.] Sitzung am 28. Januar. Berghauptmann Dr. Huyssen über 2 neue Mineralvorkommnisse im Stassfurter Salzlager nach Ob. Bergrath Bischoff’s Mittheilung.- Abhandlungen der Naturforschenden Gesellschaft zu Halle 9. III. Sitzungsberichte aus dem Jahre 1865, 4-6
Jacobsson, et al. Encrustations from Lava Caves on Surtsey, Iceland. A Preliminary Report: Surtsey Research Progress Report X: 1992, 73-78,Reykjevik, Iceland.
Kannan K. K., and M. A. Viswamitra Crystal structure of magnesium potassium sulfate hexahydrate. Z. Kristallogr.,1965, 122, 161-174.
King P.L., Lescinsky D.T., Nesbitt H.W. The composition and evolution of primordial solutions on Mars, with applications to other planetary bodies. Geochim Cosmochim Acta , 2004, 68,4993–5008.
Kühn, R., Ritter K.-H. Der Kristallwassergehalt von Kainit und von Löweit.- Kali und Steinsalz, 1958, 2, 238-240.
Lane M. D. Mid-infrared emission spectroscopy of sulfate and sulfate-bearing minerals, American Mineralogist, 2007, 92, 1-18
Linck, G. (Herausgeber) Handbuch der Mineralogie von Dr. Carl Hintze. Erster Band, Dritte Abteilung, Zweite Hälfte. Sulfate, Chromate, Molybdate, Wolframaze, Uranate.- Berlin und Leipzig, Walter de Gruyter & Co., 1930, p. 3657-4565 (4549)
Lorraine Murray Salado Formation, The Editors of Encyclopædia Britannica, 2010.
Mereiter, K., Neues Jahrbuch fuer Mineralogie. Monatshefte , 1979, 182-188.
Nakamura R, Ohtani E. The high-pressure phase relation of the MgSO 4–H 2O system and its implication for the internal structure of Ganymede, 2011, Icarus 211(1):648–654.
S. Nazzareni, P. Comodi, M. Hanfland High-pressure single-crystal synchrotron X-ray diffraction of kainite (KMg(SO4) Cl 3H2O) Physics and Chemistry of Minerals , 2017, 45:727–743
Palache, C., Berman, H., Frondel, C. The System of Mineralogy of James Dwight Dana and Edward Salisbury Dana, Yale University 1837-1892, 1951, Volume II: 430.
Palache, C., Berman, H., Frondel, C. The System of Mineralogy of James Dwight Dana and Edward Salisbury Dana, Yale University 1837-1892, 1951, Volume II. John Wiley and Sons, Inc., New York, 7th edition, revised and enlarged, 1124 , 594-596.
Rammelsberg, C.F. Ueber den Kainit und Kieserit von Stassfurt.- Zeitschrift der Deutschen Geologischen Gesellschaft 1865, 17, 649-650.
Rice, M.S., Bell, J.F., Cloutis, E.A.,Wang, A., Ruff, S.W., Craig, M.A., Bailey, D.T., Johnson, J.R., De Souza Jr., P.A., Farrand, W.H. Silica-Rich Deposits And Hydrated Minerals At Gusev Crater, Mars.- 40th Lunar And Planetary Science Conference, 2009, 2134.
Rice, M. S., et al. Silica-rich deposits and hydrated minerals at Gusev Crater, Mars: Vis-NIR spectral characterization and regional mapping, 2010, Icarus 205.2, 375-395.
Robinson, P.D., Fang, J.H., Ohya, Y. The Crystal Structure Of Kainite.- American Mineralogist 1972, 57, 1325-1332
Susarla, V.R., K.S., Seshadri,Equilibria in the system containing chloride and sulphates of potassium and magnesium, Proceedings of the Indian Academy of Sciences – Chemical Sciences, 1982, 91(4), 315-320.
Vaniman D.T., Bish D.L., Chipera S.J., Fialips C.I., Carey J.W., Feldman W.C. Magnesium sulphate salts and the history of water on Mars, 2004, Nature 431:663–665
Zincken, C.F.J. Ueber ein neues Salz von Leopoldshall bei Stassfurth.- Berg- und hüttenmännische Zeitung 24 (= Neue Folge 19), 1865 a, 79-80.
Zincken C.F.J. Mittheilung an Prof. H.B. Geinitz vom 18.März 1865 [Über ein neues Mineral, Kainit].- Neues Jahrbuch für Mineralogie, Geologie und Palaeontologie, Jahrgang 1865b, 310.
Zincken C.F.J. Ueber die Zusammensetzung des Kainits von Leopoldshall bei Stassfurth.- Berg- und hüttenmännische Zeitung, 1865 c, 24 (= Neue Folge 19), 288.
Zolotov M.Y., Kuzmin R.O., Shock E.L., Mineralogy, abundance, and hydration state of sulfates and chlorides at the mars pathfinder landing site, 2004, LPS XXXV:1465.
Последние выполненные заказы
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (158 отзывов)
4.8 (373 отзыва)
5 (49 отзывов)
5 (14 отзывов)
4.2 (6 отзывов)
4.7 (46 отзывов)
5 (44 отзыва)
5 (285 отзывов)
4.9 (37 отзывов)
