Cheralit

De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Jump to navigation Jump to search
Cheralit
Monazite structure.png
Structura cheralitului. Poliedre (Ca,Th)O9 și tetraedre PO4 conectate prin intermediul atomilor de oxigen într-o rețea tridimensională
Date generale
Formula chimicăCaTh(PO4)2
Clasa mineralului8.AD.50
Sistem de cristalizaremonoclinic
Clasa cristaluluiprismatic (2/m)
Culoaregalben pal, verde maronie, brun-roșcată
Urmaalbă
Duritate5,0
Masa specifică4,72 - 5,02
Luciuvitros
Punct de topireinstabil, se descompune la 1200 oC
Propriețăți optice
Indice de refrațienα = 1,779
nβ = 1,780
nγ = 1,817
Deviația opticăBiaxial (+)
Alte caracteristici
Reactivitatea chimicăredusă
Minerale asemănătoaremonazit
huttonit
Radioactivitateda (foarte bogat în Th)
Magnetismparamagnetic
Observațiimetamictic

Cheralitul este un mineral de tip fosfat anhidru ce conține thoriu și calciu, cu formula idealizată CaTh(PO4)2.[1] Este izomorf cu huttonitul și monazitul, facând parte din supergrupa mineralelor monazitice.[2]

Cheralitul a fost descoperit în 1953 în minerale provenind din Kerela, India,[3] denumirea provenind de la Chera (un regat străvechi situat în sudul prezentei Indii). Structura sa a fost descrisă câteva zeci de ani mai tirziu (prin analogie cu cea a monazitului) prin studiul unui specimen provenit din pegmatitele de la Brabant Farm, districtul Karibib, Namibia, denumit inițial brabantit (după locul din care provenea).[4][5] La acea dată, monazitele cu conținut crescut de thoriu/calciu și formula (Ca,Th,Ce)(PO4)2 erau denumite „cheralit-(Ce)”. Pentru uniformizare și evitarea confuziilor, denumirile de „brabantit” și „cheralit-(Ce)” au fost discreditate,[1] respectivele minerale fiind denumite – în mod generic – cheralit.

Răspândire[modificare | modificare sursă]

Relația structurală monazit-cheralit-huttonit
Variația volumului celulei elementare a fosfaților de tip monazit și xenotim în funcție de raza cationilor constituenți. În figură este inclus și cheralitul, indicând similitudinea structurală monazit-cheralit
Imagini SEM ale unei pastile de CaTh(PO4)2 sintetic complet densificată prin SPS

Cheralitul apare asociat cu cuarț, hafnon, huttonit etc. Chiar dacă este un mineral rar, cheralitul este distribuit omogen pe glob. Astfel, prezența sa a fost evidențiată în Africa de Sud, Argentina, Australia, Austria, Brazilia, Canada, Cehia, China, Finlanda, Franța, Germania, Grecia, India, Italia, Laos, Madagascar, Maroc, Norvegia, Polonia, România, Rusia, Slovacia, SUA, Ungaria etc. În România au fost descoperite specimene de cheralit în cadrul formațiunilor filoniene de la Belcina și Jolotca (Ditrău).[6]

Structură[modificare | modificare sursă]

La fel ca toți compușii monazitici (naturali sau sintetici) adoptă aceeași structură cristalină (sistemul monoclinic, grup spațial P21/n). Cationii de calciu și thoriu sunt distribuiți statistic[7] și se află situați în centrul unui poliedru, fiind înconjurat de nouă atomi de oxigen, cu o distanță interatomică M–O fiind de circa 2.6 Å (deobicei, cea de-a noua legătură este mai lungă). Fosforul este coordinat tetraedric în anionul fosfat.[8]

În general, cheralitul este stabil în condiții extreme de presiune și iradiere internă sau externă.[9] În contrast însă cu majoritatea monazitelor, cheralitul se descompune în oxizii constituenți la temperaturi superioare a 1200 °C.[10] Chiar și așa, cheralitul poate fi complet densificat cu ajutorul SPS (în engleză Spark Plasma Sintering, tradus sinterizare în plasmă cu scânteie),[11] ceea ce prezintă importanță pentru managementul deșeurilor radioactive.

Compoziția chimică[modificare | modificare sursă]

În principiu, în cheralit conținutul de calciu este egal cu cel de thoriu (în procente molare). În baza substituției cationice, lantanidele ușoare (precum ceriu, lantan etc.) pot fi încorporate în cantități semnificative.

Ca2+ + Th4+ ↔ 2 LREE3+ (LREE= Ce, La etc.)

Pentru conținut superior a 50% LREE, mineralere respective sunt clasificate drept „monazit”. Substituția huttonitică induce deviații pozitive de la raportul molar Th:Ca și conduce la prezența ionului silicat în compoziția chimică.

Conținutul ridicat de thoriu face ca cheralitul să fie un mineral radioactiv, deseori metamictic. De asemenea, cheralitul conține cantități semnificative de heliu, format prin dezintegrarea alfa a thoriului. Acesta poate fi eliminat prin simplu tratament termic asupra mineralului, cu recuperarea cristalinității; absența sau conținutul redus de heliu indică evenimente termice suferite de către mineral în istoria recentă.

Compuși sintetici cu structură cheralit[modificare | modificare sursă]

Au fost obținute și caracterizate soluții solide complete de tip (Ln2-2xCaxThx)(PO4)2 pentru Ln = La, Ce.[12] Substituția monazit-cheralit pare astfel posibilă pentru toate soluțiile solide (LREE,Ca,Th)PO4 (LREE= La-Gd), singurul factor limitator fiind diferența între temperatura de descompunere a capetelor de serie. Din acest punct de vedere, este de preferat a se utiliza metode care nu necesită temperaturi ridicate, precum sinteza sol-gel sau cea hidrotermală.

Compușii CaU(PO4)2 și CaNp(PO4)2 cu structură cheralit au fost sintetizați prin diverse metode de reacție (hidrotermală sau reacție în stare solidă).[9][13] Plutoniul tetravalent poate fi acomodat parțial[14][15] într-o astfel de structură. De asemenea, soluții solide de tip CaNp1-xPux(PO4)2 au fost obținute pentru un grad de substituție x≤ 0,3.[16]

Similar, substituția calciului cu anumiți cationi divalenți (stronțiu, plumb) poate conduce la compuși de tip MTh(PO4)2 cu structură cheralit.[17] Pentru ioni cu dimensiuni relative foarte diferite se obțin structuri ordonate de tip yavapaiit.[13]

Note[modificare | modificare sursă]

  1. ^ a b Kees Linthout. „Tripartite division of the system 2REEPO4-CaTh (PO4)2-2ThSiO4, discreditation of brabantite, and recognition of cheralite as the name for members dominated by CaTh(PO4)2, Canadian Mineralogist 45 (2007) 503-508” (PDF). Accesat în . 
  2. ^ „Mindat.org - the world's largest open database of minerals, rocks, meteorites and the localities they come from”. Accesat în . 
  3. ^ S.H.U. Bowie, J.E.T.Horne. „Cheralite, a new mineral of the monazite group, Mineral. Mag. 30 (1953) 93-99”. Accesat în . 
  4. ^ D. Rose. „Brabantite, CaTh[PO4]2, a new mineral of the monazite group. Neues Jahrb. Mineral., Monatsh. (1980) 247–257”. 
  5. ^ J.W. Anthony, R.A. Bideaux, K.W. Bladh, M.C. Nichols. „Brabantite - in Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America” (PDF). 
  6. ^ P. Hîrtopanu, R.J. Fairhurst, G. Jakab, S.S. Udubașa. „Monazite-(Ce) and its associations from the Ditrau alkaline intrusive massif, East Carpathians, Romania. Romanian Journal of Mineral Deposits 90 (2017) 27-40” (PDF). Accesat în . 
  7. ^ N. Clavier, R. Podor, N. Dacheux. „Crystal chemistry of the monazite structure, Journal of the European Ceramic Society 31 (2011) 941-976”. Accesat în . 
  8. ^ Y. Ni, J.M. Hughes, A.N. Mariano. „Crystal chemistry of the monazite and xenotime structures, American Mineralogist 80 (1995) 21-26” (PDF). Accesat în . 
  9. ^ a b P.E. Raison, R. Jardin, D. Bouëxière, R.J.M. Konings, T. Geisler, C.C. Pavel, J. Rebizant, K. Popa. „Structural investigation of the synthetic CaAn(PO4)2 (An = Th and Np) cheralite-like phosphates, Physics and Chemistry of Minerals 35 (2008) 603-609”. Accesat în . 
  10. ^ R. Jardin, C.C. Pavel, P.E. Raison, D. Bouëxière, H. Santa-Cruz, R.J.M. Konings, K. Popa. „The high temperature behaviour of PuPO4 monazite and of some other related compounds", J. Nucl. Mater. 378 (2008) 167-171”. Accesat în . 
  11. ^ K. Popa, M. Cologna, L. Martel, D. Staicu, A. Cambriani, M. Ernstberger, P.E.Raison, J. Somers. „CaTh(PO4)2 cheralite as a candidate ceramic nuclear waste form: Spark plasma sintering and physicochemical characterisation, J. Eur. Ceram. Soc. 36 (2016) 4115-4121”. Accesat în . 
  12. ^ R.J.M. Konings, M. Walter, K. Popa. „Excess properties of the (Ln2−2xCaxThx)(PO4)2 (Ln = La, Ce) solid solutions, J. Chem. Thermodynamics 40 (2008) 1305-1308”. Accesat în . 
  13. ^ a b D. Bregiroux, K. Popa, G. Wallez. „Crystal chemistry of MIIM′IV(PO4)2 double monophosphates, Journal of Solid State Chemistry 230 (2015) 26-33”. Accesat în . 
  14. ^ D. Bregiroux, R. Belin, P. Valenza, F. Audubert, D. Bernache-Assollant. „Plutonium and americium monazite materials: Solid state synthesis and X-ray diffraction study, Journal of Nuclear Materials 366 (2007) 52-57”. Accesat în . 
  15. ^ D. Bregiroux, O. Terra, F. Audubert, N. Dacheux, V. Serin, R. Podor, D. Bernache-Assollant. „Solid-state synthesis of monazite-type compounds containing tetravalent elements, Inorg. Chem. 46 (2007) 10372-10382”. Accesat în . 
  16. ^ A. Tabuteau, M. Pagès, J. Livet, C. Musikas. „Monazite-Like Phases Containing Transuranium Elements (Neptunium and Plutonium), J. Mater. Sci. Lett. 7 (1988) 1315-1317” (PDF). Accesat în . 
  17. ^ J.M. Montel, J.L. Devidal, D. Avignant. „X-ray diffraction study of brabantite-monazite solid solutions, Chem. Geol. 191 (2002) 89-104”. 

Vezi și[modificare | modificare sursă]