Карлтонит

Формула	KNa4Ca4(CO3)4Si8O18(F,OH)·(H2O)
Группа	Силикаты
Сингония	Тетрагональная

Карлтонит — очень редкий минерал из класса силикатов и германатов. Кристаллизуется в тетрагональной кристаллической системе с химической формулой KNa₄Ca₄(CO₃)₄Si₈O₁₈(F,OH)·(H₂O), таким образом, химически говоря, представляет собой водосодержащий калий-натрий-кальций-силикат с дополнительными карбонатными группами и гидроксид- или фторид-ионами, структурно относясь к слоистым силикатам (филлосиликатам). Компоненты фторид-и гидроксид-ионов, указанные в скобках, могут заменять друг друга в формуле (замещение, диадохия), но всегда находятся в той же пропорции, что и другие компоненты минерала.

Карлтонит образует призматические кристаллы {001} размером до 6 см, которые либо бесцветны, либо имеют розовые или светло-синие оттенки и обычно зонированы. Кроме того, существуют грубые массивные агрегаты в мраморе. Основные сопутствующие минералы: пектолит, альбит, фторапофиллит, кальцит, флюорит, стеацит, нарсарсукит, лейкосфенит и магнезио-арфведсонит.

Этимология и история

Еще в 1967 году группа американо-канадских ученых минералога и кристаллографа профессора Джорджа Чао описала минерал нефелинсенит с канадской горы Мон-Сен-Илер и обозначила существование десяти неопознанных минералов оттуда же. Среди них был один, который отличался характерными постепенными переходами цвета от розового до бледно-голубого. Эта фаза условно называлась «минерал UK #15» («неизвестный номер 15»).

Дальнейшее расследование привело к тому, что в 1969 году UK #15 был представлен Международной минералогической ассоциации (ММА) и признан новым минералом. В 1971 году он был описан Джорджем Чао из Университета Карлтон, Оттава, Канада, и назван карлтонитом в честь университета, где он впервые был обнаружен и изучен.

Типовые образцы минерала хранятся в Канадском музее природы в Оттаве (бывший Национальный музей естественных наук) (№ по каталогу CMNMC 37135, голотип, 10 г) и в Геологической службе Канады в Оттаве (каталог № NMNCC 012157 (мезотип, матричный уровень).

Классификация

В ныне устаревшем, но все еще распространенном 8-м издании классификации минералов по Струнцу карлтонит относится к классу «силикаты и германаты», а в нем к отделу «слоистые силикаты (филлосиликаты)», где он является единственным представителем безымянной группы System-№. VIII/H.07.

9-я редакция классификации минералов Струнцшена, действующая с 2001 года и используемая Международной минералогической ассоциацией (ММА), также относит карлтонит по классу «силикатов и германатов», а в нем к разделу «филлосиликаты». Однако этот отдел далее подразделяется в соответствии со структурой слоев, так что минерал находится в соответствии с его структурой в подразделе «двойные сети с 4- и 6-членными кольцами», где он является единственным членом безымянной группы System-№. 9.EB.20.

Систематика минералов по Дане, которая в основном используются в англоязычных странах, относит карлтонит к классу «силикатов и германатов», а в нем в отдел «филлосиликатов». Здесь он вместе с фторапофиллитом (K), гидроксиапофиллитом (K) и фторапофиллитом (Na) в «группе апофиллита (4- и 8-членные кольца)» с системой №. 72.03.01 в подразделе «Слоистые силикаты: двумерные неопределенные слои с иными, нежели шестичленные кольца: 3-, 4- или 5-членные кольца и 8-членные кольца».

Химия

Карлтонит имеет (на основе 8 (Si, Al) атомов в формуле) эмпирическую формулу K_0,74Na_3,56(Ca_3,74,Mg_0,03)_Σ=3,77(Si_7,89,Al_0,11)_Σ=8,00O₁₈(CO₃)_3,65F_0,41·2,05H₂O, которая приведена к идеальной KNa₄Ca₄(CO₃)₄Si₈O₁₈(F, OH)·(H₂O).

Карлтонит обладает нестехиометрическим составом и имеет дефицит калия, натрия, кальция, CO₂ и фтора. Содержание воды, приведенное в анализе в типовой публикации, существенно выше, чем требуется структурной формулой, даже если предположить, что часть воды находится в форме фторзамещающих гидроксильных групп. Эта избыточная вода, вероятно, будет находиться на пустых позициях группы CO₂ и приводит к стабилизации дефектной структуры.

Кристаллическая структура

Карлтонит кристаллизуется в тетрагональной кристаллической системе в пространственной группе P4/mbm (пространственная группа №127) с параметрами решетки a = 13,178  Å и c  = 16,695 Å и четырьмя формульными единицами на элементарную ячейку.

Структура карлтонита состоит из апофиллитоподобного силикатного бислоя с четырьмя и восемью кольцами, которые в направлении [001] имеют карбонатный слой (C1) состава Na₃CO₃·□H₂O и два карбонатных слоя (C2) состава NaCa₂CO₃(F,OH)_0,5. В каждом случае два независимых SiO_4-тетраэдра связаны между собой через общий атом кислорода, и, таким образом, образуют роликовые кольца вокруг четырехкратной оси симметрии карлтонита. В восьмом кольце показаны апикальные атомы кислорода в чередующихся тетраэдрах в противоположных направлениях. Каждое кольцо в форме восьмерки сбоку соединено четырьмя кольцами с четырьмя соседними кольцами в виде восьмерки поперек диагональных зеркальных плоскостей, в результате чего образуется бесконечный единственный слой. Каждый из апофиллитоподобных монослоев Si₄O₁₀ соединен с другим отдельным слоем поперек горизонтальной зеркальной плоскости (при z = 0,5). Оба отдельных слоя разделяют половину своих атомов кислорода, не связанных внутри одного слоя, и, таким образом, образуют двойной слой Si₈O₁₈.

Двухслойная структура карлтонита объясняет очень совершенную минерала в соответствии с {001}.

Двойные слои Si₈O₁₈ в карлтоните структурно расположены между тетрагональными одиночными слоями Si₄O₁₀, как например, в тетрагональных представителях группы апофиллита или в жемчужине и в каркасных структурах некоторых цеолитов, таких как гармотом или филлипсит. По этой причине особенности обеих родственных структур можно найти в структуре карлтонита.

Кристаллы воды, а также СО2 вытесняются при температуре от 650 до 750 °С, что согласуется с сильной эндотермической реакцией при 692° С. После потери H2O и CO2 кристаллическая структура карлтонита полностью разрушается.

Свойства

Морфология

Карлтонит образует кристаллические массы, заключенные в мраморы, а также — в полостях —кристаллы с острыми краями размером до 6 см в высоту, которые расположены в виде параллельно сложенных агрегатов на опоре от белого до бледно-синего карлетонита. Средний размер кристаллов варьируется от 2 до 10 мм. В большинстве случаев образуются тетрагональные призмы I. Позиция {110} и / или тетрагональный дипирамид II. Позиция {101}. Также на других формах поверхности формируются тетрагональные дипирамиды различных положений {201}, {102}, {111} и тетрагональная призма I.

Физические и химические свойства

Цвета кристаллов карлтонита варьируются в широком диапазоне. Наряду с бесцветными кристаллами, встречаются и белые, розовые, бледно-лиловые или бледно-синие цвета, от синего до темно-синего. Очень характерны цветные кристаллы с концентрическими зонами вокруг [001]. При этом основной участок кристаллов окрашен в синий цвет, а внешние зоны — в белый, голубовато-белый или бежевый. Переходы частично постепенные, иногда очень резкие, иногда даже нерегулярные. Непрозрачная внешняя зона, которая может быть механически отделена от ядра, вероятно, представляет собой второе поколение карлтонита; она часто содержит внутренние дефекты и включения. Внутренние области кристаллов (то есть синий сорт) демонстрируют слабый плеохроизм от О = очень бледно-голубой до Е = очень бледно-розового.

Цвет черты карлтонита всегда белый. Поверхность от полупрозрачной до прозрачной, иногда непрозрачной по краям кристалла, демонстрируют стеклянный до перламутрового блеск, или полуглянцевый. Через некоторое время пребывания на воздухе появляется воскообразный блеск. Естественно травленные кристаллические поверхности тусклые.

Карлтонит обладает очень совершенной спайностью в соответствии с {001} и хорошей спайностью в соответствии с {110}, но из-за его хрупкости разрушается подобно амблигониту, в результате чего излом неровный. С твердостью по Моосу от 4 до 4,5, карлтонит является минералом средней твердости, который, как и эталонные флюорит и апатит, можно более или менее легко поцарапать перочинным ножом. Измеренная плотность карлтонита составляет 2,45 г/см³, расчетная плотность минерала — 2,426 г/см³.

При реакции с соляной кислотой карлтонит образует SiO2. При соприкосновении с азотной кислотой минерал легко разлагается, образуя гелеобразный остаток. С серной карлтонит лишь слегка реагирует.

Образование и месторождения

Как очень редкий минерал, карлтонит до настоящего времени (2016 год) можно было описать только по его типовой локализации. Это всемирно известный карьер Poudrette Quarry (также Demix Quarry, Uni-Mix Quarry, Desourdy Quarry и Carrière Mont Saint-Hilaire) на Мон-Сен-Илер, региональный округ Ла-Валле-дю-Ришелье, Монтереги, Квебек, Канада. После первых находок в 1960-х годах карлтонит был обнаружен здесь несколько раз.

Карлтонит встречается исключительно в интрузивном габбросиенитовом щелочном комплексе. Он обнаружен там в основных областях термометаморфических ксенолитов, образовавшихся в породах (бывшие сланцы с промежуточными известняками), которые сегодня представляют собой зеленовато-серый или серый граб или силицированный мрамор. В первом появлении типа, описанном в публикации карлтонит вошел кварцевые жилы в пределах зеленовато-серого роговика (горной породы) и был на лимонно-желтом нарсарсуките, в сопровождении кальцита, флюорита и маленького фиолетового анкилита, молибденита, лейкосфенита, лоренценита (рамзаита) и галенита. Во втором месторождении минерал был найден внутри одного ксенолита диаметром около 60 см. Его внешняя область состояла из темно-серых роговиков с большими обогащениями твердого розового и белого альбита. Внутренняя зона состояла из крупнозернистого пектолита, среднезернистого магнезиоарфведсонита, массивного розового альбита, мелкозернистого кварца, фторофофита, фиолетового флюорита и карлтонита. Массивный розовый карлтонит, занимающий около 80% объема области ядра, сопровождался идиоморфными кристаллами магнезио-арфведсонита, фторфофофитом и иглиевым лейфитом. В третьем случае внешняя зона ксенолита представляла собой крупнозернистый мрамор, а внутренняя зона была почти чистым пектолитом из радиальных волокон. Здесь был бледно-голубой карлтонит вместе с микроклином, магнезио-арфведсонитом и крошечными кристаллами фторапофиллита. Во всех трех случаях карлтонит был обнаружен только в грубой или массивной форме.

Первая значительная находка бледно-голубых кристаллов карлтонита длиной до 5 см на матричных стадиях произошла летом 1983 года. В период с 1983 по 1987 год несколько раз были обнаружены красивые ступеньки с прозрачным синим цветом, длиной до 1 см, выстилающие кристаллы. В период с 1987 по 1988 год в дополнение к красивым ступеням были извлечены в основном монокристаллы с острыми краями с необычной интенсивностью цвета. К ним относятся прозрачные кристаллы темно-синего цвета длиной до 1,5 см и призматические кристаллы с острыми краями длиной до 6 см, имеющие ярко выраженную цветовую тональность (от бледного до темно-синего цвета внутри / от розового цвета до белого в краевой зоне).

Применение

Хотя кристаллы карлтонита хрупкие и легко расщепляются, некоторые мелкие камни можно отшлифовать. Сообщается о темно-синем камне весом 0,34 карата с изумрудной огранкой. Позже было отмечено, что в связи с плеохроизмом при шлифовке карлтонитов, оптическая ось которых должна быть ориентирована перпендикулярно к поверхности камня для того, чтобы добиться хорошего цвета — но это приводит к относительно мелким камням. Тем не менее, самый крупный граненый карлтонит, камень весом 1,48 карат, принадлежит Жилю Хайно.