ΥΛΙΚΑ ΤΗΣ ΓΗΣ ΙI : Κρυσταλλοχημεία και Συστηματική των Ορυκτών 10η Διάλεξη: Κυκλοπυριτικά ορυκτά ΔΙΔΑΣΚΩΝ : Δ. ΠΑΠΟΥΛΗΣ Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Γεωλογίας

ΣΚΟΠΟΙ ΕΝΟΤΗΤΑΣ Δομή και σύσταση σημαντικών κυκλοπυριτικών ορυκτών Εμφανίσεις και χρήσεις κυκλοπυριτικών ορυκτών

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΝΟΤΗΤΑΣ Κυκλοπυριτικά ορυκτά (syclosilicates, ring silicates)

ΚΥΚΛΟΠΥΡΙΤΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ Δυο κορυφές του τετραέδρου ενωμένες με γειτονικά τετράεδρα Τύπος Si-O : (Si6O18)-12 Αναλογία Si/O = 6/18 ή 1/3

ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΚΥΚΛΟΠΥΡΙΤΙΚΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΚΥΚΛΟΠΥΡΙΤΙΚΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ Τα τετράεδρα ενώνονται ώστε να σχηματίσουν κλειστούς δακτύλιους Οι δακτύλιοι είναι συνήθως εξαμελείς Si6O18-12 Σπανιότερα τριμελείς Si3O9-6 ή τετραμελείς Si4O12-8 ή πενταμελείς Si5O15-10 Οι εξαμελείς δακτύλιοι διατάσσονται ο ένας πάνω στον άλλο κατά μήκος του άξονα c (με το επίπεδο τους κάθετο σε αυτόν)

ΣΗΜΑΝΤΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ ΤΩΝ ΚΥΚΛΟΠΥΡΙΤΙΚΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ Τρία είναι τα πιο σημαντικά ορυκτά αυτής της ομάδας: Βήρυλλος Be3Al2Si6O18 Κορδιερίτης Mg2Al3(AlSi5)O18 Τουρμαλίνης (Na,Ca)(Li,Mg,Al)3(Al,Fe,Mn)6Si6O18(BO3)3(OH)4

ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΒΗΡΥΛΛΟΥ Οι εξαμελείς δακτύλιοι διατάσσονται ο ένας πάνω στον άλλο κατά μήκος του άξονα c (με το επίπεδο τους  σε αυτόν) Δημιουργείται έτσι ένα κυλινδρικό κανάλι κατά μήκος του c Τα κέντρα των τετραέδρων (Si) διατάσσονται εναλλάξ με μικρή περιστροφή σε σχέση με αυτά του επόμενου δακτυλίου Έτσι τα Ο-2 καθενός δακτυλίου, τοποθετούνται μέσα στο κοίλο τμήμα που σχηματίζουν 2 Ο-2 του γειτονικού δακτυλίου Εξαγωνική συμμετρία

ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΒΗΡΥΛΛΟΥ 2 Στο εσωτερικό του κυλινδρικού καναλιού μπορούν να τοποθετηθούν ιόντα ή μικρά μόρια (π.χ. H2O, CO2, αλκάλια κ.α.) Οι δακτύλιοι ενώνονται μεταξύ τους με ιόντα Be+2, τα οποία βρίσκονται σε τετραεδρική συνδιάταξη με τα Ο-2 Tο Al+3 καταλαμβάνει παραμορφωμένες οκταεδρικές θέσεις ενωμένο με Ο-2 από τρεις γειτονικούς δακτυλίους Τα Be+2 και Al+3 συνδέουν τους στύλους που σχηματίζονται από το στοίβαγμα των δακτυλίων κατακόρυφα και πλευρικά

ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΒΗΡΥΛΟΥ Ιόντα Li+ μπορούν να αντικαταστήσουν είτε το Al+3 είτε το Be+2 Τα αλκάλια Na+, K+ και Cs+ καταλαμβάνουν θέσεις στο εσωτερικό κυλινδρικό κανάλι Στην περίπτωση αυτή απαιτείται αντικατάσταση των οκταεδρικών Al+3 από Fe+2 ή Mg+2 ή Li+, για την εξισορρόπηση του φορτίου Mόρια Η2Ο καταλαμβάνουν θέσεις στο εσωτερικό κυλινδρικό κανάλι

ΠΟΙΚΙΛΙΕΣ ΒΗΡΥΛΟY Ακουαμαρίνα : Ανοικτή γαλαζοπράσινη ποικιλία. Αντικατάσταση Al+3 από Fe+3 Σμαράγδι : Πράσινη ποικιλία. Αντικατάσταση Al+3 από Cr+3

ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΚΟΡΔΙΕΡΙΤΗ Η δομή του είναι παρόμοια με της Βηρύλλου Δακτύλιοι (Si,Al)6O18 στοιβάζονται κατά μήκος του άξονα c Ένα Al αντικαθιστά το 6ο Si στους δακτυλίους Η δομή και η χημική σύσταση του Κορδιερίτη μπορεί να προέλθει με σημείο αναφοράς τη Βήρυλλο

ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΚΟΡΔΙΕΡΙΤΗ 2 Το Mg τοποθετείται στις οκταεδρικές θέσεις που βρισκόταν το Al στη Βήρυλλο Το Al τοποθετείται στις τετραεδρικές θέσεις που βρισκόταν το Be στη Βήρυλλο Al2Be3Si6O18 Mg2Al3(AlSi5)O18

ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΚΟΡΔΙΕΡΙΤΗ 3 Η ύπαρξη Al για κάθε έκτο Si στους δακτύλιους, μειώνει τη συμμετρία από εξαγωνική σε ορθορομβική (ψευδοεξαγωνική μορφή) Στον Κορδιερίτη όλα τα ελεύθερα Ο-2 των τετραέδρων ενώνονται με γειτονικά τους, σχηματίζοντας τελικά ικρίωμα, άρα θα μπορούσε να ταξινομηθεί ως τεκτοπυριτικό ορυκτό Όμως λόγω της κυριαρχίας των δακτυλίων (ως δομικές μονάδες) στη δομή του, κατατάσσεται στα κυκλοπυριτικά ορυκτά

ΑΝΤΙΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΣΤΟΝ ΚΟΡΔΙΕΡΙΤΗ Ιόντα Fe+2 αντικαθιστούν τα Mg+2 των οκταεδρικών θέσεων Η αντικατάσταση αυτή είναι σπάνια και συνήθως οι κορδιερίτες είναι Mg-ούχοι Ιόντα Fe+3 μπορούν να αντικαταστήσουν το Al+3 Tο εσωτερικό κυλινδρικό κανάλι μπορεί να περιέχει ιόντα αλκαλίων (συνήθως Na+, K), H2O και CO2 Έτσι ο χημικός τύπος θα μπορούσε να γραφεί και ως (Mg,Fe)2Al3(AlSi5)O18·nH2O

ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΤΟΥΡΜΑΛΙΝΗ Ακολουθείται και εδώ το μοντέλο των εξαμελών δακτυλίων από τετράεδρα SiΟ4-4 Οι κυκλικοί δακτύλιοι διατάσσονται έτσι ώστε οι κορυφές των τετραέδρων να είναι προσανατολισμένες στην ίδια κατεύθυνση Τα τετράεδρα συνδυάζονται με μια ομάδα 3 οκταεδρικών θέσεων (Χ) που συνδέονται με Ο-2 και ΟΗ- Και μια μεγάλη θέση (W), η οποία συνήθως καταλαμβάνεται από Na και σπανιότερα από Ca ή K

ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΤΟΥΡΜΑΛΙΝΗ 2 Επίσης οι θέσεις Υ είναι οκταεδρικές, καταλαμβάνονται συνήθως από Al+3 και σπανιότερα από Fe+3 ή Mg+2 Αυτές συνδέουν τους κυλινδρικούς σωλήνες των αλλεπάλληλων δακτυλίων με τους γειτονικούς τους Ιόντα Β+3 σχηματίζουν ρίζες ΒΟ3-3 σε επίπεδα διαστρωμένα μεταξύ των δακτυλίων Λόγω του ότι τα τετράεδρα έχουν προσανατολισμένες τις κορυφές τους στην ίδια κατεύθυνση, ο τουρμαλίνης δεν έχει κέντρο συμμετρίας Επίσης, η τριγωνική διευθέτηση των οκταέδρων, μειώνει τη συμμετρία από το εξαγωνικό στο τριγωνικό σύστημα

ΤΟΥΡΜΑΛΙΝΗΣ WX3Y6(Si6O18)(BO3)3(OH)4 Η θέση W καταλαμβάνεται από Na (σπανιότερα από Ca ή K) Η θέση Χ καταλαμβάνεται από Mg και Fe και σπανιότερα από Mn, Li και Al Η θέση Y καταλαμβάνεται από Al και λιγότερο συχνά από Fe+3 ή Mg

ΤΟΥΡΜΑΛΙΝΗΣ Εικόνα 1: ΤΟΥΡΜΑΛΙΝΗΣ (Na,Ca)(Li,Mg,Al)3(Al,Fe,Mn)6Si6O18(BO3)3(OH)4 (Παπούλης, 2015)

ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΥΚΛΟΠΥΡΙΤΙΚΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ Η Βήρυλλος αποτελεί πολύτιμο λίθο (σμαράγδι, ακουαμαρίνα) Η Βήρυλλος είναι η κύρια πηγή του μεταλλικού Be (έχει ιδιότητες παρόμοιες με το αλουμίνιο και σχηματίζει κράματα με χαλκό προκειμένου να αυξηθούν η αντοχή και η σκληρότητα) Ποικιλίες του Τουρμαλίνη αποτελούν πολύτιμους λίθους Ο Τουρμαλίνης εμφανίζει πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο και χρησιμοποιείται στην κατασκευή μανομέτρων και ηλεκτρονικών εξαρτημάτων

ΕΜΦΑΝΙΣΕΙΣ ΚΥΚΛΟΠΥΡΙΤΙΚΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ Πίνακας 1: Εμφανίσεις Κυκλοπυριτικών Ορυκτών (Παπούλης, 2015)

ΤΕΛΟΣ ΕΝΟΤΗΤΑΣ

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Αθηνών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Πατρών,  Δ. Παπούλης (Επίκουρος Καθηγητής). «Υλικά της Γης ΙΙ: Κρυσταλλοχημεία και Συστηματική των Ορυκτών. Διάλεξη 10η». Έκδοση: 1.0. Πάτρα 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: https://eclass.upatras.gr/courses/GEO311/

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί.

Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων Όλες οι εικόνες που περιέχονται στην ενότητα 10 προέρχονται από το προσωπικό αρχείο του κ. Δημητρίου Παπούλη. Τέλος Ενότητας