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| レオナイト | |
|---|---|
 レオナイト | |
| 一般的な | |
| カテゴリ | 硫酸塩鉱物 |
| 式 （繰り返し単位） | カリウムマグネシウム（SO 4）2 ·4H 2 O |
| IMAシンボル | レオ[1] |
| シュトランツ分類 | 7.CC.55 |
| ダナ分類 | 29.03.03.01 |
| 結晶系 | 単斜晶系 |
| クリスタルクラス | 角柱型（2/m） （HM記号と同じ） |
| 空間群 | C2/m |
| 単位セル | a = 11.78、b = 9.53 c = 9.88 [Å]; β = 95.4°; Z = 4 |
| 識別 | |
| 式量 | 366.69グラム/モル |
| 色 | 白から無色、黄色 |
| クリスタル習慣 | 板状結晶 |
| 姉妹都市 | {100} |
| 胸の谷間 | なし |
| 骨折 | 貝殻状の |
| モース 硬度 | 2.5～3 |
| 光沢 | ガラス質または蝋質 |
| 連勝 | 白 |
| 透けて見える | 透明から半透明 |
| 比重 | 2.201 |
| 光学特性 | 二軸（+） |
| 屈折率 | n α = 1.479 n β = 1.482 n γ = 1.487 |
| 複屈折 | δ = 0.008 |
| 2V角度 | 測定値: 90° 計算値: 76° |
| 分散 | なし |
| 融着性 | 簡単 |
| その他の特徴 | Leonit、钾镁矾、Leonita、Леонит、Kalium-Astrakanit、Kalium-Blodit |
| 参考文献 | [2] [3] |
レオナイトはマグネシウムとカリウムの水和複硫酸塩である。化学式はK 2 SO 4 ·MgSO 4 ·4H 2 Oである。この鉱物は、ドイツのヴェスターレーゲルンにある製塩所の所長であったレオ・ストリッペルマンにちなんで名付けられた。 [4]この鉱物は、水和複硫酸塩鉱物のブロダイトグループの一部である。 [3]
プロパティ
レオナイトは苦い味がする。[5]
レオナイトの元素分析を行うと、塩化ナトリウムの場合と同様に、通常はナトリウムイオンと塩化物イオンで汚染されています。[5]
結晶構造
レオナイトの鉱物ファミリーでは、格子に硫酸四面体、酸素に囲まれた八面体の位置にある二価元素、水、およびこれらの他の成分を結び付ける一価金属（カリウム）が含まれています。 1つの硫酸基は室温では無秩序です。 無秩序な硫酸塩は温度が下がると位置が固定されます。 結晶形も低温で変化するため、低温ではレオナイトの他の2つの結晶形が存在します。[6]
二価金属陽イオン（マグネシウム）は酸素八面体に埋め込まれており、赤道付近の水から4つ、反対極の硫酸イオンから2つが埋め込まれている。結晶には2つの異なる八面体環境がある。これらの八面体はそれぞれカリウムイオンと水素結合によって結合している。[7]
位相変化
硫酸塩は（001）面と平行な層状に存在します。室温では、配列はODODODODODとなり、Oは秩序、Dは無秩序です。低温での次の形態では、無秩序硫酸塩は2つの異なる方向に現れ、配列OAOBAOBOAOBOAOBAOBとなります。最低温度では、配列はOAAOAOAOAOAOに単純化されます。[8]
最初の相転移は−4℃で起こる。[9] 170 K（−103℃）では、結晶は空間群I2/a、格子定数a = 11.780 Å、b = 9.486 Å、c = 19.730 Å、β = 95.23°、単位格子あたりの式8、格子体積V = 2195.6 Å 3である。[6] c次元と単位格子体積は、他の形態の2つではなく4つの硫酸塩層が存在するため、2倍になっている。[8]次の相変化は−153℃で起こる。[9] 100 K（−173 °C）では、空間群はP21/a、a = 11.778 Å、b = 9.469 Å、c = 9.851 Å、β = 95.26°、単位セルあたりの式は4、セル体積はV = 1094.01 Å 3です。[6]
温度の影響
温度が上昇すると、I2/a 相と C2/m 相のセルの体積は徐々に増加しますが、a 寸法は温度の上昇とともに減少します。a 寸法の変化は -11×10 -6 K -1です。[9]温度が上昇すると 複屈折は低下します。-150 °C での 0.0076 から、0 °C での 0.0067、100 °C での 0.0061 まで変化します。[9]下相転移では、温度が下がると複屈折は段階的に低下します。上相転移では、複屈折は連続的ですが一定ではありません。[9]
上相転移（−4℃）では潜熱が放出され、熱容量が変化する。この転移にはかなりのヒステリシスがある。下相転移では熱容量は同じままだが、潜熱が放出される。[9]
レオナイトは130℃で水分を失い始めますが、実際に分解するのは200℃です。[5]
- K 2 Mg(SO 4 ) 2 ·4H 2 O(s) → K 2 Mg(SO 4 ) 2 ·2H 2 O(s) + 2H 2 O(g)。
さらに高温になると、ランベイナイトとアルカナイト（無水硫酸カリウム）と蒸気だけが残ります。[5] [10]
- 2K 2 Mg(SO 4 ) 2 ·4H 2 O(s) → K 2 Mg 2 (SO 4 ) 3 (s) + K 2 SO 4 (s) + 8H 2 O(g)。
その他の物理的特性
レオナイトの対数溶解度積K spは25℃で−9.562である。[11]平衡定数log Kは25℃で−3.979である。[12]レオナイトの化学ポテンシャルはμ j °/RT = −1403.97である。[13]
熱力学的性質としては、Δ f G o k = −3480.79 kJ mol −1、Δ f H o k = −3942.55 kJ mol −1、ΔC o p,k = 191.32 J K −1 mol −1が挙げられる。[14]
硫酸伸縮モードの赤外線スペクトルは、1005、1080、1102、1134、1209 cm −1に吸収のピークを示します。硫酸曲げモードでは、720 cm −1 にピークが見られ、750 cm −1 と 840 cm −1にも小さなピークが見られます。OH伸縮モードは、3238 cm −1に吸収があります。温度が下がると、ピークは移動したり狭くなったりし、相転移時に追加のピークが現れることがあります。[7]
レオナイトを展示用に保管する場合、湿度の高い場所に置かないようにする必要があります。湿度が高すぎると、水分がさらに多く含まれてしまいます。[15]
形成
1897年から、ヤコブス・ヘンリクス・ファントホフは、海水がさまざまな条件で蒸発すると、さまざまな塩がどのように形成されるかを調査しました。彼の目的は、塩の堆積物がどのように形成されるかを発見することでした。彼の研究は、レオナイトが形成される条件の研究の基礎となりました。[16]
レオナイトは、硫酸カリウムと硫酸マグネシウムの水溶液を320～350 K（47～77 °C）の温度範囲で濃縮すると形成されます。この温度範囲を超えると、ランバイナイト（K 2 Mg 2 (SO 4 ) 3）が形成されます。320 K（47 °C）未満では、ピクロメライト（K 2 Mg(SO 4 ) 2 ·6H 2 O）が結晶化します。[17] MgSO 4の割合が90%を超える溶液では、六水和物（MgSO 4 ·6H 2 O）が優先的に結晶化し、60%未満ではアルカナイト（K 2 SO 4）が形成されます。[17]
塩化カリウム、硫酸カリウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウムの混合物は、35℃の水中で、特定の組成範囲でレオナイトが結晶化することがあります。この系のプロットは、塩化カリウム、硫酸カリウム、ピクロメライトとレオナイトの境界を形成します。マグネシウムが濃縮されると、カイナイトとの四重点が存在します。[18]
塩（NaCl）飽和塩水では、25℃という低温でも硫酸マグネシウムと硫酸カリウムの混合物からレオナイトが沈殿することがある。この系の25℃等温線では、レオナイトがシルビン、ピクロメライト、アストラカン石、エプソマイト、カイナイトに囲まれている。塩化ナトリウム飽和塩水は海水の蒸発によって形成されるが、海水にはこの方法でレオナイトを沈殿させるのに十分なカリウムが含まれていない。[19]
レオナイトはグレートソルトレイクの一連の太陽熱貯留池で沈殿します。[20]
ピクロメライトを85～128℃に加熱すると蒸気が発生し、レオナイトとなる。[21] [22]
- K 2 Mg(SO 4 ) 2 ·6H 2 O(s) → K 2 Mg(SO 4 ) 2 ·4H 2 O(s) + 2H 2 O(g)。
反応
レオナイトを硝酸に溶かして結晶化すると、酸性硫酸カリウムマグネシウムKHMg(SO 4 ) 2 ·2H 2 Oが形成される。 [23]
レオナイトを等モル比の硫酸マグネシウム水和物と350℃で加熱するとランベイナイトが生成される。[24]
- K 2 Mg(SO 4 ) 2 ·4H 2 O(s) + MgSO 4 · x H 2 O(s) → K 2 Mg 2 (SO 4 ) 3 (s) + (4 + x )H 2 O(g).
塩化カリウム溶液はレオナイトを固体硫酸カリウムに変換することができる：[25]
- 2KCl(aq) + K 2 Mg(SO 4 ) 2・4H 2 O(s) → 2K 2 SO 4 (s) + MgCl 2 (aq)。
エチレングリコールを加えると、より多くの硫酸カリウムが沈殿する。[26]
水中のフッ化ケイ酸はレオナイトと反応して不溶性のフッ化ケイ酸カリウムと硫酸マグネシウムと硫酸の溶液を生成する：[27]
- Ｈ２ＳｉＦ６（水溶液）＋Ｋ２Ｍｇ（ＳＯ４）２・４Ｈ２Ｏ（ｓ）→Ｋ２ＳｉＦ６（ｓ）＋ＭｇＳＯ４（水溶液）＋Ｈ２ＳＯ４（水溶液）。
15～30℃の間で、22％塩化マグネシウム溶液はレオナイトまたはピクロメライトと反応して固体塩化カリウムと水和硫酸マグネシウムを生成します。[28]
自然発生
レオナイトは、海水または湖水の脱水中に形成されることがあります。レオナイトは、蒸発 岩カリウム鉱床のマイナーな主成分、または二次鉱物である可能性があります。[29]海水からレオナイトを形成するには、塩水が沈殿した固体から分離して、以前に沈殿した塩との反応が起こらないようにする必要があり、温度は約32℃でなければなりません。25°未満または40°を超えると、塩水の内容物はレオナイトの沈殿に適しなくなります。[29]この温度では、最初にブロダイトが沈殿し、次にレオナイトが沈殿しますが、これはにがり塩のわずか3.2%を占めます。[29]
二次反応により、蒸発岩堆積物中のレオナイトが生成または消費される可能性があります。レオナイトはポリハライトに変換され、キーゼライトはレオナイトに変化します。[29]地下水が浸透した苦塩堆積物は、特に岩塩ドームのキャップ領域で、一部をレオナイトに変換する可能性があります。[29]
レオナイトは、ドイツのザクセン＝アンハルト州エーゲルンのヴェスターエーゲルンにあるシュタスフルトカリウム鉱床で初めて自然界で発見されました。 [2]シュタスフルトの塩鉱床はペルム紀のもので、ドイツ中部のマクデブルク＝ハルバーシュタット地域の下にあります。レオナイトは、厚さ50メートルにもなる塩性粘土とカーナライト層で産出します。 [30]ドイツ国内の他の産地としては、ヘッセン州フルダのノイホーフにあるノイホーフ＝エラーズカリウム工場、ニーダーザクセン州ツェレのリーデル＝ヘーニヒゼンにあるリーデルカリウム工場、アッシャースレーベン、フィーネンブルク、レオポルツハルなどがあります。[2]ドイツ国外では、イタリアのベスビオ、ウクライナのシュテブニク、米国ニューメキシコ州エディ郡のカールスバートカリウム地区で産出されます。ルーマニアのタウショアレ洞窟の結晶質洞窟生成物中に発見され、コンヤ石（K 2 Mg(SO 4 ) 2 ·5H 2 O）、シンジェナイト（K 2 Ca(SO 4 ) 2 ·H 2 O）、テナルダイト（Na 2 SO 4）、ミラビライト（Na 2 SO 4 ·10H 2 O）とともに産出する。[31]レオナイトは南オーストラリア州フリンダース山脈のウールタナ洞窟でも産出する。[32]
火星のグセフクレーターの土壌には、レオナイトのほか、多くの水和硫酸塩が含まれている。[33]エウロパでは、レオナイトは蒸気圧が氷の10 −13で安定していると予測されている。10 −7までの圧力では安定しており、それ以上の圧力ではより水和した塩が存在する。表面近くの塩の最大2%はレオナイトであると考えられる。[34]
カリウムを豊富に含む中世のガラスの風化により、レオナイトを含む可能性のある風化殻が形成される。[35]
使用
レオナイトは、カリウムとマグネシウムを供給し、肥料として直接使用することができます。肥料として使用するために、 K 2 SO 4に精製することができます。 [36]レオナイトを硫酸カリウムに変換するプロセスでは、塩化カリウム（より安価な化学物質）溶液と混合します。目的の生成物である硫酸カリウムは溶解性が低いため、濾過されます。塩化マグネシウムは水に非常に溶けやすいです。濾液は蒸発によって濃縮され、より多くのレオナイトが結晶化し、それがプロセスの最初にリサイクルされ、より多くのランベイナイトまたはピクロメライトが追加されます。[25]
レオナイトは、紀元後300年頃の中国で「飲用可能な金」を作るための錬金術の処方に使われていた可能性がある。これはおそらく金の液体コロイドであったと思われる。[37]
関連している
レオナイトは、鉱物メレイテライト（K 2 Fe(SO 4 ) 2 ·4H 2 O）および人工のMnレオナイト（K 2 Mn(SO 4 ) 2 ·4H 2 O）と同型です。同じ結晶構造を持つ他の鉱物には以下のものがあります。
- カリウム2カドミウム ( SO 4 ) 2 ·4H 2 O
- （NH 4）2Mg（SO 4）2 ·4H 2 O
- (NH 4 ) 2 Mn(SO 4 ) 2・4H 2 O
- （NH 4）2 Fe（SO 4）2 ·4H 2 O
- (NH 4 ) 2 Co(SO 4 ) 2 ·4H 2 O および
- K 2 Mg(SeO 4 ) 2 ·4H 2 O. [38]
マイロン・スタインは、獅子座にちなんで、元素番号96に「レオナイト」という名前を使うことを提案した。この名前は受け入れられず、キュリウムという名前が付けられた。[39]
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{{cite book}}: CS1 メンテナンス: DOI は 2024 年 11 月時点で非アクティブです (リンク)レオナイトが菱形の円筒として表示される、温度と Mg/K および Cl/SO 4の関係を示す 3D 図が含まれています。