Уточнение кристаллической структуры кристофшеферита-(Ce) и особенности модулярного строения полисоматической серии чевкинита {A4B(T2O7)2}{C2D2O8}m (m = 1, 2)
https://doi.org/10.24930/1681-9004-2024-24-2-264-283
Аннотация
Объект исследования. Кристаллическая структура кристофшеферита-(Ce) первоначально была уточнена в рамках низкосимметричной пространственной группы P21/m, которая позволила установить локальные особенности распределения с высокой степенью детализации. В данной работе выполнено повторное уточнение кристаллической структуры кристофшеферита-(Ce) в рамках высокосимметричной пространственной группы P21/a с использованием полученного ранее массива дифракционных данных, а также проведен топологический и симметрийный анализ (в рамках OD-теории) представителей группы чевкинита с общей формулой A4BC2D2(Si2O7)2O8. Материал и методы. Кристофшеферит-(Ce) найден в эруптивном обломке магматической породы, который был отобран из продуктов вулканической деятельности Лаахерского палеовулкана в Айфеле (Германия). Кристаллическая структура образца изучена методом рентгеноструктурного анализа. Результаты. Несмотря на повышение симметрии до пространственной группы P21/a по сравнению с ранее полученными данными в рамках P21/m, основной мотив и характер распределения катионов по октаэдрическим и тетраэдрическим позициям сохраняется, хотя из-за меньшего числа независимых позиций оно становится менее упорядоченным. Выполненный кристаллохимический анализ структур природных и синтетических представителей группы чевкинита в рамках формализма OD-теории позволил объединить их в единое OD-семейство, симметрия которого описывается единым OD-группоидом. Выводы. Топологический анализ минералов группы чевкинита позволил выделить два структурных OD-подсемейства (чевкинита и перрьерита), а также проанализировать симметрию гипотетических ромбических MDO-политипов.
Ключевые слова
чевкинит,
перрьерит,
кристофшеферит-(Се),
рентгеноструктурный анализ,
OD-теория,
топология,
сложность,
модулярность,
скунерит
При поддержке: Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 20-77-10065-П (анализ модулярности и политипии минералов группы чевкинита). Минералогические данные и данные о химическом составе получены в соответствии с темой государственного задания № 124013100858-3. Работа проведена частично в рамках выполнения государственного задания НИЦ “Курчатовский институт” (рентгеноструктурный анализ). Авторы благодарны двум анонимным рецензентам за ценные комментарии, а также академику С.Л. Вотякову за предложение подготовить статью по результатам, доложенным на конференции “Минералы: строение, свойства, методы исследования” в 2023 г.
Об авторах
С. М. Аксенов
Геологический институт, обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Кольский научный центр Российской академии наук” (ГИ КНЦ РАН); НИЦ Курчатовский институт
Россия
Россия
184209, г. Апатиты, ул. Ферсмана, 14
123182, г. Москва, пл. Академика Курчатова, 1
Е. С. Зарубина
Геологический институт, обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Кольский научный центр Российской академии наук” (ГИ КНЦ РАН)
Россия
Россия
184209, г. Апатиты, ул. Ферсмана, 14
Р. К. Расцветаева
НИЦ Курчатовский институт
Россия
Россия
123182, г. Москва, пл. Академика Курчатова, 1
Н. В. Чуканов
ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии РАН
Россия
Россия
142432, г. Черноголовка, пр. Академика Семенова, 1
М. И. Филина
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
Россия
Россия
119991, г. Москва, ул. Косыгина, 19
Список литературы
1. Аксенов С.М. (2012) Кристаллические структуры высокоупорядоченных минералов из поздних ассоциаций, связанных с магматическими комплексами. Дис. … канд. геол.-мин. наук. М.: МГУ, 149 с.
2. Бонштедт-Куплетская Э.М., Смольянинова Н.Н., Чухров Ф.В. (1972) Минералы. Справочник. Т. 3, вып. 1. Силикаты с одиночными и сдвоенными кремнекислородными тетраэдрами. М.: Наука, 883 с.
3. Касаткин А.В., Епанчинцев С.Г., Нестола Ф. (2015) Дингдаохенгит-(Ce) с Обуховского увала, Южный Урал: первая находка в России. Минералогия, (3), 3-7.
4. Попов В.А. (2021) Парагенезисы поляковита-(ce) в карбонатитах и ультрамафитах Ильменских гор (Южный Урал). Зап. РМО, CL(6), 88-95.
5. Abeysinghe D., Smith M.D., Yeon J., Morrison G., zur Loye H.-C. (2016) New Lanthanide Mixed-Valent Vanadium(III/IV) Oxosilicates, Ln4V5–xZnxSi4O22 (Ln = = La, Ce, Pr, and Nd), Crystallizing in a Quasi Two-Dimensional Rutile-Based Structure. Inorganic Chem., 55(4), 1821-1830.
6. Aksenov S.M., Charkin D.O., Banaru A.M., Banaru D.A., Volkov S.N., Deineko D.V., Kuznetsov A.N., Rastsvetaeva R.K., Chukanov N.V., Shkurskii B.B., Yamnova N.A. (2023) Modularity, Polytypism, Topology, and Complexity of Crystal Structures of Inorganic Compounds (Review). Structural Chem., 64(10), 1797-2028.
7. Blatov V.A., O’Keeffe M., Proserpio D.M. (2010) Vertex-, Face-, Point-, Schläfli-, and Delaney-Symbols in Nets, Polyhedra and Tilings: Recommended Terminology. Cryst. Eng. Comm., 12(1), 44-48.
8. Blatov V.A., Shevchenko A.P., Proserpio D.M. (2014) Applied Topological Analysis of Crystal Structures with the Program Package ToposPro. Crystal Growth & Design, 14(7), 3576–3586.
9. Brese N.E., O’Keeffe M. (1991) Bond-Valence Parameters for Solids. Acta Crystallographica B, 47(2), 192-197.
10. Brown I.D., Altermatt D. (1985) Bond-Valence Parameters Obtained from a Systematic Analysis of the Inorganic Crystal Structure Database. Acta Crystallographica B, 41, 244-247.
11. Brown I.D., Shannon R.D. (1973) Empirical Bond-Strength–Bond-Length Curves for Oxides. Acta Crystallographica A, 29(3), 266-282.
12. Carbonin S., Ridolfi F., Renzulli A., Belluso E., Nodari L., Liziero F., Capella S. (2023) Mineral and Crystal Chemical Study of Pseudo-C2/m Non-Metamict Chevkinite-(Ce): An Investigation into the Intracrystalline Distribution of LREE, HREE, and Octahedral Cations in Samples from the Azores and Pakistan. Amer. Miner. (In press)
13. Chameswary J., Thomas S., Sebastian M. (2010) Microwave Dielectric Properties of Co2La4Ti3Si4O22 Ceramics. Amer. Ceram. Soc., 93(7), 1863-1865.
14. Chen S.C., Ramanujachary K.V., Greenblatt M. (1994) Structure and Physical Properties of La3.4Ca0.6V5Si4O22: A Novel Mixed-Valent Vanadium(III/IV) Oxosilicate. Inorganic Chem., 33(26), 5994-5998.
15. Chukanov N.V., Aksenov S.M., Rastsvetaeva R.K., Belakovskiy D.I., Göttlicher J., Britvin S.N., Möckel S. (2012а) Сhristofschäferite-(Се), (Ce, La, Ca)4Mn2+(Ti, Fe3+)3(Fe3+, Fe2+, Ti)(Si2O7)2O8 – A New Chevkinite-Group Mineral From The Eifel Area, Germany. New Data on Minerals, 47, 33-42.
16. Chukanov N.V., Blass G., Pekov I.V., Belakovskiy D.I., Van K.V., Rastsvetaeva R.K., Aksenov S.M. (2012б) Perrierite-(La), (La, Ce, Ca)4(Fe2+, Mn)(Ti, Fe3+, Al)4(Si2O7)2O8, a New Mineral Species from the Eifel Volcanic District, Germany. Geol. Ore Depos., 54(8), 647-655.
17. Chukanov N.V., Kazheva O.N., Fischer R.X., Aksenov S.M. (2023) Refinement of the Crystal Structure of Fresnoite, Ba2TiSi2O8, from Löhley (Eifel District, Germany); Gladstone–Dale Compatibility, Electronic Polarizability and Vibrational Spectroscopy of Minerals and Inorganic Compounds with Pentacoordinated TiIV. Acta Crystallographica B, 79(2), 184-194.
18. Domańska-Siuda J., Nejbert K., Bagiński B., Macdonald R., Kotowski J., Stachowicz M. (2022) Chevkinite-Group Minerals in Selected Intrusions of the Mazury Complex, North-Eastern Poland: Insights into the Formation of a Titanite-like Phase by Hydrothermal Alteration. Mineral. Petrol., 116(2), 105-119.
19. Dornberger-Schiff K. (1964) Grundzüge Einer Theorie Der OD-Strukturen Aus Schichten. Berlin: Akad.-Verlag, 106 p.
20. Dornberger-Schiff K. (1982) Geometrical Properties of MDO Polytypes and Procedures for Their Derivation. I. General Concept and Applications to Polytype Families Consisting of OD Layers All of the Same Kind. Acta Crystallographica A, 38(4), 483-491. https://doi.org/10.1107/S0567739482001041
21. Dornberger-Schiff K., Grell H. (1982) Geometrical Properties of MDO Polytypes and Procedures for Their Derivation. II. OD Families Containing OD Layers of M > 1 Kinds and Their MDO Polytypes. Acta Crystallographica A, 38(4), 491-498.
22. Ferraris G., Makovicky E., Merlino S. (2008) Crystallography of Modular Materials. Oxford: Oxford University Press, 416 p.
23. Grell H. (1984) How to Choose OD Layers. Acta Crystallographica A, 40(2), 95-99.
24. Grey I.E., Keck E., Mumme W.G., Pring A., Macrae C.M., Gable R.W., Price J.R. (2015) Flurlite, Zn3Mn2+Fe3+(PO4)3(OH)2·9H2O, a New Mineral from the Hagendorf Süd Pegmatite, Bavaria, with a Schoonerite-Related Structure. Miner. Mag., 79(5), 1175-1184.
25. Grey I.E., Kampf A.R., Keck E., MacRae C.M., Cashion J.D., Gozukara Y. (2018) Crystal Chemistry of Schoonerite-Group Minerals. Europ. J. Mineral., 30(3), 621-634.
26. Gueho C., Giaquinta D., Mansot J.L., Ebel T., Palvadeau P. (1995) Structure and Magnetism of La4Mn5Si4O22 and La4V5Si4O22: Two New Rare-Earth Transition Metal Sorosilicates. Chem. Mater., 7(3), 486-492.
27. Haggerty S.E., Mariano A.N. (1983) Strontian-Loparite and Strontio-Chevkinite: Two New Minerals in Rheomorphic Fenites from the Parana Basin Carbonatites, South America. Contrib. Mineral. Petrol., 84(4), 365–381.
28. Hawthorne F.C., Ungaretti L., Oberti R. (1995) Site Populations in Minerals; Terminology and Presentation of Results of Crystal-Structure Refinement. Can. Miner., 33(4), 907-911.
29. Holtstam D., Bindi L., Hålenius U., Andersson B. (2017) Delhuyarite-(Ce)–Ce4Mg(Fe3+2W)□(Si2O7)2O6(OH)2 – a New Mineral of the Chevkinite Group, from the Nya Bastnäs Fe–Cu–REE Deposit, Sweden. Europ. J. Mineral., 29(5), 897–905.
30. Ito J. (1967) A Study of Chevkinite and Perrierite. Amer. Miner., 52(7-8), 1094-1104.
31. Ito J., Arem J.E. (1971) Chevkinite and Perrierite: Synthesis, Crystal Growth and Polymorphism. Amer. Miner., 56(1-2), 307-319.
32. Krivovichev S.V. (2013) Structural Complexity of Minerals: Information Storage and Processing in the Mineral World. Miner. Mag., 77(3), 275-326.
33. Krivovichev S.V., Krivovichev V.G., Hazen R.M., Aksenov S.M., Avdontceva M.S., Banaru A.M., Gorelova L.A., Ismagilova R.M., Kornyakov I.V., Kuporev I.V., Morrison S.M., Panikorovskii T.L., Starova G.L. (2022) Structural and Chemical Complexity of Minerals: An Update. Miner. Mag., 86(2), 183-204.
34. Lacinska A., Rushton J., Burgess S., Deady E.A., Turner G. (2021) The Effect of X-Ray Energy Overlaps on the Microanalysis of Chevkinite (Ce, La, Ca, Th)4(Fe2+, Mg)2(Ti, Fe3+)3Si4O22 Using SEM EDS-WDS. Minerals, 11(10), 1063.
35. Liu Y., Ma C., Beckett J.R., Chen Y., Guan Y. (2016) Rare-Earth-Element Minerals in Martian Breccia Meteorites NWA 7034 and 7533: Implications for Fluid–Rock Interaction in the Martian Crust. Earth Plan. Sci. Lett., 451, 251-262.
36. Macdonald R., Bagiński B., Kartashov P., Zozulya D., Dzierżanowski P. (2012) Chevkinite-Group Minerals from Russia and Mongolia: New Compositional Data from Metasomatites and Ore Deposits. Miner. Mag., 76(3), 535-549.
37. Macdonald R., Belkin H.E. (2002) Compositional Variation in Minerals of the Chevkinite Group. Miner. Mag., 66(6), 1075-1098.
38. Macdonald R., Marshall A.S., Dawson J.B., Hinton R.W., Hill P.G. (2002) Chevkinite-Group Minerals from Salic Volcanic Rocks of the East African Rift. Miner. Mag., 66(2), 287-299.
39. Macdonald R., Bagiński B., Belkin H.E., Stachowicz M. (2019) Composition, Paragenesis, and Alteration of the Chevkinite Group of Minerals. Amer. Miner., 104(3), 348-369.
40. Malcherek T., Schlüter J., Schäfer C. (2021) Perrierite-(Ce) from the Laacher See Tephra, Eifel, Germany, and the Modular Character of the Chevkinite Group of Minerals. Phys. Chem. Miner., 48(2), 10.
41. Malczewski D., Grabias A., Dziurowicz M., Krzykawski T. (2023) 57Fe Mössbauer Spectroscopy and X-Ray Diffraction of Annealed Highly Metamict Perrierite: Activation Energy and Recrystallization Processes. Minerals, 13(11), 1395.
42. Miyajima H., Matsubara S., Miyawaki R., Yokoyama K., Hirokawa K. (2001) Rengeite, Sr4ZrTi4Si4O22, a New Mineral, the Sr-Zr Analogue of Perrierite from the Itoigawa-Ohmi District, Niigata Prefecture, Central Japan. Miner. Mag., 65(1), 111-120.
43. Miyajima H., Miyawaki R., Ito K. (2002) Matsubaraite, Sr4Ti5(Si2O7)2O8, a New Mineral, the Sr-Ti Analogue of Perrierite in Jadeitite from the Itoigawa-Ohmi District, Niigata Prefecture, Japan. Europ. J. Mineral., 14(6), 1119-1128.
44. Muhling J.R., Suvorova A.A., Rasmussen B. (2014) The Occurrence and Composition of Chevkinite-(Ce) and Perrierite-(Ce) in Tholeiitic Intrusive Rocks and Lunar Mare Basalt. Amer. Miner., 99(10), 1911-1921.
45. Nagashima M., Armbruster T., Akasaka M., Sano-Furukawa A., Nishio-Hamane D., Malsy A., Imaoka T., Nakashima K. (2020) Multi-Methodical Study of the Ti, Fe2+ and Fe3+ Distribution in Chevkinite-Subgroup Minerals: X-Ray Diffraction, Neutron Diffraction, 57Fe Mössbauer Spectroscopy and Electron-Microprobe Analyses. Phys. Chem. Miner., 47(6), 29.
46. Nespolo M., Ferraris G., Ďurovič S., Takéuchi Y. (2004) Twins vs . Modular Crystal Structures. Zeitschrift für Kristallographie, 219(12), 773-778.
47. Parodi G.C., Della Ventura G., Mottana A., Raudsepp M. (1994) Zr-Rich Non Metamict Perrierite-(Ce) from Holocrystalline Ejecta in the Sabatini Volcanic Complex (Latium, Italy). Mineral. Mag., 58(393), 607-613.
48. Petricek V., Dusek M., Palatinus L. (2014) Crystallographic Computing System JANA2006: General Features. Zeitschrift für Kristallographie, 229(5), 345-352.
49. Popov V.A., Pautov L.A., Sokolova E., Hawthorne F.C., McCammon C., Bazhenova L.F. (2001) Polyakovite-(Ce), (REE, Ca)4(Mg, Fe2+)(Cr3+, Fe3+)2(Ti, Nb)2Si4O22, a New Metamict Mineral Species from the Ilmen Mountains, Southern Urals, Russia: Mineral Description and Crystal Chemistry. Can. Miner., 39(4), 1095-1104.
50. Segalstad T.V., Larsen A.O. (1978) Chevkinite and Perrierite from the Oslo Region, Norway. Amer. Miner., 63(5-6), 499-505.
51. Shannon R.D. (1976) Revised Effective Ionic Radii and Systematic Studies of Interatomic Distances in Halides and Chalcogenides. Acta Crystallographica A, 32(5), 751-767.
52. Sheikh S., Meng J., Jacobs R., Liu J., Nachlas W.O., Morgan D. (2023) Layered Monoclinic Perrierite Oxo-Silicate La4Mn5Si4O22 + Δ: A New Interstitial Oxide Ion Conductor for Low Temperature Applications. ECS Meeting Abstracts, MA2023-01(40), 2803-2803.
53. Shen G.-F., Yang G.-M., Xu J.-S. (2005) Maoniupingite-Ce: A New Rare-Earth Mineral from the Maoniuping Rare-Earth Deposit in Mianning, Sichuan. Sedimentary Geol. Tethyan Geol., 25(1-2), 210-216.
54. Sokolova E., Hawthorne F.C., Della Ventura G., Kartashov P.M. (2004) Chevkinite-(Ce): Crystal Structure And The Effect Of Moderate Radiation-Induced Damage On Site-Occupancy Refinement. Can. Miner., 42(4), 1013-1025.
55. Spek A.L. (2003) Single-Crystal Structure Validation with the Program PLATON. App. Crystallography, 36, 7-13.
56. Spiridonov E.M., Filimonov S.V., Semikolennykh E.S., Korotaeva N.N., Krivitskaya N.N. (2020) Chevkinite-(Се) and Perrierite-(Се) from the Island Arc Quartz Gabbronorite–Dolerite of the Ayu-Dag Intrusion, Crimean Mountains. Geol. Ore Depos., 62(7), 638-651.
57. Stachowicz M., Bagiński B., Macdonald R., Kartashov P.M., OzięBło A., Wożniak K. (2014) Structure of Sr-Zr-Bearing Perrierite-(Ce) from the Burpala Massif, Russia. Miner. Mag., 78(7), 1647-1659.
58. Stachowicz M., Bagiński B., Welch M.D., Kartashov P.M., Macdonald R., Balcerzak J., Tyczkowski J., Woźniak K. (2019а) Cation Ordering, Valence States, and Symmetry Breaking in the Crystal-Chemically Complex Mineral Chevkinite-(Ce): X-Ray Diffraction and Photoelectron Spectroscopy Studies and Mechanisms of Nb Enrichment. Amer. Miner., 104(4), 595-602.
59. Stachowicz M., Welch M.D., Bagiński B., Kartashov P.M., Macdonald R., Woźniak K. (2019б) Cation Ordering, Valence States, and Symmetry Breaking in the Crystal-Chemically Complex Mineral Chevkinite-(Ce): Recrystallization, Transformation, and Metamict States in Chevkinite. Amer. Miner., 104(10), 1481-1486.
60. Wang H.‐J., Li B.‐T., Lin H.‐X., Chen W., Luo L. (2014) Effects of MgO on Crystallization and Microwave Dielectric Properties of MgO–Al2O3–SiO2–TiO2–La2O3 Glass‐ Ceramics. Int. J. App. Glass Sci., 5(4), 436-442.
61. Wang J., Chen W., Luo L. (2008) Crystallization Behavior and Microwave Dielectric Property of MgO–Al2O3– SiO2–TiO2–CeO2 Glass–Ceramic. J. Alloys Compounds, 464(1-2), 440-445.
62. Wang S., Hwu S.-J. (1995) La4Ti5Si4-xPxO22 (x = 0, 1): A New Family of Two-Dimensional Solids. Synthesis and Structure of the First Member (m = 1) of the Mixed-Valence Titanium(III/IV) Oxosilicate Series, La4Ti(Si2O7)2(TiO2)4m. Inorganic Chem., 34(1), 166-171.
63. Wang S., Hwu S.J. (1992) Mixed-Valence Lanthanum Titanium (III/IV) Oxosilicate La4Ti9Si4O30. A Novel Perrierite-Related Compound, La4Ti(Si2O7)2(TiO2)4m (m = 2), with a Quasi-Two-Dimensional Rutile-Based Structure. J. Amer. Chem. Soc., 114(17), 6920-6922.
64. Xu J., Yang G.G, Li G., Wu Z., Shen G. (2008) Dingdaohengite-(Ce) from the Bayan Obo REE-Nb-Fe Mine, China: Both a True Polymorph of Perrierite-(Ce) and a Titanic Analog at the C1 Site of Chevkinite Subgroup. Amer. Miner., 93(5-6), 740-744.
65. Yang Z., Fleck M., Smith M., Tao K., Song R., Zhang P. (2002) The Crystal Structure of Natural Fe-Rich Chevkinite-(Ce). Europ. J. Mineral., 14(5), 969-975.
66. Yang Z., Giester G., Ding K., Tillmanns E. (2012) Hezuolinite, (Sr, REE)4Zr(Ti, Fe3+, Fe2+)2Ti2O8(Si2O7)2, a New Mineral Species of the Chevkinite Group from Saima Alkaline Complex, Liaoning Province, NE China. Europ. J. Mineral., 24(1), 189-196.
67. Yang Z., Pertlik F., Fleck M. (2008) Hydroxyl Groups in Nonmetamict Chevkinite-(Ce): A Crystal Chemical Discussion. J. Rare Earths, 26(4), 609-613.
Рецензия
Для цитирования:
Аксенов С.М., Зарубина Е.С., Расцветаева Р.К., Чуканов Н.В., Филина М.И. Уточнение кристаллической структуры кристофшеферита-(Ce) и особенности модулярного строения полисоматической серии чевкинита {A4B(T2O7)2}{C2D2O8}m (m = 1, 2). Литосфера. 2024;24(2):264-283. https://doi.org/10.24930/1681-9004-2024-24-2-264-283
For citation:
Aksenov S.M., Zarubina E.S., Rastsvetaeva R.K., Chukanov N.V., Filina M.I. Refinement of the crystal structure of christofschäferite-(Ce) and the modular aspect of the chevkinite polysomatic series with the general formula of {A4B(T2O7)2}{C2D2O8}m (m = 1, 2). LITHOSPHERE (Russia). 2024;24(2):264-283. (In Russ.) https://doi.org/10.24930/1681-9004-2024-24-2-264-283
Просмотров:
376
Послать статью по эл. почте 