Studtite

Studtite
Studtite-103495-2.jpg
Farveløs til lysegul, fibrøs studtite fra Krunkelbach-minen , Menzenschwand , Tyskland (billedbredde: 4 mm)
Generelt og klassificering
kemisk formel [(UO 2 ) (O 2 ) (H 2 O) 2 ] (H 2 O) 2
Mineral klasse
(og muligvis afdeling) 		Oxider og hydroxider
System nr. til Strunz
og til Dana 		04.GA.15 ( 8. udgave : Vb / D.04)
05.03.01.01
Lignende mineraler Metastudit
Krystallografiske data
Krystal system monoklinisk
Krystal klasse ; symbol monoklinisk prismatisk; 2 / m
Rumgruppe C 2 / c (nr. 15)Skabelon: rumgruppe / 15
Gitterparametre a  = 14,07  Å ; b  = 6,72 Å; c  = 8,43 Å
p  = 123,36 °
Formel enheder Z  = 4
Fysiske egenskaber
Mohs hårdhed blød; 1 til 2
Massefylde (g / cm 3 ) målt: 3,58 (syntetisk); beregnet: 3,64
Spaltning ingen
Brud ; Fastholdenhed smidige fragmenter
farve gul til lysegul; næsten farveløs i transmitteret lys
Linjefarve lysegul
gennemsigtighed gennemsigtig til gennemsigtig
skinne Glas eller voksglans
radioaktivitet meget radioaktivt
Krystaloptik
Brydningsindeks n a  = 1,545
n p  = 1,555
n y  = 1,680
Dobbeltbrydning δ = 0.135
Optisk karakter biaksialt positivt
Andre egenskaber
Kemisk opførsel Omdannelse til metastudit ved dehydrering

Studtite er et meget sjældent forekommende mineral fra mineralklassen " oxider og hydroxider ". Det krystalliserer i monokline krystalsystem med den kemiske sammensætning [(UO 2 ) (O 2 ) (H 2 O) 2 ] (H 2 O) 2 , så det er en vandholdigt uranyl peroxid . Ud over dets vandfri form metastudit er det det eneste kendte peroxidmineral .

Studtite udvikler kun små, lysegule til næsten farveløse krystaller med en nålelignende krystalvane . Det findes hovedsagelig i form af fibrøse mineralaggregater eller crusty belægninger. De gennemsigtige til gennemsigtige krystaller har et glas eller en voksagtig glans . Mineralet beskrives generelt som blødt ( Mohs-hårdhed ca. 1 til 2), og de fine krystalnåle er fleksible.

Etymologi og historie

Mineralet blev første gang fundet i 1947 af den belgiske mineralog Johannes Franciscus Vaes (1902–1978) i Shinkolobwe uranmine i Katanga (nu Den Demokratiske Republik Congo ). Efter kemisk analyse troede han oprindeligt, at det var et urankarbonat - sandsynligvis på grund af indeslutninger og urenheder. Vaes opkaldte det nye mineral efter den tyske geolog Franz Eduard Studt , der skabte et geologisk kort over Katanga i 1908. I 1974 var Kurt Walenta i stand til at bruge krystallografiske sammenligninger med kendte kunstigt producerede krystaller for at vise, at mineralet er et uranylperoxidhydrat . Det var først i 2003, at strukturen af ​​dette mineral endelig blev belyst af Peter C. Burns og Karrie-Ann Hughes ved hjælp af røntgenanalyse af enkeltkrystalstruktur .

klassifikation

I den forældede 8. udgave af mineralklassificeringen ifølge Strunz tilhørte studtiten mineralklassen "carbonater, nitrater og borater" og der til afdelingen "vandige carbonater med fremmede anioner ", hvor de sammen med andersonit , bayleyit , Liebigite , metazellerit , kanin , rutherfordin , Schröckingerit , Sharpit , Swartzit , Voglit , Wyartit og Zellerit "gruppen af uranylcarbonater " med systemnr . Vb / D.04 dannet.

I Lapis-mineralbiblioteket ifølge Stefan Weiß, som af hensyn til private samlere og institutionelle samlinger stadig er baseret på denne gamle form for Karl Hugo Strunz's system , fik mineralet systemet og mineralnummeret. IV / H.01-20 . I "Lapis-systemet" svarer dette til klassen af ​​"oxider og hydroxider" og der er afdelingen "Uranyl ([UO 2 ] 2+ ) hydroxider og hydrater", hvor studtite sammen med heisenbergit , ianthinit , metaschoepit , metastudit , Paraschoepit , Paulscherrerit og Schoepit danner en uafhængig, men ikke navngivet gruppe (fra og med 2018).

Den 9. udgave af Strunz 'mineralsystematik , gyldig siden 2001 og opdateret af International Mineralogical Association (IMA) indtil 2009, tildeler nu også Studtite til klassen "oxider og hydroxider" og der i afdelingen "uranylhydroxider" . Dette er yderligere opdelt i henhold til den mulige tilstedeværelse af yderligere kationer og, hvis det er tilgængeligt, også i henhold til krystalstrukturen, så mineralet kan findes i henhold til dets sammensætning i underafsnittet "uden yderligere kationer", hvor det kun er sammen med metastudit "studtitgruppen" med systemnr. 4.GA.15 formularer.

Systematikken for mineraler ifølge Dana , som hovedsagelig anvendes i den engelsktalende verden , tildeler Studtite klassen "oxider og hydroxider" og der i afdelingen "uran og thoriumholdige oxider". Her kan det også findes sammen med metastudit i den ikke-navngivne gruppe 05.03.01 inden for underafsnittet " Oxider indeholdende uran og thorium med en kationladning på 8+ (AO 4 ) og indeholdende vand ".

Krystalstruktur

Krystallografiske data
Krystalstruktur af studtite
Krystalstruktur af studtite
Krystal system monoklinisk
Værelse gruppe (nr.) C 2 / c (nr. 15)
Gitterparametre a  = 14,07  Å
b  =  06,72 Å
c  =  08,43 Å
β  = 123,36 °
Formel enheder Z  = 4

Studtite krystalliserer i det monokliniske krystalsystem i rumgruppen C2 / c (rumgruppe nr. 15) med gitterparametrene a  = 14,07  Å (1 Å = 100  pm ), b  = 6,72 Å, c  = 8,43 Å og β  = 123,36 ° og fire formelenheder pr. enhed celle .Skabelon: rumgruppe / 15

Den Krystalstrukturen indeholder kun en krystallografisk adskiller uran atom, som er beliggende i oprindelsen af enhedscellen (position koordinater: 0, 0, 0) og multipliceres til en symmetrisk tilsvarende position af de eksisterende symmetrielementer. På grund af sin position ved enhedens celle er det den eneste partikel i krystalstrukturen, der ligger på et symmetrielement; det er placeret i et inversionscenter og har positionssymmetri 1 . Uran atom er i form af en uranyl kation [UO 2 ] 2+ (UO bindingslængde : 1,77 Å), som yderligere er understøttet af to peroxid ioner O 2 2- (O - O bindingslængde: 1,46 Å; U - O afstand: 2,35 Å og 2,37 Å) og to vandmolekyler H 2 O (U - O afstand: 2,40 Å), hvilket resulterer i en samlet koordinationstal af CN = 8. Den resulterende koordineringspolyhedron af uranatomet er en forvrænget sekskantet bipyramid med uranylkationens iltatomer ved spidserne ( aksial eller apikal position) og peroxidioner og vandmolekyler i den sekskantede base af bipyramid ( ækvatorial position).

Den [(UO 2 ) (O 2 ) 2 (H 2 O) 2 ] bipyramider er ikke isolerede i krystalstrukturen, men snarere linke via peroxidioner (dvs. via fælles kanter) til dannelse af kæder, som løber langs den krystallografiske c - Axis ([001]) og kan beskrives med Niggli-formlen : Bipyramiderne inden i kæden hældes skiftevis i den modsatte retning (“zigzag chain”), kædemotivet gentager sig efter to polyeder eller 8,43 Å, hvilket svarer til gitterparameteren på den krystallografiske c- akse.

De enkelte kæder er forbundet i krystalstrukturen af ​​de resterende vandmolekyler ( krystalvand ) , der ikke er involveret i uranatomernes koordinationssfære via hydrogenbindinger , hvilket skaber den tredimensionelle struktur.

  • Koordineringspolyeder af uranatomet

  • Koblingsmønster for kæderne

  • Brintbindinger mellem kæderne

egenskaber

Mineralet er radioaktivt på grund af dets uranindhold på op til 63,6% . Under hensyntagen til den naturlige henfaldsserie eller eventuelle tilstedeværende henfaldsprodukter er den specifikke aktivitet angivet som 113,9 k Bq / g (til sammenligning: naturligt kalium 0,0312 kBq / g). Den citerede værdi kan variere betydeligt afhængigt af mineralindholdet og sammensætningen af ​​niveauerne; selektiv berigelse eller udtømning af de radioaktive nedbrydningsprodukter er også mulig og ændrer aktiviteten.

Ændringer og sorter

I 1983 rapporterede Michel Deliens og Paul Piret for første gang om den vandfrie form af studtite, metastudit (UO 2 ) (O 2 ) (H 2 O) 2 . De undersøgte flere mineralprøver fra Shinkolobwe og var i stand til at bevise den første naturlige forekomst af metastudit ved sammenligning med syntetisk produceret materiale. Disse prøver er forbundet med rutherfordin , becquerelite , masuyite , kasolit , wölsendorfite , uranophane , soddyite og uraninite . Mineralet er lysegult og de fine fibre op til 3 mm lange med en diameter på ca. 0,001 mm; det viser ingen fluorescens under hverken kort- eller langbølget UV-lys. Gitterparametrene er angivet med a = 6,51 (1) Å; b = 8,78 (2) Å; c = 4,21 (1) Å og 2 formlenheder pr. specificeret enhed. Typen mineral deponeres på Royal Museum for Central Africa i Tervuren , Belgien .

Uddannelse og lokationer

Farveløs, fibrøs studtite på fourmarierite (orange) med uraninite (sort) og uranophane (gule, radiale aggregater)

Som en sekundær mineral, studtite danner meget sjældent i uran indskud . Temperaturer under 90 ° C og kun en lille mængde vand, f.eks. I form af tynde film på mineraloverfladen, er påkrævet. Den peroxid gruppe, kendt kun i mineraler studtite og dets vandfri form, metastudtite, dannes under radiolyse af vand gennem alfastråling afgives af uran . Med en gennemsnitlig energi på 5,5 MeV har dette en rækkevidde på omkring 40 μm i vand, så mineraldannelse finder sted i et meget lokalt område. Dette frembringer blandt andre hydroxylradikal (• OH), den superoxid - gruppe (O 2 • - og) hydroperoxid radikal (HO 2 •), som så hydrogenperoxid (H 2 O 2 endelig reagere), således at Dann peroxidanioner. Derudover dannes der også reducerende forbindelser, såsom hydrogen , som imidlertid er relativt inerte kemisk ved temperaturer under 100 ° C og kan flygte fra vandet uden yderligere kemiske reaktioner. Da den naturlige radioaktivitet af uran kun forårsager relativt lidt radiolysis, fremmer uranylionens lange kontakttider med det radiolytisk nedbrudte vand i flere hundrede tusinde år dannelsen af ​​studtite. Eksempelberegninger fra andre forfattere viser imidlertid, at forudsat at hydrogenperoxidet ikke nedbrydes over længere tid, kan en tilstrækkelig høj koncentration til mineraldannelse allerede være opstået efter 2100 år. I princippet skal en tilstrækkelig mængde peroxid være til stede og koncentreres i vandet til dannelse af mineralet, hvilket kun kan opnås i tynde film og lange kontakttider.

Paragenese af studtite (hvide, fine nåle) ved siden af billietite (gule krystaller) fra Menzenschwand, Tyskland

I Shinkolobwe (Den Demokratiske Republik Congo) er mineralet forbundet med uranophan , rutherfordin og spedalsød . Parageneses med billietit , rutherfordin, barit , kvarts , hæmatit og limonit er kendt fra Menzenschwand (Tyskland) . Fund fra studtite i Tengchong (Kina) viser paragenese med tengchongit , calcurmolit og kivuit .

Ud over naturlige uranaflejringer blev studtite også fundet i uranholdigt affald fra Hanford Site- atomanlægget og i de lavalignende Corium- rester fra Tjernobyl-katastrofen . Selv om det er et meget sjældent mineral i naturen, betragtes det som et vigtigt aldringsprodukt af radioaktivt affald . Dette er relateret til dannelsesbetingelserne for studtite, som sjældent opnås i naturlige uranaflejringer, men lettere kan opstå på overfladerne af uranholdigt affald. Blandt andet har mineralet vist sig at være et stort aldringsprodukt på brændstofelementhylstre i springvandsdamme. Denne mineraldannelse kunne også verificeres syntetisk i deioniseret vand med uran (IV) oxid (UO 2 ), som blev doteret med α-emittere eller bestrålet fra eksterne kilder. Samspillet mellem brugt nukleart brændsel og grundvand kan således - ud over dannelsen af ​​studtite - også føre til dannelsen af ​​sekundære uranmineraler såsom uranyloxidhydratschoepit . Da uranylmineraler kan reducere mobiliteten af ​​andre radionuklider gennem inkorporering i krystalgitteret og gennem dannelsen af ​​inklusionsforbindelser, er de vigtige faktorer, når man ser på langsigtede virkninger på opløseligheden af ​​radioaktivt affald og brugt nukleart brændsel. Studtite er derfor vigtig for endelig bortskaffelse af nukleart udstyr .

Ud over den type, lokalitet i Shinkolobwe blev Studtit også fundet i Swambo mine og i Lusungu floden District i Sud-Kivu . Studtit er kendt i Tyskland fra Krunkelbach-minen nær Menzenschwand , Wittichen og Oberwolfach . I Østrig blev Studtit fundet i Mühlbach am Hochkönig og St. Johann im Pongau . Andre steder er Linópolis i Brasilien , Yingjiang og Tengchong i Kina , Mariánské Lázně og Javorník i Tjekkiet , Lodève , Davignac og flere steder i Deux-Sèvres-afdelingen i Frankrig og Krøderen i Norge .

Forholdsregler

På grund af mineralets stærke radioaktivitet bør mineralprøver fra studtite kun opbevares i støv og strålingstætte beholdere, men frem for alt aldrig i stuer, soveværelser eller arbejdsrum. På grund af uranylforbindelsernes høje toksicitet og radioaktivitet bør absorption i kroppen ( inkorporering , indtagelse ) under alle omstændigheder forhindres, og direkte kropskontakt bør undgås af sikkerheds- og ansigtsmasker og handsker, der bæres under håndtering af mineralet.

Se også

litteratur

  • JF Vaes: Six nouveaux minéraux d'urane provenant de Shinkolobwe (Katanga) . I: Annales de la Société Géologique de Belgique . bånd 70 , 1947, s. B212 - B226 (fransk, rruff.info [PDF; 452 kB ; hentet den 15. september 2020] til navngivning af B213, mineralbeskrivelse B223).
  • Studtite . I: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (red.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America . 2001 (engelsk, handbookofmineralogy.org [PDF; 72 kB ; adgang den 14. september 2020]).
  • Metastudit . I: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (red.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America . 2001 (engelsk, handbookofmineralogy.org [PDF; 71 kB ; adgang den 14. september 2020]).

Weblinks

Commons : Studtit  - samling af billeder, videoer og lydfiler

Individuelle beviser

  1. ↑ a b c d e f g h i Peter C. Burns, Karrie-Ann Hughes: Studtite, [(UO 2 ) (O 2 ) (H 2 O) 2 ] (H 2 O) 2 : Den første struktur af en peroxid mineral . I: Amerikansk mineralog . bånd 88 , 2003, s. 1165–1168 (engelsk, rruff.info [PDF; 223 kB ; adgang 15. september 2020]).
  2. ↑ a b c d Studtite . I: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (red.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America . 2001 (engelsk, handbookofmineralogy.org [PDF; 72  kB ; adgang den 14. september 2020]).
  3. ↑ a b c d e David Barthelmy: Studtite Mineral Data. I: webmineral.com. Hentet 14. september 2020 (engelsk).
  4. ↑ a b c d e f Studtite. I: mindat.org. Hudson Institute of Mineralogy, adgang til 14. september 2020 .
  5. ^ Paul F. Kerr: Cattierite og vaesite: Nye Co-Ni mineraler fra den belgiske Congo . I: Amerikansk mineralog . bånd 30 , 1945, s. 483–497 (engelsk, rruff.info [PDF; 973 kB ; adgang 15. september 2020]).
  6. ↑ Vaesite . I: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (red.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America . 2001 (engelsk, handbookofmineralogy.org [PDF; 64  kB ; adgang den 14. september 2020]).
  7. ^ VDC Daltry: Den type mineralogi i Afrika: Zaire . I: Annales de la Société Géologique de Belgique . bånd 115 , nr. 1 , 1992, s. 33–62 (engelsk, popups.uliege.be [PDF; 2,3 MB ; adgang 15. september 2020]).
  8. ↑ Les Mineraux de la RDC på congoforum.be (fransk) ( Memento fra 9. juni 2016 i internetarkivet )
  9. ↑ Robert Halleux, Geert Vanpaemel, Jan Vander Missen, Andrée Despy-Meyer: Geschiedenis van de wetenschappen i Belgien. 1815-2000 . bånd 2 . Dexia, Bruxelles 2001, s. 252 (hollandsk, online på dbnl.org eller begge bind som PDF 48,4 MB [adgang 15. september 2020]).
  10. ^ Franz Eduard Studt, Jules Cornet, Henri Jean François Buttgenbach: Carte géologique du Katanga et noterer sig beskrivende . Impr. Veuve Monnom, Bruxelles 1908 (fransk, detaljeret beskrivelse fra hathitrust.org [adgang 15. september 2020]).
  11. ^ A b Kurt Walenta : På studtite og dens sammensætning . I: Amerikansk mineralog . bånd  59 , 1974, s. 166–171 (engelsk, minsocam.org [PDF; 662 kB ; adgang 15. september 2020]).
  12. ↑ Stefan Weiß: Den store Lapis mineralkatalog. Alle mineraler fra A - Z og deres egenskaber. Status 03/2018 . 7. fuldstændig revideret og suppleret udgave. Weise, München 2018, ISBN 978-3-921656-83-9 .
  13. ↑ Ernest H. Nickel , Monte C. Nichols: IMA / CNMNC Liste over mineraler 2009. (PDF; 1,82 MB) I: cnmnc.main.jp. IMA / CNMNC, januar 2009, adgang til 14. september 2020 .
  14. ↑ Michel Deliens, Paul Piret: Metastudtite, UO 4 • 2H 2 O, et nyt mineral fra Shinkolobwe, Shaba, Zaire . I: Amerikansk mineralog . bånd 68 , 1983, s. 456–458 (engelsk, minsocam.org [PDF; 321 kB ; adgang 15. september 2020]).
  15. ↑ a b G. Sattonnay, C. Ardois, C. Corbel, JF Lucchini, M.-F. Barthe, F. Garrido, D. Gosset: Alfa-radiolysis-effekter på UO 2- ændring i vand . I: Journal of Nuclear Materials . bånd 288 , 2001, s. 11–19 , doi : 10.1016 / S0022-3115 (00) 00714-5 (engelsk, tilgængelig online på researchgate.net [adgang 15. september 2020]).
  16. ↑ en b Karrie-Ann Hughes Kubatko, Katheryn B. Helean, Alexandra Navrotsky, Peter C. Burns: Stabilitet af peroxidholdige uranyl Mineraler . I: Videnskab . bånd 302 , 2003, s. 1191–1193 , doi : 10.1126 / science.1090259 (engelsk, tilgængelig online på researchgate.net [adgang 15. september 2020]).
  17. ^ Peter C. Burns, Rodney C. Ewing, Alexandra Navrotsky: Nukleart brændstof i en reaktorulykke . I: Videnskab . bånd 335 , 2012, s. 1184–1188 , doi : 10.1126 / science.1211285 (engelsk, tilgængelig online på researchgate.net [adgang 15. september 2020]).
Denne artikel blev tilføjet til listen over fremragende artikler den 2. oktober 2013 i denne version .