וולאסטוניט

היסטוריה

השם וולאסטוניט מופיע לראשונה ב-1818 בספרו של ז'. לימן (J. Léman‏) " Nouveau dictionnaire d’histoire naturelle appliquée aux arts à l’agriculture " בחלק המתאר סלעים, ליתר דיוק בתיאור סלעי סקרן מאזור דוגניצה (Dognecea) שבחבל באנאט שברומניה. אבל לא היה זה הזיהוי הראשון של המינרל. התיאור הראשון של המינרל מופיע בספרו של המינרלוג האוסטרי א. שטוּץ (A. Stütz) בספרו "Neue Einrichtung der k.-k. Naturalien-Sammlung zu Wien" ובו מכונה המינרל בשם טפלשפאט (Tafelspath). דגימות של מינרל זה מחבל באנאט (אם כי לא מדוגניצה) שרדו עד היום. עם זאת נחשבת דוגניצה כיום כמקום הראשון בו אותר הטפלשפאט/וולאסטוניט. שינוי שם המינרל מטפלשפאט לוולאסטוניט נעשה על ידי לימן כהוקרה לתגליות המדעיות של הכימאי והמינרלוג האנגלי ויליאם הייד וולאסטון (1828-1766).
ב-1958 הוקמה האגודה הבינלאומית למינרלוגיה (או בראשי תיבות שמה באנגלית ה-IMA) שעיקר פעילותה הוא בתיאום הקצאת השמות למינרלים חדשים, בבחינה מחדש של שמות קיימים ובביטול שמות שגויים. האגודה קבעה כי השם וולאסטוניט הוא השם הרשמי היחיד למינרל CaSiO₃ הנוצר באופן טבעי.

פולימורפים של וולאסטוניט

וולאסטוניט קיים בכמה צורות שלכולן אותה נוסחה כימית, אבל מבנה גבישי שונה, תופעה המכונה פולימורפיזם. כל אחת מהצורות מכונה פולימורף. בטבע קיימים שני פולימורפים של וולאסטוניט, אבל במעבדה הצליחו ליצור פולימורפים נוספים.
השם וולאסטוניט ללא ציון הסוג מתאר את הסוג הנפוץ ביותר, הוולאסטוניט המתגבש במערכת הטריקלינית, "וולאסטוניט-T1‏" (1 מציין את מספרו הסידורי של הפולימורף ו-T מציין כי הוא מתגבש במערכת הטריקלינית), הקרוי לעיתים "וולאסטוניט-1A‏" או α-CaSiO₃. בספרות באנגלית נהוג לכנותו גם "וולאסטוניט-Tc" (הסימון Tc לציון היותו טריקליני).
הפולימורף השני הקיים באופן טבעי הוא ה"וולאסטוניט-M2‏" (2 מציין את מספרו הסידורי של הפולימורף ו-M מציין כי הוא מתגבש במערכת המונוקלינית) והוא נדיר הרבה יותר מ"וולאסטוניט-T1‏". "פאראוולאסטוניט" הוא כינוי מקובל נוסף ל"וולאסטוניט-M2‏". גם פולימורף זה מכונה α-CaSiO₃. הכינוי α-CaSiO₃ משמש הן "וולאסטוניט-T1‏ " והן "וולאסטוניט-M2‏" מכיוון ששניהם הם פולימורפים בטמפרטורות נמוכות. "וולאסטוניט-M2‏" אינו מתגבש יחד עם "וולאסטוניט-T1‏" אלא כלול בסלעים מותמרים שהתפתחו כתוצאה מלחץ חלש יחסית במהלך ההתמרה.
הפולימורף שנוצר בטמפרטורות גבוהות הוא "פסאודו־וולאסטוניט" (המכונה גם "וולאסטוניט-A4‏") או β-CaSiO₃ והוא יציב רק בטמפרטורות שמעל ל-1120°C. גם "פסאודו־וולאסטוניט" מתגבש במערכת המונוקלינית אבל משום שזווית β של תא היחידה שלו קרובה מאוד ל-90° המבנה שלו הוא פסאודו-אורותורומבי. בעוד ש"וולאסטוניט-T1‏" ו"וולאסטוניט-M2‏" יוצרים מבנה של שרשרת בודדה (אינוסיליקטים) הסיליקטים ב"פסאודו־וולאסטוניט" יוצרים מבנה של טבעת ולכן שייכים לקבוצת המשנה של המינרלים הציקלוסיליקטיים, סידור הטטרהדרונים של ה-SiO₄ דומה למדי לסידורם במינרל בניטואיט ([BaTi[Si₃O₉).
פולימורפים נוספים של וולאסטוניט נוצרו מ"וולאסטוניט-T1‏" במעבדה תוך שימוש בלחץ גבוה והם מתגבשים במערכת הטריקלינית, אך קיימים הבדלים במבנה הגביש ביניהם. בין הפולימורפים של לחץ גבוה קיימים "וולאסטוניט-T3‏", "וולאסטוניט-T4‏", "וולאסטוניט-T5‏" ו"וולאסטוניט-T7‏".

הקשרים בין קטיוני ה-Ca+2 וה-Si+4 לאטומי החמצן

כמו בכל הסיליקטים מוקף אטום הצורן בארבעה אטומי חמצן בצורת טטרהדרון. אבל במבנה הגבישי של הוולאסטוניט טטרהדרון ה-SiO₄ אינו מבודד אלא מחובר בשרשרות (ראו הפסקה הבאה). המרחקים בין אטומי החמצן ואטום הסיליקון נעים בין 157 ל-166 פיקומטר (pm) שהוא המרחק הרגיל בסיליקטים. אטומי הסידן מוקפים על ידי שישה אטומי חמצן בצורה של אוקטהדרון מעוות. המרחקים בין אטומי הסידן לאטומי החמצן נעים בין 227 ל-255 פיקומטר.

קשרים בין שרשרות סיליקטים

על אף שייכותו של הוולאסטוניט לקבוצת המשנה של המינרלים האינוסיליקטיים בעלי שרשרת בודדת הקשר בין הטטרהדרונים של ה-SiO₄ בשרשרת הסיליקטים שונה מצורת הקישור של קבוצת המינרלים הנפוצה יותר, הפירוקסן. ניתן להבחין בהבדל אם משווים את הוולאסטוניט עם האנסטטיט (MgSiO₃).
הקשר בין הטטרהדרונים של ה-SiO₄ נעשה בכל שרשרות הסיליקטים בעזרת קודקודי טטרהדרון משותפים, כלומר על ידי אטומי חמצן משותפים. כך שכשהשרשרת מתפתחת, כל אטום צורן משתף שניים מתוך אטומי החמצן בטטרהדרון עם אטומי צורן שבטטרהדרונים הסמוכים, ולכן בעצם לכל אטום צורן "שייכים" רק שני חצאי אטומי חמצן ומכאן נובע היחס של 1:3 בין אטומי החמצן והצורן בשרשרת. דבר זה בא לידי ביטוי בנוסחה הכימית של האינוסיליקטים (וולאסטוניט: CaSiO₃, אנסטטיט: MgSiO₃). מכיוון ששרשרות אלו הן למעשה אינסופיות הן מוגבלות רק בגודל הגביש ומתוארות על ידי הנוסחה:
ניתן להבחין בין השרשרות על יד כיוון הטטרהדרון של ה-SiO₄. בעוד שבאנסטטיט ובמינרלים אחרים מקבוצת הפירוקסן אותו מוטיב מבני בשרשרת חוזר אחרי כל זוג טטרהדרונים, בוולאסטוניט כל מוטיב מבני הוא בן שלושה טטרהדרונים. בפשטות ניתן לתאר את כיוון הטטרהדרונים באנסטיט משמאל לימין כ"למעלה" ו"למטה" בעוד שבוולאסטוניט כיוון הטטרהדרונים משמאל לימין הוא "למטה" ואז פעמיים "למעלה". משום כך נוהגים לתאר את הפירוקסן כשרשרת בת שתי יחידות בעוד שהוולאסטוניט בנוי משרשרת של שלוש יחידות. מכיוון שהוולאסטוניט בנוי שרשרות של שלושה טטרהדרונים נוהגים לעיתים קרובות גם לשלש את הנוסחה הכימית שלו בצורה [Ca₃[Si₃O₉. השרשרת האינסופית של SiO₃)⁻²) משתרעת בוולאסטוניט בכיוון [010], כלומר כלפי ציר הקריסטלוגרפיה b. אורך שלושת הטטרהדרונים הוא 732 פיקומטר, המקביל במדויק לפאת תא היחידה בכיוון ציר b. הסידור המסובך יותר של הטטרהדרונים בוולאסטוניט מתרחש משום שנפח קטיון הסידן (Ca⁺² ) גדול יותר מנפח קטיון המגנזיום (Mg⁺²) או הברזל (Fe⁺²) הנפוצים בפירוקסן.

המבנה הכללי

גם האוקטהדרונים של ה-[CaO₆] יוצרים שרשרות כלפי ציר ה-b. שרשרות האוקטהדרונים מקושרים דרך אטומי חמצן משותפים עם שרשרות הסיליקטים שתוארו לעיל כלפי צירי ה-a וה-c וכך נוצרת הצורה התלת ממדית.

השפעה המבנה המולקולרי על התכונות המקרוסקופיות

על בסיס מבנה הגביש ניתן להסביר כמה מהמאפיינים המקרוסקופיים של הוולאסטוניט. לגבישים בודדים של וולאסטוניט יש צורה מחטית עד סיבית מכיוון שהגבישים גדלים כלפי ציר הקריסטלוגרפיה b, המקביל לכיוון של שרשרות הסיליקטים במבנה הגביש. אם שוברים מחט של וולאסטוניט במרכזה נוצרים משטחי שבירה בלתי אחידים כיוון שמשמעות הפעולה היא שבירת שרשרות הסיליקטים. לעומת זאת יש פצילות מצוינת בכיוון {100} וטובה בכיוון {001} ובכיוון {102} שאותם ניתן להסביר שבניגוד לקשרים הקוולנטיים שבין הצורן לחמצן, הקשרים היוניים שבין הסידן לחמצן מבוססים על מטענים חשמליים מנוגדים והם לכן חלשים יותר.