Камацит

Камацит — легура на железо и никел, која на Земјата се наоѓа само во метеорити. Според Меѓународното минералошко здружение (ММЗ), се смета за соодветна сорта на минералот самородно железо богато со никел. Соодносот железо-никел е помеѓу 90%:10% и 95%:5%; може да бидат присутни и мали количини на други елементи, како што се кобалт или јаглерод. Минералот има метален сјај, е сив и нема јасно расцепување иако неговата кристална структура е изометрично-хексоктаедарска. Неговата густина е околу 8 g/ cm<sup>3</sup>, а неговата тврдост е 4 според Мосовата скала. Понекогаш се нарекува и балкенајзен.
Името е изведено во 1861 година и е изведено од грчкиот корен ''камак'' или ''κάμαξ'' „камакс“, што значи лозов столб. Тој е главна состојка на железните метеорити ( октаедритни и хексаедритни типови). Во октаедритите се наоѓа во ленти кои се преплетуваат со тенит, формирајќи Видманштетенов модел. Во хексаедритите, често се гледаат фини паралелни линии наречени Нојманови линии, кои се доказ за структурна деформација на соседните камацитни плочи поради удар од удари.
Понекогаш камацитот може да се најде толку тесно измешан со тенит што е тешко визуелно да се разликуваат, формирајќи плесит. Најголемиот документиран кристал на камацит е со димензии 92×54×23 cm (36.2×21.3×9.1.
1 Физички својства
Камацитот поседува многу уникатни физички својства, вклучувајќи го Видманштетеновиот модел и екстремно висока густина.
1.1 Распознавање
Камацитот е непроѕирен, а неговата површина генерално покажува различни нијанси на сиви линии или „прошиени“ шари. Камацитот има метален сјај. Камацитот може да варира во тврдоста врз основа на степенот на шок кој го претрпел, но најчесто се рангира на четврто место според Мосовата скала на тврдост. Шокот ја зголемува тврдоста на камацитот, но ова не е 100% сигурно во одредувањето на историјата на шокови бидејќи постојат безброј други причини зошто тврдоста на камацитот може да се зголеми.
Камацитот има измерена густина од g/cm<sup>3</sup>. Има масивна кристална структура, но нормално е дека поединечните кристали се неразделни во природните појави. Кај камацитот нема рамнини на расцепување, што му дава груб прелом. Камацитот е магнетен и изометричен, што го прави да се однесува оптички изометриски.
Камацитот се јавува со тенит и мешана област од камацит и тенит, наречена плесит.
Тенитот содржи повеќе никел (12 до 45 wt. % Ni) отколку камацит (кој има 5 до 12% Ni). Зголемувањето на содржината на никел предизвикува тенитот да има единична ќелија со центрирано лице, додека поголемата содржина на железо во камацитот предизвикува неговата единична ќелија да биде центрирана на телото. Оваа разлика е предизвикана од тоа што никелот и железото имаат слична големина, но различни меѓуатомски магнетни и квантни зеамни дејства.
1.1.1 Тетрагонална фаза
Постојат докази за тетрагонална фаза, забележана при тестови со рендгенски прашок, а подоцна и под микроскоп. При тестирање, два метеорити дале d-вредности кои можеле „да се составаат врз основа на тетрагонална единична ќелија, но не и врз основа на коцкеста или шестоаголна единична ќелија“. Се шпекулира дека станува збор за е-железо, шестоаголен полиморф на железо.
1.2 Видманштетенов модел
Видманштетеновиот модел, понекогаш наречен Томсонов модел, се текстури кои често се гледаат кај метеорити кои содржат камацит. Ова се ленти кои обично се менуваат помеѓу камацит и тенит. Во 1804 година, Вилијам Томсон наишол на овие структури кога забележал неочекувани геометриски модели откако исчистил примерок со азотна киселина. Тој ги објавил своите набљудувања во француско списание, но поради Наполеоновите војни, англиските научници, кои во тоа време вршеле голем дел од истражувањата за метеоритите, никогаш не ја откриле неговата работа. Дури во 1808 година, четири години подоцна, истите модели на гравирање ги открил грофот Алојз фон Бек Видманштетен, кој загревал железни метеорити, кога забележал геометриски модели предизвикани од различните стапки на оксидација на камацит и тенит. Видманштетен им кажал на многу свои колеги за овие модели преку преписка, што довело до тоа тие да бидат наречени Видманштетенови модели во поголемиот дел од литературата.
Видманштетеновите модели се создаваат како што метеоритот се лади; на високи температури и железото и никелот имаат решетки центрирани на лицето. Кога се формира метеоритот, тој почнува како целосно стопен тенит (поголем од 1500 °C) и како што се лади над 723 °C примарната метастабилна фаза на легурата се претвора во тенит и камацитот почнува да таложи. Во овој прозорец метеоритот се лади под 723 °C каде што се формираат Томсоновите структури и тие можат во голема мера да бидат под влијание на температурата, притисокот и составот на метеоритот.
1.3 Оптички својства
Камацитот е непроѕирен и може да се набљудува единствено со микроскопија на рефлектирана светлина. Тој е изометричен и затоа се однесува изотропно.
1.4 Магнетизам
Како што метеоритот се лади под 750 °C железото станува магнетно додека се движи во фазата на камацит. За време на ова ладење, метеоритот добива неконвенционална термореманентна магнетизација. Термореманентната магнетизација на Земјата им дава на минералите од железо формирани во Земјината кора поголема магнетизација отколку доколку се формирале во истото поле на собна температура. Ова е неконвенционална термореманентна магнетизација бидејќи се смета дека се должи на хемиски процес на реманент кој се индуцира кога тенитот се лади до камацит. Она што го прави ова особено интересно е што е покажано дека ова го објаснува целото магнетно поле на обичните хондрити, за кое е покажано дека е силно до 0,4 орстеди (симбол Oe).
2 Кристалографија
Камацитот е изометриски минерал со тело со коцкеста центрирана единечна клетка. Камацитот обично не се наоѓа во големи кристали; сепак, аномално најголемиот пронајден и документиран кристал на камацит има димензии од 92×54×23 сантиметри. Дури и со оглед на тоа што големите кристали се толку ретки, кристалографијата е исклучително важна за разбирање дека има важна улога во формирањето на Томсоновите структури.
2.1 Симетрија
Камацитот формира изометриски, хексоктаедарски кристали; ова предизвикува кристалите да имаат многу елементи на симетрија. Камацитот спаѓа во класата 4/m 2/m во Херманомогеновата нотација, што значи дека има три четирикратни оски, четири трократни оски и шест двократни оски и девет огледални рамнини. Камацитот има просторна група од Fm m.
2.2 Единечна ќелија
Камацитот е составен од повторувачка единица од α-(Fe, Ni), , што ги сочинува димензиите на ќелијата од a = 8,603 Å, Z = 54 Å; V = 636,72 <sub>Å</sub><sup>3</sup>. Меѓуатомските магнетни и квантни интеракции на атомите на нулталентно железо (метално Fe<sup>0</sup>) кои меѓусебно предизвикуваат камацитот да има решетка во центарот на телото.
3 Хемија
3.1 Формула и доминантни елементи
Камацитот е составен од повторувачка единица од α-(Fe, Ni), , во кој и железото и никелот имаат нулта валенција ( Fe<sup>0</sup> и Ni<sup>0</sup>) бидејќи се метални нативни елементи кои најчесто се наоѓаат во железните метеорити. Освен елементите во трагови, нормално се смета дека е составен од 90% железо и 10% никел, но може да има сооднос до 95% железо и 5% никел. Ова го прави железото доминантен елемент во кој било примерок од камацит. Групирано е со нативните елементи и во системите за класификација Дана и Никел-Струнц.
3.2 Услови за формирање
Камацитот почнува да се формира околу 723 °C, каде што железото се разделува од центрирано на површината кон центрирано на телото, додека никелот останува центрирано на површината. За да се прилагоди на ова, почнуваат да се формираат области со поголема концентрација на железо, поместувајќи го никелот во областите околу него, што создава тенит, крајниот елемент со никел.
3.3 Елементи во трагови
Направени се голм број на истражувања за елементите во трагови во камацитот. Најзначајните елементи во трагови во камацитот се галиум, германиум, кобалт, бакар и хром. Кобалтот е најзначаен од нив, каде што содржината на никел се променува од 5,26% до 6,81%, а содржината на кобалт може да биде од 0,25% до 0,77%. Сите овие елементи во трагови се метални и нивниот изглед во близина на границата на камацит-тенит може да даде важни предзнаци за околината во која е формиран метеоритот. Масената спектрометрија покажала дека камацитот содржи значителни количини на платина, во просек 16,31 (μg/g), иридиум во просек 5,40 (μg/g), осмиум во просек 3,89 (μg/g), волфрам во просек 1,97 (μg/g), злато во просек 0,75 (μg/g) и рениум во просек 0,22 (μg/g). Најзначајни се значителните количини на кобалт и платина.
3.4 Важни споредни елементи, замени, цврсти раствори
Сулфуризацијата на камацит била извршена експериментално во лабораториски услови. Сулфуризацијата резултирала со три различни фази: моносулфиден цврст раствор, пентандитна фаза ( ), како и фаза богата со фосфор. Ова било направено во лабораторија за да се конструираат услови истовремени со оние на сончевата маглина. Со овие информации би било можно да се извлечат информации за термодинамичките, кинетичките и физичките услови на раниот Сончев Систем. Ова сè уште останува шпекулативно бидејќи многу од сулфидите во метеоритите се нестабилни и се уништени. Камацитот, исто така, се менува во тохилинит. Ова е корисно за давање предзнаци за тоа колку метеоритот како целина е изменет. Промената од камацит во тохилинит може да се види во петролошки микроскопи, скенирачки електронски микроскоп и анализа со електронски микросонди. Ова може да се употреби за да им се овозможи на истражувачите лесно да ја состават количината на промена што се случила во примерокот. Овој показател може подоцна да се користи при анализа на други области од метеоритот каде што промената не е толку јасна.
3.5 Врска со тенитот
Тенитот е крајниот член богат со никел во цврстиот раствор камацит-тенит. Тенитот природно се јавува на Земјата, додека камацитот се наоѓа на Земјата единствено кога доаѓа од вселената. Камацитот формира тенит додека се формира и исфрла никел во околната област, оваа област формира тенит. Поради природата на решетката на камацитот центриран на лицето и природата на решетката на никелот центриран на телото, двата создаваат сложени агли кога доаѓаат во контакт еден со друг. Овие агли се откриваат макроскопски во Томсоновата структура. Исто така, поради оваа врска се добиваат термините атаксит, хексаедрити и октаедрит. Атакситот се однесува на метеорити кои не покажуваат грубо шестоаголна или октаедрална структура. Метеоритите составени од 6 тежински% никел или помалку често се нарекуваат хексаедрити поради тоа што кристалната структура на камацитот е изометрична и предизвикува метеоритот да биде коцкест. Исто така, доколку метеоритот е доминиран од тенитот со центрирано лице, тој се нарекува октаедрит бидејќи камацитот ќе се одвои од октаедарските кристални граници на тенитот, правејќи го метеоритот да изгледа октаедарски. И хексаедритите и октаедритот се појавуваат само кога метеоритот се пробива по кристалните рамнини или кога е подготвен да ги нагласи Томсоновите структури; затоа многумина погрешно се нарекуваат атаксити на почетокот.
3.6 Опсег на стабилност
Камацитот е стабилен едиствено на температури под 723 °C или 600 °C (Стејси и Банерџи, 2012), бидејќи таму железото станува доволно ладно за да се распореди во кристална структура центрирана околу телото. Камацитот е исто така стабилен само при ниски притисоци, како што може да се претпостави бидејќи се формира само во вселената.
3.7 Ефект на шок
Металографската и рендгенската дифракција може да се употребат на камацит за да се утврди историјата на шокови на метеорит. Експериментирано е со употреба на тврдост за да се утврди историјата на шокови, но се покажало дека е премногу несигурно. Тестот за тврдост на Викерс бил применет на голем број примероци од камацит и било откриено дека шокираните метеорити имаат вредности од 160–170. kg/mm и не-шокираните метеорити можат да имаат вредности високи до 244 kg/mm. Шокот предизвикува единствена структура на преобразба на железо што може да се мери со металографски техники и техники на дифракција на Х-зраци. По користењето на металографски техники и техники на дифракција на Х-зраци за да се утврди историјата на шокот, откриено е дека 49% од метеоритите пронајдени на Земјата содржат шокови докази.
4 Геолошки појави
Камацитни метеорити биле пронајдени на секој континент на Земјата, а пронајдени се и на Марс.
4.1 Метеорити
Камацитот првенствено се поврзува со метеоритите бидејќи му се потребни високи температури, низок притисок и малку други пореактивни елементи како кислород. Хондритските метеорити можат да се поделат во групи врз основа на присутните хондрули. Постојат три главни типа: енстатитски хондрити, јаглеродни хондрити и обични хондрити. Обичните хондрити се најзастапениот тип на метеорит пронајден на Земјата, сочинувајќи 85% од сите регистрирани метеорити. Се смета дека обичните хондрити потекнуваат од три различни извори, па затоа се достапни во три типа LL, L и H; LL означува ниско железо, ниско метално, L означува ниско изобилство на железо, а H е висока содржина на железо. Сите обични хондрити содржат камацит, чија количина се намалува како што се движат од H кон LL хондрити. Камацитот се наоѓа и во многу од помалку вообичаените метеорити мезозидерити и E хондрити. Е-хондритите се хондрити кои се составени првенствено од енстатит и сочинуваат само 2% од метеоритите кои паѓаат на Земјата. Е-хондритите имаат сосема поинаква изворна карпа од онаа на обичните хондрити. При анализата на камацитот во Е-хондритите, било откриено дека тие генерално содржат помалку никел од просекот.
4.2 Изобилство
Бидејќи камацитот се формира единствено во вселената и се наоѓа на Земјата единствено во метеорити, тој има многу мала застапеност на Земјата. Неговата застапеност надвор од Сончевиот Систем е тешко да се утврди. Железото, главната компонента на камацитот, е шестиот најзастапен елемент во вселената и најзастапен од оние елементи што генерално се сметаат за метални.
5 Конкретни примери
5.1 Метеорски кратер Аризона
Камацитот бил пронајден и проучен во метеорскиот кратер, Аризона. Метеорскиот кратер бил првото потврдено место на удар од метеор на планетата и не бил универзално признат како таков сè до 1950-тите. Во 1960-тите, Геолошкиот завод на Соединетите Американски Држави открил камацит во примероци собрани од околу местото, поврзувајќи го минералот со метеорити.
5.2 Планети
Камацитот првенствено се формира на метеорити, но бил пронајден и на вонземски тела како што е Марс. Ова било откриено од страна на роверот за истражување на Марс (MER) ''Opportunity''. Камацитот не потекнува од Марс, туку е поставен таму од метеорит. Ова било особено интересно бидејќи метеоритот спаѓал во помалку познатата класа на мезозидерити. Мезозидеритите се многу ретки на Земјата, а нивното појавување на Марс дава предзнаци за потеклото на неговата поголема изворна карпа.
6 Употреби
6.1 Подготовка на музеи, универзитети и фото примероци
Поради реткоста и генерално матниот изглед на камацитот, тој не е популарен меѓу приватните колекционери. Сепак, многу музеи и универзитети имаат примероци од камацит во своите колекции. Нормално, примероците од камацит се подготвуваат со употреба на полир и киселина за да се покажат Томсоновите структури. Подготовката на примероците вклучува нивно миење во растворувач, како што Томсон направил со азотна киселина за да ги истакне Томсоновите структури. Потоа тие се силно полираат за да изгледаат сјајно. Генерално, камацитот лесно може да се разликува од тенитот, бидејќи по овој процес камацитот изгледа малку потемен од тенитот.
6.2 Поглед кон иднината
Камацитот и тенитот имаат потенцијал да бидат економски вредни. Опција што би го направила рударството на астероиди попрофитабилно би била собирањето на елементи во трагови. Една тешкотија би претставувала рафинирањето на елементи како што се платина и злато. Платината вреди околу 12.000 американски долари/кг, а (камацитот содржи 16,11 μg/g платина) и златото вреди околу 12.000 американски долари/кг (камацитот содржи 0,52 μg/g злато); сепак, веројатноста за профитабилен поврат е прилично мала. Рударењето астероиди за вселенска употреба би можело да биде попрактично, бидејќи преносот на материјали од Земјата е скап. Слично на денешните планови за повторна употреба на модулите на Меѓународната вселенска станица во други мисии, железен метеорит би можел да се користи за изградба на вселенски летала во вселената. НАСА изнела прелиминарни планови за изградба на вселенски брод во вселената.