Леонит

Леонит — хидриран двоен сулфат од магнезиум и калиум. Има формула K<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>·MgSO<sub>4</sub>·4H<sub>2</sub>O. Минералот е именуван според Лео Стрипелман, кој бил директор на соланите во Вестерегелн во Германија. Минералот е дел од групата блодити од хидрирани двојни сулфатни минерали.
1 Својства
Леонитот има горчлив вкус.
Кога леонитот се анализира за елементи, тој обично е контаминиран со натриумови и хлоридни јони, како што најчесто се случува со натриум хлорид.
Во минералното семејство на леонит, кристалната структура содржи сулфатни тетраедри, двовалентен елемент во октаедарска положба опкружен со кислород, и вода и едновалентен метал (калиум) кои ги поврзуваат овие други компоненти заедно. Една сулфатна група е неуредна на собна температура. Неуредниот сулфат станува фиксен во положбата како што се намалува температурата. Кристалната форма исто така се менува на пониски температури, па бидејќи постојат две други кристални форми на леонит на пониски температури.
Двовалентниот метален катјон (магнезиум) е вграден во кислородни октаедри, четири од водата околу екваторот и два од сулфатните јони на спротивните полови. Во кристалот постојат две различни октаедрични средини. Секоја од овие октаедри е споена со калиумови јони и водородни врски.
1.1 Фазни промени
Сулфатот се јавува во слоеви паралелни со површината (001). Во форма на собна температура, низата е ODODODODOD со O=подредена и D=неуредена. Во следната форма на пониски температури, неуредениот сулфат се појавува во две различни ориентации, давајќи ја низата OAOBOAOBAAOBAOB. На најниски температури, низата се поедноставува во OAOAOAOAOA
.
Првиот фазен премин се случува во −4 °C. На , Кристалите имаат просторна група I2/a, параметри на решетката a = 11,780 Å, b = 9,486 Å, c = 19,730 Å, β = 95,23°, формула 8 по единична клетка и волумен на клетката од V = 2195,6 Å<sup>3</sup>. Димензијата c и волуменот на единичната клетка се дуплирани поради присуството на четири слоја сулфат, наместо два како во другите форми. Следната фазна промена се случува на −153°C. На , просторната група е P21/a, a = 11,778 Å, b = 9,469 Å, c = 9,851 Å, β = 95,26°, 4 формула по единица клетка, и волумен на клетка од V = 1094,01 Å<sup>3</sup>.
1.2 Ефекти на температурата
Со зголемувањето на температурата, волуменот на ќелијата постепено се зголемува за фазите I2/a и C2/m; сепак, димензијата a се намалува со зголемување на температурата. Промената во димензијата a е −11×10<sup>−6</sup>K<sup>−1</sup>. Двојно прекршување се намалува со зголемувањето на температурата. Таа варира од 0,0076 на −150°C до 0,0067 на 0°C и 0,0061 на 100°C. На долната фазна транзиција, двојното прекршување се намалува со намалувањето на температурата; за горната фазна транзиција, таа е континуирана, но не е константна.
На горниот фазен премин, −4°C, се ослободува латентна топлина и топлинскиот капацитет се менува. Овој премин има доста хистерезис. На пониската фазна транзиција, топлинскиот капацитет останува ист, но се ослободува латентна топлина.
Леонитот почнува да губи вода на 130°C, но всушност се распаѓа само на 200°C::K<sub>2</sub>Mg(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·4H<sub>2</sub>O(s) → K<sub>2</sub>Mg(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·2H<sub>2</sub>O(s) + 2H<sub>2</sub>O(g).
На уште повисоки температури, остануваат единствено лангбеинит и арканит (безводен калиум сулфат) и пареа:
:2K<sub>2</sub>Mg(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·4H<sub>2</sub>O(s) → K<sub>2</sub>Mg<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>(s) + K<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>(s) + 8H<sub>2</sub>O(g).
1.3 Други физички својства
Логаритамскиот производ на растворливост K sp2 за леонит е −9,562 на 25 °C.. Константата на рамнотежа log K на 25 °C е −3,979. Хемискиот потенцијал на леонитот е μ<sub>j</sub>°/RT = −1403.97.
Термодинамичките својства вклучуваат Δ<sub>''f''</sub>G<sup>o</sup><sub>''k''</sub> = −3480.79 kJ mol<sup>−1</sup>; Δ<sub>''f''</sub>H<sup>o</sup><sub>''k''</sub> = −3942.55 kJ mol<sup>−1</sup>; and ΔC<sup>o</sup><sub>''p,k''</sub> = 191.32 J K<sup>−1</sup> mol<sup>−1</sup>.
Инфрацрвениот спектар на режимите на истегнување на сулфатот покажува врвови во впивање на 1005, 1080, 1102, 1134 и 1209 cm <sup>−1</sup>. Режимот на свиткување на сулфатот предизвикува пик на 720, а помали пикови на 750 и 840 cm<sup>−1</sup>. OH режим на истегнување апсорбира на 3238 см<sup>−1</sup>. Кога температурите се намалуваат, врвовите се поместуваат и/или се стеснуваат, а дополнителни врвови може да се појават при фазни премини.
Кога леонитот се складира за изложба, тој не смее да биде на место со премногу влажност, во спротивно се хидрира повеќе.
2 Формирање
Започнувајќи од 1897 година, Јакоб Хенрик вант Хоф истражувал како се формираат различни соли кога морската вода испарувала во различни услови. Неговата цел била да открие како се формираат наслаги од сол. Неговото истражување ја формирало основата за студиите за условите во кои се формира леонитот.
Леонитот може да се формира кога воден раствор од калиум сулфат и магнезиум сулфат се концентрира помеѓу температурниот опсег од . Над овој температурен опсег, се формира лангбеинит (K<sub>2</sub>Mg<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3).</sub> Под , кристализира пикромерит (K<sub>2</sub>Mg(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·6H<sub>2</sub>O). За раствори со повеќе од 90% процент на MgSO<sub>4</sub>·6H<sub>2</sub>O, хексахидритот (MgSO<sub>4</sub>·6H<sub>2</sub>O) кристализира преференцијално, а под 60%, се формира арканит (K<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>) .
Во смеси од калиум хлорид, калиум сулфат, магнезиум хлорид и магнезиум сулфат на 35 °C во вода, леонитот може да кристализира во одреден опсег на состав. Графиконот на системот формира граници на леонитот со калиум хлорид, калиум сулфат и пикромерит. Како што магнезиумот се збогатува, се создава четворократна точка со каинит.
Во заситена саламура со сол (NaCl), леонитот може да се таложи од смеси од магнезиум и калиум сулфат на температура од дури 25°C. Изотермата 25°C на системот има леонит опкружен со силвин, пикромерит, астраканит, епсомит и каинит. Готварската сол заситена со натриум хлорид се формира со испарување на морската вода, иако морската вода не содржи доволно калиум за да се таложи леонитот на овој начин.
Леонитот се таложи во сериски сончеви езерца во Големото Солено Езеро.
Кога пикромеритот се загрева на температура помеѓу 85 и 128°C, испушта пареа за да даде леонит: : K<sub>2</sub>Mg(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·6H<sub>2</sub>O(s) → K<sub>2</sub>Mg(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·4H<sub>2</sub>O(s) + 2H<sub>2</sub>O(g).
3 Реакции
Кога леонитот се раствора во азотна киселина, а потоа кристализира, се формира кисел калиум магнезиум двоен сулфат: KHMg(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·2H<sub>2</sub>O..
Леонит загреан со хидриран магнезиум сулфат во еквимоларен однос на 350 °C произведува лангбеинит: : K<sub>2</sub>Mg(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·4H<sub>2</sub>O(s) + MgSO<sub>4</sub>·''x''H<sub>2</sub>O(s) → K<sub>2</sub>Mg<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>(s) + (4 + ''x'')H<sub>2</sub>O(g).
Растворот од калиум хлорид може да го претвори леонитот во цврст калиум сулфат: : 2KCl(aq) + K <sub>2</sub> Mg (SO <sub>4</sub> ) <sub>2</sub> · 4H <sub>2</sub> O (s) → 2K <sub>2</sub> SO <sub>4</sub> (s) + MgCl <sub>2</sub> (aq).
Поголема количина на калиум сулфат може да се таложи со додавање на етилен гликол .
Флуоросилициумовата киселина во вода реагира со леонит за да произведе нерастворлив калиум флуоросиликат и раствор од магнезиум сулфат и сулфурна киселина: : H <sub>2</sub> SiF <sub>6</sub> (aq) + K <sub>2</sub> Mg (SO <sub>4</sub> ) <sub>2</sub> · 4H <sub>2</sub> O (s) → K <sub>2</sub> SiF <sub>6</sub> (s) + MgSO <sub>4</sub> (aq) + H <sub>2</sub> SO <sub>4</sub> (aq).
Помеѓу 15 и 30 °C, 22% раствор на магнезиум хлорид ќе реагира со леонит или пикромерит за да се добие цврст калиум хлорид и хидриран магнезиум сулфат.
4 Природна појава
Леонитот може да се формира за време на дехидрација на морска или езерска вода. Леонитот може да биде мала основна состојка на наслагите од евапоритни калиум или секундарен минерал. За да се формира леонит од морска вода, саламурата мора да се одвои од наталожените цврсти материи за да не се случат реакции со претходно наталожени соли, а температурата мора да биде околу 32°C. Под 25° или над 40°, содржината на саламурата нема да биде погодна за таложење на леонит. На оваа температура, најпрвин се таложи блодитот, а потоа леонитот, кој сочинува само 3,2% од горчливите соли.
Секундарните реакции можат да произведат или консумираат леонит во евапоритни наслаги. Леонитот може да се претвори во полихалит, а кизеритот може да се промени во леонит. Подземните води кои продираат во наслаги од битернска сол можат да претворат дел од нив во леонит, особено во регионите на капата на солените куполи.
Леонитот првпат бил пронајден во природата во лежиштето на поташа Штасфурт, Вестерегелн, Егелн, Саксонија-Анхалт, Германија. Наслагите од сол во Штасфурт се од пермскиот период. Тие се наоѓаат во регионот Магдебург-Халберштат во средна Германија. Леонитот се јавува во слоевите од солена глина и карналит, кои се дебели до 50 метри. Други места во Германија се фабриката за поташа Нојхоф-Елерс во Нојхоф, Фулда, Хесен; фабриката за поташа Ридел во Ридел-Хенигсен, Целе, Долна Саксонија; Ашерслебен; Виененбург; и Леополдшал. Надвор од Германија, се наоѓа на Везув, Италија; Стебник, Украина; и округот на поташа Карлсбад, округ Еди, Ново Мексико, САД. Се наоѓа во кристални спелеотеми во пештерата Таушоаре во Романија; тука се јавува со конјаит (K<sub>2</sub>Mg(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·5H<sub>2</sub>O), сингенит (K<sub>2</sub>Ca(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·H<sub>2</sub>O), тенардит (Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>) и мирабилит (Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>·10H<sub>2</sub>O). Леонитот се јавува и во пештерата Вултана, Флиндерс Рејнџис, Јужна Австралија.
Почвата во Гусевовиот кртер на Марс содржи леонит, како и многу други хидрирани сулфати. На Европа, се предвидува дека леонитот е стабилен, со притисок на пареа од 10<sup>−13</sup> од оној на мразот. Тој е стабилен при притисоци до 10<sup>−7</sup>, над кој постои похидрирана сол. Треба да формира до 2% од солите во близина на површината.
Распаѓањето на средновековното стакло богато со калиум формира кора од распаѓање што може да содржи леонит.
5 Употреба
Леонитот може да се употреби директно како ѓубриво, додавајќи калиум и магнезиум. Може да се рафинира до K<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> за употреба како ѓубриво. на претворање на леонитот во калиум сулфат вклучува мешање со раствор од калиум хлорид (поевтина хемикалија). Посакуваниот производ, калиум сулфат, е помалку растворлив и се филтрира. Магнезиум хлоридот е многу растворлив во вода. Филтратот се концентрира со испарување, каде што кристализира повеќе леонит, кој потоа се рециклира до почетокот на процесот, додавајќи повеќе лангбеинит или пикромерит.
Леонитот можеби се употребувал во алхемиска формула за производство на „пиечко злато“ околу 300 година. н.е. во Кина. Веројатно станува збор за течен колоид од злато.
6 Поврзано
Леонитот е изотипен со минералот мериетерит (K<sub>2</sub>Fe(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·4H<sub>2</sub>O) и со вештачкиот Mn-леонит (K<sub>2</sub>Mn(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·4H<sub>2</sub>O). Други со иста кристална структура вклучуваат:
:: K<sub>2</sub>Cd(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·4H<sub>2</sub>O
:: (NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>Mg(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·4H<sub>2</sub>O
:: (NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>Mn(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·4H<sub>2</sub>O
:: (NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>Fe(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·4H<sub>2</sub>O
:: (NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>Co(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·4H<sub>2</sub>O и
:: K<sub>2</sub>Mg(SeO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·4H<sub>2</sub>O <sub>.</sub>
Мирон Штајн предложил да се употреби името „леонит“ за елементот 96, именувајќи го по соѕвездието Лав. Ова име не било прифатено и доделеното име било куриум.