Behavior of the Crystal Structure of Leightonite K 2 Ca 2 Cu(SO 4 ) 4 ⋅2H 2 O in the Temperature Interval from –180 to 325 °C

S. V. Demina; Демина С. В.; A. P. Shablinskii; Шаблинский А. П.; S. K. Filatov; Филатов С. К.; Y. P. Biryukov; Бирюков Я. П.; L. P. Vergasova; Вергасова Л. П.; M. G. Krzhizhanovskaya; Кржижановская М. Г.; R. S. Bubnova; Бубнова Р. С.; S. V. Moskaleva; Москалева С. В.

doi:10.31857/S0869605523040044

Behavior of the Crystal Structure of Leightonite K₂Ca₂Cu(SO₄)₄⋅2H₂O in the Temperature Interval from –180 to 325 °C

Authors: Demina S.V.¹^,2, Shablinskii A.P.¹, Filatov S.K.², Biryukov Y.P.¹, Vergasova L.P.³, Krzhizhanovskaya M.G.², Bubnova R.S.¹^,2, Moskaleva S.V.³
Affiliations:
1. Grebenshchikov Institute of Silicate Chemistry RAS
2. Saint Petersburg State University
3. Institute of Volcanology and Seismology, Far East Branch RAS
Issue: Vol CLII, No 4 (2023)
Pages: 99-115
Section: МИНЕРАЛОГИЧЕСКАЯ КРИСТАЛЛОГРАФИЯ
URL: https://journals.rcsi.science/0869-6055/article/view/136745
DOI: https://doi.org/10.31857/S0869605523040044
EDN: https://elibrary.ru/EFNYLX
ID: 136745

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

This paper presents the results of mineralogical and crystal chemical studies of leightonite K₂Ca₂Cu(SO₄)₄·2H₂O from the Kamchatka Peninsula (Russia), including an investigation of its thermal behavior in a wide temperature range (–180 ≤ T ≤ 325 °C). The following methods were used: energy dispersive X-ray spectral analysis, single-crystal and powder X-ray diffraction, and in situ powder X-ray diffraction (at room, negative and high temperatures). The temperature range of the existence of the mineral are established, the main values of the thermal expansion tensor are calculated, and a structural interpretation of thermal expansion is given. The mineral crystallizes in the monoclinic system, space group C2/c, a = = 11.734(2), b = 7.596(1), c = 10.176(1) Å, β = 124.85(1), V = 744.4(2) Å³, Z = 2. The crystal structure was refined to R = 0.065. The average empirical formula is K_2.31Ca_1.99Cu_0.88Al_0.04S_3.97O₁₆·2H₂O. Leightonite is stable up to ~325 °C and above this temperature it decomposes onto high-temperature calciolangbeinite-C K₂Ca₂(SO₄)₃ (P2₁3) and chalcocyanite CuSO₄ phases. Thermal expansion coefficients are: α₁₁ = 8.3(9), α₂₂ = 3.6(4), α₃₃ = –4.7(5) × 10^–6 °C^–1 at –180 °C и α₁₁ = 41.6(5), α₂₂ =36.5(5), α₃₃ = –10.6(1) × 10^–6 °C^–1 at 325 °C).

Keywords

leightonite, fumarole minerals, sulfates, X-ray diffraction, Tolbachik volcano

References

Большое трещинное Толбачинское извержение / Под ред. С.А. Федотова. М.: Наука, 1984. 638 с.
Бубнова Р.С., Фирсова В.А., Филатов С.К. Программа определения тензора термического расширения и графическое представление его характеристической поверхности (ThetaToTensor-TTT) // Физика и химия стекла. 2013. Т. 39. № 3. С. 505–509.
Вергасова Л.П., Филатов С.К. Опыт изучения вулканогенно-эксгаляционной минерализации // Вулканология и сейсмология. 2016. № 2. С. 3‒17.
Вергасова Л.П., Филатов С.К., Москалева С.В., Назарова М.А., Шаблинский А.П. Постэруптивная деятельность Третьего конуса Северного прорыва Большого трещинного Толбачинского извержения (Камчатка, 1975‒1976 гг.) // Вулканология и сейсмология. 2022. С. 12‒27.
Воронков А.А., Илюхин В.В., Белов Н.В. Кристаллохимия смешанных каркасов. Принципы их формирования // Кристаллография. 1975. Т. 20. С. 556–566.
Пеков И.В., Агаханов А.А., Зубкова Н.В., Кошлякова Н.Н., Щипалкина Н.В., Сандалов Ф.Д., Япаскурт В.О., Турчкова А.Г., Сидоров Е.Г. Фумарольные системы окислительного типа на вулкане Толбачик – минералогический и геохимический уникум // Геология и геофизика. 2020. Т. 61. С. 826‒843.
Филатов С.К. Высокотемпературная кристаллохимия. Л.: Недра, 1990. 288 с.
Филатов С.К. Обобщенная концепция повышения симметрии кристаллов с ростом температуры // Кристаллография. 2011. Т. 56. С. 1019‒1028.