黃鉀鐵礬
| 黃鉀鐵礬 | |
|---|---|
 | |
| 基本資料 | |
| 類別 | 硫酸鹽礦物 |
| 化學式 | KFe3(SO4)2(OH)6 |
| IMA記號 | Jrs[1] |
| 施特龍茨分類 | 7.BC.10 |
| 戴納礦物分類 | 30.2.5.1 |
| 晶體分類 | 菱形 (3m) H–M記號: (3m) |
| 晶體空間群 | R3m |
| 晶胞 | a = 7.304 Å, c = 17.268 Å; Z = 3 |
| 性質 | |
| 分子量 | 500.8g/mol |
| 顏色 | 琥珀黃色或深棕色 |
| 晶體慣態 | 晶體通常為假立方或板狀，也可為粒狀結殼、結節、纖維團塊或結核。 |
| 晶系 | 六方 |
| 解理 | {0001}清晰 |
| 斷口 | 參差狀到貝殼狀 |
| 韌性/脆性 | 脆 |
| 莫氏硬度 | 2.5 - 3.5 |
| 光澤 | 半金剛光澤到玻璃光澤，斷口樹脂光澤 |
| 條痕 | 淡黃色 |
| 透明性 | 透明到半透明 |
| 比重 | 2.9 - 3.3 |
| 光學性質 | 單軸(-)，通常為極小2V異常雙軸 |
| 折射率 | nω = 1.815 至 1.820; nε = 1.713 to 1.715 |
| 雙折射 | 0.102 至 0.105 |
| 多色性 | E 無色，淡黃色，或淡綠黃色，O 深黃色或紅棕色 |
| 溶解度 | 不溶於水，可溶於鹽酸。 |
| 其他特徵 | 強熱釋電性 |
| 參考文獻 | [2][3][4] |
黃鉀鐵礬（英語：Jarosite）是鉀和三價鐵的水合硫酸鹽礦物，化學式為KFe3(SO4)2(OH)6，這種硫酸鹽礦物是硫化鐵在礦床中氧化所形成。黃鉀鐵礬通常是鋅提純和精煉過程中產生的副產品，也與酸性礦山排水和酸性硫酸鹽土壤環境有關。
物理屬性
黃鉀鐵礬為三方晶系結構，質脆，具有基底解理，莫氏硬度為2.5-3.5，比重3.15-3.26。半透明至不透明，有玻璃質到無光澤，顏色為深黃至黃棕色。有時可能與鐵帽（覆蓋在礦體上的氧化蓋）中常見的褐鐵礦或針鐵礦混淆，黃鉀鐵礬是硫酸鋁鉀，即明礬石的鐵質類似物。
固溶體系列
明礬石超群包含明礬石、黃鉀鐵礬、砷鉛鐵礬、纖磷鈣鋁石和磷鋁鈰礦亞群。明礬石超群礦物相互同構，彼此間可發生置換，從而形成多種固溶體系列。明礬石超群的通式為AB3(TO4)2(OH)6，在明礬石亞組中B為鋁（Al）；而黃鉀鐵礬亞群中，B則是三價鐵（Fe3+）。砷鉛鐵礬亞群的通式是AB3(XO4)(SO4)(OH)6；纖磷鈣鋁石亞群的為AB3(TO4)2(OH)5•H2O；磷鋁鈰礦亞群的則是AB3(TO4)2(OH)5或6。
在黃鉀鐵礬-明礬石系列中，鋁可以替代鐵，黃鉀鐵礬和明礬石之間可能存在完整的固溶體系列，即KAl3(SO4)2(OH)6，但中間成員很少。產自捷克科佩克（Kopec）的礦料中大約含有相等的鐵和鋁，但黃鉀鐵礬中鋁的含量通常很低。
當沉積在粘土中的黃鐵礦氧化形成黃鉀鐵礬時，鉀離子(K+)的主要來源為伊利石、非膨脹粘土或正長石。在其他地質環境中，雲母蝕變也可能是鉀的來源。
在黃鉀鐵礬-鈉黃鐵礬系列中，鈉替代鉀至少為鈉/鉀=1:2.4，但純鈉的端元鈉黃鐵礬NaFe3(SO4)2(OH)6在自然界中的性狀尚不清楚。鈉>鉀的礦物稱為鈉黃鐵礬。在低於100攝氏度的低溫環境下有利於端元的形成（黃鉀鐵礬和鈉黃鐵礬），且從亞利桑那州艾派克斯礦和猶他州戈爾德山樣本中發現的黃鉀鐵礬和鈉黃鐵礬振盪區圖示，表明兩種端元之間存在較寬的互溶間隙[5]，但黃鉀鐵礬和鈉黃鐵礬之間是否存在完整的系列尚值得懷疑。
水合氫黃鐵礬[6]中，水合氫離子（H3O+）也可替代K+，隨着水合氫離子含量的增加，雖然晶格常數「a」變化不大，但常數「c」明顯降低[7]。由於富鹼黃鉀鐵礬優先形成，所以水合氫黃鐵礬只能從缺鹼溶液中產生。
二價陽離子也可取代A位的一價陽離子K+[8]，電荷平衡可以通過三種方式實現：
- 首先，用一個二價陽離子取代兩個一價陽離子，並留下一個A位空缺，如纖磷鈣鋁石亞群成員之一的水磷鋁鉛礦，Pb2+Al3(PO4)2(OH)5.H2O；
- 其次，通過在B位引入雙價離子，如明礬石亞群的羥鉛鋁釩，Pb2+Cu2+Al2(SO4)2(OH)6和黃鉀鐵礬亞群的銅鋁鐵礬，PPb2+Cu2+(Fe3+,Al)2(SO4)2(OH)6；
- 第三，用三價陰離子替換二價陰離子，如砷鉛鐵礬亞群的砷鉛鐵礬，PbFe3+3(AsO4)3−(SO4)(OH)6。
歷史
1852年，奧古斯特·布里索普(August Breithaupt)在阿爾瑪格雷拉山脈的哈羅索峽谷（西班牙阿爾梅里亞省阿爾曼佐拉洞，靠近洛斯洛博斯）首次記載了黃鉀鐵礬。黃鉀鐵礬這一名字也直接取自「賈拉」（Jara）—西班牙語「岩薔薇」，一種生長於該山脈中的岩薔薇屬黃花，礦物與這種花有相同的顏色。
在距離墨西哥城30英里的一座古代六層階梯金字塔—羽蛇神廟的地下洞室內發現了直徑1.5至5英寸、通體佈滿黃鉀鐵礬的神秘粘土球[9]。
火星探測
勇氣號、機遇號和好奇號三輛火星漫遊車都探測到了硫酸鐵和黃鉀鐵礬，這些物質的存在表明火星表面普遍存在着強氧化條件。2009年5月，勇氣號火星車行駛時陷入一塊軟硫酸鐵中，這塊軟硫酸鐵被埋在一片外觀正常的土壤下面[10]。由於硫酸鐵的內聚力很小，漫遊車的車輪無法獲得足夠的牽引力將車身拖出硫酸鐵地塊。雖然嘗試過多種方法來解救漫遊車，但車輪最終還是深深陷入進硫酸鐵中，以致車身被架在了地面，車輪無法對下方地表施加任何作用力。由於噴氣推進實驗室團隊未能解救出「勇氣號」，則標誌着該火星車的探索旅程被迫提前結束。
南極探孔
在地球上，黃鉀鐵礬主要出現在粘土環境中黃鐵礦氧化的最後階段，在酸性條件普遍的礦山尾礦廢棄物中也可以發現黃鉀鐵礬。出人意料的是，在一段南極鑽孔冰芯內，偶然發現了數量極少的黃鉀鐵礬塵埃微粒。這一令人驚訝的結果是地質學家在1620米長的冰芯柱內尋找能指示冰河期周期的特定礦物時所發現[11]。地質學家們推測黃鉀鐵礬塵埃也可能積聚在火星冰川的冰層中[12]，但這一假設仍有爭議，因為在火星上黃鉀鐵礬沉積物可能非常厚（厚達10米），但同時，火星也是一顆多塵的星球，如果火星上沒有板塊構造，冰川塵埃沉積物可能需要很長一段時間才能累積起來。
材料科學中的應用
黃鉀鐵礬也是一種更通用的術語，表示AM3(OH)6(SO4)2形式的一系列化合物，其中：
在凝聚態物理和材料科學中，它們因包含與幾何不穩定性有關的籠目晶格結構層而聞名[13][14]。
參見
參考資料
- ^ Warr, L.N. IMA–CNMNC approved mineral symbols. Mineralogical Magazine. 2021, 85 (3): 291–320 [2022-10-29]. Bibcode:2021MinM...85..291W. S2CID 235729616. doi:10.1180/mgm.2021.43. （原始內容存檔於2022-07-22）.
- ^ Gaines et al (1997) Dana's New Mineralogy Eighth Edition, Wiley
- ^ 存档副本. [2021-10-31]. （原始內容存檔於2021-11-20）.
- ^ 存档副本 (PDF). [2021-10-31]. （原始內容存檔 (PDF)於2012-02-05）.
- ^ American Mineralogist (2007) 92:444-447
- ^ American Mineralogist (2007) 92:1464-1473
- ^ American Mineralogist (1965) 50:1595-1607
- ^ American Mineralogist (1987) 72:178-187
- ^ Discovery News (2013) "Robot Finds Mysterious Spheres in Ancient Temple". [2021-10-31]. （原始內容存檔於2015-03-19）.
- ^ Chang, Kenneth. Mars rover's 5 working wheels are stuck in hidden soft spot. The New York Times. 2009-05-19 [2009-05-19]. ISSN 0362-4331. （原始內容存檔於2012-04-22）.
- ^ Joosse, Tess. Substance found in Antarctic ice may solve a martian mystery. Science. 2021. ISSN 0036-8075. S2CID 234047108. doi:10.1126/science.abg7690.
- ^ Baccolo, Giovanni; Delmonte, Barbara; Niles, P. B.; Cibin, Giannantonio; Di Stefano, Elena; Hampai, Dariush; Keller, Lindsay; Maggi, Valter; Marcelli, Augusto; Michalski, Joseph; Snead, Christopher; Frezzotti, Massimo. Jarosite formation in deep Antarctic ice provides a window into acidic, water-limited weathering on Mars. Nature Communications. 2021, 12 (1): 436. Bibcode:2021NatCo..12..436B. ISSN 2041-1723. PMC 7815727
. PMID 33469027. doi:10.1038/s41467-020-20705-z .
- ^ Harrison, A. First catch your hare: the design and synthesis of frustrated magnets. J. Phys.: Condens. Matter. 2004, 16 (9–12): S553–S572. Bibcode:2004JPCM...16S.553H. doi:10.1088/0953-8984/16/11/001.
- ^ Wills, A. S.; Harrison, A.; Ritter, C.; Smith, R.; et al. Magnetic properties of pure and diamagnetically doped jarosites: Model kagomé antiferromagnets with variable coverage of the magnetic lattice. Phys. Rev. B. 2000, 61 (9): 6156–6169. Bibcode:2000PhRvB..61.6156W. doi:10.1103/PhysRevB.61.6156.
- Palache C., Berman H., and Frondel C. (1951) Dana's system of mineralogy, (7th edition), v. II, 560–562.
- Webmineral data （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- Cornell University (2004) How an obscure mineral provided a vital clue to Martian water. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- Discovery News (2013) "Robot Finds Mysterious Spheres in Ancient Temple" （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）