High temperature crystal chemistry of natural copper oxosulfates

Abstract

Высокотемпературные исследования имеют большое значение для изучения и моделирования процессов образования и преобразования фумарольных минералов. Развитие новых подходов к разработке источников питания, необычные магнитные свойства минералов меди, использование минералов как прототипов новых материалов резко увеличили интерес ученых к безводным сульфатам. Кристаллизация этих минералов происходит из газовой фазы в сравнительно высокотемпературных условиях (400-800оС). Это обстоятельство с одной стороны позволяет получить уникальные соединения, а с другой делает изучение высокотемпературной кристаллохимии этих минералов весьма важным. Целью работы является изучение термического расширения трёх безводных сульфатов меди: халькокианита CuSO4, долерафонита Cu2(SO4)O и камчаткита KCu3(SO4)2OCl методами высокотемпературной монокристальной и порошковой рентгеновской дифракции. Задачи, поставленные для достижения цели, включают: отбор мономинеральных образцов халькокианита, долерофанита и камчаткита, съемка и обработка эталонных рентгенограмм; проведение монокристальных и порошковых терморентгенографических экспериментов; уточнение кристаллических структур минералов в градиенте температур; установление механизмов теплового расширения минералов. В ходе работы были выполнены все поставленные задачи. Методами порошковой и монокристальной дифракции проведены терморентгенографические исследования халькокианита, долерофанита и камчаткита. Определены температуры плавления и продукты термического разложения минералов. Выявлены особенности теплового расширения минералов и предложен способ его аппроксимации.

High-temperature analysis are of great importance for studying and modeling the processes of formation and transformation of fumarole minerals. New approaches to the development of power sources, the unusual magnetic properties of copper minerals, the use of minerals as prototypes of new materials have increased the interest of scientists in anhydrous sulfates. Crystallization of these minerals occurs from the gas phase under relatively high temperature conditions (400-800°C). On the one hand, this fact makes it possible to obtain unique compounds, and on the other hand, it makes the study of the high-temperature crystal chemistry of these minerals very important. The objective of this work is to study the thermal expansion of three anhydrous copper sulfates: chalcocyanite CuSO4, dolerophanite Cu2(SO4)O, and kamchatkite KCu3(SO4)2OCl by high-temperature single-crystal and powder X-ray diffraction. The tasks includes: selection of monomineral samples of chalcocyanite, dolerophanite and kamchatkite; carrying out single-crystal and powder thermal X-ray experiments; refinement of crystal structures of minerals in a temperature gradient; establishing the mechanisms of thermal expansion of minerals. During the work all tasks were completed. Thermal X-ray studies of chalcocyanite, dolerophanite, and kamchatkite were carried out using powder and single-crystal diffraction methods. Melting points and products of thermal decomposition of minerals were determined. Features of the thermal expansion of minerals are revealed and a method for its approximation is proposed.