ลีโอไนท์
ลีโอไนต์เป็นไฮเดรตดับเบิลซัลเฟตของแมกนีเซียมและโพแทสเซียมมีสูตรเคมีคือ K₂SO₄ · 4H₂O แร่นี้ได้รับการตั้งชื่อตาม Leo Strippelmann ซึ่งเป็นผู้อำนวยการโรงงานเกลือที่Westeregelnในประเทศเยอรมนี[]แร่ชนิดนี้เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มแร่ไฮเดรตดับเบิลซัลเฟตในกลุ่ม บลอไดต์ [ 3 ]
คุณสมบัติ
ลีโอไนท์มีรสขม[ 5 ]
เมื่อวิเคราะห์ธาตุในลีโอไนต์ มักจะพบว่ามีการปนเปื้อนของไอออนโซเดียมและคลอไรด์ เนื่องจากมักพบร่วมกับโซเดียมคลอไรด์[ 5 ]
โครงสร้างผลึก
ในตระกูลแร่ลีโอไนต์ แลตทิซประกอบด้วยเตตระเฮดรอนซัลเฟต ธาตุที่มีวาเลนซ์ 2 ใน ตำแหน่ง ออกตาเฮดรอนล้อมรอบด้วยออกซิเจนและน้ำและโลหะที่มีวาเลนซ์ 1 (โพแทสเซียม) เชื่อมโยงส่วนประกอบอื่นๆ เหล่านี้เข้าด้วยกัน กลุ่มซัลเฟตกลุ่มหนึ่งไม่เป็นระเบียบที่อุณหภูมิห้องซัลเฟตที่ไม่เป็นระเบียบจะคงที่ในตำแหน่งเมื่ออุณหภูมิลดลง รูปแบบผลึกก็เปลี่ยนไปที่อุณหภูมิต่ำลงเช่นกัน ดังนั้นจึงมีรูปแบบผลึกของลีโอไนต์อีกสองรูปแบบที่อุณหภูมิต่ำลง[ 6 ]
ไอออนโลหะสองวาเลนซ์ (แมกนีเซียม) ฝังอยู่ในออกซิเจนออกตาเฮดรา สี่อันมาจากน้ำรอบเส้นศูนย์สูตร และสองอันมาจากไอออนซัลเฟตที่ขั้วตรงข้าม ในผลึกมีสภาพแวดล้อมออกตาเฮดราที่แตกต่างกันสองแบบ ออกตาเฮดราแต่ละอันเชื่อมต่อกันด้วยไอออนโพแทสเซียมและพันธะไฮโดรเจน[ 7 ]
การเปลี่ยนแปลงเฟส
ซัลเฟตเกิดขึ้นในชั้นที่ขนานกับ พื้นผิว (001)ในรูปแบบที่อุณหภูมิห้อง ลำดับจะเป็น ODODODODOD โดยที่ O = เป็นระเบียบ และ D = ไม่เป็นระเบียบ ในรูปแบบถัดไปที่อุณหภูมิต่ำกว่า ซัลเฟตที่ไม่เป็นระเบียบจะปรากฏในสองทิศทางที่แตกต่างกัน ทำให้ได้ลำดับ OAOBOAOBOAOBOAOB ที่อุณหภูมิต่ำสุด ลำดับจะง่ายขึ้นเป็น OAOAOAOAOAO [ 8 ]
การเปลี่ยนเฟสครั้งแรกเกิดขึ้นที่ −4 °C [ 9 ]ที่170 K (−103 °C)ผลึกมีกลุ่มพื้นที่ I2/a พารามิเตอร์แลตติส a = 11.780 Å, b = 9.486 Å, c = 19.730 Å, β = 95.23°, 8 สูตรต่อหน่วยเซลล์ และปริมาตรเซลล์ V = 2195.6 ų [ 6 ] มิติ c และปริมาตรหน่วยเซลล์เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเนื่องจากการมีชั้นซัลเฟตสี่ชั้นแทนที่จะเป็นสองชั้นเหมือนในรูปแบบอื่น[ 8 ] การเปลี่ยนเฟสครั้งต่อไปเกิดขึ้นที่ −153 °C [ 9 ]ที่100 K (−173 °C)กลุ่มพื้นที่คือ P21/a, a = 11.778 Å, b = 9.469 Å, c = 9.851 Å, β = 95.26°, 4 สูตรต่อ หน่วยเซลล์ และปริมาตรเซลล์ V = 1094.01 ų [ 6 ]
ผลกระทบของอุณหภูมิ
เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ปริมาตรของเซลล์จะค่อยๆ เพิ่มขึ้นสำหรับเฟส I2/a และ C2/m อย่างไรก็ตาม มิติ a จะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น การเปลี่ยนแปลงของมิติ a คือ −11×10 −6 K −1 [ 9 ] ค่าการหักเหสองทิศทางลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น โดยจะแปรผันจาก 0.0076 ที่ −150 °C ลงไปถึง 0.0067 ที่ 0 °C และ 0.0061 ที่ 100 °C [ 9 ]ที่การเปลี่ยนเฟสล่าง ค่าการหักเหสองทิศทางจะลดลงเมื่ออุณหภูมิลดลง สำหรับการเปลี่ยนเฟสบน ค่าการหักเหสองทิศทางจะต่อเนื่องแต่ไม่คงที่[ 9 ]
ที่การเปลี่ยนเฟสบน −4 °C ความร้อนแฝงจะถูกปล่อยออกมา และความจุความร้อนจะเปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนเฟสนี้มีฮิสเทอรีซิสค่อนข้างมาก ที่การเปลี่ยนเฟสล่าง ความจุความร้อนจะคงที่ แต่ความร้อนแฝงจะถูกปล่อยออกมา[ 9 ]
ลีโอไนต์เริ่มสูญเสียน้ำที่อุณหภูมิ 130 °C แต่จะสลายตัวอย่างแท้จริงที่อุณหภูมิ 200 °C: [ 5 ]
- K Mg(SO ) ·4H O(s) → K Mg(SO ) ·2H O(s) + 2H O(g)
ที่อุณหภูมิสูงขึ้นไปอีก สิ่งที่เหลืออยู่ก็คือ แลงเบไนต์และอาร์คาไนต์ ( โพแทสเซียมซัลเฟต ปราศจากน้ำ ) และไอน้ำ: [ 5 ] [ 10 ]
- 2K Mg(SO ) ·4H O(s) → K Mg (SO ) (s) + K SO (s) + 8H O(g)
คุณสมบัติทางกายภาพอื่นๆ
การละลายแบบลอการิทึมKsp สำหรับลีโอไนต์คือ −9.562 ที่ 25 °C [ 11 ]ค่าคงที่สมดุล log K ที่ 25 °C คือ −3.979 [ 12 ]ศักยภาพทางเคมีของลีโอไนต์คือ μj /RT = −1403.97 [ 13 ]
คุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกส์ประกอบด้วยΔ G o = −3480.79 kJ mol −1 ; Δ H o = −3942.55 kJ mol −1 ; และ ΔC o = 191.32 J K −1 mol −1 . [ 14 ]
สเปกตรัมอินฟราเรดของโหมดการยืดของซัลเฟตแสดงยอดการดูดกลืนที่ 1005, 1080, 1102, 1134 และ 1209 cm⁻¹ โหมด การดัดของซัลเฟตทำให้เกิดยอดที่ 720 และยอดที่เล็กกว่าที่ 750 และ 840 cm⁻¹ โหมดการยืดของ OH ดูดกลืนที่ 3238 cm⁻¹เมื่ออุณหภูมิลดลง ยอดจะเคลื่อนที่และ/หรือแคบลง และอาจมียอดเพิ่มเติมปรากฏขึ้นที่การเปลี่ยนเฟส[ 7 ]
เมื่อเก็บลีโอไนต์ไว้เพื่อจัดแสดง จะต้องไม่เก็บไว้ในที่ที่มีความชื้นมากเกินไป มิฉะนั้นจะดูดซับน้ำมากขึ้น[ 15 ]
การก่อตัว
ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2440 Jacobus Henricus van 't Hoffได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับการก่อตัวของเกลือชนิดต่างๆ เมื่อน้ำทะเลระเหยภายใต้สภาวะที่แตกต่างกัน จุดประสงค์ของเขาคือการค้นพบวิธีการก่อตัวของแหล่งสะสมเกลือ การวิจัยของเขาเป็นพื้นฐานสำหรับการศึกษาเกี่ยวกับสภาวะที่ลีโอไนต์ก่อตัวขึ้น[ 16 ]
ลีโอไนต์สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อสารละลายโพแทสเซียมซัลเฟตและแมกนีเซียมซัลเฟต ในน้ำ มีความเข้มข้นในช่วงอุณหภูมิ320–350 K (47–77 °C)เหนือช่วงอุณหภูมินี้จะเกิดแลงไบไนต์ (K Mg (SO ) 320 K (47 °C)จะ เกิดการตกผลึก ของพิโครเมอไรต์ (K Mg(SO ) ·6H O) [ 17 ]มากกว่า 90% จะเกิดการตกผลึก ซาไฮไดรต์ (MgSO 4 ·6H O) เป็นหลัก และต่ำกว่า 60% จะเกิด อาร์คาไนต์ (K SO ) ขึ้น [ 17 ]
ในส่วนผสมของโพแทสเซียมคลอไรด์ โพแทสเซียม ซัลเฟตแมกนีเซียมคลอไรด์และแมกนีเซียมซัลเฟตที่อุณหภูมิ 35 °C ในน้ำ ลีโอไนต์สามารถตกผลึกออกมาได้ในช่วงองค์ประกอบที่กำหนด แผนภาพของระบบสร้างขอบเขตของลีโอไนต์กับโพแทสเซียมคลอไรด์ โพแทสเซียมซัลเฟต และพิโครเมอไรต์ เมื่อแมกนีเซียมมีความเข้มข้นมากขึ้น จะมีจุดควอดรูเพิลกับไคไนต์[ 18 ]
ในน้ำเกลืออิ่มตัว (NaCl) ลีโอไนต์สามารถตกตะกอนได้จากส่วนผสมของแมกนีเซียมและโพแทสเซียมซัลเฟตที่อุณหภูมิต่ำถึง 25 °C ไอโซเทอร์มที่ 25 °C ของระบบมีลีโอไนต์ล้อมรอบด้วย ซิลวี นพิโครเมอไรต์ แอสตราคาไนต์ เอป โซ ไมต์และไคไนต์น้ำเกลืออิ่มตัวโซเดียม คลอไรด์ เกิดขึ้นจากการระเหยของน้ำทะเล แม้ว่าน้ำทะเลจะไม่มีโพแทสเซียมเพียงพอที่จะตกตะกอนลีโอไนต์ด้วยวิธีนี้ก็ตาม[ 19 ]
ลีโอไนต์ตกตะกอนในบ่อพลังงานแสงอาทิตย์หลายแห่งที่ทะเลสาบเกรตซอลท์[ 20 ]
เมื่อพิโครเมอไรต์ถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิระหว่าง 85 ถึง 128 องศาเซลเซียส จะเกิดไอน้ำขึ้นจนกลายเป็นลีโอไนต์: [ 21 ] [ 22 ]
- K Mg(SO ) ·6H O(s) → K Mg(SO ) ·4H O(s) + 2H O(g)
ปฏิกิริยา
เมื่อลีโอไนต์ละลายในกรดไนตริกแล้วตกผลึก จะได้กรดโพแทสเซียมแมกนีเซียมดับเบิลซัลเฟต: KHMg(SO ) ·2H O [ 23 ]
การให้ความร้อนแก่ Leonite ร่วมกับแมกนีเซียมซัลเฟตไฮเดรตในอัตราส่วนโมลเท่ากันที่อุณหภูมิ 350 °C จะได้ Langbeinite: [ 24 ]
- K Mg(SO ) ·4H O(s) + MgSO · x H O(s) → K Mg (SO ) (s) + (4 + x )H O(g).
สารละลายโพแทสเซียมคลอไรด์สามารถเปลี่ยนลีโอไนต์ให้เป็นโพแทสเซียมซัลเฟตแข็งได้: [ 25 ]
- 2KCl(aq) + K Mg(SO ) ·4H O(s) → 2K SO (s) + MgCl (aq)
สามารถตกตะกอนโพแทสเซียมซัลเฟตได้มากขึ้นโดยการเติมเอทิลีนไกลคอล[ 26 ]
กรดฟลูออโรซิลิซิกในน้ำจะทำปฏิกิริยากับลีโอไนต์เพื่อผลิตโพแทสเซียมฟลูออโรซิลิเกต ที่ไม่ละลายน้ำ และสารละลายแมกนีเซียมซัลเฟตและกรดซัลฟิวริก: [ 27 ]
- H SiF (aq) + K Mg(SO ) ·4H O(s) → K SiF (s) + MgSO (aq) + H SO (aq)
ระหว่าง 15 ถึง 30 °C สารละลายแมกนีเซียมคลอไรด์ 22% จะทำปฏิกิริยากับลีโอไนต์หรือพิโครเมอไรต์เพื่อให้ได้โพแทสเซียมคลอไรด์แข็งและแมกนีเซียมซัลเฟตไฮเดรต[ 28 ]
ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ
ลีโอไนต์สามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างการคายน้ำของน้ำทะเลหรือน้ำในทะเลสาบ ลีโอไนต์อาจเป็นส่วนประกอบหลักเล็กน้อยของ แหล่งสะสม โพแทสเซียมระเหย หรือเป็นแร่รอง[ 29 ]เพื่อให้เกิดลีโอไนต์จากน้ำทะเล น้ำเกลือต้องแยกออกจากของแข็งที่ตกตะกอนเพื่อไม่ให้เกิดปฏิกิริยากับเกลือที่ตกตะกอนก่อนหน้านี้ และอุณหภูมิต้องอยู่ที่ประมาณ 32 °C หากต่ำกว่า 25° หรือสูงกว่า 40° เนื้อหาของน้ำเกลือจะไม่เหมาะสมสำหรับการตกตะกอนของลีโอไนต์[ 29 ]ที่อุณหภูมินี้ บลอไดต์จะตกตะกอนก่อน จากนั้นจึงเป็นลีโอไนต์ ซึ่งคิดเป็นเพียง 3.2% ของเกลือบิทเทิร์น[ 29 ]
ปฏิกิริยารองสามารถสร้างหรือบริโภคลีโอไนต์ในแหล่งสะสมของแร่ระเหยได้ ลีโอไนต์สามารถเปลี่ยนเป็นโพลีฮาไลต์และคีเซอไรต์สามารถเปลี่ยนเป็นลีโอไนต์ได้[ 29 ]น้ำใต้ดินที่แทรกซึมเข้าไปในแหล่งสะสมเกลือบิทเทิร์นสามารถเปลี่ยนบางส่วนให้เป็นลีโอไนต์ได้ โดยเฉพาะในบริเวณส่วนบนของโดมเกลือ[ 29 ]
ลีโอไนต์ถูกค้นพบครั้งแรกในธรรมชาติที่แหล่งแร่โพแทช Stassfurt, Westeregeln , Egeln , Saxony-Anhalt, ประเทศเยอรมนี[ 2 ]แหล่งแร่เกลือ Stassfurt มาจาก ยุค เพอร์เมียนตั้งอยู่ใต้ภูมิภาค Magdeburg-Halberstadt ในภาคกลางของเยอรมนี ลีโอไนต์พบในชั้นดินเหนียวเกลือและคาร์นัลไลต์ซึ่งมีความหนาถึง 50 เมตร[ 30 ]สถานที่อื่นๆ ในเยอรมนี ได้แก่โรงงานโพแทช Neuhof-EllersในNeuhof , Fulda , Hesse; โรงงานโพแทช RiedelในRiedel-Hänigsen , Celle, Lower Saxony; Aschersleben ; Vienenburg ; และLeopoldshall [ 2 ]นอกประเทศเยอรมนี พบได้ที่Vesuviusประเทศอิตาลี; Stebnykประเทศยูเครน; และเขตโพแทช Carlsbad , Eddy County , New Mexico สหรัฐอเมริกา พบในหินงอก หินย้อยที่เป็นผลึก ในถ้ำ Tăuşoareในประเทศโรมาเนีย โดยพบร่วมกับkonyaite (K Mg(SO ) ·5H O), syngenite (K Ca(SO ) ·H O), thenardite (Na SO ) และmirabilite (Na SO ·10H O) [ 31 ] Leonite ยังพบในถ้ำ Wooltana เทือกเขา Flindersทางใต้ของออสเตรเลีย[ 32 ]
ดินในปล่องภูเขาไฟกูเซฟบนดาวอังคารมีลีโอไนต์รวมถึงซัลเฟตไฮเดรตอื่นๆ อีกมากมาย[ 33 ]บนยูโรปาคาดว่าลีโอไนต์จะมีเสถียรภาพ โดยมีความดันไอ 10 −13เท่าของน้ำแข็ง มันมีเสถียรภาพที่ความดันสูงถึง 10 −7ซึ่งสูงกว่านั้นจะมีเกลือไฮเดรตมากกว่าอยู่ มันควรจะก่อตัวเป็นเกลือได้ถึง 2% ใกล้พื้นผิว[ 34 ]
การผุกร่อนของแก้วยุคกลางที่มีโพแทสเซียมสูงก่อให้เกิดเปลือกผุกร่อนที่อาจมีลีโอไนต์[ 35 ]
ใช้
ลีโอไนต์สามารถใช้เป็นปุ๋ย ได้โดยตรง โดยให้โพแทสเซียมและแมกนีเซียม นอกจากนี้ยังสามารถกลั่นให้เป็น K₂SO₄ เพื่อปุ๋ยได้[ 36 ]กระบวนการแปลงลีโอไนต์เป็นโพแทสเซียมซัลเฟตเกี่ยวข้องกับการผสมกับสารละลายโพแทสเซียมคลอไรด์ (สารเคมีราคาถูกกว่า) ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการคือโพแทสเซียมซัลเฟต ซึ่งละลายได้น้อยกว่าและถูกกรองออก แมกนีเซียมคลอไรด์ละลายได้ดีมากในน้ำ สารละลายที่กรองแล้วจะถูกทำให้เข้มข้นโดยการระเหย ซึ่งจะทำให้เกิดการตกผลึกของลีโอไนต์มากขึ้น จากนั้นจะนำกลับไปใช้ที่จุดเริ่มต้นของกระบวนการ โดยเติมแลงเบไนต์หรือพิโครเมอไรต์ เพิ่ม [ 25 ]
ลีโอไนต์อาจถูกนำมาใช้ในสูตรเล่นแร่แปรธาตุเพื่อสร้าง "ทองคำดื่มได้" ในช่วงราว 300 ปี คริสต์ศักราชในประเทศจีน ซึ่งน่าจะเป็นคอลลอยด์เหลวของทองคำ[ 37 ]
ที่เกี่ยวข้อง
ลีโอไนต์มีโครงสร้างผลึกแบบเดียวกันกับแร่เมอไรเทอไรต์ ( (SO₄ ₂ 4H₂O และกับแมงกานีสลีโอไนต์สังเคราะห์ (K₂Mn SO₄ ₂ 4H₂O แร่ชนิดอื่นที่มีโครงสร้างผลึกแบบเดียวกัน ได้แก่:
- K Cd(SO ) ·4H O
- (NH ) Mg(SO ) ·4H O
- (NH ) Mn(SO ) ·4H O
- (NH ) Fe(SO ) ·4H O
- (NH ) Co(SO ) ·4H O และ
- K Mg(SeO ) ·4H O. [ 38 ]
ไมรอน สไตน์ เสนอให้ใช้ชื่อ "ลีโอไนต์" สำหรับธาตุที่ 96 โดยตั้งชื่อตามกลุ่มดาวสิงโตชื่อนี้ไม่ได้รับการยอมรับ และชื่อที่กำหนดให้คือคูเรียม[ 39 ]
ลิงก์ภายนอก
- "สารละลายเกลือในน้ำ ระบบ MgSO4-K2SO4-H2O "
- Starrs, BA; Storch, HH (มกราคม 1929). "ระบบสามองค์ประกอบ: โพแทสเซียมซัลเฟต-แมกนีเซียมซัลเฟต-น้ำ". วารสารเคมีฟิสิกส์ . 34 (10): 2367– 2374. doi : 10.1021/j150316a019 .เป็นสาธารณสมบัติแต่ต้องเสียค่าสมัครสมาชิก
- Madsen, Beth M. (1966). "Loweite, Vanthoffite, Bloedite และ Leonite จากนิวเม็กซิโกตะวันออกเฉียงใต้"เอกสารวิชาชีพสำรวจทางธรณีวิทยา 550 ( 2): B125– B129 สืบค้นเมื่อ 14 พฤศจิกายน 2015
- Eberhard, Usdowski; Bach, Martin F. (1998). Atlas and Data of Solid-Solution Equilibria of Marine Evaporites . Springer Science & Business Media. หน้า 263. doi : 10.1007/9783642602849 (ไม่ใช้งานแล้วเมื่อวันที่ 12 กรกฎาคม 2025). ISBN 9783642643354.
{{cite book}}: CS1 maint: DOI ไม่ใช้งานแล้วตั้งแต่เดือนกรกฎาคม 2025 ( ลิงก์ )ประกอบด้วยแผนภาพ 3 มิติของอุณหภูมิเทียบกับ Mg/K และ Cl/SO4 ที่ลีโอไนต์ปรากฏเป็นทรงกระบอกรูปทรงสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน