Mechanisms and Crystal Chemistry of Oxidation in Annite: Resolving the Hydrogen-Loss and Vacancy Reactions
Notice bibliographique
Résumé
Abstract A synthetic octahedral-site-vacancy-free annite sample and its progressive oxidation, induced by heating in air, were studied by powder X-ray diffraction (pXRD), Mössbauer spectroscopy, nuclear reaction analysis (NRA), Raman spectroscopy, X-ray fluorescence (XRF) spectroscopy, gas chromatography (GC), thermogravimetric analysis (TGA), differential thermal analysis (DTA), scanning electron microscopy (SEM), and size-fraction separation methods. For a set heating time and as temperature is increased, the sample first evolves along an annite-oxyannite join, until all H is lost via the oxybiotite reaction (Fe 2+ + OH − ⇌ Fe 3+ + O 2− + H↑). It then evolves along an oxyannite-ferrioxyannite join, where ideal ferrioxyannite, KFe 3+ 8/3 □ 1/3 AlSi 3 O 12 , is defined as the product resulting from complete oxidation of ideal oxyannite, KFe 3+ 2 Fe 2+ AlSi 3 O 12 , via the vacancy mechanism (3 Fe 2+ ⇌ 2 Fe 3+ + [6] □ + Fe↑). A pillaring collapse transition is observed as a collapse of c near the point where <mml:math xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mnf="http://cambridge.org/core/manifest" xmlns:cup="http://contentservices.cambridge.org" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:m="http://cambridge.org/core/metadata" xmlns:core="http://cambridge.org/core" xmlns:c="http://cambridge.org/core/content"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>Fe</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>/Fe</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac bevelled="true"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math> and all OH groups are predicted and observed to be lost. Quantitative analyses of H, using NRA, GC, and Raman spectroscopy, corroborate this interpretation and, in combination with accurate ferric/ferrous ratios from Mössbauer spectroscopy and lattice parameter determinations, allow a clear distinction to be made between vacancy-free and vacancy-bearing annite. The amount of Fe in ancillary Fe oxide phases produced by the vacancy mechanism is measured by Mössbauer spectroscopy to be 11.3(5)% of total Fe, in agreement with both the theoretical prediction of 1/9 = 11.1% and the observed TGA weight gain. The initiation of Fe oxide formation near the point of completion of the oxybiotite reaction ( <mml:math xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mnf="http://cambridge.org/core/manifest" xmlns:cup="http://contentservices.cambridge.org" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:m="http://cambridge.org/core/metadata" xmlns:core="http://cambridge.org/core" xmlns:c="http://cambridge.org/core/content"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>Fe</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>/Fe</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac bevelled="true"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math> ) is corroborated by pXRD, TGA, Raman spectroscopy, and appearance of an Fe oxide hyperfine field sextet in the Mössbauer spectra. The region of Fe oxide formation is shown to coincide with a region of octahedral site vacancy formation, using a new Mössbauer spectral signature of vacancies that consists of a component at 2.2 mm/s in the [6] Fe 3+ quadrupole splitting distribution (QSD). The crystal chemical behaviors of annite-oxyannite and of oxyannite-ferrioxyannite are best contrasted and compared to the behaviors of other layer-silicate series in terms of b vs. [D] (average octahedral cation to O bond length). This also leads to a diagnostic test for the presence of octahedral site vacancies in hydrothermally synthesized annite, based on a graph of b vs. Fe 2+ /Fe. The implications of the observed sequence of thermal oxidation reactions for the thermodynamic relevance of the oxybiotite and vacancy reactions in hydrothermal syntheses are examined and it is concluded that the oxybiotite reaction is the relevant reaction in the single-phase stability field of annite, at high hydrogen fugacity and using ideal starting cation stoichiometry. The vacancy reaction is only relevant in a multi-phase field, at lower hydrogen fugacity, that includes an Fe oxide equilibrium phase (magnetite) that can effectively compete for Fe, or when using non-ideal starting cation stoichiometries.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».