Termaerogenite

Termaerogenite
Formula chimica	Cu^2+Al2O4[1]
Proprietà cristallografiche
Sistema cristallino	cubico[1]
Parametri di cella	a = 8,079(3) Å (sintetico); 8,093(9) Å (naturale)[1]
Gruppo puntuale	4/m 3 2/m[2]
Gruppo spaziale	Fd3m (nº 227)[1]
Proprietà fisiche
Densità calcolata	4,87[3] g/cm³
Durezza (Mohs)	7[1]
Frattura	concoidale[2]
Colore	da giallastra a bruno rossastra[1]
Lucentezza	vitrea[3]
Opacità	trasparente[3]
Striscio	giallastro[1]
Diffusione	rara
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Il minerale termaerogenite (simbolo IMA: Tag^[4]) è un ossido molto raro del supergruppo dello spinello con la composizione chimica idealizzata Cu²⁺Al₂O₄.

La sua località tipo è la fumarola Arsenatnaya del vulcano Tolbačik sulla penisola di Kamčatka in Russia.

Etimologia e storia

A causa della loro struttura semplice e dell'elevata variabilità chimica, gli spinelli sono un sistema-modello popolare per lo studio delle leggi cristalline o delle proprietà elettriche e magnetiche.

Gli alluminati di nichel possono formarsi durante la fusione del rame per reazioni con materiali refrattari ricchi di alluminio dei forni. Ad esempio, per comprendere (ed evitare) queste reazioni, le proprietà termodinamiche della delafossite CuAlO₂ e dello spinello CuAl₂O₄ sono state studiate a metà del XX secolo.^[5] Poiché queste proprietà degli spinelli dipendono anche dalla distribuzione dei cationi nella struttura dello spinello,^[6] la distribuzione di Cu²⁺ e Al³⁺ negli spinelli sintetici del rame è stata ripetutamente studiata.^[7][8][9]

Per molto tempo, l'ossispinello ricca di rame non è stato riscontrato in natura. Il primo e finora (2024) unico evento naturale è stato descritto dagli scienziati russi nel 2018. Hanno scoperto ossispinelli ricchi di rame, tra cui Cu²⁺Al₂O₄ nei prodotti di sublimazione vulcanica della fumarola Arsenatnaya del vulcano Tolbačik nella penisola di Kamchatka in Russia. Hanno chiamato il nuovo spinello di rame-alluminato termaerogenite a causa delle sue condizioni di formazione. Questo nome (therm-aero-genit) è composto dalle parole greche θερμός per caldo, αέριον per gas e γενής, che si traduce come "nato da".^[1]

Classificazione

L'attuale classificazione dell'Associazione Mineralogica Internazionale (IMA) colloca la termaerogenite nel supergruppo dello spinello, dove si trova insieme a cromite, cocromite, coulsonite, cuprospinello, dellagiustaite, deltalumite, franklinite, gahnite, galaxite, guite, hausmannite, hercynite, hetaerolite, jacobsite, maghemite, magnesiocromite, magnesiocoulsonite, magnesioferrite, magnetite, manganocromite, spinello, titanomaghemite, trevorite, vuorelainenite e zincocromite, con le quali forma il sottogruppo dello spinello all'interno degli ossispinelli.^[10] Fanno parte di questo gruppo anche la chihmingite^[11] e la chukochenite^[12] descritte dopo il 2018, nonché la nicromite, il cui nome non è ancora stato riconosciuto dal CNMNC dell'IMA.^[13]

Nell'obsoleta 8ª edizione della sistematica dei minerali secondo Strunz, la termaerogenite non è elencata, come non lo è nella Sistematica dei lapis (Lapis-Systematik) di Stefan Weiß, che è stata rivista e aggiornata l'ultima volta nel 2018.^[14]

Nemmeno la 9ª edizione della sistematica minerale di Strunz, utilizzata dall'IMA dal 2001 al 2009, non elenca la termaerogenite,^[15] così come è assente nella classificazione dei minerali Dana, utilizzata principalmente nel mondo anglosassone.

La classificazione di Strunz continuata dal database dei minerali "Mindat.org", che si basa sulla 9ª edizione della sistematica minerale di Strunz, classifica la termaerogenite nella classe di "ossidi e idrossidi" e lì nella sottoclasse con rapporto "metallo : ossigeno = 3 : 4 e simili. La termaerogenite è stata classificata in base alla sua composizione nella suddivisione "con solo cationi di medie dimensioni" con il numero di sistema 4.BA. Alla data del 2024 non esiste un'ulteriore classificazione in un gruppo di minerali specifico.^[16]

Chimica

La termaerogenite pura ha la composizione Cu²⁺Al₂O₄ ed è l'analogo del rame dello spinello (Mg²⁺Al₂O₄) o l'analogo dell'alluminio del cuprospinello (Cu²⁺Fe3+2O₄). L'esatta composizione dello spinello rame-alluminio della località tipo è

• ${\displaystyle {\ce {(Cu^{2+}_{0,619}Zn_{0,422})(Al_{1,523}Fe^{3+}_{0,443}Cr^{3+}_{0,007})O_4}}}$^[1]

La termaerogenite forma cristalli misti con gahnite, cuprospinello e spinello secondo le reazioni di scambio:^[1]

• ${\displaystyle {\ce {Cu^{2+}= Zn^{2+}}}}$ (gahnite)
• ${\displaystyle {\ce {Cu^{2+}= Mg^{2+}}}}$ (spinello)
• ${\displaystyle {\ce {Al^{3+}= Fe^{3+}}}}$ (cuprospinello)

Abito cristallino

La termaerogenite naturale cristallizza con simmetria cubica nel gruppo spaziale Fd3m (gruppo nº 227) e il parametro reticolare a = 8,093(9) Å così come 8 unità di formula per cella unitaria con la struttura dello spinello.^[1]

In questo spinello, la posizione del tetraedro è occupata prevalentemente dal rame (Cu²⁺) e la posizione dell'ottaedro dall'alluminio (Al³⁺).^[1]

Origine e giacitura

La termaerogenite è un minerale estremamente raro ed è stato trovato al mondo solo nella località tipo, la fumarola Arsenatnaya al secondo cono di scorie dell'eruzione settentrionale della grande eruzione fissurale del Tolbačik nel 1975.^[1][17][18] La fumarola di Arsenatnaya è una delle fumarole più ricche di minerali al mondo, con circa 150 minerali. È la località tipo di 67 minerali.^[19] Circa altri 30 non sono ancora stati caratterizzati in modo inadeguato.^[1]

La fumarola era ancora attiva al momento del suo studio nel 2012 e rilasciava anidride carbonica (CO₂), acido fluoridrico (HF) e acido cloridrico (HCl) a temperature fino a 490 °C. Nell'area delle fumarole lunghe 15 m, le fessure e le sacche di basalto sono rivestite da croste molto ricche di minerali che si separano dai gas fumarolici. La paragenesi contenente alluminato e ferrite si trova a medie profondità (1-2 m) e, oltre agli spinelli ricchi di rame (spinello, gahnite, termaerogenite, magnesioferrite, franklinite e cuprospinello) contiene anche una varietà di minerali associati, tra cui tenorite, ematite, ortoclasio (varietà contenente arsenico), fluorophlogopite, langbeinite, calciolangbeinite, solfati di tipo aftitalite, anidrite, krascheninnikovite, vanthoffite, fluoborite, silvite, halite, pseudobrookite, rutilo, corindone e gli arseniati urusovite, johillerite, ericlaxmanite, kosyrevskite, popovite, lammerite, lammerite-β, tilasite, svabite, nickenichite, bradaczekite, dmisokolovite e shchurovskyite.^[1]

Gli spinelli ricchi di rame sono tra le ultime formazioni e si incrostano sugli ossidi di ematite e tenorite così come sugli arseniati e sui solfuri. Le aderenze epitassiali degli spinelli con la superficie {111} sulla superficie {001} dell'ematite sono comuni.^[1]

Forma in cui si presenta in natura

La termaerogenite si presenta sotto forma di cristalli ottaedrici marroni di dimensioni inferiori a 0,1 mm.^[1]

Note

1. (EN) Igor V. Pekov, Fedor D. Sandalov, Natalia N. Koshlyakova, Marina F. Vigasina, Yury S. Polekhovsky, Sergey N. Britvin, Evgeny G. Sidorov e Anna G. Turchkova, Copper in Natural Oxide Spinels: The New Mineral Thermaerogenite CuAl₂O₄, Cuprospinel and Cu-Enriched Varieties of Other Spinel-Group Members from Fumaroles of the Tolbachik Volcano, Kamchatka, Russia, in Minerals, vol. 8, n. 11, 2018, p. 498, DOI:10.3390/min8110498.
2. (EN) Thermaerogenite (PDF), in Handbook of Mineralogy. URL consultato il 15 settembre 2024.
3. (EN) Thermaerogenite, su mindat.org. URL consultato il 15 settembre 2024.
4. (EN) Laurence N. Warr, IMA–CNMNC approved mineral symbols (PDF), in Mineralogical Magazine, vol. 85, 2021, pp. 291–320, DOI:10.1180/mgm.2021.43. URL consultato il 15 settembre 2024.
5. (EN) K.T. Jacob e C.B. Alcock, Thermodynamics of CuAlO₂ and CuAl₂O₄ and phase-equilibria in system Cu₂O-CuO-Al₂O₃ (PDF), in J. Am. Ceram. Soc, vol. 58, n. 5-6, 1975, pp. 192–195, DOI:10.1111/j.1151-2916.1975.tb11441.x. URL consultato il 10 marzo 2024.
6. (EN) Hugh St. C. O’Neill e Alexandra Navrotsky, Simple spinels: crystallographic parameters, cation radii, lattice energies, and cation distribution (PDF), in American Mineralogist, vol. 68, 1983, pp. 181–194. URL consultato il 24 febbraio 2024.
7. (DE) H. Schmalzried, Röntgenographische Untersuchung der Kationenverteilung in Spinellphasen, in Zeitschrift für Physikalische Chemie, vol. 28, n. 3-4, 1961, pp. 203–219, DOI:10.1524/zpch.1961.28.3_4.203.
8. (EN) Hugh ST. C. O’Neill, Michael James, Wayne A. Dollase e Simon A. T. Redfern, Temperature dependence of the cation distribution in CuAl₂O₄ spinel (PDF), in European Journal of Mineralogy, vol. 17, 2005, pp. 581–586. URL consultato il 10 marzo 2024.
9. (EN) Rosa Anna Fregola, Ferdinando Bosi, Henrik Skogby e Ulf Hålenius, Cation ordering over short-range and long-range scales in the MgAl₂O₄-CuAl₂O₄ series, in American Mineralogist, vol. 97, 2012, pp. 1821–1827. URL consultato il 10 marzo 2024.
10. (EN) Ferdinando Bosi, Cristian Biagioni e Marco Pasero, Nomenclature and classification of the spinel supergroup, in European Journal of Mineralogy, vol. 31, n. 1, 12 settembre 2018, pp. 183–192, DOI:10.1127/ejm/2019/0031-2788.
11. (EN) S.-L. Hwang, P. Shen, T.-F. Yui, H.-T. Chu, Y. Iizuka, H.-P. Schertl e D. Spengler, Chihmingite, IMA 2022-010 (PDF), in CNMNC Newsletter 67, European Journal of Mineralogy, vol. 34, 2022, pp. 359–364. URL consultato il 23 gennaio 2024.
12. (EN) Can Rao, Xiangping Gu, Rucheng Wang, Qunke Xia, Yuanfeng Cai, Chuanwan Dong, Frédéric Hatert e Yantao Hao, Chukochenite, (Li_0.5Al_0.5)Al₂O₄, a new lithium oxyspinel mineral from the Xianghualing skarn, Hunan Province, China, in American Mineralogist, vol. 107, n. 5, 2022, pp. 842–847, DOI:10.2138/am-2021-7932.
13. (EN) Cristian Biagioni e Marco Pasero, The systematics of the spinel-type minerals: An overview (PDF), in American Mineralogist, vol. 99, n. 7, 2014, pp. 1254–1264, DOI:10.2138/am.2014.4816. URL consultato il 23 gennaio 2024.
14. (DE) Stefan Weiß, Das große Lapis Mineralienverzeichnis. Alle Mineralien von A – Z und ihre Eigenschaften. Stand 03/2018, 7ª ed., Monaco, Weise, 2018, ISBN 978-3-921656-83-9.
15. (EN) Ernest Henry Nickel e Monte C. Nichols, IMA/CNMNC List of Minerals 2009 (PDF), su cnmnc.units.it, IMA/CNMNC, gennaio 2009. URL consultato il 23 gennaio 2024.
16. (EN) Classification of Thermaerogenite, su mindat.org, Hudson Institute of Mineralogy. URL consultato il 9 marzo 2024.
17. (DE) Thermaerogenite, su mineralienatlas.de. URL consultato il 6 maggio 2024.
18. (EN) Thermaerogenite, su mindat.org. URL consultato il 6 maggio 2024.
19. (EN) Arsenatnaya fumarole, Second scoria cone, Northern Breakthrough (North Breach), Great Fissure eruption (Main Fracture), Tolbachik Volcanic field, Milkovsky District, Kamchatka Krai, Russia, su mindat.org, Hudson Institute of Mineralogy. URL consultato il 9 marzo 2024.