✖


Jump to content

Бернессит

Бернессит
Общий
Категория Оксидный минерал
Формула
(повторяющаяся единица) 		MnO 2 · n H 2 O
д- МnО 2
Имеет символ IMA. Один [ 1 ]
Кристаллическая система Триклинический или шестиугольный
Идентификация
Цвет От темно-коричневого до черного
Кристальная привычка Чрезвычайно мелкокристаллический
Расщепление [001] идеально
шкала Мооса твердость 1.5
Блеск Субметаллический, матовый
прозрачность Почти непрозрачный
Удельный вес 3.0
Оптические свойства Одноосный (-)
Показатель преломления nω = 1,730 nε = 1,690
Двулучепреломление δ = 0,040
Другие характеристики Идентификация по оптическим свойствам невозможна.
Ссылки [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

Бирнессит (номинально MnO 2 · n H 2 O), известный также как δ- MnO 2 представляет собой водный минерал диоксида марганца с химической формулой Na 0,7 Ca 0,3 Mn 7 O 14 ·2,8H 2 O. [ 5 ] Это основной вид минерала марганца на поверхности Земли, который обычно встречается в виде мелкозернистых, плохо кристаллизованных агрегатов в почвах , отложениях , покрытиях зерен и горных пород (например, пустынном лаке ), а также морских железомарганцевых конкрециях и корках. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] Он был обнаружен в Бирнессе , Абердиншир , Шотландия .

Формирование

[ редактировать ]

Его осаждение в результате окисления Mn(II) в кислородсодержащих водных растворах кинетически затруднено и медленно на минеральных поверхностях. Биологическое окисление Mn(II) обычно происходит быстрее по сравнению с абиотическими процессами окисления Mn(II), и по этой причине считается, что большинство природных бернесситов производятся микроорганизмами , особенно бактериями , а также грибами . [ 13 ]

Состав и структура

[ редактировать ]

Бирнессит — нестехиометрическое соединение , в котором переменное количество Mn 4+ ионы в номинальной формуле MnO 2 · n H 2 O либо отсутствуют, либо заменены преимущественно Mn 3+ ионы и во вторую очередь Mn 2+ ионы. Поскольку твердое вещество в целом электрически нейтрально, бернессит содержит инородные катионы, которые уравновешивают чистый отрицательный заряд, создаваемый Mn. 4+ вакансии и гетеровалентные замены Mn.

две кристаллографические Известны структуры: триклинный бернессит (TcBi). [ 14 ] и гексагональный бернессит (HBi). [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] Два из них состоят из слоев октаэдров MnO 6 , имеющих общие ребра , разделенных одним или двумя слоями молекул воды. Соединения с одним слоем воды имеют характерный повтор ~7 Å в направлении укладки слоев, а добавление второго слоя воды увеличивает расстояние между слоями до ~10 Å. Форма размером 10 Å называется бузеритом .

Слой TcBi обычно представляет собой Mn. 4+ 0.690,69Мн 3+ 0,31 . Мн 3+ О 6 и Мн 4+ Октаэдры O 6 полностью упорядочены в рядах слоев MnO 2 , так что каждый Mn 3+ -богатый ряд чередуется с двумя Mn 4+ -богатые строки. 10,11 Заряд слоя компенсируется щелочными и щелочноземельными катионами (например, Na, K, Ca, Ba) в межслоевую область вместе с молекулами воды, поэтому TcBi обладает катионообменной способностью . Типичная химическая формула Na -обменного TcBi: Na 0,31 (Mn 4+ 0,69 Мн 3+ 0,31 )О 2 ·0,4Н 2 О. [ 14 ]

Слоистая структура HBi отличается от TcBi наличием октаэдрического Mn. 4+ вакансии (Вак). Химическая формула синтетического HBi зависит от pH . Общая формула: H + х пн 3+ y Mn 2+ от (Мн 4+ в Мн 3+ v Vac w )O 2 , где x + 3 y + 2 z = v + 4 w для нейтральности. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]

Слои MnO 2 периодически укладываются в синтетические триклинные и гексагональные кристаллы бернессита . Однако в натуральных материалах такое случается редко. Природные кристаллы бернессита не только химически сложны, но и структурно неупорядочены в отношении укладки слоев и плоскостности слоев. [ 18 ] Природный кристалл бернессита может содержать всего несколько слоев, причем они часто изогнуты и всегда несовершенно уложены с ориентационной и трансляционной потерей совмещения. Беспорядок упаковки называется «турбостратическим», когда слои ориентированы совершенно случайным образом. Природный бернессит с турбостратно сложенными слоями называется вернадитом. [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] а синтетический аналог назван δ-MnO 2 . Расстояние между слоями вернадита может составлять также ~7 Å или ~10 Å, а на кварцевых покрытиях наблюдалось переслоение двух типов слоев. [ 9 ] и в железомарганцевых корках. [ 22 ]

Реакционная способность поверхности

[ редактировать ]

Дефицит заряда +4 вакансии может быть уравновешен большим разнообразием межслоевых катионов, образующих внутрисферные комплексы выше и ниже вакансий (например, Ca , Cu , Zn , Pb , Cd , Tl ). [ 8 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] Экспериментально оценена относительная стабильность межслоевых катионов. [ 31 ] [ 32 ] и теоретически путем моделирования поверхностного комплексообразования [ 33 ] и вычислительная химия. [ 34 ] [ 35 ] Pb 2+ имеет наибольшую стабильность на поверхности HBi и высокое геохимическое сродство Pb. 2+ ибо бернесситом, вероятно, объясняется его миллиардное обогащение в морских месторождениях железомарганца по сравнению с морской водой , которое превосходит обогащение всех других элементов. [ 36 ]

Обнаружено также, что катионы переходных металлов , сорбированные на вакансиях, проникают в нижележащие вакансии и внедряются в слой MnO 2 , когда их эффективный ионный радиус [ 37 ] близок к таковому у Mn 4+ (r = 0,53 Å). Например, Зн 2+ (r = 0,74 Å) никогда не наблюдалось проникновения в вакансию, а Ni 2+ (r = 0,69 Å) входит частично, а Co 3+ (r = 0,54 Å) всегда так. [ 9 ] [ 38 ] [ 39 ] Октаэдрический высокоспиновый Co 2+ (r = 0,74 Å), сорбированный на вакансии, преобразуется в меньший тетраэдрический комплекс (r = 0,58 Å), проникая в октаэдрическую вакансию Mn, а затем преобразуется в низкоспиновое состояние перед окислением до Co. 3+ от Мн 4+ , что сводится к Mn 3+ . [ 40 ] Катализируемое поверхностью и окислительно-восстановительное поглощение Co также приводит к миллиардному обогащению морских железомарганцевых месторождений по сравнению с Co между железомарганцевыми месторождениями и Pb. 2+ . [ 36 ]

Свойства и применение

[ редактировать ]

В природе фотосинтезирующие организмы используют высокую окислительную способность кластеров бернесситового типа Mn 4 CaO 5 для окисления воды в молекулярный кислород через мембранный белковый комплекс фотосистемы II . [ 41 ]

Благодаря своим полупроводниковым свойствам материалы бернесситового типа используются в различных областях, включая катализ и электрохимическое хранение энергии ( батареи и псевдоконденсаторы ). Порядок Mn 3+ катионы в триклинном бернессите, а Mn 4+ вакансии в гексагональном бернессите уменьшают ширину запрещенной зоны , [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] и, следовательно, повысить электропроводность . Полуметаллическое в поведение наблюдалось для нанолистов MnO 2 с вакансиями Mn, что делает их перспективными кандидатами для применения спинтронике . [ 45 ]

Бирнессит способен расщеплять прионы путем окисления. [ 46 ] Насколько хорошо этот процесс работает за пределами лаборатории, неясно.

См. также

[ редактировать ]

Другие оксиды марганца:

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Уорр, Л.Н. (2021). «Утвержденные IMA–CNMNC символы минералов» . Минералогический журнал . 85 (3): 291–320. Бибкод : 2021MinM...85..291W . дои : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID   235729616 .
  2. ^ http://www.handbookofmineralogy.org/pdfs/birnessite.pdf Справочник по минералогии
  3. ^ http://www.mindat.org/min-680.html Mindat с данными о местоположении.
  4. ^ http://www.webmineral.com/data/Birnessite.shtml Данные веб-минералов.
  5. ^ Джонс, LHP; и др. (1956). «Бирнессит, новый минерал оксида марганца из Абердиншира, Шотландия» . Минералогический журнал и журнал Минералогического общества . 31 (235): 283–288. Бибкод : 1956MinM...31..283J . дои : 10.1180/minmag.1956.031.235.01 .
  6. ^ Маккеун, округ Колумбия; и др. (01.05.2001). «Характеристика минералогии оксида марганца в каменном лаке и дендритах с использованием рентгеновской абсорбционной спектроскопии» . Американский минералог . 86 (5–6): 701–713. Бибкод : 2001AmMin..86..701M . дои : 10.2138/am-2001-5-611 . S2CID   19647389 .
  7. ^ Мансо , А; и др. (2003). «Молекулярное видообразование Zn и Ni в почвенных железомарганцевых конкрециях лёссовых почв бассейна Миссисипи» . Экологические науки и технологии . 37 (1): 75–80. Бибкод : 2003EnST...37...75M . дои : 10.1021/es025748r . ПМИД   12542293 .
  8. ^ Jump up to: а б Исауре, член парламента; и др. (2005). «Подвижность и видообразование цинка в почве, покрытой загрязненными вынутыми отложениями, с использованием микрометрового масштаба и методов рентгеновской флуоресценции, абсорбции и дифракции с усреднением по объему» . Geochimica et Cosmochimica Acta . 69 (5): 1173–1198. Бибкод : 2005GeCoA..69.1173I . дои : 10.1016/j.gca.2004.08.024 .
  9. ^ Jump up to: а б с Мансо , А; и др. (2007). «Естественное образование Ni, Zn, Ba и As в ферромарганцевых покрытиях на кварце с использованием рентгеновской флуоресценции, поглощения и дифракции» . Geochimica et Cosmochimica Acta . 71 (1): 95–128. Бибкод : 2007GeCoA..71...95M . дои : 10.1016/j.gca.2006.08.036 .
  10. ^ Мансо , А.; и др. (2014). «Минералогия и кристаллохимия Mn, Fe, Co, Ni и Cu в глубоководных полиметаллических конкрециях Тихого океана» . Американский минералог . 99 (10): 2068–2083. Бибкод : 2014AmMin..99.2068M . дои : 10.2138/am-2014-4742 . S2CID   98025822 .
  11. ^ Бодей, С.; и др. (2007). «Образование тодорокита из вернадита в богатых никелем гемипелагических отложениях» . Geochimica et Cosmochimica Acta . 71 (23): 5698–5716. Бибкод : 2007GeCoA..71.5698B . дои : 10.1016/j.gca.2007.07.020 .
  12. ^ Баргар, младший; и др. (2009). «Структурная характеристика наземных микробных оксидов Mn из Пинал-Крик, штат Аризона» . Geochimica et Cosmochimica Acta . 73 (4): 889–910. Бибкод : 2009GeCoA..73..889B . дои : 10.1016/j.gca.2008.10.036 . S2CID   59065579 .
  13. ^ Тебо, Б.М.; и др. (19 мая 2004 г.). «Биогенные оксиды марганца: Свойства и механизмы образования» . Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 32 : 287–328. Бибкод : 2004AREPS..32..287T . doi : 10.1146/annurev.earth.32.101802.120213 .
  14. ^ Jump up to: а б Лансон, Б; и др. (2002). «Структура синтетического Na-бернессита: свидетельства существования триклинной однослойной элементарной ячейки» . Американский минералог . 87 (11–12): 1662–1671. Бибкод : 2002AmMin..87.1662L . дои : 10.2138/am-2002-11-1215 . S2CID   53443294 .
  15. ^ Jump up to: а б Дриц, В.А.; и др. (1997). «Структура синтетического моноклинного бернессита, богатого Na, и гексагонального бернессита; I, Результаты дифракции рентгеновских лучей и дифракции электронов на выбранных участках» . Американский минералог . 82 (9–10): 946–961. Бибкод : 1997AmMin..82..946D . дои : 10.2138/am-1997-9-1012 . S2CID   56030552 .
  16. ^ Jump up to: а б Сильвестр, Э.; и др. (1997). «Структура синтетического моноклинного богатого Na бернессита и гексагонального бернессита; II, Результаты химических исследований и EXAFS-спектроскопии» . Американский минералог . 82 (9–10): 962–978. Бибкод : 1997AmMin..82..962S . дои : 10.2138/am-1997-9-1013 . S2CID   55969753 .
  17. ^ Jump up to: а б Лансон, Б; и др. (2000). «Структура H-обменного гексагонального бернессита и механизм его образования из богатого Na моноклинного бузерита при низком pH» . Американский минералог . 85 (5–6): 826–838. Бибкод : 2000AmMin..85..826L . дои : 10.2138/am-2000-5-625 . S2CID   55586944 .
  18. ^ Мансо , А; и др. (01.02.2013). «Ближний и дальний порядок наночастиц филломанганата, определенный с помощью высокоэнергетического рассеяния рентгеновских лучей» . Журнал прикладной кристаллографии . 46 : 193–209. дои : 10.1107/S0021889812047917 . S2CID   56356250 .
  19. ^ Джованоли, Р. (1980). «Вернадит — это бирнессит, сложенный случайным образом» . Месторождение минералов . 15 (2): 251–253. Бибкод : 1980MinDe..15..251G . дои : 10.1007/bf00206520 . S2CID   104363781 .
  20. ^ Мансо , А.; и др. (1988). «Структура оксидов и оксигидроксидов Mn и Fe: топологический подход EXAFS» . Физика и химия минералов . 15 (3): 283–295. Бибкод : 1988PCM....15..283M . дои : 10.1007/bf00307518 . S2CID   97465847 .
  21. ^ Хочелла, МФ (2005). «Экологически важные, плохо кристаллические водные оксиды Fe/Mn: ферригидрит и, возможно, новый вернадит-подобный минерал из комплекса Superfund Complex Кларк-Форк-Ривер» . Американский минералог . 90 (4): 718–724. Бибкод : 2005AmMin..90..718H . дои : 10.2138/am.2005.1591 . S2CID   54664549 .
  22. ^ Ли, С; и др. (2019). «Строение и кристаллохимия вернадита в железомарганцевых корках» . Acta Crystallographica Раздел B. 75 (4): 591–598. дои : 10.1107/S2052520619006528 . ОСТИ   1559941 . ПМИД   32830716 . S2CID   202084338 .
  23. ^ Лансон, Б; и др. (2002). «Структура бернессита, сорбированного тяжелыми металлами: Часть 1. Результаты рентгеноструктурного анализа» . Американский минералог . 87 (11–12): 1631–1645. Бибкод : 2002AmMin..87.1631L . дои : 10.2138/am-2002-11-1213 . S2CID   52255943 .
  24. ^ Дриц, В.А.; и др. (2002). «Структура бернессита, сорбированного тяжелыми металлами: Часть 2. Результаты электронной дифракции» . Американский минералог . 87 (11–12): 1646–1661. Бибкод : 2002AmMin..87.1646D . дои : 10.2138/am-2002-11-1214 . S2CID   52241298 .
  25. ^ Мансо , А; и др. (2002). «Структура бернессита, сорбированного тяжелыми металлами. Часть III: Результаты порошковой и поляризованной спектроскопии тонкой структуры расширенного рентгеновского поглощения» . Geochimica et Cosmochimica Acta . 66 (15): 2639–2663. Бибкод : 2002GeCoA..66.2639M . дои : 10.1016/s0016-7037(02)00869-4 .
  26. ^ Маркус, Массачусетс; и др. (2004). «Видообразования Mn, Fe, Zn и As в быстрорастущих железомарганцевых морских конкрециях» . Geochimica et Cosmochimica Acta . 68 (14): 3125–3136. Бибкод : 2004GeCoA..68.3125M . дои : 10.1016/j.gca.2004.01.015 . S2CID   33694906 .
  27. ^ Такахаши, Ю; и др. (2007). «Химический и структурный контроль распределения Co, Ce и Pb в морских оксидах железомарганца» . Geochimica et Cosmochimica Acta . 71 (4): 984–1008. Бибкод : 2007GeCoA..71..984T . дои : 10.1016/j.gca.2006.11.016 .
  28. ^ Лансон, Б; и др. (2008). «Образование наночастиц филломанганата Zn – Ca в корнях травы» . Geochimica et Cosmochimica Acta . 72 (10): 2478–2490. Бибкод : 2008GeCoA..72.2478L . дои : 10.1016/j.gca.2008.02.022 . S2CID   16075545 .
  29. ^ Вик, С; и др. (2019). «Сорбция таллия оксидами марганца» . Экологические науки и технологии . 53 (22): 13168–13178. Бибкод : 2019EnST...5313168W . doi : 10.1021/acs.est.9b04454 . hdl : 20.500.11850/383584 . PMID   31674774 . S2CID   207815275 .
  30. ^ Мансо , А.; и др. (2022). «Кристаллохимия таллия в морских железомарганцевых месторождениях» . АСУ Химия Земли и Космоса . 6 (5): 1269–1285. Бибкод : 2022ESC.....6.1269M . doi : 10.1021/acsearthspacechem.1c00447 .
  31. ^ Ван, Ю; и др. (2012). «Сорбционное поведение тяжелых металлов на бернессите: связь со средней степенью окисления Mn и значение для типов мест сорбции» . Химическая геология . 292–293: 25–34. Бибкод : 2012ЧГео.292...25Вт . doi : 10.1016/j.chemgeo.2011.11.001 .
  32. ^ Мюррей, JW (1975). «Взаимодействие ионов металлов на границе раздела диоксид марганца-раствор» . Geochimica et Cosmochimica Acta . 39 (4): 505–519. Бибкод : 1975GeCoA..39..505M . дои : 10.1016/0016-7037(75)90103-9 .
  33. ^ Аппело, CAJ; и др. (1999). «Последовательная модель поверхностного комплексообразования на бернессите (δ-MnO 2 ) и ее применение к эксперименту на колонке» . Geochimica et Cosmochimica Acta . 63 (19–20): 3039–3048. Бибкод : 1999GeCoA..63.3039A . дои : 10.1016/s0016-7037(99)00231-8 .
  34. ^ Квон, К.Д.; и др. (2013). «Понимание тенденций сорбции переходных металлов вакансиями в бернессите» . Geochimica et Cosmochimica Acta . 101 : 222–232. Бибкод : 2013GeCoA.101..222K . дои : 10.1016/j.gca.2012.08.038 .
  35. ^ Мансо , А; и др. (2021). «Природа участков поверхности металлов с высоким и низким сродством на нанолистах бирнессита» . АСУ Химия Земли и Космоса . 5 (1): 66–76. Бибкод : 2021ESC.....5...66M . doi : 10.1021/acsearthspacechem.0c00278 . S2CID   234304816 .
  36. ^ Jump up to: а б Хейн, младший; и др. (2014), «Глубоководные железомарганцевые корки и конкреции» , Трактат о геохимии , Elsevier, стр. 273–291, doi : 10.1016/b978-0-08-095975-7.01111-6 , ISBN  9780080983004 , получено 26 сентября 2021 г.
  37. ^ Шеннон, РД (1976). «Пересмотренные эффективные ионные радиусы и систематические исследования межатомных расстояний в галогенидах и халькогенидах» . Acta Crystallographica Раздел А. 32 (5): 751–767. Бибкод : 1976AcCrA..32..751S . дои : 10.1107/s0567739476001551 .
  38. ^ Мансо , А; и др. (1997). «Структурный механизм Ко 2+ окисление филломанганатным бузеритом» . Американский минералог . 82 (11–12): 1150–1175. Bibcode : 1997AmMin..82.1150M . doi : 10.2138/am-1997-11-1213 . S2CID   54923713 .
  39. ^ Пикок, CL; и др. (2007). «Кристаллохимия Ni в морских железомарганцевых корках и конкрециях» . Американский минералог . 92 (7): 1087–1092. Бибкод : 2007AmMin..92.1087P . дои : 10.2138/am.2007.2378 . S2CID   98074547 .
  40. ^ Мансо , А.; Штайнманн, С. (2022). «Моделирование механизма окисления Co(II) бирнесситом с помощью теории функционала плотности» . АСУ Химия Земли и Космоса . 6 (8): 2063–2075. Бибкод : 2022ESC.....6.2063M . doi : 10.1021/acsearthspacechem.2c00122 . S2CID   251086409 .
  41. ^ Чернев П.; и др. (2021). «Поправка издателя: образование оксида марганца под воздействием света современной фотосистемой II поддерживает эволюционно древний фотосинтез, окисляющий марганец» . Природные коммуникации . 12 (1): 419. doi : 10.1038/s41467-020-20868-9 . ПМЦ   7804171 . ПМИД   33436628 .
  42. ^ Лухт, КП; и др. (2015). «Бирнессит: многослойный оксид марганца, улавливающий солнечный свет для катализа расщепления воды» . Журнал физической химии C. 119 (40): 22838–22846. дои : 10.1021/acs.jpcc.5b07860 .
  43. ^ Квон, К.Д.; и др. (2008). «Вызванная дефектами фотопроводимость в слоистых оксидах марганца: исследование теории функциональной плотности» . Письма о физических отзывах . 100 (14): 146601. Бибкод : 2008PhRvL.100n6601K . дои : 10.1103/physrevlett.100.146601 . ПМИД   18518059 . S2CID   2146794 .
  44. ^ Гао, П.; и др. (2020). «Роль катионных вакансий в электродных материалах для улучшенного хранения электрохимической энергии: синтез, расширенная характеристика и основы» . Передовые энергетические материалы . 10 (14): 1903780. doi : 10.1002/aenm.201903780 . S2CID   214006754 .
  45. ^ Ван, Х; и др. (2014). «Полуметалличность в однослойных нанолистах диоксида марганца, полученная методом дефектоскопии» . Ангеванде Хеми . 127 (4): 1211–1215. дои : 10.1002/ange.201410031 .
  46. ^ Руссо, Ф.; и др. (2009). «Патогенный прионный белок разлагается минералом оксида марганца, обнаруженным в почве» . Журнал общей вирусологии . 90 (Часть 1): 275–280. дои : 10.1099/vir.0.003251-0 . ПМИД   19088299 .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Birnessite&oldid=1225114189"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 76f7dd83039af856f5ec974d1dc4e487__1716372240
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/76/87/76f7dd83039af856f5ec974d1dc4e487.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Birnessite - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)