La armalcolita ( / ˌ ɑːr ˈ m ɑː l k ə l aɪ t / ) es un mineral rico en titanio con la fórmula química (Mg,Fe 2+ )Ti 2 O 5 . Se encontró por primera vez en la Base Tranquility en la Luna en 1969 durante la misión Apolo 11 , y lleva el nombre de Arm strong , Al drin y Collins , los tres astronautas del Apolo 11. Junto con la tranquillitita y la piroxferroita , es uno de los tres nuevos minerales que se descubrieron en la Luna. [5] La armalcolita se identificó posteriormente en varios lugares de la Tierra y se sintetizó en el laboratorio. (Más tarde también se encontraron tranquilityita y piroxferroita en varios lugares de la Tierra). [6] La síntesis requiere bajas presiones, altas temperaturas y un enfriamiento rápido desde aproximadamente 1.000 °C hasta la temperatura ambiente. La armalcolita se descompone en una mezcla de ilmenita y rutilo rica en magnesio a temperaturas inferiores a 1.000 °C, pero la conversión se ralentiza con el enfriamiento. Debido a este requisito de enfriamiento, la armalcolita es relativamente rara y generalmente se encuentra asociada con ilmenita y rutilo, entre otros minerales.
La armalcolita se encontró originalmente en la Luna, en el Mar de la Tranquilidad en la Base Tranquilidad , y también en el valle Taurus-Littrow y las Tierras Altas de Descartes . Las mayores cantidades las aportaron las misiones Apolo 11 y 17. Posteriormente fue identificado en la Tierra a partir de muestras de diques y tapones de lamproita tomadas en Smoky Butte, condado de Garfield, Montana , EE. UU . [7] En la Tierra, también se encuentra en Alemania ( cráter de impacto Nördlinger Ries en Baviera ), Groenlandia ( isla Disko ), México (cono de ceniza de El Toro, San Luis Potosí ), Sudáfrica ( minas de kimberlita Jagersfontein , Bultfontein y Dutoitspan ). , España ( Provincia de Albacete y Jumilla , Murcia ), Ucrania (Pripyat Swell), Estados Unidos (cantera Knippa, condado de Uvalde, Texas y Smoky Butte, Jordania, Montana ) y Zimbabue ( distrito de Mwenezi ). [2] [8] Armalcolita también se detectó en meteoritos lunares, como Dhofar 925 y 960 encontrados en Omán. [9]
La armalcolita es un mineral menor que se encuentra en rocas basálticas ricas en titanio , lava volcánica y, a veces , pegmatita granítica , rocas ultramáficas , lamproitas y kimberlitas. Se asocia con diversos óxidos mixtos de hierro y titanio, grafito, analcima , diópsido , ilmenita , flogopita y rutilo . Forma cristales alargados de hasta 0,1 a 0,3 mm de longitud incrustados en una matriz de basalto. [10] El análisis petrográfico sugiere que la armalcolita generalmente se forma a bajas presiones y altas temperaturas. [2]
Se pueden formar cristales de armalcolita de hasta varios milímetros de longitud mezclando polvos de óxidos de hierro, titanio y magnesio en la proporción correcta, fundiéndolos en un horno a unos 1.400 °C y dejando que la masa fundida cristalice durante unos días a unos 1.200 °C. y luego enfriar los cristales a temperatura ambiente. [11] [12] El paso de enfriamiento es necesario tanto para el laboratorio como para la síntesis natural a fin de evitar la conversión de armalcolita en una mezcla de ilmenita rica en magnesio (Mg- FeTiO
3) y rutilo (TiO 2 ) a temperaturas inferiores a 1.000 °C. [13] Esta temperatura umbral de conversión aumenta con la presión y finalmente cruza el punto de fusión, lo que significa que el mineral no puede formarse a presiones suficientemente altas. Debido a esta conversión a ilmenita, la armalcolita tiene una abundancia relativamente baja y está asociada con ilmenita y rutilo. [14] En consecuencia, la cantidad relativa de ilmenita y armalcolita se puede utilizar como indicador de la velocidad de enfriamiento de un mineral durante su formación. [15]
La armalcolita tiene una fórmula química general (Mg,Fe 2+ )Ti 2 O 5 . Forma masas opacas que aparecen de color gris (orto-armalcolita) a bronceado (para-armalcolita) en el reflejo, siendo las variedades grises las más comunes, especialmente en muestras sintéticas. La estructura cristalina es la misma para la orto y paraarmalcolita. Su composición química no difiere significativamente, pero hay una diferencia en el contenido de MgO y Cr 2 O 3 que se atribuyó a una coloración diferente. [13] [16] La armalcolita es parte del grupo pseudobrookita que consta de minerales de fórmula general X 2 YO 5 . X e Y suelen ser Fe (2+ y 3+), Mg, Al y Ti. Los miembros finales son armalcolita ((Mg,Fe)Ti 2 O 5 ), pseudobrookita (Fe 2 TiO 5 ), ferropseudobrookita (FeTi 2 O 5 ) y "karrooita" (MgTi 2 O 5 ). Son isoestructurales y todos tienen estructura cristalina ortorrómbica y se encuentran en rocas lunares y terrestres. [8] [10] [17]
La composición química de la mayoría de las muestras de armalcolita se puede descomponer en una suma de óxidos metálicos de la siguiente manera: TiO 2 (concentración 71–76%), FeO (10–17%), MgO (5,5–9,4%), Al 2 O 3 (1,48 –2%), Cr 2 O 3 (0,3-2%) y MnO (0-0,83%). Mientras que el contenido de titanio es relativamente constante, la proporción entre magnesio y hierro varía y suele ser inferior a 1. [2] [10] Se distingue una variedad de armacolita denominada Cr-Zr-Ca, que tiene un elevado contenido de Cr 2 O 3 (4,3–11,5%), ZrO 2 (3,8–6,2%) y CaO (3–3,5%). Estas variedades no son distintas y también se encuentran composiciones intermedias. [13] La modificación pobre en hierro (rica en magnesio) de la armacolita tiene la misma estructura cristalina y se encuentra en la corteza terrestre que el mineral extraoficialmente llamado "karrooita". [15] [18]
La mayor parte del titanio está presente en la armalcolita en el estado 4+, debido al entorno de síntesis reductor, pero hay una fracción significativa de Ti 3+ en las muestras lunares. La relación Ti 3+ /Ti 4+ en armalcolita puede servir como indicador de la fugacidad (presión parcial efectiva) del oxígeno durante la formación del mineral. También permite distinguir la armalcolita lunar y terrestre, ya que Ti 3+ /Ti 4+ = 0 para esta última. [13]
Dado que la fórmula de la armalcolita es (Mg,Fe 2+ )Ti 2 O 5 , sigue la fórmula general de XY 2 O 5 donde X=(Mg y Fe 2+ ), Y=Ti y O es oxígeno. Tanto los sitios X como Y están coordinados octaédricamente y la relación de radio entre los cationes y los aniones en la armalcolita es de tres a cinco, lo que equivale a 0,6, lo que hace que la estructura sea octaédrica. La armalcolita es un mineral rico en titanio que pertenece al grupo de minerales magnesianoferropseudobrookita con Fe 2+ Ti 2 O 5 y MgTi 2 O 5 como miembros finales. [8] Debido a que tiene simetría octaédrica, la armalcolita tiene solución sólida (sustitución catiónica) entre múltiples elementos Fe 2+ , Fe 3+ , Mg, Al y Ti; esto se debe a sus similitudes en radios atómicos y carga. La estructura cristalográfica exhibida por armalcolita es una bipirámide ortómbica, por lo que cae en la categoría ortorrómbica y tiene un grupo de puntos 2/m 2/m 2/m y un grupo espacial de Bbmm. Dentro de los sitios M1 para armalcolita es ideal que el hierro resida allí debido al mayor tamaño del hierro y para M2, el magnesio y el titanio tienen una distribución entre los dos sitios. En las zonas metálicas, el titanio tiene una proporción óctuple; magnesio y hierro con una cuatro coordinación. [13] [16] La proporción de magnesio y hierro en la armalcolita disminuye al disminuir la temperatura de 0,81 a 1200 °C a 0,59 a 1150 °C. Una vez que la armalcolita alcanza los 1.125 °C se reemplaza con ilmenita, FeTiO 3 , que carece tanto de magnesio como de hierro. [7]
La estructura cristalina de la armalcolita es similar a la de la brookita distorsionada . Se basa en octaedros deformados, con un átomo de titanio en el centro y seis átomos de oxígeno en las esquinas. Los iones de magnesio o hierro se encuentran en los sitios intersticiales; no contribuyen significativamente a la estructura reticular, que está sostenida por enlaces Ti-O a través de las esquinas de los octaedros. Sin embargo, estos iones afectan las propiedades ópticas, haciendo que el mineral sea opaco en contraste con el transparente dióxido de titanio TiO 2 . [13]