La leonita es un sulfato doble hidratado de magnesio y potasio . Tiene la fórmula K2SO4 · MgSO4 · 4H2O . El mineral debe su nombre a Leo Strippelmann , quien fue director de las salinas de Westeregeln en Alemania. [4] El mineral es parte del grupo de los bloditas , minerales de sulfato doble hidratados. [3]
La leonita tiene un sabor amargo. [5]
Cuando se analiza la leonita en busca de elementos, generalmente está contaminada con iones de sodio y cloruro, como suele ocurrir con el cloruro de sodio. [5]
En la familia mineral de la leonita, la red contiene tetraedros de sulfato, un elemento divalente en posición octaédrica rodeado de oxígeno , agua y un metal univalente (potasio) que une a estos otros componentes. Un grupo de sulfato está desordenado a temperatura ambiente . El sulfato desordenado se fija en su posición a medida que baja la temperatura. La forma cristalina también cambia a temperaturas más bajas, por lo que existen otras dos formas cristalinas de leonita a temperaturas más bajas. [6]
El catión metálico divalente (magnesio) está incrustado en octaedros de oxígeno, cuatro de ellos provenientes del agua alrededor del ecuador y dos de iones de sulfato en los polos opuestos. En el cristal hay dos entornos octaédricos diferentes. Cada uno de estos octaedros está unido entre sí por iones de potasio y enlaces de hidrógeno. [7]
El sulfato se presenta en capas paralelas a la superficie (001) . En la forma a temperatura ambiente, la secuencia es ODODODODOD con O=ordenado y D=desordenado. En la siguiente forma a temperaturas más bajas, el sulfato desordenado aparece en dos orientaciones diferentes dando la secuencia OAOBOAOBOAOBOAOB. A las temperaturas más bajas, la secuencia se simplifica a OAOAOAOAOAO. [8]
La primera transición de fase ocurre a -4 °C. [9] A 170 K (-103 °C), los cristales tienen un grupo espacial I2/a, parámetros reticulares a = 11,780 Å, b = 9,486 Å, c = 19,730 Å, β = 95,23°, 8 fórmulas por celda unitaria y un volumen de celda de V = 2195,6 Å 3 . [6] La dimensión c y el volumen de la celda unitaria se duplican debido a la presencia de cuatro capas de sulfato en lugar de dos como en las otras formas. [8] El siguiente cambio de fase ocurre a -153 °C. [9] A 100 K (−173 °C), el grupo espacial es P21/a, a = 11,778 Å, b = 9,469 Å, c = 9,851 Å, β = 95,26°, 4 fórmulas por celda unitaria y un volumen de celda de V = 1094,01 Å 3 . [6]
A medida que aumenta la temperatura, el volumen de la celda aumenta gradualmente para las fases I2/a y C2/m; sin embargo, la dimensión a disminuye con el aumento de la temperatura. El cambio en la dimensión a es −11×10 −6 K −1 . [9] La birrefringencia disminuye a medida que aumenta la temperatura. Varía de 0,0076 a −150 °C hasta 0,0067 a 0 °C y 0,0061 a 100 °C. [9] En la transición de fase inferior, la birrefringencia disminuye a medida que baja la temperatura; para la transición de fase superior, es continua pero no constante. [9]
En la transición de fase superior, −4 °C, se libera calor latente y cambia la capacidad térmica. Esta transición tiene un poco de histéresis. En la transición de fase inferior, la capacidad térmica permanece igual, pero se libera calor latente. [9]
La leonita comienza a perder agua a 130 °C, pero solo se descompone realmente a 200 °C: [5]
A temperaturas aún más altas, lo único que queda son langbeinita , arcanita ( sulfato de potasio anhidro ) y vapor: [5] [10]
El producto de solubilidad logarítmico K sp para la leonita es −9,562 a 25 °C. [11] La constante de equilibrio log K a 25 °C es −3,979. [12] El potencial químico de la leonita es μ j °/RT = −1403,97. [13]
Las propiedades termodinámicas incluyen Δ f G o k = −3480,79 kJ mol −1 ; Δ f H o k = −3942,55 kJ mol −1 ; y Δ C o p,k = 191,32 J K −1 mol −1 . [14]
El espectro infrarrojo de los modos de estiramiento de sulfato muestra picos de absorción a 1005, 1080, 1102, 1134 y 1209 cm −1 . El modo de flexión de sulfato causa un pico a 720 y picos menores a 750 y 840 cm −1 . Un modo de estiramiento de OH absorbe a 3238 cm −1 . Cuando las temperaturas se reducen, los picos se mueven y/o se estrechan, y pueden aparecer picos adicionales en las transiciones de fase. [7]
Cuando la leonita se almacena para exposición, no debe estar en un lugar con demasiada humedad, de lo contrario se hidrata más. [15]
En 1897, Jacobus Henricus van 't Hoff investigó cómo se formaban las distintas sales a medida que el agua de mar se evaporaba en distintas condiciones. Su objetivo era descubrir cómo se formaban los depósitos de sal. Su investigación sirvió de base para los estudios sobre las condiciones en las que se forma la leonita. [16]
La leonita se puede formar cuando una solución acuosa de sulfato de potasio y sulfato de magnesio se concentra en un rango de temperatura de 320–350 K (47–77 °C). Por encima de este rango de temperatura, se forma langbeinita (K 2 Mg 2 (SO 4 ) 3 ). Por debajo de 320 K (47 °C), cristaliza la picromerita (K 2 Mg(SO 4 ) 2 ·6H 2 O). [17] Para soluciones con más del 90% de proporción de MgSO 4 , cristaliza preferentemente la hexahidrita (MgSO 4 ·6H 2 O) y por debajo del 60%, se forma arcanita (K 2 SO 4 ). [17]
En mezclas de cloruro de potasio , sulfato de potasio , cloruro de magnesio y sulfato de magnesio a 35 °C en agua, la leonita puede cristalizar en un cierto rango de composición. La gráfica del sistema forma límites de leonita con cloruro de potasio , sulfato de potasio y picromerita. A medida que se enriquece el magnesio, existe un punto cuádruple con kainita . [18]
En salmueras saturadas de sal (NaCl), la leonita se puede depositar a partir de mezclas de sulfato de magnesio y potasio a temperaturas tan bajas como 25 °C. La isoterma de 25 °C del sistema tiene leonita rodeada de silvina , picromerita, astracanita, epsomita y kainita. Las salmueras saturadas de cloruro de sodio se forman por evaporación de agua de mar, aunque el agua de mar no contiene suficiente potasio para depositar leonita de esta manera. [19]
La leonita se precipita en estanques solares en serie en el Gran Lago Salado . [20]
Cuando la picomerita se calienta entre 85 y 128 °C, desprende vapor para dar leonita: [21] [22]
Cuando la leonita se disuelve en ácido nítrico y luego se cristaliza, se forma un sulfato doble de potasio y magnesio ácido: KHMg(SO 4 ) 2 ·2H 2 O. [23]
La leonita calentada con sulfato de magnesio hidratado en una proporción equimolar a 350 °C produce langbeinita: [24]
La solución de cloruro de potasio puede convertir la leonita en sulfato de potasio sólido: [25]
Se puede precipitar más sulfato de potasio añadiendo etilenglicol . [26]
El ácido fluorosilícico en agua reacciona con leonita para producir fluorosilicato de potasio insoluble y una solución de sulfato de magnesio y ácido sulfúrico: [27]
Entre 15 y 30 °C, una solución de cloruro de magnesio al 22% reaccionará con leonita o picromerita para producir cloruro de potasio sólido y sulfato de magnesio hidratado. [28]
La leonita se puede formar durante la deshidratación del agua de mar o de lago. La leonita puede ser un componente primario menor de los depósitos de potasa evaporítica , o un mineral secundario. [29] Para formar leonita a partir del agua de mar, la salmuera debe separarse de los sólidos depositados para que no se produzcan reacciones con las sales depositadas anteriormente, y la temperatura debe rondar los 32 °C. Por debajo de los 25 °C o por encima de los 40 °C, el contenido de la salmuera no será adecuado para depositar leonita. [29] A esta temperatura, la blodita se deposita primero, y luego la leonita, constituyendo solo el 3,2% de las sales de bittern . [29]
Las reacciones secundarias pueden producir o consumir leonita en depósitos de evaporita. La leonita puede convertirse en polihalita y la kieserita puede transformarse en leonita. [29] Las aguas subterráneas que penetran en los depósitos de sal de avetoro pueden convertir algunas en leonita, particularmente en las regiones de la capa de los domos de sal. [29]
La leonita se encontró por primera vez en la naturaleza en el depósito de potasa de Stassfurt, Westeregeln , Egeln , Sajonia-Anhalt, Alemania. [2] Los depósitos de sal de Stassfurt son del período Pérmico . Están bajo la región de Magdeburgo-Halberstadt en el centro de Alemania. La leonita se encuentra en los lechos de arcilla salina y carnalita , que tienen hasta 50 metros de espesor. [30] Otras ubicaciones en Alemania son las Obras de Potasa de Neuhof-Ellers en Neuhof , Fulda , Hesse; las Obras de Potasa de Riedel en Riedel-Hänigsen, Celle, Baja Sajonia; Aschersleben ; Vienenburg ; y Leopoldshall. [2] Fuera de Alemania, se encuentra en Vesubio , Italia; Stebnyk , Ucrania; y el distrito de potasa de Carlsbad, condado de Eddy , Nuevo México, EE. UU. Se encuentra en espeleotemas cristalinos en la cueva Tăuşoare en Rumania; aquí se presenta con konyaíta (K 2 Mg(SO 4 ) 2 ·5H 2 O), singenita (K 2 Ca(SO 4 ) 2 ·H 2 O), tenardita (Na 2 SO 4 ) y mirabilita (Na 2 SO 4 ·10H 2 O). [31] La leonita también se presenta en la cueva Wooltana, Flinders Ranges , Australia del Sur. [32]
El suelo del cráter Gusev de Marte contiene leonita, así como muchos otros sulfatos hidratados. [33] En Europa , se prevé que la leonita sea estable, con una presión de vapor de 10 −13 de la del hielo. Es estable a presiones de hasta 10 −7 , por encima de las cuales existe una sal más hidratada. Debería formar hasta el 2% de las sales cerca de la superficie. [34]
La erosión del vidrio medieval rico en potasio forma una costra que puede contener leonita. [35]
La leonita se puede utilizar directamente como fertilizante , aportando potasio y magnesio . Se puede refinar a K2SO4 para su uso como fertilizante. [36] El proceso para convertir la leonita en sulfato de potasio implica mezclarla con una solución de cloruro de potasio (un producto químico más económico). El producto deseado, el sulfato de potasio, es menos soluble y se filtra. El cloruro de magnesio es muy soluble en agua. El filtrado se concentra por evaporación, donde cristaliza más leonita, que luego se recicla al inicio del proceso, agregando más langbeinita o picromerita. [25]
Es posible que la leonita se haya utilizado en una fórmula alquímica para fabricar "oro potable" alrededor del año 300 d. C. en China. Es probable que se tratara de un coloide líquido de oro . [37]
La leonita es isotípica con el mineral mereiterita (K 2 Fe(SO 4 ) 2 ·4H 2 O) y con la leonita artificial de Mn (K 2 Mn(SO 4 ) 2 ·4H 2 O). Otros con la misma estructura cristalina incluyen:
Myron Stein sugirió utilizar el nombre "leonita" para el elemento 96, bautizándolo en honor a la constelación de Leo . Este nombre no fue aceptado y se le asignó el de curio . [39]
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: CS1 maint: DOI inactivo a partir de septiembre de 2024 ( enlace )Incluye un diagrama 3D de temperatura vs Mg/K y Cl/SO 4 con leonita apareciendo como un cilindro en forma de rombo.