Abstract

A connection is established between the crystal structures of borate minerals and the conditions (pH, log[H2O]) at which they are stable, using the approach developed by Schindler & Hawthorne (2001a, b). Structural units in borate minerals may be formally related by two types of chemical reactions, one of which consumes H and the other that consumes (H2O). Combining these equations with the law of mass action, an expression for pH can be formulated that allows arrangement of the structural units in pH–log[H2O] space and calculation of the slopes of the associated phase-boundaries. The result is a pH–log[H2O] activity–activity diagram with the correct topology and a relative scale along each of the axes. Structural units from minerals of similar paragenesis occur in contiguous fields of this activity–activity diagram. The general classes of polymerization of borate groups in the structural units change systematically across this activity–activity diagram. With increasing activity of (H2O), structural units trend from frameworks → sheets → chains → clusters → isolated polyhedra. The proportion of tetrahedrally coordinated B ([4]B × 100/{[3]B + [4]B}) in the structural units increases with increasing pH across the activity–activity diagram; this relation combines with the valence-matching principle to indicate that interstitial species of higher acidity (e.g., Ca, Mg) form minerals at higher pH than interstitial species of lower acidity (e.g., Na, K). The average basicity of borate clusters in aqueous solution is a linear function of the pH of that solution at the maximum concentrations of each of the clusters (Hawthorne et al. 1996). The proportion of [4]B and the average basicity of all clusters in aqueous borate solutions are smooth functions of the pH of the solution; moreover, the average basicity of the clusters (dissolved species) is a linear function of the proportion of [4]B in solution.

Abstract

Nous avons établi un lien entre la structure cristalline des minéraux boratés et les conditions (pH, log[H2O]) de leur champ de stabilité en appliquant la démarche de Schindler et Hawthorne (2001a, b). Nous relions les unités structurales des minéraux boratés entre elles en écrivant deux sortes de réaction chimique, une qui consomme H et l’autre qui consomme (H2O). En combinant des équations avec la loi de l’action des masses, il est possible de formuler une expression en termes de pH; celle-ci permet de disposer les unités structurales dans un diagramme pH–log[H2O] et de calculer la pente des interfaces entre domaines de stabilité. Il en résulte un diagramme pH–log[H2O] de type “activité–activité” ayant une échelle relative le long de chaque axe, dans lequel la topologie des domaines est correcte. Les unités structurales des minéraux de paragenèse semblable occupent des domaines contigus dans cette representation. Les classes générales de polymérisation des groupes de borate dans les unités structurales changent systématiquement en traversant le diagramme activité–activité. A mesure qu’augmente l’activité de (H2O), les unités structurales définissent la séquence suivante: trames → feuillets → chaînes → groupements → polyèdres isolés. La proportion de bore tétracoordonné ([4]B × 100/{[3]B + [4]B}) dans l’unité structurale augmente avec le pH en traversant le diagramme; cette relation découle du principe de la correspondance des valences et montre que les espèces interstitielles ayant une acidité plus élevée (par exemple, Ca, Mg) forment des minéraux à un pH plus élevé que les espèces interstitielles d’acidité plus faible (par exemple, Na, K). La basicité moyenne des agencements de borate en solution aqueuse serait une fonction linéaire du pH de cette solution aux concentrations maximales de chaque agencement (Hawthorne et al. 1996). La proportion de [4]B et la basicité moyenne de tous les agencement dans les solutions aqueuses boratées sont des fonctions continues du pH de la solution; de plus, la basicité moyenne des agencements (espèces dissoutes) est une fonction linéaire de la proportion de [4]B en solution.

(Traduit par la Rédaction)

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