Abstract

The morphology of basal faces of uranyl-sheet minerals is predicted by considering the bond-valence deficiency of the chains of polyhedra, the shift between the layers, and the arrangement of the interstitial complexes between the layers. The sheet structural units of schoepite, [(UO2)8O2(OH)12](H2O)12, and fourmarierite, Pb[(UO2)4O3(OH)4](H2O)4, have the same underlying aniontopology. The stabilities of their edges differ because adjacent layers in schoepite are shifted by one chain of polyhedra, whereas adjacent layers are not shifted in fourmarierite. The minerals becquerelite, [7]Ca(H2O)4[(UO2)3O2(OH)3]2 (H2O)4, compreignacite, [7]K2(H2O)3 [(UO2)3O2(OH)3]2(H2O)4, billietite, [10]Ba(H2O)4[(UO2)3O2(OH)3]2 (H2O)3, protasite, [10]Ba(H2O)3[(UO2)3O3(OH)2], and masuyite, [10]Pb(H2O)3[(UO2)3O3(OH)2], all have structural units with the same basic aniontopology. The stabilities of their edges differ because of the different arrangements of interstitial species. In becquerelite, the interstitial cations are arranged in rows parallel to [010], whereas in billietite and compreignacite, the interstitial cations are arranged in rows parallel to [100]. For masuyite and protasite, the stability of their edges is defined by large differences in the bond-valence deficiencies of the chains of polyhedra with left and right terminations. The stabilities of edges in curite, Pb3[(UO2)8O8(OH)6](H2O)3, are dictated by the low bond-valence deficiencies of the chains of polyhedra parallel to [001] and [011], and by the arrangement of cations in rows parallel to [001]. Minerals of the carnotite group contain the structural unit [(UO2)2(V2O8)]2−, and the stability of the edges of their sheets is determined by the low bond-valence deficiency of chains of polyhedra parallel to [010 and [110]. Minerals of the uranophane group are based on the [(UO2)SiO3(OH)] sheet, and the stabilities of their edges are more strongly affected by the bond-valence deficiency of the chains of polyhedra than by the arrangement of the interstitial cations, and by the shift in the sheets. All predictions are compared with the corresponding morphologies of crystals recorded by Atomic Force Microscopy (AFM), on images of crystals, and on crystal drawings from the (mainly older) mineralogical literature. All predictions are in good agreement with the observed morphology of the basal faces.

Abstract

Nous prédisons la morphologie des faces de base des minéraux contenant des feuillets à polyèdres uranylés en considérant le déficit en valences de liaison des chaînes de polyèdres, le décalage entre les feuillets, et l’agencement des complexes interstitiels entre les couches. Les unités structurales en feuillets de la schoepite, [(UO2)8O2(OH)12](H2O)12, et de la fourmariérite, Pb[(UO2)4O3(OH)4](H2O)4, possèdent la même topologie anionique de base. La stabilité de leurs bordures diffère en fonction du décalage de feuillets adjacents équivalent à une chaîne de polyèdres dans la schoepite, tandis que les feuillets adjacents ne sont pas décalés dans la fourmariérite. Les minéraux becquerelite, [7]Ca(H2O)4[(UO2)3O2(OH)3]2 (H2O)4, compreignacite, [7]K2(H2O)3 [(UO2)3O2(OH)3]2(H2O)4, billietite, [10]Ba(H2O)4[(UO2)3O2(OH)3]2 (H2O)3, protasite, [10]Ba(H2O)3[(UO2)3O3(OH)2], et masuyite, [10]Pb(H2O)3[(UO2)3O3(OH)2], possèdent tous des unités structurales ayant la même topologie anionique de base. La stabilité de la bordure de leurs feuillets diffère à cause des divers arrangements des espèces interstitielles. Dans la becquerelite, les cations interstitiels sont agencés en rangées parallèles à [010], tandis que dans la billietite et la compreignacite, les cations interstitiels sont agencés en rangées parallèles à [100]. Dans le cas de la masuyite et la protasite, la stabilité de leurs bordures dépendrait des différences majeures des déficits en valences de liaison des chaînes de polyèdres ayant des terminaisons gauche et droite. La stabilité des bordures des feuillets de la curite, Pb3[(UO2)8O8(OH)6](H2O)3, est régie par le faible déficit en valences de liaison associé aux chaînes de polyèdres parallèles à [001] et [011], et par l’agencement des cations en rangées parallèles à [001]. Les minéraux du groupe de la carnotite contiennent l’unité structurale [(UO2)2(V2O8)]2−, et la stabilité de la bordure de leurs feuillets dépendrait du faible déficit en valences de liaison des chaînes de polyèdres parallèles à [010] et [110]. Les minéraux du groupe de l’uranophane contiennent le feuillet [(UO2)SiO3(OH)], et la stabilité de la bordure de leurs feuillets est plus fortement affectée par le déficit en valences de liaison des chaînes de polyèdres que par l’agencement des cations interstitiels, et par le décalage des feuillets. Toutes nos prédictions sont comparées avec la morphologie correspondante de cristaux étudiés par microscopie en force atomique (AFM), des images de cristaux disponibles, et des dessins de cristaux tirés surtout de la littérature plus ancienne. Toutes nos prédictions s’avèrent concordantes avec la morphologie observée de la face de base de ces minéraux.

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