Abstract

Dissolution experiments on synthetic crystals of curite, Pb2+3(H2O)2[(UO2)4O4(OH)3]2, were done in HCl–H2O solutions of pH 2.1 and 3.5, in doubly distilled water, in Sr2+–HCl–H2O solutions of pH 2.7 and 5.5, and in Na2CO3 solutions of pH 10.5 for 24 h at 60°C. Examination by atomic force microscopy and optical microscopy reveals the formation of etch pits under near-neutral to strongly acidic solutions, and the formation of hillocks under strongly basic solutions. A new approach to the morphology of uranyl-oxide minerals is used to calculate the stability of edges and the morphology of etch pits and hillocks formed on the basal surface of curite. These calculations predict that the probability of occurrence of edges decreases in the sequence: [001], [011], [0kl], k < l, [0kl], k > l, [010]. Edges along the basal surface and of all observed etch-pits and hillocks are [001], [110] and [0kl], k < l, in agreement with the predictions. Etch pits formed at lower pH have lower relief and larger lateral extent than etch pits formed at higher pH, in accord with a decrease in stability of the edges with decreasing pH. Etch pits on the same basal surface have identical orientations, which violates the presence of a two-fold screw axis in the symmetry of the bulk structure. Cross sections of etch pits are characterized by steep edges and convex surfaces. A growth model of an etch pit formed in doubly distilled water explains this morphology by different rates of dissolution perpendicular to edges defined by right and left terminations of polyhedron chains. Differences in the symmetry of etch pits formed in Sr2+-bearing and non-Sr2+-bearing solutions are attributed to a nonstoichiometric detachment of polyhedra in the absence of Sr2+ in the vicinity of the etch pits. The formation of hillocks under basic conditions and an increase in the density of etch pits with decreasing pH suggest that the formation of etch pits depends more on the degree of protonation of the basal face and its edges than on the degree of undersaturation of the solution with respect to curite.

Abstract

Nos expériences de dissolution ont porté sur des cristaux synthétiques de curite, Pb2+3(H2O)2[(UO2)4O4(OH)3]2, en contact avec des solutions HCl–H2O d’un pH de 2.1 et 3.5, de l’eau doublement distillée, des solutions de Sr2+–HCl–H2O à un pH de 2.7 et 5.5, et des solutions de Na2CO3 d’un pH de 10.5 pour 24 heures à 60°C. Un examen par microscopie à force atomique et par microscopie optique révèle la formation de figures de corrosion en présence de solutions variant de presque neutres à fortement acides, et la formation de monticules de croissance où les solutions sont fortement basiques. Une nouvelle approche à la morphologie des minéraux d’oxydes uranylés a été utilisée pour calculer la stabilité des arêtes et la morphologie des figures de corrosion et des monticules de croissance formés sur la surface de base de la curite. Ces calculs prédisent que la probabilité de former des arêtes diminue selon la séquence: [001], [011], [0kl], k < l, [0kl], k > l, [010]. Les arêtes le long de la surface de base et de toutes les figures de corrosion et les monticules de croissance observés sont [001], [110] et [0kl], k < l, ce qui concorde avec les prédictions. Les figures de corrosion formées à plus faible pH possèdent un relief plus faible et une étendue latérale plus grande que celles formées à pH plus élevé, en accord avec une diminution de la stabilité des arêtes à mesure que diminue le pH. Les figures de corrosion sur une même surface de base font preuve d’orientations identiques, en violation avec la présence d’un axe hélical d’ordre deux comme élément de symétrie de la structure globale. Des coupes transversales des figures de corrosion seraient caractérisées par des arêtes raides et des surfaces convexes. Un modèle de croissance d’une figure de corrosion formée dans l’eau doublement distillée explique cette morphologie en invoquant des taux différentiels de dissolution perpendiculairement aux arêtes définies par les terminaisons droites et gauches des chaînes de polyèdres. Des différences dans la symétrie des figures de corrosion formées dans un milieu contenant le Sr2+ ou bien en l’absence de solutions contenant le Sr2+ seraient attribuables à un détachement nonstoichiométrique de polyèdres en l’absence de Sr2+ près des figures de corrosion. D’après la formation de monticules de croissance et une augmentation de la densité des figures de corrosion avec une diminution du pH, la formation des figures de corrosion dépendrait davantage du degré de protonation de la surface de base et ses arêtes que du degré de soussaturation de la solution par rapport à la curite.

(Traduit par la Rédaction)

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