Abstract

The structural hierarchy and stereochemistry have been considered for 24 titanium disilicate minerals that contain the TS (Titanium Silicate) block, a central trioctahedral (O) sheet, and two adjacent (H) sheets of [5]- and [6]-coordinated polyhedra and (Si2O7) groups. The TS block is characterized by a planar cell based on translation vectors t1 and t2, with t1 ≈ 5.5 and t2 ≈ 7 Å, and t1t2 close to 90°. The general formula of the TS block is A2 P B2 P M2 H M4 O (Si2O7)2 X4+n, where M2 H and M4 O are cations of the H and O sheets; MH represents Ti (= Ti + Nb), Zr, Mn2+, Ca; MO represents Ti, Zr, Mn2+, Ca, Na; AP and BP represent cations at the peripheral (P) sites, i.e., Na, Ca, Ba; X represents the anions O, OH, F and H2O; n = 0, 2, 4. Cations in each sheet of the TS block form a close-packed layer, and the three layers are cubic close-packed. There are three topologically distinct TS blocks, depending on the type of linkage of two H sheets and the central O sheet. The H sheets of one TS block are invariably identical and attach to the O sheet in the same way. All structures consist of a TS block and an I (intermediate) block that comprises atoms between two TS blocks. Usually, the I block consists of alkali and alkaline-earth cations, (H2O) groups and oxyanions (PO4)3−, (SO4)2− and (CO3)2−. These structures naturally fall into four groups, based on differences in topology and stereochemistry of the TS block. In Group I, Ti = 1 apfu, Ti occurs in the O sheet, and (Si2O7) groups link to a Na polyhedron of the O sheet (linkage 1). In Group II, Ti = 2 apfu, Ti occurs in the H sheet, and (Si2O7) groups link to two M2+ octahedra of the O sheet adjacent along t2 (linkage 2). In Group III, Ti = 3 apfu, Ti occurs in the O and H sheets, and (Si2O7) groups link to the Ti octahedron of the O sheet (linkage 1). In Group IV, Ti = 4 apfu (the maximum possible content of Ti in the TS block), Ti occurs in the O and H sheets, and (Si2O7) groups link to two Ti octahedra of the O sheet adjacent along t1 (linkage 3). The stability of the TS block is due to an extremely wide range in Ti(Nb)–O bond lengths, 1.68–2.30 Å, which allows the chemical composition of the TS block to vary widely. In a specific structure, only one type of TS block and only one type of I block occur. The TS block propagates close-packing of cations into the I block. General structural principles have been developed for these 24 titanium disilicates, and the relation between structure topology and chemical composition has been established for minerals based on the TS block.

Abstract

La hiérarchie structurale et les relations stéréochimiques ont été évaluées pour 24 minéraux disilicatés de titane contenant le bloc TS (silicate de titanium), un feuillet central trioctaédrique (O), et deux feuillets adjacents (H) contenant des polyèdres à coordinence [5] et [6] et des groupes (Si2O7). Le bloc TS contient une maille planaire fondée sur les vecteurs de translation t1 et t2, avec t1 ≈ 5.5 et t2 ≈ 7 Å, et t1t2 près de 90°. La formule générale du bloc TS est A2 P B2 P M2 H M4 O (Si2O7)2X4+n, dans laquelle M2 H et M4 O sont des cations des feuillets H et O; MH représente Ti (= Ti + Nb), Zr, Mn2+, Ca; MO représente Ti, Zr, Mn2+, Ca, Na; AP et BP représentent les cations aux sites périphériques (P), i.e., Na, Ca, Ba; X représente les anions O, OH, F et H2O; n = 0, 2, 4. Les cations de chaque feuillet d’un bloc TS définissent un agencement à empilement compact, et les trois niveaux ont un empilement compact cubique. Il existe trois blocs TS topologiquement distincts, dependant du type d’agencement des deux feuillets H et du feuillet central O. Les feuillets H d’un bloc TS sont dans tous les cas identiques, et se rattachent au feuillet O de la même façon. Toutes les structures contiennent un bloc TS et un bloc I (intermédiaire) contenant des atomes entre deux blocs TS. En général, le bloc I contient des cations alcalins et alcalino-terreux, des groupes (H2O), et des oxyanions (PO4)3−, (SO4)2− et (CO3)2−. Ces structures se regroupent naturellement en quatre catégories qui se distinguent par des différences en topologie et en stéréochimie du bloc TS. Dans le groupe I, Ti = 1 apfu, le Ti se trouve dans le feuillet O, et des groupes (Si2O7) sont liés à un polyèedre de Na faisant partie du feuillet O (agencement 1). Dans le groupe II, Ti = 2 apfu, le Ti se trouve dans le feuillet H, et les groupes (Si2O7) sont liés à deux octaèdres M2+ du feuillet O adjacent le long de t2 (agencement 2). Dans le groupe III, Ti = 3 apfu, le Ti se trouve dans les feuillets O et H, et les groupes (Si2O7) sont liés à l’octaèdre Ti du feuillet O (agencement 1). Dans le groupe IV, Ti = 4 apfu (le contenu maximum en Ti dans le bloc TS), le Ti est présent dans les feuillets O et H, groupes (Si2O7) sont liés à deux octaèdres Ti du feuillet O adjacent le long de t1 (agencement 3). La stabilité du bloc TS serait due à la grande variabilité de la distance Ti(Nb)–O, 1.68–2.30 Å, ce qui permet à la composition chimique du bloc TS de varier largement. Dans une structure donnée, il y a une seule sorte de bloc TS et une seule sorte de bloc I. Le bloc TS propage le motif d’empilement compact des cations parmi les cations du bloc I. Les principes structuraux généralisés ont été développés pour ces 24 disilicates de titane, et la relation entre la topologie de la structure et la composition chimique a été établie pour les minéraux fondés sur le bloc TS.

(Traduit par la Rédaction)

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