وترایت

وترایت (Vaterite) یک ماده معدنی چند شکلی از کربنات کلسیم (کلسیم C O _{3). است.} این نام به افتخار کانی‌شناس آلمانی هاینریش واتر گرفته شده‌است. همچنین به عنوان کربنات کلسیم(μ-CaCO₃) شناخته می‌شود. Vaterite(واتریت) متعلق به سیستم کریستالی شش ضلعی است، در حالی که کلسیت متعامد و آراگونیت بلوری راست‌لوزی است.

وترایت
وترایت از معدن سن ویتو در ایتالیا
اطلاعات کلی
رده‌بندی	مواد معدنی کربنی
فرمول شیمیایی (بخش تکراری)	CaCO3
دسته‌بندی شرونتس-نیکل	5.AB.20
دستگاه بلوری	هگزونال
رده بلوری	هگزاگونال دو هرمی (6mmm) H-M symbol: (6/m 2/m 2/m)
گروه فضایی	P63/mmc {P63/m 2/m 2/c}
ساختار بلوری	a = 4.13, c = 8.49 [Å]; Z = 6
ویژگی‌ها
رفتار بلوری	بلورهای فیبری ریز، معمولاً کمتر از 0.1 میلی متر، در دانه های کروی.
شکستگی	نامنظم تا ناهموار، پارگی
Tenacity	شکننده
سختی موس	3
جلا	مومی شکل
شفافیت	شفاف تا نیمه شفاف
وزن مخصوص	2.54
ویژگی‌های ظاهری	تک محوری مثبت
ضریب شکست	nω = 1.550 nε = 1.650
دوشکستی	δ = 0.100
منابع

وترایت، مانند آراگونیت، یک فاز شبه پایدار کربنات کلسیم در شرایط محیطی در سطح کره زمین است. از آنجایی که واتریت نسبت به کلسیت یا آراگونیت پایداری کمتری دارد، حلالیت بالاتری در مقایسه با هر کدام از این مواد دارد. در نتیجه، هنگامی که واتریت در معرض آب قرار می‌گیرد، تبدیل به کلسیت (در دمای پایین) یا آراگونیت (در دمای بالا: ۶۰درجه سانتی گراد) می‌شود. برای مثال در ۳۷ درجه سانتیگراد یک انتقال فازی از واتریت به کلسیت رخ می‌دهد، وقتی که واتریت حل می‌شود و متعاقباً به عنوان کلسیت به کمک فرایند رسیدن استوالد رسوب می‌کند. این انتقال فازی گرماگیر بوده و دمای واکنش را کاهش می‌دهد.

این عکس واتریت‌های محله سان ویتو (مونته سوما، ایتالیا) است. ریز کریستالی با بلورهای زیر ۲ میلی‌متر هستند.

با این حال، واتریت(vaterite) به‌طور طبیعی درچشمه‌های معدنی، بافت آلی، سنگ‌های صفراوی، سنگ ادراری و گیاهان وجود دارد. در این شرایط، برخی از ناخالصی‌ها (یون فلزی یا مواد آلی) ممکن است واتریت(vaterite) تثبیت کرده و از تبدیل آن به کلسیت یا آراگونیت جلوگیری کند. واتریت(vaterite) معمولاً بی‌رنگ است.

واتریت را می‌توان به عنوان اولین ذخایر معدنی برای ترمیم صدمات پوسته طبیعی یا تجربی در برخی از نرم تنان با پوسته آراگونیت (مانند گاستروپودها) برشمرد. رسوب پوسته بعدی به صورت آراگونیت رخ می‌دهد. در سال ۲۰۱۸، واتریت به عنوان یکی از اجزای تشکیل شده روی برگ‌های Saxifraga در باغ گیاه‌شناسی دانشگاه کمبریج شناسایی شد این موضوع را دانشمندان شیمی در دانشگاه کمبریج پی بردند.

طبق تحقیقات جدیدی که در سایت ساینس دایرکت منتشر شده است وترایت یک ترکیب ناپایدار است. که از غنی سازی مداوم آن همراه با کربن و اکسیژن مقدار کمی گوگرد هم به دست می آید که به دلیل کم بودن گوگرد در ترکیب می توان وترایت را خالص فرض کرد. که یرای مطالعه بیشتر می توانید به سایت «www.sciencedirect.com» مراجعه کنید.

دیگر پلی آمورف های CaCO₃

همانطور که گفته شد CaCO₃ دارای سه پلی آمورف طبیعی به نام های آراگونیت و وترایت و کلسیت است که وترایت از دو کانی دیگر ناپایدار تر و مقدار آن در طبیعت کمتر است. عواملی که تعیین می کنند که CaCO₃ به چه شکل باشد به شرح زیر است

• pH، دما و فشار در دمای 25 و ◦C80 شکل غالب کلسیم کربنات واتریت هست، در حالی­که فرم کلسیت در دمای C◦50 بدست می­آید. کم­تر از 5% از آراگونیت در دمای C◦70 مشاهده می­شود. در pH 5/0، کریستال­های کلسیت و آراگونیت بدست می­آیند. وقتی که مقدار pH بالاتر از 5/5 باشد، رسوب­ها کریستال­های کلسیت هستند با مورفولوژی و اندازه ذره متفاوت.
• غلظت یون کربنات و کلسیم نسبت غلظتی کربنات و کلسیم روی سایز ذرات کربنات کلسیم و شکل آن تاثیر گذار است.
• وجود منیزیم پلی­مورف­های کربنات کلسیم رسوب کرده به نسبت Mg/Ca وابسته­اند.
• مواد افزودنی آلی و معدنی این مواد اصلاح کننده بر روی سایز ذرات کریستاله شده­ی کربنات کلسیم تاثیر گذارند.عوامل دیگری از جمله یون­­های فلزی، سورفاکتانت­ها، ویسکوزیته، امواج التراسونیک و … نیز روی آماده­سازی کربنات کلسیم تاثیرگذارند.بازدارنده­هایی نیز وجود دارند که مانع از تشکیل رسوب کربنات کلسیم می­شوند. در حین آماده­سازی کربنات کلسیم باید حضور این عوامل را هم در نظر داشت.از جمله ویژگی­های فیزیکی کربنات کلسیم ثابت یونیزاسیون، حلالیت در آب که عملا در آب نامحلول است که در حضور نمک آمونیوم یا CO₂ حلالیت افزایش می­یابد. در کل حلالیت شکل­های هیدراته کربنات کلسیم از فرم­های غیرهیدراته آن مثل کلسیت، آراگونیت و واتریت بیش­تر است. pH انحلال کربنات کلسیم در آب با HCl و NaOH ثابت می­شود.کربنات کلسیم معمولا در شش شکل متفاوت وجود دارد: سه پلی­مورف کریستاله، 1- کلسیت 2- آراگونیت و 3- واتریت با با پایداری کم، دو شکل هیدراته، 4- مونوهیدروکلسیت و 5- ایکایت و 6- کربنات کلسیم آمورف. کلسیت به صورت معمول به شکل لوزی مانند است. آراگونیت معمولا به شکل منشوری مانند یا سوزنی شکل است و واتریت به شکل پلی کریستال­های کروی است. نقطه ذوب CaCO₃ برای آراگونیت C◦825 و ◦C1339.با استفاده از آزمون XRD می­توان تعیین کرد پودر کربنات کلسیم ما شامل کدام یک از فرم­های کریستاله این ترکیب است. کلسیت در زاویه­ی 4/29= 2ɵ دارای پیکی با شدت نسبی 100% است. آراگونیت در زاویه­ی 3/26= 2ɵ دارای پیکی با این شدت است و واتریت در زاویه­ی 0/27= 2ɵ. فرم مونوهیدراته کلسیت و ایکایت به ترتیب در زاویه­های 0/32= 2ɵ و 5/17= 2ɵ دارای بیش­ترین شدت هستند.روش­های دیگری برای شناسایی نوع شکل کربنات کلسیم و غلظت آن وجود دارد، از جمله روش­های اسپکتروسکوپی شامل UV/VIS برای تعیین غلظت کربنات کلسیم به کار رفته، FTIR برای تعیین نوع گونه­ ی کربنات کلسیم، رامان برای تعیین گونه­ های مختلف شکل کریستاله کربنات کلسیم و H MAS NMR برای آنالیز مولکول آب ترکیب شده. به این تکنیک­ ها می­توان روش­های فلورومتری، روش­های الکتروشیمیایی، کروماتوگرافی و جذب اتمی را نیز اضافه کرد.کلسیت فرم پایدار بدون آب کربنات کلسیم است که با افزایش فشار به سمت تراکم فازها می­رود. آراگونیت فرم نیمه­پایدار کلسیم کربنات است که برای میلیون­ها سال در شرایط خشک در دمای زیر C◦400 باقی می­ماند. واتریت فرم بدون آب و کم ثبات کلسیم کربنات در شرایط محیطی است، که پس از قرار گرفتن در معرض آب به کلسیت یا آراگونیت تبدیل می­شود.CaCO₃ انحلال خیلی کمی در آب دارد اما در حالت اشباع شده با CO₂ به دلیل تشکیل کلسیم بیکربنات (Ca(HCO₃)₂) قابل انحلال­تر حلالیت افزایش می­یابد. با وجود این مثل همه­ی کربنات­های فلزی، CaCO₃ با محلول­های اسیدی واکنش می­دهد تا گاز CO₂ را تولید کند.

ساختار

واتریت در واقع از حداقل دو ساختار کریستالوگرافی مختلف تشکیل شده است که در داخل یک شبه تک بلور وجود دارند. ساختار اصلی (در واقع زیرساخت) تقارن شش ضلعی را نشان می دهد. ساختار فرعی که به صورت نانودامنه در ماتریس اصلی وجود دارد، هنوز ناشناخته است.

با این حال، همانطور که توسط کریستی در سال 2017 در بررسی خود پیشنهاد شده است، قابل قبول ترین چند نوع برای توصیف ساختار، یعنی نمونه های 2M و 6H هستند، در واقع "در بیشترین شکل های تقارن خود رخ نمی دهند"، بلکه به ترتیب توسط گروه های فضایی C121 و P3221 توصیف می شوند.

جستارهای وابسته

• مونوهیدروکلسیت، CaCO ₃ · H ₂ O
• Ikaite, CaCO ₃ · 6H ₂ O
• فهرست مواد معدنی
• فهرست مواد معدنی به نام افراد

منابع

1. Mindat.org
2. Handbook of Mineralogy
3. Webmineral data

4.Zhou, Gen-Tao; Yao, Qi-Zhi; Fu, Sheng-Quan; Guan, Ye-Bin (2010).

پیوند به بیرون

1. [۱]
2. Mindat.org
3. [۲]