Refinement of the crystal structure of christofschäferite-(Ce) and the modular aspect of the chevkinite polysomatic series with the general formula of {A4B(T2O7)2}{C2D2O8}m (m = 1, 2)

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Research subject. The crystal structure of christofschäferite-(Ce) was previously refined in terms of the P21/m low-symmetrical space group, which allowed the local features of cationic arrangements to be determined. In this work, we set out to refine the crystal structure of christofschäferite-(Ce) in terms of the P21/a high-symmetrical space group based on the previously collected diffraction data. A topology-symmetrical analysis of the members of the chevkinite group with the general formula of A4BC2D2(Si2O7)2O8 was conducted. Materials and methods. A magmatic rock sample with christofschäferite-(Ce) inclusions was found in the vicinity of the Laacher See volcano, near Mendig, Eifel Mountains, Rhineland-Palatinate (Rheinland-Pfalz), Germany. The crystal structure was studied using single-crystal X-ray analysis. Results. Despite an increase in the symmetry to the P21/a space group (in comparison with the previous data with the P21/m space group), the main patterns of cation distribution between the octahedral and tetrahedral sites are preserved. However, due to the lover number of cationic sites, this distribution becomes more disordered. Based on a crystal chemical analysis of the crystal structures of natural and synthetic members of the chevkinite group in the framework of the OD theory, it is possible to combine them into a united OD family with the same OD groupoid. Conclusions. According to the OD theory, there are two structural OD-subgroups of the chevkinite group (chevkinite and perrierite). The crystal structure and symmetry of possible MDO-polytypes are predicted.

About the authors

S. M. Aksenov

Geological Institute, Separate subdivision of the Federal State Budgetary Institution of Science of the Federal Research Center “Kola Science Center” (GI KSC RAS); NRC Kurchatov Institute

Email: ks.crys@gmail.com

E. S. Zarubina

Geological Institute, Separate subdivision of the Federal State Budgetary Institution of Science of the Federal Research Center “Kola Science Center” (GI KSC RAS)

R. K. Rastsvetaeva

NRC Kurchatov Institute

N. V. Chukanov

Federal Research Center of Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, RAS

M. I. Filina

V.I. Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry, RAS

References

  1. Аксенов С.М. (2012) Кристаллические структуры высокоупорядоченных минералов из поздних ассоциаций, связанных с магматическими комплексами. Дис. … канд. геол.-мин. наук. М.: МГУ, 149 с.
  2. Бонштедт-Куплетская Э.М., Смольянинова Н.Н., Чухров Ф.В. (1972) Минералы. Справочник. Т. 3, вып. 1. Силикаты с одиночными и сдвоенными кремнекислородными тетраэдрами. М.: Наука, 883 с.
  3. Касаткин А.В., Епанчинцев С.Г., Нестола Ф. (2015) Дингдаохенгит-(Ce) с Обуховского увала, Южный Урал: первая находка в России. Минералогия, (3), 3-7.
  4. Попов В.А. (2021) Парагенезисы поляковита-(ce) в карбонатитах и ультрамафитах Ильменских гор (Южный Урал). Зап. РМО, CL(6), 88-95.
  5. Abeysinghe D., Smith M.D., Yeon J., Morrison G., zur Loye H.-C. (2016) New Lanthanide Mixed-Valent Vanadium(III/IV) Oxosilicates, Ln4V5–xZnxSi4O22 (Ln = = La, Ce, Pr, and Nd), Crystallizing in a Quasi Two-Dimensional Rutile-Based Structure. Inorganic Chem., 55(4), 1821-1830.
  6. Aksenov S.M., Charkin D.O., Banaru A.M., Banaru D.A., Volkov S.N., Deineko D.V., Kuznetsov A.N., Rastsvetaeva R.K., Chukanov N.V., Shkurskii B.B., Yamnova N.A. (2023) Modularity, Polytypism, Topology, and Complexity of Crystal Structures of Inorganic Compounds (Review). Structural Chem., 64(10), 1797-2028.
  7. Blatov V.A., O’Keeffe M., Proserpio D.M. (2010) Vertex-, Face-, Point-, Schläfli-, and Delaney-Symbols in Nets, Polyhedra and Tilings: Recommended Terminology. Cryst. Eng. Comm., 12(1), 44-48.
  8. Blatov V.A., Shevchenko A.P., Proserpio D.M. (2014) Applied Topological Analysis of Crystal Structures with the Program Package ToposPro. Crystal Growth & Design, 14(7), 3576–3586.
  9. Brese N.E., O’Keeffe M. (1991) Bond-Valence Parameters for Solids. Acta Crystallographica B, 47(2), 192-197.
  10. Brown I.D., Altermatt D. (1985) Bond-Valence Parameters Obtained from a Systematic Analysis of the Inorganic Crystal Structure Database. Acta Crystallographica B, 41, 244-247.
  11. Brown I.D., Shannon R.D. (1973) Empirical Bond-Strength–Bond-Length Curves for Oxides. Acta Crystallographica A, 29(3), 266-282.
  12. Carbonin S., Ridolfi F., Renzulli A., Belluso E., Nodari L., Liziero F., Capella S. (2023) Mineral and Crystal Chemical Study of Pseudo-C2/m Non-Metamict Chevkinite-(Ce): An Investigation into the Intracrystalline Distribution of LREE, HREE, and Octahedral Cations in Samples from the Azores and Pakistan. Amer. Miner. (In press)
  13. Chameswary J., Thomas S., Sebastian M. (2010) Microwave Dielectric Properties of Co2La4Ti3Si4O22 Ceramics. Amer. Ceram. Soc., 93(7), 1863-1865.
  14. Chen S.C., Ramanujachary K.V., Greenblatt M. (1994) Structure and Physical Properties of La3.4Ca0.6V5Si4O22: A Novel Mixed-Valent Vanadium(III/IV) Oxosilicate. Inorganic Chem., 33(26), 5994-5998.
  15. Chukanov N.V., Aksenov S.M., Rastsvetaeva R.K., Belakovskiy D.I., Göttlicher J., Britvin S.N., Möckel S. (2012а) Сhristofschäferite-(Се), (Ce, La, Ca)4Mn2+(Ti, Fe3+)3(Fe3+, Fe2+, Ti)(Si2O7)2O8 – A New Chevkinite-Group Mineral From The Eifel Area, Germany. New Data on Minerals, 47, 33-42.
  16. Chukanov N.V., Blass G., Pekov I.V., Belakovskiy D.I., Van K.V., Rastsvetaeva R.K., Aksenov S.M. (2012б) Perrierite-(La), (La, Ce, Ca)4(Fe2+, Mn)(Ti, Fe3+, Al)4(Si2O7)2O8, a New Mineral Species from the Eifel Volcanic District, Germany. Geol. Ore Depos., 54(8), 647-655.
  17. Chukanov N.V., Kazheva O.N., Fischer R.X., Aksenov S.M. (2023) Refinement of the Crystal Structure of Fresnoite, Ba2TiSi2O8, from Löhley (Eifel District, Germany); Gladstone–Dale Compatibility, Electronic Polarizability and Vibrational Spectroscopy of Minerals and Inorganic Compounds with Pentacoordinated TiIV. Acta Crystallographica B, 79(2), 184-194.
  18. Domańska-Siuda J., Nejbert K., Bagiński B., Macdonald R., Kotowski J., Stachowicz M. (2022) Chevkinite-Group Minerals in Selected Intrusions of the Mazury Complex, North-Eastern Poland: Insights into the Formation of a Titanite-like Phase by Hydrothermal Alteration. Mineral. Petrol., 116(2), 105-119.
  19. Dornberger-Schiff K. (1964) Grundzüge Einer Theorie Der OD-Strukturen Aus Schichten. Berlin: Akad.-Verlag, 106 p.
  20. Dornberger-Schiff K. (1982) Geometrical Properties of MDO Polytypes and Procedures for Their Derivation. I. General Concept and Applications to Polytype Families Consisting of OD Layers All of the Same Kind. Acta Crystallographica A, 38(4), 483-491. https://doi.org/10.1107/S0567739482001041
  21. Dornberger-Schiff K., Grell H. (1982) Geometrical Properties of MDO Polytypes and Procedures for Their Derivation. II. OD Families Containing OD Layers of M > 1 Kinds and Their MDO Polytypes. Acta Crystallographica A, 38(4), 491-498.
  22. Ferraris G., Makovicky E., Merlino S. (2008) Crystallography of Modular Materials. Oxford: Oxford University Press, 416 p.
  23. Grell H. (1984) How to Choose OD Layers. Acta Crystallographica A, 40(2), 95-99.
  24. Grey I.E., Keck E., Mumme W.G., Pring A., Macrae C.M., Gable R.W., Price J.R. (2015) Flurlite, Zn3Mn2+Fe3+(PO4)3(OH)2·9H2O, a New Mineral from the Hagendorf Süd Pegmatite, Bavaria, with a Schoonerite-Related Structure. Miner. Mag., 79(5), 1175-1184.
  25. Grey I.E., Kampf A.R., Keck E., MacRae C.M., Cashion J.D., Gozukara Y. (2018) Crystal Chemistry of Schoonerite-Group Minerals. Europ. J. Mineral., 30(3), 621-634.
  26. Gueho C., Giaquinta D., Mansot J.L., Ebel T., Palvadeau P. (1995) Structure and Magnetism of La4Mn5Si4O22 and La4V5Si4O22: Two New Rare-Earth Transition Metal Sorosilicates. Chem. Mater., 7(3), 486-492.
  27. Haggerty S.E., Mariano A.N. (1983) Strontian-Loparite and Strontio-Chevkinite: Two New Minerals in Rheomorphic Fenites from the Parana Basin Carbonatites, South America. Contrib. Mineral. Petrol., 84(4), 365–381.
  28. Hawthorne F.C., Ungaretti L., Oberti R. (1995) Site Populations in Minerals; Terminology and Presentation of Results of Crystal-Structure Refinement. Can. Miner., 33(4), 907-911.
  29. Holtstam D., Bindi L., Hålenius U., Andersson B. (2017) Delhuyarite-(Ce)–Ce4Mg(Fe3+2W)□(Si2O7)2O6(OH)2 – a New Mineral of the Chevkinite Group, from the Nya Bastnäs Fe–Cu–REE Deposit, Sweden. Europ. J. Mineral., 29(5), 897–905.
  30. Ito J. (1967) A Study of Chevkinite and Perrierite. Amer. Miner., 52(7-8), 1094-1104.
  31. Ito J., Arem J.E. (1971) Chevkinite and Perrierite: Synthesis, Crystal Growth and Polymorphism. Amer. Miner., 56(1-2), 307-319.
  32. Krivovichev S.V. (2013) Structural Complexity of Minerals: Information Storage and Processing in the Mineral World. Miner. Mag., 77(3), 275-326.
  33. Krivovichev S.V., Krivovichev V.G., Hazen R.M., Aksenov S.M., Avdontceva M.S., Banaru A.M., Gorelova L.A., Ismagilova R.M., Kornyakov I.V., Kuporev I.V., Morrison S.M., Panikorovskii T.L., Starova G.L. (2022) Structural and Chemical Complexity of Minerals: An Update. Miner. Mag., 86(2), 183-204.
  34. Lacinska A., Rushton J., Burgess S., Deady E.A., Turner G. (2021) The Effect of X-Ray Energy Overlaps on the Microanalysis of Chevkinite (Ce, La, Ca, Th)4(Fe2+, Mg)2(Ti, Fe3+)3Si4O22 Using SEM EDS-WDS. Minerals, 11(10), 1063.
  35. Liu Y., Ma C., Beckett J.R., Chen Y., Guan Y. (2016) Rare-Earth-Element Minerals in Martian Breccia Meteorites NWA 7034 and 7533: Implications for Fluid–Rock Interaction in the Martian Crust. Earth Plan. Sci. Lett., 451, 251-262.
  36. Macdonald R., Bagiński B., Kartashov P., Zozulya D., Dzierżanowski P. (2012) Chevkinite-Group Minerals from Russia and Mongolia: New Compositional Data from Metasomatites and Ore Deposits. Miner. Mag., 76(3), 535-549.
  37. Macdonald R., Belkin H.E. (2002) Compositional Variation in Minerals of the Chevkinite Group. Miner. Mag., 66(6), 1075-1098.
  38. Macdonald R., Marshall A.S., Dawson J.B., Hinton R.W., Hill P.G. (2002) Chevkinite-Group Minerals from Salic Volcanic Rocks of the East African Rift. Miner. Mag., 66(2), 287-299.
  39. Macdonald R., Bagiński B., Belkin H.E., Stachowicz M. (2019) Composition, Paragenesis, and Alteration of the Chevkinite Group of Minerals. Amer. Miner., 104(3), 348-369.
  40. Malcherek T., Schlüter J., Schäfer C. (2021) Perrierite-(Ce) from the Laacher See Tephra, Eifel, Germany, and the Modular Character of the Chevkinite Group of Minerals. Phys. Chem. Miner., 48(2), 10.
  41. Malczewski D., Grabias A., Dziurowicz M., Krzykawski T. (2023) 57Fe Mössbauer Spectroscopy and X-Ray Diffraction of Annealed Highly Metamict Perrierite: Activation Energy and Recrystallization Processes. Minerals, 13(11), 1395.
  42. Miyajima H., Matsubara S., Miyawaki R., Yokoyama K., Hirokawa K. (2001) Rengeite, Sr4ZrTi4Si4O22, a New Mineral, the Sr-Zr Analogue of Perrierite from the Itoigawa-Ohmi District, Niigata Prefecture, Central Japan. Miner. Mag., 65(1), 111-120.
  43. Miyajima H., Miyawaki R., Ito K. (2002) Matsubaraite, Sr4Ti5(Si2O7)2O8, a New Mineral, the Sr-Ti Analogue of Perrierite in Jadeitite from the Itoigawa-Ohmi District, Niigata Prefecture, Japan. Europ. J. Mineral., 14(6), 1119-1128.
  44. Muhling J.R., Suvorova A.A., Rasmussen B. (2014) The Occurrence and Composition of Chevkinite-(Ce) and Perrierite-(Ce) in Tholeiitic Intrusive Rocks and Lunar Mare Basalt. Amer. Miner., 99(10), 1911-1921.
  45. Nagashima M., Armbruster T., Akasaka M., Sano-Furukawa A., Nishio-Hamane D., Malsy A., Imaoka T., Nakashima K. (2020) Multi-Methodical Study of the Ti, Fe2+ and Fe3+ Distribution in Chevkinite-Subgroup Minerals: X-Ray Diffraction, Neutron Diffraction, 57Fe Mössbauer Spectroscopy and Electron-Microprobe Analyses. Phys. Chem. Miner., 47(6), 29.
  46. Nespolo M., Ferraris G., Ďurovič S., Takéuchi Y. (2004) Twins vs . Modular Crystal Structures. Zeitschrift für Kristallographie, 219(12), 773-778.
  47. Parodi G.C., Della Ventura G., Mottana A., Raudsepp M. (1994) Zr-Rich Non Metamict Perrierite-(Ce) from Holocrystalline Ejecta in the Sabatini Volcanic Complex (Latium, Italy). Mineral. Mag., 58(393), 607-613.
  48. Petricek V., Dusek M., Palatinus L. (2014) Crystallographic Computing System JANA2006: General Features. Zeitschrift für Kristallographie, 229(5), 345-352.
  49. Popov V.A., Pautov L.A., Sokolova E., Hawthorne F.C., McCammon C., Bazhenova L.F. (2001) Polyakovite-(Ce), (REE, Ca)4(Mg, Fe2+)(Cr3+, Fe3+)2(Ti, Nb)2Si4O22, a New Metamict Mineral Species from the Ilmen Mountains, Southern Urals, Russia: Mineral Description and Crystal Chemistry. Can. Miner., 39(4), 1095-1104.
  50. Segalstad T.V., Larsen A.O. (1978) Chevkinite and Perrierite from the Oslo Region, Norway. Amer. Miner., 63(5-6), 499-505.
  51. Shannon R.D. (1976) Revised Effective Ionic Radii and Systematic Studies of Interatomic Distances in Halides and Chalcogenides. Acta Crystallographica A, 32(5), 751-767.
  52. Sheikh S., Meng J., Jacobs R., Liu J., Nachlas W.O., Morgan D. (2023) Layered Monoclinic Perrierite Oxo-Silicate La4Mn5Si4O22 + Δ: A New Interstitial Oxide Ion Conductor for Low Temperature Applications. ECS Meeting Abstracts, MA2023-01(40), 2803-2803.
  53. Shen G.-F., Yang G.-M., Xu J.-S. (2005) Maoniupingite-Ce: A New Rare-Earth Mineral from the Maoniuping Rare-Earth Deposit in Mianning, Sichuan. Sedimentary Geol. Tethyan Geol., 25(1-2), 210-216.
  54. Sokolova E., Hawthorne F.C., Della Ventura G., Kartashov P.M. (2004) Chevkinite-(Ce): Crystal Structure And The Effect Of Moderate Radiation-Induced Damage On Site-Occupancy Refinement. Can. Miner., 42(4), 1013-1025.
  55. Spek A.L. (2003) Single-Crystal Structure Validation with the Program PLATON. App. Crystallography, 36, 7-13.
  56. Spiridonov E.M., Filimonov S.V., Semikolennykh E.S., Korotaeva N.N., Krivitskaya N.N. (2020) Chevkinite-(Се) and Perrierite-(Се) from the Island Arc Quartz Gabbronorite–Dolerite of the Ayu-Dag Intrusion, Crimean Mountains. Geol. Ore Depos., 62(7), 638-651.
  57. Stachowicz M., Bagiński B., Macdonald R., Kartashov P.M., OzięBło A., Wożniak K. (2014) Structure of Sr-Zr-Bearing Perrierite-(Ce) from the Burpala Massif, Russia. Miner. Mag., 78(7), 1647-1659.
  58. Stachowicz M., Bagiński B., Welch M.D., Kartashov P.M., Macdonald R., Balcerzak J., Tyczkowski J., Woźniak K. (2019а) Cation Ordering, Valence States, and Symmetry Breaking in the Crystal-Chemically Complex Mineral Chevkinite-(Ce): X-Ray Diffraction and Photoelectron Spectroscopy Studies and Mechanisms of Nb Enrichment. Amer. Miner., 104(4), 595-602.
  59. Stachowicz M., Welch M.D., Bagiński B., Kartashov P.M., Macdonald R., Woźniak K. (2019б) Cation Ordering, Valence States, and Symmetry Breaking in the Crystal-Chemically Complex Mineral Chevkinite-(Ce): Recrystallization, Transformation, and Metamict States in Chevkinite. Amer. Miner., 104(10), 1481-1486.
  60. Wang H.‐J., Li B.‐T., Lin H.‐X., Chen W., Luo L. (2014) Effects of MgO on Crystallization and Microwave Dielectric Properties of MgO–Al2O3–SiO2–TiO2–La2O3 Glass‐ Ceramics. Int. J. App. Glass Sci., 5(4), 436-442.
  61. Wang J., Chen W., Luo L. (2008) Crystallization Behavior and Microwave Dielectric Property of MgO–Al2O3– SiO2–TiO2–CeO2 Glass–Ceramic. J. Alloys Compounds, 464(1-2), 440-445.
  62. Wang S., Hwu S.-J. (1995) La4Ti5Si4-xPxO22 (x = 0, 1): A New Family of Two-Dimensional Solids. Synthesis and Structure of the First Member (m = 1) of the Mixed-Valence Titanium(III/IV) Oxosilicate Series, La4Ti(Si2O7)2(TiO2)4m. Inorganic Chem., 34(1), 166-171.
  63. Wang S., Hwu S.J. (1992) Mixed-Valence Lanthanum Titanium (III/IV) Oxosilicate La4Ti9Si4O30. A Novel Perrierite-Related Compound, La4Ti(Si2O7)2(TiO2)4m (m = 2), with a Quasi-Two-Dimensional Rutile-Based Structure. J. Amer. Chem. Soc., 114(17), 6920-6922.
  64. Xu J., Yang G.G, Li G., Wu Z., Shen G. (2008) Dingdaohengite-(Ce) from the Bayan Obo REE-Nb-Fe Mine, China: Both a True Polymorph of Perrierite-(Ce) and a Titanic Analog at the C1 Site of Chevkinite Subgroup. Amer. Miner., 93(5-6), 740-744.
  65. Yang Z., Fleck M., Smith M., Tao K., Song R., Zhang P. (2002) The Crystal Structure of Natural Fe-Rich Chevkinite-(Ce). Europ. J. Mineral., 14(5), 969-975.
  66. Yang Z., Giester G., Ding K., Tillmanns E. (2012) Hezuolinite, (Sr, REE)4Zr(Ti, Fe3+, Fe2+)2Ti2O8(Si2O7)2, a New Mineral Species of the Chevkinite Group from Saima Alkaline Complex, Liaoning Province, NE China. Europ. J. Mineral., 24(1), 189-196.
  67. Yang Z., Pertlik F., Fleck M. (2008) Hydroxyl Groups in Nonmetamict Chevkinite-(Ce): A Crystal Chemical Discussion. J. Rare Earths, 26(4), 609-613.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Aksenov S.M., Zarubina E.S., Rastsvetaeva R.K., Chukanov N.V., Filina M.I.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».