Pirokseni

Pirokseni su grupa silikatnih minerala, koja pripada potklasi inosilikata. Minerali iz ove grupe su značajni petrogeni minerali, koji ulaze u sastav mnogih vrsta stena. Prisustvo piroksena je značajno u mnogim magmatskim, regionalno i kontaktno metamorfnim stenama. Minerali ove grupe mogu biti rombične (ortopirokseni) i monoklinične simetrije (klinopirokseni). Opšti hemijski sastav orto i klino piroksena može se predstaviti formulom XY(Si,Al)₂O₆ (gde X predstavlja kalcijum, natrijum, dvovalentno željezo i magnezijum te, ređe, za cink, mangan i litijum, a Y predstavlja jone manjeg radijusa, kao što su hrom, aluminijum, trovalentno željezo, mangan, magnezijum, skandijum, titanijum, vanadijum pa čak i dvovalentno željezo). Iako je aluminijum često zamenjen silicijumom kod drugih silikata, zamena se kod većine piroksena događa samo u ograničenim količinama. Oni dele zajedničku strukturu koja se sastoji od pojedinačnih lanaca silicijumskih tetraedara. Pirokseni koji se kristališu u monokliničkom sistemu poznati su kao klinopirokseni, a oni koji kristališu u ortorombičnom sistemu poznati su kao ortopirokseni.

Piroksen
Perodot u bazaltu
Opšte informacije
Kategorija	mineral
Formula	M2M1T2O6
Kristalne sisteme	rompski (ortopirokseni), monoklinski (klinopirokseni)
Identifikacija
Kristalni habitus	kratkoprizmatični
Čvrstina	dobra po {210} (ortopirokseni), dobra po {110} (klinopirokseni)
Pleohroizam	slab ili ne postoji

Piroksen (diopsid) kristali iz Avganistana

Gornji plašt Zemlje sastoji se uglavnom od olivina i piroksena. Piroksen i feldspat su glavni minerali bazalta, andezita i gabra.

Podela

U zavisnosti od sadržaja pojedinih elemenata u hemijskom sastavu, pirokseni se dele na sledeće grupe:

• magnezijsko-gvožđevite ortopiroksene, gde spadaju: enstatit, bronzit, hipersten i orto ferosilit;
• magnezijsko-gvožđevite klinopiroksene, gde spadaju: pižonit, klino ferosilit, klinoenstatit i klinohipersten;
• kalcijske klinopiroksene, gde spadaju: diopsid, hedenbergit, johansenit i augit;
• kalcijsko-natrijske klinopiroksene, gde spadaju: omfacit i egirin augit;
• alkalne klinopiroksene, gde spadaju: žadejit i egirin;
• litijske klinopiroksene, gde spada spodumen.

Svojstva

• Kristalografska svojstva. - Kristali ortopiroksena su obično kratkoprizmatičnog habitusa, sa (hk0) kao osnovnom formom, dok su kristali klinopiroksena takođe prizmatični, ali sa (110) kao osnovnom formom.
• Cepljivost kod piroksena je jasna do savršena u dva pravca po prizmi.
• Agregati su pretežno prizmatični, ređe pritkasti ili igličasti, a mogu biti i zrnasti.
• Boja im može biti različita. Ređe su bezbojni ili beli. Obično su zeleni u različitim nijansama, zeleno mrki, mrki, tamnozeleni.
• Prozračni su, ređe potpuno providni.
• Staklastog sjaja.
• Tvrdine oko 6.
• Postanak. - Pirokseni su magmatski, regionalno i kontaktno metamorfni minerali, a mogu postati i pegmatitski u vezi sa bazičnim magmatskim procesima. Izuzetak predstavlja spodumen, koji je kao pegmatitski mineral, prisutan u pegmatitima vezanim za kisele magmatske procese.

Poreklo imena

Ime piroksena dolazi od grčkih reči koje u prevodu znače vatra i stranać'. Ime su dobili zbog toga što su prisutni u vulkanskim lavama, gde ponekad kristalizuju unutar vulkanskog stakla; pretpostavljalo se da su tamo dospeli kao nečistoće pa otud onda ime „stranac u vatri”. Međutim, oni su zapravo minerali koji su kristalizovani puno pre nego što je lava erumpirala.

Gornji plašt Zemlje sastoji se većinom od olivina i piroksena. Deo plašta prikazan je na slici (ortopriokseni su crni, diopsid (koji sadrži hrom) je svetlozelen, olivin je žutozelen), a u njemu dominiraju olivini, tipični peridotitski minerali.

Hemija i nomenklatura piroksena

Lančana silikatna struktura piroksena nudi niz mogućnosti u ugrađivanju različitih katjona te su imena piroksena prvenstveno definisana njihovom hemijskom strukturom. Pirokseni dobivaju imena prema hemijskim vrstama koje okružuju oktaedre X (ili M1) i Y (ili M2) te tetraedre T. Međunarodno mineraloško udruženje - Komisija za nove minerale i mineralna imena danas broji dvadeset mineralnih imena, a 105 imena koja su se pre koristila danas u odbačena.

Piroksenska nomenklatura

Piroksenska četvorostrana nomenklature od kalcijuma, magnezijuma, gvožđa

Piroksenska trigonalna nomenklatura natrijumskog piroksena

Tipični pirokseni većinom su građeni od [SiO₄] -tetraedara, a dominantni su dvovalentni joni u oba oktaedra (X i Y), tako da dobijaju približnu formulu XYT₂O₆. Imena čestih kalcijumsko-gvozdeno-magnezijumskih piroksena definirana su u „piroksenskom četverouglu” (trapezu) na slici 2. enstatitsko-ferosilitna serija ([Mg,Fe]SiO₃) sadrži do 5 molarnih udela kalcijuma te se javlja u tri polimorfa - kao rompski ortoenstatit i protoenstatit te kao monoklinski klinoenstatit (te kao ekvivalent ferosilit). Povećanjem udela kalcijuma onemogućuje se stvaranje rompsih faza i pigeonita ([Mg,Fe,Ca][Mg,Fe]Si₂O₆) te kristalizuju samo monoklinski pirokseni. Ne postoji kompletan čvrsti rastvor s kalcijumskim udelom, a Mg-Fe-Ca pirokseni s molarnim udelom kalcijuma od 15 do 25% kao takvi nisu stabilni. To dovodi do praznine u seriji između pigeonita i augita. Tu postoji proizvoljna separacija između augita i čvrstog rastvora diopsida i hedenbergita (CaMgSi₂O₆ - CaFeSi₂O₆). Podela je napravljena na 45% molarnog udela kalcijuma. Kako kalcijumov jon ne može upotpuniti Y-oktaedar, pirokseni s više od 50% udela Ca ne postoje.

Sličan mineral, volastonit, u seriji ima hipotetsku hemijsku formulu kalcijumskog krajnjeg člana, ali važne strukturne razlike ga nikako ne mogu smestiti u istu grupu s piroksenima. Magnezijum, kalcijum i željezo su bez sumnje jedini katjoni koji mogu ispuniti X i Y oktaedre u piroksenskoj strukturi. Druga važna serija piroksena jesu minerali bogati natrijumom. Njihova nomenklatura vidljiva je na Slici 3. Inkluzije natrijuma, koji ima naboj +1, u piroksenima ukazuju na potrebu mineralne strukture za popunjavanjem „nedostajućeg” pozitivnog naboja. U žadeitu i aegirinu taj se nedostatak na mestu X popunjava inkluzijama trovalentnih katjona (najčešće su to Al i Fe³⁺). Natrijumski pirokseni s više od 20% molarnog udela kalcijuma, magnezijuma i dvovalentnog željeza poznati su pod imenom omfacit i aegirin-augit, a ako je taj postotak veći od 80% minerali spadaju u grupu piroksenskog četverougla prikazanog na Slici 2.

Prva rendgenska difrakcija Marsovskog tla - Čeminska analiza otkriva feldspat, piroksene, olivin i još mnogo toga (Kjuriositi rover na „Roknestu“)

Tabela 1 prikazuje širok raspon ostalih katjona koji mogu biti uklopljeni u piroksenskoj strukturi te daje i mesta na kojima bi se oni mogli naći.

Tabela 1: Raspored katjona u piroksenima.

T

Si

Al

Fe3+

X

Al

Fe3+

Ti4+

Cr

V

Ti3+

Zr

Sc

Zn

Mg

Fe2+

Mn

Y

Mg

Fe2+

Mn

Li

Ca

Na

U poziciranju jona iz tabele, osnovno je pravilo da se krene s leva na desno te se najpre postave svi silicumovi joni na T-pozicije. Zatim se aluminijumovi joni slažu na ostala slobodna mesta u tetraedrima te se, konačno, popunjavaju mesta s trovalentnim željezom. Višak aluminijuma i željeza može se uklopiti na X-pozicije, a preostali joni na Y-poziciju. Potrebno je naglasiti da ovaj način slaganja jona u svrhu postizanja neutralnog naboja ne slede svi mehanizmi stvaranja piroksena, te postoji nekoliko alternativnih šema:

1. Česte su zamene jednovalentnih i trovalentnih jona na Y i X pozicijama s dvostrukim jonima. Na primer, Na i Al zajedno daju žadeit (NaAlSi₂O₆).
2. Dvostruke zamene jednovalentnih jona na Y-poziciji i mešavina jednakog broja dvovalentnih i četverovalentnih jona na Xpoziciji. To dovodi do stvaranja npr. NaFe²⁺_0.5Ti⁴⁺_0.5Si₂O₆.
3. Zamena po Šermaku, gde trovalentni joni zauzimaju X i T pozicije što dovodi do npr. CaAlAlSiO₆.

U prirodi se, kod nekih minerala, može naći više od jedne zamene.

Popis piroksena

Tanak presek zelenog piroksena.

Uzorak piroksenita (meteorit ALH84001 sa Marsa), stene koja se uglavnom sastoje od minerala piroksena

• Klinopirokseni (kristališu u monoklinskom kristalnom sistemu)
  • Egirin (Na-Fe silikat)
  • Augit (Ca-Na-Mg-Fe-Al silikat)
  • Klinoenstatit (Mg-silikat)
  • Diopsid (Ca-Mg silikat, CaMgSi₂O₆)
  • Esenit (Ca-Fe-Al silikat)
  • Hedenbergit (Ca-Fe silikat)
  • Hipersten (Mg-Fe silikat)
  • Žadeit (Na-Al silikat)
  • Žervisit (Na-Ca-Fe-Sc-Mg silikat)
  • Johansenit (Ca-Mn silikat)
  • Kanoit (Mn-Mg silikat)
  • Kozmohlor (Na-Cr silikat)
  • Namansilit (Na-Mn silikat)
  • Natalit (Na-V-Cr silikat)
  • Omfacit (Ca-Na-Mg-Fe-Al silikat)
  • Petedunit (Ca-Zn-Mn-Fe-Mg silikat)
  • Pigeonit (Ca-Mg-Fe silikat)
  • Spodumen (Li-Al silikat)

• Ortopirokseni (kristališu u rompskom kristalnom sistemu)
  • Donpeakorit, (MgMn)MgSi₂O₆
  • Enstatit, Mg₂SiO₆
  • Ferosilit, FeMgSi₂O₆
  • Nčvaningit (hidatizovani Mg-silikat)

• Šeferit, Ca(Mg,Fe,Mn)Si₂O₆
• Cinkov šeferit, Ca(Mg,Mn,Zn)Si₂O₆
• Džefersonit, Ca(Mg,Fe,Mn,Zn)Si₂O₆
• Leukaugit, Ca(Mg,Fe,Al)(Al,Si)₂O₆
• Kalcijum-Šermakov molekul, CaAlAlSiO₆

Vidi još

• Amfiboli

Literatura

• C. Michael Hogan (2010). Calcium. eds. A. Jorgensen, C. Cleveland. Encyclopedia of Earth. National Council for Science and the Environment.
• N. Morimoto, J. Fabries, A. K. Ferguson, I. V. Ginzburg, M. Ross, F. A. Seifeit and J. Zussman (1989). "Nomenclature of pyroxenes". Canadian Mineralogist, Vol.27, pp. 143–156. https://web.archive.org/web/20080309160117/http://www.mineralogicalassociation.ca/doc/abstracts/ima98/ima98(12).pdf
• „Mineral - Silicates”. britannica.com. Arhivirano iz originala 25. 10. 2017. g. Pristupljeno 8. 5. 2018. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Deer, W.A.; Howie, R.A.; Zussman, J. (1992). An introduction to the rock-forming minerals (2nd izd.). London: Longman. ISBN 0-582-30094-0. 
• Hurlbut, Cornelius S.; Klein, Cornelis (1985). Manual of Mineralogy (20th izd.). Wiley. ISBN 0-47180580-7. 
• Deer, W.A.; Howie, R.A.; Wise, W.S.; Zussman, J. (2004). Rock-forming minerals. Volume 4B. Framework silicates: silica minerals. Feldspathoids and the zeolites (2nd izd.). London: Geological Society of London. str. 982 pp. 

Spoljašnje veze

• Mineral Galleries
• Video Section: Lunar Explorers (link to youtube: The Lunar Crust)