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Solubility of Two High-Mg and Two High-Fe Chlorites Using Multiple Equilibria

Published online by Cambridge University Press:  02 April 2024

J. A. Kittrick*
Affiliation:
Department of Agronomy and Soils, Washington State University, Pullman, Washington 99164
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Abstract

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High-Mg chlorites from Vermont and Quebec and high-Fe chlorites from Michigan and New Mexico were equilibrated at room temperature in the near-neutral pH range. Gibbsite, kaolinite, and hematite of known stability were added to the samples to control unmeasurable variables at calculable levels. Equilibrium solution compositions were obtained from undersaturation and from supersaturation. Other indicators of equilibrium were good agreement between successive analyses over a long period of time, between duplicate samples, between independent systems, and between independent measures of equilibrium. All four chlorites were stable relative to brucite and, with a few exceptions, relative to talc under the conditions of study. When in equilibrium with gibbsite, the pH − ½Mg2+ value of the chlorites ranged from 6.3 to 6.5, at a pH4SiO4 value of 4.0. These values are in good agreement with prior estimates of chlorite stability. The calculated standard free energy of formation of the chlorites is dependent upon solution Fe2+ calculated from the sample Eh and assumed equilibrium with hematite, with the assumption that the Fe2+-Fe3+ couple is at the same Eh as the sample.

Резюме

Резюме

Высоко-Mg хлориты из Вермонта и Квебека и высоко-Ре хлориты из Мичигана и Новой Мексики уравновешивались при комнатной температуре в почти нейтральном диапазоне pH. Гиббсит, каолинит и гематит о известной стабильности были добавлены к образцам, чтобы контролировать неизмеряемые переменные на уровнях, поддающихся исчислению. Составы равновесного раствора определялись путем ненасыщения и перенасыщения. Другие индикаторы равновесия были в хорошем согласии между последующими анализами в течение длинного времени, между спаренными образцами, между независимыми системами и между независимыми измерениями равновесия. Bce четыре хлориты были стабильны по отношению к бруциту и, за несколькими исключениями, по отношению к тальку в условиях проведения исследования. B случае равновесия с гиббситом величина pH − 1/2Mg2+ хлоритов изменялась от 6,3 до 6,5 при величине pH4SiO4 равной 4,0. Эти величины хорошо согласуются с прежними оценками стабильности хлоритов. Рассчитанная стандартная свободная энергия образования хлоритов зависит от растворения Fe2+, вычисленного для ЕЬ образца при предположении равновесия с гематитом, а также при допущении, что пара Fe2+-Fe3+ имеет такое ЕЬ как образец. [E.C.]

Resümee

Resümee

Mg-reiche Chlorite von Vermont und Quebec und Fe-reiche Chlorite von Michigan und New Mexico wurden bei Raumtemperatur im neutralen pH-Bereich ins Gleichgewicht gebracht. Den Proben wurden Gibbsit, Kaolinit, und Haematit mit bekannter Stabilität hinzugefügt, um den Einfluß unmeßbarer Variablen unter Kontrolle zu halten. Die Gleichgewichtszusammensetzungen der Lösungen wurden aus der Untersättigung und Übersättigung ermittelt. Weitere Hinweise für Gleichgewicht waren eine gute Übereinstimmung von anfeinanderfolgenden Analysen übereinen langen Zeitraum zwischen Parallelproben, zwischen unabhängigen Systemen und zwischen unabhängigen Gleichgewichtsmessungen. Alle vier Chlorite waren unter den untersuchten Bedingungen in Bezug auf Brucit und—mit wenigen Ausnahmen—auch in Bezug auf Talk stabil. Im Gleichgewicht mit Gibbsit lag bei einem pH4SiO4 von 0,4 der pH − ½ Mg2+ der Chlorite zwischen 6,3 und 6,5. Diese Werte stimmen gut mit früheren Schätzungen der Chloritstabilität überein. Die berechnete Freie Standartsbildungsenergie der Chlorite hängt vom Fe2+-Gehalt der Lösung ab, wie aus dem Eh der Probe berechnet wurde und sich auch aus dem Gleichgewicht mit Haematit ergab. Voraussetzung dafür ist, daß das Fe2+-Fe3+ Paar den gleichen Eh wie die Probe hat. [U.W.]

Résumé

Résumé

Des chlorites à contenu élevé en Mg du Vermont et du Québec, et des chlorites à contenu élevé en Fe de Michigan et de New Mexico ont été équilibrées à température ambiante à un pH quasiment neutre. De la gibbsite, de la kaolinite et de l'hématite de stabilité connue ont été ajoutées aux échantillons pour contrôler des variables non-mesurables à des niveaux calculables. Des compositions de solution équilibrée ont été obtenues par sousaturation et supersaturation. D'autres indicateurs d’équilibre étaient la correspondance d'analyses successives pendant une longue durée, d’échantillons répetées, de systèmes indépendants, et de mesures indépendantes d’équilibre. Les quatre chlorites étaient stables relatives à la brucite, et, avec quelques exceptions, au talc sous les conditions de l’étude. Lorsque les chlorites étaient en équilibre avec la gibbsite, leurs pH − ½Mg2+ s’étageaient de 6,3 à 6,5, à une valeur pour pH4SiO4 de 4,0. Ces valeurs s'accordent bien avec des estimations précédentes de stabilité pour les chlorites. L’énergie libre standard calculée pour la formation des chlorites dépend de la solution Fe2+ calculée à partir de l’échantillon Eh et de l’équilibre supposé avec l'hématite, en supposant que le couple Fe2+-Fe3+ a le même Eh que l’échantillon. [D.J.]

Type
Research Article
Copyright
Copyright © 1982, The Clay Minerals Society

Footnotes

1

Scientific Paper No. SP5881. College of Agriculture Research Center, Washington State University, Pullman, Washington. Project 1885.

References

APHA, 1960 Standard Method for the Examination of Water and Waste-Water. 11th ed. New York American Public Health Association.Google Scholar
Bailey, S. W., 1975 Chlorites Soil Components 2 191263.CrossRefGoogle Scholar
Bird, G. W. and Anderson, G. M., 1973 The free energy of formation of magnesian cordierite and phlogopite Amer. J. Sci. 273 8491.CrossRefGoogle Scholar
Bohn, H. L., 1968 Electromotive force of inert electrodes in soil suspensions Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 32 211215.CrossRefGoogle Scholar
Fawcett, J. J. and Yoder, H. S., 1966 Phase relations of chlorite in the system MgO-Al2O3-SiO2-H2O Amer. Mineral. 51 353380.Google Scholar
Foster, M. D., 1953 Geochemical studies of clay minerals. III. The determination of free silica and free alumina in montmorillonites Geochim. Cosmochim. Acta 3 143154.CrossRefGoogle Scholar
Garrels, R. M. and Christ, C. L., 1965 Solutions Minerals and Equilibria New York Harper and Row.Google Scholar
Helgeson, H. C., 1969 Thermodynamics of hydrothermal systems at elevated temperatures and pressures Amer. J. Sci. 267 729804.CrossRefGoogle Scholar
Jackson, M. L., 1969 Soil Chemical Analysis—Advanced course 2nd ed..Google Scholar
Kittrick, J. A., 1966 The free energy of formation of gibbsite and Al(OH)4- from solubility measurements Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 30 595598.CrossRefGoogle Scholar
Kittrick, J. A., 1966 Free energy of formation of kaolinite from solubility measurements Amer. Mineral. 51 14571466.Google Scholar
Kittrick, J. A., 1967 Gibbsite-kaolinite equilibria Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 31 314316.CrossRefGoogle Scholar
Kittrick, J. A., 1969 Soil minerals in the Al2O3-SiO2-H2O system and a theory of their formation Clays & Clay Minerals 17 157167.CrossRefGoogle Scholar
Kittrick, J. A., 1971 Stability of montmorillonites. I. Belle Fourche and Clay Spur montmorillonites Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 35 140145.CrossRefGoogle Scholar
Kittrick, J. A., 1973 Mica-derived vermiculites as unstable intermediates Clays & Clay Minerals 21 479488.CrossRefGoogle Scholar
Kittrick, J. A., 1980 Gibbsite and kaolinite solubilities by immiscible displacement of equilibrium solutions Soil Sci. Soc. Amer. J. 44 139142.CrossRefGoogle Scholar
McKenzie, F. T. and Garrels, R. M., 1965 Silicates: Reactivity with sea water Science 150 5758.CrossRefGoogle Scholar
Nriagu, J. O., 1975 Thermochemical approximations for clay minerals Amer. Mineral. 60 834839.Google Scholar
Parker, V. B., Wagman, D. D. and Evans, W. H., 1971 Selected values of chemical thermodynamic properties. Tables for the alkaline earth elements Nat. Bur. Stand. Tech. Note 270–6.Google Scholar
Rich, C. I. and Bonnet, J. A., 1975 Swelling chlorite in a soil of the Dominican Republic Clays & Clay Minerals 23 97102.CrossRefGoogle Scholar
Robie, R. A., Hemingway, B. S., and Fisher, J. R. (1978) Thermodynamic properties of minerals and related substances at 298.15K and 1 bar (105 pascals) pressure and at higher temperatures: U.S. Geol. Surv. Bull. 1452, 456 pp.Google Scholar
Roth, C. B., Jackson, M. L., Lotse, E. G. and Syers, J. K., 1968 Ferrous-ferric ratio and CEC changes on deferration of weathered micaceous vermiculite Israel J. Chem. 6 261273.CrossRefGoogle Scholar
Sadiq, M. and Lindsay, W. L. (1979) Selection of standard free energies of formation for use in soil chemistry: Colorado Slate Univ. Exp. Stat. Tech. Bull. 134, 1069 pp.Google Scholar
Tardy, Y. and Garrels, R. M., 1974 A method of estimating the Gibbs energies of formation of layer silicates Geochim. Cosmochim. Acta 38 11011116.CrossRefGoogle Scholar
Zen, E.-an., 1972 Gibbs free energy, enthalpy, and entropy of ten rock-forming minerals: Calculations, discrepancies, implications Amer. Mineral. 57 524553.Google Scholar
ZoBell, C. E., 1946 Studies on redox potential of marine sediments Bull. Amer. Assoc. Petrol. Geol. 30 477513.Google Scholar