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Mechanism of Saponite Crystallization from a Rapidly Formed Amorphous Intermediate

  • Clays are crucial mineral phases in Earth’s weathering engine, but we do not know how they form in surface environments under (near-)ambient pressures and temperatures. Most synthesis routes, attempting to give insights into the plausible mechanisms, rely on hydrothermal conditions, yet many geological studies showed that clays may actually form at moderate temperatures (<100 °C) in most terrestrial settings. Here, we combined high-energy X-ray diffraction, infrared spectroscopy, and transmission electron microscopy to derive the mechanistic pathways of the low-temperature (25–95 °C) crystallization of a synthetic Mg-clay, saponite. Our results reveal that saponite crystallizes via a two stage process: (1) a rapid (several minutes) coprecipitation where ∼20% of the available magnesium becomes incorporated into an aluminosilicate network, followed by (2) a much slower crystallization mechanism (several hours to days) where the remaining magnesium becomes gradually incorporated into theClays are crucial mineral phases in Earth’s weathering engine, but we do not know how they form in surface environments under (near-)ambient pressures and temperatures. Most synthesis routes, attempting to give insights into the plausible mechanisms, rely on hydrothermal conditions, yet many geological studies showed that clays may actually form at moderate temperatures (<100 °C) in most terrestrial settings. Here, we combined high-energy X-ray diffraction, infrared spectroscopy, and transmission electron microscopy to derive the mechanistic pathways of the low-temperature (25–95 °C) crystallization of a synthetic Mg-clay, saponite. Our results reveal that saponite crystallizes via a two stage process: (1) a rapid (several minutes) coprecipitation where ∼20% of the available magnesium becomes incorporated into an aluminosilicate network, followed by (2) a much slower crystallization mechanism (several hours to days) where the remaining magnesium becomes gradually incorporated into the growing saponite sheet structure.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:R. Besselink, Tomasz StawskiORCiD, H. M. Freeman, J. Hovelmann, D. J. Tobler, L. G. Benning
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Crystal Growth and Design
Jahr der Erstveröffentlichung:2020
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.3 Strukturanalytik
Verlag:American Chemical Society
Jahrgang/Band:20
Ausgabe/Heft:5
Erste Seite:3365
Letzte Seite:3373
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Diffraction; FTIR; PDF; Saponite
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Nano
DOI:10.1021/acs.cgd.0c00151
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:22.06.2020
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:22.06.2020
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