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Botallackite

La botallackite est une espèce minérale du groupe des halogénures et du sous-groupe des oxy-halogénures, de formule Cu2Cl(OH)3, pouvant contenir du zinc.

Botallackite
Catégorie III : halogénures[1]
Image illustrative de l’article Botallackite
Botallackite, Angleterre, 10,5 × 7,0 × 3,8 cm
Général
Classe de Strunz
3.DA.10b
Classe de Dana
10.01.03.01
Formule chimique H3ClCu2O3 Cu2Cl(OH)3
Identification
Masse formulaire[2] 213,567 ± 0,009 uma
H 1,42 %, Cl 16,6 %, Cu 59,51 %, O 22,47 %,
Couleur vert pâle, vert, vert bleuâtre pâle, bleu vert
Classe cristalline et groupe d'espace prismatique ;
P21/m
Système cristallin monoclinique
Réseau de Bravais primitif P
Clivage parfait à {100}
Habitus en croûte, columnaire, pulvérulent, en enduits, prismatique, tabulaire, aplati
Échelle de Mohs 1-3
Trait vert pâle
Éclat vitreux
Propriétés optiques
Indice de réfraction a=1,775,
b=1,800,
g=1,846
Pléochroïsme faible : bleu-vert
Biréfringence biaxial (+) = 0,0710
Dispersion 2 vz ~ modéré à large
Transparence transparent à translucide
Propriétés chimiques
Densité 3,60
Propriétés physiques
Radioactivité aucune
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Historique de la description et appellations

Inventeur et étymologie

La botallackite a été décrite en 1865 par A.H. Church. Son nom lui vient de sa localité-type : la mine Botallack, dans les Cornouailles, en Angleterre.

Topotype

Caractéristiques physico-chimiques

Critères de détermination

La botallackite se trouve le plus souvent sous forme de cristaux tabulaires ou aplatis entrelacés atteignant rarement plusieurs millimètres.

Variétés et mélanges
  • Brombotallackite Cu2Br(OH)3, variété de botallackite contenant du brome.

Il existe une confusion possible : la botallackite peut contenir du zinc et alors se confondre avec la kapellasite, cependant, son rapport Zn/Cu n'atteint jamais celui de la kapellasite.

Cristallochimie

La botallackite est un polymorphe de l'atacamite, de la clinoatacamite et de la paratacamite.

Elle fait partie du groupe de la clinoatacamite selon la classification de Strunz :

Groupe de la clinoatacamite
Minéral Formule Groupe ponctuel Groupe d'espace
BelloïteCu(OH)Cl2/mP21/a
BotallackiteCu2[(OH)3|Cl]2/mP21/m
ClinoatacamitePb5(VO4)3Cl2/mP21/n

Cristallographie
Structure de la botallackite, projetée sur le plan (a, c). Rouge : Cu, vert : Cl, bleu : O, gris : H. Le parallélépipède noir représente la maille conventionnelle.

La botallackite cristallise dans le système cristallin monoclinique, de groupe d'espace P21/m (Z = 2 unités formulaires par maille conventionnelle)[4].

  • Paramètres de la maille conventionnelle : = 5,717 Å, = 6,126 Å, = 5,636 Å, β = 93,07° ; V = 197,1 Å3
  • Masse volumique calculée = 3,60 g/cm3

Les ions Cl− ont une coordination trigonale antiprismatique (3+3) de cuivre et d'hydrogène.

Les ions Cu2+ sont situés sur deux sites non-équivalents, Cu1 et Cu2. Cu1 est en coordination octaédrique déformée (5+1) de groupes hydroxyles (OH) et de chlore, Cu2 est en coordination octaédrique déformée (4+2) d'OH et Cl. Les groupes octaédriques de cuivre sont reliés entre eux par leurs arêtes.

La distribution des longueurs de liaison dans les octaèdres Cu1Cl(OH)5 et Cu2Cl2(OH)4, quatre liaisons Cu-O courtes entre 1,92 Å et 2,00 Å et deux liaisons Cu-O et Cu-Cl plus longues entre 2,37 Å et 2,79 Å, est typique de l'effet Jahn-Teller rencontré dans les composés de Cu(II) et permet une description alternative de la structure en termes de groupes plans carrés Cu(OH)4.

Dans cette description, les groupes Cu1(OH)4 sont reliés par leurs arêtes et forment des chaînes planes le long de la direction b, avec un angle de liaison Cu-O-Cu de 100,4°. Les groupes Cu2(OH)4 sont reliés par un sommet et forment des chaînes en zigzag, également le long de la direction b, avec un angle de liaison Cu-O-Cu de 105,6°. Les chaînes Cu1(OH)2 et Cu2(OH)3, parallèles, sont reliées par deux sommets d'une arête d'un groupe Cu1(OH)4, formant des triangles isocèles d'ions Cu2+.

Propriétés physiques

La connaissance exacte de la configuration géométrique des porteurs de moment magnétique (ici, les ions Cu2+, de spin 1/2) dans un matériau est essentielle pour comprendre ses propriétés magnétiques. Dans les oxydes de Cu(II), les interactions magnétiques entre spins ont en général lieu par superéchange via les atomes d'oxygène, puisqu'il y a recouvrement des orbitales atomiques du cuivre et de l'oxygène. Les angles de liaison Cu-O-Cu jouent un rôle important dans la nature des interactions magnétiques[5]. Comme les angles de liaison dans la botallackite sont supérieurs à 90°, les interactions le long des deux types de chaînes sont antiferromagnétiques. Cependant, la configuration triangulaire de spins entre les chaînes peut, selon la force des différentes interactions, entraîner une frustration magnétique, empêchant un ordre à longue distance des spins. Des mesures en température de la susceptibilité magnétique ont montré qu'en dessous de TN = 7,2 K, la botallackite présente un système antiferromagnétique ordonné[6].

Gîtes et gisements

Gîtologie et minéraux associés

La botallackite se trouve dans les gisements cuprifères, dans les zones d'évaporation de l'eau de mer ou à forte concentration en chlore, c'est aussi un produit d'altération des sulfures des dépôts sous-marins des fumeurs noirs.

Minéraux associés :

Gisements producteurs de spécimens remarquables
  • Allemagne
Herzog Julius smelter (slag locality), Astfeld, Goslar, Monts Harz, Basse-Saxe
  • Angleterre
Wheal Cock, Botallack Mine, Botallack, Botallack - Pendeen Area, St Just District, Cornouailles[3]
  • Autriche
Gratlspitz Mt., Brixlegg - Rattenberg, Brixlegg - Schwaz area, Vallée de Inn, Tyrol du Nord, Tyrol[7]
  • Océan Atlantique
Dorsale médio-atlantique, Trans-Atlantic Geotraverse (TAG) hydrothermal field, Trans-Atlantic Geotraverse (TAG) hydrothermal field[8]
  • Écosse
Sandyhills Bay (Southwick Cliffs), Dalbeattie, Dumfries & Galloway (Kirkcudbrightshire)[8]
  • États-Unis
Southwest Mine, Bisbee, Warren District, Monts Mule, comté de Cochise, Arizona[9]
Eagle Picher mine, Creta, Comté de Jackson, Oklahoma[10]
  • France
Mine de Cap Garonne, Le Pradet, Var, Provence-Alpes-Côte d'Azur[11]
La Fonderie (lieu-dit), Poullaouen, Finistère, Bretagne[12]

Notes et références
  1. La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
  2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. (en) A.H. Church, « Notes on a Cornish mineral of the atacamite group », J. Chem. Soc., vol. 18,‎ , p. 212-214 (DOI 10.1039/JS8651800212)
  4. ICSD No. 70 101 ; (en) F.C. Hawthorne, « Refinement of the crystal structure of botallackite », Mineralogical Magazine, vol. 49,‎ , p. 87-89 (lire en ligne)
  5. (en) Y. Mizuno, T. Tohyama, S. Maekawa, T. Osafune, N. Motoyama, H. Eisaki et S. Uchida, « Electronic states and magnetic properties of edge-sharing Cu-O chains », Phys. Rev. B, vol. 57, no 9,‎ , p. 5326–5335 (DOI 10.1103/PhysRevB.57.5326)
  6. (en) X.G. Zheng, Takashi Mori, Kusuo Nishiyama, Wataru Higemoto, Hiroshi Yamada, Keiko Nishikubo et C.N. Xu, « Antiferromagnetic transitions in polymorphous minerals of the natural cuprates atacamite and botallackite Cu2Cl(OH)…3 », Phys. Rev. B, vol. 71, no 17,‎ , p. 174404 (DOI 10.1103/PhysRevB.71.174404)
  7. (de) G. Schnorrer et R. Poeverlein, Schwaz-Brixlegger Fundstellen. 6. Die Minerale des Gratlspitz bei Brixlegg in Tirol. Aufschluss 59, 2008, p. 7-28
  8. (en) John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh et Monte C. Nichols, The Handbook of Mineralogy : Halides, Hydroxides, Oxides, vol. III, Mineral Data Publishing, (lire en ligne), p. 73.
  9. (en) Richard W. Graeme, « Bisbee (Arizona) Revisited: An Update on the Mineralogy of This Famous Locality », Mineralogical Record, vol. 24, no 6,‎ , p. 421-436
  10. Rocks & Min, vol. 72, 1997
  11. « Liste alphabétique des minéraux de la mine de Cap Garonne », sur Musée de la Mine de Cap Garonne (consulté le )
  12. P. Le Roch collection

Bibliographie
  • (en) N. Story Maskelyne, « On New Cornish Minerals of the Brochantite Group », Proc. R. Soc. Lond., vol. 14,‎ , p. 86-89 (DOI 10.1098/rspl.1865.0024, lire en ligne)
  • (de) Zepharovich, dans Königliche Akademie der Wissenschaften, Vienne, Sitzber. 68, 1873, p. 130
  • (en) C. Frondel, « On paratacamite and some related copper chlorides », Mineralogical Magazine, vol. 29,‎ , p. 34-45
  • (en) « New mineral names; Discredited minerals; New data », American Mineralogist, vol. 36, nos 3-4,‎ , p. 384 (lire en ligne)
  • (en) Charles Palache, Harry Berman et Clifford Frondel, The System of Mineralogy of James Dwight Dana and Edward Salisbury Dana, Yale University 1837–1892, vol. II : Halides, Nitrates, Borates, Carbonates, Sulfates, Phosphates, Arsenates, Tungstates, Molybdates, etc., New York (NY), John Wiley & Sons, , 7e éd., 1124 p., p. 76-77
  • (en) W. Krause, « X-ray powder diffraction data for botallackite », Powder Diffraction, vol. 21, no 1,‎ , p. 59-62 (DOI 10.1154/1.2104548)
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