Classe minérale des carbonates

Les carbonates sont tous les minéraux composés de la combinaison de carbone, d’oxygène et d’un élément métallique, à l’aide du complexe anionique (CO₃)^2-. Les minéraux carbonatés contiennent ce complexe anionique, qui est triangulaire dans sa coordination, c’est-à-dire avec un atome de carbone au centre et un atome d’oxygène dans chacun des coins d’un triangle équilatéral.

Ces groupes anioniques sont étroitement liés et ne partagent pas d’atomes d’oxygène entre eux. Les groupes carbonatés triangulaires sont les éléments constitutifs de base de tous les minéraux carbonatés et sont en grande partie responsables des propriétés particulières de cette classe.

Les carbonates sont fréquemment identifiés à l’aide du test d’effervescence acide. La réaction qui produit le bouillonnement caractéristique, utilise le fait que les liaisons carbone-oxygène des groupes CO₃ ne sont pas aussi fortes que les liaisons carbone-oxygène correspondantes dans le dioxyde de carbone.

1. Carbonates anhydres et hydratés

Les carbonates anhydres communs sont divisés en trois groupes qui diffèrent par le type de structure: calcite, aragonite et dolomite. Les carbonates de cuivre azurite et malachite sont les seules variétés hydratées notables.

Certains membres du groupe de la calcite partagent un type de structure commun. Il peut être considéré comme un dérivé de la structure NaCl dans laquelle les groupes CO₃ remplacent les ions chlore et les cations calcium remplacent les cations sodium.

En raison de la forme triangulaire des groupes CO₃, la structure est rhomboédrique plutôt qu’isométrique comme dans NaCl. Les groupes CO₃ sont dans des plans perpendiculaires à la triple caxis, et les ions calcium occupent des plans alternés et sont attachés à six atomes d’oxygène des groupes CO₃.

2. Groupe des calcites

Les membres du groupe de calcite présentent une division rhomboédrique parfaite. La composition de CaCO₃ se produit le plus souvent dans deux polymorphes différents : la calcite rhomboédrique avec du calcium entouré de six atomes d’oxygène plus proches et l’aragonite orthorhombique avec du calcium entouré de neuf atomes d’oxygène plus proches.

3. Groupe des aragonites

Lorsque les groupes CO₃ se combinent avec de grands cations divalents et des structures orthorhombiques en résultent. C’est ce qu’on appelle le type de structure aragonite. Les membres de ce groupe comprennent ceux qui ont de gros cations: BaCO₃, SrCO₃ et PbCO₃. Chaque cation est entouré de neuf atomes d’oxygène plus proches.

Le groupe aragonite présente une solution solide plus limitée que le groupe calcite. Le type de cation présent dans les minéraux d’aragonite est en grande partie responsable des différences de propriétés physiques entre les membres du groupe. La densité spécifique, par exemple, est approximativement proportionnelle au poids atomique des ions métalliques.

4. Groupe des dolomites

La dolomite, la kutnahorite et l’ankérite sont trois membres isostructuraux du groupe des dolomites. La structure de la dolomite peut être considérée comme une structure semblable à la calcite dans laquelle les cations magnésium et calcium occupent les sites métalliques en couches alternées. Les ions calcium et magnésium diffèrent en taille de 33%, ce qui produit un ordre avec les deux cations occupant des niveaux spécifiques et séparés dans la structure.