La colemanite (simbolo IMA: Cole) è un minerale raro della classe dei minerali dei "borati". La sua composizione chimica è Ca[B3O4(OH)3]·H2O pp. 343-344 ed è quindi chimicamente un borato di calcio contenente acqua con tre gruppi idrossilati aggiuntivi.
Etimologia e storia La località tipo del minerale è Furnace Creek (nella Valle della Morte, contea di Inyo, California), che appartiene all'area mineraria scoperta nel 1882 da R. Neuschwander, in cui venivano estratti i minerali di boro. R. Neuschwander è ritenuto essere il primo ad aver trovato i primi stadi del minerale già nell'ottobre 1882.
Nel 1883, il "mineralogista di Stato" californiano Henry Garber Hanks descrisse il minerale della Valle della Morte come una varietà cristallina della priceite simile al gesso scoperta nell'Oregon:
Earl Pemberton sottolinea, tuttavia, che il nome proposto da R. Neuschwander è menzionato solo nell'opera di Evans, ma non nella pubblicazione tipografica. Hanks è quindi considerato sia un cercatore che un primo descrittore.
Il nuovo minerale prende il nome dal proprietario della miniera americana, fondatore e pioniere dell'industria del borace in California, William Tell Coleman (1824-1893), che era anche il proprietario della "Harmony Borax Works", dove il minerale fu trovato per la prima volta. Lo stesso Coleman aveva suggerito il nome smithite in onore del suo socio in affari Francis Marion Smith. p. 318 Sebbene un'analisi chimica e un certo numero di proprietà della colemanite fossero già stati compilati nel "Rapporto sui depositi di borace della California e del Nevada" di Hanks, il lavoro di J.T. Evans sulla rivista scientifica americana "Bulletin of the California Academy of Sciences" è considerato la prima descrizione scientifica della colemanite. I cristalli di colemanite, che hanno una dimensione di diversi centimetri, hanno suscitato grande scalpore anche su scala internazionale, tanto che non sorprende la comparsa di diverse opere in tedesco sulle indagini chimiche e cristallografiche di questo minerale già nel 1885.
Come ha dimostrato Anna Hedlik, Gustav Adolph Kenngott è giunto alla conclusione, sulla base delle analisi chimiche di Benjamin Silliman, A.W. Chase e Félix Pisani, che esistesse uno schema uniforme sia per la priceite che per la pandermite così come per il rapporto CaO:B2O3 della colemanite, motivo per cui non ha effettuato una netta separazione di questi minerali. Nel caso di priceite e pandermite, questo era giustificato, poiché entrambi i nomi stanno per lo stesso minerale e pandermite è ora solo un sinonimo di priceite. Henri Buttgenbach (citato in Hermann Steinmetz p. 168) ipotizzò persino l'identità della pandermite e della colemanite sulla base di indagini ottiche. Esper Larsen dimostrò l'identità della priceite e della pandermite, ma considerò la priceite/pandermite da un lato e la colemanite dall'altro come minerali diversi a causa delle diverse proprietà ottiche. Fu solo nel 1948 che Anna Hedlik fu in grado di escludere completamente l'identità della pandermite con la colemanite per mezzo di analisi mediante cristallografia a raggi X.
Un minerale trovato da Arthur Starr Eakle nel 1911, chimicamente identico alla colemanite, ma che si supponeva differisse otticamente e cristallograficamente da esso e che fu chiamato neocolemanite, si rivelò in seguito identico alla colemanite nelle indagini di Arthur Hutchinson.
Il campione tipo per la colemanite non è definito.
Classificazione Nell'ormai obsoleta, ma ancora in uso, 8ª edizione della sistematica minerale secondo Strunz, la colemanite apparteneva alla classe minerale comune di "carbonati, nitrati e borati" e quindi alla divisione di "borati a catena [B2O4]2− a [B6O10]2−", dove insieme a idroboracite e jarandolite formava il "gruppo della colemanite-idroboracite" con il sistema nº V/J.03.
La 9ª edizione della sistematica dei minerali di Strunz, valida dal 2001 e utilizzata dall'Associazione Mineralogica Internazionale (IMA), classifica la colemanite nella classe "6. Borati" e lì nella sottoclasse "6.C Triborati". Questa è ulteriormente suddivisa in base alla struttura cristallina, in modo che il minerale possa essere trovato nella suddivisione "6.CB Ino-triborati" in base alla sua struttura, dove è l'unico membro del gruppo senza nome 6.CB.10.
Anche la classificazione dei minerali secondo Dana, che viene utilizzata principalmente nel mondo anglosassone, classifica la colemanite – come l'obsoleta sistematica di Strunz – nella classe comune di "carbonati, nitrati e borati" e lì nella sottoclasse e nella suddivisione con lo stesso nome dei "borati contenenti acqua con ossidrile o alogeno". Qui è l'unico membro del gruppo senza nome 26.03.05.
Chimica Un'analisi chimica di una colemanite della Valle della Morte ha prodotto il 27,31% di ossido di calcio (CaO), lo 0,10% di ossido di magnesio (MgO), il 50,70% di anidride borica (B2O3) e il 21,87% di acqua (H2O). Le analisi chimiche pubblicate sulla colemanite sono di solito relativamente vecchie, i valori citati provengono da una determinazione del 1887. Tredici analisi con microsonda della colemanite hanno prodotto medie del 25,38% di ossido di calcio; 0,26% di silice (SiO2); 0,16% ossido di sodio (Na2O); 0,07% di ossido di alluminio (Al2O3); 0,01% di ossido di potassio (K2O); 0,01% di ossido ferroso (FeO); 0,01% di ossido di magnesio e 0,01% di biossido di titanio (TiO2) (contenuto di boro assunto tramite stechiometria e bilancio di massa). Da essi, la formula empirica Ca0,99Na0,01B3,00O4(OH)3·H2O, che porta a Ca[B3O4(OH)3]· H2O e richiede il 27,28% di ossido di calcio, 50,81% di anidride borica e 21,91% di acqua.
In particolare, i cristalli di colemanite turca hanno un contenuto di arsenico sotto forma di As3+ e/o As5+, che può arrivare fino a 125 ppm e che si pensa essere responsabile della fluorescenza di questi cristalli.
La colemanite è chimicamente simile all'idroboracite, CaMg[B3O4(OH)3]2·3H2O, ma non ha un contenuto di magnesio efficace nella formula ed è anche significativamente più povera di acqua di cristallizzazione. I minerali: inyoite ( Ca[B3O3(OH)5]·4H2O) meyerhofferite (Ca[B3O3(OH)5]·H2O) nifontovite (Ca2[B3O3(OH)6]2·2H2O) tertschite (Ca2[B5O7(OH)5]·7H2O) ginorite (Ca2[B14O20(OH)6]·5H2O),
sono tutti significativamente più ricchi di acqua della colemanite e hanno anche una struttura diversa.
Abito cristallino La colemanite cristallizza nel sistema monoclino nel gruppo spaziale P21/a (gruppo n. 14, posizione 3) con i parametri del reticolo a = 8,71 Å, b = 11,25 Å, c = 6,09 Å, e β = 110,12° e quattro unità di formula per cella unitaria.
Nella colemanite, gli anelli angolari , ciascuno costituito da due tetraedri [BO3OH] e da un gruppo planare [BO2OH], formano catene di borato a forma di onda parallele all'asse . Anche le catene di poliedri CaO3(OH)4H2O corrono parallele a . Entrambi i tipi di catene sono collegati da angoli e bordi comuni e formano strati stabili in parallelo (010). La connessione tra questi strati è debole e, insieme a una rete di legami idrogeno, è costituita da un piccolo numero di collegamenti B-Φ-Ca. Questo composto debole è responsabile della scissione perfetta della colemanite secondo {010}. Ogni atomo di calcio è dodecaedrico circondato da otto anioni. pp. 41–116 Le analisi della colemanite sia con la spettroscopia Raman che con la spettroscopia infrarossa sono caratterizzate da più bande d'acqua oscillanti di allungamento, indicando che l'acqua svolge un ruolo importante nella struttura di questo minerale.
La colemanite è isostrutturale della calciborite e dell'idroboracite.
Proprietà Morfologia Abraham Wendell Jackson aveva già stabilito nel 1884 che tutti i cristalli di colemanite della località tipo hanno un abito cristallino molto complesso e che uno dei cristalli ha non meno di 24 diverse forme di cristallo. Jackson fu il primo in assoluto a esaminare i cristalli di colemanite della California. Tuttavia, fu solo più tardi che apprese che il materiale che esaminò proveniva solo in misura minore dalla località tipo, ma principalmente da depositi nelle montagne di Calico nel deserto del Mojave, nella contea di San Bernardino (California).
Artur S. Eakle, che esaminò anche il materiale del distretto di Calico e trovò 47 diverse forme superficiali sui cristalli, distinse quattro varianti tipiche dell'habitus tra i cristalli di colemanite.
In generale, la colemanite è uno dei minerali più ricchi di forme in assoluto, insieme alla calcite.
La colemanite si trova anche in aggregati che sono stati descritti in particolare da depositi turchi. Oltre ai pezzi di sfaldamento chiaramente trasparenti, vengono menzionate concrezioni di colemanite quasi sferiche fino a 5 cm di diametro, che hanno strutture a stelo radiale all'interno e corrispondono nella genesi alle simili concrezioni di gesso. Inoltre, sotto forma di "rose di colemanite" fino alla dimensione di un pugno, che assomigliano alle ben note "rose di gesso" e sono da intendersi anche come concrezioni. Un'altra forma è chiamata "bandercolemanite", in cui strati di colemanite spessi fino a 6 cm sono nettamente separati l'uno dall'altro da bande. La colemanite mostra una crescita pronunciata del fusto, i fusti hanno uno spessore fino a 2 mm e sono sempre perpendicolari alla stratificazione della roccia argillosa.
Pseudomorfosi Dalla "Biddy McCarty Mine" della Pacific Coast Borax Company nella Death Valley sono descritte pseudomorfosi di cristalli di inyoite, che si sono formati a seguito della sua disidratazione. Gli aggregati di cristallo pseudoromboedrico, bianchi come la neve e vividamente lucidi, di dimensioni fino a 2 cm di diametro provenienti dalla fossa "Aceb" vicino a Iskeleköy, non lontano da Bigadiç nella provincia turca di Balıkesir, rappresentano anche pseudomorfosi secondo l'inyoite, che sono costruite da innumerevoli sfere di cristallo limpide, ricche di aree che misurano non più di 0,7 × 3 mm con molte cavità.
Dalla "Corkscrew Canyon Mine" nella Death Valley, sono state descritte pseudomorfosi, che sono state create in un modo un po' più complicato. In una prima fase, la meyerhofferite si è formata da cristalli di inyoite autoportanti per disidratazione. In una seconda fase, minuscoli cristalli di colemanite sono stati depositati sulla superficie di questi cristalli di meyerhofferite di nuova formazione. In una terza fase, la meyerhofferite è stata rimossa: ciò che rimaneva erano perimorfosi di colemanite dopo le pseudomorfosi di meyerhofferite a inyoite.
La colemanite sostituisce l'ulexite fibrosa e l'idroboracite, pp. 351-352 ma può anche essere pseudomorfosata dall'idroboracite e dall'howlite. Inoltre, sono noti pseudomorfismi dalla calcite alla colemanite. Come curiosità, la colemanite è stata osservata insieme al bitume in un uovo fossile nella ghiaia del fiume Gila in Arizona.
Proprietà fisiche e chimiche I cristalli di colemanite sono caratterizzati da un'ampia varietà di colori per un minerale borato. Sono state descritte varietà incolori, bianco latte, giallo pallido, giallo, grigio, marrone cannella, marrone chiaro, marrone e nero. La causa delle tonalità brunastre e nere sono microscopici cristalli di minerali di manganese come la birnessite e la todorokite. Il colore dello striscio della colemanite è sempre bianco. Secondo gli indici di rifrazione (nα = 1,586, nγ = 1,614), le superfici dei cristalli traslucidi e trasparenti hanno una lucentezza vetrosa, occasionalmente anche simile a quella di un diamante. Al microscopio, la colemanite è incolore nella luce che vi passa.