Vorlesung. Geomaterialien. Eigenschaften von Mineralen

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1 Vorlesung Geomaterialien Eigenschaften von Mineralen Prof. Dr. Frank E. Brenker Institut für Geowissenschaften Mineralogie JWG-Universität Frankfurt

2 Ziele der heutigen Vorlesung Kennenlernen der Eigenschaften (Erkennungsmerkmale) von Mineralen Vorbereitung auf Klötzchenübung Indizierung von Flächen eines Kristalls

3 Eigenschaften = Erkennungsmerkmale

4 Skizze Mineraliensteckbrief Name: Quarz Varietät: Bergkristall Formel: SiO2 Kristallsystem: trigonal Mohs-Härte: 7 Dichte: 2,6 2,7 Bruch: muschelig Spaltbarkeit: keine Glanz: Glasglanz, auf Bruchflächen Fettglanz Farbe: farblos Morphologie Tracht: Prisma, pos. + neg. Rhomboeder, -Habitus: kurzprismatisch, gedrungen Opazität: durchsichtig Vorkommen: Vulkanite (liquidmagmatisch), Metamorphite, Sedimemte, pegmatitisch, hydrothermale Gänge Besonderheiten: sehr häufig, Prismenflächen meist waagrecht gestreift, ritzt Stahl, unempfindlich ggü. Salzsäure Verwendung: Si-Rohstoff, chem. Industrie (Glas-,Porzellanherstellung), Schwingquarze in Quarzuhren, Ultraschallgeräte, Schmuck

5 Farbe Die Farbe eines Minerals entsteht durch die teilweise Absorbtion des weißen Lichts. Die beobachtete Farbe ist die Farbe der Wellenlänge des Lichts, die am wenigsten absorbiert wird. Beeinflussung durch Kristallstruktur (Anisotropie) möglich.

6 Farbe

7 Farbe Die Farbe eines Minerals entsteht durch die teilweise Absorbtion des weißen Lichts. Die beobachtete Farbe ist die Farbe der Wellenlänge des Lichts, die am wenigsten absorbiert wird. Beeinflussung durch Kristallstruktur (Anisotropie) möglich. Die (gesehene) Farbe hängt dadurch grundsätzlich von der spektralen Zusammensetzung der Beleuchtung ab. Chrysoberyll Varietät Alexandrit BeAl 2 O 4 Tageslicht Kunstlicht

8 2006 Michael C. Roarke, Kunstlicht

9 2006 Michael C. Roarke, Tageslicht

10 2006 Michael C. Roarke, langwelliges UV-Licht

11 Farbe Einfluss der Orientierung des Kristallgitters auf die Lichtabsorption. -> Pleochroismus (Mehrfarbigkeit): Z.B. Cordierit (Mg,Fe 2+ ) 2 (Al 2 Si) [4] [Al 2 Si 4 O 18 ], in Quaderform geschliffen

12 Einige Begriffe: Eigenfarbig (idiochromatisch, selbst gefärbt): z.b. Malachit, Azurit u.a.m. Können ggf. als Pigment verwendet werden.

13 Einige Begriffe: Eigenfarbig (idiochromatisch, selbst gefärbt): z.b. Malachit, Azurit u.a.m. Können ggf. als Pigment verwendet werden. Fremdfarbig (allochromatisch, fremd gefärbt), Betrifft die Mehrzahl aller Minerale! z.b. Amethyst, Turmalin, Granat, Beryll u.a. Farbgebung durch Spurenelemente auf Gitter- und Zwischengitterplätzen, sowie Gitterdefekte. Farbgebende Elemente sind meist Übergangsmetalle, bzw. deren Ionen. Hauptsächlich: Fe 2+, Fe 3+, Mn 2+, Cr 3+,

14 Farbe

15 Einige Begriffe: Eigenfarbig (idiochromatisch, selbst gefärbt): z.b. Malachit, Azurit u.a.m. Können ggf. als Pigment verwendet werden. Fremdfarbig (allochromatisch, fremd gefärbt), Betrifft die Mehrzahl aller Minerale! z.b. Amethyst, Turmalin, Granat, Beryll u.a. Farbgebung durch Spurenelemente auf Gitter- und Zwischengitterplätzen, sowie Gitterdefekte. Farbgebende Elemente sind meist Übergangsmetalle, bzw. deren Ionen. Hauptsächlich: Fe 2+, Fe 3+, Mn 2+, Cr 3+, Farblose (achromatisch): z.b. Diamant, Bergkristall, Gips u.a. Scheinbar gefärbt (pseudochromatisch): Anlauffarben, opalisieren, irisieren, z.b. Opal, Perlmutt >> In der Mineralogie bezeichnet man auch weiß, grau und schwarz als Farbe ("unbunte Farbe"). Farblos ist lediglich ein komplett durchsichtiges Mineral. <<

16 Strichfarbe Die Strichfarbe entspricht der Pulverfarbe des jeweiligen Minerals. Sie wird im Gegensatz zur eigentlichen Farbe des Minerals nicht von Spurenelementen oder Gitterdefekten beeinflusst. Faustregel: Idiochromatisch Allochromatisch Farblos Erze Strich oft ähnlich der Mineralfarbe Strich weiß Strich weiß Strich grau/schwarz Rhodochrosit (rosa) Pyrit (gold glänzend) Strich schwarz Strich weiß Abb.

17 Strichfarbe Die Strichfarbe entspricht der Pulverfarbe des jeweiligen Minerals. Sie wird im Gegensatz zur eigentlichen Farbe des Minerals nicht von Spurenelementen oder Gitterdefekten beeinflusst. Magnetit Strichfarbe rot

18 Glanz Glasglanz - entspricht dem Glanz von einfachem Fensterglas. Beispiel: Quarz (äußere Kristallflächen), sowie die meisten Silikate

19 Glanz Metallglanz - entspricht dem Glanz von poliertem Metall, Beispiel: Hämatit, Pyrit, Antimonit

20 Glanz Diamantglanz - ist der strahlende Glanz, den man von geschliffenen Diamanten und Bleikristallglas kennt. Beispiel: Diamant, Zinnober, Zinkblende

21 Glanz Seidenglanz - weisen Mineralien auf, die einen wogenden Lichtschein zeigen, wie er bei Seide zu beobachten ist. Typisch für faserige Minerale. Beispiel: Asbest, Malachit, einige Faser-Zeolithe

22 Glanz Perlmuttglanz - erinnert an die Innenseite von Muschelschalen (Perlmutt), die einen weißlichen Schimmer mit farbigem Lichtschein zeigen. Beispiel: Hellglimmer (Muskovit, Lepidolith), z.t. Gips, Talk

23 Glanz Fettglanz - erinnert an schimmernde Fettflecken auf Pergamentpapier. Beispiel: Krokoit, Bruchflächen von Quarz

24 Glanz Matt - ist ein Mineral, das fast oder gar keinen Glanz aufweist. Beispiel: Rhodochrosit

25 Glanz Glasglanz - entspricht dem Glanz von einfachem Fensterglas. Beispiel: Quarz (äußere Kristallflächen), sowie die meisten Silikate Diamantglanz - ist der strahlende Glanz, den man von geschliffenen Diamanten und Bleikristallglas kennt. Beispiel: Diamant, Zinnober, Zinkblende Metallglanz - entspricht dem Glanz von poliertem Metall, Beispiel: Hämatit, Pyrit, Antimonit Seidenglanz - weisen Mineralien auf, die einen wogenden Lichtschein zeigen, wie er bei Seide zu beobachten ist. Typisch für faserige Minerale. Beispiel: Asbest, Malachit, einige Faser-Zeolithe Perlmuttglanz - erinnert an die Innenseite von Muschelschalen (Perlmutt), die einen weißlichen Schimmer mit farbigem Lichtschein zeigen. Beispiel: Hellglimmer (Muskovit, Lepidolith), z.t. Gips Fettglanz - erinnert an schimmernde Fettflecken auf Pergamentpapier. Beispiel: Krokoit, Bruchflächen von Quarz Pechglanz - haben z.b. die frisch zerschlagenen Teerbrocken, Beispiel: Uraninit (Pechblende), Gadolinit Harzglanz - weisen Mineralien auf, die an Harz bzw. Kerzenwachs erinnern. Beispiel: Einige Opale Matt - ist ein Mineral, das fast oder gar keinen Glanz aufweist. Beispiel: Rhodochrosit

26 Transparenz - Opazität Durchsichtig Man kann die Zeitung durch lesen Durchscheinend Licht tritt nur noch diffus hindurch, der größte Teil wird absorbiert - Kantendurchscheinend Undurchsichtig Opak Mineral ist völlig undurchsichtig Auch im Dünnschliff (30 µm) undurchsichtig ACHTUNG! Transparenz ist immer abhängig von der Dicke des Materials!

27 Dichte (g/cm 3 ) Faustregel: 1 Wasser bei 3,98 C 2-4 Silikate und die meisten Gesteinsbildenden Minerale (Quarz: 2,65) 4-8 Erzminerale (Sulfide und Oxide) > 8 Metallische Minerale (Pb 11,4 Hg 13,5 Au 17,6 Ir 22,7 )

28 Härte Friedrich Mohs Die Mohs sche Härteskala beschreibt die relative Härte (Ritzhärte) eines Minerals. Mineral Mohshärte Absolute Härte Testmethode Talk 1 2,4 Mit Fingernagel schabbar Gips 2 36 Mit Fingernagel ritzbar Calcit Mit Kupfermünze ritzbar Fluorit Mit Messer gut ritzbar Apatit Mit Messer gerade noch ritzbar Feldspat Mit Stahlfeile ritzbar Quarz Ritzt Glas Topas Korund Diamant Härtestes natürliches Mineral

29 Härte

30 Weitere wichtige Begriffe: Im Gegensatz zu Kristall Chem. einheitliche Zusammensetzung und definiertes Kristallgitter im gesamten Körper Aggregat Aus mehreren, teilweise unterschiedlichen Kristallen bestehend Idiomorph (eigene Gestalt) Kristall wächst unbeeinflußt von äußeren Störfaktoren in seiner natürlichen Gestalt Xenomorph (fremde Gestalt) Kristall wurde in seinem Wachstum behindert (meist durch benachbarte Kristalle) Bruch Trennung eines Kristalls an kristallographisch nicht orientierten Flächen Spaltbarkeit Trennung eines Kristalls an kristallogr. orientierten Flächen (hkl) Kristallzwilling Gesetzmäßige Verwachsung von Kristallen der selben Art -> Zwillingsgesetze Verwachsung Unregelmäßige Berührung zweier oder mehrerer Kristalle

31 Bruch Bsp. muschelig

32 Mineralnamen

33 Historische Mineralnamen vs. moderne Mineralnamen Moderner Name Hist. Name Hist. Alternative Namen Calcit Kalkspat Doppelspat, Islandspat, Papierspat, Kanonenspat Pyrit Schwefelkies Katzengold, Narrengold Chalkopyrit Kupferkies Kupfereisenerz, Gelbkupfererz Sphalerit Zinkblende Rubinblende, Honigblende, Blende Galenit Bleiglanz Würfelerz Fluorit Flussspat Hüttenspat, Säurespat

34 Nachteile historischer Namen: Keine einheitliche Nomenklatur, bedingt durch: regionale Sprachunteschiede. Viele Namen stammen aus dem Mittelalter Unkenntnis der chemischen Zusammensetzung Beispiel: Platin span. Silberchen -> unreifes Silber Mystifizierung und Missverständnisse Beispiel: Selenit. Im engl.-sprachigen Raum verbreitet für Gips Nach der gr. Mondgöttin Selene benannt, enthält jedoch KEIN Selen! teils blumige Phantasie der Namensgeber Beispiel: Proustit lichtes Rotgültigerz Pyrargyrit dunkles Rotgültigerz

35 Vorteile historischer Namen: Historische Namen sind meist leichter zu merken, da sie Hinweise enthalten, auf: Chemische Zusammensetzung Makroskopisch sichtbare Eigenschaften, wie Spalt- und Bruchverhalten Reflexionsvermögen Farbe Form Weitere Charakteristika, wie z.b. Geruch und Geschmack z.b. Stinkspat z.b. Bittersalz

36 -SPAT von altdt. spätig -> spalten Spätig bezeichnet ein Mineral mit guter Spaltbarkeit in mehreren Richtungen. Die Kristalle sind meist Transparent oder durchscheinend, mit vielen glänzenden, glatten Bruchflächen. Flussspat (Fluorit) CaF 2 Kalkspat (Calcit) CaCO 3 Feldspat Mischkristalle von Albit NaAlSi 3 O 8 Anorthit CaAl 2 Si 2 O 8 und Orthoklas KAlSi 3 O 8 Alle Abb.

37 -KIES Bergmännisch: hartes, Schwefel (S)- und Arsen (As)-haltiges Erz mit starkem Metallglanz. Kupferkies (Chalkopyrit) CuFeS 2 Schwefelkies (Pyrit) FeS 2 Arsenkies (Arsenopyrit) FeAsS Alle Abb.

38 -GLANZ Mildes, geschmeidiges Erz mit metallischem Erscheinungsbild -> geringe Härte Bleiglanz (Galenit) PbS Alle Abb. Silberglanz (Akanthit) Ag 2 S

39 -BLENDE Alter Bergbaubegriff. Erz, welches aufgrund seines Glanzes ein anderes Mineral vorspiegelte; Sinnverwandt mit heimtückisch, verwechselbar. Vermutlich in Bezug auf Silbererze wie: Zinkblende (Sphalerit) (Zn,Fe)S Alle Abb. Proustit Pyrargyrit Ag 3 AsS 3 Ag 3 SbS 6 (Lichtes Rotgültigerz) (dunkles Rotgültigerz)

40 Wachstumsformen von Mineralen Einzelkristalle und Aggregate

41 Isometrisch Gleich schnelles Wachstum in alle Richtungen. Typisch für alle kubischen Minerale, kann aber auch andere Kristallklassen Betreffen. Normal länglich wachsende Kristalle mit isometrischem Habitus werden auch als gedrungen bezeichnet. Fluorit Quarz Pyrit Granat (Spessartin) Galenit (Bleiglanz) Alle Abb.

42 Stängelig, säulig, prismatisch Schnellstes Wachstum in nur eine Richtung. Bevorzugt parallel der C-Achse. Quarz (Bergkristall) Beryll (Smaragd) Diopsid Korund (Rubin) Beryll (Aquamarin) Gips Alle Abb.

43 Nadelig, strahlig Extrem gestreckte, sehr dünne Kristalle. Rutil auf Hämatit Aktinolith Millerit Rutil Malachit Alle Abb.

44 Büschelig, radialstrahlig Wachstum nadeliger Kristalle, radial ausgehend von einem Kristallisationszentrum. Goethit Malachit Cavansit Wirrstrahlig, filzig Ungeordnetes Wachstum nadeliger Kristalle Aragonit Gips Natrolith Alle Abb.

45 Kugelig, knollig, nierig, allg. botryoidal Rundliche polykristalline Mineralaggregate mit radialstrahligem oder/und konzentrischen Innenaufbau. Prehnit Calcit Malachit Wavellit Alle Abb.

46 Kugelig, knollig, nierig, Spezialform Glaskopf Typisch bei Fe-Mn-Erzen mit starkem, metallischen Glanz. Hämatit brauner Glaskopf -> Strichfarbe braun! Goethit schwarzer Glaskopf -> Strichfarbe schwarz! Alle Abb.

47 Faserig Ungeordnete oder parallele Aggregate von extrem dünnen Kristallen. Sie zeigen meist einen seidigen Glanz und sind oft elastisch und biegsam. Boulangerit Chrysotil (Asbest) Malachit Gips Riebeckit (Asbest) Alle Abb.

48 Tafelig, plattig, blättrig Deutlich verlangsamtes Wachstum in eine Richtung. Auch hier oft parallel zur C-Achse. Biotit Muskovit Baryt Baryt Wulfenit Alle Abb.

49 Dendritisch von griech. Dendros = Baum Pseudofossilien Aggregat aus vielen, oft parallel verwachsenen Einzelkristallen. Fe, Mn Ausscheidung auf Kalkplatte Hämatit Kupfer Alle Abb. Silber, dendritisch Silberlocken, drahtförmig

50 Weitere Wachstumsformen Gediegen Chem. Elemente, die in der Natur in Reinform vorkommen. Hauptsächlich Pt, Au, Ag, Cu, As Derb Mineral oder Mineralaggregat ohne erkennbare Kristallflächen. Meist nur von Bruchflächen begrenzt. Gold Bornit Alle Abb.

51 Weitere Wachstumsformen Stufe Verwachsung von frei kristallisierten, gut ausgebildeten Kristallen. Druse / Geode Mit Kristallen gefüllter Gesteinshohlraum Vanadinit auf Baryt Mit Quarz überwachsene Achat-Geode Alle Abb.

52 Zur Recherche: Stichwortsuche z.b.: Mineralname, Fachbegriff, Fundort, etc.

53 Einteilung der Minerale nach ihrer Kristallchemie (nach STRUNZ) STRUNZ, 9. Auflage von 2001 (aktuell) Karl Hugo Strunz Elemente Au, Ag, Cu, C 2. Sulfide (+ Sulfosalze) -S, -S 2, -S 3 Erze 3. Halogenide -F, -Cl, -Br, -I Salze 4. Oxide, Hydroxide -O, -O 2, -O 3, -OH Erze 5. Carbonate (+ Nitrate) -CO 3 Sedimentgesteine (Kalk), Erze 6. Borate 7. Sulfate -SO 4 Sedimentgesteine (Gips) 8. Phosphate (+ Arsenate, Vanadate) PO 4 Erz (Phosphatdünger) 9. Silikate (+ Germanate) Si x O y Hauptbestandteil der Erdkruste und -Mantel 10. Organische Verbindungen

54 Wiederholung Benennung von Flächen Zur eigenen Aufarbeitung der Übung

55 Flächen - Form

56 Flächen Form - Symmetrie

57 Flächen Form - Symmetrie

58 Flächen Form = (0 0 1)

59 (0 1 0) Flächen Form - Symmetrie (0 0 1)

60 (0 1 0) Flächen Form - Symmetrie (0 0 1)

61 Flächen Form = (0 2 1)

62 (0 1 0) Flächen Form - Symmetrie (0 0 1) (0 2 1)

63 Flächen Form - Symmetrie