Na 2 [Si 3 Al 2 O 10 ] 2H 2 O. KCa[Si 5 Al 3 O 16 ] 6H 2 O. Ca[Si 7 Al 2 O 18 ] 7H 2 O. Na 6 [Si 30 Al 6 O 72 ] 24H 2 O

Transkript

1 1 Tektosilikate Überblick 1. SiO 2 -Gruppe Quarz (hoch - tief) Tridymit Cristobalit Coesite Stishovit Opal 2. Feldspat-Gruppe Alkalifeldspäte K[Si 3 AlO 8 ] Plagioklasreihe Na[Si 3 AlO 8 ] Ca[Si 2 Al 2 O 8 ] 3. Feldspatoide-Gruppe (Foide) Leucit K[Si 2 AlO 6 ] Nephelin (Na,K)[SiAlO 4 ] Sodalith Na 8 [(SiAlO 4 ) 6 /Cl] Nosean Na 8 [(SiAlO 4 ) 6 /(SO 4 )] Hauyn (Na,Ca) 8-4 [(SiAlO 4 ) 6 /(SO 4 )] Skapolit-Gruppe Marialit Na 4 [Si 3 AlO 8 ] 3 Cl Meionite Ca 4 [Si 2 Al 2 O 8 ] 3 CO 3 5. Zeolith-Gruppe Analcim Natrolith Phyllipsit Chabasit Desmin (Stilbit) Clinoptilolit Faujasit Na[Si 2 AlO 6 ] H 2 O Na 2 [Si 3 Al 2 O 10 ] 2H 2 O KCa[Si 5 Al 3 O 16 ] 6H 2 O Ca[Si 4 Al 2 O 12 ] 6H 2 O Ca[Si 7 Al 2 O 18 ] 7H 2 O Na 6 [Si 30 Al 6 O 72 ] 24H 2 O Na 12 Ca 12 Mg 11 [Si 134 Al 58 O 384 ] 235H 2 O

2 2 Tektosilikate Allgemeine Struktur Ableitung der Gerüststruktur [SiO2], jedes Si ist mit 4 Sauerstoffen, jeder Sauerstoff ist mit 2 Si-Atomen verbunden. Ersatz von Si4+ durch Al3+ Alumogerüstsilkate Begriffe 1. Modifikation: gleicher Chemismus, unterschiedliche Struktur (Gitterbau) 2. Varietät: gleiche Struktur, ±gleicher Chemismus, aber unterschiedliche Färbung 3. rekonstruktiver Gitterumbau: völliger Umbau der Struktur, nicht reversibel; z.b. Tiefquarz Tieftridymit 4. displaziver Gitterumbau: geringfügige Änderungen in Struktur, reversibel; z.b. Tiefquarz Hochquarz

3 3 Quarz Modifikationen Bei SiO 2 sind Niedrigdruck- und Hochdruckmodifikationen bekannt: Tief-Quarz, α-sio 2 Struktur: trigonal Härte: 7! Morphologie: Verzwilligung: prismatische Kristalle; hexagonales Prisma mit Querstreifung; positives und negatives Rhomboeder; winzige Trapezoederflächen. Rechts- und Linksquarze durch schraubenartige Struktur bei natürlichen Kristallen häufig, nur durch Entwicklung der kleinen Trapezoederflächen makroskopisch unterscheidbar odauphineer-gesetz obrasilianer-gesetz ojapaner-gesetz (84 Verzwillingung von zwei Individuen)

4 4

5 5 Varietäten des Tief-Quarzes 1. - Bergkristall farblos, wasserklar durchsichtig Kristalflächen, Drusen, bis zu m-größe Klüften, Hohlräumen 2. - Amethyst violett durchscheinend (Einlagerungen von Fe 3+ ) Kristaldrussen 3. - Rosenquarz rosarot durchscheinend, milchig-trüb (eingelagerten Nädelchen TiO 2 ) grobkörniger Aggregaten 4. - Rauchquarz rauchbraun, durchsichtig (Punktdefekte oder Al 3+, infolge natürliche radioaktiver Bestrahlung) 5. - Citrin zitronengelb, durchsichtig (ionisierende Strahlung) 6. - Gemeiner Quarz farblos, trüb wesentlicher Gemengteil in zahlreichen Gesteine 7. - Milchquarz milchig-trüb (viele winzige Flüssigkeitseinschlüsse) Mikrokristallinen Varietäten 1. - Chalcedon parallelfasserig, mikro- und kryptokristallin glaskopfartig, traubig-nierige Oberfläche aus eine Kieselsäuregel entstanden Karneol Achate Onyx fleischfarbig rhythmisch gebändert schwarzweiß gebändert 2. - Jaspis-Gruppe feinkörnig mikrokristallin Massen sind spröde und brechen muschelig Jaspis Flint intensiv braun, rot, gelb (Hämatit) Dunkel, Knollenform, Konkretion,

6 6 Tektosilikate Mikroskopbild von Chalcedon Flussigkeitseinschlüß in Tief-Quarz

7 7 Hoch-Quarz, β-sio 2 Struktur: hexagonal Härte: 7! Morphologie: hexagonaler Bipyramide ± gedrungenes Prisma Einsprenglinge in vulkanischen Gesteinen Tridymit, Cristobalit vor allem in Blasenhohlräumen vulkanischer Gesteine Coesit, Stishovit Hochdruckmodifikationen! Stishovit (Si [6!] O 2 )Si in oktaedrische Koordination!, nur in Meteoritenkratern Coesit auch in Hochdruckgesteinen Opal, SiO 2. nh 2 O Struktur: amorph bis kryptokristallin, entweder röntgenographisch amorph oder fehlgeordnete Bereiche von Tridymit und Cristobalit Chemismus: 4-9 Gew. % Wasser Morphologie: amorph, glasartig, dicht; nierig-traubig Ausbildung: muscheligerbruch Härte Dichte g cm -3 Vorkommen: Zersetzungsprodukt junger vulkanischer Gesteine; Ausscheidugn aus hydrothermalen Lösungen (Sinter, Geysire); Bestandteil gesteinsbildender Organismen (Diatomeen, Radiolarien) Zahlreiche Varietäten: besonders wertvoll ist der Edelopal; intensives Farbenspiel (Opalisieren)durch kugelförmige Mikrooberfläche

8 8 Vorkommen von Quarz 3. nach Feldspäten das häufigste Mineral der Erdkruste! 4. Magmatisch - pegmatitisch - hydrothermal 5. SiO 2 - ge- und übersättigte Plutonite und Vulkanite 6. Hochquarz nur in Vulkaniten 7. Sedimentär: Quarzsande, Kiese 8. Metamorph: bei der Umwandlung Quarz-führender Magmatite und Sedimente; Durchläufermineral Quarz als Rohstoff 1. Glaserzeugung: Spezialgläser 2. Keramik- und Feuerfestindustrie: Silikasteine 3. Baustoffindustrie: Silikatbeton 4. Schleiffmittelindustrie: Carborundum (SiC) 5. Chemische Industrie: 6. Silikone (Schmiermittel, etc.); 7. Silikagel (Trocknungsmittel) 8. Schmuckstein (Amethyst, Achat, Onyx ) 9. Optische Industrie 10. Elektronikindustrie: Schwingquarze(piezzoelektrischer Effekt)

9 9 Feldspäte Feldspäte sind die häufigsten gesteinsbildenden Minerale der Erdkruste! Gerüststruktur ableitbar von [SiO 2 ]. Ersatz von Si 4+ durch Al 3+ Alumogerüstsilkate, 25-50% Al statt Si 3 Endglieder: Albit, Na[Si 3 AlO 8 ] Orthoklas, K[Si 3 AlO 8 ] Anorthit, Ca[Si 2 Al 2 O 8 ] 2 Mischungsreihen: Plagioklas-Reihe Alkalifeldspat-Reihe Chemismus Allgemeine Formel: A +1 x B +2 1-x [T +3 2-x Z +4 2+x O 8 ] A = einwertige Kationen; Na, K; Rb, Li, H 3 O + B = zweiwertige Kationen; Ca; Sr, Ba (= Celsian) T = dreiwertige Kationen; Al; Fe 3+, B, Ga Z = vierwertige Kationen; Si

10 10 Struktur Strukturzustand ist neben Chemismus für die Definition und Nomenklatur der Feldspäte wichtig. Ordnungsgrad = statistische bzw. geordnete Verteilung von Si-Al im Gitter Hochtemperatur-Modifikationen: statistische Verteilung höhere Symmetrie Tieftemperatur-Modifikationen: geordnete Verteilung niedriger Symmetrie Entmischung Diffusion im Gitter kontrolliert den Ordnungsgrad; stark abhängig von Temperatur und Abkühlrate! Feldspat Struktur: Kurbelachse hoch Sanidin

11 11 Alkalifeldspäte: Sanidin, monoklin; Hoch-T Kfs (> 500 C); statistische Verteilung Orthoklas, monoklin; Intermediate-T Kfs; teilweise geordnet Mikroklin, triklin; Tief-T Kfs (<500 C); geordnet; mikroskopisch erkennbare Entmischung ( Gitterung ) Perthit-Antiperthit: entmischte Tief-T Kfs (unter 600 C) Plagioklase: Monalbit (monoklin), Hochalbit (triklin): Hoch-T Plg (> 980 C) Tiefalbit (triklin): Tief-T Plg (< 980 C; auch Entmischung (Peristerite)

12 12 Makroskopische Eigenschaften 1. Tracht und Habitus: viele Formen; meist tafeliger Habitus 2. Härte: 6 nach Mohs; 3. sehr gute Spaltbarkeit in mehrere Richtungen 4. Farbe: allgemein hell; Plagioklas auch dunkel; variabel; rosa und rot nur bei Alkalidfeldspat!

13 13 Tektosilikate Zwillinge Zwillingsbildung sehr weit verbreitet: 1. trikline Feldspäte (v.a. Plagioklase): oft polysynthetisch Albitgesetz; Periklingesetz: oft polysynthetische Zwillinge 2. monokline und trikline Feldspäte: oft einfache Zwillinge Karlsbader Gesetz (Durchkreuzungszwillinge) Manebacher Gesetz Bavenoer Gesetz Vorkommen Feldspäte sind die häufigsten gesteinsbildenden Minerale der Erdkruste! Magmatisch: in allen, mit Ausnahme der ultrabasischen Gesteine Metamorph: häufig; besonders in Gneisen und Amphiboliten Alkalifeldspäte vor allem bei höhergradiger Metamorphose z.b. Mus = Kfs + Al2SiO5 + H2O Plagioklase vor allem in Ca-führenden Protolithen Sedimentär: in klastischen Sedimentgesteinen (Wacken, Arkosen) Hydrothermal: typisches Mineral alpiner Klüfte Mondgesteine: genauso häufig wie auf der Erde

14 14 Foide (Feldspatvertreter) Alumogerüstsilkate die in einigen magmatischen (SiO 2 -untersättigten) Gesteinen statt Quarz vorkommen Leucit K[Si 2 AlO 6 ] Struktur tetragonal bzw. kubisch. Lockere Gerüststruktur aus allseitig verknüpften [(Al,Si)O 4 ] Tetraedern; K + in Koordination [12] Ausbildung charakteristische kubische Deltoidikositetraeder (Leucitoeder)

15 15 Eigenschaften Farbe: farblos, grau bis weiß, gelblich Glanz: Glas oder Fettglanz; trüb Härte: Dichte: 2.5 g/cm 3 Spaltbarkeit: keine, muscheliger Bruch Vorkommen nur in SiO 2 -untersättigten Vulkaniten (bei höherem Druck nicht stabil) Verwendung: lokal zur Gewinnung kalihaltiger Düngemittel Nephelin (Na, K)[SiAlO 4 ] Struktur hexagonal, Al: Si = 1:1; 1/4 von Na kann durch K ersetzt werden Ausbildung kurzprismatische Kristalle mit hexagonaler Symmetrie (hex. Prisma und Pinakoid) Eigenschaften Farbe: grau, grün, rötlich Glanz: Glasglanz auf Kristallflächen; Fettglanz auf Bruchflächen Härte: Dichte: 2.6 g/cm 3 Spaltbarkeit: unvolkommen, muscheliger Bruch grobkörnige Varietät (Eläolith) quarzähnlich Vorkommen nur in SiO 2 -untersättigten Magmatiten (Na-dominierte Plutonite und Vulkanite) Verwendung Feldspatersatz in Keramikindustrie; Aluminium-Rohstoff (Kola, Rußland)

16 16 Tektosilikate Sodalith-Reihe Sodalith Nosean Hauyn Na8 [(SiAlO4)6/Cl] Na8 [(SiAlO4)6/(SO4)] (Na,Ca)8-4 [(SiAlO4)6/(SO4)]2-1 Struktur kubisch (= 3Nephelin.NaCl), zusätzlicher Einbau von großen tetraederfremden Anionen (Cl-) oder Anionenkomplexen (SO42-) in die Gerüststruktur Ausbildung meist eingewachsen, körnig in Gesteinen Eigenschaften Farbe: Spaltbarkeit: farblos bis tiefblau! Lapislazuli deutliche Spaltbarkeit; muscheliger Bruch Vorkommen nur in SiO2-untersättigten Magmatiten Skapolit-Reihe

17 17 Zeolith-Gruppe Alumogerüstsilkate mit weitmaschiger Gerüststruktur Einbau von großen Kationen (Na, K, Ca), vor allem aber von Wassermolekülen ( Zeolithwasser ) in Hohlräume und Kanäle Wasser und andere Substanzen können z.t. reversibel abgegeben und wieder aufgenommen werden wichtige technische Anwendungen!

18 Tektosilikate 18 Allgemeine makroskopische Merkmale: helle Minerale, meist farblose geringe Dichte (2-2.4) geringe Härte ( g/cm3) Einteilung nach morphologischer Ausbildung: 1. Faser-Zeolithe (z.b. Natrolith) 2. Blätter-Zeolithe (z.b. Stilbit) 3. Würfel-Zeolithe (z.b. Chabasit)

19 19 Vorkommen 1. Generell: Reaktion von Wässern mit höheren ph-werten bei niedrigen hydrothermalen Bedingungen mit SiO 2 -führenden, meist vulkanischen Gesteinen und Gläsern 2. Schöne Kristalle in Klüften und Hohlräumen durch hydrothermale Veränderung von vulkanischen Gesteinen und Gläsern 3. Diagenese und schwache Metamorphose von SiO 2 -ärmeren Gesteinen; namensgebend für die Zeolith-Fazies! 4. Im lakustrinen Bereich und zwar in alkalischen Seen (ph>9.5) aridsemiarider Klimate 5. In Böden mit hohem ph (Evapotranspiration) 6. In marinen Sedimenten durch Reaktion von Meerwasser mit vulkanischem Material 7. Synthetische Produktion für viele technische Anwendungen! Technische Bedeutung Ionen- und Basenaustauscher (sog. Permutite): Austausch von Kationen Wasserenthärtung (Waschmittel) Behandlung radioaktiver Abwässer ( 137 Cs, 90 Sr) Abwasserreinigung (NH 4, NH 4 + ) Bodenverbesserung (ph-kontrolle, Geruch) Futtermittelzuatz (z.b. Schweinefutter) Molekularsiebe und Trocknungsmittel: Selektive Aufnahme von Molekülen und Atomen bestimmter Größe bzw. von H 2 O durch entwässerte Zeolithe Trocknungsmittel (Kühlmittel, Klimaanlagen, Futtermittel) Gasreinigung (H 2 S Entfernung, auch Hg (v), SO 2, NO x ; HCl bei Cl-Produktion Trennung von Gasgemischen (z.b. Paraffine; Luft->O 2 und N 2) Trennung von Flüßigkeitsgemischen (Trennung von Kohlenwasserstoffen) Katalysatoren: Kohlenwasserstoff-Cracking: (seit 1962 in Anwendung; Produktion ca t/a)