Silikatstrukturen mit isoliert (nicht verknüpft) auftretenden SiO 4 -Tetraedern

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1 Nesosilikate 1 NESOSILIKATE - Überblick Silikatstrukturen mit isoliert (nicht verknüpft) auftretenden SiO 4 -Tetraedern Olivin-Gruppe, orthorhombisch siehe Einf. Min. Pet! Forsterit Mg 2 SiO 4 Fayalit Fe 2 SiO 4 Granat-Gruppe, kubisch siehe Einf. Min. Pet! Pyrop Mg 3 Almandin Fe 3 Pyralspit-Reihe Spessartin Mn 3 Uwarowit Ca 3 Cr 2 Grossular Ca 3 Ugrandit-Reihe Andradit Ca 3 Fe 2 Zirkon, Zr ], tetragonal SiO 5 -Gruppe Andalusit Sillimanit Kyanit (Disthen) Topas, [(F 2 )/SiO 4 ], orthorhombisch Staurolith, orthorhombisch Chloritoid, monoklin bzw. triklin Titanit (Sphen) monoklin

2 Nesosilikate 2 Olivin-Gruppe (Mg,Fe) 2 SiO 4 orthorhombisch 2 m 2 m 2 m Ausbildung und Eigenschaften: siehe Einführung M.P. und Übungsunterlagen! Struktur: annähernd hexagonal dichteste Kugelpackung der Sauerstoffe // (100); Si [4] in kleineren tetraedrischen, Fe und Mg [6] in den größeren oktaedrischen Lücken. Kristallform und Struktur von Olivin (aus Matthes, 1996). Chemismus: isomorphe Mischkristallreihe (engl. solid solution) zwischen den beiden Endgliedern Forsterit Mg 2 SiO 4 Fayalit Fe 2 SiO 4 In den meisten Gesteinen ist Olivin Mg-reich (70-90 Mol. % Fo); diadocher Einbau von Ni 2+ und Mn 2+ in die Struktur.

3 Nesosilikate 3 Das binäre System Forsterit Fayalit Das binäre System Forsterit Fayalit (bei 1 atm). aus Matthes (1996). Vorkommen: Magmatisch: wichtiges gesteinsbildendes Mineral in dunklen magmatischen Gesteinen Hauptmineral im oberen Erdmantel! ultramafische Gesteine (vor allem Peridotite; z.b. Olivinbomben von Kapfenstein, Oststeiermark mafische Plutonite (Gabbro) und Vulkanite (Basalt) Metamorph: in Mg-reichen Kalksilikatgesteinen Umwandlung: Er wandelt sich unter H 2 O-Aufnahme leicht in Serpentin-Minerale (siehe Phyllosilikate) und bei Vorhandensein von CO 2 auch in Magnesit um. Verwendung: Mg-reicher Olivin als Rohstoff für die Feuerfestindustrie (Forsteritziegel; Sande) Schmuckstein: sog. Chrysolith oder Peridot

4 Nesosilikate 4 Granat-Gruppe kubisch 4 m 3 2 m Ausbildung und Eigenschaften: siehe Einführung M.P. und Übungsunterlagen! Struktur und Chemismus: Allgemeine Formel: A 3 2+ B 2 3+ A = Mg, Fe 2+, Mn 2+, Ca in [8] Koordination; B = Al, Fe 3+, Cr 3+ in [6] Koordination Endglieder: Pyrop Mg 3 Almandin Fe 3 Pyralspit-Reihe Spessartin Mn 3 Uwarowit Ca 3 Cr 2 Grossular Ca 3 Ugrandit-Reihe Andradit Ca 3 Fe 2 Darstellung wichtiger Mischkristallbildungen der Granat-Gruppe (aus Klein, 2002) Hydrogrossular: Einbau von bis 8.5 % Wasser möglich, 4(OH)<->SiO 4

5 Nesosilikate 5 Vorkommen: Almandin-reicher Granat ist ein weit verbreitete gesteinsbildendes Mineral, vor allem in Metamorphiten mit mittlerem Metamorphosegrad (Schiefer, Gneis, Amphibolit) gemeinsam mit Glimmern, Al2SiO5-Mineralen, Staurolith etc.; wichtiges Indexmineral für die Gliederung der Metamorphose; als Schwermineral auch in daraus durch Verwitterung gebildeten klastischen Sedimenten Pyrop-reicher Granat in Mantelgesteinen (Granat-Peridotit, Kimberlit) und metamorphen Hochdruckgesteinen (Eklogit) Spessartin-reicher Grant in Pegmatiten, in Skarngesteinen und Mn-reichen Metamorphiten Grossular- und Andradit reicher Granat entsteht bei der Regional- und Kontaktmetamorphose von unreinen Ca-reichen Gesteinen z.b. 3CaCO 3 +3SiO 2 +Fe 2 O 3 = Ca 3 Fe 2 SiO 3 + 3CO 2 Melanit ist ein Ti-reicher Andradit, in Alkali-reichen Magmatiten Uwarowit: Metamorphose von Cr-reichen Gesteinen, vor allem in metamorphen Cr- Lagerstätten Verwendung: Schmuckstein: vor allem Pyrop (Trachtenschmuck; Böhmischer Granat ); Demantoid (grüner Andradit) ist wegen der gelbgrünen Farbe geschätzt; wichtig als Abrasiva für Schleifmittelindustrie

6 Nesosilikate 6 Zirkon Zr [8] ] tetragonal 4 m 2 m 2 m Ausbildung: kurzsäulig prismatische Kristalle meist eingewachsen in Gestein; häufig Kombinationen von Prisma und Dipyramide Eigenschaften: Spaltbarkeit, Bruch: {100} unvollkommen; muschelig Härte: 7.5 Dichte: 4.7 g/cm 3 Farbe, Glanz: braun, farblos, gelb, orange; Diamant Fettglanz Strich: farblos; durchscheinend, selten durchsichtig Kristallstruktur und Morphologie von Zirkon (aus Klockmann, 1980) Struktur: Zr 4+ in [8] Koordination mit den Sauerstoffen der Tetraeder, die spiegelsymmetrisch und nach vierzähligen Schraubenachsen angeordnet sind; Gitter wird durch radioaktive Strahlung zerstört > Metamiktisierung Chemismus: Einbau von U, Th und Pb -> Bedeutung für die Altersbestimmung zirkonführender Gesteine; auch Einbau des sehr seltenen Elementes Hafnium (Hf), das keine eigenen Minerale bildet. Thorit ThSiO 4 ist isotyp mit Zirkon. Vorkommen: weit verbreitet als akzessorischer Gemengteil im intermediären bis sauren Magmatiten und Metamorphiten; als Schwermineral in Sedimenten und Seifen Verwendung: Gewinnung von Zr und Hf; Zr als Legierungsmetall (Ferrozirkon), Reaktormaterial, ZrO 2 als säure- und hochfeuerfestes Material; Glasuren für Keramik und Glas; Edelstein (rot-oranger Hyazinth)

7 Nesosilikate 7 Topas Al [6] 2 [F 2 /SiO 4 ] orthorhombisch Ausbildung: flächenreiche rhombische Kristalle, Tracht und Habitus sehr verschieden; oft längsgestreifte Vertikalprismen, Längsprismen und rhombische Dipyramide; stengelige Aggregate (Varietät: Pyknit); derb, körnig Kristallformen von Topas (aus Matthes, 1996) Eigenschaften: Spaltbarkeit, Bruch: {001} vollkommen; muschelig Härte: 8! Defintionsmineral Dichte: 3.5 g/cm 3 Farbe, Glanz: farblos, hellgelb, weingelb, hellblau etc.; Glasglanz; durchsichtig bis durchscheinend Struktur und Chemismus: dichte Packung von Sauerstoffen und F-Anionen; Si in tetraedrischen [4], Al in oktaedrischen [6] Lücken; wichtiges F-Mineral! Vorkommen: typisches Mineral pneumatolytischer Prozesse: gemeinsam mit Kassiterit, Li- Glimmern etc. an Granite, Pegmatite, Greisen gebunden; sekundär in Seifen Verwendung: Edelstein: Edeltopas (Anmerkung: die Farbe der hellblauen Edeltopase ist fast immer auf künstliche Bestrahlung zurückzuführen)

8 Nesosilikate 8 SiO 5 -Gruppe (Aluminium-Silikate) - Überblick trimorphe Gruppe mit den Mineralien Andalusit Al [6] Al [5] [O SiO 4 ] orthorhombisch Sillimanit Al [6] Al [4] [O SiO 4 ] orthorhombisch Kyanit (Disthen) Al [6] Al [6] [O SiO 4 ] triklin Eigenschaften: Härte Dichte g/cm 3 Farbe Andalusit grau, rosa, rot Sillimanit weiß, braun Kyanit 5.5-7! 3.6 blau Struktur: Strukturen der SiO 5 Modifikationen (aus Klockmann, 1980)

9 Nesosilikate 9 Stabilitätsdiagramm: Stabilitätsdiagramm der SiO 5 Minerale (aus Matthes, 1996) Vorkommen: generell in Al-reichen Metamorphiten (Metapelite etc.); siehe unten Verwendung: Brennen bei C führt zur Bildung von Mullit 3 SiO 5 = Al 6 Si 2 O 13 + SiO 2 ( SiO 5 = Mullit + Glas) Mullitkeramik: porzellanartige, feuerfeste Keramik (bis 1800 C); Isolatoren Stahlindustrie: Brennstein, Stopfen und Ausgüsse von Stahlpfannen etc.

10 Nesosilikate 10 Andalusit Al [6] Al [5] [O SiO 4 ] orthorhombisch Ausbildung: prismatische quaderförmige Kristalle mit fast quadratischem Querschnitt; oft rosa bis rötlich; in der Varietät Chiastolith wird kohliges Pigment kristallographisch orientiert in Form eines Kreuzes eingewachsen. Andalusit: Kristallform und Schnitte durch Chiastolith (aus Klockmann, 1986; Klein, 2002) Strukturmodell von Andalusit (aus Klein, 2002) Vorkommen: in Gesteinen der Kontaktmetamorphose und Temperatur betonten Regionalmetamorphose max. 760 C, max. 4 kbar; also im niedrig gradigen Metamorphosebereich! Porphyroblasten mit fast quadratischen Querschnitten in Andalusit (- Cordierit etc.) Schiefern; auch derb-massig verwachsen in Andalusit-Cordierit Hornfels

11 Nesosilikate 11 Sillimanit Al [6] Al [4] [O SiO 4 ] orthorhombisch Ausbildung: langprismatische, nadelförmige, harte Kristalle in metamorphen Gesteinen eingewachsen; als Fibrolith feinfaserig, filzige Aggregate bildend Struktur von Sillimanit (aus Klein, 2002) Vorkommen: in Gesteinen der Kontaktmetamorphose und Temperatur betonten Regionalmetamorphose Hochtemperaturmodifiaktion! feinfasrig-filziger Fibrolith oft mit Muscovit in Al-reichen Schiefern; nadelige farblos-weiße Kristalle mit rechteckigen Querschnitten in granulitfaziellen Peliten (ohne Muscovit, mit Granat, Cordierit, Biotit, Orthopyroxen, Spinell etc.)

12 Nesosilikate 12 Kyanit (Disthen) Al [6] Al [6] [O SiO 4 ] triklin Ausbildung: prismatische, tafelige Kristalle in metamorphen Gesteinen oder metamorphem Quarz eingewachsen; Pinakoid oft gut ausgebildet, oft gekrümmt und quergestreift; Zwillingsbildung wäßrig-blaue Kristalle, grau-farblos, oft sehr schön blau (Spuren von Fe 3+ )! Kyanit: Kristallformen und Verzwilligung Struktur von Kyanit Eigenschaften: Spaltbarkeit in mehrere Richtungen! {100} vollkommen, {010} deutlich; faseriger Bruch nach [001] und Wellung Härte; extreme Anisotropie der Härte (davon alter Name!)! Härte ~4.5 // [001] bzw. ~6.5 // [010] Vorkommen: in Gesteinen der Regional- und Hochdruckmetamorphose Hochdruckmodifikation! oft mit Granat, Biotit, Muscovit ± Staurolith in Al-reichen Glimmerschiefern und Gneisen; in Al-reichen Eklogiten und Hochdruckgranuliten

13 Nesosilikate 13 Staurolith (Fe, Mg) 2 Al 9 [O 6 (O, OH) 2 /SiO 4 ) 4 ] orthorhombisch Ausbildung: relativ flächenarme meist prismatisch-stengelige Kristalle, immer im Gestein eingewachsen; charakteristische Durchkreuzungszwillinge (90 bzw. 60 )! Staurolith. a. Einzelkristall mit stengeligem Habitus; b. rechtwinkeliger Durchkreuzungszwilling nach (032) c. 60 Durchkreuzungszwilling nach (232) (aus Matthes, 1996). Eigenschaften: H = 7-7.5; D = ; gelbbraun, braun, schwarzbraun, rotbraun; Struktur: komplexe Struktur ähnlich Kyanit Vorkommen: in Glimmerschiefern und Gneisen der Amphibolitfazies (mit Fe-reichem Granat, Biotit, ± Kyanit etc.); stabil zwischen ca C Schweremineral in kalstischen Sedimenten (Anzeiger metamorpher Liefergebiete)

14 Nesosilikate 14 Chloritoid (Fe 2+, Mg, Mn) 2 (Al, Fe 3+ )(OH)Al 3 O 2 ] 2, monoklin oder triklin Ausbildung: tafelige Kristalle nach {001} mit guter Spaltbarkeit // Basisflächen; meist eingewachsen im Gestein Eigenschaften: Spaltbarkeit: nach {001)! weniger deutlich als bei Glimmer; spröde Härte, Dichte: H = 7-7.5; D = g/cm3 Farbe: dunkelgrün, grüngrau; Perlmuttglanz; farbloser Strich Struktur: komplexe schichtartige Struktur oktaedrischer Lagen von O und OH mit isolierten SiO 4 -Tetraedern (siehe Abb.). Struktur von Chloritoid (aus Klein, 2002) Vorkommen: in schwach metamorphen Al-reichen Metapeliten der Grünschieferfazies (mit Granat, Biotit, Muscovit, Chlorit etc); makroskopisch schwer zu erkennen und leicht mit Chlorit zu verwechseln.

15 Nesosilikate 15 Titanit (Sphen) CaTi[O SiO 4 ], monoklin Ausbildung: häufig kuvertartige Kristalle ( Briefkuvertform ); Rhombenquerschnitte; Zwillinge Formen und Zwillinge von Titanit (aus Klockmann, 1986) Eigenschaften: Spaltbarkeit: nach {100) deutlich. Härte, Dichte: H = 5.5.5; D = g/cm3 Farbe: grau, braun, grün, gelb, schwarz; hohe Licht- und Doppelbrechung nur im Mikroskop erkennbar Chemismus: Einbau von Y 3+, Ce 3+ statt Ca; OH, F statt O Vorkommen: häufiges akzessorisches Mineral in Magmatiten (Granit, Syenit) und Metamorphiten (Gneis, Chloritschiefer, Marmor etc.); schöne Kristalle vor allem in alpinen Klüften Verwendung: untergeordnet zur Ti-Gewinnung (Abbau von Titanit aus Syenit, Kola); Schmuckstein