Einführung I. Elemente II. Sulfide III. Halogenide IV. Oxide, Hydroxide V. Carbonate VI. Sulfate, Wolframate VIII. Silic

Transkript

1 VIII. Silicate 172 Minerale/Mineralgruppen der kontinentalen Kruste Mineral bzw. Anteil Mineralgruppe [Ma.-%] Feldspäte 58.0 Quarz 12.5 Pyroxene Amphibole Olivine } 16.5 Glimmer 3.5 Tonminerale 1.0 Eisenoxide 3.5 Calcit 1.5 Rest 3.5

2 VIII. Silicate 173 Minerale/Mineralgruppen des oberen Erdmantels Kruste Mantel Elementverteilung O Si Al Si O Mg Mineral- Feldspäte (58%) Olivine (> 50%) verteilung Pyroxene Pyroxene [Ma.-%] Quarz Spinell O Si Al Fe Mg Ca Na

3 VIII. Silicate 174 Carbonate, Nitrate und Borate H Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te J Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Fr Ra Ac Sulfate, Chromate, Molybdate und Wolframate H Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te J Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Fr Ra Ac Silicate H Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te J Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Fr Ra Ac

4 VIII. Silicate 175 Systematik VIII/A. VIII/B. Inselsilicate VIII/C. Gruppensilicate VIII/E. Ringsilicate VIII/F. Kettensilicate VIII/H. Schichtsilicate VIII/J. Gerüstsilicate

5 VIII. Silicate 176 Systematik: strukturell Baustein: SiO 4 -Tetraeder sp 3 -Hybrid (2s+2p-Elektronen der M-Schale) Si O: 15% Ionencharakter (starr, kaum deformierbar) r O 2 =1.32 Å, r Si 4+ =0.34 Å d Si O =1.62 Å, d O O =2.62Å, (O-Si-O)= Verknüpfung der Tetraeder: nur eckenverknüpft Brückensauerstoff (Si O Si) isomorpher Ersatz Al Si : AlO 4 -Tetraeder r Al 3+ =0.47 Å (Alumosilicate) sonst: r Al 3+ [VI] =0.61 Å (Aluminate, Aluminiumsilicate) weitere Anionen: F, OH, O 2

6 VIII. Silicate 177 Systematik: Verknüpfung VIII/A-B: Inselsilicate (Neso-) isolierte [SiO 4 ] 4 -Tetraeder A 2+ 2 [SiO 4] 2AO SiO 2 4O E, 0O B pro Si B 4+ [SiO 4 ] BO 2 SiO 2 VIII/C: Gruppensilicate (Soro-) isolierte [Si 2 O 7 ] 6 -Gruppen ([O 3 Si O SiO 3 ] 6 ) A 2+ 2 B2+ [Si 2 O 7 ] 2AO BO 2SiO 2 3O E, 1O B pro Si

7 VIII. Silicate 178 Systematik: Verknüpfung VIII/E: Ringsilicate (Cyclo-) Beispiel 6er-Ring: [Si 6 O 18 ] 12 isolierte Ringe 3er-Ringe: [Si 3 O 9 ] 6 4er-Ringe: [Si 4 O 12 ] 8 2O E 2O B pro Si und Doppelringe [Si 8 O 20 ] 8, [Si 12 O 30 ] 12 1O E 3O B pro Si

8 VIII. Silicate 179 Systematik: Verknüpfung VIII/F: Kettensilicate (Ino-) Beispiel 2er-Kette: [Si 2 O 6 ] 4 unendliche Ketten o. Bänder 2O E 2O B pro Si Doppel-2er-Ketten (Bänder) [Si 4 O 11 ] 6 1O E 3O B pro Si

9 VIII. Silicate 180 Systematik: Verknüpfung VIII/H: Schichtsilicate (Phyllo-) Beispiel 2er-Schicht: [Si 2 O 5 ] 2 unendliche Schichten 1O E 3O B pro Si

10 VIII. Silicate 181 Systematik: Verknüpfung VIII/J: Gerüstsilicate (Tecto-) [Al x Si n x O 2n ] x unendliches Netzwerk 0O E 4O B pro Si

11 VIII. Silicate 182 Ladung pro O E Si:O Formel Anionen-Art Anion Si pro Si 1:4 [SiO 4 ] isoliertes Tetraeder :3 1 2 [Si 2 O 7 ] Doppeltetraeder :3 [Si 3 O 9 ] 3er-Ring :3 [Si 4 O 12 ] 4er-Ring :3 [Si 6 O 18 ] 6er-Ring :3 [Si 2 O 6 ] n 2er-Kette 4n 2 2 1:3 [Si 3 O 9 ] n 3er-Kette 6n 2 2 1:2 3 4 [Si 4 O 11 ] n Doppel-2er-Kette (Band) 6n :2 1 2 [Si 8 O 20 ] Doppel-4er-Ring :2 1 2 [Si 12 O 30 ] Doppel-6er-Ring :2 1 2 [Si 2 O 5 ] n Schicht 2n 1 1 1:2 [(Al x Si n x O 2n ] Gerüst x 0 0

12 VIII. Silicate 183 Eigenschaften: Massen-Dichte

13 VIII. Silicate 184 Eigenschaften: Brechzahl

14 VIII. Silicate 185 Isomorpher Ersatz: Al Si SiO 4 4 AlO A + A = Li, Na, K 2 SiO AlO B 2+ B = Mg, Ca Gerüstsilicate (vollständige Polymerisation: keine endständigen Sauerstoffe) Doppelrolle des amphoteren Al 3+ (Si,Al)O 4 -Tetraeder: nur eckenverknüpft r Al =0.47 Å, r Si =0.34 Å (Alumosilicate) AlO 6 -Oktaeder: meist kantenverknüpft r Al =0.61 Å (Aluminate, Aluminiumsilicate)

15 VIII. Silicate 186 Systematik: Depolimerisationsgrad Si O Si + A 2 O Si O A+ O Si bzw. A + Si O Si + BO Si O B 2+ O Si

16 VIII. Silicate 187 Sauerstoff-Arten Sauerstoff des (Si,Al)-Tetraeders O E : endständiger Sauerstoff Si O (Trennstellensauerstoff) O B : Brückensauerstoff Si O Si (Dipol: 2s/2p-Elektronenpaare ) (Netzwerksauerstoff) OH: endständige OH-Gruppe Si OH (statt O E ) weiterer Sauerstoff O 2 : ionisch gebundener Sauerstoff (z. B. AlO 6 -Oktaeder) OH : ionisches Anion (z. B. AlO 4 (OH) 2 -Oktaeder), auch F H 2 O: neutrales Molekül (Dipol, Wasserstoffbrückenbindung)

17 VIII: Insel- und Gruppensilicate 188 A 2+ 2 [SiO 4], B 4+ [SiO 4 ] und C 3+ 2 [(OH,F) 2 SiO 4 ] A 2+ : Be 2+, Mg 2+, Ca 2+, Fe 2+, Mn 2+ C 3+ : Al 3+, Fe 3+, Cr 3+, Se 3+ B 4+ : Zr 4+, Th 4+, U 4+ viele Mischkristallreihen Industrieminerale: Andalusit, Olivin- und Granat-Gruppe Elementrohstoffe: Zirkon, Uranophan- und Hemimorphit-Gruppe geowissenschaftliche Bedeutung: Granate, Al 2 SiO 5, Topas, Zirkon, Epidot

18 VIII: Inselsilicate 189 Inselsilicate mit tetraedrisch koordinierten Kationen VIII/A.01-20: Willemit Zn 2 SiO 4 Inselsilicate mit oktaedrisch koordinierten Kationen VIII/A.04 Olivin-Reihe (Mg,Fe)[SiO 4 ] VIII/A.08 Granat-Reihe Ca 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 Inselsilicate mit überwiegend hexaedrisch koordinierten Kationen VIII/A.09 Zirkon-Reihe Zr[SiO 4 ] VIII/B.02 Disthen-Gruppe Al 2 SiO 5 VIII/B.03 Staurolit-Gruppe VIII/B Titanit

19 VIII: Inselsilicate 190 fehlerhafte Einträge in webmineral.com

20 VIII: Inselsilicate 191 Olivin-Reihe Hauptbestandteil des oberen Erdmantels Mg:Fe 9:1 Mischkristallreihen mit Mg, Fe, Ni, Co rhombisch VIII/A Forsterite Mg 2 SiO 4 VIII/A Fayalite Fe 2 SiO 4 VIII/A Tephroite Mn 2 SiO 4 VIII/A Liebenbergite (Ni,Mg) 2 SiO 4 hexagonal dichteste O-Kugelpackung, deformierte A 2+ O 8 -Oktaeder

21 VIII: Inselsilicate 192 Olivin-Reihe Bildung in basischen Gesteinen intrusiv magmatisch (Gabbro, Peridotit, Dunit) extrusiv (Basalt) Metamorphose (z.b. aus Dolomit) auch Olivinsande Verwendung: Rohstoff für Feuerfeststeine (Fe-arme Forsterite) Ni-Rohstoff bzw. Verwitterung zu Ni-Erzlagerstätten

22 VIII: Inselsilicate 193 VIII/A.08: Granat-Reihe A 2+ 3 B3+ 2 [SiO 4] 3 A 2+ : Mg 2+, Fe 2+, Mn 2+, Ca 2+ B 3+ : Al 3+, Fe 3+, Cr 3+, V 3+ Ryralspit-Mischkristallreihe, Endglieder: VIII/A.08-10: Pyrop Mg 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 VIII/A.08-20: Almandin Fe 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 VIII/A.08-30: Spessartin Mn 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 Ugrandit-Mischkristallreihe, Endglieder: VIII/A.08-70: Grossular Ca 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 VIII/A : Andradit Ca 3 Fe 2 [SiO 4 ] 3 VIII/A : Uwarowit Ca 3 Cr 2 [SiO 4 ] 3 in verz. O-Hexaedern in verz. O-Oktaedern

23 VIII: Inselsilicate 194 VIII/A.08: Granat-Reihe Nutzung Schmuckstein technologisch sehr wichtiges Material: Laserkristall: Nd:YAG-Laser, Yttrium-Eisen-Granat (YIG): Mikrowellenferrit, Gd 3+ Ga 2+ [GaO 4 ] 3 (GGG): magnetisch geowissenschaftliches Indikatormineral: Geothermobarometrie Pyrop Almandin Spessartin Grossular Andradit Mg 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 Fe 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 Mn 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 Ca 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 Ca 3 Fe 2 [SiO 4 ] 3 magmatisch Granit, Pegmatit Kimberlit, Peridotit regionalmetamorph Biotitschiefer Amphibolschiefer Eklogit kontaktmetamorph silikat. Edukt carbonat. Edukt

24 VIII: Inselsilicate 195 VIII/A.09 Zirkon-Reihe Zr[SiO 4 ] VIII/A.09-10: Zirkon Zr[SiO 4 ] bis zu 30% HfO 2, 12% ThO 2 oder 1,5% U 3 O 8 VIII/A.09-20: Hafnon Hf[SiO 4 ] VIII/A.09-30: Thorit Th[SiO 4 ] häufig metamiktisiert häufig pleochroitische Höfe tetragonal äußerst resistent, Schwermineral Nutzung Rohstoff für Baddeleyit geowissenschaftlich: Altersbestimmung Th- und U-Zerfallsreihen: Pb-U und Pb-Th-Verhältnisse ältesten bekannten Mineral 4,404 Mrd a (Westaustralien) Elementrohstoff: Zr, Hf Edelstein (rot-orange: Hyazinth)

25 VIII: Inselsilicate 196 VIII/B.02 Al 2 SiO 5 -Gruppe VIII/B VIII/B VIII/B Sillimanit Andalusit Kyanit (Disten) Al [VI] Al [IV] [O SiO 4 ] Al [VI ]Al [V] [O SiO 4 ] Al [VI ]Al [VI] [O SiO 4 ] AlO 4 -Tetraeder AlO 5 -trigonale AlO 6 -Oktaeder Bipyramiden kantenverknüpfte AlO 6 -Oktaeder isolierte SiO 4 -Tetraeder, Verknüpfung der Oktaederketten Al 2 SiO 5 = Al 2 O 3 SiO 2 typische metamorphe Minerale

26 VIII: Inselsilicate 197 VIII/B.02 Al 2 SiO 5 -Gruppe Geothermobarometer VIII/B.02-50: Mullit Al 4+2x Si 2 2x O 10 x mit x = Normaldruck-Modifaktion mit Sauerstoffleerstellen

27 VIII: Inselsilicate 198 VIII/B.02-70: Topas Al 2 [(F,OH) 2 SiO 4 ] dichte O-F-OH-Anionenpackung AlO 4 F 2 -Oktaeder: Ketten SiO 4 -Tetraeder: Verknüpfung der Ketten kein F-freier Topas Greisen (hochydrothermal) Edelstein (hoher Glanz): Schneckstein (Pyknit, Altenberg)

28 VIII: Inselsilicate 199 VIII/B.03-10: Staurolit (Fe,Mg) 2 Al 9 [O 6 (OH,O) 2 (SiO 4 ] Durchkreuzungszwillinge typisch in metamorphen Sedimentgesteinen VIII/B.12-10: Titanite CaTi[O SiO 4 ] isolierte SiO 4 -Tetraeder TiO 6 -Oktaeder CaO 7 -Polyeder Ti-Rohstoff, Schmuckstein