Kapitel 14: Spezielle Mineralogie

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1 Kapitel 14: Spezielle Mineralogie
14.1 Vorbetrachtungen zur Mineralsystematik 14.2 Mineralsystematik nach Strunz

2 Prinzip der dichten Packungen
Kristallchemie Grundprinzipien 1. Prinzip der dichten Packungen Die Bausteine streben eine Kristallstruktur mit möglichst dichtester Raumerfüllung an. 2. Symmetrieprinzip Die Bausteine streben eine Struktur mit möglichst hoher Symmetrie an. 3. Wechselwirkungsprinzip Die Bausteine streben die höchstmögliche Koordination an.

3 Polymorphie Viele Kristalle können bei gleicher chemischer Zusammen- setzung (unter verschiedenen thermodynamischen Be-dingungen) in verschiedenen Kristallstrukturen auftreten. Folglich muss die Mineralsystematik neben den chemi-schen auch geometrisch-strukturelle Aspekte beachten. Beispiele: C Diamant - Graphit SiO2 Tief-Quarz - Hochquarz - Tridymit Cristobalit - Coesit - Stishovit ZnS Sphalerit - Wurtzit CaCO3 Calcit - Aragonit - Vaterit => Es genügt nicht zu sagen: „ZnS-Kristallstruktur“!

4 Geochemie Die 8 häufigsten chemischen Elemente der Erdkruste:
(nach B. Mason, Principles of Geochemistry) Masse% Atom% Volumen% O 46,60 62,55 93,77 Si 27,72 21, ,86 Al 8, , ,47 Fe 5, , ,43 Ca 3, , ,03 Na 2, , ,32 K 2, , ,83 Mg 2, , ,29

5 Gesteinsbildende Minerale
Von der IMA (International Mineralogical Association) waren 1990 ca Minerale anerkannt (1999 aber bereits knapp 4000). Weitere ca Mineralbezeichnungen belasten die Mineral- systematik. Dabei handelt es sich um Synonyma, Varietäten historische Namen, Gemische und Fehlbestimmungen. Allein Quarz hat ca. 50 Varietätsbezeichnungen. Vielen Mineralnamen gemeinsam sind die Endsilben „it“ oder „lith“ (abgeleitet von „lithos“ [griech.]=Stein).

6 Gesteinsbildende Minerale
Von der IMA (International Mineralogical Association) waren 1999 ca Minerale anerkannt. Nur wenige davon sind häufig bzw. gesteinsbildend. In der Erdkruste am häufigsten (in Vol.%) sind: Plagioklas 39 % Olivin % Alkalifeldspat 12 % Tone (+ Chlorit) 4,6 % Quarz 12 % Calcit (+Aragonit) 1,5 % Pyroxene 11 % Magnetit (+Ti-Magnetit) 1,5 % Amphibole 5 % Dolomit 0,5 % Glimmer 5 % andere Minerale 4,9 % (u.a. Granat, Disthen, Andalusit, Apatit, ...)

7 Mineralsystematik Grundprinzip: Mineralsystematik
spezielle Mineralogie Grundprinzip: Mineralsystematik nach chemischen und kristallchemischen Aspekten Das chemische Einteilungsprinzip beruht auf der dominierenden Stellung der Anionen. Besonders bei Silikaten bestimmen kristallstrukturelle Eigenschaften die Mineralsystematik. Klassifikation nach Hugo Strunz: s. „Mineralogische Tabellen“ (1. Aufl. Leipzig 1941, Ann Arbor 1944)

8 Klassifikation nach Hugo Strunz:
Mineralsystematik spezielle Mineralogie Klassifikation nach Hugo Strunz: Einteilung in 9 Klassen 1. Elemente (Legierungen, Karbide, Nitride, Phosphide) 2. Sulfide (Selenide, Telluride, Arsenide, Antimonide, ...) 3. Halogenide 4. Oxide, Hydroxide 5. Karbonate (Nitrate, Borate) 6. Sulfate (Chromate, Molybdate, Wolframate) 7. Phosphate (Arsenate, Vanadate) 8. Silikate 9. Organische Minerale

9 Klassifikation nach Hugo Strunz:
Mineralsystematik spezielle Mineralogie Klassifikation nach Hugo Strunz: z.B. Mineralklasse Oxide, Hydroxide Mineralabteilung M2O3 Mineralgruppe Korund-Ilmenit Mineralreihe Korund-Reihe (u.a. Hämatit) Mineral Korund Varietät Saphir, Rubin

10 1. Elemente Gold-Gruppe: Au, Ag, Cu Platin-Gruppe: Pt
Eisen-Gruppe: -Eisen, Taenit (-Fe,Ni) Quecksilber-Gruppe: Hg, Amalgame Arsen-Gruppe: As, Sb, Bi Nichtmetalle: S, Se, Te, C (Diamant), C (Graphit) Etwa 20 Elemente treten in der Natur auf, oft in Legierungen.

11 Gold Sammlung:TU Clausthal-Z.
Au- und Ag-Kristalle mit dendritischem Skelettwachstum

12 Eisenmeteoriten Kosmisches Nickeleisen mit angeätzten Widmannstättenschen Figuren (Ni-armes Kamacit und Ni-reiches Taenit)

13 Graphit - Diamant

14 2. Sulfide auch Selenide, Telluride, Arsenide, Antimonide
Es gibt zahlreiche alte deutsche Namen: Kiese: metallischer Glanz, lichte Farbe, Härte 5-6 Glanze: metallischer Glanz, dunkel, Härte 2-3, #:v-vv Blenden: halbmetallischer Glanz, farbiger Strich, #:v-vv, in geringer Dicke transparent

15 2. Sulfide auch Selenide, Telluride, Arsenide, Antimonide
Me:S > 1:1 Chalcosin Cu2S, Argentit Ag2S, Pentlandit (Ni,Fe)9S8 Me:S = 1:1 Galenit PbS, Zinkblende ZnS, Zinnober HgS Chalkopyrit CuFeS2, Pyrrhotin FeS, Nickelin NiAs Me:S  1:2 Pyrit FeS2, Markasit FeS2, Arsenkies FeAsS Antimonit Sb2S3, Molybdänit MoS2 Komplexe Sulfide (Sulfosalze - Sb, As als Metalle) Proustit Ag3AsS3, Tetraedrit Cu12Sb4S13 Diese Mineralklasse stellt den größten Teil der Erzminerale.

16 Galenitkristalle Bleiglanz

17 3. Halogenide Halit NaCl (-> HCl, NaOH, Soda, Cl2, Na, Kochsalz)
Sylvin KCl (Düngemittel) Fluorit CaF2 (Optikwerkstoff, Flussmittel, Glasuren) Carnallit KMgCl3·6H2O (Düngemittel, Mg) Kryolith Na3AlF6 (Al-Metallurgie, Milchglas) Salmiak NH4Cl Sammlung:TU Clausthal-Z.

18 4. Oxide und Hydroxide X2O-Verbindungen Cuprit Cu2O, Eis
Hämatit: Sammlung:Nat. Mus. London X2O-Verbindungen Cuprit Cu2O, Eis X2O3-Verbindungen Korund, Hämatit, Ilmenit FeTiO3 XO2-Verbindungen Quarz, Rutil, Cassiterit, Pyrolusit, Uraninit (Pechblende) XY2O4-Verbindungen Spinell, Chromit FeCr2O4, Magnetit Fe3O4 XYO3-Verbindungen Ilmenit FeTiO3, Perowskit CaTiO3

19 5. Carbonate (auch Nitrate, Borate)
Calcit-Reihe Calcit, Rhodochrosit (Mn), Siderit (Fe) Smithsonit (Zn), Magnesit (Mg) Aragonit-Reihe Aragonit (Ca), Strontianit (Sr), Cerussit (Pb), Witherit (Ba) Dolomit-Reihe Dolomit CaMg(CO3)2, Ankerit CaFe(CO3)2 Wasserhaltige Carbonate mit (OH)- Malachit, Azurit, Soda Nitrate, Borate- Nitronatrit, Nitrokalit (Chilesalpeter), Borax, Boracit

20 6. Sulfate (auch Chromate, Mylbdate, Wolframate)
Wasserfreie Sulfate Baryt (Ba), Coelestin (Sr), Anglesit (Pb), Anhydrit (Ca) Wasserhaltige Sulfate Gips CaSO4• 2H2O, Epsomit MgSO4• 7H2O (Bittersalz) Wolframate Scheelit CaWO4, Wolframit (Fe,Mn)WO4 Gipskristalle: Sammlung TU Clausthal-Z.

21 7. Phosphate (auch Vanadate, Arsenate)
Sehr artenreiche Klasse, wichtige Vertreter sind: Apatit (Ca; in Zähnen und Knochen!) Pyromorphit, Mimetesit, Vanadinit (alle Pb) Xenotim (Y) Monazit (Ce)

22 8. Silikate Bauprinzip: SiO4-Tetraeder mit verschiedener Verknüpfung
und möglicher Al-Si-Ersetzung Abteilungen: Neso- Soro- Cyclo- Ino- Phyllo- und Tektosilikate.

23 Nesosilikate Inselsilikate
Wichtige Vertreter: Olivin (Forsterit, Fayalit) Zirkon Granat (Pyrop, Almandin,...) Topas Staurolith Andalusit Sillimanit Disthen Mullit [SiO4]4-

24 Sorosilikate Gruppensilikate
[Si2O7]6- Wichtige Vertreter: Epidot Melilith

25 Cyclosilikate Ringsilikate
Wichtige Vertreter: Beryll Cordierit Turmalin Dioptas Zonierter Turmalin: Sammlung TU Clausthal-Z.

26 Beryll, Turmalin, Dioptas -Si6O18-Ringe
Cyclosilikate Beryll, Turmalin, Dioptas -Si6O18-Ringe Korrelation Si6O18-Ring und Tracht

27 Inosilikate Kettensilikate
Wichtige Vertreter: Pyroxene (links) Enstatit Diopsid Hedenbergit Augit Ägirin u.v.a.m. Amphibole (rechts) Antophyllit Tremolit Aktinolith Hornblende Glaukophan

28 Phyllosilikate Schichtsilikate
Wichtige Gruppen: Talk Glimmer Chlorit Serpentin Tonminerale

29 Phyllosilikate Pyrophyllit-Struktur: Projektion auf (001) - oben
Projektion senkrecht a-Achse - unten

30 Serpentin a+c) Chrysotilasbest; b) Antigorit

31 Tektosilikate Gerüstsilikate
Wichtige Gruppen: Feldspäte Alkalifeldspäte Plagioklase Nephelin Leucit Zeolithe (wasserhaltig)

32 9. Organische Verbindungen
Kohle ist ein Sedimentgestein. Wenige Vertreter, u.a.: Whewellit Ca[C2O4]·H2O Weddellit Ca[C2O4]·2H2O Evenkit C24H30 Bernstein (Succinit) ?