Kapitel 14: 14.1Vorbetrachtungen zur Mineralsystematik 14.2Mineralsystematik nach Strunz Spezielle...

Kapitel 14:

14.1 Vorbetrachtungen zur Mineralsystematik

14.2 Mineralsystematik nach Strunz

Spezielle Mineralogie

Kristallchemie1.

Prinzip der dichten PackungenDie 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.

Grundprinzipien

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 - GraphitSiO2 Tief-Quarz - Hochquarz - Tridymit

Cristobalit - Coesit - StishovitZnS Sphalerit - WurtzitCaCO3 Calcit - Aragonit - Vaterit

=> Es genügt nicht zu sagen: „ZnS-Kristallstruktur“!

GeochemieDie 8 häufigsten chemischen Elemente der Erdkruste:(nach B. Mason, Principles of Geochemistry)

Masse% Atom% Volumen%

O 46,60 62,55 93,77Si 27,72 21,22 0,86Al 8,13 6,47 0,47Fe 5,00 1,92 0,43Ca 3,63 1,94 1,03Na 2,83 2,64 1,32K 2,59 1,42 1,83Mg 2,09 1,84 0,29

Gesteinsbildende MineraleVon der IMA (International Mineralogical Association) waren 1990 ca. 3300 Minerale anerkannt (1999 aber bereits knapp 4000).

Weitere ca. 4000 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).

Gesteinsbildende MineraleVon der IMA (International Mineralogical Association) waren 1999 ca. 4000 Minerale anerkannt. Nur wenige davon sind häufig bzw. gesteinsbildend. In der Erdkruste am häufigsten (in Vol.%) sind:

Plagioklas 39 % Olivin 3 %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, ...)

MineralsystematikGrundprinzip: 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)

spezielle Mineralogie

MineralsystematikKlassifikation nach Hugo Strunz:

Einteilung in 9 Klassen

1. Elemente (Legierungen, Karbide, Nitride, Phosphide)2. Sulfide (Selenide, Telluride, Arsenide, Antimonide, ...)3. Halogenide4. Oxide, Hydroxide5. Karbonate (Nitrate, Borate)6. Sulfate (Chromate, Molybdate, Wolframate)7. Phosphate (Arsenate, Vanadate)8. Silikate 9. Organische Minerale

spezielle Mineralogie

MineralsystematikKlassifikation nach Hugo Strunz:

z.B.Mineralklasse Oxide, Hydroxide

Mineralabteilung M2O3

Mineralgruppe Korund-Ilmenit

Mineralreihe Korund-Reihe (u.a. Hämatit)

Mineral Korund

Varietät Saphir, Rubin

spezielle Mineralogie

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.

Gold

Au- und Ag-Kristalle mit dendritischem Skelettwachstum

Sammlung:TU Clausthal-Z.

Eisenmeteoriten

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

Graphit - Diamant

2. Sulfideauch 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

2. Sulfideauch 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 Cu12Sb4S13Diese Mineralklasse stellt den größten Teil der Erzminerale.

Galenitkristalle

Bleiglanz

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.

4. Oxide und Hydroxide

• 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

Hämatit:Sammlung:Nat. Mus. London

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

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:SammlungTU Clausthal-Z.

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)

8. Silikate

• Bauprinzip: SiO4-Tetraeder mit verschiedener Verknüpfungund möglicher Al-Si-Ersetzung

• Abteilungen:• Neso-• Soro-• Cyclo-• Ino- • Phyllo- und• Tektosilikate.

Nesosilikate Inselsilikate

• Wichtige Vertreter:• Olivin (Forsterit, Fayalit)• Zirkon• Granat (Pyrop, Almandin,...)• Topas• Staurolith• Andalusit• Sillimanit• Disthen• Mullit

[SiO4]4-

Sorosilikate Gruppensilikate

• Wichtige Vertreter:• Epidot• Melilith

[Si2O7]6-

Cyclosilikate Ringsilikate•Wichtige Vertreter:

• Beryll• Cordierit• Turmalin• Dioptas

ZonierterTurmalin:SammlungTU Clausthal-Z.

Cyclosilikate

Korrelation Si6O18-Ring und Tracht

Beryll, Turmalin, Dioptas -Si6O18-Ringe

Inosilikate Kettensilikate

•Wichtige Vertreter:• Pyroxene (links)

• Enstatit• Diopsid• Hedenbergit• Augit• Ägirin u.v.a.m.

• Amphibole (rechts)• Antophyllit• Tremolit• Aktinolith• Hornblende• Glaukophan

Phyllosilikate Schichtsilikate

Wichtige Gruppen:• Talk• Glimmer• Chlorit• Serpentin• Tonminerale

Phyllosilikate

Pyrophyllit-Struktur:• Projektion auf (001)

- oben• Projektion senkrecht

a-Achse - unten

Serpentin

a+c) Chrysotilasbest; b) Antigorit

Tektosilikate Gerüstsilikate

Wichtige Gruppen:• Feldspäte

• Alkalifeldspäte• Plagioklase

• Nephelin• Leucit• Zeolithe (wasserhaltig)

9. Organische Verbindungen

Kohle ist ein Sedimentgestein.

• Wenige Vertreter, u.a.:• Whewellit Ca[C2O4]·H2O• Weddellit Ca[C2O4]·2H2O• Evenkit C24H30

• Bernstein (Succinit) ?