GerüstsilikateTektosilikate

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QuarzHot Springs, Arkansas, USA

Gerüstsilikate - Tektosilikate

⇒Feldspäte

⇒Feldspatvertreter

⇒Zeolithe

⇒SiO2 Modifikationen

Feldspäte- Alumosilikate, Si und Al ausschließlich tetraedrisch koordiniert- alle SiO4- und AlO4-Tetraeder über alle Ecken verknüpft

lockere Gerüste mit großen KationenlückenSilikate der Alkali- und Erdalkalimetallekeine oktaedrisch koordinierten Kationen (wie Mg, Fe)überwiegend farblos, transparent/durchscheinend mitGlasglanzüberwiegend mittelhart (Mohshärte ca. 4 - 6,5)

Feldspäte Struktur

Grundmotiv:- 4er-"Ringe"- zwei Tetraeder weisen nach unten, zwei nach oben- zwei Tetraederpositionen, T1 und T2 (monokline Feldspäte)

"Ringe" bildenKetten parallel der c-Achse("kurbelwellenartig")

FeldspatStruktur

Lockeres Tetraeder-gerüst, große Kationenwie Na+, K+, Ca2+ sitzen in Lücken mit etwas unregelmäßigen Koordinationspolyedern

K+ [1,33 Ẳ] begünstigtmonokline SymmetrieCa 2+ [1,06 Ẳ]Na+[0,98 Ẳ] begünstigttrikline Symmetrie

Feldspäte25% 25% derder TetraederTetraeder--positionenpositionen durchdurch AlAl3+ 3+

besetztbesetzt →→ AufnahmeAufnahmevon von einemeinem NaNa++ oderoder KK++

pro pro viervier tetraedrischtetraedrischkoordiniertenkoordinierten KationenKationen→→ AlkalifeldspatAlkalifeldspat

AlbitAlbit: : NaNaAlAlSiSi33OO88

KalifeldspatKalifeldspat:: KKAlAlSiSi33OO88

AnorthitAnorthit:: CaCaAlAl22SiSi22OO88

50% 50% derder TetraederTetraeder--positionenpositionen durchdurch AlAl3+ 3+

besetztbesetzt →→ AufnahmeAufnahmevon von einemeinem CaCa2+2+ pro pro viervier tetraedrischtetraedrischkoordiniertenkoordiniertenKationenKationen→→ AnorthitAnorthit

Feldspäte

Mischungsreihen:PlagioklaseAlkalifeldspäte

hohe Temperatur

niedrige TemperaturMischungslückenT-abhängig

AlkalifeldspäteAlbit: NaAlSi3O8 - Orthoklas: KAlSi3O8einfache Substitution:Na+1

-1 → K+1+1

PlagioklaseAlbit: NaAlSi3O8 - Anorthit: CaAl2Si2O8gekoppelte Substitution:Na+1

-1 S i+4-1 → Ca+2

+1Al+3+1

Hohe Temperatur Moderate Temperatur

Einfluß der Temperatur auf Mischkristallbildung und Entmischung

Phasenbeziehungen Alkalifeldspäte, Plagioklase

Alkalifeldspäte Phasendiagramm

P = konstant

Vollkommene Mischbarkeit (Minimum Typ) der Alkalifeldspäte bei hohen Temperaturen, Mischungslücke bei tiefen Temperaturen

Anorthti-Albit SchmelzdiagrammP = konstant

Vollkommene Mischbarkeit der Plagioklase bei hoher Temperatur

Ca-Endglied hochschmelzendNa-Endglied niedrigschmelzend

Polymerisierungsgrad der SiO4 Tetraeder stiegt von Anorthit zu Albit an

PlagioklaseAnorthit: CaAl2Si2O8 Albit: NaAlSi3O8

mit zunehmendem Anorthitgehalt nimmt die Polymerisierung der SiO4Tetraeder ab

Anorthit ist streng genommen ein Inselsilkat, da sich im Tetraedergerüst SiO4 und AlO4 Tetraeder regelmässig abwechseln und nie SiO4miteinander vernetzt sind

BytownitLabradorit

Oligoklas

Andesin

Albit

Olivin

Pyroxen

BiotitAmphibol

QuarzKalifeldspat

Muskovit

Granit/Rhyolit

Granodiorit/Dazit

Diorit/Andesit

Gabbro/Basalt

Bowen‘sche Kristallisationsreihe

Zune

hmen

de P

olym

erisi

erun

g

Zunehmende Polym

erisierung

KalifeldspatMorphologische Kennzeichen

Sanidin monoklinOrthoklasMikroklin triklin

- farblos (San.), weiß, rosa, gelblich, selten grün- Glasglanz (z.T. porzellanartig)- Härte 6- vollk. # n. (001), gut n. (010), Winkel ca. 90°

- Sanidin in Vulkaniten, Orthoklas und Mikroklin in Plutoniten; Orthoklas kontakt- und regionalmetamorph; Varietät: Adular - hydrothermal in Klüften

Feldspatvertreter

Kalsilit K[AlSiO4] hexNephelin KNa3[AlSiO4]4 hex

Leucit K[AlSi2O6]Analcim Na[AlSi2O6] . H2O

Kalifeldspat K[AlSi3O8]Albit Na[AlSi3O8]

- keine ausgesprochenen Ca-Feldspatvertreterstattdessen in stark unterkieselten MagmatitenMelilith Ca2(Mg,Al)[(Si,Al)SiO7]

Nephelin hex

KNa3[AlSiO4]4

Morphologische Kennzeichen

- weiß, grau, rosa, gelblich- fettiger Glasglanz - Härte 5,5 - 6- undeutl. #

- Vorkommen in Alkaligesteinen:Phonolith, Melilithit, Nephelinit (vulk.)Nephelin-Syenit (plut.)

- vulkanisch kristallisierter Nephelin ist oft klar,plutonisch kristallisierter trüb (Entmischungvon Kalsilit)

- Unterscheidung von Quarz: Glanz, Härte- Unterscheidung von Feldspäten: Spaltflächen

NephelinLarvik, Norwegen

NephelinPoint of Rocks Mesa, New Mexico, USA

LeucitVesuv, Italien

Leucit tetragonal (pseudo-kub.)

KAlSi2O6

Morphologische Kennzeichen

- weiß, grau- Glasglanz - Härte 5,5 - 6- muschliger Bruch

- charakteristische Kristallform als Ikositetraeder

- Vorkommen in K-reichen Vulkaniten- geringe Druckstabilität nicht plutonisch

- bei 605°C spontane Umwandlung derkubischen Hoch-T-Phase in die tetragonaleTief-T-Phase: Paramorphose

Analcim kubisch

NaAlSi2O6 . H2O

Morphologische Kennzeichen

- weiß, blaßrosa- Glasglanz - Härte 5 - 5,5 - muschliger Bruch

- spätmagmatisch in Basalten (nur xenomorphin der Grundmasse)

- postmagmatisch-hydrothermal als Blasenfüllung(dann idiomorph als Ikositetraeder)

- Unterscheidung von Leucit:Leucit idiomorph als Einsprengling, Analcimnur als Hohlraum-Kristallisat

AnalcimFrombach, Tirol

Sodalith-Gruppe kubisch

Sodalith Na8 [Cl2 / (AlSiO4)6]Nosean Na8 [SO4 / (AlSiO4)6]Hauyn (Na,Ca)8-4[(SO4)2-1 / (AlSiO4)6]Lasurit (Na,Ca)8 [(SO4,S,Cl)2 / (AlSiO4)6]

SodalithCochabamba, Bolivien mit zusätzlichen Anionen

Hauyn auf SanidinVesuv

käfigartigeStruktur;große zusätzlicheAnionen in denKäfigen

Zeolithe- locker gebaute Si-Al Tektosilikate mit weiten Käfigen und Kanälen

- SiO4 und AlO4 Tetraeder zu Ringen vernetzt

-Tetraederringekombiniert zu Kanälen und Hohlstrukturen

- (auch 4er, 6er, 8er, 10er- und 12er-Ringe)

- natürliche Vorkommen: spätmagmatisch- hydothermal, niedriggradige Metamorphose

Zeolithe- Käfige kombiniert zu vielfältigen Hohl-Strukturen:

z.B. Gmelinit Chabasit Bazzit zum Vgl. Sodalith

- lockerer Einbau von Kationen (Na+, K+, Ca2+, Ba2+, Sr2+) und Kristallwasser (Zeolithwasser)

- leichter Austausch von Kationen- Absorption von kleinen Molekülen

IonenaustauscherMolekülsiebe

- leichter Austausch von Kationen- Adsorption von kleinen Molekülen

IonenaustauscherMolekülsiebe

- 4er-Ringe: kein Austausch- 6er-Ringe: Wasserstoff-gängig- 8er-Ringe: Absorption von z.B.Ar, CH4

- leichter Austausch von Kationen- Absorption von kleinen Molekülen

IonenaustauscherMolekülsiebe

- 4er-Ringe: kein Austausch- 6er-Ringe: Wasserstoff-gängig- 8er-Ringe: Absorption von z.B.Ar, CH4

- für technische Zwecke zahlreiche synthetische Zeolithez.B.

Wasserenthärtung (Waschmittel)chemische Katalyse (Cracken von Erdöl)Bodenverbesserung (Landwirtschaft)Gasabsorption (Tierhaltung)

ZeolitheMorphologische Eigenschaften:

NatrolithAussig, Böhmen

StilbitFundy Bay, Kanada

ChabasitAussig, Böhmen

HeulanditNova Scotia, Kanada

- alle farblos, weiß, gelegentl. allochromatisch- geringe Dichte (2,1 – 2,1)- mäßig hart (3,5 – 5)

Na2Al2Si3O10. 2 H2O

(Ca0.5,Na,K)9Al9Si27O72. 28 H2O ((Ca0.5,Na,K)4Al4Si8O24

. 12 H2O Ca0.5,Na,K)9Al9Si27O72. 24 H2O

Gerüstsilikate - TektosilikateStishovite

Coesite

α- quartzβ- quartz

Liquid

TridymiteCristobalite

600 1000 1400 1800 2200 2600

2

4

6

8

10

Pre

ssur

e (G

Pa)

Temperature oC

SiO2 Modifikationen

nach Swamy and Saxena (1994) J. Geophys. Res., 99, 11,787-11,794.

Stishovite

Coesite

α- quartzβ- quartz

Liquid

TridymiteCristobalite

GerüstsilikateTief Quarz

001 001 ProjektionProjektion

Hochquarz: bei 1 bar liegt die Transformationstemperatur von

Tiefquarz zu Hochquarz bei 581oC

Stishovite

Coesite

α- quartzβ- quartz

Liquid

TridymiteCristobalite

Gerüstsilikate

001 001 ProjektionProjektion

Stishovite

Coesite

α- quartzβ- quartz

Liquid

TridymiteCristobalite

GerüstsilikateCristobalite

001 Projection 001 Projection KubischeKubische StructurStructur

Stishovite

Coesite

α- quartzβ- quartz

Liquid

TridymiteCristobalite

GerüstsilikateStishovit

HochdruckHochdruck SiSiIVIV →→ SiSiVIVI

GerüstsilikateTiefquarz Stishovit

SiSiIVIV SiSiVIVI

Quarz trigonal

- farblos (weiß, violett, gelb, grün, blau, braun)- Glasglanz (etw. fettig auf Bruchflächen)- Härte 7- muscheliger Bruch- charakteristische Kristallform: Kombination von Rhomboeder, I + II + Prisma; typische Flächenstreifung auf Prismenflächen

Nach den Feldspäten das zweithäufigste Mineral der Erdkruste.

- magmatisch in SiO2-übersättigten Plutoniten und Vulkaniten- hydrothermal- metamorph- sedimentär stark angereichert (Sand)

Opal amorph SiO2. n H2O

„Opalisieren“ = Licht-Interferenz an SiO2-Kügelchen

Opal (Feueropal)Australien

Sphaerolith-Durchmesser ca. 2500 ÅFeueropale (Mexiko)

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