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- eben vernetzte SiO4 Tetraeder: [Si2O5] 2-, Tetraederlagen mitnegativer Nettoladung
- appikale Sauerstoffe sind nicht an Polymerisierung beteiligt – werdenmit anderen Koordinationspolyedern geteilt
Schichtsilikate
Die negativ geladenen Tetraederlagen werden so mit positivgeladenen Oktaederlagen verbunden, dass eineladungsneutrale Struktur entsteht
Schichtsilikate
Tetraederlage Oktaederlage
Oktaederlagen wie in MM2+2+ HydroxidenHydroxiden
LagenLagen von von oktaedrischoktaedrischkoordiniertenkoordinierten MM2+2+Kationen Kationen mitmit(OH)(OH)-- alsals AnionengruppeAnionengruppe::
jedejede derder sechssechs OktaedereckenOktaedereckenwirdwird zwischenzwischen dreidrei benachbenach--bartenbarten OktaedernOktaedern geteiltgeteilt -- das das ergibtergibt einein VerhVerhäältnisltnis von 1:2 von 1:2 zwischenzwischen zentralemzentralem KationKation und und den den AnionenAnionen, , d.hd.h. . eineeineSummenformelSummenformel von M von M 2+(2+(OH)OH)2 2 ffüürr die die OktaederlageOktaederlage
Drei von drei Oktaedern sind Drei von drei Oktaedern sind besetzt besetzt –– trioktaedrischetrioktaedrischeStrukturStruktur
Grosser Grosser NetzebenenabstandNetzebenenabstandzwischenzwischen den den elektroneutralenelektroneutralenOktaederlagenOktaederlagen ((cc--RichtungRichtung) ) wegenwegen schwacherschwacher Van Van derderWaals Waals BindungenBindungen
cc
Schichtsilikate
BeispielBeispiel: : BrucitBrucit: Mg(OH): Mg(OH)22
LagenLagen von von oktaedrischoktaedrisch koordiniertenkoordinierten MM3+3+ KationenKationen mitmit (OH)(OH)–– alsals AnionengruppeAnionengruppe
jede der sechs Oktaederecken wird zwischen zwei benachbarten Oktjede der sechs Oktaederecken wird zwischen zwei benachbarten Oktaedern geteilt, aedern geteilt, das ergibt ein Verhdas ergibt ein Verhäältnis von 1:3 zwischen zentralem ltnis von 1:3 zwischen zentralem KationKation und den Anionen, d.h. und den Anionen, d.h. eine Summenformel von Meine Summenformel von M3+3+(OH)(OH)33 ffüür die Oktaederlager die Oktaederlage
nurnur 2/3 2/3 derder OktaederplOktaederpläätzetze kköönnennnen belegtbelegt werdenwerden –– LadungsbilanzLadungsbilanz, , dioktaedrischedioktaedrischeStrukturStruktur
aa11
aa22
Schichtsilikate Oktaederlagen wie in MM3+3+ HydroxidenHydroxiden
BeispielBeispiel: :
GibbsitGibbsit: Al(OH): Al(OH)33
Tetraederlagen sind über die appikalen Sauerstoffe mitHydroxid-Oktaederlagen verbunden(OH) Gruppen liegen dann nur in den Zentren derTetraederringe, wo es keine appikalen Sauerstoffe gibt und an allen Oktaederecken an der Basis der Oktaederlagen
Schichtsilikate
SerpentinSerpentin ((LizzarditLizzardit)): Mg: Mg33 [Si[Si22OO55] (OH)] (OH)44
TT--LagenLagen und und tritrioktaedrischeoktaedrische (Mg(Mg2+2+) ) LagenLagen
(OH) (OH) imim ZentrumZentrum von Tvon T--RingenRingen and an and an allenallen OktaedereckenOktaedereckenan an derder Basis Basis derder OktaederlagenOktaederlagen →→
T T O O --T T O O --T T OO
vdwvdw
vdwvdw
gelbgelb = (OH)= (OH)
Trioktaedrische T-O Schichtsilikate
SchwacheSchwache Van Van derder WaalsWaals BindungenBindungen zwischenzwischen den den elektroneutralenelektroneutralen TT--O O GruppenGruppen
KaolinitKaolinit: Al: Al22 [Si[Si22OO55] (OH)] (OH)44
TetraederlagenTetraederlagen (Si(Si4+4+) und ) und didioktaedrischeoktaedrische (Al(Al3+3+) ) OktaederlagenOktaederlagen
(OH) (OH) imim ZentrumZentrum von Tvon T--RingenRingen and and allealle OktaedereckenOktaederecken an an derder Basis Basis derderOktaederlagenOktaederlagen →→
gelbgelb = (OH)= (OH)
T T O O --T T O O --T T OO
vdwvdw
vdwvdw
SchwacheSchwache Van Van derder WaalsWaals BindungenBindungen zwischenzwischen den den elektroneutralenelektroneutralen TT--O O Gruppen Gruppen
Dioktaedrische T-O Schichtsilikate
Serpentin
OktaederlageOktaederlage etwasetwas grgröössersser alsals die die TetraederlageTetraederlage →→ VerbiegungVerbiegung derder TT--O O LagenLagen ((nachnach Klein and Klein and HurlbutHurlbut, 1999), 1999)
AntigoritAntigorit behbehäältlt seine seine schichtartigeschichtartige StrukturStruktur
durchdurch AneinanderreihenAneinanderreihenvon von SegmentenSegmenten mitmitunterschiedlicherunterschiedlicher
KurvaturKurvatur
ChrysotilChrysotil zeigtzeigt dieses dieses VerhaltenVerhalten nichtnicht und und
bildetbildet oft oft kleinstekleinsteRRööllchenllchen ausaus
Faserserpentin
Serpentin
ChrysotileChrysotile –– asbestoformeasbestoforme SchichtsilikateSchichtsilikate:: Die durch die Aufrollung von Die durch die Aufrollung von ChrysotilChrysotil verursachte Faserstruktur gibt dem Material sehr gute technischverursachte Faserstruktur gibt dem Material sehr gute technische e EigneschaftenEigneschaften ((ChrysotilasbestChrysotilasbest ist zu feuerfesten Geweben verarbeitbar), ist zu feuerfesten Geweben verarbeitbar), leider sind die Asbestfasern in hohem Masse kanzerogen (Asbestosleider sind die Asbestfasern in hohem Masse kanzerogen (Asbestose) und e) und deshalb weitestgehend aus dem Verkehr gezogen.deshalb weitestgehend aus dem Verkehr gezogen.
Nagby and Faust (1956) Am. Mineralogist 41, 817-836.
S = S = SerpentinSerpentinT = TalcT = Talc
Veblen and Busek, 1979, Science 206, 1398-1400.
TalkTalk: Mg: Mg33 [Si[Si44OO1010] (OH)] (OH)22
TT--LageLage -- tritrioktaedrischeoktaedrische (Mg(Mg2+2+) ) LageLage -- TT--Lage Lage
T T O O T T --T T O O T T --T T O O TT
vdwvdw
vdwvdw
gelbgelb = (OH)= (OH)
Trioktaedrische T-O-T Schichtsilikate
SchwacheSchwache Van Van derder WaalsWaals BindungenBindungen zwischenzwischen elektroneutralenelektroneutralen TT--OO--T T Gruppen Gruppen
PyrophyllitPyrophyllit: Al: Al22 [Si[Si44OO1010] (OH)] (OH)22
TT--LageLage -- didioktaedrischeoktaedrische (Al(Al3+3+) ) LageLage -- TT--Lage Lage
T T O O T T --T T O O T T --T T O O TT
vdwvdw
vdwvdw
SchwacheSchwache Van Van derder WaalsWaals BindungenBindungen zwischenzwischen elektroneutralenelektroneutralen TT--OO--T T Gruppen Gruppen
gelbgelb = (OH)= (OH)
Dioktaedrische T-O-T Schichtsilikate
PhlogopitPhlogopit:: K MgK Mg33 [Si[Si33AlOAlO1010] (OH)] (OH)2, 2, ((KopplungKopplung K K -- AlIVAlIV))
TT--LageLage -- tritrioktaedrischeoktaedrische (Mg(Mg2+2+) ) LageLage -- TT--LageLage -- KK
T T O O T T KKT T O O T T KKT T O O TT
TrioktaedrischeGlimmer
K K zwischenzwischen negativnegativ geladenengeladenen TT--OO--T T GruppenGruppen →→ ionischeionische BdgBdg. . ststäärkerrker alsals vdwvdw
SiIV →→ AlIV: ein Viertel der Si Atome in den Tetraederlagen wird durch Al ersetzt –dadurch erhalten die T-O-T Pakete eine negative Nettoladung, die durch Einbringen von Kationenzwischen den T-O-T Paketen kompensiert wird
Biotit
BiotitBiotit:: K (Mg, Fe)K (Mg, Fe)33 [Si[Si33AlOAlO1010] (OH)] (OH)2 2
MischungsreiheMischungsreihe zwischenzwischen MgMg-- und Feund Fe--EndgliedernEndgliedern
MgMg--EndgliedEndglied: : PhlogopitPhlogopit:: K (Mg, Fe)3 [Si3AlO10] (OH)2K (Mg, Fe)3 [Si3AlO10] (OH)2
FeFe--EndgliedEndglied: : AnnitAnnit:: K (Mg, Fe)3 [Si3AlO10] (OH)2K (Mg, Fe)3 [Si3AlO10] (OH)2
Vulkanischer Biotit, Kaiserstuhl
MuskovitMuskovit:: K AlK Al22 [Si[Si33AlOAlO1010] (OH)] (OH)2 2 ((KopplungKopplung K K -- AlAlIVIV))
TT--LageLage -- didioktaedrischeoktaedrische (Al(Al3+3+) ) LageLage -- TT--Lage Lage -- KK
T T O O T T KKT T O O T T KKT T O O TT
K K zwischenzwischen negativnegativ geladenengeladenen TT--OO--T T GruppenGruppen →→ ionischeionische BdgBdg. . ststäärkerrker alsals vdwvdw
DioktaedrischeGlimmer
SiIV →→ AlIV: ein Viertel der Si Atome in den Tetraederlagen wird durch Al ersetzt –dadurch erhalten die T-O-T Pakete eine negative Nettoladung, die durch Einbringen von Kationenzwischen den T-O-T Paketen kompensiert wird
Muskovit
Muskovit: Fallun
Zusammenfassung der Schichtsilikatstrukturen
Schichtsilikate
Fig 13.84 Klein and HurlbutManual of Mineralogy, © John Wiley & Sons
Chlorite: (Mg, Fe)3 [(Si, Al)4O10] (OH)2 (Mg, Fe)3 (OH)6
= T - O - T - (Brucit) - T - O - T - (Brucit) - T - O - T -
Schichtsilikate
Chlorit: pseudohexagonales Kopfbild
Chlorit Aggregates: Simplon Pass
Ton: ursprünglich Korngrössen-bezeichnung – Partikel kleiner als 1/512 mm, d.h. < 0.002 mm oder < 2 μm
Röntgenographisch wurde festgestellt, dass diese Korngrössenfraktion vor allem aus Schichtsilikaten besteht
Isomorpher Ersatz von Si4+
durch Al3+ in den Tetraederschichten, negative Nettoladung der T Lagen, der T-O Pakete und der T-O-T Pakete bedingt Zwischenschicht-kationen für Ladungsbilanz
Tonminerale
Bei geringer Nettoladung der Schichtpakete sind die Zwischenschicht Kationen austauschbar – diese Tonminerael besitzen eine Kationenaustauschkapazität
Tonminerale
OberflOberfläächenladung chenladung -- AdsorptionAdsorption
+ +
+ +
TOT
TOT
- -
+ +
+ +
+TOT
TOT
++
+ +
-++
+-
++ -
++
-+
++
-++ -
Schichtsilikate, insbesondere Tonminerale haben zumeist eine negativ geladene Oberfläche, da dort Zwischenschichtkationenweitgehend fehlen.
Negativ geladene Oberflächen sind bevorzugte Orte der Absorption von positiv geladenen Ionen
Adsorption – Immobilisierungvon Schwermetallen: Pb2+, Cd2+, Zn2+, ... an negativ geladenen Tonmineraloberflächen
Gerüstsilikate
Stishovite
Coesite
α- quartzβ- quartz
Liquid
TridymiteCristobalite
600 1000 1400 1800 2200 2600
2
4
6
8
10P
ress
ure
(GP
a)
Temperature oC
nach Swamy and Saxena (1994) J. Geophys. Res., 99, 11,787-11,794.