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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)
no more silicates