Vorlesung Silicium-Chalkogene, Grundlagen, Vorkommen ... · Silicium-Chalkogene, Grundlagen,...

Institut für Anorganische Chemie

Prof. Dr. Armin Müller

Modul Siliciumchemie 1

Nur zum persönlichen Gebrauch!Prof. Dr. E. Kroke / Prof. Dr. A. Müller

Modul

Siliciumchemie – Von Grundlagen zu industriellen Anwendungen

Masterstudiengang (ab 1. Sem.) / Diplomstudiengang (ab 5. Sem.)

Prof. Dr. E. Kroke

Prof. Dr. A. Müller

Vorlesung

Silicium-Chalkogene, Grundlagen, Vorkommen, Herstellung, ind.

Anwendungen Si-O-Verbindungen, Zeolithe

E. Kroke Wintersemester 2018/19





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Inhalte der Vorlesung 3

Silicium – Chalkogene; Verbindungen und Anwendungen

• Chalkogenverbindungen des Siliciums

• Eigenschaften von SiO2 und SiO

• Sauerstoffsäuren des Siliciums; Silicate

• Zeolithe





Chalkogenverbindungen des Siliciums





Chalkogenverbindungen des Siliciums

• Silicium bildet Chalkogenide der Zusammensetzung SiY2

Y= O, S, Se, Te

• Silicium bildet Chalkogenide der Zusammensetzung SiY Y= O, S, Se, Te

- nur bei hohen Temperaturen stabil

- bei RT metastabil (SiO)





Schwefelverbindungen des Siliciums - Siliciumdisulfid

• Siliciumdisulfid SiS2

- Eigenschaften farblos, fest, Smp. 1090°C

- Herstellung Verschmelzen der Elemente bei 1000°C - 207 kJ/mol

Umsetzung 3 SiO2 + 2 Al2S3 -> 3 SiS2 + 2 Al2O3 bei 1100°C

- Struktur kettenförmige Faserstruktur verzerrt – tetraedrisch koordinierte

Si – Atome – kein Raumnetz wie SiO2

Si-Atom teilt sich nur 2 S – Atome mit den anderen Si-Atomen

beim Erhitzen unter Druck Übergang in

Cristobalit-artige SiS2 Modifikation

- Reaktivität reaktiver als SiO2

SiS2 + 2H2O -> SiO2 + 2 H2S

SiS2 + 4 EtOH -> Si(OEt)4 + 2 H2S

SiS2 + 2NH3 -> Si(NH)2 + 2 H2S

Quelle: A.F. Holleman, E.+ N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102 Auflage, 2007





Weitere Schwefelverbindungen des Siliciums

• Siliciummonosulfid SiS

- Herstellung des Monomers: Erhitzen von SiS2 und Si im Vakuum auf 850°C

- Herstellung der Polymere (SiS)x: kondensieren an gekühlten Flächen als rotes Glas

- (SiS)x ist isoelektrisch mit Px

• Thiosilikate

- abgeleitet von SiS2

- SiS44- Tetraederstruktur

- Si4S104- Adamantanstruktur

http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Adamantane_acsv.svg





Weitere Chalkogenverbindungen des Siliciums

• Siliciumdiselenid SiSe2

- farblos, fest, asbestähnl. Fasern analog SiS2-Typ , - 29 kJ/mol

•Siliciumditellurid SiTe2

- tiefrote, plättchenartige Kristalle, CdI2-Schichttyp

hcp-Packung der Iodid-Ionen

Cd2+-Ionen:

in allen Oktaederlücken

jeder zweiten Schicht





Silicium und Sauerstoff - Oxide

• Silicium bildet mit Sauerstoff die Oxide SiO2 und SiO

• Silicium bildet jedoch auch nicht stöchiometrische Siliciumoxide SiOn n





Silicium und Sauerstoff – Siliciummonoxid

• SiO

- Eigenschaften - Gasförmig: monomer, luftempf., feuchtigkeitsempf., stark reduzierend

- Bildungsenthalpie SiO - 99,6 kJ/mol

- Feststoffe: Unterschiedliche Strukturen bzw. Strukturmodelle

- z.B.: (SiO)x – Schichten zerfallen durch Disproportionierung

2 SiO SiO2 + Si

- Herstellung 713 kJ + SiO2 + Si 2 SiO (g) (1250°C, im Vakuum)

(Konproportionierung)

- Fällt in großen Mengen bei der industr. Herst. von mg-Si an

- Anwendungen - SiO-Überzüge auf Metallen, Halbleitern, optischen Gläsern

durch SiO–Aufdampfen und vorsichtiger Oxidation an Luft

- Zuschläge in der Metallurgie und Glasindustrie





Chemische Eigenschaften von SiO2• Herstellung

Si + O2 → SiO2 (α – Quarz) - 911,6 kJ zahlreiche weitere Mögl. (z.B. Sol-Gel-Verf. etc.)

SiO2 – Bildung erst bei T > 1000°C aufgrund der SiO2 – Schicht

auf der Oberfläche -> Passivierung

• Eigenschaften

- reaktionsträge

- in Säuren praktisch unlöslich

Ausnahme: HF aufgrund des Angriffs durch HF und Bildung des stabilen SiF62- Komplexes

SiO2 + 6 HF -> H2SiF6 + 2 H2O

- in wässrigen Laugen (NaOH, KOH etc.) löslich, aber nur sehr langsam, selbst beim Kochen

SiO2 + 2 NaOH → Na2SiO3 + H2O

- beim Schmelzen mit Alkalihydroxiden entstehen schnell Alkalisilikate

(deshalb in Quarzgefäßen kein Alkalischmelzen!)

- Alterung von frischem amorphem SiO2 (Si-OH-Gruppen noch vorhanden), dass noch

alkalilöslich ist; aufgrund von Kondensation (Verschlechterung der Alkalilöslichkeit)





Silicium und Sauerstoff - Siliciumdioxid

Amorph

Natürliche Vorkommen:

• belebte Natur - Bambus, Dornen, Grashalme, Kieselalgen, Schwämme

• wasserfrei – „Kieselglas“ durch Blitzeinschlag, Dichte 2,19 g/cm³ (sog. Fulgurite), sowie Impaktgläser

daneben: Osidian (Lavaglas < 4% Wasser, Feuerstein, kein reines SiO2)

• wasserhaltig – Opal, Sinter, Tufferden (z.B. „Kieselgur“, „Kieseltuff“)

Synthetische Varianten:

• Pyrogene Kieselsäure (Evonik: AEROSIL, Wacker: HDK, Engl: fumed silica)

• Gefällte Kieselsäure (Alkaliwasserglas plus Säuren)

• (Erschmolzenes) Quarzglas





Kieselgur (Celite)

Tektite (Impaktgläser)

Fulgurite (druch Blitze)





Silicium und Sauerstoff - Siliciumdioxid

Kristalline Modifikationen

> 8 verschiedene kristalline Modifikationen bei Raumtemperatur (stabil bzw. metastabil)

Häufigste Erscheinungsform Quarz Dichte: 2,648 g/cm³

Kwardy (slawisch: hart), zwei enantiomorphe Kristallformen (Linksquarz, Rechtsquarz)

San Cristobal (Mexiko, 1884 Rath) Cristobalit Dichte: 2,334 g/cm³

Tridimoi (griech. Drilling, 1861 Rath) Tridymit Dichte: 2,265 g/cm³

L. Coes 1953 Coesit Dichte: 2,911 g/cm³

S.M.Stishov Stishovit Dichte: 4,387 g/cm³

P.P. Keat 1954 Keatit Dichte: 3,010 g/cm³

Bisher nur in sizilian. Schwefellagerstätte Melanophlogit Dichte: 2,04 g/cm³

In der Natur nicht auftretend fasriges SiO2 Dichte: 1,97 g/cm³

- Herstellung: vorsichtige Oxidation von SiO

- Zersetzung an feuchter Luft zu Kieselgel





Silicium und Sauerstoff – Siliciumdioxid - Quarz

Häufigste natürliche kristalline Erscheinungsform Quarz Dichte: 2,648 g/cm³

Transparente Abarten des Quarzes

Bergkristall (wasserklar)

Rauchquarz (braun)

Amethyst (violett)

Citrin (gelb)

Rosenquarz (rosa)

Nicht transparente Abarten des Quarzes

Milchquarz

Saphirquarz

Morion

Katzenauge

Tigerauge

Falkenauge

Eisenkiesel

Gangquarz




Nur zum persönlichen Gebrauch!

Non-Transparent Quartz Minerals

Milchquarz / Schneequarz

(with liquid inclusions)

Saphirquarz / Blauquarz(with Al6,5–7[(O,OH)3|BO3|(SiO4)3 Dumortierit)

‘Morion‘

(color: g-rays)

Katzenauge

(Quartz w. Asbestos)

Tigerauge

(Quartz + FeOOH)

Falkenauge

(~ Blue Quartz)

Eisenkiesel

(Fe2O3 inclusions) Gangquarz

(vein quartz)





Silicium und Sauerstoff – Siliciumdioxid - Quarz

Feinkristallin (kryptokristallin) in

Chalcedon und Abarten grau trübe - Hornstein, Feuerstein, Silexstein

gelb bis tiefrot – Carneol

lauchgrün – Chrysobras

braun bis rotbraun – Jaspis

rot gefleckt Jaspis - Heliotrop

Lamellenartige Minerale Achat und Onyx

Gesteine Kieselschiefer

Lydit

Quarz als Gemengebestandteil zahlreicher Gesteine

Granit, Gneis, Sandstein, Quarzsand





Silicium und Sauerstoff – Siliciumdioxid

Technische Herstellung von Quarz

- Hydrothermalverfahren

(überhitzte wässrige Lösung von SiO2 unter Druck (380 - 400°C, 800 bar);

Wasser bereits im überkritischen Bereich, Dampf – Transport des SiO2 )

Technische Herstellung von Cristobalit

- Quarzsand im Drehrohr bei 1500°C in Anwesenheit von Alkali (Mineralisatoren)

- bis 90% Cristobalit neben bis 10% Quarz

Technische Umwandlung von Quarz bzw. Cristobalit zu reinem Tridymit sehr schwierig.

und nur im Labor bisher möglich.

Coesit natürlich nachgewiesen (Meteoritenkrater) und im Labor dargestellt.

Stishovit im Labor dargestellt.

Keatit im Labor dargestellt.

Fasriges Siliciumdioxid im Labor dargestellt.





Quartz Crystal Growth (Hydrothermal)

Varietäten des SiO2 in Abhängigkeit von Druck und Temperatur

(Götze 2009)





Zustandsdiagramm des Siliciumdioxids

(Ump. = Umwandlungspunkt, Smp. = Schmelzpunkt)

Thermodynamisch stabile Normaldruck – Modifikationen (Atmosphärendruck und Raum- bzw. höhere Temperatur)

α – Quarz (Tief-Quarz) - trigonal

β – Quarz (Hoch-Quarz) – hexagonal

β – Tridymit (Hoch-Tridymit) - hexagonal

β – Cristobalit (Hoch – Cristobalit) – kubisch

Übergang:

Schmelze – Dampf bei 2477°C

SiO2 (l) -> SiO(g) + ½ O2

bei ca. 2800°C






Silicium und Sauerstoff – Siliciumdioxid - Strukturtypen

Umwandlung α - zu β – Form eines SiO2 - Strukturtyps

- ohne Umordnung von Bindungen

- schnell

Umwandlung von einem Strukturtyp in einen andere Strukturtyp

z.B. β – Quarz in β - Tridymit oder β –Tridymit in β - Cristobalit

- mit Aufbrechen und Neubildung von Bindungen

- langsam, wegen hoher Aktivierungsenergie ( wenn keine Mineralisatoren anwesend)

- deshalb Verbindungen bei Unterkühlung beständig (metastabil),

z.B. bei Raumtemperatur ist β-Cristobalit beständig

Instabilste Form bei Raumtemperatur ist das Quarzglas -> Entglasung (Kristallisation) zum β-Cristobalit

beim Glühen von Quarzglas (nächste stabilere Form)





- kubisches Gitter des β-Cristobalit

- Si Atome – kubische Diamantstruktur

Struktur des β-Cristobalit, Ausschnitt

Anordnung der eckenverknüpften SiO4 – TetraederValenzstrichformel (die Si – O – Si - Gruppen sind übersichtlichkeitshalber linear gezeichnet,

tatsächlich beträgt der Si – O – Si –Winkel 151°)






Silicium und Sauerstoff – Siliciumdioxid

SiO2 – Form Kristallstruktur SiO-Abstand SiOSi – Winkel

[Angström)]

α – Quarz (Tief - Quarz) trigonal 1,61 144°

β – Quarz (Hoch - Quarz) hexagonal 1,62 153°

α – Cristobalit (Tief - Cristobalit) tetragonal 1,60-1,61 147°

β – Cristobalit (Hoch - Cristobalit) kubisch 1,58 – 1,69 151°

α – Tridymit (Tief - Tridymit) rhombisch 1,54 – 1,71 ca. 140°

β – Tridymit (Hoch - Tridymit) hexagonal 1,53 – 1,55 180°

Nur geringe Unterschiede in Bindungsabstand und Bindungswinkeln zwischen den α und β Formen.

Tetraederwinkel: 109,5°

SiOSi – Winkelaufweitung -> Vorlesung Si1 : Elektronegativität, und VL 8






Silicium und Sauerstoff – Quarzglas und Quarzgut

• Quarzglas

- Schmelzen von kristallinem Quarz

- vollständige Entgasung der Schmelze

- Abkühlen der Schmelze

-> blasenfreies , durchsichtiges Quarzglas, amorph

• Quarzgut : analog Quarzglas aber nur teilweises Schmelzen und Entgasen

• Anwendung von Quarzgut und Quarzglas

Tiegel, Kokillen, Kolben, chemische Geräte, Teile für Metallurgie, Quarzlampen, Fasern

• Problematik: Vermeidung der Rekristallisation bei hoher Temperatur (Alkali!)

• Vorteile von Quarz: - Mohs-Härte 7

- chemische Widerstandsfähigkeit,

- Schwerschmelzbarkeit,

- kleiner linearer Ausdehnungskoeffizient (1/18 von normalem Glas)

-> dadurch keine inneren Spannungen bei großen Temperaturänderungen

- durchlässig für UV - Strahlen (normales Glas ist nicht durchlässig!),

- Ausnahme bei sehr kurzwelligem UV (< 200 nm)




Nur zum persönlichen Gebrauch!

Arten von Verstärkungsfasern

• E-Glas (E = Electric): gilt als Standardfaser, ca. 90 % des Marktes, wird in

basischer und saurer Umgebung angegriffen

• S-Glas, R-Glas (S = Strength, R = Résistance): erhöhte Festigkeit

• M-Glas (M = Modulus): erhöhte Steifigkeit (E-Modul)

• C-Glas (C = Chemical): erhöhte Chemikalienbeständigkeit

• ECR-Glas (E-Glass Corrosion Resistant): hohe Korrosionsbeständigkeit

• D-Glas (D = Dielectric): niedriger dielektrischer Verlustfaktor, z. B. für Radar

• AR-Glas (AR = Alkaline Resistant): in Beton, mit ZrO2 angereichert, gegenüber

einer basischen Umgebung weitgehend resistent

• Q-Glas (Q = Quarz): Quarzglas. Für hohe Temperaturen bis 1450 °C

• Hohlglasfasern: Fasern (meist E-Glas) mit einem Hohlquerschnitt

Bemerkung: R-, S- und M-Glas ist alkalifrei, hohe Feuchtebeständigkeit

Glasfasern für die Faseroptik (u.a. Laser, Kommunikation) !!

Prof. Dr. E. Kroke / Prof. Dr. A. Müller





Silicium und Sauerstoff – Quarzkiese, -sande und -mehle

• Jahresmengen mehrere Mio. t / a

• Anwendung

- Glasindustrie

- Gieserei - Industrie

- keramische Industrie

- Wasserglas

- Füllstoffe

- Siliciumcarbid

- Emailindustrie

als Scheuer-, Schleif-, Poliermittel

Schwingquarz aufgrund des piezoelektrischen Effektes





Silicium und Sauerstoff – Hochdisperse Kieselsäure (HDK), Aerosil

• Herstellung

Verbrennen von Siliciumtetrachlorid zu SiO2 und HCl

• mehrere hunderttausend Jahrestonnen

• Anwendung

Kosmetik, Reifen, Keramik, Isolatoren etc.

• Hersteller

Evonik Degussa GmbH (Marktführer)

Wacker Chemie AG





Sauerstoffsäuren des Siliciums

und

Silicate





Silicium und Sauerstoff – Sauerstoffsäuren, Silicate

• analog V - VII. Hauptgruppe tetraedrisches Ion EO4n- (Monosilication, Orthosilication)





• Monokieselsäure / Orthokieselsäure H4SiO4 --> große Neigung zur Wasserabspaltung

(kinetisch kaum gehinderter, schwach exothermer Prozess)

• Wasserabspaltung intermolekular zur Dikieselsäure (OH)3Si-O-Si(OH)3

• bei pH > 2 Deprotonierung Si(OH)4 + OH- (HO)3SiO

- + H2O

(HO)3SiO- + Si(OH)4 (OH)3Si-O-Si(OH)3 + OH

-

• bei pH < 2 durch Protonierung Si(OH)4 + H+ (HO)3Si(OH2)

+

(HO)3Si(OH2)+ + Si(OH)4 (OH)3Si-O-Si(OH)3 + H3O

+

• Orthokieselsäure nur in größer Verdünnung (120 mg/l) kondensationsbeständig

• sehr schwache Säure pK1=9,51, pK2=11,74

Silicium und Sauerstoff – Sauerstoffsäuren, Monokieselsäure





• weitere Kondensation leicht möglich (Tri-, Tetra-, Oligo-, Polykieselsäuren) bis zum polymeren SiO2• im saurem Milieu ungeordnete Polykondensation zu amorpher Polykieselsäure (Ketten)

• im alkalischen Milieu Bildung von amorphen, kompakteren, partikulären Strukturen

-> siehe auch Sol-Gel-Kapitel

Silicium und Sauerstoff – Sauerstoffsäuren, Silicate






Silicium und Sauerstoff – Bindigkeit der O-Si-OH - Einheiten


im saurem Milieu im basischen Milieu





• Kondensation von Mono- zu Polykieselsäure bei pH 2-3 und RT in Tagen/Stunden

bei pH 8-9 in Minuten /Sekunden

• Durchmesser des Polykieselsäuremoleküls ca. 20 Angström mit 100 oder mehr

SiO2-Einheiten

• im alkalisches Milieu sind Kieselsole bis 1500 Angström möglich

• Aggregationstendenz der Polykieselsäurekugeln nimmt mit der Größe ab

Silicium und Sauerstoff – Bildung von Kieselsol aus Monokieselsäure

(jeweils 4 O-Atome umschließen ein – nicht sichtbares – Si-Atom






Zweidimensionales Modell des Übergangs eines Kieselsols in ein Kieselgel

• weitere Kondensation zu weitmaschiger amorpher Kieselsäure – „Kieselgel“

• Verfestigung durch weitere Kondensation -> Alterung der „Kieselgele“


Siehe auch Kapitel Sol-Gel-Chemie





• Kieselsole (flüssig)

Herstellung:

Labor: Ansäuern von Natriumsilikat Na4SiO4 – Lösungen (Natronwasserglas)

Technisch: Lösungen über Kationenionenaustaucher + Stabilisierung

durch Alkalisieren und Erwärmung auf 60°C

Verwendung: Textilindustrie als Verfestiger von Fäden, Halbleiterindustrie: Poliermittel

• Kieselgel (fest)

Herstellung:

wie Kieselsol, aber Weglassen der Stabilisierung -> Reaktion bis zum

Kiesel-Hydrogel

Durch Trocknen des Kiesel-Hydrogels -> Kiesel-Xerogel bzw. Kiesel-Aerogel

Oberfläche 200 – 800 m²/g analog Aktivkohle

Verwendung:

- Einsatz zur Adsorption von Dämpfen

- Trocknen von Gasen, Flüssigkeiten, Feststoffen (Blaugel, CoCl2 6H2O rosa)

- Entfärbung von Flüssigkeiten

- Mattierungsmittel in Lacken etc.

Silicium und Sauerstoff – Kieselsol, Kieselgel





• technisch von Bedeutung sind Kalium- und Natriumsilicat

• Charakterisierung über Molverhältnis SiO2/Alkalioxid

• Gruppe 1 : Molverhältnis 2 bis 4

Herstellung: Quarzsand + Alkalikarbonat bei 1400°C in Wannen- oder Drehrohröfen

Na2CO3 + 4 SiO2 -> Na2O . 4 SiO2 + CO2 SiO2/Metalloxid > 2

Auflösen des festen Reaktionsprodukts in Wasser bei 5 bar und 150°C -> Wasserglaslösung

Hauptanwendung: Bindemittel, Papierindustrie

• Gruppe 2 : feste, kristalline Natriumsilicate

Na2O . n SiO2 n=0,5 Orthosilicat, 1 Metasilicat, 2 Disilicat - können auch Kristallwasser enthalten

Natriummetasilikat: Sand/Soda im Verhältnis 1:1; Umsetzung durch Schmelzen in Trommelöfen

Hauptanwendung : Wasch- und Reinigungsmittel

Produktion: Alkalisilicate 4 Mio. t/a

Silicium und Sauerstoff – Alkalisilicate





• Steuerung der Kondensation von freien Kieselsäuren ist schwierig

(Polykondensation ohne Richtung)

• Bei Salzen der Kieselsäuren (Silikaten) statt –OH teilweise oder vollständig –OM Gruppen

(M=Metall) ist Steuerung möglich

• -OM beteiligt sich nicht mit am Kondensationsprozess

• Silicatanionen :

- meist einheitlich gebaute, räumlich begrenzte azyklische oder zylische Silicationen

bzw.

- räumlich unbegrenzte Ketten-, Band-, Schicht- oder Gerüstsilicatanionen

• werden mit Metallkationen der Metalle Mg, Ca, Al, Fe zu größeren Komplexen verbunden.

• (fast) alle Silicate sind tetraedrisch (KZ4) und eckenverknüpft

Silicium und Sauerstoff – Silicate: Insel- , Ketten-, Bänder-, Schichten-, Gerüstsilicate





Systematik der Silicate

b) es sind Cyclosilicate mit n = 3,4, 6, 8 bekannt






Ketten-, band- und schichtförmige Kieselsäuren






Tetraederanordnung in verschiedenartigen Silicaten (schematisch)

• jede frei Tetraederecke: negativ geladenes Sauerstoffatom

• jede gemeinsame Ecke ein Sauerstoffatom zwischen zwei Si-Atomen






• kleine Kationen wie Al3+ , B3+, Be2+ können die Siliciumionen der Silicatbausteine teilweise

ersetzen

• Ladungen müssen ausgeglichen werden

Silicium und Sauerstoff – Silicate; Alumosilicate, Borosilicate, Beryllosilicate





• Inselsilicate

Fosterit Mg2[SiO4]

Olivin (Mg,Fe)2[SiO4],

Granat M3(II) M2(III)[SiO4]3 M(II): Mg, Mn, Fe, Ca, M(III) Al, Fe, V, Cr,

Zirkon (ZrSiO4)

Verwendung: Schmuckindustrie, Lager von Uhren (Granat), Feuerfest-Mörtel +

Steine (Forsterit)

• Gruppensilicate

Beryll Al2Be3 [Si6O18] – wichtigstes Berylliumhaltiges Mineral

Verwendung: Schmuckindustrie

Silicium und Sauerstoff – Insel- und Gruppensilicate





β-Wollastonit Ca[SiO3]

Spodumen LiAl[SiO3]

Mullit 3 Al2O3 . 2SiO2 bis 2 Al2O3.SiO2 (Alumosilikat mit Bandstruktur)

Verwendung: Wollastonit – Rohstoff für keramische Erzeugnisse,

Füllstoff für Anstrichstoffe, Gießmassen

Mullit (technische Herstellung: Kaolin+calc. Al2O3 im Lichtbogenofen)

hochfeuerfester Baustoff (Ausmauerungen), Elektroporzellan, Füllstoff

Silicium und Sauerstoff – Ketten- und Bandsilicate





Serpentin Mg3(OH)4[Si2O5]

Kaolinit Al2(OH)4[Si2O5] (Aluminiumsilicat !)

Talk Mg3(OH)2[Si2O5]2 bzw. Pyrophyllit (Mg ist durch Al ersetzt)

Glimmer KMg3(OH)2[AlSi3O10] (Alumosilicat !)

Zinnwaldit KLiFe (II)Al(AlSi3O10)(OH, F)2

Herstellung von Kaolinit: Polykieselsäuren + Aluminiumhydroxid unter hydrothermalen

Bedingungen bei pH < 7

• Verwendung : Kaolinit - Rohstoff für Porzellan

Füllstoff in Papier und anderen Materialien

Ausgangsstoff für Molekularsiebe

Füll- und Trägerstoff für Medikamente etc.

Talk - Füllstoff in Kunststoffen und Lacke

Talkmehle als Gleitmittel

in Pharmazie und Kosmetik

Silicium und Sauerstoff – Schichtsilicate [Si2O5]2-

• „Tetraederschicht“ (Si2O5 – Si-tetraedrisch koordiniert)

• „Oktaederschicht“ (Al, Mg – oktaedrisch koordiniert)





Roherz und Zinnwaldit-Glimmer

Greisenkörper aus Zinnwald Zinnwaldit-Glimmerkonzentrat

• Zinnwaldit, KLiFe (II)Al(AlSi3O10)(OH, F)2, Kalium-Lithium-Eisen-Aluminium Alumosilicat ist eine

silicatisches Mineral der Glimmer Gruppe

mit 1,59 Ma.-% Li.

• Das Mineral wurde zuerst 1845 in Zinnwald/Cinovec an der Deutsch-Tschechischen Grenze

beschrieben.





Zinnwald

1 km

anstehender Albitgranit

Albitgranitkontakt Niveau Tiefer Bünau Stollen

Cinovec

Lagerstättenteil Li / t Li2CO3 / t

Zinnwald (D) 62.790 334.231

Cinovec (CZ) 106.800 568.496

Summe 169.590 902.727

geologische Vorräte





a)Projektion in die ab-Ebene (OH-Schicht unter halb Mg(Al)-Schicht nicht wiedergegeben;

b)Projektion in die bc-Ebene (die Projektion bezieht sich auf die in Fig. (a) durch Fettdruck hervorgehobenen Gruppen)

Strukturen von Serpentin Mg3(OH)4[Si2O5] und Kaolinit

Al2(OH)4[Si2O5] (schematisch)






Feldspäte K[AlSi3O8] (Kalifeldspat, Orthoglas)

Na[AlSi3O8] (Natronfeldspat, Albit)

Ca[Al2Si2O8] (Kalkfeldspat, Anorthit)

• Feldspäte sind zu 60 – 64% am Aufbau der Erdkruste beteiligt

• 40% der Erdkruste besteht aus Albit/Anorthit – Mischkristallen

• Verwendung : Feldspäte – Glas- und Keramikindustrie

Schleifmittel

Füllstoff in Lacken, Kunststoffen

Straßenschotter

Silicium und Sauerstoff – Gerüstsilicate





Zeolithe Na2Ca[Al2Si4O12]2 . 16 H2O Faujasit

Na2[Al2Si10O24] . 7 H2O Natrolith

Na8,7[(AlO2)8,7(SiO2)39,3] · 24 H2O Mordenit

- porenreiches anionisches Raumnetzwerk, lange Kanäle

- im Inneren der Poren und Kanäle befinden sich Wasser und Kationen

Künstliche Zeolithe aus Wasserglas, Aluminat und Natriumhydroxid in Wasser durch Kristallisation des

Al-haltigen Kieselsäuregels bei 70 – 100°C

Verwendung: Waschmittel, Adsorptionsmittel, Ionenaustauscher, Molekularsiebe, Katalysatoren

Zeolith A: Na2[Al2Si4O12] . n H2O : Austausch Na mit Ca -> wasserenthärtende Wirkung

Zeolith – Typen:

A X Y Mordenit

Porendurchmesser 4.1 7.4 7.4 7 x 6,5

[Angström]

Porenvolumen [%] 47 50 58 28

A: Na12[(AlO2)12(SiO2)12] · 27 H2O X: Na86[(AlO2)86(SiO2)106] · 264 H2O Y: Na56[(AlO2)56(SiO2)136] · 250 H2O

Silicium und Sauerstoff – Gerüstsilicate





wiedergegeben sind Verbindungslinien der Silicium (Aluminium)-Atome der eckenverknüpften [(Al,Si)O4]-Tetraeder

Struktur von Zeolithen






Zeolithproduktionsstandorte in Deutschland

Quelle: Chemie Ingenieur Technik 7 / 2010

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