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Silikat


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  1. In der Chemie ist ein Silikat eine Verbindung von Silizium und Sauerstoff (Si x O y ) einem oder mehreren Metallen und eventuell auch Hydroxid - Ionen . Mit Silikat bezeichnet man auch die des Siliziums und der Kieselsäuren siehe auch Quarz .
  2. In der Mineralogie bilden die Silikate oder Silikatminerale eine große Mineralgruppe .

Die Erdkruste besteht zu über 90 Prozent der Erdmantel fast vollständig aus Silikaten. Die häufigsten in der Erdkruste sind mit 50-60 Volumenprozent die Feldspäte . Andere wichtige gesteinsbildende Minerale sind Glimmer Tonminerale Amphibole Pyroxene Granat und Olivin . Das häufige Mineral Quarz (SiO 2 ) wird in deutschsprachiger Literatur zu den gezählt im anglo-amerikanischen Schrifttum zu den Silikaten

Inhaltsverzeichnis

Struktur

Allen Silikatmineralen ist ein gemeinsames Bauprinzip deshalb lassen sie sich relativ einfach in systematische Ordnung bringen. Die Grundbausteine aller Silikate SiO 4 - Tetraeder . Ein Siliziumatom ist dabei von vier umgeben. Die Sauerstoffatome berühren sich wegen ihrer in der Mitte bleibt Platz für das kleine Siliziumatom (der freie Raum heißt Tetraederlücke).

Eine weitere Eigenschaft der Silikate besteht der Fähigkeit der Sauerstoffatome gleichzeitig an verschiedenen 4 -Komplexen teilzuhaben. Daraus ergeben sich neben isolierten 4 -Tetraedern weitere zusammengesetzte Bauelemente:

  • isolierte Tetraeder
  • Doppeltetraeder
  • Ringstrukturen
  • Einfach- und Doppelketten
  • Schichtstrukturen
  • Gerüststrukturen

Aluminium kann das sich chemisch ähnlich Silizium ersetzen (substituieren) Silikate in denen dies nennt man Alumosilikate. Bei Einbau von Aluminium 3+ statt Si 4+ ) in das Mineralgitter muss Ladungsausgleich durch weiterer positiv geladener Ionen ( Kationen ) erfolgen. Das Al:Si-Verhältnis kann den Wert nicht überschreiten reine Aluminate kommen in der nicht vor.

Systematik der Silikatminerale

Die Silikate bilden wie bereits erwähnt äußerst ausgedehnte Mineralfamilie. Es treten große Unterschiede chemischer Zusammensetzung Kristallsymmetrie Bindungsarten und Struktur der auf. Es bestehen deshalb verschiedene Klassifikationsschemata für Die in Deutschland übliche Systematik teilt die nach dem Grad der Polymerisation der SiO 4 -Tetraeder ein.

Bemerkungen zur Schreibweise der chemischen Summenformeln

Eine vereinfachte schematische Formel von Silikaten

<math>\mathrm {M_n\left[\left(Si_xO_y\right)^{4x-2y}\right]}</math>.

An die Stelle der Sauerstoff - Siliziumkomplexe können Hydroxid - oder Fluoridionen treten. Die Position von "M" wird einem oder mehreren Metallionen bis zum Ladungsausgleich In das Gitter von besonders weitmaschigen Silikaten auch Wasser eingelagert werden. Wenn in einem bestimmten tatsächlich einige der Si x O y -Komplexe durch Ionen wie Fluorid (F - ) oder Hydroxid (OH - ) ersetzt werden so deutet man das senkrechte Trennstriche im letzten Term der Formel zum Beispiel

<math>\mathrm{Al_2\left[Si_2O_5|(OH)_4\right]}</math> Kaolinit.

Eingelagertes Wasser wird folgendermaßen notiert:

<math>\mathrm{Na[AlSi_2O_6]\cdot H_2O}</math> Analcim.

Klassifizierung nach dem Polymerisationsgrad der SiO 4 -Tetraeder

Inselsilikate (Nesosilikate)

Bei den Inselsilikaten liegen isolierte SiO 4 -Tetraeder vor. Vertreter:

  • Olivin : <math>(Mg Fe)_2[SiO_4]</math>
  • Zirkon : <math>Zr[SiO_4]</math>

Gruppensilikate (Sorosilikate)

Je zwei SiO 4 -Komplexe sind über ein Sauerstoffatom zu Doppeltetraedern wobei dieser so genannte Brückensauerstoff jedem SiO 4 -Tetraeder zur Hälfte angehört. Das Si:O Verhältnis Gruppensilikaten ist damit 2:7. Diese Struktur kommt häufig vor ein Beispiel ist das Mineral (Ca 2 Al[(Si Al) 2 O 7 ]).

Ringsilikate (Cyclosilikate)

In Ringsilikaten sind die SiO 4 -Tetraeder zu isolierten Dreier- Vierer- und Sechserringen Jedes Siliziumion teilt sich je zwei Sauerstoffionen zwei benachbarten Tetraedern. Daraus ergeben sich die Formeln für die Ringstrukturen :

  • [Si 3 O 9 ] 6-
  • [Si 4 O 12 ] 8-
  • [Si 6 O 18 ] 12- .
Beryll (Al 2 Be 3 [Si 6 O 18 ]) und Cordierit ((Mg Fe) 2 [Al 4 Si 5 O 18 ]*nH 2 O) gehören zu den Ringsilikaten.

Einfach- und Doppelkettensilikate (Inosilikate)

Zu den Kettensilikaten gehören zwei wichtige von gesteinsbildenden Mineralen: Pyroxene und Amphibole . Die Pyroxene bilden eindimensionale Einfachketten dabei je zwei der Sauerstoffionen gleichzeitig zwei Tetraederkomplexen woraus sich ein Si:O-Verhältnis von 1:3 ergibt Diopsid (CaMg[Si 2 O 6 ]).

Amphibole bilden eindimensionale Doppelketten. Dabei sind Einfachketten seitlich über Brückensauerstoffe verbunden. Gegenüber den hat zusätzlich jeder zweite Tetraeder jeder Einfachkette seinem jeweiligen Nachbarn ein Sauerstoffion gemeinsam. Das bei Doppelkettensilikaten beträgt 4:11. In solchen silikatischen sind Hohlräume vorhanden in die (OH) - - und F - -Ionen eintreten können. In der chemischen Summenformel das durch einen vertikalen Strich zum Ausdruck Ein Mineral aus der Gruppe der Amphibole Aktinolith (Ca 2 (Mg Fe) 5 [(OH) 2 |Si 8 O 22 ]).

Schichtsilikate (Phyllosilikate)

Durch weitergehende Polymerisation bilden sich aus zweidimensionale Schichtstrukturen von SiO 4 -Tetraedern. Innerhalb einer Schicht teilt sich dabei Siliziumion drei seiner Sauerstoffionen mit seinen Nachbarn. Si:O-Verhältnis der Schichtsilikate beträgt 2:5. Zwischen den 4 -Schichten befinden sich Hohlräume die mit (OH) - - und F - -Ionen besetzt werden können.

Die Schichtsilikate besitzen eine weitergehende Systematik werden unterteilt in Zwei- und Dreischichtsilikate eine Unterteilung berücksichtigt die Strukturen und Ionen die zwischen zwei Tetraederschichten befinden.

Zu den Schichtsilikaten gehören Mineralgruppen wie Glimmer Talk Serpentin und Tonminerale Beispiele sind Muskovit (ein Dreischichtsilikat) (KAl 2 [(OH) 2 |AlSi 3 O 10 ]) und Kaolinit (ein Zweischichtsilikat) (Al 4 [(OH) 8 |Si 4 O 10 ].

Gerüstsilikate (Tectosilikate)

Bei Gerüstsilikaten gehört jedes Sauerstoffion gleichzeitig benachbarten Tetraedern an. Dadurch entstehen dreidimensionale Netzwerkstrukturen. ergibt sich die chemische Summenformel SiO 2 ; das ist Quarz . Für weitere Gerüstsilikate muss Silizium durch ersetzt werden. Der Ladungsausgleich erfolgt durch Einlagerung Kationen . Zu den Gerüstsilikaten gehören die Feldspäte und Feldspatvertreter eine wegen ihrer Häufigkeit wichtige Gruppe von Mineralen. Beispiele sind Minerale der Mischreihe der Plagioklase (Albit - Anorthit): (NaAlSi 3 O 8 - CaAl 2 Si 2 O 8 ).

In das weitmaschige Gitternetz einiger Feldspatvertreter sogar große Moleküle wie H 2 O eingebaut werden. Bei hoher Temperatur entweicht Wasser wird jedoch bei niedriger Temperatur in Wasserdampf gesättigter Umgebung wieder ins Kristallgitter eingebaut. Diese wasserhaltigen Minerale gehören zur der Zeolithe (z. B. Natrolith (Na 2 [Al 2 Si 3 O 10 ]*nH 2 O).

Amorphe Silikate

Opal ist eine amorphe Quarzvarietät (Quarz wird nach Autor auch zu den Oxidmineralen gestellt).

Klassifikation nach Kostov

Diese Einteilung beruht hauptsächlich auf der Zusammensetzung des Silikats und seiner Kristallmorphologie siehe unten den Punkt "Weitere Literatur".

Technische Silikate

...

Vorkommen

  • Silikate kommen in allen Wässern in niedriger gelöst vor.
  • Manche Organismengruppen bilden kieselige Skelette die Hauptproduktion vermutlich durch planktonisch lebende Organismen wie Diatomeen und Kieselalgen . Manche Schwämme sondern ebenfalls kieselige Gerüststrukturen ab.
  • Alle erdähnlichen Planeten bestehen zu einem großen aus Silikaten.

Verwendung

Als Schmuck- und Edelsteine

  • Die Inselsilikate Granat Olivin Topas und Zirkon werden in reiner Qualität als Schmucksteine verkauft.
  • Die Quarzvarietäten Amethyst Avanturin Chalcedon Citrin Moosachat sind beliebte Schmucksteine.
  • Die Feldspäte Amazonit Labradorit und der Feldspatvertreter Sodalith werden als verwendet.
  • Smaragd ein Edelstein ist eine Varietät von Beryll .

Industriell

  • Talk ist vielseitig verwendbar. Er wird in Farben- und Glasindustrie und als Schmiermittel verwendet. gemahlener Grundstoff (dann Talcum genannt) ist er in vielen Kosmetika
  • Asbest ( Chrysotil ) wurde wegen seiner Isolier- Dämm- und Eigenschaften beim Bauen verwendet ist aber wegen Nebenwirkungen mittlerweile aus der Mode gekommen. Zur feuerfester und korrosionsbeständiger Werkstoffe sind auch die Zirkon Muscovit Andalusit Sillimanit und Disthen geeignet.
  • Kaolinit ist ein wichtiger Rohstoff für die z. B. zur Herstellung feuerfester Tiegel und Mauer- und Dachziegeln.
  • Zeolithe finden Verwendung als Ionentauscher (so genannte und als Phosphat-Ersatz zur Enthärtung von Wasser Waschmitteln sogar als Nahrungsergänzung zur "Entschlackung".

Weitere Literatur

  • W. L. Bragg (1930): The structure of Z. Kristallogr. 74 : 237--305.
  • W. A. Deer W. A. Howie und Zussman (1982): Rock-Forming Minerals Volume 1A: Orthosilicates . Longman London 2. Auflage.
  • I. Kostov (1975): Crystal chemistry and classification silikate minerals. Geokhimiya Mineralogiya i Petrologiya . 1 : 5--41.
  • F. Liebau (1962): Die Systematik der Silikate. Naturwissenschaften . 49 : 481--491.
  • S. Matthes (1993): Mineralogie . Springer-Verlag Berlin 4. Auflage.("inzwischen gibt es eine Ausgabe Datum unbekannt")
  • S. Na'ray-Szabo (1930): Ein auf der Kristallstruktur Silicatsystem. Z. Physik. Chem. Abt. . B9 : 356--377.
  • H. Pichler und C. Schmitt-Riegraf (1987): Gesteinsbildende Minerale im Dünnschliff . Enke Verlag.
  • P. H. Ribbe (1982): Reviews in mineralogy Volume 5: Orthosilicates . Mineralogical Society of America Washington 2. Auflage.
  • J. V. Smith und W. L. Brown Feldspar Minerals Volume 1 . Springer-Verlag Berlin 2. Auflage.
  • H. Strunz (1978): Mineralogische Tabellen 3 7. Akademische Verlagsgesellschaft Gees & Portig Leipzig.
  • W. E. Tröger (1952): Optische Bestimmung der gesteinsbildenden Minerale Teil 1: . Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung Stuttgart 4. Auflage.
  • W. E. Tröger (1967): Optische Bestimmung der gesteinsbildenden Minerale Teil 2: . Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung Stuttgart ?. Auflage.
  • T. Zoltai (1960): Classifikation of silicates and minerals with tetrahedral structures. American mineralogist . 45 : 960--973

Weblinks




Bücher zum Thema Silikat

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