- 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.