PHYLLOSILIKATE (SCHICHTSILIKATE)

Phyllosilikate
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PHYLLOSILIKATE (SCHICHTSILIKATE)
SiO4-Tetraeder sind zu Silikat-Tetraederschichten verbunden. Kleinste Baueinheit ist
∞2 [Si2O5]. Zwischen den Tetraederschichten (Si, Al im Zentrum der Tetraeder) liegen
Oktaederschichten mit Al, Mg, Fe etc. im Zentrum der Oktaeder. Auch Zwischenschichten
(mit K, H2O etc.) sind möglich.
Phyllosilikatschicht von oben gesehen
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Die Schichten können verschieden übereinander gestappelt werden. Dementsprechend
unterscheidet man Zwei- , Drei- bzw. Vierschichtsilikate.
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Entwicklungsschema der Phyllosilikatstrukturen
Je nach der Besetzung der Oktaederschicht werden dioktaedrische und trioktaedriche
Phyllosilikate unterschieden:
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PHYLLOSILIKATE – ÜBERBLICK
Serpentin-Gruppe
Chrysotil
Mg3[Si2O5/(OH)4]
Antigorit, Lizardit
Talk-Pyrophyllit-Gruppe
Pyrophyllit
Al2[Si4O10/(OH)2]
Talk
Mg3[Si4O10/(OH)2]
Glimmer-Gruppe (engl. mica)
Muscovit
KAl2[Si3AlO10/(OH)2]
Paragonit
NaAl2[Si3AlO10/(OH)2]
Phlogopit
KMg3[Si3AlO10/(OH)2]
Biotit
K(Mg,Fe)3[Si3AlO10/(OH)2]
Chlorit-Gruppe
Chlorit
(Mg,Fe)3[(Si,Al)4O10/(OH)2] (Mg,Fe,Al)3(OH)6
Tonmineral-Gruppe (engl. clay minerals)
Kaolinit
Al2[Si2O5/(OH)4]
Illit
ähnlich Glimmer, Einbau von Mg, Ca, H2O
Smektite (z.B. Montmorillonit)
Einbau von Mg, Na und Wasserschichten
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Serpentin-Gruppe
Mg3 (OH)4 [Si2O5], monoklin bzw. orthorhombisch
trioktaedrisches Zweischichtsilikat (T-O Struktur)
Ausbildung: Chrysotil: faserig, asbestförmig; Antigorit: massig, derb, körnig, blättrig
Eigenschaften:
•
Härte: 3-5
•
Dichte: 2.5-2.6 g cm-3
•
Farbe: weiß bis dunkelgrün; Chrysotilfasern mit seidigem Glanz; sonst fettig
Struktur: Mg-(OH) Schicht ist etwas größer als die [Si2O5]-Schicht; dies verursacht eine
Krümmung des Schichtpaketes
Chrysotil (Faserserpentin, Serpentinasbest): Röllchenstruktur
Antigorit (Blätterserpentin): Wellblechstruktur
aus Mattehs (1996)
Minerale dieser Gruppe zeigen Polymorphie. Außer Antigorit und Chrysotil gibt es Lizardit
Entstehung: hydrothermale oder niedriggradige Metamorphose von Olivin-reichen Gesteinen
= Serpentinisierung
2Mg2[SiO4] + 3H2O = Mg3 (OH)4 [Si2O5] + Mg(OH)2
Olivin + Wasser. = Serpentin + Brucit
Verwendung: Asbestmineral; umweltproblematisch!
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Talk-Pyrophyllit-Gruppe
Talk
Mg3 (OH)2 [Si4O10], monoklin
trioktaedrisches Dreieischichtsilikat (T-O-T Struktur)
Ausbildung und Eigenschaften:
•
schuppig-blättrig, meist derb, dicht;
•
weiß, grau, grünlich
•
seidig - speckiger Glanz
Massige Ausbildungen werden als Speckstein (Steatit) bezeichnet
Entstehung:
hydrothermale (metasomatische )Umwandlung von Mg-reichen Gesteinen (Ultramafite;
Dolomit/Magnesit)
3MgSiO3 + SiO2 + H2O
= Mg3 (OH)2 [Si4O10]
Enstatit + hydrothermale L. = Talk
schwachgradige Metamorphose von diesen Gesteinen
Verwendung: als gemahlenes Produkt (=Talkum) für Kosmetika (Puder), Füllstoffe für
Papier, Kunststoffe, Farben, Keramik, Gummi, Insektizide; Schmiermittel; Ziegel;
Kunsthandwerk; Abbau in Österreich: Rabenwald, Oststeiermark
Pyrophyllit
Al2 (OH)2 [Si4O10], monoklin
dioktaedrisches Dreischichtsilikat (T-O-T Struktur)
Ausbildung: farblose Blättchen; makroskopisch schwer erkennbar; Bestimmung meist nur
röntgenographisch
Verwendung: z.T ähnlich wie Talk; Keramik
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Glimmer-Gruppe
di- und trioktaedrische Dreischichtsilikate (T-O-T Struktur) mit teilweisem Einbau von Al in
die Tetraederschicht
Große Kationen (K, Na, Ca) in [12] in zusätzlicher Zwischenschicht
Chemismus
X1 Y2-3 [Z4 O10] (OH, F)2, monoklin
X = K, Na, Ca (Ba, Rb, Cs etc.)
Y = Al, Mg, Fe, (Mn, Cr, Ti, Li etc.)
Z = Si, Al
Diaoktaedrisch:
Muscovit K Al2 [Si3 Al O8] (OH)2 ; Phengit Substitution; Mg[6] Si[4] <-> Al[6] Al[4]
Paragonit Na Al2 [Si3 Al O8] (OH)2
Margarit Ca Al2 [Si2 Al2 O8] (OH)2 = Sprödglimmer
Trioktaedrisch:
Phlogopit K (Mg, Fe)3 [Si3 Al O8] (OH)2
Biotit K (Mg, Fe, Al)3 [Si2.5-3 Al1-1.5 O8] (OH)2
Muscovit
Struktur
Struktur von Muscovit: links von oben; rechts seitlich
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verschiedene Stapelung der Schichten möglich: 1M, 2M, 3T Polymorphe
Ausbildung:
tafelig, blättrige Kristalle; schuppig; elastisch!
perfekte Spaltbarkeit nach {001}
H = 2.5-3; D = 2.8-3.2
Farbe: farblos! silbrig in dickeren Aggregaten, seidig glänzend
Vorkommen: häufig gesteinsbildend
magmatisch: nur in Plutoniten (z.B. Granit, Diorit)
metamorph: kontakt- und regionalmetamorph; z.B. in Glimmerschiefern, Gneisen etc.;
Serizit: Bezeichnung für feinschuppigen Hellglimmer
sedimentär: detritärer Glimmer
Verwendung: Wärme- und Elektroisolator
Phlogopit und Biotit
trioktaedrische Dreischichtsilikate (T-O-T Struktur) und K in Zwischenschicht
bilden eine Mischkristallreihe
A
Ausbildung:
•
tafelig, blättrige Kristalle; pseudohexagonal
•
perfekte Spaltbarkeit nach (001)
•
elastisch
•
H = 2.5-3; D = 2.8-3.2
•
Farbe: Phlogopit: blaß bräunlich, Biotit: immer dunkel (dunkelgrün bis schwarz); stark
glänzend
Vorkommen: häufiges gesteinsbildendes Mineral!
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magmatisch: in Plutoniten (z.B. Granit, Diorit) und Vulkaniten
metamorph: kontakt- und regionalmetamorph; z.B. in Glimmerschiefern, Gneisen etc.
Chlorit-Gruppe
Mg3 [Si4O10] (OH)2 Mg3(OH)6 monoklin und selten triklin
Struktur
Di- und trioktaedrische Vierschichtsilikate (T-O-T-O Struktur) Talkschicht bzw.
Serpentinschicht wechselt mit Brucitschicht
Mg in Brucitschicht kann durch Al, Fe2+ und Fe3+ ersetzt werden; Al ersetzt zum Teil Si in
Tetraedern
Orthochlorite (< 4 Gew.% Fe2O3); d (001) ≈ 14 Å
•
Klinochlor
•
Pennin
Septochlorite (> 4 Gew.% Fe2O3; d (00l) ≈ 7 Å; Serpentinschicht
•
Greenalith
•
Chamosit
Ausbildung und Eigenschaften:
•
säulenförmige Kristalle, pseudohexagonale Querschnitte
•
blättrig-schuppiger Habitus; massige bis blättrig-schuppige Aggregate
•
Spaltbarkeit vollkommen nach (001);
•
geringe Härte (H = 2);
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•
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Farbe: grün
Vorkommen: häufig gesteinsbildend
•
in niedriggradig metamorphen Gesteinen z.B. Grünschiefer
•
hydrothermale Gesteine; Chloritisierung
•
sedimentär; z.B. Fe-reiche Chlorite in marinen Eisenerzen
Verwendung: Füllstoff für Kunststoffe, Farben; historisch: Fe-Chlorite (Chamosit, Thuringit)
als Fe-Erze
Tonmineral-Gruppe
• feinstkörnige Schichtsilkate (< 2 µm);
•
nur röntgenographisch unterscheidbar
•
wichtige Bestandteile in Böden und Sedimenten
•
Produkte der Verwitterung
Di- und trioktaedrische Dreischichtsilikate (T-O-T Struktur) mit H2O-Molekülen in der
Zwischenschicht; Aufweitung in c-Richtung
Kaolinit
Al2 (OH)4 [Si2O5], monoklin
dioktaedrische Zweischichtsilikate (T-O Struktur)
Ähnliche Minerale sind Dickit und Nakrit
Ausbildung und Eigenschaften:
•
feinstkörnig, erdig Massen (Kaolin)
•
meist weiß
•
sehr weich, H ~2; D ~2.6 g cm-3
•
pseudohexagonale Kristalle nur unter Elektronenmikroskop erkennbar;
•
eindeutige Identifikation nur röntgenographisch
Entstehung: Kaolinit bei Verwitterung; Dickit, Nakrit hydrothermal
Kaolinitisierung: Verwitterung von Alumosilikaten
2K2AlSi3O8 + 2H2O = Al2 (OH)4 [Si2O5] + K2O + 4 SiO2
Kalifeldspat + Wasser = Kaolinit + gelöste und abtransportierte Elemente
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Verwendung: Kaolin (Porzellanerde; engl. china clay) für Keramik (Porzellan, Steingut),
Füllstoff für Papier, Textilien, Gummi; Feuerfestindustrie; Träger für Insektizide;
Adsorptionsmittel
Illit
Hydroglimmer; entsteht aus Muscovit durch Austausch von K+ durch H2O
Vorkommen: in tonigen Sedimenten und Böden; entstehen bei der Verwitterung von
Feldspäten; auch durch Umwandlung aus anderen Tonmineralen bei der Diagenese =
Illitisierung; Zunahme des Ordnungsgrades der Struktur -> Illitkristallinität
Verwendung: Illite zeigen z.T. Blähfähigkeit (Blähtone); technische Anwendung in der
Baustoffindustrie (Leca)
Smektite
Di- und trioktaedrische Dreischichtsilikate (T-O-T Struktur) mit H2O-Molekülen, Na und Ca
in der Zwischenschicht; Aufweitung in c-Richtung
dioktaedrisch: Montmorillonit, Beidellit, Nontronit
trioktaedrisch: Saponit, Hektorit
M0.7(Y3+, Y2+)4-6 (Si,Al)8O20 (OH)4 nH2O
M = Na, Ca; Y = Al, Mg, Fe
Bedeutung und Verwendung
Smektite haben die Fähigkeit Wasser und andere Moleküle reversibel auszutauschen =
Quellfähigkeit. Eine andere technisch verwertete Eigenschaft ist das hohe
Adsorptionsvermögen.
Als Bentonite werden Smektit-reiche Gesteine bezeichnet
Wasserspeicherung im Boden; Frostaufbrüche
Bohrspülungen (Erdölindustrie); Grobkeramik; Entfärben von Lösungen; Entfetten von
Wolle; Aufbereitung von Trinkwasser; Abwasserreinigung
Vorkommen: in Böden und Sedimenten; entstehen typischerweise bei der Verwitterung von
Si-reichen vulkanischen Gesteinen
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