Zeolithe -- Minerale mit aussergewoehnlichen Faehigkeiten
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Institut für Geologie Universität Bern Folien Folie 1: Liste von Begriffen Folie 2: Die Elementarzelle In einer Kristallstruktur formieren sich Anionen und Kationen zu re- gelmäßigen geometrischen Anordnungen. Um die Struktur zu beschreiben, sucht man die kleinste Einheit, die notwendig ist um die Anordnungen zu beschreiben. Diesen Ausschnitt aus der Struktur nennt man Elementarzelle. Folie 3: Elementarzelle und Kristallstruktur Die Elementarzelle baut durch Wiederholung in alle drei Dimensionen die Kristallstruktur auf. Folie 4: Silikattypen 1 Inselsilikate sind einzelne SiO4 -Einheiten, die in der Kristallstruktur nicht direkt mit anderen SiO4 -Einheiten verbunden sind. In Gruppensilikate teilen sich zwei SiO4 Tetraeder ein gemeinsames Sauerstoffion. Ringsilikate enthalten SiO4 -Einheiten, die zu 4er-, 6er- oder 8er-Ringen verbunden sind. Die Ringe sind untereinander nicht direkt verbunden. Folie 5: Silikattypen 2 Band-, Ketten- und Gerüstsilikate sind unendlich lange Verbindungen von SiO4 -Tetraedern, die sich in einer (Band- und Kettensilikate) oder drei (Gerüstsilikate) Dimensionen fortsetzen. Folie 6: Silikattypen 3 Schichtsilikate sind, analog zu Band- und Kettensilikaten, unendlich große Schichten von SiO4 -Tetraedern, die sich in zwei Dimensionen ausbreiten. Folie 7: Substitution Oben: Ein reines SiO2 -Gerüst ist elektrisch neutral. Die Summenformel lau- tet daher SiO2 . Unten: Wird beim Kristallwachstum ein Teil der Si4+ -Ionen durch Al3+ -Ionen ersetzt, erhalten einzelne Tetraeder eine Ladung von -1. Im Beispiel hier ist jedes dritte Si durch Al ersetzt, die Summenformel (blaues Rechteck) lautet also AlSi2 O6 und die Ladung einer Formeleinheit beträgt -1/3. Folie 8: Klinoptilolith-Struktur 1 Als Atome dragestellt wirkt eine Kristallstruktur in den meisten Fällen sehr unübersichtlich. Folie 9: Klinoptilolith-Struktur 2 Werden die SiO4 -Einheiten des Gerüstes als Tetraeder darge- stellt, wird die Struktur übersichtlicher und man erkennt, welchen Platz die Kationen und H2 O-Moleküle in den Kanälen einnehmen. Das schwarze Rechteck markiert die Elementarzelle. Folie 10: Ladungsausgleich Das AlSi3 O8 -Tetraedergerüst von Klinoptilolith ist negativ geladen (-1/4 pro Formeleinheit). Werden positiv geladene Kationen in die Struktur eingebracht, entsteht ein neutraler Kristall. Folie 11: Anwendungen 1 Kristalle: Homogene Festkörper mit einer dreidimensional periodischen Anordnung der Bausteine (Atome, Ionen, Moleküle). Bedingt durch freies Wachstum und ihren regelmäßigen Aufbau werden Kristalle durch ebene Flächen begrenzt. kristallin: Die Materie besitzt eine dreidimensionale periodische Anordnung der Bausteine (Atome, Ionen, Moleküle) – eine Kristallstruktur. amorph: Ohne Gestalt. Die Verteilung der chemischen Bausteine ist ungeordnet. Amorph ist das Gegenteil von kristallin. Minerale/Mineralien: Chemisch-physikalisch einheitliche (homogene), kristalline, natürliche Bestandteile der festen Erdkruste. Von wenigen Ausnahmen abgesehen sind Minerale anorganisch. Gestein: Mineralvergesellschaftungen von einzelnen, gegeneinander abgegrenzten Mineralkörnern von gleicher (monomineralisch) oder unterschiedlicher Mineralart. FCa2+ Elementarzelle [SiO4]4- Inselsilikate [Si6O18]12- Ringsilikate [Si2O7]6- Gruppensilikate [Si4O11]6- Bandsilikate [Si2O6]4- Kettensilikate Gerüstsilikate [SiO2] [Si4O10]4- Schichtsilikate Klinoptilolith-Struktur Klinoptilolith-Struktur Tetraeder-Darstellung AlSi3O8-Gerüst Kationen Ladung: negativ Ladung: positiv Ladung: neutral Landwirtschaft: ★ Trägermaterial für Dünger ★ Pflanzensubstrat in reduzierter Schwerkraft (M IR) Tierhygiene: ★ Geruchsreduktion (Katzenstreu) Gesundheit und Ernährung: ★ Schweinemast Gasreinigung und -separation: ★ Herstellung von O2 und N2 ★ Aufbereitung der Atemluft für medizinische Anwendung Dekontamination: ★ Reinigung von Schwermetallen aus Abwässern ★ Dekontamination von radioaktiv verseuchten Gebieten
