Minerale - die Baustoffe der Gesteine

Minerale - die Baustoffe der Gesteine
Gleich in der ersten Frage des Wettbewerbes haben wir gelernt, wie die Elemente
entstehen und dass die meisten von ihnen irgendwie in der Erde zu finden sind.
Wer sich jetzt allerdings mit dem Spaten in den Garten stellt, um ein bisschen
Eisen auszugraben, wird wenig erfolgreich sein. Wo und in welcher Form finden
wir also die Elemente, die wir z.B. zum Bauen oder zur Herstellung technischer
Geräte benötigen?
Granit - Quelle: Wikipedia
Frage 1 (Klassenstufe 7-11) So wie ein Haus aus unterschiedlichen Steinen und Ziegeln zusammengefügt wird, bestehen auch die Gesteine der
Erdkruste aus Baueinheiten, den Mineralen. Während man ein Gestein mit dem Hammer in seine Bestandteile zerkleinern
kann, sind Minerale die kleinstmögliche homogene Einheit eines Gesteins, die man mit mechanischen Verfahren nicht
mehr weiter zerlegen kann.
Minerale entstehen durch Kristallisation, wobei aus einer gasförmigen oder flüssigen Phase ein Festkörper entsteht.
Um welche Gruppe der gesteinsbildende Minerale handelt es sich?
Ordnet die hier aufgeführten Gruppen den Beschreibungen zu:
Gruppen: Oxide, Silicate, Halogenide, Carbonate, Sulfate
a) Sie sind die verbreitetsten unter den gesteinsbildenden Mineralen und bestehen aus den beiden häufigsten Elementen
der Erdkruste Sauerstoff (O) und Silicium (Si) meist in Verbreitung mit anderen weit verbreiteten Elementen.
Lösung:
Silikate
b) Bei ihnen handelt es sich um Verbindungen von Sauerstoff und gewöhnlich einem Metall als Kation.
Lösung:
Oxide
c) Sie bestehen meist aus Calcium und Magnesium in Verbindung mit Kohlenstoff und Sauerstoff in der Form des
2Carbonations (CO3 ).
Lösung:
Carbonate
d) Sie bestehen aus Schwefel- und Sauerstoffatomen mit Metallen als Kation.
Lösung:
Sulfate
e) In ihrer Gruppe ist das wichtigste Mineral Steinsalz (NaCl), das als chemisches Sediment bei der Eindampfung im
Meerwasser ausfällt.
Lösung:
Halogenide
Lösung:
Halogenide
Zusatzfrage für die Klassen 9-11 Rohstoffe aus der Erde
Egal, ob wir duschen, uns eine warme Mahlzeit zubereiten oder den Bus zur Schule nehmen, benötigen wir in unserem
Alltag große Mengen von Energierohstoffen. Aber auch der Bedarf an mineralischen Rohstoffen ist gigantisch, so
verbraucht jeder Deutsche durchschnittlich im Laufe seines Lebens ca. 1000t Rohstoffe. Hinter diesem Sammelbegriff
verbergen sich Baurohstoffe, metallische Rohstoffe und sogenannte Industrieminerale wie zum Beispiel Quarz oder Erze.
Werden Minerale oder Mineralgemenge in der Erdkruste oder an der Erdoberfläche in höheren Konzentrationen
angereichert, sind diese Vorkommen wirtschaftlich interessant, denn je höher die Konzentration eines Rohstoffs in einer
Lagerstätte, umso gewinnbringender kann er abgebaut werden.
Warum aber findet (oder fand) eine Anreicherung gewisser Mineralien statt? Welche Prozesse liefen hier im Laufe der
Erdgeschichte ab? Man unterscheidet zwischen zwei Arten der Bildung von Lagerstätten.
Magmatische oder primäre Lagerstätten entstehen, wenn Gesteinsschmelzen (Magma) vom Inneren der Erde in die
Erdkruste eindringen. Beim Abkühlen erstarren zunächst die Erzmineralien, die einen besonders hohen Schmelzpunkt
haben. Sie sinken in der Schmelze ab und reichern sich am Boden der Schmelze an. So entstehen Schichten verschiedener
Minerale. Die Restschmelze kann in Hohlräume des Nebengesteins eindringen und bildet u.a. Erzstöcke. Sinkt die
Temperatur weiter ab, entstehen noch wässrige Lösungen, die auch als Erze ausgeschieden werden. Unter diesen kann
man eine Vielzahl von Metallen finden.
Sedimentäre oder sekundäre Lagerstätten entstehen, wenn die primären Lagerstätten an die Erdoberfläche gelangen. Dies
geschieht durch tektonische Prozesse, Gebirgsbildung. Die Erze verwittern dann und werden abgetragen. Flüsse
transportieren die Verwitterungsprodukte im Extremfall bis ins Meer. Dort reagieren sie mit dem Meerwasser, sinken ab,
bilden neue Lagerstätten. Oft aber werden sie schon entlang des Flusslaufes abgelagert, wenn sich etwa die
Fließgeschwindigkeit verringert, weil das Gefälle abnimmt, oder in Flussschleifen und Senken.
Ordnet die folgenden Beispiele den oben beschriebenen Lagerstätten zu:
Wer kennt die Bilder des großen Goldrausches nicht, der die Menschen in der Mitte des 19. Jahrhunderts in den Westen
der USA trieb: Mit Sieben saßen die Menschen an Flüssen und wuschen aus dem Schlamm die Goldnuggets aus.
primäre Lagerstätte
sekundäre Lagerstätte
Lösung:
Hierbei handelt es sich um eine sekundäre Lagerstätte, da das Gold durch einen Fluss angeschwemmt wurde.
Kimberlit ist ein Gestein, in dem häufig Rohdiamanten gefunden werden. Der Gesteinsname geht auf die südafrikanische
Stadt Kimberley zurück, in deren Nähe um 1880 die ersten Diamant- Pipes gefunden wurden.
primäre Lagerstätte
sekundäre Lagerstätte
Lösung:
Hier handelt es sich um ein Beispiel für eine primäre Lagerstätte
Lithium ist begehrt geworden, seit jeder zu Hause mindestens einen Li- Ionen- Akku im Smartphone oder Handy hat. Es
kommt meistens aus Chile. Dort kristallisiert es in großen Salzseen meist als Lithiumchlorid aus.
primäre Lagerstätte
sekundäre Lagerstätte
Lösung:
Hier handelt es sich wiederum um eine sekundäre Lagerstätte
Zusatzfrage für die Klassen 10-11 Salz - vom Luxusgut zum Massenprodukt
Jahrtausendelang war Salz einer der seltensten und begehrtesten Rohstoffe auf der Welt. Salz diente zum Konservieren
und Würzen von Lebensmitteln und als Zahlungsmittel. Wer Salz besaß hatte Macht und es entbrannten sogar blutige
Kriege um Salz. Erst als der Abbau und Transport von Salz technisch leichter möglich war, wurde Salz vielen Menschen
zugänglich und damit auch bezahlbar.
Ein großer Teil unserer Salzreserven ist mehrere hundert Millionen Jahre alt. Diese Steinsalzlagerstätten sind beim
Austrocknen von Ozeanen entstanden. Unter ariden (trockenen) Klimabedingungen werden die im Wasser gelösten Ionen
immer stärker angereichert, bis die Lösung gesättigt ist. Beim Überschreiten des Löslichkeitsproduktes kommt es dann zur
Ausfällung der ersten Minerale.
Die Ausscheidung der verschiedenen Salze (Evaporite) erfolgt in bestimmter, gesetzmäßiger Reihenfolge (salinarer
Zyklus). Dafür ist natürlich maßgeblich, wie gut wasserlöslich diese Salze sind. Mit Hilfe des Löslichkeitsprodukts lässt
sich berechnen, bei welcher Konzentration welches Salz ausfällt. Die am schwersten löslichen Salze werden zuerst
abgelagert, die am besten löslichen zuletzt.
+
Im Meerwasser sind die verschiedensten Salzbestandteile, also Ionen, enthalten. Die mengenmäßig wichtigsten sind Na ,
+
+
+
32K , Ca2 und Mg2 sowie Cl , HCO und SO4 . Sie können untereinander zu Salzen kombiniert werden.
Ordne die Minerale nach dem Zeitpunkt ihrer Ausfällung beginne mit dem Mineral, welches zuerst ausfällt.
Gips (CaSO4 * 2 H2O), Calcit (CaCO3), K- Salze (KCl), Steinsalz (NaCl), Mg- Salze (MgSO4), Dolomit (CaMg(CO3)2)
Wähle die richtige Reihenfolge aus:
A) K- Salze, Mg- Salze, Calcit, Gips, Steinsalz, Dolomit
B) Gips, Steinsalz, K- Salze, Mg- Salze, Calcit, Dolomit
C) Calcit, Dolomit, Gips, Steinsalze, K- Salze, Mg- Salze
Lösung:
Richtig ist Antwort C. Calcit ist in Wasser so gut wie unlöslich und fällt zuerst aus, während die Kalium- und MagnesiumSalze in Wasser sehr gut löslich sind.
Quelle: http:// dechemax.de/- p-122985- quickedithide-1.htm? rewrite_engine=id
© DECHEMA e.V. 1995-2017 alle Rechte vorbehalten