blaue Streifen in Halit

[Hg]

Hallo Leute,
ich habe schon seit einiger Zeit in meiner Sammlung zwei schöne farblose und klare Halit-Stufen. In beiden Kristallen sind deutliche blaue Streifen zu sehen. Bisher konnte mir keiner genau erklären, wobei es sich dabei handelt. Es gab schon Vermutungen in Richtung Cobalt, Mangan oder Verfärbung duch radioaktive Strahlung.
Leider kenne ich den Fundort der Kristalle nicht.
Vielleicht kann mir ja jemand dazu was näheres sagen                       
Gruß
Hg

[Krizu]

Hallo.

Co + Mangan glaune ich nicht. Die Färbungen in NaCl sind meist intrinsisch, also selbstgemacht.

Irgendwann hatte ich mal in einem Buch (Moore: der feste Zustand, oder Ch. Kittel einf. in die Festkörperphysik) die dieser F- oder H-Zentren gesehen. In meinen Augen gibt es da zwei Möglichkeiten:

Einbau von Mg ins gitter mit einem umherkreisenden Elektron oder ein fehlendes Cl-. Aber genau kriege ich es nciht mehr auf die Reihe.  Es sidn aber die gleichen Störstellen, die bei der Bestrahlung entstehen.

Vielleicht weiss jemand mehr... oder ich fang das Suchen - auf Wunsch

MfG

Frank

[wolfilain]

Hallo

naja eigentlich sind diese blau / lila störungen durch strahlung (eventuell andere einwirkungen) gelöstes also ionisiertes natrium.
Sprich kolloidales Natrium.
Es wird sozusagen aus dem kristallgitter gelöst/geschlagen und schwabbelt da drin rum.

grüße
wolfilain

[Krizu]

naja eigentlich sind diese blau / lila störungen durch strahlung (eventuell andere einwirkungen) gelöstes also ionisiertes natrium.
Sprich kolloidales Natrium.

Hallo,

genau diese Störstelle ist das F-Zentrum (Farbzentrum). Kolloidal würde ich es nicht nennen. Kolloidale Teilchen sind z.B. Molekülcluster mit Teilchengrößen deutlich unter 100nm. Oftmals wird das am Tyndall-Effekt (selektive Blau-Streuung) in Lösungen festgemacht. Es sind Frenkel- oder Schottky-Defekte, begrenzt auf einzelne Atome/Gitterplätze. (0.1nm-Bereich)

MfG

Frank

[McSchuerf]

@Krizu,

als 'kolloidal'... wurde das aber in Lapis beschrieben. Kann ja wohl nicht alles falsch sein, was in Lapis steht oder?

genau diese Störstelle ist das F-Zentrum (Farbzentrum). Kolloidal würde ich es nicht nennen. Kolloidale Teilchen sind z.B. Molekülcluster mit Teilchengrößen deutlich unter 100nm. Oftmals wird das am Tyndall-Effekt (selektive Blau-Streuung) in Lösungen festgemacht. Es sind Frenkel- oder Schottky-Defekte, begrenzt auf einzelne Atome/Gitterplätze. (0.1nm-Bereich)

höfliche Umformulierung (editiert):
Werter Herr Krizu:
Würden Sie diese Schlagworte bitte auch etwas verständlicher erklären. Ich bin kein Wissenschaftler. Danke vielmals!

Gruß P.

[Hg]

moin Leute,
vielen Dank für eure aufschlussreichen Antworten. Für mich genügt die Aussage "Störstellen im Kristallgitter" im Moment schon mehr als genug. Anhand der gegebenen Stichworte könnte ich jetzt Bücher wälzen (wenn ich denn dazu Zeit hätte  :'().
Gruß
Hg



P.S.: Bitte wegen so was sich nicht gegenseitig zerfleischen  , wir sind doch alle erwachsen, oder?

[Krizu]

Werter Herr McSchurf,

@Krizu,

als 'kolloidal'... wurde das aber in Lapis beschrieben. Kann ja wohl nicht alles falsch sein, was in Lapis steht oder?

Da zitiere ich mal den Ramdohr und Strunz oder den Ch. Kittel oder den Moore oder die anderen Bücher der Festkörperphysik.

Eine - in meinen Augen schöne - Erklärung ist bei Wikipedia zu finden:
http://de.wikipedia.org/wiki/Kolloid

Ich möchte dem Lapis nicht zu nahe treten, aber sollten sich die Physiker/Chemiker in den letzten ca. 100Jahren geirrt haben? Da ist mir der Lapis lieber. Interessant ist auch, dass es nur einen wissenschaftlichen Google-Treffer zu "kolloidales Natrium" gibt.

genau diese Störstelle ist das F-Zentrum (Farbzentrum). Kolloidal würde ich es nicht nennen. Kolloidale Teilchen sind z.B. Molekülcluster mit Teilchengrößen deutlich unter 100nm. Oftmals wird das am Tyndall-Effekt (selektive Blau-Streuung) in Lösungen festgemacht. Es sind Frenkel- oder Schottky-Defekte, begrenzt auf einzelne Atome/Gitterplätze. (0.1nm-Bereich)

höfliche Umformulierung (editiert):
Werter Herr Krizu:
Würden Sie diese Schlagworte bitte auch etwas verständlicher erklären. Ich bin kein Wissenschaftler. Danke vielmals!

Was ist denn unklar:
Die Störstelle, bei der radioaktiven Bestrahlung ist zu Beginn ein sogenanntes H- und ein sogenanntes F-Zentrum. Das ist genau dieses "kolloidale" Natrium bzw. Chlor. Jede Störstelle hat einen "Namen" zur Klassifizierung. Gerade diese Störstellen in den Alkalihalogeniden sind altbekannt und gut untersucht. Der Grund ist, dass die Spektren in den transparenten Kristallen mit dem grossen optischen Fenster leicht zu messen sind. Auch ist ein "freies" Natrium oder ein elektron auf einem Chlorplatz relativ leicht quantenmechanisch zu rechnen. Deshalb waren diese "blauen" Kristalle lange Zeit - auch synthetisch hergerstellt - im Interesse der Physik.

Fazit: Es sind Effekte/Defekte auf der atomaren Skala.

Im Gegensatz dazu wird von kolloidal meist in Zusammenhang mit Lösungen gesprochen. Trifft ein Lichtstrahl auf verdünnte Milch, Seifenlösungen usw. wird selektiv das blaue Licht zur Seite abgebeugt (Google Stichwort: Mie-Streung - nein erkläre ich jetzt nicht). Das wurde vom Herrn Tyndall gefunden. Die Teilchen sind größer als Atome/Ionen/einfache Moleküle aber kleiner als die halbe Wellenlänge des Lichts. Das ist aber nicht die Ursache dieser Blaufärbung, da sie auch im Durchlicht zu erkennen ist. Beim Tyndall-Effekt ist das Durchlicht gelb.

Zum Thema Blaufärbung durch Natrium sage ich jetzt in dem zitierten Beitrag besser nichts mehr.

Da ich in meiner Frühstückspause nicht unbedingt diesen Roman schreiben wollte, hatte ich mich kurz gefasst und die drei wesentlichen Stichworte genannt. Hätte ich diesen Roman zu Beginn reingestellt wäre mit 90% Sicherheit der Kommentar: Akademisches Geschwaffel gekommen.

Das Angebot aus der ersten Antwort steht nach wie vor.

@Peter:
Wenn Du ein Problem mit meiner Art hast, können wir das per PM/PN ausmachen.

MfG

Frank

[Hg]

@ Krizu
vielen Dank für Deine auführliche Erklärung. Ich habe mir die Literaturstellen notiert und werde mir das ganze mal bei Gelegenheit zu Gemüte führen. Die Bücher sollten ja in jeder guten Uni-Bib zu finden sein. Festekörperphysik /-chemie ist nicht unbedingt meine Stäke 
nochmals Danke an alle, die auf meine Frage geantwortet haben,
MfG
Hg

[berthold]

Hallo,

@ Krizu: Ein Frage in diesem Zusammenhang: Stinkspat (schwarzer Fluorit, der auf Schlag nach Fluor stinkt) soll durch kolloidales Calcium -durch natürliche Radioaktivität entstanden- gefärbt sein. Ich sehe da eine Analogie, oder ist das beim Fluorit auch "nur" ein Gitterdefekt im atomaren Maßstab ?

Gruß

Berthold

[Krizu]

@ Krizu: Ein Frage in diesem Zusammenhang: Stinkspat (schwarzer Fluorit, der auf Schlag nach Fluor stinkt) soll durch kolloidales Calcium -durch natürliche Radioaktivität entstanden- gefärbt sein. Ich sehe da eine Analogie, oder ist das beim Fluorit auch "nur" ein Gitterdefekt im atomaren Maßstab ?

Hallo Berthold,

zur Bildung eines Kolloids bedarf es zweier Mechanismen:
- die Zerstörung des Gitters z.B. durch Radioaktivität (z.B. schöne runde Höfe um die "Pechblende" Partikel im CaF2)
- Dann muesste eine Wanderung der doppelt positiv geladenen Ca-Ionen im massiven Massstab zueinander stattfinden.

und zwei doppelt geladene Ionen stossen sich doch ab, oder? Die einzige echte Migration, die ich zur Hand habe, sind die Hämatit-Lamellen in einigen Ilmeniten. Da wandert wirklich Eisen in die eine, Titan in die andere Richtung - freiwillig.

Wenn mir jemand erklärt, warum
a.) die Farben im Durchlicht nicht gelb sind (Streuung an kolloidalen Teilchen ist für blau stärker als für rot) und von der Seite blau.
b.) sich das Metall  im Kristall sammeln, statt verteilen soll

oder gar ein TEM-Bild dieser Ausscheidung zeigen kann, widerrufe ich meine Aussagen. Spätestens in der Röntgenstruktur muessten sich doch "Matschreflexe" zeigen.

@HG: Ch. Kittel  + Moore gefunden

MfG

Frank

[berthold]

Hallo,

also so ganz blick ich noch nicht durch:

- die Zerstörung des Gitters z.B. durch Radioaktivität (z.B. schöne runde Höfe um die "Pechblende" Partikel im CaF2)

klar, das kann man sehen (mikroskopisch), es muss aber nicht Pechblende sein, Uran kann auch im Kristallgitter vom CaF2 eingelagert sein...

und zwei doppelt geladene Ionen stossen sich doch ab, oder?

ja schon, aber ich dachte immer die a-Strahlung entionisiert die Atome (deswegen bricht doch das Gitter auf) oder ?

sich das Metall  im Kristall sammeln, statt verteilen soll

nun, das F reagiert zu F2 (vermute ich mal) entweicht über Risse (riecht man ja), zurück bleibt ... Ca, warum sollte sich das verteilen?

Gruß

Berthold

[Krizu]

Hallo Berthold,

klar, das kann man sehen (mikroskopisch), es muss aber nicht Pechblende sein, Uran kann auch im Kristallgitter vom CaF2 eingelagert sein...

Ich bezweifel, dass Uran als Dotierung, also einzelne Atome auf einzelne Plätze, in das Gitter eingebaut wird. Uran ist als Flourid 6-wertig und hat einen Ionenradius von 73pm in einer 6-Koordination. Ca ist zweiwertig und hat in einer 8-Koordination einen Ionenradius von 112pmm. Das knarrt dann ganz schön im Gitter. Auch sendet ein Atom bei einem Zerfall ein Alphateilchen aus, dass eine Spur macht. So kommt kein Hof zustande. Du brauchst viele Uran-Atome an einer Stelle.

Im Ramdohr Strunz steht dazu Zitat:
" Das auffallendeste Merkmal radioaktiver Einwirkung sind die radioaktiven Höfe. Sie entstehen dort, wo kleine Mineralkörner, die Gehalte an U,Th oder auch Sm (Anm.: ? mir unklar ?) besitzen in verfärbaren Mineralien liegen und dort lange genug einwirken können."

ja schon, aber ich dachte immer die a-Strahlung entionisiert die Atome (deswegen bricht doch das Gitter auf) oder ?

Zitat Kleber:
"An dem Ort, an dem das Primärteilchen (Anm. z.B. das Alpha-Teilchen) zur Ruhe kommt, gibt es seine restliche Energie in einem tröpfchenförmigen Bereich (engl. Spike) von rund 10nm Durchmesser ab, der kurzfristig lokal überhitzt und aufgeschmolzten wird un in dem eine völlig zerstörte Struktur geringerer Dichte verbleibt."

Du hast auch recht, eine Ionisation tritt auch auf, allerdings scheinen diese Effekte - der Kleber beschreibt da weiter Stoßeffekte die zu den Frenkeldefekten führen - nicht die Ursache zu sein. Eine Überschlagsrechnung: Ein Atom braucht Energien im Bereich einiger eV um zu ionisieren. Wenn jetzt ein Atom ionisiert wird (passiert im Kristall nach meinem Verständnis schon durch UV-Licht) bleibt das Eletron in der Nähe und wird bald wieder eingefangen. Das nennt sich allgemein lichtinduzierte Leitfähigkeit oder einige Kristalle (insbesondere Anatas) zeigen eine katalytische Photoaktivität. Ein Alpha-Teilchen hat MeV. Salopp gesagt: Das schubst ganze Atome und Atomreihen an die Seite. Da fährt ein Panzer durch den Kristall 

nun, das F reagiert zu F2 (vermute ich mal) entweicht über Risse (riecht man ja), zurück bleibt ... Ca, warum sollte sich das verteilen?

Thermodynamischer Grundsatz: Nur das Chaos ist stabil Du würdest,ohne Arbeit zu investieren, die Ordnung (Ca an einem Ort ansammeln) erhöhen. Der Energie-Gewinn bei der Reaktion von 2*F zu F₂ ist vermutlich energetisch wesentlich günstiger. Die Frage was mit dem Ca in einer Umgebung mit F2 passiert finde ich berechtigt, kann ich aber auch nicht beantworten. Die Frage ist eher, warum sollte sich das Calcium zu einigen Millionen Atomen (Wikipedia-Definition des Kolloids) zusammenballen!

MfG

Frank

[Hg]

Hallo Frank,

Das knarrt dann ganz schön im Gitter.

 

U,Th oder auch Sm (Anm.: ? mir unklar ?)

Sm = Samaruim; U, Th und Sm sind alle alpha-Strahler

ja schon, aber ich dachte immer die a-Strahlung entionisiert die Atome (deswegen bricht doch das Gitter auf) oder ?

ich dachte immer alpha-Teilchen wären ionisierende Teilchen 


bin jetzt ein bissel verwirrt durch das ganze

Gruß
Hg

[Krizu]

ja schon, aber ich dachte immer die a-Strahlung entionisiert die Atome (deswegen bricht doch das Gitter auf) oder ?

ich dachte immer alpha-Teilchen wären ionisierende Teilchen 

bin jetzt ein bissel verwirrt durch das ganze

Hallo,

ich versuche mal das ganze zu entwirren - falls es mir gelingen sollte:
Was ist ein Kristall? Ein Kristall ist eine räumlich periodische Anordnung von homogenen Bausteinen. Also beim CaF2 aus einem Ca und zwei F.

Wie kann ich mir so etwas vorstellen (Modell)?
Ich nehme einen Haufen Ca-Atomkerne, einen doppelt so grossen Haufen F-Atomkerne. Damit die Zusammenbleiben schmeisse ich jede Menge Eletronen dazu (So werden im Prinzip quantenmechanische ab-initio-REchnungen gemacht). Welch Wunder: Es ordnen sich die Atomkerne mit den Elektronen zum Gitter an. Es gibt Atomrümpfe (Atomkerne mit den lokalisierten, "zuordnungsbaren" Elektronen). Dann gibt es Elektronen der Bindungen, das sogenannte Valenzband. Hier entscheidet sich, welche Ladung ein Ion im Ionenkristall hat. Beim Ca²⁺ sind zwei Elektronen mehr zum Flour abgezogen, das Fluor ist also F-. Wohlgemerkt im zeitlichen Mittel usw.

Alpha-Teilchen können in Luft Ionen erzeugen, gelten also als ionisierende Strahlung. Das ist aber nur eine Umverteilung von Elektronen. Das gleiche passiert im Kristall. Elektronen werden aus ihren Bereichen entfernt. Der Kristall antwortet mit einem Lichtblitz, Röntgenblitz oder etwas Wärme. Passiert täglich in Elektronenmikroskopen, Röntgenanalysen, im Sonnenlicht usw. Diese Störstellen heilen sehr schnell aus (normal weniger als 1ms, manche Färbung auch nach Tagen). Erst wenn die Atomrümpfe weggekickt werden, ist etwas im Kristall dauerhafter zu sehen. Aber deionisierend würde ich das nicht nennen. Die freien Elektronenstellen werden schnell aufgefüllt.

Also kann es eigentlich nicht die deionisierende Wirkung durch Elektronenumverteilung sein. Dann würde ja ein Ca+ neben einem Fluor-Radikal sitzen. Das reagiert sofort wieder. Erst wenn die Ordnung im Kristall gestört ist, eine Störstelle entstanden ist, bleibt die Färbung länger erhalten.

Wobei die Farben in der Sonne wieder verschiessen können

Sm:
Sind die natürlichen Isotope deutlich radioaktiv (mehr als beim Kalium) ?!

MfG

Frank

[berthold]

Hallo,

schluck, jetzt kann ich nur noch dazulernen, mit meinem physikalischen Basiswissen komme ich langsam an die Grenze. 

Ich bezweifel, dass Uran als Dotierung, also einzelne Atome auf einzelne Plätze, in das Gitter eingebaut wird.

Da kann ich den alten Strunz zitieren: "... In struktureller Hinsicht werden in beiden Fällen Uran-Ionen in die Fluorit-Stuktur an Stelle von Ca2+ eingebaut, und zwar dürften ganz einfach einzelne würfelige Baugruppen [Ca2+F8]6- durch Baugruppen [U6+O4F4]6- oder durch Baugruppen [U4+O2F6]6- vertreten werden, wobei der Valenzhaushalt in beiden Fällen unverändert bleibt. Die Möglichkeit des Auftretens derartiger Mischkristalle ist in Naturvorkommen durchaus gegeben; bei Wölsendorf handelt es sich wahrscheinlich bei den seltenen nicht fluoreszierenden satt roten Varietäten um Urano-Fluorite."

Es gibt aber auch weitere Arbeiten zu dem Thema, z.B. K. RECKER, "Über den Einbau von Uran in CaF2" in Angewandte Chemie 73, 1961
Wie weit die Mischbarkeit geht - keine Ahnung (sicher nicht sehr weit). Aber ich kann mich an eine Veröffentlichung erinnern, wo es um die technische Gewinnung von im Fluorit-Gitter eigelagertem Uran ging (Frage an mein kariöses Gehirn: Wo hab ich das gelesen?).

Du brauchst viele Uran-Atome an einer Stelle

schon, die haben wir doch, die "Stelle" ist ja relativ groß. Wenn ich die Reichweite der Alpha-Strahlung in Fluorit mal grob auf 1/2000 mm schätze, dann brauche ich nicht mal eine so hohe Uran-Konzentration (im Mischkristall). Strunz hatte irgendwo mal vorgerechnet, dass die radioaktive Färbung von Fluorit (wieder aus Wölsendorf) durch den gemessenen Uran-Gehalt innerhalb von etwa 1000 Jahren erfolgen könnte.

Da fährt ein Panzer durch den Kristall.

  schön ausgedrückt  *lern*

zu einigen Millionen Atomen (Wikipedia-Definition des Kolloids)

läuft auf die Frage nach der Definition des Kolloids hinaus. Die Wikipedia-Definition lässt da mit  10³ bis 10⁹ Atomen schon einen großen Spielraum  - andere Definitionen gehen sogar noch weiter.

Für mich stellt sich eigentlich nicht die Frage, ob der Fluorit nach radioaktiver Bestrahlung durch Ca gefärbt ist (das halte ich für einige Fälle für gesichert), vielmehr ob man das als kolloidale Färbung bezeichnen darf (wie das in der Literatur gemacht wird).

Gruß

Berthold