GranatBeim Granat folgt die Betrachtung C.A. Geiger [4]. Die allgemeine Formulierung eines Granats ist {X}
3[Y]
2(Z}
3φ
12 mit X dodekaedrisch {}, Y oktaedrisch [] und Z tetraedrisch () koordinierten Kationen sowie φ: O, OH oder F
Bekannte essentielle Elemente in natürlichem Granat: H, Li, O, F, Na, Mg, Al, Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Zn, As, Y, Zr, Sn,Sb, Te, U
Bekannte essentielle Elemente in natürlichem Granat (noch nicht anerkannte Spezies): Ga, Ge, Nb
Elemente mit signifikantem, aber nicht essentiellem, Anteil in natürlichem Granat: P, Yb, Pb, Th
Bislang nur in synthetischem Granat: K, Co, Ni, Cu, Sr, Ru, Rh, Ag, Cd, In, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu, Hf, Ta, W, Tl, Bi
Während im Labor Seltenerd- oder auch Chrom, Nickel, Bismuth etc. dotierte Granate verschiedenster Zusammensetzungen als Leuchtstoffe realisiert wurden, sieht dies in der Natur anders aus. Betrachten wir wiederum die Liste.
H, Li, O, F, Na, Mg, Al, Si, Ca, Sc, Ti, Zn, As, Y, Zr, Sn,Sb, Te leuchten im Granat eher nicht. Ga, Ge, Nb - leuchten im Granat auch nicht, ebensowenig wie P und Th.
Bleiben V, Cr, Ni, Mn, U, Yb (und die anderen Seltenerden) sowie Pb.
Im Granat können Mn
2+, Mn
3+ und Mn
4+ eingebaut werden und leuchten [5]. Mn
4+ leuchtet intensiv dunkelrot, wird aber nur unter bestimmten Bedingungen eingebaut, ist also in der Natur wohl existent, tritt aber kaum auf. Für Mn
2+ und Mn
3+ müssen die Konzentrationen passen, damit sie leuchten. Vorallem darf die Konzentration nicht zu hoch, und es sollte kein (sehr wenig) Eisen eingebaut sein. Beides unterdrückt die Lumineszenz. Vanadium als V
3+ leuchtet im NIR, Yb ebenso. Pb
2+ leuchtet in Granat im UV, Uran wird selten eingebaut. Es bleiben
unter den obigen Bedingungen Mn3+, Cr
3+, V
2+ und Ni
2+ sowie die Seltenerd-Ionen [5-7]. V
3+ und Ni
3+ sind eher speziell, was den Konzentrationsbereich angeht, in dem sie leuchten.
Umgekehrt findet Eisen sowohl als Fe
3+ als auch als Fe
2+ leicht - und häufig! - seinen Platz in einer Granatstruktur. Damit können wir davon ausgehen, dass häufig die möglich Emission im Granat durch die Präsenz von Eisen effektiv unterdrückt wird.
Als sichtbare Emission von Granat verbleibt damit im wesentlichen die rote Emission von
Mn3+ die zuweilen in Grossular beobachtet wird, sowie deutlich seltener jene von Cr3+ und - bei geeigneter Methodik - jene von Seltenerdionen. Hier möchte ich allerdings explizit nicht ausschliessen, dass auch selten andere Farben beobachtbar sein können - gemessen wurde es ja, vgl [2] und [5] sowie die reichhaltige Literatur zu synthetischen Leuchtstoffen auf Granatbasis.
[4] C.A. Geiger, Garnet: A Key Phase in Nature, the Laboratory, and Technology, Elements 9 (2013) p447-452; DOI: 10.2113/gselements.9.6.447
[5] Gaft, M., Yeates, H., Nagli, L., & Panczer, G. (2013). Laser-induced time resolved luminescence of natural grossular Ca3Al2 (SiO4) 3. Journal of luminescence, 137, 43-53.
[6] Kück, S., Hartung, S., Hurling, S., Petermann, K., & Huber, G. (1998). Emission of octahedrally coordinated Mn3+ in garnets. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 54(11), 1741-1749
[7] Geiger, C. A., Stahl, A., & Rossman, G. R. (1999). Raspberry-red grossular from Sierra de Cruces Range, Coahuila, Mexico. European Journal of Mineralogy, 11(6), 1109-1113.
Grüße Martin
EDIT: Einen Disclaimer gönne ich mir für die beiden Beiträge zu Apatit und Granat. Was ich hier erläutere, soll plausibel machen, warum wir häufig lumineszierenden Apatit (Pyromorphit etc) beobachten, aber selten leuchtenden Granat. Im Detail und mit den richtigen Methoden lässt sich sicher sowohl in Apatit als auch in Granat häufig Lumineszenz nachweisen, die aber unsern Augen eher verborgen bleibt: entweder ist sie zu schwach oder sie liegt in einem Wellenlängenbereich, den wir nicht sehen.
EDIT2: Den Beitrag habe ich nochmal überarbeitet, konkretisiert und Fehler ausgebessert - Änderungen kursiv.#