Ein paar Fragen

[Casimir]

Hallo ich bin neu hier und studiere Geologie im Nebenfach, diese Seite ist sehr informativ
..aber ich habe 2-3 Fragen die ich nicht lösen konnte.
Vielleicht kann mir jemand weiterhelfen.

1.Bei Perthiten gibt es doch einen Wirtskristall und einen Gast oder?
   Welcher ist denn der Wirtskristall und der Gast?
2. Wodurch unterscheiden sich Rosenquarz und Coesit...außer durch die Farbe?
3.Kann mir jemand die Koordinationszahlen von Stishovit und Coesit nennen?


Vielen Dank
Casimir

[smoeller]

Hallo,

Willkommen hier im Forum.
Ich studiere Mineralogie im 11. Semester.

Zu deinen Fragen:
1) Perthite sind "Verwachsungen" von Kalifeldspat (Kfs) und Plagioklas (Pl), wobei der Pl ein Na-reiches Glied (Ca < 30 %).Kfs + Anorthit (Ca-Pl) ist nicht mischbar. Bei hohen Temperaturen sind Kfs und Pl vollständig mischbar. Es entstehen Hochtemperaturmischkristalle. Bei weiterer Abkühlung sinkt die Mischbarkeit von Kfs und Pl, man erreicht einen Bereich, in dem zwei Feldspäte nebeneinander auftreten. Dazwischen liegt eine Mischungslücke, der Solvus. Ein Mischkristall, der z.B. 40 % Pl-Komponente enthält, zerfällt in einen Wirtskristall (in diesem Falle Kfs) und eine entmischte Phase (in diesem Falle Pl). Bei den Perthiten ist der Wirt Kfs, die Lamellen Pl. Das erhält man bei Hochtemperatur-Mischkristallen mit über 50 % Kfs-Komponente. Den umgekehrten Fall (Na-Pl mit Kfs-Lamellen) nennt man Antiperthit.

2) Coesit ist eine Hochdruckmodifikation von SiO₂. An der Erdoberfläche ist der Coesit nur metastabil erhalten und dies nur, wenn er in Minerale eingeschlossen ist, die den Druck konservieren. Man findet Coesit nur an wenigen Orten der Welt, so im Meteoritenkrater Nördlinger Ries (Impaktmetamorphose) und in Granaten vom Dora Maira-Massiv in Italien (Versenkung von Kruste bis in 120 km Tiefe).
Coesit kristallisiert im Gegensatz zum trigonalen und unter Oberflächenbedingungen stabilen Tief-Quarz (Rosenquarz ist letztlich ein durch Spuren von Mn oder Ti-Mineralen rosa gefärbter Tief-Quarz) monoklin. Also Coesit monoklin und Tief-Quarz trigonal. Außerdem ist die Dichte von Coesit (3,01 g/cm³) höher als die von Quarz (2,65).

3) Bei Coesit und beim Stishovit ist ein Si von 4 O tetraedrisch umgeben.  Die Verknüpfung der Tetraeder ist aber eine andere.

Glück Auf!
Smoeller

[uwe]

Hallo Ihr beiden,

Ich bin zwar kein Mineralogiestudent, finde aber derartige Beiträfe sehr interessant. Etwas ist mir jedoch unklar. Coesit ist monokliner Quarz, der unter hohem Druck entsteht. Was ist nun eigentlich metastabil. Bedeutet das, der Coesit kistallisiert um wenn er an die Erdoberfläche in den Bereich des Athmosphärendruckes kommt ?

Ich kann mir das nicht so recht vorstellen, den SiO2 ist für mich etwas recht stabiles, bei dem die Atome bzw. Moleküle sich bei "Normaltemperatur" nicht so schnell verschieben. Also müßte doch Coesit irgendwo herumliegen, oder ? Läßt sich Coesit optisch von Tiefquarz unterscheiden ? Tiefquarz und Hochtemperaturquarz bilden ja unterschiedlich ausgebildete Kristalle.

Sind bei Coesit jedem Siliziumatom vier Sauerstoffatome zugeordnet oder bilden die Sauerstoffatome des benachbarten Quarzmoleküls die Tetraederform ?

OK, das Forum ersetzt kein Mineralogiestudium, aber interessant wäre die Antwort auf meine Fragen schon.

Glück Auf
Uwe

[aca]

Hallo,

Wenn ich das richtig sehe, sind die Koordinationszahlen folgende:
Coestit: 4
Stishovit: 6  (oktaedrisch)

Stishovit ist die einzig bekannte terrestrische SiO₂-Modifikation mit der Koordinationszahl 6.
Es gibt noch Seifertit (Härte > 8, orthorhombisch), aber den kennt man meines Wissens nur aus Mars-Meteoriten.


Titan spielt bei der Farbe von Rosenquarz eventuell eine Rolle, jedoch nicht in Form
von Rutil, sondern als Spurenelement in einem faserigen eingeschlossenen Mineral,
das mit Dumortierit fast identisch ist. Es wird vermutet, dass es sich um ein
Fe²⁺-Ti⁴⁺ Farbzentrum handelt, das oxidationsempfindlich ist.

Den entsprechenden Artikel zur Farbe von Rosenquarz von Goreva et al. findet
man auch im Internet:
www.minsocam.org/MSA/AmMin/TOC/Articles_Free/2001/Goreva_p466-472_01.pdf

Gruss
Amir

[Erik]

Hallo Uwe,

Was ist nun eigentlich metastabil. Bedeutet das, der Coesit kistallisiert um wenn er an die Erdoberfläche in den Bereich des Athmosphärendruckes kommt ?

Ja, im Prinzip ist das eine retrograde Metamorphose - bei nachlassenden Drücken wandelt sich Coesit wieder in Quarz um. Der Unterschied zwischen Coesit und "normalem" Quarz liegt eigentlich nur in der Verknüpfung der SiO - Tetraeder, die Koordination der Atome bleibt gleich: Beim Quarz sind die SiO - Tetraeder zu Sechserringen verknüpft, bei Coesit zu Viererringen. Dadurch besitzt der Coesit natürlich auch ein geringeres Volumen - man kann das bei Coesiteinschlüsse in Granaten aus Ultrahochdruckgesteinen (Eklogiten oä) beobachten: Durch die Volumenzunahme bei der Umwandlung in Quarz wird der Granat regelrecht gesprengt..

Siehe http://www-geol.unine.ch/Petrology/pic%20new/Coesit.jpg (Dünnschliff, das Korn in der Mitte ist "Meta-Coesit")

Optisch gibt es da aber keinen Unterschied.

Gruß, Erik

[aca]

Hallo,

(  Erik hat zwischenzeitlich schon was Erhellendes dazu geschrieben,
aber jetzt habe ich so viel Arbeit reingesteckt, also - ich auch noch:       )

genau, Coesit kristallisiert um. Allerdings nicht so wie beim Übergang
Hochquarz->Tiefquarz "displaziv", d.h. unter Aufrechterhaltung der
vorhandenen chemischen Bindungen, sondern "rekonstruktiv", d.h.
durch Aufbrechen und Neuknüpfen von chemischen Verbindungen.

(oder heisst es displasziv? ich habe das aus dem englischen übersetzt)

Displazive Transformationen von einer Modifikation in die andere gehen sehr schnell,
man muss ja nur ein paar Bindungswinkel verstellen.
Rekonstruktive Transformationen gehen sehr langsam voran,
v.a. bei niedrigen Temperaturen.
Deshalb erscheinen sie oft "stabil".
Diamant, der eigentlich >150 km unter die Erde gehört,
macht bei Raumtemperatur ja keinerlei Anstalten macht, sich zu verándern.
Coesit wird sich dagegen langsam umwandeln und zwar unter erheblicher Volumenvergrösserung,
so dass die umgebenden Minerale oft Risse zeigen.
Man findet in deshalb auch nur in einer "Druckkammer" eingeschlossen in anderen Kristallen,
hat smoeller ja bereits beschrieben.

Der "Grundbaustein" ist bei allen SiO₂-Modifikationen ausser Stishovit und Seifertit der gleiche.
es ist ein SiO₄-Tetraeder (siehe erstes Bild). Wenn man "echte" SiO₂-Moleküle will, muss man es verdampfen, so ab 2500 Grad sieht's gut aus.

Darüber, warum die Koordinationszahl 4 ist, lässt sich trefflich streiten.
Oft wird auf die relative Grösse der beteiligten Ionen verwiesen, aber da hakt es schon, weil es kein
freies Si⁴⁺ gibt, ausser vielleicht in der Sonnen-Corona. Die Bindung ist polar-kovalent und wird durch  gemeinsame Elektronen-Orbitale zwischen Sauerstoff und Silizium erreicht.
Die Form kommt daher, dass sich 4 sogenannte sp3-Hybrid-Orbitale bilden, die an sich schon tetraeder-Koordination zeigen.
Das sieht man auch bei anderen kovalenten Verbindungen von Elementen aus der geichen Ecke des Perioden-Systems: Methan ist tetraedrisch, Ammoniak und Wasser sind quasi kastrierte Tetraeder.
(sieht man im 2ten angehängten Bild).

Solche Orbitale sind schon sehr störrisch und erfordert ziemliche Gewalt, um mechanisch andere Bindungsformen zu erzwingen.

Es gibt auch unter normalen Bedingungen Si-Verbindungen mit Koordinationszahl 6, z.B. das Fluorosilicat-Ion [SiF]₆^2-, aber zusammen mit Sauerstoff wird es eher schwierig. Wenn ich das richtig verstehe, liegt das am partiellen Doppelbindungscharakter.

Was sich dagegen relativ leicht verbiegen lässt, ist  die Si-O-Si-Bindung.
Das ist der  Winkel, der sich bei den diversen SiO₂-Modifikationen unterscheidet.
(Bild 3)
Bei Trydimit z.B. ist dieser Winkel 180Grad, bei Quarz 144, Hochquarz 153, etc.
(nach Rykart ist der Quarzwinkel 152.8 grad und bei Hochquarz 144, also umgekehrt,
aber ich werde das nochmal nachmessen anhand der Einheitszell-Daten).
Es wird sozusagen an dieser Stelle geschraubt, wenn man aus Hoch- einen Tiefquarz macht.
Natürlich ist die Gesamtstruktur der vernetzten Tetraeder auch anders, grosse Ringe,
kleine Ringe, Spiralen etc.

Alles ohne Gewähr und mit Haftungsausschluss, ich bin nämlich kein Chemiker.

Gruss
Amir

[smoeller]

Hallo,

Danke für die Berichtigung. Ich hatte die Angaben zu Coesit und Stishovit aus dem Matthes-Buch entnommen und gleich irgendwie gedacht, dass  ein wenig seltsam ist. Metastabil bedeutet, dass eine Modifikation (z.B. Coesit als Modifikation von SiO₂ unter den gegebenen Bedingungen (Standardbedingungen an der Erdoberfläche 25°C und 1,013 bar) eigentlich als andere, thermodynamisch stabilere Modifikation (Tiefquarz) vorliegen sollte. Wegen der energetischen Hinderung (zur Umwandlung wird Energie benötigt) und der Trägheit der Reaktion liegt das eigentlich unter diesen Bedingungen instabile Mineral dennoch vor. Ein gutes Beispiel ist eine Bowlingkugel an einem Berghang. Lässt man die Kugel oben am Hang los, so rollt sie wegen der potentiellen Energie (Höhenunterschied) automatisch ins Tal. Befindet sich jedoch am Hang ein weiteres Tal, das höher liegt als das zuerst beschriebene, so rollt die Kugel in das höher gelegene Tal und bleibt dort liegen, solange der Schwung der Kugel nicht ausreicht, den Hügel zwischen oberem und unterem Tal zu überwinden. Die Kugel befindet sich dann in einem energetisch metastabilen Zustand.
Ein geowissenschaftliches Beispiel ist der Diamant. Eigentlich sollte der unter Oberflächenbedingungen zu Graphit umgewandelt werden, doch ist der Energieaufwand für die Umwandlung (Hügel zwischen den Tälern) so groß, dass die Umwandlung nur unter erheblichem Einsatz von Energie (Wärme) in Schwung kommt. Dann aber läuft sie vollständig in Richtung Graphit ab. Der Diamant ist zum Teufel.

Glück Auf!
Smoeller  

[Torben]

Hi!

Eine kleine Ergänzung zum Diamanten:

Die Umwandlungsenthalpie von Diamant zu Graphit ist sehr klein. Verschiedene Quellen nennen unterschiedliche Zahlen, aber es liegt im Bereich zwischen 3 und 9 kJ/mol.

Wegen der hohen Energiebarriere des Übergangszustands (oder liegt hier eine echte Zwischenstufe vor?) bezeichnet man den Diamanten auch als kinetisch gehemmt.

Torben

[aca]

Hallo,

hab nochmal "nachgemessen":
Si-O-Si Winkel beim Tiefquarz 143,6Grad (sagt das Programm JMol),
nicht 152,8Grad wie bei Rykart angegeben.
Ist wohl ein Tippfehler, da die Werte für Hoch und Tiefquarz vertauscht sind.

Gruss
Amir

[Casimir]

Hallo,

vielen viele Dank für diese Menge von Antworten, jede einzelne hat mir sehr geholfen, wenn es auch manchmal
über mein Wissen hinaus ging!

Danke nochmal!

Gruß