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Zeolithe

Die Erforschung der Zeolithe

Chemische Analyse im 18. Jh.
Chemische Analyse im 18. Jh.

Instrumente in einem chemischen Forschungslabor;
so wie sie im 18. Jh. und zu Beginn des 19. Jh;
von Cronstedt, Lavoisier, Klaproth u.a;
benutzt wurden;
Musée de conservation nati...

Public Domain

Der Begriff "Zeolith" wurde vom schwedischen Naturwissenschaftler A.F. CRONSTEDT 1756 aus den griechischen Worten ζέω (zeō) "sieden, kochen" und λίθος (lithos) "Stein" für Steine gebildet, welche beim Erhitzen Wasser abgeben; genauer gesagt, Mineralien mit der Fähigkeit, Wasser bei hohen Temperaturen (150 bis 400 °C) zu verlieren und umgekehrt Wasser aus der Atmosphäre bei Raumtemperatur zu re-adsorbieren.

Zeolithe bilden eine Mineralienfamilie, welche seit dem 18. Jh. bekannt ist. Harmotom von St. Andreasberg und Stilbit von Island, beide aus der Sammlung GIGOT d'ORCY, wurden bereits als Bilder in dem seltenen Buch "Histoire Naturelle Règne Mineral" von FABIEN GAUTIER D'AGOTY gedruckt, ohne dass Sammler und Verleger wussten, dass beide Mineralien Zeolithe sind. 1792 wurde Chabasit von BOSC D'ANTIC beschrieben. 1801 definierte HAÜY Stilbit, Analcim und Harmotom als Zeolith-Spezies; 1803 taufte KLAPROTH das Mineral Natrolith. Im Jahr 1859 listete DUFRÉNOY bereits 17 Zeolithe.


Mineralogische Studien dieser Zeit beschränkten sich jedoch wesentlich auf die Morphologie ideal entwickelter Zeolithe, was zur Folge hatte, dass nur gut ausgebildete, d.h. hydrothermal gebildete Kristalle zur Bestimmung neuer Mineralspezies herangezogen wurden.

Natürliche Zeolithe
Natürliche Zeolithe

Brauns: Das Mineralreich, 1903

Archiv: Peter Seroka (Collector)

Im Jahr 1903 erschien eines der schönsten Bilderbücher zur Mineralogie von R. BRAUNS, darin auch eine Farbtafel der Zeolithe. In den Jahren 1913-1923 schuf V.M. GOLDSCHMIDT den "Atlas der Krystallformen", eines der bedeutendsten Tabellenwerke der Kristallographie mit etwa 30.000 Kristallzeichnungen und dazugehörigen Texttafeln. In diesem Jahrhundertwerk widmete der Autor bereits den Zeolithen Chabasit, Gismondin, Laumontit, Harmotom und Heulandit ganze 336 Zeichnungen.

1914 beschrieb DANA 19 Spezies, bis 1918 waren es schon 26 anerkannte Zeolithe.

Da in der Vergangenheit die wissenschaftliche Diagnostik auf die physikalisch-morphologischen Eigenschaften der Minerale beschränkt war, wurden zahlreiche Bezeichnungen für ein und das selbe Mineral vergeben, was u.a. auch zu einer Vielzahl unterschiedlicher Namen für ein und dieselbe Zeolith-Spezies führte. Ungeachtet der ständig wachsenden Entdeckungen blieben die Zeolithe bis Anfang der 1920er Jahre sowohl für Wissenschaftler als auch für Sammler eine Kuriosität.

1862 fand VON SEEBACH Analcimkristalle von 1 mm Größe in einem Lehm; MURRAY und RENARD entdeckten 1891 verzwillingte Phillipsitkristalle in mm-Größe in Tiefseesedimenten. Diese ersten Funde sedimentär gebildeter Zeolithe waren offensichtlich möglich durch die außergewöhnliche Größe der Kristalle, da normale sedimentäre Zeolithe jedoch mikrokristallin sind, konnte man erst ab der Zeit, als Röntgen-Pulverdiagramme möglich wurden, bestätigen, wie gewöhnlich sedimentär gebildete Zeolithe sind (erst etwa seit 1925, mit der Verfügbarkeit der Röntgenstrahlen-Diffraktion, befassten sich viele Forscher mit den Zeolithen, welche ihnen wegen ihrer einzigartigen physiko-chemischen Eigenschaften auf einmal attraktiv erschienen).

Seit den 1950er Jahren gab es eine enorme Entwicklung auf dem Gebiet der Zeolith-Wissenschaften, wobei die fortschreitende Verfeinerung analytischer Techniken die Wissenschaftler in die Lage versetzte, die Struktur der Zeolithe zu erforschen.

Seit Mitte der 1950er Jahre werden Zeolithe industriell angewandt, zunächst als Adsorbentien und Ionenaustauscher. Im Jahr 1959 verwendete die Firma Union Carbide erstmals Y-Zeolithe als Katalysatorbestandteil.

Seit 1967 gab es allein sechs internationale Konferenzen in drei Jahren.

Zu Beginn der 1970er Jahre kam es zur Entwicklung von Zeolithen mit bis dahin völlig unbekannten Eigenschaften. 1972 gelang es Mitarbeitern der Firma Mobil Oil (heute ein Teil von ExxonMobil), die Grundlage für eine ganze Reihe neuer, als Pentasile bezeichneter Zeolithe zu schaffen. Wichtigster Vertreter der Pentasile ist der „ZSM-5“ (ZSM steht für englisch zeolithe socony mobil). (Übernommen von wikipedia)

Im Jahr 1973 wurde anlässlich der 3. Molekularsieb-Konferenz in Montpellier die "International Zeolite Association" (IZA) gegründet, mit dem Ziel, alle Aspekte der Zeolith-Wissenschaften und Technologien zu entwickeln und zu fördern.


Gottardi, Galli
Gottardi, Galli

Natural Zeolites; 1985

Collector
Tschernich, Rudy W.
Tschernich, Rudy W.

Zeolites of the World; 1992

Archiv: Peter Seroka (Collector)

In der zweiten Hälfte des 20. Jh. wurde eine große Menge wissenschaftlicher Artikel und individueller Bücher zum Thema Zeolithe publiziert. Jedoch befasste sich keines dieser Bücher mit natürlichen Zeolithen, obwohl man annehmen sollte, dass das primäre Interesse an Zeolithen bei Erdwissenschaftlern und Chemikern bestand. Diese Lücke wurde im Jahre 1985 durch das bahnbrechende Werk über natürliche Zeolithe - Ergebnis von 20 Jahren Zeolithforschung - von G.GOTTARDI und E. GALLI von der Universität Modena in Italien gefüllt.

Im Jahr 1992 erschien das bis heute in seiner Detailtreue und umfassenden Lokalitätsmenge unübertroffene Werk von RUDY W. TSCHERNICH "Zeolites of the World". Nach Tschernich ist das Zeolith-Mineral Tschernichit benannt.

Im Jahr 1997 legte die Komission für neue Mineralien und Mineralnamen (CNMMN) der International Mineral Association (IMA) ihre empfohlene Nomenklatur für Zeolith-Mineralien durch Veröffentlichung im "Canadian Mineralogist" Vol. 35, pp. 1571-1606 vor.

Im Jahr 2001 wurde in Montpellier die "Commission on Natural Zeolites" gegründet, deren Aufgabe es ist, Datenbanken natürlicher, hydrothermal oder sedimentär gebildeter Zeolithe zu entwickeln und zu unterhalten, Atlanten, Kataloge und Handbücher zu Zeolithen zu erarbeiten sowie eine Sammlung repräsentativer Zeolithe anzulegen. Als langfristiges Ziel wird die Entwicklung eines weltweiten Katalogs der sedimentären Zeolithe sowie ein Referenzbuch mit einer Zusammenfassung allen Wissens über natürliche Zeolithe angestrebt.

Bis heute (2010) wurden mehr als 175 einzigartge Zeolithgerüste identifiziert; es sind über 40 natürliche Zeolithgerüste bekannt und 97 natürlich vorkommende Zeolith-Spezies wurden als eigenständige Mineralien anerkannt, wobei man heute in der Lage ist, mit geringsten Mengen an Mineralproben analytische Bestimmungen durchzuführen und dadurch werden ständig neue Zeolithe entdeckt.

Bedingt durch ihre einzigartige Eigenschaft, Wasser aufzunehmen und abzugeben, sind bestimmte Zeolithe wie Klinoptilolith und Chabasit zu wichtigen industriell genutzten und gesuchten Rohstoffen geworden und werden weltweit in sedimentären Lagerstätten abgebaut.

Zeolithe sind aber auch künstlich hergestellte, hydratisierte Alumosilikate. Sie besitzen aufgrund ihrer Hohlraumstruktur (zahlreiche Poren und Kanäle) eine hohe innere Oberfläche, die eine außergewöhnlich hohe und spezifische Ionenaustausch-, Adsorptions- und Hydratationsfähigkeit besitzt. Nur 1 Gramm Zeolith kann eine Oberfläche von bis zu 1000m² aufweisen.



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