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Elektronenmikroskopische Untersuchungen des Polymer/Mineral ...

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6 2 KRISTALLOGRAPHISCHE

6 2 KRISTALLOGRAPHISCHE UND BIOLOGISCHE GRUNDLAGEN Für den Netzebenenabstand d gilt: 2.1.2 Modifikationen des Kalziumkarbonats d = 1 . (5) |g| Da Schneckenschalen hauptsächlich aus Kalziumkarbonaten aufgebaut sind, ist es unumgänglich, sich mit diesem Material auseinanderzusetzen. Kalziumkarbonat CaCO3 tritt in einer Vielzahl von Polymorphen auf. Diese besitzen die gleiche chemische Struktur, jedoch unterschiedliche Anordnungen der Atome im Kristallgitter. Drei der CaCO3 - Polymorphe existieren in einer wasserfreien, kristallinen Form: Vaterit, Calcit und Aragonit. Des Weiteren gibt es zwei hydratisierte, kristalline Polymorphe, sowie eine amorphe Form des Kalziumkarbonats, die jedoch nicht weiter betrachtet werden. Vaterit besitzt eine hexagonale Einheitszelle [20] (Abb. 2 (2)) und ist von den drei erstgenannten Polymorphen thermodynamisch am instabilsten. In der Natur kommt es als geringer Anteil in manchen biomineralisierten Strukturen vor, jedoch nicht in geologischen Gesteinen [21]. Calcit besitzt ein trigonales Kristallsystem (Abb. 2 (3)), weist eine Dichte von (2,6 - 2,8)g/cm 3 [22] auf (abhängig vom Grad der Verunreinigung), besitzt eine hohe Spaltbarkeit entlang der (10¯11)-Ebene 2 und ist thermodynamisch am stabilsten. Der Kristall besitzt doppelbrechende Eigenschaften. Calcit ist eines der in der Natur am weitest verbreiteten Mineralien. Es ist der Hauptbestandteil von Kalkstein und Marmor und eine Komponente von magmatischen und Sediment-Gesteinen [20]. Zudem bestehen einige Schichten in den Schalen von Meeresschnecken aus Calcit. Ein anderes aus der Bio- logie stammendes Beispiel bilden die Kapseln von Seeigeln, die aus Calcit-Einkristallen aufgebaut sind. Aragonit hat ein Vorkommen in vulkanischem Gestein, entsteht als Ausfällung heißer Quellen oder im Meerwasser bei hohen Temperaturen (z.B. im Roten Meer) und ist außerdem ein wichtiger Bestandteil der Schalen vieler Muscheln und Schnecken. Es besitzt eine Dichte von 2.95 g/cm 3 [22], weist keine ausgezeichneten Spaltebenen auf und wird durch eine orthorhombische Einheitszelle (Abb. 2 (4)) beschrieben. Diese besitzt die Gitterkonstanten [23]: a = 0,5743 nm, b = 0,4962 nm, c = 0,7969nm. Die zugehörige Raumgruppe lautet: Pnma 62. Die Ortskoordinaten der Positionen der in der Einheitszelle von Aragonit enthaltenen nicht äquivalenten Atome [23] sind in Tabelle 1 aufgelistet. 2 Die Ebene ist in der Miller Bravias Indizierung angegeben, die für hexagonale und trigonale Kris- tallsysteme Anwendung findet.

2.1 Kristallographische Grundlagen 7 Der Netzebenenabstand lässt sich für ein orthorhombisches Kristallsystem aus d = q 1 h2 k2 l2 a2 + b2 + c2 berechnen. Ca C O O x 0,75985 -0,0823 -0,09453 -0,08725 y 0,25 0,25 0,25 0,47499 z 0,41502 0,7619 0,92238 0,68013 Tabelle 1: Ortskoordinaten der Positionen der nicht äquivalenten Atome in der Einheitszelle von Aragonit. Abb. 2: (1) Kristallachsen eines Bravaisgitters mit den Gitter- konstanten a, b und c und den Achsenwinkel α, β und γ. (2) Hexagonales Kristallsystem: a = b = c und α = β = 90 ◦ , γ = 120 ◦ . (3) Trigonales Kristallsystem: a = b = c und α = β = γ = 90 ◦ ,

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