2. Tonminerale

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14 2.1. Struktureller Aufbau der Tonminerale Oktaeder parallel zur Flächennormalen der Tetraederschicht verläuft. Ein solches Anionengerüst besitzen die sog. Zweischichttonminerale vom Schichttyp 1:1 (Abb. 3 a). Die Zweischichttonminerale seien hier nur der Vollständigkeit halber erwähnt. Sie werden im Folgenden nicht genauer behandelt. Abb. 1. Schematische Darstellung des Aufbaus der a) Tetraeder- und b) Oktaederschicht 3 . Ist an die Oktaederschicht eine weitere MO4-Tetraederschicht in analoger Weise ankondensiert, so gelangt man zu einem Dreischichttonmineral des Schichttyps 2:1 (Abb. 3 b). Die nun verbleibenden Anionen der M ′ O4(OH, F)2-Oktaeder sind entweder trans- oder cis-ständig angeordnet. Man spricht von sog. 1 M- bzw. 2 M-Oktaedern. Die Stapelung der Schichten erfolgt in Richtung der kristallographischen c ∗ -Achse (Abb. 3). Den Abstand zweier aufeinanderfolgender Schichten bezeichnet man als Schichtabstand d001. Er kann von d001 =7˚A bei ungequollenen Zweischicht- bis d001 >> 20 ˚A bei gequollenen Dreischichttonmineralen reichen. Die kristallographischen a- und b-Achsen liegen in der Schichtebene (Abb. 2). Sie stehen in der Beziehung b a p 3 Die ungefähren Längen sind a 5 ˚A und b 9 ˚A. Die in dem vorgegebenen Anionengerüst vorhandenen Tetraeder- und Oktaederlücken sowie die hexagonalen Vertiefungen des basalen Sauerstoffnetzes werden nun mit Kationen aufgefüllt. Ausschlaggebend ist dabei nicht die Kationensorte, sondern deren Ionenradius 5 . In den Tetraederlücken befinden sich vier- oder dreiwertige Kationen mit Ionenradien von 0.3 – 0.5 ˚A, wie Si 4+ , Ge 4+ ,Al 3+ ,Fe 3+ . Die Oktaederlücken, von denen Abb. 2. Schematische Darstellung des Kagome- Netzes 4 , welches aus MO4-Tetraedern gebildet wird. pro Formeleinheit drei existieren, werden mit drei-, zwei- oder einwertigen Kationen, wie Al 3+ ,Fe 2+ ,Mg 2+ ,Co 2+ ,Cu 2+ ,Ni 2+ oder Li + besetzt, deren Ionenradien zwischen0.6–0.9˚A liegen. Die Oktaederlücken können vollständig oder nur zu 2/3 besetzt 3 J.W. Stucki, B.A. Goodman, U. Schwertmann, Iron in Soils and Clay Minerals, NATO ASI Series, (1988) 4 U. Müller, Anorganische Strukturchemie, Teubner Verlag, (1992) 5 R.M. Barrer, D.L. Jones, Chemistry of Soil Minerals. Part VIII. Synthesis and Properties of Fluorhectorites, J. Chem. Soc., Inorg. Phys. Theor., (A), (1970), 1531 – 1537
2. Tonminerale 15 sein. Man spricht dann von tri- oder dioktaedrischen Tonmineralen. In den hexagonalen Lücken zweier aufeinanderfolgender Gerüstschichten befinden sich in zwölffacher Koordination große ein- oder zweiwertige Kationen, wie Na + ,K + ,Cs + ,Ca 2+ oder Sr 2+ , mit Ionenradien von 1.0 – 1.6 ˚A. Bei natürlichen Dreischichttonmineralien sind hauptsächlich die Elemente Si 4+ , Al 3+ ,Fe 3+/2+ ,Mg 2+ ,Na + und K + vertreten. Größere Anteile der anderen Elemente wurden bei synthetischen Materialien beobachtet 6 . Abb. 3. Schematische Darstellung der Schichtstruktur eines a) Zweischicht- b) Dreischichttonminerals 7 2.2. Isomorphe Substitution Bei dem im vorhergehenden Abschnitt 2.1 beschriebenen Gerüstaufbau werden die negativen Ladungen des Anionengerüstes durch positive Ladungen der Tetraederund Oktaederkationen kompensiert. Man gelangt so zur allgemeinen Summenformel X 2+ 3 Z4+ 4 O10(OH, F)2 für ein neutrales, trioktaedrisches Dreischichttonmineral. Ein bekannter Vertreter ist z.B. Talk ([Mg3Si4O10(OH)2]). 6 R.M. Hazen, The Effect of Cation Substitutions on the Physical Properties of Trioctahedral Micas, American Mineralogist, 57, (1972), 103 – 129 7 K. Jasmund, G. Lagaly, Ton und Tonminerale, Steinkopf Verlag, (1993) ±0
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