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Bergbau

Bergbau

Als Bergbau bezeichnet man die Gewinnung von mineralischen Rohstoffen aus unserem Planeten. Häufig geförderte Rohstoffe sind z. B.: Kohle, Eisen- und Metallerze, Salze , Gold, Silber, Flussspat (Fluorit), Schwerspat (Baryt) und radioaktive Uranerze wie Pechblende. Die Förderung von Erdöl und Erdgas gehört ebenso wie die Gewinnung von Steine und Erden dazu. Abzubauende Stoffe liegen in einer Lagerstätte vor. In Deutschland ist der Bergbau grundsätzlich durch das Bundes-Berggesetz geregelt.

Abbautechniken

Hier werden 2 Grundtechniken unterschieden:
1. Übertage: Hier werden die Rohstoffe in offenen Gruben gefördert; siehe --> Tagebau
- Steinbruch
- Schürfen 2. Untertage: Förderung durch Stollen oder Schächte in sog. Gebirge; --> Untertagebau
- Solen

Geschichte

Sole] Sole] Frühste archäologische Zeugnisse des Bergbaus weisen in die Jungsteinzeit. Kupfer wurde schon um 5000 v. Chr. im Sinai, Kupfer, Gold und Türkise um 3000 v Chr. in Ägypten abgebaut. Wahrscheinlich gab es gegen 3000 v. Chr. auch schon Metallgruben in Indien und China. Um 2500 v. Chr. begann dann auch die Kupferförderung in Mitteldeutschland. Eisenerz wurde ab etwa 800 v. Chr. in den Alpen abgebaut und Steinkohle ist seit dem 9. Jahrhundert in England bekannt.

Bergbau in Deutschland

Erste schriftliche Zeugnisse über den Metallabbau mittelalterlichen Mitteleuropa berichten aus Böhmen im 8. Jahrhundert, Goslar im 10. Jahrhundert, dem Erzgebirge in Freiberg und Joachimsthal im 12. Jahrhundert und in allen Fällen vorwiegend im Zusammenhang mit Silber und Kupfer. Mitte des 16. Jahrhunderts veröffentlichte Georgius Agricola mehrere für den Bergbau entscheidende Werke, wie das 1556 erschienene De re metallica libri XII. Ab dem Mittelalter lassen sich Bergordnungen nachweisen, die den Bergbau umfassend regelten. Mitte des 19. Jahrhunderts traten an ihre Stelle Berggesetze. Steinkohleförderung im Aachener Steinkohlenrevier an Inde und Wurm wird in den Annales Rodenses des Klosters Roda (heute Rolduc/NL) bereits für das Jahr 1113 bezeugt. Abbauort war der Beckenberg (schwarze Berg) direkt bei der Burg und Siedlung Rode (heute Herzogenrath/D). Der Eschweiler Kohlberg wird 1394 urkundlich erwähnt, der Eschweiler Bergwerksverein 1838 gegründet. Im Ruhrgebiet wird Steinkohle seit dem 14. Jahrhundert gefördert, Mitte des 18. Jahrhunderts begann man an der Saar Steinkohle abzubauen, später auch in Schlesien. Schlesienes Wieliczka bei Krakau (Polen)]] Durch die Industrialisierung, besonders die 1798 von James Watt erfundene Dampfmaschine wurde vor allem der Abbau von Kohle und Eisenerz erheblich gesteigert und sorgte so für die Häufung von Industrie zum Beispiel im Ruhrgebiet und in Oberschlesien. Gebraucht wurde z.B. Steinkohle zu Heizzwecken, auch in Form von Brikett (in Deutschland seit 1861) oder als Treibstoff für Lokomotiven und stationären Dampfmaschinen zum Antrieb von Arbeitsmaschinen in Industriebetrieben. Später stellten die kohlebefeuerten Dampfkraftwerke das Rückrat der Stromversorgung dar, und dies ist auch heute noch so. Nachdem Rohstoffe immer günstiger vom Ausland eingeführt werden konnten, verloren besonders die heimischen Eisen- und Metallerzlagerstätten an Bedeutung, da diese nur schwierig und somit teuer zu gewinnen waren. Auch die Steinkohlengewinnung ist bei uns geologisch bedingt schwierig und daher teuer. Steinkohlenzechen werden aber als sichere Energiequelle im eigenen Land benötigt, aber auch, um unseren hohen Stellenwert bei der Bergbautechnologie auf dem Weltmarkt behalten zu können. Die Förderung von Braunkohle, die 30% der deutschen Energieversorgung darstellt, sowie von Kali- und Steinsalz werden in großem Umfang weiter betrieben. Kali und Steinsalze werden unter anderem in der heimischen Agrarwirtschaft als Dünger eingesetzt und auch weltweit exportiert.Deutschland besitzt die weltweit modernsten und leistungsfähigsten Kalibergwerke. Ein erheblicher Wirtschaftsfaktor stellt auch der Bergbau auf Steine und Erden dar, die i.d.R. im Tagebau abgebaut werden.

Siehe auch

Weblinks

- [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Kategorie/Bergbau Bergbaulexikon Mineralienatlas WiKi]
- [http://www.erzwege.at Bergbaugeschichte online]
- [http://www.erzwege.at/mailform/lexikon.htm Bergbau-Lexikon]
- [http://www.bergschaeden.info Bergbaustandorte in Deutschland]
- [http://www.meinemineraliensammlung.de/index.html Lexikon mit Begriffen aus Bergbau und Geowissenschaften]
- [http://wirtschaft.fh-trier.de/ri/fell/besucherbergwerke/besucherbergwerke.php5?nr=15&unr=0&eTyp=h&Art=Mineral Besucherbergwerke mit deutschsprachigen Internetseiten]
-
- [http://www.bergbaumuseum.de Deutsches Bergbau-Museum Bochum] ! Kategorie:Ingenieurwissenschaft Kategorie:Geographie ja:鉱業

Mineral

Als Mineral (Mehrzahl Minerale, auch Mineralien) definieren Mineralogen natürlich vorkommende Feststoffe mit einer einheitlichen chemischen Zusammensetzung und einem auch auf mikroskopischer Ebene gleichförmigen Aufbau. Die meisten Minerale sind kristallin. Die Mehrzahl der heute bekannten ca. 4000 Minerale sind anorganisch, es sind aber auch wenige organische Minerale bekannt. Die Lehre von den Mineralen ist die Mineralogie. Alle Gesteine der Erde und anderer Himmelskörper sind aus Mineralen aufgebaut. Am häufigsten kommen etwa dreißig Minerale vor, die so genannten Gesteinsbildner. Der spezifische Mineralinhalt eines Gesteins liefert Informationen über die Bildung und Entwicklungsgeschichte eines Gesteins und trägt damit zur Kenntnis des Ursprungs und der Entwicklung des Planeten Erde bei. Nach ihrer Entstehung lassen sich Primärminerale und Sekundärminerale unterscheiden: Erstere entstehen zur selben Zeit wie das Gestein, dessen Teil sie sind, letztere werden dagegen erst durch chemische Verwitterung oder Metamorphose aus den Primärmineralen gebildet.

Struktur und Form

Metamorphose Fast alle Minerale treten in der Natur als kristalline Feststoffe auf, sehr wenige dagegen als amorphe Stoffe, die dem Glas vergleichbar sind. Gediegenes, das heißt elementares, Quecksilber und Wasser, die flüssige Modifikation des Eises, stellen die einzigen Flüssigkeiten dar, die zu den Mineralen gezählt werden. Frei kristallisierte Minerale zeigen äußerlich eine feste geometrische Form mit wohldefinierten natürlichen Flächen, die in festen Winkeln zueinander stehen. Dies wird auch als Gesetz der Winkelkonstanz bezeichnet. Die symmetrische Anordnung der Flächen ist Ausdruck der inneren Struktur eines kristallinen Minerals: Es zeigt eine wohlgeordnete Atomstruktur, die durch vielfach wiederholte Aneinanderreihung so genannter Elementarzellen entsteht, die die kleinste Struktureinheit des Minerals ausmachen. Man unterscheidet aufgrund der inneren Symmetrie sechs bis sieben Kristallsysteme, nämlich das kubische, das hexagonale, das trigonale, das tetragonale, das orthorhombische, das monokline und das trikline System. Hexagonales und trigonales System werden von manchen Mineralogen gelegentlich zusammengefasst. Durch ungleichmäßiges Kristallwachstum können so genannte Zwillinge entstehen, das sind zwei aus einem Urkristall hervorgegangene miteinander verwachsene Kristalle, die sich, bestimmten Gesetzen gemäß, symmetrisch zueinander verhalten.

Mineral-Erkennung und Eigenschaften

Die Erkennung eines Minerals kann in vielen Fällen auf Grund einiger weniger Eigenschaften wie Kristallform, Härte, Farbe, Bruchverhalten usw. erfolgen. In manchen Fällen sind jedoch weitergehende chemische Analysen, optische Tests oder Röntgenstrukturuntersuchungen zur Identifikation eines Minerals notwendig. Eine wichtige Analysemethode der Mineralogie ist die Durchleuchtung eines Mineral-Dünnschnitts im Polarisationsmikroskop, wo sich die unterschiedlichen chemischen und strukturellen Eigenschaften des Minerals im optischen Verhalten zeigen. Wichtige Eigenschaften eines Minerals sind:
- die Farbe: Sie wird durch die chemische Zusammensetzung eines Minerals, insbesondere durch kleinere Verunreinigungen oder Fehlordnungen im Gitter, beeinflusst. So lässt sich beispielsweise Zinnober an seiner blutroten Färbung erkennen.
- die Strichfarbe: Sie ist die Farbe des pulverförmigen Minerals, die sich oft von der Färbung seiner Oberfläche unterscheidet. Hämatit lässt sich immer an seiner eisenroten Strichfarbe erkennen. Der Strich wird üblicherweise an einem unglasierten Keramikplättchen geprüft.
- der Glanz: Durch die Art, wie Licht an der Oberfläche eines Kristalls reflektiert oder absorbiert wird, ergibt sich sein Glanz. Beim metallisch glänzenden Bleiglanz ist er sogar namensgebend.
- die Transparenz: Manche Minerale sind für Licht vollkommen durchlässig wie die Bergkristall genannte Quarz-Varietät. Viele metallische Erze wie z.B. der Kupferkies sind dagegen undurchsichtig, was auch als opak bezeichnet werden kann.
- die Dichte: Sie hängt von der chemischen Zusammensetzung und Struktur ab. So lässt sich Zinnober von Realgar durch seine durch den Gehalt an schwerem Quecksilber wesentlich höhere Dichte unterscheiden. Wird die Dichte auf die Dichte von Wasser bezogen, so wird sie relative Dichte genannt und ist dann einheitenlos.
- die Härte: Sie wird durch die Stabilität der chemischen Bindungen im Mineral bestimmt und durch ihre Ritzbeständigkeit ermittelt. Angegeben wird sie in der Mineralogie durch ihren Wert auf der Mohs-Skala, die von eins (sehr weich, Beispiel Talk) bis zehn (sehr hart, Beispiel Diamant) reicht.
- die Spaltbarkeit: Sie beschreibt Kristallebenen, zwischen denen nur schwache Kräfte bestehen und an denen daher der Kristall gespalten werden kann. Beispielsweise hat Kalzit drei Spaltebenen und ist so sehr vollkommen spaltbar. Quarz besitzt dagegen gar keine Spaltebene.
- das Bruchverhalten: Bricht ein Mineral nicht entlang seiner Spaltebenen, treten oft charakteristische Bruchstrukturen auf. Beispiele sind der muschelige Bruch von Dolomit und der faserige Bruch von Kyanit.
- die Lumineszenz: Sie ist ein Sammelbegriff für die verschiedenen Arten des Aufleuchtens einer Substanz unter Einwirkung irgendeiner Strahlung mit Ausnahme der reinen Wärmestrahlung (z. B. Fluoreszenz, Phosphoreszenz).
- der Magnetismus: Das magnetische Verhalten von Mineralen ist verschieden: Es gibt selbst anziehende Minerale (z. B. Magnetit), von Magneten angezogene Minerale (z. B. Magnetkies) und magnetisch neutrale Minerale. Bestimmt wird diese Eigenschaft mittels einer Kompassnadel.
- die Zähigkeit: Fachsprachlich auch Tenazität genannt versteht man darunter bei Mineralen die Sprödigkeit, Dehnbarkeit und Elastizität. Für einzelne Minerale kann die Zähigkeit ein Bestimungsmerkmal sein, ist jedoch meist dem Spezialisten vorbehalten.
- die Flammenfärbung: Einige Elemente verfärben eine Flamme. Diese Eigenschaft wird in der Flammenprobe verwendet, um auf die chemische Zusammensetzung eines Minerals zu schließen. Gasbrenner sind in abgedunkelten Räumen dazu am Besten geeignet.
- die Radioaktivität: Dies ist die Eigenschaft, hochenergetische Strahlung ohne Energiezufuhr auszusenden. Man unterscheidet traditionell drei Arten von Strahlen: Alpha-, Beta- und Gammastrahlen. Die Strahlenmessung erfolgt mit einem so genannten Geigerzähler. Radioaktivität ist auch in niedrigen Dosen potentiell gesundheitsschädlich.
- der Pleochroismus: Bei einigen durchsichtigen Mineralen sind die Farben und Farbtiefen in verschiedenen Richtungen unterschiedlich. Erscheinen zwei Farben nennt man dies Dichroismus, bei drei Farben Trichroismus bzw. Pleochroismus. Die Bezeichnung wird auch als Sammelbezeichnung für beide Arten der Mehrfarbigkeit verwendet.
- die Schmelzbarkeit: Sie beschreibt das Verhalten vor dem Lötrohr, d.h. die Schmelzreaktion.

Gesteinsbildende Minerale

Die meisten Gesteine setzen sich zum Großteil aus einer nur relativ kleinen Anzahl von Mineralen zusammen, den etwa dreißig Gesteinsbildnern, enthalten daneben aber noch kleinere Mengen an selteneren Bestandteilen. So werden mehr als neunzig Prozent der Erdoberfläche von Silikatmineralen wie Olivin, Pyroxen, Amphibol, Feldspat oder Quarz gebildet. Sie finden sich in magmatischen, metamorphen und auch in tonreichen Sedimentgesteinen. Weitere bedeutende Mineralgruppen sind die Karbonate, die ebenfalls in wichtigen Sedimentgesteinen wie beispielsweise Kalkstein enthalten sind und die Oxide, darunter z. B. Hämatit.

Erzlagerstätten

Mineralablagerungen, die zur Metallgewinnung wirtschaftlich abgebaut werden können, bezeichnet man als Erze. Der Begriff ist somit ökonomisch, nicht wissenschaftlich geprägt: Ob eine gegebene Lagerstätte kommerziell ausgebeutet werden kann, hängt von den Abbaukosten und dem Marktwert des enthaltenen Metalls ab - während der Eisenanteil von Mineralablagerungen bei bis zu 50 % liegen muss, um einen finanziellen Gewinn zu erzielen, reichte im Jahr 2003 bei dem wesentlich wertvolleren Platin bereits ein Anteil von 0,00001 % dazu aus. Erzlagerstätten können auf sehr verschiedene Weise entstehen:
- Riesige Ablagerungen von Eisenerz, die so genannten gebänderten Eisenerzformationen, wurden vor 3650 bis 1800 Millionen Jahren in der Zeit des Archaikums und frühen Proterozoikums vermutlich durch den Einfluss von Bakterien als Sedimente abgelagert.
- Durch Verwitterungsprozesse können Minerale aus ihrem ursprünglichen Entstehungsgebiet verbracht werden und sich konzentriert als Sedimente (Seifen) am Grund von Flüssen, Seen oder flacher Meere absetzen. Ein Beispiel sind Ablagerungen von so genanntem Seifengold, das traditionell durch Waschen aus Flusssand gewonnen wird.
- Wenn heißes Grundwasser, das sich in der Tiefe beim Kontakt mit magmatischer Schmelze mit Mineralen angereichert hat, durch Risse und Spalten zur Oberfläche vordringt, lagern sich mit sinkender Temperatur und sich veränderndem pH-Wert im umgebenden Gestein nacheinander verschiedene Mineralformationen ab, die auf diese Weise die so genannten Hydrothermaladern bilden.
- Auf ähnliche Weise, nur oberirdisch, entstehen Erze, wenn das mineralreiche Wasser an Thermalquellen zu Tage tritt.

Verwendung

Minerale als Schmuck

pH-Wert Seltene Minerale, die aufgrund ihrer Härte, Färbung oder ihres Glanzes als schön empfunden werden und deshalb als Schmuck dienen, sind als Schmucksteine, umgangssprachlich auch als Halbedelsteine bekannt. Mit ihnen befasst sich wissenschaftlich die Gemmologie. Die wertvollsten Schmucksteine wie zum Beispiel Diamant, Rubin, Smaragd oder Saphir heißen auch Edelsteine. (Unter diesen Begriff fallen allerdings auch Nicht-Minerale wie Bernstein.) Aufgrund ihres hohen Preises werden Edelsteine heute teilweise synthetisch hergestellt. Um die durch Farbe und Glanz beeinflusste Schönheit eines Schmucksteins zur Geltung zu bringen, muss er geschliffen und poliert werden. Dazu existieren zahlreiche verschiedene Schliffformen: Durchsichtige oder durchscheinende Varietäten werden in der Regel mit Facettenschliffen versehen, bei denen meist in festen Winkelbeziehungen zueinanderstehende Flächen, die so genannten Facetten, die Lichtreflexion maximieren. Undurchsichtige Minerale erhalten hingegen glatte, einflächige Schliffe. Der Asterismuseffekt eines Sternsaphirs beispielsweise lässt sich nur durch den so genannten Cabochonschliff erzielen. Das Feuer eines im Brillantschliff geschliffenen Diamanten hängt in der Hauptsache von der Einhaltung bestimmter Winkelverhältnisse der einzelnen Facetten sowie von seinen Proportionen ab.

Minerale als Reinigungsmittel

Das gemahlene Tonmineral Lavaerde aus dem marokkanischen Atlasgebirge wird bereits seit der Antike als Körper- und Haarreinigungsmittel verwendet.

Minerale als Reaktionspartner und Reaktionsprodukte

Die Mineralogie hat entscheidend zum besseren Verständnis von Reaktionsabläufen beigetragen. Dies gilt vor allem für die chemischen und mikrobiellen Reaktionen im Wasserkreislauf, bei der Trinkwasseraufbereitung und bei der Korrosion. Im Wasserkreislauf kommt das Wasser mit zahlreichen Mineralen in Kontakt. Als Reaktionspartner spielen vor allem Kalzit, Pyrit und Tonminerale eine größere Rolle: Ersteres ist Reaktionspartner bei der Neutralisation von Säuren einschließlich Kohlensäure unter Bildung von Wasserhärte, zweiteres wirkt als Reduktionsmittel bei der Elimination von Nitrat (Denitrifikation), während Tonminerale Neutralisationsreaktionen bei niedrigen pH-Werten und Ionenaustauschreaktionen bewirken können. Bei der Trinkwasseraufbereitung entstehen als Reaktionsprodukt bei der Elimination von Eisen(II)- und Manganionen Goethit und δ-MnO₂, Kalzit kann bei Enthärtungsreaktionen (Entkarbonisierung) gebildet werden. Bei der Abwasserbehandlung können bei ausreichend hohen Phosphatkonzentrationen in den Abwasserbehandlungsanlagen wasserklare Kristalle von Struvit, einem Ammonium-Magnesiumphosphat, entstehen. Diese können den Querschnitt von Leitungen verengen. Bei der Korrosion von Stahl und Gusseisen im Kontakt mit Wasser können je nach Wasserbeschaffenheit Goethit, Magnetit und Lepidokrokit, bei höherer Karbonathärte auch Siderit, in phosphathaltigen Wässern Vivianit, in sulfathaltigen WässernTroilit und in schwefelwasserstoffhaltigen Wässern Greigit gebildet werden. Aus Kupfer kann sich dagegen Cuprit, Malachit oder Azurit bilden, während aus Blei hauptsächlich Hydrocerussit entsteht.

Biomineralisation

Mineralbildungen spielen auch in der belebten Natur eine wichtige Rolle. Weil die entstehenden Produkte manchmal sehr gut, oft aber nur schlecht oder gar nicht kristallisiert sind, werden einige anorganische Komponenten mit ihrer chemischen Bezeichnung aufgeführt; der Mineralname ist gegebenenfalls in Klammern hinzugefügt.
- Calciumcarbonat ist in Form von Kalzit oder Aragonit in der belebten Natur ein Vielzweck-Werkstoff und dient als mineralische Komponente von Eier- oder Muschelschalen. Auch einige Mikroorganismen wie die Kammerlinge (Foraminifera) bilden kalkhaltige Schalen.
- Calciumfluorid (Fluorit) ist Hauptkomponente des Zahnschmelzes von Säugetieren.
- Calciumphosphat (Hydroxylapatit) ist die anorganische Komponente von Knochen.
- Magnetit dient Lebewesen als Kompass zur Orientierung im Erdmagnetfeld. Dies hat man zunächst bei magnetotaktischen Bakterien festgestellt. Auch bei Insekten, Weichtieren, Vögeln und Fischen hat man jedoch inzwischen Magnetit nachgewiesen.
- Siliziumdioxid wird in amorpher Form als Gerüstsubstanz in Pflanzen eingebaut; Kieselalgen bauen aus dieser Substanz ihr Kieselskelett.

Minerale in der Esoterik

Vielen Mineralen wird in der Esoterik eine Bedeutung als Heilstein zugesprochen.

Systematik der Minerale

Minerale können beispielsweise nach ihrer chemischen Zusammensetzung klassifiziert werden: Gediegene Elemente: Gediegene Elemente sind Minerale, die nur aus einem einzigen chemischen Element gebildet werden. Hierzu zählen etwa zwanzig Minerale, davon zehn geologisch signifikant.
- Beispiele: Kupfer (Cu), Silber (Ag), Gold (Au), Eisen (Fe), Schwefel (S), Graphit (C), Diamant (C) Sulfide: Sulfide bestehen aus einer Verbindung von Schwefel mit Metallen oder Halbmetallen. Zu den Sulfiden zählen etwa 600 Mineralien. Mineralogisch rechnet man auch die selenhaltigen Selenide und die tellurhaltigen Telluride zu dieser Gruppe.
- Beispiele: Bleiglanz (PbS), Pyrit (FeS₂), Zinkblende (ZnS), Zinnober (HgS) Halogenide: Die etwa 140 Halogenide bestehen aus einer Verbindung von Fluor, Chlor, Brom oder Iod mit Kationen wie Natrium oder Kalzium.
- Beispiele: Fluorit (CaF₂), Steinsalz (NaCl) Oxide und Hydroxide: Aus der Verbindung von Metallen oder Nichtmetallen mit Sauerstoff oder Hydroxylgruppen (OH^- -Gruppen) entstehen die etwa 400 Oxide bzw. Hydroxide (auch Oxyde genannt).
- Beispiele: Spinell (MgAl₂O₄), Hämatit (Fe₂O₃), Magnetit (Fe₃O₄), Korund (Al₂O₃), Pechblende (UO₂), Goethit (FeO(OH)) Karbonate: Die mehr als 200 Karbonate sind Sauerstoffsalze mit dem Anionenkomplex [ CO₃]^2-.
- Beispiele: Dolomit (CaMg(CO₃)₂), Kalzit (CaCO₃), Malachit (Cu₂CO₃(OH)₂) Phosphate, Arsenate, Vanadate: Phosphate sind Sauerstoffsalze mit dem Anionenkomplex [ PO₄]^3-. Hier werden meist auch Arsenate und Vanadate [VO₄]^3- eingeordnet. Die Gruppe umfasst etwa 400 Mineralien.
- Beispiele: Apatit (Ca₅(PO₄)₃(F,Cl,OH)), Türkis (CuAl₆(PO₄)₄(OH)₈ · 5H₂O), Carnotit (K₂(UO₂)₂(VO₄)₂ · 3H₂·) Nitrate: Nitrate sind leicht lösliche Salze mit dem Anionenkomplex [ NO₃]^-, der meist mit Natrium oder Kalium verbunden ist. Sulfate: Die etwa 300 Sulfate sind Sauerstoffsalze mit dem Anionenkomplex [ SO₄]^2-. Hierher sortiert man auch die Chromate.
- Beispiele: Anhydrit (CaSO₄), Gips (CaSO₄ · H₂O) Molybdate und Wolframate: Die eng verwandten Molybdate und Wolframate sind Verbindungen eines Metalls mit dem Anionenkomplex [MoO₄]^2- bzw. [WO₄]^2-.
- Beispiele: Wulfenit (PbMoO₄), Wolframit ((Fe,Mn)WO₄) Borate: Zu den etwa 125 Boraten zählen jene Minerale, die den Boratkomplex [BO₃]^3- enthalten.
- Beispiel: Borax (Na₂B₄O₅(OH)₄ · 8 H₂O), Sassolin (H₃BO₃) Silikate: Die Silikate sind etwa 500 Verbindungen, in denen der [ SiO₄]^4--Tetraeder einen wesentlichen Baustein darstellt.
- Beispiele: Olivin ((Mg, Fe)₂SiO₄), Zirkon (ZrSiO₄), Andalusit (Al₂SiO₅), Topas (Al₂SiO₄(OH,F)₂), Beryll (Be₃Al₂Si₆O₁₈), Quarz (SiO₂) Organische Minerale: Hierzu zählen Salze der Mellithsäure und der Oxalsäure.
- Beispiele: Bernstein, Honigstein, Kleesalz Eine Übersicht über alle Mineralartikel findet sich in der Liste von Mineralen; die verwandte Liste der Gesteine deckt Artikel zu individuellen Gesteinen ab.

Literatur

- Deer, W.A., Howie, R.A., und Zussman, J.: Orthosilicates, Band 1 aus: Rock-forming minerals. Longman, London, 2. Ausgabe, 1982.
- Rösler, H. J.: Lehrbuch der Mineralogie, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 1991 ISBN 3342002883
- Kleber, W.: Einführung in die Kristallographie, Oldenbourg, 18. bearb. Aufl. 1998, ISBN 3486273191
- Edition Dörfler: Mineralien Enzyklopädie, Nebel Verlag, ISBN 3-89555-076-0

Weblinks

- [http://www.mineralienatlas.de Deutscher Mineralienatlas]
- [http://www.petrefaktum.de/ PETREFAKTUM] - Erdgeschichte Fossilien Mineralien -
- [http://www.minlex.de Mineralienlexikon]
- [http://web2.donzampano.com MinMax Mineralien-Information-System]
- [http://home.arcor.de/geologie-mineralogie/mineralogie-einf.htm#spalt Mineralogie&Geologie]
- [http://www.mindat.org mindat.org - The Mineral Database] - nur englisch, riesige Datenbank mit viel Input der Benutzer
- [http://www.mineralien-sammeln.de/ Datenbank mit Kenndaten der 380 häufigsten Mineralien]
- [http://www.johnbetts-fineminerals.com/jhbnyc/bestgall.htm John Betts Fine Minerals (englisch) - Mineraliengalerie] Kategorie:Mineralogie Kategorie:Bergbau ja:鉱物 simple:Mineral th:แร่

Kohle

Kohle ist ein schwarzes oder bräunlich-schwarzes, festes Sedimentgestein, das durch Carbonisierung von Pflanzenresten (Inkohlung) entstand und zu mehr als 50 Prozent des Gewichtes und mehr als 70 Prozent des Volumens aus Kohlenstoff besteht. Es wird auch "Schwarzes Gold" genannt. Kohle ist ein Energieträger und wird vom Menschen als fossiler Brennstoff verwendet.

Entstehung

Das Ausgangsmaterial von Kohle ist hauptsächlich pflanzlichen Ursprungs wie beispielsweise Farnen (Baumfarne). Beim Absterben versanken diese Pflanzen im Sumpf. Unter diesen Bedingungen kommt kein Sauerstoff an die Pflanzen und es kann keine Zersetzung durch aerobe Bakterien stattfinden. Es entstand Torf. Bei Meereseinbrüchen wurden diese Sümpfe mit Sedimenten bedeckt. Unter dem wachsenden Druck und erhöhter Temperatur begann der Prozess der Inkohlung. Der Druck presste das Wasser aus dem Torf und es entstand zuerst Braunkohle (der geringe Druck presste nur wenig Wasser aus der Kohle), mit mehr Überlagerungen steigerte sich jedoch der Druck, immer mehr Wasser wurde aus der Kohle heraus gepresst und nach und nach wurde aus der Braunkohle Steinkohle und mit nochmals mehr Druck Anthrazit. Die Qualität der Kohle tief unter der Erde ist besser, weil hier, bedingt durch den hohen Druck der Überlagerungen, der Wassergehalt niedriger ist als an der Oberfläche. Insbesondere während des Karbons (vor etwa 280 bis 345 Millionen Jahren) entstanden mächtige Kohlelagerstätten, die heute zu den weltweit wichtigsten Energielieferanten zählen.

Verwendungszweck

Kohle wird überwiegend als fester Brennstoff benutzt, um Wärme durch Verbrennung zu erzeugen. Dabei entstehen Kohlendioxid, Wasserdampf und andere Gase wie Schwefeldioxid. Um elektrische Energie zu erzeugen, wird mittels der Wärme Wasserdampf erzeugt, der wiederum Turbinen antreibt. Um zu vergleichen, welche Energiemenge mit welcher Kohle gewonnen werden kann, bedient man sich meist der Steinkohleeinheit. Ungefähr 50% des derzeitigen Strombedarfes in Deutschland wird durch Kohle gedeckt, Steinkohle und Braunkohle sind dabei in etwa gleich stark vertreten. Die derzeit bekannten Lagerstätten, die mit der heutigen Technologie erschlossen werden können, reichen für mindestens 300 Jahre. Moderne Kohlekraftwerke setzen eine Vielzahl von Techniken ein, um die Schädlichkeit der Abfallprodukte zu beschränken und gleichzeitig die Effizienz des Verbrennungsprozesses zu steigern. In einigen Ländern sind diese Techniken allerdings nicht weit verbreitet, zumal sie die Investitionskosten des Kraftwerks erhöhen. Ein nicht unbeträchtlicher Teil der Kohle wird nach ihrer Verkokung (siehe auch Koks) zur Reduktion von Erzen, hauptsächlich Eisenerz, in Hochöfen verwendet. Ab dem 19. Jahrhundert fand die Kohle auch Verwendung zur Herstellung von Stadtgas, welches für die Straßenbeleuchtung und das Kochen sowie Heizen verwendet wurde. In Gaswerken gewann man das Stadtgas durch die Trockendestillation aus der Kohle - ein Nebenprodukt war der Koks. Im 20. Jahrhundert wurde das Stadtgas weitgehend durch das Erdgas ersetzt. Im 18. Jahrhundert wurde Braunkohle unter dem Namen Umber oder Cöllnische Erde als Farbpigment verwendet.

Umweltproblematik

Umber Bei der Verfeuerung von Kohle entsteht sehr viel klimaschädliches CO₂. Insbesondere Braunkohlekraftwerke mit ihrem vergleichsweise niedrigen Wirkungsgrad stoßen sehr viel davon aus. Die CO₂-Freisetzung ist prinzipbedingt und kann nicht verhindert werden, sondern nur durch einen besseren Wirkungsgrad der Kraftwerke und dadurch geringeren Kohleverbrauch in Maßen reduziert werden. Das Schwefeldioxid, das vor allem bei der Verbrennung von Braunkohle entsteht, ist mitverantwortlich für den Sauren Regen. Bei modernen Stein- und Braunkohlenkraftwerken werden die Abgase in Rauchgasentschwefelungsanlagen (siehe auch REA, REA-Gips) von Schwefeldioxid, durch katalytische (SCR) oder nichtkatalytische (SNCR) Entstickung von Stickoxiden und in elektrischen Abscheidern von Staub gereinigt. Bei der Gewinnung von Braunkohle im Tagebau können ähnlich wie bei weiten, trockenen Äckern in der Landwirtschaft große Staubmengen entstehen. Daher ist der Einsatz von effizienter Staubbekämpfungstechnik unerlässlich. Außerdem gibt es einen immensen Flächenverbrauch. Um Lagerstätten möglichst vollständig hereingewinnen zu können, werden bisweilen sogar ganze Dörfer verlegt. Ein weiterer Aspekt ist die Absenkung des Grundwasserspiegels auf ein Niveau unterhalb der tiefsten Fördersohle im Braunkohlentagebau. Dies geschieht mit Tauchpumpen in extra dafür geschaffenen Brunnen. Eine Absenkung des Grundwasserspiegels kann negative Auswirkungen auf die Flora haben, da obere Bodenschichten trockenfallen können. Auch führt die Absenkung zu einem Trockenfallen nahegelegener Brunnen, die ihr Wasser aus dem betroffenen Grundwasserleiter beziehen.

Unterteilungen

Grundwasserleiter

Braunkohle

Braunkohle ist die minderwertige Kohle und wird fast ausschließlich als Brennstoff für die Stromerzeugung genutzt. Sie ist bräunlich-schwarz und hat einen hohen Feuchtigkeitsanteil, teilweise bis zu 50 Prozent. Ihr Kohlenstoffgehalt liegt bei 65-70 % in der wasserfreien Kohle. Der Schwefelgehalt beträgt bis zu 3%. Sie wird vor allem im Tagebau abgebaut.
- Abbaustätten In Deutschland gibt es drei große Braunkohle-Reviere, die Niederrheinische Bucht, das Mitteldeutsche (siehe auch: Mitteldeutsche Straße der Braunkohle) und das Lausitzer Revier Bitterfeld Revier/Mitteldeutscher Revier((Halle-Leipzig-Bitterfeld)) Entstehungszeit der Braunkohle ist das Tertiär. Wie bei der Steinkohle spielt auch hier das Holz abgestorbener Bäume eine Rolle, welches unter Druck und Luftabschluss den Prozess der Inkohlung durchlief. Jedoch ist Braunkohle in einem jüngeren Erdzeitalter entstanden, deswegen unterscheidet sie sich qualitativ von der Steinkohle zum Beispiel durch einen höheren Schwefelgehalt und einer groben, lockeren und porösen Grundmasse, in der auch große Einschlüsse (mitunter ganze Baumstämme) zu finden sind. Bei der Braunkohle unterscheidet man die Glanzbraunkohle, Mattbraunkohle und die Weichbraunkohle. Die Sorten mit einem hohen Anteil flüchtiger Bestandteile lassen sich in einer Kokerei zu Koks verarbeiten. Je nach Stärke des Verfahrens erhält man Schwel- oder Grudekoks Huflattich ist laut des Heilpflanzenbuches von Gerhard Madaus von 1938 die einzige Pflanze, die problemlos auf reiner Braunkohle gedeihen kann. Bei der Braunkohlenverfeuerung fällt als Nebenprodukt Braunkohlenflugasche an. Siehe auch: Liste deutscher Tagebaue für eine Auflistung der deutschen Gebiete, in denen Braunkohle gefördert wird.

Steinkohle

Steinkohle ist ein Sammelbegriff für höherwertige Kohlen. Entstehungszeit der Steinkohle ist das Karbon. Entstanden ist sie aus großen Urwaldbeständen, die im Prozess des Absterbens große Mengen Biomasse anhäuften, ähnlich wie in einem Torfmoor zur heutigen Zeit. Diese Ablagerungen wurden teilweise in regelmäßigen Abständen (deswegen gibt es im Steinkohlebergbau meist mehrere Flöze) durch andere Sedimente wie Tone und Sand/Sandsteine abgedeckt. Dadurch wurde das organische Ausgangsmaterial unter Luftabschluss und hohen Drücken und Temperaturen solange verdichtet und umgewandelt, bis ein fester Verbund aus Kohlenstoff, Wasser und unbrennbaren Einschlüssen in Form von Asche entstand. Diesen Prozess nennt man Inkohlung. Steinkohle zeichnet sich durch eine schwarze, feste Grundmasse aus, in welcher mitunter Einschlüsse und Abdrücke prähistorischer Pflanzen zu finden sind.
- Abbau- / Lagerstätten: Ruhrgebiet Aachener Steinkohlenrevier Saarland Ibbenbüren (Antrazitkohle) Der Abbau von Steinkohle erfolgt in Deutschland in Tiefen (Teufe) von ca. 800-1750m. In den USA z.B. kann Steinkohle im Tagebau in Tiefen von 0-70m gewonnen werden. Daher ist diese Kohle in der Produktion viel billiger und kommt auch in Deutschen Kraftwerken häufiger zum Einsatz als heimische Kohle. Damit in Deutschland nicht ausschließlich Kohle aus dem Ausland verstromt wird, existiert die Steinkohlesubvention. Ruhrkohlen werden nach dem Gehalt an Flüchtigen Bestandteilen (F.B.), bezogen auf die wasser- und aschefreie Kohle (abgekürzt: waf), in folgende Kohlenarten eingeteilt: Gasflammkohlen [> 35 % F.B. (waf)], Gaskohlen [35 - 30 % F.B. (waf)], Fettkohlen [30 - 20 % F.B. (waf)], Esskohlen [20 - 14 % F.B. (waf)], Magerkohlen [14 - 10 % F.B. (waf)], Anthrazit [< 10 % F.B. (waf)].

Fettkohle

Fettkohle ist eine dichte Kohle, für gewöhnlich schwarz, manchmal dunkelbraun, oft mit gut erkennbaren hellen und matten Streifen und wird überwiegend als Brennstoff in der Energieerzeugung genutzt. Ein großer Teil wird auch zur Erzeugung von Wärme in der Industrie oder zur Gewinnung von Koks eingesetzt. Fettkohle ist die häufigste Kohlenart im Ruhrgebiet. Ihr Feuchtigkeitsgehalt liegt für gewöhnlich unter 20 Prozent. Ihr Kohlenstoffgehalt liegt bei ~88 % in der wasserfreien Kohle. Der Schwefelgehalt beträgt bis zu 1%. Ein weiteres Kennzeichen der Fettkohle ist ihr hoher Anteil an flüchtigen Bestandteilen. Deshalb verbrennt Fettkohle mit einer langen, leuchtenden und stark rußenden Flamme.

Anthrazitkohle

Am anderen Spektrum der Kohlensorten hinsichtlich des Gehaltes an flüchtigen Bestandteilen befindet sich der Anthrazit als die höchstwertige Kohlesorte. Er wird überwiegend zur privaten und gewerblichen Raumheizung genutzt. Diese Kohlensorte besitzt eine ungewöhnlich große Härte. Der Feuchtigkeitsgehalt von frisch abgebautem Anthrazit ist gewöhnlich unter 15 Prozent. Ihr Kohlenstoffgehalt liegt über 91 % in der wasser- und aschefreien Kohle. Der Schwefelgehalt beträgt bis zu 1%. Im Anthrazit sind nur geringe flüchtige Bestandteile gebunden. Deshalb verbrennt diese Kohleart mit einer sehr kurzen und heißen Flamme von bläulicher Farbe. Ruß und sichtbare Rauchgase entstehen nur wenig bei diesem Brennstoff. Die Farbe von Anthrazit ist ein metallisch glänzendes dunkles Grau, woher dieser Brennstoff auch seinen Namen hat (Anthrazit griech. Glanzkohle).

Koks

Der Koks ist ein fester, kohlenstoffhaltiger Rückstand, der aus asch- und schwefelarmer Fettkohle gewonnen wird. Dabei werden in Kokereien ihre flüchtigen Bestandteile entfernt, indem sie in einem Ofen unter Luftausschluss bei mehr als 1400 °C erhitzt wird, so dass der feste Kohlenstoff und die verbleibende Asche verschmelzen. Dieser Prozess, die Verkokung, gehört zu den Verfahren der Kohleveredelung. Koks brennt mit einer nahezu unsichtbaren blauen Flamme. Es entstehen dabei keinerlei Ruß oder sichtbares Rauchgas. Koks wird als Brennstoff und als Reduktionsmittel bei der Eisenproduktion in Hochöfen eingesetzt. Er hat eine stumpf-graue Farbe und ist dabei hart und porös. Bei der Koks-Herstellung fällt als Nebenprodukt Steinkohlenteer an. Weitere Formen der Steinkohle sind in der Reihenfolge abnehmender flüchtiger Bestandteile Gaskohle, Gasflammkohle, Flammkohle, Esskohle, Magerkohle und als Sonderform Faulschlammkohle. Kohle wurde bis 1963 insbesondere in England in Chaldron gemessen.

Öl aus Kohle

Steinkohle ist auch zur Erzeugung von unkonventionellem Erdöl geeignet. Wenn die Erdölreserven knapp werden, kann auf dieses Verfahren zurückgegriffen werden.

Siehe auch

- Kohle/Tabellen und Grafiken

Weblinks

- http://www.gvst.de
- http://www.lausitzer-bergbau.de
- [http://www.bergschaeden.info Bergbaureviere in Deutschland]
- [http://www.steinkohle-portal.de Steinkohleportal]
- [http://www.deutsche-steinkohle.de Steinkohlen-Bergbau in Deutschland]
- [http://www.getec.info Braunkohle, Braunkohlenstaub]
- [http://www.energie-fakten.de/wirkungsgrade.html Wie haben sich die Wirkungsgrade der Kohlekraftwerke entwickelt und was ist künftig zu erwarten?]
- [http://www.wiener-gasometer.at/de/technik/gas/index.html Gewinnung von Stadtgas aus Kohle, Trockendestillation von Kohle]
- [http://www.wisoveg.de/rheinbraun/norsdsued.html Die rheinische Braunkohle] Kategorie:Gestein Kategorie:Brennstoff Kategorie:Stoffgemisch Kategorie:Bergbau ja:石炭

Speisesalz

Speisesalz oder Tafelsalz (umgangssprachlich einfach „Salz“) ist das in der Küche für die menschliche Ernährung verwendete Salz. Es besteht hauptsächlich aus Natriumchlorid mit bis zu 3 Prozent Verunreinigungen durch andere Salze wie unter anderem Magnesiumchlorid und Sulfate. Zur Verbesserung seiner Eigenschaften werden meist noch geringe Mengen anderer Stoffe zugesetzt.

Physiologische Bedeutung

Speisesalz ist als Quelle von positiv geladenen Natrium- und negativ geladenen Chloridionen der mengenmäßig wichtigste Mineralstoff in der menschlichen Ernährung. Sie spielen eine lebenswichtige Rolle für den Wasserhaushalt, das Nervensystem, die Verdauung und den Knochenaufbau. Der Körper eines Erwachsenen enthält etwa 150 bis 300 Gramm Salz und benötigt täglich 3 bis 5 Gramm zum Ausgleich des Verlusts durch Schwitzen und Ausscheidungen (bei starkem Schwitzen oder einigen Erkrankungen bis zu 20 Gramm). Überdurchschnittlicher Salzkonsum wurde seit den 1970er Jahren für Bluthochdruck mitverantwortlich gemacht und präventiv zu allgemein salzarmer Ernährung geraten. Ein wesentlicher Zusammenhang zwischen Salzkonsum und Bluthochdruck konnte aber bis heute nicht nachgewiesen werden.

Salz als Lebensmittel, Gewürz und Gift

Die wichtige Bedeutung der Salzaufnahme für den Organismus ist daran zu erkennen, dass es einen eigenen Geschmackssinn „salzig“ gibt und Salz schon immer zu den begehrtesten Gewürzen gehörte. Außer zur individuellen Würzung ist Speisesalz bei der Herstellung von Fleisch- und Wurstwaren, Brot und Käse unentbehrlich. Als Lebensmittel unterliegt Speisesalz lebensmittelrechtlichen Vorschriften. Ein spezielles Speisesalz zur Konservierung von Fleisch (Pökeln) ist das Nitritpökelsalz. Der weitaus größere Teil der Salzaufnahme erfolgt durch verarbeitete Lebensmittel, weniger durch direktes Nachwürzen, welches individuell sehr unterschiedlich ausfallen kann. Der Anteil der Speisesalzproduktion in Deutschland (440.000 t) beträgt etwa 3 Prozent an der Gesamtsalzproduktion. Im Durchschnitt verbraucht jeder Bundesbürger etwa 16 Gramm Speisesalz pro Tag, etwa die Hälfte davon nimmt er auf, die andere Hälfte geht zum Beispiel durch Kochwasser verloren. Für einen Erwachsenen wären über den Tag verteilt 100 bis 150 Gramm (bzw.10 EL) Salz tödlich, d. h., dass sich beim Salz die lebensnotwendige und die tödliche Dosis nur um den Faktor 10 unterscheiden. Nitritpökelsalz

Zusatzstoffe

Je nach Art des Speisesalzes werden verschiedene Zusatzstoffe verwendet:

Rieselfähigkeit

Zur Verbesserung der Rieselfähigkeit werden Kalziumkarbonat (Kalk), Magnesiumkarbonat, Silikate, oder Kaliumhexacyanoferrat zugesetzt. Der Grund dafür ist, dass normales Speisesalz hygroskopisch ist (an der Luft feucht wird) und verklumpt. Die Hygroskopie entsteht aber nicht durch das reine Natriumchlorid, sondern durch geringe Verunreinigungen, zum Beispiel durch Magnesiumchlorid. Das schwerlösliche Kalzium- und Magnesiumkarbonat verursacht die Trübung beim Auflösen des Salzes in Wasser. Das Kalziumkarbonat ist auch für die Entfärbung eines frischen Rotweinflecks mit Salz verantwortlich, genauer nachzulesen unter [http://dc2.uni-bielefeld.de/dc2/tip/11_03.htm]. Diese Zusatzstoffe sind gesundheitlich völlig unbedenklich: Kalium-, Calcium- und Magnesiumionen sind wichtige Bestandteile des Trinkwassers, in Mineralwässern finden sich auch gelöste Silikate. Das Hexacyanoferrat-Ion ist eine chemisch sehr stabile Komplexverbindung, die deshalb in der verwendeten niedrigen Konzentration keine nachweisbare biologische Wirkung hat. Die Rieselfähigkeit wurde 1911 vom amerikanischen Salzhersteller Morton Salt entwickelt.

Jodsalz

Zur Vorbeugung gegen Jodmangel wird Natriumiodat oder Kaliumiodat zugesetzt. Jodiertes Speisesalz enthält 15 bis 25 mg Jod pro Kilogramm. Iodat wird deswegen verwendet, weil Iodid im sauren Medium des Essenbreis im Magen nicht stabil ist.

Fluoridiertes Salz

Zur Karies- und Kropfprophylaxe werden geringe Mengen an Natriumfluorid oder Kaliumfluorid zugesetzt. Diese Gewohnheit kam erstmals in den 1950er Jahren in der Schweiz auf, wo bis dahin Zahnkaries und Kröpfe ein ernstes gesundheitspolitisches Problem gewesen waren. Da die kurz zuvor in den USA und eingeführte Fluoridierung von Trinkwasser auf Grund der stark dezentralisierten Wasserversorgung der Schweiz als zu kompliziert erschien, führte als erster 1955 der Kanton Zürich fluoridiertes Kochsalz ein; weitere Kantone folgten bald. Seit einigen Jahren hält fluoridiertes Kochsalz in der Schweiz stabil einen Marktanteil von ca. 80 %. Seit 1983 beträgt die Dosierung 250 Milligramm Fluorid pro Kilogramm Salz. Andere Länder folgten dem Schweizer Vorbild nur zögernd: Seit 1983 gibt es in Frankreich fluoridiertes Salz, es folgten Jamaika, Costa Rica und (1991) Deutschland, wo der Marktanteil dieses Salzes mittlerweile 60 % beträgt.

Kräutersalz

Ist eine Salzmischung bestehend aus ca. 40-85% Kochsalz und mindestens 15% Kräutern wie zum Beispiel Basilikum, Paprika, Knoblauch, Pfeffer, Chili, Kreuzkümmel, Ingwer, Koriander, Petersilie, Kurkuma, Lorbeer und Schnittlauch. Früher nahmen die Menschen diese Salzmischung zum Haltbarmachen von Kräutern für den Winter. Heute benutzt man Kräutersalz vor allem wegen des vielfältigen Geschmacks und um die konsumierte Kochsalzmenge zu reduzieren.

Nitritpökelsalz

Nitritpökelsalz besteht aus Speisesalz mit 0,4 - 0,5 % Natriumnitrit. Auf einer Packung Bad Ischler Speisesalz werden als Inhaltsstoffe „Vollsalz, Kaliumiodid, Trennmittel E 535“ angegeben. (E 535 = Natriumferrocyanid)

Gewinnung und Geschichte

Die Salzgewinnung ist von den meisten Zivilisationen des Altertums bezeugt. Es ist jedoch anzunehmen, dass das Salz auch schon früher einen Platz in der Kultur der Menschen hatte. Folgende Gewinnungsarten sind seit dem Altertum üblich:
- Ausfällung von Meersalz durch Verdunsten von Meerwasser in Salzgärten (Salinen). Von der Oberfläche der Verdunstungsbecken abgeschöpftes Salz ist das bekannte Fleur du sel, welches in der Küche verwendet wird. Als Salinität bezeichnet man die Salzhaltigkeit von Wasser.
- Gewinnung von Salz aus Salzseen, z.B. aus dem Großen Salzsee in den USA.
- Abbau von Steinsalz in Salzbergwerken (im Salzkammergut bereits zur Zeit der Kelten), anschließende chemische und physikalische Reinigung (feuergereinigtes Salz).
- Gewinnung von Salinen- bzw. Siedesalz durch Verdunsten oder Sieden von Solequellwasser bzw. einer durch Ausspülen gewonnenen Salzlösung ( bereits in der Jungsteinzeit z.B. in Westfrankreich, bei Halle a.d.Saale, in Polen und Rumänien, im Salzkammergut bisher nicht sicher nachgewiesen). Gradierwerk zur Steigerung des Salzgehaltes vor dem Sieden.
- Durch Auswaschen von Pflanzenasche gewinnen die Indianer Südamerikas ein salzhaltiges Produkt, welches viel Kaliumchlorid enthält. Dieselbe Methode wird bis heute in einigen Regionen West- und Zentralafrikas angewendet.
- Durch Auswaschen und Filtrieren salziger Erde und anschließendem Einkochen wurde in Südamerika ebenfalls Salz gewonnen. Bis heute wird in Westafrika in der Umgebung des Tschadsees, in Thailand und in Neuguinea auf diese Weise Salz hergestellt.
- Durch Auswaschen und Filtrieren von Torf wurde in Norddeutschland Salz gewonnen. Dies gab den Halligen ihren Namen, von althochdeutsch "Hall" = "Salz"

Salzhandel

Es war lange Zeit ein sehr wertvolles Handelsgut, das bereits in vorgeschichtlicher Zeit auf so genannten Salzstraßen von den Herstellungsorten in salzarme Regionen exportiert wurde. Aus Salzstraßen wurden später bedeutende Handelsstraßen. Der Salzhandel war in Deutschland bis 1993 mit der Salzsteuer belegt. Der Handel mit Salz war ein wichtiges Monopol. Städte, die das Salzregal besaßen, wachten sehr aufmerksam darüber, dass innerhalb dessen Geltungsbereiches kein anderer Salzhandel stattfand.
- Alte Salzstraße (127 km von Lüneburg nach Lübeck)
- Salzstraße von Hall in Tirol bis nach Matrei am Brenner

Salz in der Bibel

Besonders im übertragenen Sinn wird das Wort „Salz“ oftmals in der Bibel erwähnt. Bekannt ist der Ausspruch Jesu, seine Jünger seien das „Salz der Erde“. Damit wollte er ihre Bedeutung für die Missionierung hervorheben. So wie Menschen ohne Salz nicht leben können, spielen seine Jünger und Nachfolger eine essentielle Rolle bei der Vermittlung des Glaubens an das Opfer Jesu Christi für die Erlösung der Menschheit und der Aussicht auf Ewiges Leben. Außerdem erstarrt Lots Frau bei der Flucht aus Sodom und Gomorra zur Salzsäule, als sie zurückblickt.

Literatur

- Mark Kulansky: Salz. Der Stoff, der die Welt veränderte, Claasen Verlag : München 2002, 576 S.
- Bernhard Wörrle: Vom Kochen bis zum Schadenszauber. Das Salz bei Mestizen und Indianern Lateinamerikas., (Münchner Beiträge zur Amerikanistik), Akademischer Verlag München 1996, ISBN 3929115751
- J.-F. Bergier, Die Geschichte vom Salz (Frankfurt 1989).
- W. Botsch, Salz des Lebens: Kochsalz – NaCl. Kosmos-Bibliothek Band 270 (Stuttgart 1971).
- H.-H. Emons, H.-H. Walter, Mit dem Salz durch die Jahrtausende (Leipzig 1984).
- C. Lamschus, H. Lamschus, Meer Salz – Mehr Macht. Ausstellungskatalog Deutsches Salzmuseum Lüneburg (Lüneburg 1998).
- M. Treml, W. Jahn, E. Brockhoff (Hrsg.): Salz, Macht, Geschichte. (Katalog zur gleichnamigen Ausstellung) Veröff. Bayer. Gesch. u. Kultur 30 (Regensburg, Augsburg 1995).
- O. Weller (ed.), Archéologie du sel. Techniques et sociétés dans la Pré- et Protohistoire européenne. Actes du Colloque 12.2 du XIVe Congrès de UISPP, 4 septembre 2001, Liège et de la Table Ronde du Comité des Salines de France, 18 mai 1998, Paris. Internationale Archäologie-ASTK 3 (Rahden 2002)

Siehe auch

- Diätsalz
- Meersalz, für aus dem Meer gewonnenes Speisesalz
- Natriumchlorid, für chemische und physikalische Eigenschaften
- Nitritpökelsalz
- Steinsalz, für mineralogische Eigenschaften von Salzkristallen (Halit)
- Streusalz
- Salze (Stoffgruppe)
- Salzstreuer und Salzfass ferner
- cum grano salis

Weblinks

- [http://www.salzindustrie.de/ Verein Deutsche Salzindustrie e.V.]
- [http://www.verbena-plus.de/index/seiten/fundus/zutaten/salz.htm Informationen zu Speisesalz]
- [http://dc2.uni-bielefeld.de/dc2/tip/11_03.htm Iodsalz und Speisesalz]
- [http://web11.p15166456.pureserver.info/justorange_cms-125.html Ur- und frühgeschichtliche Salzgewinnung in Mitteldeutschland]
- [http://www.uibk.ac.at/c/c6/c614/Institut/Diplomarbeiten/GreinerDipl.html Die Salzstraße von Hall in Tirol über Ellbögen bis Matrei am Brenner ]
- [http://www.salzmuseum.de/ Deutsches Salzmuseum] Kategorie:Gewürz Kategorie:Salz

Silber

Silber ist ein chemisches Element. Es gehört zu den Münzmetallen. Silber ist ein Edelmetall und chemisches Element aus der ersten Nebengruppe (Kupfergruppe) des Periodensystems. Das Elementsymbol Ag leitet sich von dem lateinischen Wort Argentum = Silber ab. Es ist neben Kupfer eines von nur zwei Elementen , welche Namensgeber für ein Land sind (Silber für Argentinien und Kupfer für Zypern), während der umgekehrte Fall häufiger vorkommt. Es ist ein sehr weiches und gut verformbares Schwermetall und besitzt die größte elektrische Leitfähigkeit aller Elemente.

Silber als Mineral

Zypern Silber wird gediegen in der Natur gefunden. Das strahlendweiße Metall kristallisiert im kubischen Kristallsystem und hat einen metallischen Glanz. Frisch abgeschiedenes Silber reflektiert weit über 99,5 % des sichtbaren Lichtes und stellt somit das "weißeste" aller Gebrauchsmetalle dar. Die Oberfläche des Silbers ist meist durch Oxide und Sulfide braun bis violettschwarz gefärbt, Strichfarbe ist ein gräuliches Weiß. Mit abnehmender Korngröße wird die Farbe immer dunkler und ist bei photographisch fein verteilten Silberkristallen schwarz. Das Feinmetall ist ein hervorragender Leiter für Elektrizität und Wärme. Mit einer Härte von 2,5 bis 3 ist Silber zudem ein sehr weiches Metall, nur wenig härter als Feingold und etwas weicher als Kupfer: Ein Gramm lässt sich zu einem zwei Kilometer langen Faden ziehen. Poliertes Silber zeigt die höchsten Licht - Reflexionseigenschaften aller Metalle und wird daher auch zur Herstellung von Spiegeln benutzt.

Vorkommen

Die größten Silberproduzenten sind (Stand 2004) Mexiko, Peru, Australien und China. Die Geschichte der bolivianischen Stadt Potosi ist ganz besonders durch den Silberabbau und die Folgen für die dortigen Minenarbeiter geprägt. Etwa 6500 Kinder und Jugendliche arbeiten dort auch heute noch im Silberbergbau. Gediegenes Silber tritt meist in Form von Körnern oder als drahtig verästeltes Geflecht in Hydrothermaladern auf. Das meiste Silber wird aber aus Silbererzen, die oft zusammen mit Blei-, Kupfer- und Zinkerzen als Sulfide oder Oxide vorkommen, gewonnen. Silbererze:
- Silberglanz (Silber-Schwefel)
- Silberhornerz (Silber-Chlor)
- Silberantimonglanz (Silber-Antimon) Bei der Gewinnung von Silber wird Natriumcyanid eingesetzt, das zur Bildung von silberhaltigen Komplexen führt, die in einer nachfolgenden Elektrolyse (Möbiusverfahren) zum reinen Silber führen. Beträchtliche Silbermengen fallen auch bei der Raffination der Massenmetalle Kupfer, Blei und Zink an, deren Gewinnung so auch Einfluss auf das Silberangebot der Weltmärkte hat. Silber fällt auch als Beimetall bei der Edelmetallgewinnung an. Wie bei den anderen Edelmetallen spielt die Wiederaufarbeitung silberhaltiger Materialien im Rahmen des Recyclings von beispielsweise Fotopapieren, Röntgenfilmen, Entwickler- und Fixierbädern, Elektronikmaterialien und Batterien eine wichtige Rolle.

Verwendung

Silber wird seit Jahrhunderten für erlesenes und wertbeständiges Essbesteck, Tafelsilber und Kirchengerät verwendet. Vor der Erfindung des Porzellans war es geschätzter als das Zinn- und Holzgeschirr der einfachen Leute. Silber eignet sich besonders für Schmuck, wurde aber auch in Form von Silbermünzen immer schon als Zahlungsmittel eingesetzt. In Form von Silberbarren ergänzt es als Hortmetall Gold und Platin. Bei Schmuck und Barren kann der Silbergehalt an der Repunze abgelesen werden. Silber besitzt eine hohe elektrische Leitfähigkeit, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine ausgeprägte optische Reflexionsfähigkeit. Dadurch ist es für Anwendungen in Elektrik, Elektronik und Optik prädestiniert. Die Reflexionsfähigkeit von Glasspiegeln beruht auf der chemischen Versilberung von Glasscheiben, und dieses Prinzip wird etwa auch bei Christbaumschmuck, Optiken und Licht- bzw. Wärmereflektoren verwendet. Die Schwärzung der Silbersalze durch Licht wird beim Fotopapier genutzt und bildet seit etwa 1850 die Grundlage der klassischen Fotografie. Silberlegierungen (mit Kupfer, Zink, Zinn, Nickel, Indium, etc.) werden in der Technik als Lotlegierungen (sogenanntes Hartlöten, siehe Lot (Metall)), Kontaktmaterialien, Leitmaterial verwendet (siehe Elektrotechnik und Wärmetechnik). Silberlegierungen werden aber auch in der Dentaltechnik und im dekorativen Bereich verwendet. Silber wird als Lebensmittelfarbstoff E 174 auch im Speisenbereich verwendet, zum Beispiel für Überzüge von Süßwaren oder zur Verzierung von Pralinen und bei Getränken wie etwa Likören. Gold wird ebenfalls als Lebensmittelfarbstoff E 175 verwendet. Silbersalze färben Glas und Emaille gelb.

Silberlegierung

Die heute gebräuchlichsten Silberlegierungen haben einen Feingehalt von 800/1000, 835/1000 und 925/1000 Teilen Silber, legiert mit einem anderen Metall, meist Kupfer zur Festigkeitssteigerung. In Hinblick auf den Export werden heute Korpuswaren vorwiegend aus einer Silberlegierung mit einem Feingehalt von 935/1000 hergestellt, da die Waren mit Silberloten gelötet werden, deren Feingehalt niedriger ist, um letztendlich dem gesetzlich geforderten Gesamtfeingehalt von beispielsweise 925/1000 zu genügen. Auch bei stark beanspruchten Bestecken geht seit Jahren der Trend zum Sterlingsilber. Neusilber ist dagegen kein Silber, sondern eine silberähnliche, weiße Unedelmetalllegierung aus Kupfer-Nickel-Zink. Silberwaren werden in der Regel abschließend feinversilbert, Bestecke und Verschleißartikel hartversilbert. Durch die sehr reine Silberbeschichtung wird die verkaufsfördernde strahlendweiße Silberfarbe und ein stark vermindertes Anlaufen der Waren erreicht. Silber wird häufig auch vergoldet, man nennt es mit einem aus dem Französischen beziehungsweise Lateinischen stammenden Wort dann Vermeil.

Chemische Eigenschaften

Silber ist als Edelmetall relativ reaktionsträge. An normaler Luft läuft seine Oberfläche allerdings mit der Zeit schwarz an, insbesondere durch Reaktion mit Schwefelwasserstoff H₂S, der das elementare Silber zu Silbersulfid (Ag₂S) oxidiert: :4 Ag + 2 H₂S + O₂ → 2 Ag₂S + 2 H₂O Licht, höhere Temperaturen, Feuchtigkeit, Schwefelspuren und Sauerstoff beschleunigen diesen Prozess. Silber ist mit den meisten Metallen legierbar. Gut legieren lässt es sich mit Gold oder Palladium (ein Palladiumgehalt von 20 bis 30 Prozent macht das Silber anlaufbeständig). In begrenztem Umfang lässt sich das Silber mit Chrom, Mangan oder Nickel legieren. Es lässt sich gar nicht legieren mit Kobalt oder Eisen. Silber ist in feinstverteilter Form bakterizid, also schwach toxisch, was aufgrund der großen reaktiven Oberfläche auf die hinreichende Entstehung von löslichen Silberionen zurückzuführen ist. Im lebenden Organismus werden Silberionen jedoch in der Regel schnell an Schwefel gebunden und scheiden aus dem Stoffkreislauf als dunkles, sehr schwerlösliches Silbersulfid aus. Silbergeschirr und Gerät geben beim Gebrauch immer etwas Silber mit an die Speisen und Getränke ab, was sich in dem unangenehmen Metallgeschmack bemerkbar macht. Um dies zu unterbinden und wohl auch deren Reinigung zu vereinfachen, werden silberne Trinkgefäße schon von alters her innen vergoldet. In den meisten Verbindungen liegt Silber in der Oxidationsstufe +1 vor, es gibt aber auch die Oxidationsstufen +2, wie beispielsweise im Tetrapyridinosilber(II)-persulfat - [Ag(C₅H₅N)₄]S₂O₈ - oder im Silber(II)-fluorid, und +3, wie im Kaliumtetrafluoroargentat(III) - K[AgF₄]. Silbersalze sind in der Regel farblos. Typische Verbindungen sind die Salze Silberchlorid (AgCl), Silberbromid (AgBr) und Silbernitrat (AgNO₃). Von den Salzen des Silber(I) sind die Halogenide, mit Ausnahme des Silberfluorids (AgF), und das Sulfid (Ag₂S) in Wasser und Säuren schwer bis unlöslich. Gut löslich hingegen sind Nitrat (AgNO₃), Chlorat (AgClO₃), Perchlorat (AgClO₄) und Fluorid (AgF); mäßig löslich sind Sulfat (Ag₂SO₄), Acetat (CH₃COOAg) und Nitrit (AgNO₂). Als Edelmetall löst sich Silber nur in oxidierenden Säuren, wie beispielsweise konzentrierter Salpetersäure (HNO₃) oder heißer konzentrierter Schwefelsäure (H₂SO₄): :

\mathsf

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Die sehr giftigen Silbercyanide werden u. a. in galvanischen Bädern zur Versilberung und Farbvergoldung (hellgelb-grünlichgelb) eingesetzt. Sehr ausgeprägt bei Silber(I) ist die Neigung zur Bildung von Komplexionen, meist mit der Koordinationszahl 2. Diese Komplexionen sind mit Ausnahme des erst in starker salzsaurer Lösung entstehenden [AgCl₂]^- nur in alkalischer (basischer) oder neutraler Lösung beständig.

Physikalische Eigenschaften

Silber ist ein weiß glänzendes Edelmetall. Die Schmelztemperatur unter Normaldruck beträgt 961°C und die Siedetemperatur 2212 °C. Silber hat aber bereits oberhalb von 700°C, also noch im festen Zustand, einen beobachtbaren Dampfdruck. Es siedet unter Bildung von einatomigem, blauem Dampf. Das Edelmetall besitzt eine Dichte von 10,49 g/cm³ (bei 20 °C) und eine Härte nach Mohs von 2,5. Es leitet die Wärme und Elektrizität am besten von allen Metallen und lässt sich wegen seiner Dehnbarkeit und Weichheit zu feinsten, blaugrün durchschimmernden Folien von einer Dicke von nur 0,002 bis 0,003 Millimeter aushämmern oder zu sehr dünnen, bei 2 Kilometer Länge nur 0,1 bis 1 Gramm wiegenden Drähten (Filigrandraht) ausziehen.

Silber in der Medizin

Silberverbindungen finden als Desinfektionsmittel und als Therapeutikum in der Wundtherapie Verwendung. Silberionen können silberempfindliche Erreger nach relativ langer Einwirkzeit reversibel inhibieren, können darüberhinaus bakteriostatisch oder sogar bakterizid (also abtötend) wirken. Man spricht hier vom oligodynamischen Effekt (Oligodynamie). In manchen Fällen werden Chlorverbindungen zugesetzt um die zu geringe Wirksamkeit des Silbers alleine zu erhöhen. Dabei kommen verschiedene Wirkmechanismen zum Einsatz:
- Blockierung von Enzymen und Unterbindung deren lebensnotwendiger Transportfunktionen in der Zelle
- Beeinträchtigung der Zellstrukturfestigkeit
- Schädigung der Membranstruktur und Änderung des osmotischen Gleichgewichts in der Zelle durch Freisetzung von essentiellen Ionen wie Natrium und Kalium Die beschriebenen Effekte können zum Zelltod führen. Neben der Argyrie, einer irreversiblen schiefergrauen Verfärbung von Haut und Schleimhäuten, kann es bei erhöhter Silberakkumulation im Körper außerdem zu Geschmacksstörungen, Geruchsempflichkeit sowie zerebralen Krampfanfällen kommen. Stark umstritten ist die therapeutische Einnahme von kolloidalem Silber, das seit einigen Jahren wieder verstärkt ins Blickfeld der Öffentlichkeit rückt und im Internet von nicht seriösen Anbietern zum Teil hoch gelobt und als Allheilmittel und Universalantibiotikum bezeichnet wird. Leider sind neutrale und gesicherte Aussagen über eine Anwendung von kolloidalem Silber beim Menschen nicht vorhanden. Eine Indikation gibt es daher nicht.

Silber in antibakteriellen Anwendungen

In neuerer Zeit wurden Werkstoffe oder Beschichtungsverfahren entwickelt, die sich die antibakterielle Wirkung von Silber zunutze machen. Mit bestimmten Verfahren wird in der Regel nanoskaliges Silber in Werkstoffe eingebettet. Das eingebettete Silber gibt kontinuierlich Silberionen ab und wirkt dadurch Antibakteriell. Beispiele für solche Anwendungen sind:
- Silberfäden oder Silberionen hemmen in der antimikrobiellen Ausrüstung von Textilien das Wachstum von Bakterien auf der Haut und verhindern damit unangenehme Gerüche.
- zur Erzielung dermatologischer Effekte, z.B bei Neurodermitis
- Beschichtung von Oberflächen, z.B. in Kühlschränken, auf Küchenmöbeln und anderen Gegenständen
- Kunststoffe zur Anwendung in der Medizintechnik
- Antibakterielle Emaillierungen
- Antibakterielle Keramiken

Wirtschaft

Da nach 1870 vorwiegend Gold als Währungsmetall verwendet wurde, verlor das Silber seine wirtschaftliche Bedeutung immer mehr. Das Wertverhältnis sank von 1:14 einige Zeit lang auf 1:100, später stieg es wieder etwas an. Heute liegt es auf ungefähr 1:80 oder etwas mehr. Das Angebot an Silber ist sehr von der Verbrauchs- und Produktionsentwicklung anderer Metalle abhängig. Mitte des 19. Jahrhunderts hatte man endlich rostfreien Stahl entwickelt, der dann aufgrund seiner Gebrauchsfreundlichkeit und attraktiven Preises auch in Verband mit dem Wertewandel nach dem Ersten Weltkrieg die Einsatzbereiche des klassischen Silbers vordrang, man denke nur an Servierplatten, Bestecke, Leuchter, und Küchengerät. Gegenläufig dazu hat sich der Bereich Fotografie und Fotochemie unter Verwendung der Silbersalze während des ganzen 20. Jahrhunderts breit entwickelt und wird nun im Zuge der Umstellung auf die digitale Abbildungstechnik wieder an Bedeutung verlieren. Trotz dieser Entwicklung ist die weltweite Silbernachfrage steigend und wird aktuell noch dadurch gedeckt, dass Staaten wie die Volksrepublik China zurzeit ihre Silberreserven veräußern. Da der Bestand drastisch zur Neige geht, wird Silber zurzeit allgemein als stark unterbewertet angesehen, was Anleger wie Bill Gates und Warren Buffett bereits dazu bewegt hat, hohe Summen in Silber zu investieren.

Geschichte

Silber wird von Menschen etwa seit dem 5. Jahrtausend v. Chr. verarbeitet. Es wurde zum Beispiel von den Assyrern, den Goten, den Griechen, den Römern, den Ägyptern und den Germanen benutzt. Damals galt es als wertvoller als Gold. Das Silber stammte meistens aus den Minen in Lavrion, die etwa 50 Kilometer südlich von Athen lagen. Bei den alten Ägyptern war Silber als das Mondmetall bekannt. Im Mittelalter wurden Silbererzvorkommen im Harz (Goslar), in Sachsen (Freiberg und übriges Erzgebirge), Südschwarzwald (Schauinsland, Belchen, Feldberg), Böhmen (Kutna Hora) und der Slowakei entdeckt. Später brachten die Spanier große Mengen von Silber aus Amerika, unter anderem aus der sagenumwobenen Mine von Potosi, nach Europa. Durch diesen Import sank der Silberwert in der alten Welt. Der deutsche Name Silber stammt vom althochdeutschen Wort Silabar, das möglicherweise auf Homers Sagenland Salybe zurückgeht.

Weblinks

- [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Silber Mineralienatlas - Silber]
- [http://www.fraunhofer.de/fhg/archiv/presseinfos/pflege.zv.fhg.de/german/press/pi/pi2002/03/pi13_ifam.html Anwendung in der Medizintechnik]
- [http://www.silverinstitute.org/ Silver Institute - Verband von Silbeproduzenten]
- [http://www.taprofessional.de/charts/Silber-Unze-Line-Chart.htm Charts: Kurs-Entwicklung einer Unze Silber in Dollar] Kategorie:Chemisches Element Kategorie:Gruppe-11-Element Kategorie:Periode-5-Element Kategorie:Übergangsmetall Kategorie:Mineral Kategorie:Schwermetall ja:銀 simple:Silver th:เงิน

Fluorit

Fluorit oder Flussspat ist ein Mineral aus der Klasse der Halogenide, die chemische Formel lautet CaF₂, es handelt sich chemisch also um Kalziumfluorid. Fluorit kristallisiert im kubischen Kristallsystem; die Kristallstruktur kann als kubisch flächenzentrierte Anordnung von Kalziumionen beschrieben werden, in der alle Tetraederlücken mit Fluoridionen besetzt sind, jedes Kalzium ion ist also von acht Fluoridionen und jedes Fluoridion von vier Kalziumionen umgeben. Bezüglich der Radienverhältnisse entspricht die Fluoritstruktur der Cäsiumchloridstruktur. Fluorit hat eine Härte von 4 und eine sehr variable, oft violette oder grüne Farbe, ist manchmal aber auch farblos. Die dunkle Färbung vieler Fluorite entsteht durch eingelagerte seltene Erden oder eingewachsene Uranminerale (beispielsweise Stinkspat aus Wölsendorf in der Oberpfalz); die Strichfarbe ist weiß. Ein besonderes Merkmal ist die häufig anzutreffende Fluoreszenz unter UV-Licht. Kristalle mit würfeligem Habitus sind häufig, oft findet man Durchdringungszwillinge.

Vorkommen

Fluorit kommt meist massiv, gelegentlich auch in kristalliner Form vor und entsteht primär in pneumatolytischen Gängen, also Gängen, die durch ein Entweichen mobiler Phasen beim Abkühlen eines Magmas entstehen und sind oft mit Baryt, Quarz, Topas, Calcit, Bleiglanz und Zinkblende assoziiert. Er bildet gelegentlich auch Nebengemengteil in Graniten, Karbonatiten und anderen magmatischen Gesteinen wie Pegmatiten. Der weltweit größte Flussspat-Bergbau findet sich in Mexiko, in der Lagerstätte Las Cuevas, die vulkanischen Ursprungs ist. Weitere reichhaltige Flussspat-Lagerstätten liegen in China, im indischen Amba Dongar, in Südafrika (Zwartkloof, Buffalo sowie Witkop im Transvaal, im kenianischen Kario Valley und in den US-amerikanischen Bundessstaaten Illinois und Kentucky. Eine bekannte Fundstätte des Flussspats in Europa ist Castleton, im englischen Peak District, wo es unter dem Namen „Blue John“ bekannt ist und für die Schmuckherstellung abgebaut wird. Der Name ist eine Verballhornung des Französischen „bleu et jaune“, bedeutet also etwa „blau-gelb“. Deutsche Lagerstätten sind zum Beispiel die Grube Clara bei Wolfach oder die Käfersteige bei Pforzheim; daneben findet sich Fluorit auch im Oberpfälzer Wald.

Verwendung

Industriell wird Fluorit hauptsächlich als Flussmittel in der Metallindustrie und zur Herstellung von Fluor und Fluorwasserstoffsäure verwendet. Daneben ist Fluorit ein beliebter Schmuckstein und dient als Grundstoff für optische Linsen und opaleszierende Gläser.

Geschichte

Flussspat war schon im antiken Griechenland bekannt. Der deutsche Name geht auf die erwähnte Verwendung als Flussmittel in der Metallverarbeitung zurück. 1824 entdeckte der deutsche Mineraloge Friedrich Mohs die im ultravioletten Licht sichtbar werdende Fluoreszenz.

Literatur

- W. E. Tröger, U. Bambauer, F. Taborsky und H. D. Trochim (1981): Optische Bestimmung gesteinsbildender Minerale, Teil 1: Bestimmungstabellen. Stuttgart (Schweizerbarth). Siehe auch: Liste von Mineralen

Weblinks

- [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Fluorit Mineralienatlas - Fluorit]
- [http://www.berthold-weber.de/w_fluorit.htm Flussspat aus Wölsendorf] Kategorie:Mineral ja:蛍石

Radioaktivität

Unter Radioaktivität oder radioaktivem Zerfall versteht man die spontane Umwandlung instabiler Atomkerne unter Energieabgabe. Die freiwerdende Energie wird in Form energiereicher Teilchen und/oder ionisierender Strahlung abgegeben. Bei der Kernumwandlung kann sich die Kernladungszahl (Ordnungszahl) ändern (Umwandlung in ein anderes chemisches Element), oder nur die Massenzahl (Umwandlung in ein anderes Isotop desselben Elements). Daneben gibt es Übergänge, bei denen sich nur der Anregungszustand des Kerns ändert (Übergang zwischen verschiedenen Isomeren des selben Isotops). Die Stärke der Radioaktivität wird durch den physikalischen Begriff der „Aktivität” beschrieben und in der Einheit Becquerel angegeben. Radioaktiver Zerfall ist kein deterministischer Prozess. Der Zerfallszeitpunkt ist absolut zufällig. Allerdings ist für jedes Nuklid die Zerfallswahrscheinlichkeit ein fester Wert, der durch die Halbwertszeit angegeben wird. Die Halbwertszeit ist der Zeitraum, nach dem durchschnittlich die Hälfte der instabilen Atomkerne einer Menge zerfallen sind. Sie kann nur Sekundenbruchteile, aber auch einige Milliarden Jahre betragen. Derartige Nuklide sind beispielsweise Uran-238 und Uran-235, Thorium oder Kalium-40. Je kürzer die Halbwertszeit, desto größer die Radioaktivität. Mathematisch wird der Zerfall durch das Zerfallsgesetz beschrieben. Nicht nur der Zeitpunkt des Zerfalls ist zufällig, sondern unter Umständen auch die Art des Zerfalls. ²¹²Bismut kann beispielsweise mit jeweils unterschiedlicher Wahrscheinlichkeit auf drei verschiedene Arten zerfallen. Eine Liste aller Nuklide mit Art und Anteil der möglichen Zerfälle und Halbwertszeit jedes bekannten Nuklids findet sich in einer Nuklidkarte. Ein Atomkern ist dann stabil und kann nicht weiter von sich aus zerfallen, wenn es keinen radioaktiven Zerfall gibt, der zu einem energetisch niedrigeren Zustand führt. Beim Wasserstoff ist dieser Zustand das einzelne Proton als Atomkern, beim Helium enthält das stabile Isotop Helium-3 zwei Protonen und ein Neutron. Beim Lithium und allen schwereren Elementen müssen mindestens gleich viele Neutronen wie Protonen den Kern bilden, und bei schwereren Kernen überwiegen immer mehr die Neutronen. Ab einer gewissen Zahl von Nukleonen werden alle Atomkerne instabil. Unter Einwirkung von Korpuskularstrahlung (insbesondere Neutronen; Neutronenaktivierung) können stabile Atomkerne in andere Atomkerne umgewandelt werden, die instabil sind.

Zerfallsmodi

Nukleonen Im Atomkern wirken im Wesentlichen zwei Wechselwirkungen.
- Die starke Wechselwirkung, auch „Kernkraft” genannt, bewirkt die Bindung der Protonen und Neutronen aneinander.
- Die elektromagnetische Wechselwirkung, welche eine gegenseitige Abstoßung der Protonen bewirkt. Bei allen Zerfallsarten kann zusätzlich Gammastrahlung emittiert werden.

Alphazerfall

Ist der Atomkern sehr schwer, enthält also viele Protonen und Neutronen, kommt es zum Alphazerfall. Die starke Wechselwirkung kann den Mutterkern dann nicht mehr zusammen halten. Die freiwerdende Energie wird in Form von Heliumkernen mit einer Geschwindigkeit von unter 0,1 c emittiert. Dieses Verhalten ist trotz der hohen Potentialbarriere aufgrund des Tunneleffekts möglich. Der Restkern, auch Rückstoßkern oder Tochterkern genannt, verringert bei diesem Vorgang seine Nukleonenzahl um vier und die Kernladungszahl um zwei. Die Strahlung hat in Luft eine Reichweite von wenigen Zentimetern, besitzt aber eine extrem schädliche biologische Wirkung, wenn Sie innerhalb eines Organismus auftritt. Alphastrahlung kann durch ein einfaches Blatt Papier gestoppt werden. Beispiel:

^\mathrm U \to ^\mathrm + \alpha + \Delta E

Betazerfall

Wenn ein ungünstiges Verhältnis von Neutronen zu Protonen besteht, tritt normalerweise Betazerfall ein. Dabei wird beim

\beta^-

-Zerfall im Kern ein Neutron in ein Proton umgewandelt und ein hochenergetisches Elektron sowie ein Elektron-Antineutrino emittiert. Die Nukleonenzahl des Kerns ändert sich dabei nicht, seine Ordnungszahl erhöht sich um eins. Beispiel:

^_6 \mathrm C \to ^_7 \mathrm N + e^- + \overline

Beim

\beta^+

-Zerfall wird im Kern ein Proton in ein Neutron und ein hochenergetisches Positron umgewandelt und ein Elektron-Neutrino emittiert. Die Nukleonenzahl des Kerns ändert sich dabei nicht, seine Ordnungszahl verringert sich um eins. Beispiel:

^_7 \mathrm N \to ^_6 \mathrm C + e^+ + \nu_e

Durch einige Meter Luft oder eine dünne Metallschicht (z.B. Alu) lässt sich die Beta-Strahlung abschirmen. Die Neutrinostrahlung ist sehr schwer nachzuweisen, da Neutrinos nur der schwachen Wechselwirkung unterliegen.

Elektroneneinfang, ε-Zerfall

Eine andere Möglichkeit zur Umwandlung eines Protons in ein Neutron besteht darin, ein Elektron aus der Atomhülle in den Kern zu „ziehen”, dem so genannten Elektroneneinfang (englisch: electron capture, kurz EC). Nach der Bezeichnung der typisch betroffenen Elektronenschale, der K-Schale, wird der Elektroneneinfang auch als K-Einfang bezeichnet. Das Proton des Kerns wird in ein Neutron umgewandelt, und ein Elektronneutrino emittiert. Bei diesem Umwandlungsmechanismus ist der Kern denselben Änderungen unterworfen wie beim

\beta^

-Zerfall, die Nukleonenzahl bleibt unverändert, die Ordnungszahl verringert sich um eins. Der Elektroneneinfang konkurriert daher mit dem

\beta^

-Zerfall und wird auch als eine Variante des Betazerfalls angesehen. Da das eingefangene Elektron meist aus der innersten Elektronenschale stammt, wird in dieser ein Platz frei und Elektronen aus den äußeren Schalen rücken nach, wobei charakteristische Röntgenstrahlung emittiert wird. Beispiel:

^_ \mathrm  + e^-  \to ^_ \mathrm  + \nu_e

Doppelter Elektroneneinfang: Bei einigen Kernen ist ein einfacher Elektroneneinfang energetisch nicht möglich, sie können sich aber durch gleichzeitigem Einfang zweier Elektronen umwandeln. Die Halbwertszeiten derartiger Umwandlungen sind typischerweise sehr lange und konnten erst in jüngster Zeit nachgewiesen werden. Beispiel:

^_ \mathrm  + 2e^-  \to ^_ \mathrm  + 2\nu_e

Doppelter Betazerfall

Bei einigen Kernen ist ein einfacher Betazerfall energetisch nicht möglich, sie können aber unter Abstrahlung zweier Elektronen zerfallen. Derartige Zerfälle haben typischerweise sehr lange Halbwertszeiten und sind erst in jüngster Zeit nachgewiesen worden. Noch offen ist die Frage, ob beim doppelten Betazerfall stets zwei Neutrinos emittiert werden, oder ob auch ein neutrinoloser doppelter Betazerfall vorkommt. Beispiel:

^_ \mathrm  \to ^_ \mathrm  + 2 e^- + 2 \overline

Gammazerfall

Ein γ-Zerfall (

\gamma

ist der griechische Buchstabe gamma) ist möglich, wenn der Atomkern nach einem Zerfall in einem energetisch angeregten Zustand vorliegt. Beim Übergang in einen energetisch niedrigeren Zustand gibt der Atomkern durch Emission hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung, sogenannter γ-Strahlung Energie ab. Zur Abschirmung von γ-Strahlung sind meterdicke Stahlbeton- oder Bleiplatten nötig.

\gamma

-Strahlung ist wie Licht elektromagnetische Strahlung, sie ist aber sehr viel energiereicher und liegt damit weit außerhalb des für das menschliche Auge sichtbaren Spektrums. Die Bezeichnung "Zerfall" dient zwar der Nomenklatur, ist aber hier leicht irreführend, da es sich um keinen Zerfall handelt, sondern um eine Zustandsänderung im Atomkern. Beispiel:

^_ \mathrm  \to ^_ \mathrm  +

Innere Konversion

Die freiwerdende Energie beim Übergang eines Atomkerns in ein energetisch niedrigeres Isomer kann auch an ein Elektron der Atomhülle abgegeben werden. Diesen Vorgang nennt man Innere Konversion. Konversionselektronen sind im Gegensatz zu

\beta

-Teilchen monoenergetisch.

Spontane Spaltung

Die spontane Kernspaltung ist ein weiterer radioaktiver Umwandlungsprozess, der bei besonders schweren Kernen auftritt. Der Atomkern zerfällt in zwei oder mehrere Bruchstücke. Dabei entstehen in der Regel zwei etwa gleichgroße Tochterkerne und zwei oder drei Neutronen. Beispiele: Auch die natürlich vorkommenden Uranisotope zerfallen zu einem kleinen Teil durch spontane Spaltung.

Spontane Nukleonenemission

Bei Kernen mit besonders hoher oder besonders geringer Neutronenzahl kann es zu spontaner Nukleonenemission also Protonenemission oder Neutronenemission kommen. Atomkerne mit sehr hohem Protonenüberschuss können ein Proton abgeben, Atomkerne mit hohem Neutronenüberschuss können Neutronen abgeben. Isotope, die durch spontane Nukleonenemission zerfallen, haben sehr kurze Halbwertszeiten und müssen künstlich hergestellt werden. ⁵He → ⁴He + ¹n ⁹B → ⁸Be + ¹p

Weitere Zerfallsarten

Clusterzerfall: Statt einzelner Nukleonen oder Heliumkerne werden in sehr seltenen Fällen auch ganze Atomkerne anderer Nukleonenzahl emittiert. Beispiele: Zwei-Protonen-Zerfall: Bei extremem Protonenüberschuss (wie zum Beispiel bei ⁴⁵Eisen) kann der Zwei-Protonen-Zerfall auftreten, bei dem sogar zwei Protonen gleichzeitig abgestrahlt werden. ⁴⁵Fe → ⁴³Cr + 2 ¹p

Einheiten

;Becquerel Bq :Einheit radioaktiver Aktivität (Zerfallsereignisse je Sekunde). Das Becquerel löst die alte Einheit Curie ab; Umrechnung: 1 Ci = 3,7 · 10¹⁰ Zerfallsereignisse pro Sekunde = 37 Milliarden Bq; 1 Bq = 2,7 · 10^-11 Ci ;Curie Ci :Alte Einheit radioaktiver Aktivität, abgelöst durch Becquerel (s.d.). 1 Ci = 37 GBq = 3,7 · 10¹⁰ Bq ;Gray Gy :(SI-Einheit der Energiedosis). Das Gray löst die alte Bezeichnung "Rad" ("radiation-absorbed dose") ab. Es gibt an, wie viel Energie von einem Kilogramm Körpermasse aufgenommen wird. 1 Rad = 0,01 Gray; 1 Gray = 100 Rad ;Rad : radiation absorbed dose; alte Einheit der Energiedosis, abgelöst durch Gray (Gy) ;Rem :roentgen-equivalent men; alte Einheit der Personendosis, abgelöst durch Sievert (Sv) ;Röntgen : alte Einheit der Ionendosis ;Sievert Sv : Einheit der Äquivalentdosis; löst die alte Bezeichnung Rem (roentgen-equivalent-men) ab. Die Äquivalentdosis ergibt sich durch Multiplikation der Energiedosis (Gray) mit einem biologischen Qualitätsfaktor. Für $\beta$ - und $\gamma$ -Strahlung ist dieser Faktor 1, das heißt Sv = Gy. Für $\alpha$ -Strahlung ist er 20, was die erhöhte Wechselwirkung beim Durchdringen von Gewebe berücksichtigt.

Geschichte

1896 entdeckte Antoine Henri Becquerel, dass Uran enthaltende Stoffe eine Strahlung aussenden. Diese vermag es, undurchsichtige Stoffe zu durchdringen. Dies stellte er fest, als er in Papier gehüllte fotografische Platten geschwärzt vorfand. Er stellte zudem fest, dass diese Radioaktivität nicht einheitlich ist, sondern verschiedene Komponenten enthalten kann: # eine Komponente mit hohem Durchdringungsvermögen, die im elektrischen Feld nicht abgelenkt wird (Gammastrahlung) # eine Komponente, die im elektrischen Feld zum Pluspol abgelenkt wird und ein mittleres Durchdringungsvermögen hat (Betastrahlung) # eine Komponente, die im elektrischen Feld zum Minuspol abgelenkt wird und ein geringes Durchdringungsvermögen hat (Alphastrahlung). Die wesentlich beteiligten Personen, die auf dem Gebiet der weiteren Aufklärung der natürlichen Radioaktivität forschten, waren Marie Curie, Pierre Curie und Ernest Rutherford.

Anwendung

Technische Anwendung

Isotopenbatterien finden häufig in der Raumfahrt Anwendung. Früher benutzte man sie auch zum Betrieb von Herzschrittmachern. In Isotopenbatterien wird Wärme, die bei der Absorption der Strahlung eines Radionuklids entsteht, technisch genutzt. Der Temperaturunterschied zur Umgebung wird hier durch ein Thermoelement in elektrische Energie umgewandelt (Wirkungsgrad ≈5%). Hierbei werden am häufigsten

\alpha

-Strahler, besonders Plutonium-238, eingesetzt. Eine andere technische Anwendung ist die Dickenmessung und Materialprüfung mittels Durchstrahlung. Hierbei wird ein Stoff radioaktiv (mit Gamma-Strahlen) bestrahlt und ein Zähler ermittelt aufgrund der durchdringenden Strahlen und des Absorptionsgesetzes die Dichte. Diese Technik findet auch bei der Prüfung von Schweißnähten und Werkstoffen Anwendung (zum Beispiel zur qualitativen Überprüfung einer Schweißnaht). Bei Uhren und anderen radioaktiven Lichtquellen wird die leuchtende Eigenschaft „Lumineszenz“, die durch Beigabe von radioaktiven Substanzen (Tritium, früher Radium oder Promethium) zu Zinksulfidkristallen erreicht wird, genutzt. Es wurden auch Blitzableiter mit radioaktiven Material hergestellt, deren Wirksamkeit aber nie bewiesen werden konnte ( Radioaktiver Blitzableiter).

Biologische und Chemische Anwendungen

In der Biologie wird hauptsächlich die Mutationen fördernde und sterilisierende Wirkung genutzt. In der Pflanzenzüchtung werden zum Beispiel durch „strahlungsinduzierte Mutationen“ Mutanten erzeugt, durch die neue und verbesserte Arten hervorgebracht werden können. Ein sehr erfolgreiches Einsatzfeld ist die „Sterile-Insekten-Technik“, kurz SIT. Dabei werden männliche Schadinsekten sterilisiert und dann im Zielgebiet freigelassen. Das Ausbleiben von Nachkommen führt zur Verringerung der Population. Vorteil hierbei ist auch, dass keine schädlichen Chemikalien eingesetzt werden müssen und andere Insekten unbetroffen bleiben. Weiterhin eignet sich Radioaktivität auch zur Sterilisation von Geräten, Implantaten oder Lebensmitteln. Hierbei werden Mikroorganismen, ähnlich wie bei der Hitzesterilisation, neutralisiert. Hierfür gelten jedoch strenge Auflagen. Weiterhin kann das Wachstum eines Keimlings durch schwache Strahlung verbessert werden, wohingegen zu starke Strahlung wachstumshemmend wirkt. Die Vernetzung von Polymeren ohne Wärmeentwicklung ist ebenfalls möglich, wobei auch große Komponenten vernetzt werden können. Interessant ist auch die Farbänderung von Edelsteinen, Gläsern und pigmentierten Kunststoffen durch Radioaktivität.

Medizinische Anwendung

In der Nuklearmedizin findet man primär die Szintigraphie. Hierbei wird eine geringe Menge eines radioaktiven Stoffes in den Körper injiziert (meist

\gamma

-Strahler). Dieser strahlt dann aus dem Körper heraus, was eine Untersuchung ermöglicht. Die Strahlen werden von einem Detektor aufgefangen und mittels eines Computertomographen bildlich dargestellt. Dabei kann aus mehreren abgetasteten zweidimensionalen Bildern auch ein dreidimensionales Bild errechnet werden. Für jedes Organ gibt es spezielle radioaktive Verbindungen. So injiziert man zum Beispiel radioaktives Iod, das sich in der Schilddrüse anlagert, um sie untersuchen zu können. (Aufgrund der Strahlenbelastung wird diese Methode nur noch zur Tumorbekämpfung angewandt). Weitere bildgebende Verfahren, die Radioaktivität nutzten, sind die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und die Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT). Ein weiteres Einsatzfeld ist die Radionuklidbehandlung zur Schmerzlinderung bei Knochenmetastasen. Hier wird in krankhaften Knochenbereichen der Metastase ein Radionuklid angereichert, was eine schmerzlindernde Wirkung hat. Jedoch haben diese Methoden auch ein gewisses Risiko, da teilweise auch gesundes Gewebe zerstört wird, was zu einer Immunschwächung oder Funktionsstörung des Knochenmarkes führen kann.

Strahlenbelastung und biologische Wirkung

Die Strahlenbelastung für Lebewesen wird als effektive Dosis mit der Einheit Sievert gemessen. Dabei wird die unterschiedliche Schädlichkeit von

\alpha

\beta

- und

\gamma

-Strahlen sowie die unterschiedliche Empfindlichkeit einzelner Gewebe berücksichtigt. Radionuklide sind nicht die einzige Quelle ionisierender Strahlung. Röntgenstrahlung wird z. B. in Röntgenröhren oder Fernsehgeräten erzeugt, die Höhenstrahlung stammt aus dem All. In vielen Anlagen der Hochenergiephysik entstehen verschiedene Arten ionisierender Strahlung. Jeder Mensch ist natürlicher Strahlenbelastung ausgesetzt. Die natürliche Strahlenbelastung kann von Ort zu Ort sehr unterschiedlich se