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Glimmer

Glimmer

Glimmer bezeichnet eine Gruppe im monoklinen Kristallsystem kristallisierender Silikat-Minerale mit der komplexen chemischen Zusammensetzung (K,Na,Ca)(Al,Mg,Fe,Li)_2-3(OH)₂(Si,Al)_4-5O₁₀. Die in Klammern stehenden Atome können sich in beliebiger Mischung vertreten, stehen aber immer im selben Verhältnis zu den anderen Atomgruppen. Glimmer hat eine verhältnismäßig niedrige Härte von 2 (parallel zu den Schichtebenen) bis 4 (alle anderen Richtungen), eine sehr variable, häufig weiße, grüne, braunschwarze oder rosa Farbe und eine weiße Strichfarbe.

Struktur

Glimmer sind Schichtsilikate, bei denen Tetraeder aus Silizium und Sauerstoff in charakteristischen Schichten zusammenhängen, zwischen denen nur sehr schwache Bindungskräfte bestehen. An diesen Schichten lassen sich die tafeligen Kristalle des Minerals daher leicht spalten. Häufig findet man sechseckige elastisch verformbare Blättchen, die sich in schuppigen Aggregaten vereinigt haben. Glimmerkristalle können zu erheblicher Größe heranwachsen; aus dem Ural in Russland sind 5 Quadratmeter große und 50 Zentimeter dicke Exemplare bekannt geworden.

Varietäten

Bedeutende Glimmerminerale sind der kalium- und aluminiumreiche helle Muskovit oder Tonerdeglimmer, der lithiumreiche rosafarbene Lepidolith, der magnesium- und aluminiumreiche bernsteinfarbene Phlogopit oder Magnesiumglimmer und der dunkle Biotit oder Eisenglimmer, ein Phlogopit bei dem ein Teil des Magnesiums durch Ferroeisen ersetzt ist. Vom Muskovit makroskopisch und lichtoptisch kaum zu unterscheiden ist der Natrium-Glimmer Paragonit. Sein Vorkommen wird daher häufig unterschätzt. Lepidomelan ist ein dunkler, sehr eisenreicher, durch Chlorwasserstoffsäure ziemlich leicht zersetzbarer Glimmer, der sich in Harzer, schottischen und irischen Graniten oder schwarzwälder und erzgebirgischen Gneisen findet.

Vorkommen

Glimmer sind häufige Bestandteile von magmatischen, metamorphen und Sedimentgesteinen. Die Varietät Muskovit findet sich beispielsweise besonders oft in quarzreichen Graniten oder Pegmatiten, daneben auch in metamorphen Gesteinen wie z. B. Phyllit. Als sehr verwitterungsbeständige Varietät tritt sie auch in Sedimentgesteinen wie z. B. Sandstein auf. Biotit verwittert wesentlich leichter und findet sich daher eher in Granit oder Diorit.

Verwendung als Rohstoff

Aufgrund der leichten Spaltbarkeit entlang der Schichtebenen lassen sich Glimmer in dünne transparente Scheiben aufspalten, die aufgrund des hohen Schmelzpunktes des Minerals in industriellen Schmelzöfen als Glasersatz zum Einsatz kommen. Daneben werden die Minerale als elektrische und als Wärmeisolatoren genutzt. Hauptproduzenten sind die USA und die Volksrepublik China. Speziell beschichteter Glimmer wird seit Mitte der 80er Jahre in Automobillacken eingesetzt und erzeugt den sogenannten "Perleffekt".

Geschichte

Glimmer wurden bereits 1546 von dem Mineralogen Georgius Agricola erwähnt. Wo Glimmer leicht und zu günstigen Preisen erhältlich, Glas dagegen zu teuer war, wurde das Mineral insbesondere in ländlichen Gegenden für Fensterscheiben verwendet. Im 20. Jahrhundert wurden Glimmer erstmalig durch Charles-Victor Mauguin mit Röntgenstrahlen untersucht. Siehe auch: Liste von Mineralen

Weblinks

- [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Glimmer Glimmer im Mineralienatlas WiKi] Kategorie:Mineral ja:雲母

Kristallsystem

Kristallsysteme bieten ein symmetriebezogenes Klassifizierungsschema für kristalline Festkörper. In der Kristallographie werden die zu beschreibenden Kristalle mit Hilfe des Kristallsystems dreidimensional klassifiziert. Es gibt 7 verschiedene Kristallsysteme: triklin, monoklin, orthorhombisch, tetragonal, trigonal, hexagonal und kubisch. Kristallsysteme finden hauptsächlich Anwendung in der Mineralogie, Festkörperchemie und Festkörperphysik.

Definition

Die höchstsymmetrische Punktgruppe eines Kristallsystems ist die so genannte Holoedrie. Wenn die Punktgruppe eines Kristalls die gleichen Anforderungen an das Gitter stellt, wie eine Holoedrie, dann gehört die Kristallstruktur zum betreffenden Kristallsystem. In der Regel ist die Symmetrie der Kristallstruktur niedriger als die Symmetrie des Gitters, und es kann sogar vorkommen, dass der Kristall zu einem niedrigersymmetrischen Kristallsystem gehört, als sein Gitter. Zum Beispiel ein Kristall mit Punktgruppe

4\

hat gezwungenermaßen ein Gitter, das mindestens Punktgruppe

4/m\ m\ m

hat, und deshalb wird er dem tetragonalen Kristallsystem zugeordnet. Diese Zuordnung würde auch zutreffen, wenn der Kristall ein kubisches Gitter hätte.

Zuordnung der kristallographischen Punktgruppen zu den Kristallsystemen

Koordinatensysteme

Sinnvollerweise wird bei der Beschreibung von Kristallen und Kristallstrukturen meistens kein kartesisches Koordinatensystem, sondern ein an das Kristallsystem angepasstes Koordinatensystem verwendet. Dadurch werden zum Beispiel alle Rotationsmatrizen der Symmetrieoperationen integrale Matrizen. Diese Koordinatensysteme erfüllen gewisse Bedingungen:
- Triklines Kristallsystem: Es werden die drei kleinstmöglichen primitiven Basisvektoren verwendet. Es gibt keine Bedingungen bezüglich Winkel und Längen der Basisvektoren.
- Monoklines Kristallsystem: Ein Basisvektor (üblicherweise die y-Achse) wird in die zweizählige Drehachse gelegt. Daraus ergeben sich zwei 90°-Winkel aber keine Beschränkung bezüglich der Achsenlängen.
- Orthorhombisches Kristallsystem: Die Basisvektoren werden in die 2-zähligen Drehachsen gelegt. Daraus ergeben sich drei 90°-Winkel (daher ortho) aber keine Beschränkung bezüglich der Achsenlängen.
- Hexagonales Kristallsystem: Eine Basisvektor (üblicherweise die z-Achse) wird in die 6-zählige Drehachse gelegt, die zwei anderen in die dazu senkrechten 2-zähligen Drehachsen. Man erhält zwei gleichlange Achsen in einer Ebene mit 120°-Winkel, die dritte Achse senkrecht dazu.
- Tetragonales Kristallsystem: Ein Basisvektor (üblicherweise die z-Achse) wird in die 4-zählige Drehachse gelegt, die zwei anderen in die dazu senkrechten 2-zähligen Drehachsen. Man erhält zwei gleichlange Achsen und drei 90°-Winkel.
- Trigonales Kristallsystem: Für dieses Kristallsystem sind zwei Koordinatenaufstellungen gebräuchlich: entweder drei gleichlange Basisvektoren und drei gleiche Winkel (rhomboedrisches Koordinatensystem), oder Aufstellung wie im hexagonalen Kristallsystem, aber mit rhomboedrischer Zentrierung.
- Kubisches Kristallsystem: Die Basivektoren werden in die 4-zähligen Achsen gelegt. Man erhält drei gleichlange Achsen und drei 90°-Winkel Die gegebenen Bedingungen sind notwendig, aber nicht hinreichend: es ist durchaus möglich, dass die Achsen eines triklinen Kristalls gleichlang sind und jeweils 90° einschließen. Daraus folgt nicht, dass der Kristall kubisch ist! Zu beachten ist, dass man durch diese symmetriebezogene Koordinatenaufstellung unter Umständen keine primitive Basis mehr erhält. Es ist daher nötig zusätzlich zum Kristallsystem noch die Zentrierung anzugeben, wodurch die 14 Bravais-Gitter erhalten werden.

Andere Einteilungen

Die oben angegebene Einteilung entspricht derjenigen aus den International Tables for Crystallography. In der Literatur finden sich noch andere: In der amerikanischen und der russischen werden das trigonale und das hexagonale Kristallsystem zu einem zusammengefasst. Der Hintergedanke dabei ist, dass man ein trigonales Gitter als ein hexagonales Gitter mit rhomboedrischer Zentrierung ansehen kann. In der französischen Literatur, und teilweise auch in der deutschen, gibt es mit dem rhomboedrischen ein achtes Kristallsystem. Diesem werden die trigonalen Raumgruppen mit rhomboedrischer Zentrierung zugeordnet. Die Einteilung der International Tables for Crystallography ist aber am konsistentesten und setzt sich daher immer mehr durch.

Siehe auch

Kristallstruktur, Bravais-Gitter, Lauegruppe

Weblinks

- [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Kristallsystem Mineralienatlas - Kristallsystem]
- [http://gastein-im-bild.info/stein/s_krisys.html Kristallsysteme] Kategorie:Kristallographie Kategorie:Mineralogie ja:結晶構造

Silikat

#In der Chemie ist ein Silikat eine Verbindung von Silizium und Sauerstoff (Si_xO_y), einem oder mehreren Metallen und eventuell auch Hydroxid-Ionen. Mit Silikat bezeichnet man auch die Salze des Siliziums und der Kieselsäuren, siehe auch Quarz. #In der Mineralogie bilden die Silikate oder Silikatminerale eine große Mineralgruppe. Die Erdkruste besteht zu über 90 Prozent, der Erdmantel fast vollständig aus Silikaten. Die häufigsten Silikate in der Erdkruste sind mit 50-60 Volumenprozent die Feldspäte. Andere wichtige gesteinsbildende Minerale sind Glimmer, Tonminerale, Amphibole, Pyroxene, Granat und Olivin. Das häufige Mineral Quarz (SiO₂) wird in deutschsprachiger Literatur zu den Oxiden gezählt, im anglo-amerikanischen Schrifttum zu den Silikaten gerechnet.

Struktur

Allen Silikatmineralen ist ein gemeinsames Bauprinzip eigen, deshalb lassen sie sich relativ einfach in eine systematische Ordnung bringen. Die Grundbausteine aller Silikate sind SiO₄-Tetraeder. Ein Siliziumatom ist dabei von vier Sauerstoffatomen umgeben. Die Sauerstoffatome berühren sich wegen ihrer Größe, in der Mitte bleibt Platz für das relativ kleine Siliziumatom (der freie Raum heißt Tetraederlücke). Eine weitere Eigenschaft der Silikate besteht in der Fähigkeit der Sauerstoffatome gleichzeitig an verschiedenen SiO₄-Komplexen teilzuhaben. Daraus ergeben sich neben isolierten SiO₄-Tetraedern weitere, zusammengesetzte Bauelemente:
- isolierte Tetraeder
- Doppeltetraeder
- Ringstrukturen
- Einfach- und Doppelketten
- Schichtstrukturen
- Gerüststrukturen Aluminium kann das sich chemisch ähnlich verhaltende Silizium ersetzen (substituieren), Silikate in denen dies passiert nennt man Alumosilikate. Bei Einbau von Aluminium (Al³⁺ statt Si⁴⁺) in das Mineralgitter muss Ladungsausgleich durch Einbau weiterer positiv geladener Ionen (Kationen) erfolgen. Das Al:Si-Verhältnis kann den Wert 1 nicht überschreiten, reine Aluminate kommen in der Natur nicht vor.

Systematik der Silikatminerale

Die Silikate bilden wie bereits erwähnt eine äußerst ausgedehnte Mineralfamilie. Es treten große Unterschiede hinsichtlich chemischer Zusammensetzung, Kristallsymmetrie, Bindungsarten und Struktur der Grundbausteine auf. Es bestehen deshalb verschiedene Klassifikationsschemata für Silikatminerale. Die in Deutschland übliche Systematik teilt die Silikate nach dem Grad der Polymerisation der SiO₄-Tetraeder ein.

Bemerkungen zur Schreibweise der chemischen Summenformeln

Eine vereinfachte schematische Formel von Silikaten ist: :

\mathrm

. An die Stelle der Sauerstoff-Siliziumkomplexe können Hydroxid- oder Fluoridionen treten. Die Position von "M" wird von einem oder mehreren Metallionen bis zum Ladungsausgleich besetzt. In das Gitter von besonders weitmaschigen Silikaten kann auch Wasser eingelagert werden. Wenn in einem bestimmten Mineral tatsächlich einige der Si_xO_y-Komplexe durch Ionen wie Fluorid (F^-) oder Hydroxid (OH^-) ersetzt werden, so deutet man das durch senkrechte Trennstriche im letzten Term der Formel an, zum Beispiel :

\mathrm

, Kaolinit. Eingelagertes Wasser wird folgendermaßen notiert: :

\mathrm

, Analcim.

Klassifizierung nach dem Polymerisationsgrad der SiO₄-Tetraeder

Inselsilikate (Nesosilikate)

Bei den Inselsilikaten liegen isolierte SiO₄-Tetraeder vor. Vertreter:
- Olivin:

(Mg,Fe)_2[SiO_4]

- Zirkon:

Zr[SiO_4]

Gruppensilikate (Sorosilikate)

Je zwei SiO₄-Komplexe sind über ein Sauerstoffatom zu Doppeltetraedern verbunden, wobei dieser so genannte Brückensauerstoff jedem SiO₄-Tetraeder zur Hälfte angehört. Das Si:O Verhältnis in Gruppensilikaten ist damit 2:7. Diese Struktur kommt weniger häufig vor, ein Beispiel ist das Mineral Gehlenit (Ca₂Al[(Si,Al)₂O₇]).

Ringsilikate (Cyclosilikate)

In Ringsilikaten sind die SiO₄-Tetraeder zu isolierten Dreier-, Vierer- und Sechserringen gruppiert. Jedes Siliziumion teilt sich je zwei Sauerstoffionen mit zwei benachbarten Tetraedern. Daraus ergeben sich die folgenden Formeln für die Ringstrukturen :
- [Si₃O₉]^6-
- [Si₄O₁₂]^8-
- [Si₆O₁₈]^12-. Beryll (Al₂Be₃[Si₆O₁₈]) und Turmaline gehören zu den Ringsilikaten.

Einfach- und Doppelkettensilikate (Inosilikate)

Zu den Kettensilikaten gehören zwei wichtige Gruppen von gesteinsbildenden Mineralen: Pyroxene und Amphibole. Die Pyroxene bilden eindimensionale Einfachketten, dabei gehören je zwei der Sauerstoffionen gleichzeitig zwei Tetraederkomplexen an, woraus sich ein Si:O-Verhältnis von 1:3 ergibt (z.B. Diopsid (CaMg[Si₂O₆]). Amphibole bilden eindimensionale Doppelketten. Dabei sind zwei Einfachketten seitlich über Brückensauerstoffe verbunden. Gegenüber den Einfachketten hat zusätzlich jeder zweite Tetraeder jeder Einfachkette mit seinem jeweiligen Nachbarn ein Sauerstoffion gemeinsam. Das Si:O-Verhältnis bei Doppelkettensilikaten beträgt 4:11. In solchen silikatischen Doppelketten sind Hohlräume vorhanden, in die (OH)^-- und F^--Ionen eintreten können. In der chemischen Summenformel wird das durch einen vertikalen Strich zum Ausdruck gebracht. Ein Mineral aus der Gruppe der Amphibole ist Aktinolith (Ca₂(Mg,Fe)₅[(OH)₂|Si₈O₂₂]).

Schichtsilikate (Phyllosilikate)

Durch weitergehende Polymerisation bilden sich aus Kettenstrukturen zweidimensionale Schichtstrukturen von SiO₄-Tetraedern. Innerhalb einer Schicht teilt sich dabei jedes Siliziumion drei seiner Sauerstoffionen mit seinen Nachbarn. Das Si:O-Verhältnis der Schichtsilikate beträgt 2:5. Zwischen den SiO₄-Schichten befinden sich Hohlräume die mit (OH)^-- und F^--Ionen besetzt werden können. Die Schichtsilikate besitzen eine weitergehende Systematik und werden unterteilt in Zwei- und Dreischichtsilikate, eine weitere Unterteilung berücksichtigt die Strukturen und Ionen, die sich zwischen zwei Tetraederschichten befinden. Zu den Schichtsilikaten gehören Mineralgruppen wie Glimmer, Talk, Serpentin und Tonminerale wie Vermiculit, Beispiele sind Muskovit (ein Dreischichtsilikat) (KAl₂[(OH)₂|AlSi₃O₁₀]) und Kaolinit (ein Zweischichtsilikat) (Al₄[(OH)₈|Si₄O₁₀].

Gerüstsilikate (Tectosilikate)

Bei Gerüstsilikaten gehört jedes Sauerstoffion gleichzeitig zwei benachbarten Tetraedern an. Dadurch entstehen dreidimensionale Netzwerkstrukturen. Es ergibt sich die chemische Summenformel SiO₂; das ist Quarz. Für weitere Gerüstsilikate muss Silizium durch Aluminium ersetzt werden. Der Ladungsausgleich erfolgt durch Einlagerung von Kationen. Zu den Gerüstsilikaten gehören die Feldspäte und Feldspatvertreter, eine wegen ihrer Häufigkeit außerordentlich wichtige Gruppe von Mineralen. Beispiele sind Minerale aus der Mischreihe der Plagioklase (Albit - Anorthit): (NaAlSi₃O₈ - CaAl₂Si₂O₈). In das weitmaschige Gitternetz einiger Feldspatvertreter können sogar große Moleküle wie H₂O eingebaut werden. Bei hoher Temperatur entweicht das Wasser, wird jedoch bei niedriger Temperatur in mit Wasserdampf gesättigter Umgebung wieder ins Kristallgitter eingebaut. Diese wasserhaltigen Minerale gehören zur Gruppe der Zeolithe (z. B. Natrolith (Na₂[Al₂Si₃O₁₀]
- nH₂O).

Amorphe Silikate

Opal ist amorphes Siliziumdioxid mit eingelagertem Wasser (SiO₂
- nH₂O). Er wird wie Quarz von einigen Autoren zu den Oxidmineralen gestellt. Die hochstrukturierten Schalen von Kieselalgen (Diatomee) und von Strahlentierchen (Radiolaria) sind aus amorphem Siliziumdioxid (SiO₂) aufgebaut.

Klassifikation nach Kostov

Diese Einteilung beruht hauptsächlich auf der chemischen Zusammensetzung des Silikats und seiner Kristallmorphologie, siehe weiter unten den Punkt "Weitere Literatur".

Technische Silikate

Viele Silikate werden industriell gefertigt. Hier sind an prominentester Stelle die Gläser zu nennen. Diese werden in der Regel aus Quarzsand (SiO₂) und Metalloxiden in einem Glasschmelzofen hergestellt (z.B. Fa. Schott / Mainz [http://www.schott.com]). In Wasser lösliche Gläser, sogenannte Wassergläser, werden ebenso aus Quarzsand (SiO₂) und Metalloxiden (hier: Na₂O - z.B. als Soda Na₂CO₃ oder K₂O) in einem Glasschmelzofen hergestellt (z.B. Fa. Cognis / Düsseldorf [http://www.cognis.com]). Aus Wasserglas werden großtechnisch durch Reaktion mit Säuren u.a. Gele, Kieselsäure, Silikate und Zeolithe hergestellt. Gele (Silicagel) erhält man durch Reaktion von Wasserglas mit Schwefelsäure unter sauren Reaktionsbedingungen (z.B. Fa. Grace / Worms [http://www.grace.com]). Wird die Reaktion unter basischen Bedingungen durchgeführt erhält man sogenannte "gefällte" Kieselsäuren (Kieselsäure) (z.B. Fa. Degussa / Wesseling [http://www.degussa.com]). Silikate erhält man durch Reaktion von Wasserglas mit sauren Metallsalzen (z.B. Aluminiumsulfat).

Vorkommen

- Silikate kommen in allen Wässern in niedriger Konzentration gelöst vor.
- Manche Organismengruppen bilden kieselige Skelette, die Hauptproduktion erfolgt vermutlich durch planktonisch lebende Organismen wie Diatomeen /Kieselalgen und Strahlentierchen / Radiolaren. Manche Schwämme bauen ebenfalls kieselige Gerüststrukturen auf.
- Alle erdähnlichen Planeten bestehen zu einem großen Teil aus Silikaten.

Verwendung

Als Schmuck- und Edelsteine

- Die Inselsilikate Granat, Olivin, Topas und Zirkon werden in reiner Qualität als Schmucksteine verkauft.
- Die Quarzvarietäten Amethyst, Aventurin, Chalcedon, Citrin, Moosachat sind beliebte Schmucksteine.
- Die Feldspäte Amazonit, Labradorit und der Feldspatvertreter Sodalith werden als Schmucksteine verwendet.
- Smaragd, ein Edelstein, ist eine Varietät von Beryll.

Industriell

- Talk ist vielseitig verwendbar. Er wird in der Farben- und Glasindustrie und als Schmiermittel verwendet. Als gemahlener Grundstoff (dann Talcum genannt) ist er in vielen Kosmetika enthalten und bestimmte Sportler, Turner reiben ihre Hände damit ein, um nicht abzugleiten.
- Asbest (Chrysotil) wurde wegen seiner Isolier-, Dämm- und feuerfesten Eigenschaften beim Bauen verwendet ist aber wegen gesundheitsschädigenden Nebenwirkungen mittlerweile aus der Mode gekommen. Zur Herstellung feuerfester und korrosionsbeständiger Werkstoffe sind auch die Minerale Zirkon, Muscovit, Andalusit, Sillimanit und Disthen geeignet.
- Kaolinit ist ein wichtiger Rohstoff für die Keramikindustrie z. B. zur Herstellung feuerfester Tiegel und von Mauer- und Dachziegeln.
- Zeolithe finden Verwendung als Ionentauscher (so genannte Molekularsiebe) und als Phosphat-Ersatz zur Enthärtung von Wasser in Waschmitteln, in Zierteichen, um dem Wasser Nährstoffe zu entziehen, verhindert Eutrophierung, sogar als Nahrungsergänzung zur "Entschlackung".
- Wasserglas als Kleber, Füllstoff z.B. in der Papierindustrie, zum Abdichten von feuchtem Mauerwerk, Zusatz in diffusionsoffenen Putzmischungen.
- Nanosilikate eignen sich wegen ihrer großen Oberfläche und Adsorptionsfähigkeit als Träger für Katalysatormaterialien oder medizinische Wirkstoffe. Hier wird die Herstellung im großtechnischen Maßstab noch erforscht; erste Durchbrüche wurden mit den Stöbersilikaten erreicht, die im Labormaßstab hergestellt werden können.

Weitere Literatur

- W. L. Bragg (1930): The structure of silicates. Z. Kristallogr., 74: 237--305.
- W. A. Deer, W. A. Howie und J. Zussman (1982): Rock-Forming Minerals, Volume 1A: Orthosilicates. Longman, London, 2. Auflage.
- I. Kostov (1975): Crystal chemistry and classification of silikate minerals. Geokhimiya, Mineralogiya i Petrologiya. 1: 5--41.
- F. Liebau (1962): Die Systematik der Silikate. Naturwissenschaften. 49: 481--491.
- S. Matthes (1993): Mineralogie. Springer-Verlag, Berlin, 4. Auflage.("inzwischen gibt es eine neue Ausgabe, Datum unbekannt")
- S. Na'ray-Szabo (1930): Ein auf der Kristallstruktur basierendes Silicatsystem. Z. Physik. Chem. Abt.. B9: 356--377.
- H. Pichler und C. Schmitt-Riegraf (1987): Gesteinsbildende Minerale im Dünnschliff. Enke Verlag.
- P. H. Ribbe (1982): Reviews in mineralogy Volume 5: Orthosilicates. Mineralogical Society of America, Washington, 2. Auflage.
- J. V. Smith und W. L. Brown (1988): Feldspar Minerals, Volume 1. Springer-Verlag, Berlin, 2. Auflage.
- H. Strunz (1978): Mineralogische Tabellen, 3, 7. Auflage Akademische Verlagsgesellschaft Gees & Portig, Leipzig.
- W. E. Tröger (1952): Optische Bestimmung der gesteinsbildenden Minerale, Teil 1: Bestimmungstabellen. Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart, 4. Auflage.
- W. E. Tröger (1967): Optische Bestimmung der gesteinsbildenden Minerale, Teil 2: Textband. Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart, ?. Auflage.
- T. Zoltai (1960): Classifikation of silicates and other minerals with tetrahedral structures. American mineralogist. 45: 960--973

Weblinks

- [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Silikat Mineralienatlas - Silikat]
- [http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vorlesung/silicate_0.html Komplette Vorlesung über Silikate von ruby.chemie.uni-freiburg.de]
- [http://www.min-web.de/silikate.htm Mineralogie-web.de] Kategorie:Stoffgruppe Kategorie:Mineral

Härte

Härte ist der mechanische Widerstand, den ein Körper dem Eindringen eines anderen, härteren Körpers entgegensetzt. Die Härte eines Körpers lässt Rückschlüsse auf vielerlei Eigenschaften zu, wobei sich diese nach der Art des Körpers richten. Ein Beispiel ist das Verschleißverhalten. Harte Brillengläser verkratzen weniger, harte Zahnräder nutzen langsamer ab. Bei der Auswahl von Werkzeugschneiden wie Fräskopf oder Drehmeißel ist die Härte von besonderer Bedeutung, denn harte Schneiden bleiben länger scharf. Eine Anwendung und je nach fachlichem Schwerpunkt andere Akzentsetzung findet der Begriff der Härte in der Festkörperphysik, der Materialwissenschaft bei der Analyse von Werkstoffen und in den Geowissenschaften bei der Charakterisierung von Gesteinen und Mineralen. Beide überschneiden sich diesbezüglich jedoch auch mit den Ingenieurswissenschaften, wobei die Härte vor allem in der Ingenieurgeologie eine größere Rolle spielt.

Härte und Festigkeit

Die Härte eines Werkstoffs ist eine Oberflächeneigenschaft und hat daher nur bedingt etwas mit der Festigkeit des Werkstoffs zu tun, auch wenn diese die Prüfverfahren zur Härtemessung, die auf der Eindringtiefe verschiedener Prüfkörper beruhen, beeinflusst. Der Einfluss der Festigkeit kann durch die Messung auf dünnen Filmen zwar reduziert, aber nicht völlig vermieden werden. In bestimmten Fällen steht die Härte eines Werkstoffs allerdings in einem umwertbaren Zusammenhang zur Werkstoff-Festigkeit. Dann kann durch die verhältnismäßig preiswerte Härteprüfung eine meist viel aufwendigere Zugprüfung ersetzt werden. Von praktischer Bedeutung ist die Möglichkeit, eine Umwertung der Brinell- oder Vickershärte auf die Zugfestigkeit von Baustählen vorzunehmen. Bei Prüfungen an Stahlkonstruktionen ermöglicht es dies, eventuelle Materialverwechslungen nachzuweisen.

Härteprüfung und Härteskalen

Die Härte lässt sich nur durch den Vergleich von mehreren Werkstoffen oder Werkstoffzuständen ermitteln.

Härteprüfung nach Mohs

Harte Werkstoffe ritzen weiche. Diese Einsicht ist Grundlage der Härteprüfung nach Friedrich Mohs. Mohs, ein Geologe, ritzte verschiedene Minerale gegeneinander und ordnete sie so nach ihrer Härte an. Durch das exemplarische Zuordnen von Zahlenwerten für ausgewählte Minerale entstand eine relative Härteskala, die Mohs-Skala, die in der Mineralogie in weitem Gebrauch ist. Angaben zur Härte von Mineralen beziehen sich immer auf die Mohs-Skala, falls nichts anderes angegeben ist. Zum Vergleich aufgeführt ist die auch als absolute Härte bezeichnete Schleifhärte nach Rosiwal, die den Schleifaufwand des jeweiligen Stoffes charakterisiert und einen besseren Eindruck von den tatsächlichen Härteverhältnissen gibt. Beide Härteskalen sind einheitslos. Außerdem ist in der Tabelle die Härte nach dem Vickersverfahren angegeben. Sie gibt den besten Bezug auf die heute gängigen Härtemessverfahren wieder. In der Werkstoffkunde werden vor allem Prüfverfahren eingesetzt, welche die Eindringhärte messen. Dabei werden jeweils genormte Prüfkörper unter festgelegten Bedingungen in das Werkstück gedrückt. Im Anschluss wird die Oberfläche oder Tiefe des bleibenden Eindruckes gemessen.

Härteprüfung nach Brinell

Die vom schwedischen Ingenieur Johan August Brinell im Jahre 1900 entwickelte Härteprüfung kommt bei weichen bis mittelharten Metallen (DIN EN ISO 6506) wie zum Beispiel unlegiertem Baustahl oder Aluminiumlegierungen, bei Holz (ISO 3350) und bei Werkstoffen mit ungleichmäßigem Gefüge wie etwa Gusseisen zur Anwendung. Dabei wird eine Stahlkugel oder eine Hartmetallkugel mit einer festgelegten Prüfkraft in die Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes gedrückt. Nach dem letzten Stand der Normung ist eine Stahlkugel allerdings nicht mehr zulässig. Nach einer Belastungszeit von mindestens 10 Sekunden wird der Durchmesser des bleibenden Eindrucks im Werkstück gemessen und daraus die Oberfläche des Eindrucks bestimmt. Das Verhältnis von Prüfkraft zur Eindruckoberfläche multipliziert mit dem Zahlenwert 0,102 bezeichnet man als die Brinellhärte. Bei Einsatz einer Hartmetallkugel wird der Härtewert mit HBW, bei einer Stahlkugel wurde er mit HBS gekennzeichnet. Eine Abwandlung der klassischen Brinellprüfung ist die Prüfung mit dem Poldihammer. Hierbei wird der Eindruck der Kugel durch einen undefinierten Hammerschlag von Hand erzeugt, wobei die Kugel rückseitig auch in einen Metallstab mit definierter Härte eindringt. Aus dem Verhältnis der beiden Eindruckdurchmesser wird dann die Härte des Prüflings ausgerechnet. Diese Methode hat den Vorteil, dass mit ihr beliebig gelagerte Prüflinge und verbaute Bauteile vor Ort geprüft werden können. Die auf diese Weise ermittelten Härtewerte stimmen zwar nicht exakt mit den statisch ermittelten Härtewerten überein, für die in der Industrie gestellten Ansprüche sind sie jedoch in den meisten Fällen ausreichend. Die Bezeichnung „Poldi“ stammt vom gleichnamigen Stahlwerk im tschechischen Kladno, wo diese Prüfmethode entwickelt wurde. Bei un- und niedriglegierten Stählen kann aus der Brinellhärte mit gewisser Toleranz die Zugfestigkeit des Werkstoffes abgeleitet werden.

Härteprüfung nach Vickers

Der Brinellprüfung sehr ähnlich ist die im Jahr 1925 von Smith und Sandland entwickelte und nach der britischen Flugzeugbaufirma Vickers benannte Härteprüfung, die zur Prüfung harter und gleichmäßig aufgebauter Werkstoffe dient, aber auch zur Härteprüfung an dünnwandigen oder oberflächengehärteten Werkstücken und Randzonen eingesetzt wird. Sie ist in der Norm nach DIN EN ISO 6507 geregelt. Im Gegensatz zur Rockwellprüfung wird eine gleichseitige Diamantpyramide mit einem Öffnungswinkel von 136° unter einer festgelegten Prüfkraft in das Werkstück eingedrückt. Aus der mittels eines Messmikroskops festgestellten Länge der Diagonalen des bleibenden Eindrucks wird die Eindruckoberfläche errechnet. Das Verhältnis von Prüfkraft in der Einheit Newton zur Eindruckoberfläche ergibt mit dem Faktor 0,1891 multipliziert die Vickershärte (HV). Die Festigkeitsklassen 14H, 22H, 33H und 45H erhält man durch Division durch 10, sie entsprechen also Vickershärten HV (min.) von 140, 220, 330 und 450. Für Prüfungen vor Ort sind tragbare Geräte erhältlich, die magnetisch oder mechanisch auf dem Prüfstück befestigt werden. Anwendung findet die Vickershärte beispielsweise in der Angabe „45H“ bei Gewindestiften mit Innensechskant oder „14H“ und „22H“ bei Gewindestiften mit Schlitz.

Härteprüfung nach Knoop

Eine Sonderform der Vickers-Härteprüfung ist die nach dem amerikanischen Physiker und Ingenieur Frederick Knoop benannte Härteprüfung (DIN EN ISO 4545 - Metallische Werkstoffe - Härteprüfung nach Knoop). Die in der Vickers-Prüfung gleichseitige Diamantspitze hat in der Knoop-Prüfung eine rhombische Form. Die Spitzenwinkel betragen 172,5° für die lange und 130° für die kurze Seite. Es wird nur die lange Diagonale des Eindrucks ausgemessen. Die Knoop-Prüfung findet häufig Anwendung bei spröden Materialien wie zum Beispiel Keramik oder Sinterwerkstoffen, bei der Härtemessung an Schichtsystemen stellt sie die genaueste Messmethode dar.

Härteprüfung nach Rockwell

Es existieren mehrere von dem amerikanischen Ingenieur und Firmengründer Stanley Rockwell im Jahre 1920 entwickelte Härteprüfverfahren, die für bestimmte Einsatzbereiche spezialisiert sind. Die unterschiedlichen Verfahren werden mit HR und einer anschließenden Kennung gekennzeichnet; Beispiele für eine Rockwellbezeichnung sind HRA, HRB, HRC oder HR15N. Die Rockwellhärte HRC eines Werkstoffes ergibt sich etwa nach der Norm DIN EN ISO 6508 aus der Eindringtiefe eines kegelförmigen Prüfkörpers aus Diamant. Mit einer festgelegten Prüfkraft wird dieser Kegel mit 120° Spitzenwinkel in die Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes vorbelastet. Die eingedrungene Tiefe des Eindringkörpers dient als Bezugsebene. Danach wird der Eindringkörper mit der Hauptlast belastet und diese maximal sechs Sekunden gehalten. Anschließend wird die Hauptlast wieder entfernt, so dass nur noch die Vorlast wirksam ist. Die Differenz der Tiefen vor und nach Auflegen der Hauptlast ist das Maß für die Rockwellhärte des Werkstoffes. Die Eindringtiefe des Diamantkegels wird direkt mit einer Messuhr, die mit dem Prüfspitze verbunden ist, festgestellt. Auf der Skala der Uhr kann man die Härtewerte in Rockwelleinheiten (HRC) unmittelbar ablesen. Dieses Prüfverfahren kommt vor allem bei sehr harten Werkstoffen zum Einsatz. Als weitere Rockwelleindringköper werden Hartmetallkugeln mit einem Durchmesser von 1,5875 Millimetern (HRB, HRF, HRG) oder 3,175 Millimetern (HRE, HRH und HRK) verwendet. Die Rockwellprüfung ist sehr schnell, stellt aber hohe Ansprüche auf die Einspannung des Prüflings im Prüfgerät. Sie ist ungeeignet für Prüflinge, die im Prüfgerät elastisch nachgeben, zum Beispiel Rohre.

Härteprüfung nach Shore

Die Shore-Härte, benannt nach Albret Shore, ist ein Werkstoffkennwert für Elastomere und Kunststoffe und ist in den Normen DIN 53505 und DIN 7868 festgelegt. Der Shore-Härte-Prüfer für Gummi und ähnliche Werkstoffe besteht aus einem federbelasteten Stift, dessen Elastizität beim Eindringen in die Probe ein Maß für die entsprechende Shore-Härte des Materials ist, die auf einer Skala von 0 Shore (2,5 Millimeter Eindringtiefe) bis 100 Shore (0 Millimeter Eindringtiefe) gemessen wird. Eine hohe Zahl bedeutet eine große Härte. Bei einem Shore-Härteprüfgerät ist eine Zusatzeinrichtung notwendig, die die zu messende Probe mit einer Kraft von 12,5 Newton bei Shore-A bzw 50 Newton bei Shore-D auf den Messtisch andrückt. Bei der Bestimmung der Shore-Härte spielt die Temperatur eine höhere Rolle als bei der Härtebestimmung metallischer Werkstoffe. Deshalb wird hier die Solltemperatur von 23 °C auf das Temperaturintervall von ± 2 °C beschränkt. Die Materialdicke sollte im Bereich von 0 bis 50 Shore mindestens 9 Millimeter, bei härteren Substanzen mindestens 6 Millimeter betragen.
- Shore-A wird angegeben bei Weichelastomeren nach Messung mit einer Nadel mit abgestumpfter Spitze. Die Stirnfläche des Kegelstumpf hat einen Durchmesser von 0,79 Millimetern, der Öffnungswinkel beträgt 35°.
- Shore-D wird angegeben bei Zähelastomeren nach Messung mit einer Nadel, die mit einem 30° Winkel zuläuft und nicht abgestumpft ist. Siehe auch: Kohäsion

Die Martens-Härte

Das Martens-Härteverfahren ist nach dem deutschen Physiker Adolf Martens benannt worden und wird auch instrumentierter Eindringversuch genannt. Im Jahre 2003 wurde die Universalhärte in Martenshärte umbenannt. Das Verfahren ist in der DIN EN ISO 14577 (Metallische Werkstoffe - Instrumentierte Eindringprüfung zur Bestimmung der Härte und anderer Werkstoffparameter) genormt. Bei diesem Verfahren wird während der Belastung- und Entlastungsphase kontinuierlich die Kraft und die Eindringtiefe gemessen. Die Martenshärte (HM) wird definiert als das Verhältnis der Maximalkraft zu der dazugehörigen Kontaktfläche und wird in der Einheit Newton pro Quadratmillimeter angegeben. Anders als bei den Vickers- oder dem Brinellverfahren wird nicht nur das plastische Verhalten des Werkstoffes bestimmt, sondern es können aus der gewonnenen Messkurve auch weitere Werkstoffparameter wie zum Beispiel der Eindringmodul, das Eindringkriechen sowie plastische und elastische Verformungsarbeiten bestimmt werden. Als Eindringkörper sind folgende Formen am gebräuchlichsten: die Vickerspyramide (siehe Vickersverfahren), eine Hartmetallkugel, ein kugeliger Diamant-Eindringkörper und der Berkovich-Eindringkörper. Der Berkovich-Eindringkörper ist eine Diamantpyramide mit einer gleichseitigen dreieckigen Grundfläche. Der Öffnungswinkel der Pyramide beträgt 65°. Die Umrechnung der Eindringtiefe zur Kontaktoberfläche muss für jede Eindringkörperform bestimmt werden. Die Kontaktfläche wird für die Vickers- und Berkovich-Pyramide durch das Produkt aus dem Quadrat der Eindringtiefe und der Konstanten 26,43 errechnet.

Spezielle Härteprüfverfahren

Daneben sind einige spezielle Härteprüfverfahren üblich:
- die Universalhärteprüfung ist im Jahre 2003 in Martenshärte umbenannt worden und in der Norm DIN EN ISO 14577 (Metallische Werkstoffe - Instrumentierte Eindringprüfung zur Bestimmung der Härte und anderer Werkstoffparameter) genormt
- der Kugeleindruckversuch für Kunststoffe

Maßeinheiten

Die Mohssche Härte und die absolute Härte sind einheitenlose Größen. Die Härtewerte der Verfahren nach Vickers, Knoop und Brinell werden dagegen in Einheiten des Drucks angegeben; sie beziehen sich eigentlich auf die Einheit kp/mm². Mit Rücksicht auf Staaten, denen die Umstellung auf das Dezimalsystem und die Verwendung metrischer Einheiten wie N/mm² schwer fällt, behielt man nach der Streichung der Einheit Kilopond (kp) die Formeln für die Härtewerte in kp/mm², ließ jedoch fortan die Einheit weg, um weltweit vergleichbare Zahlenwerte zu erhalten.

Härten

Die Härte von Stählen kann während der Fertigung beeinflusst werden - siehe auch Härten. Oberhalb einer Härte von ungefähr 55 (Rockwellhärte HRC) entsprechend 600 (Vickershärte HV) enden in aller Regel die Möglichkeiten zur spanenden Bearbeitung mit geometrisch bestimmter Schneide von Oberflächen, also durch Drehen, Bohren oder Fräsen. Härtere Oberflächen müssen geschliffen werden, man spricht daher von Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide.

Weblinks

- [http://www.hegewald-peschke.de/06_info/leitfaden.htm Vollständiger Leitfaden zur Härteprüfung (Rockwell, Vickers, Brinell, Shore und Knoop)]
- [http://archiv.christoph-hoffmann.de/Uni/WK/Haertepruefung.pdf Zusammenfassung zu den wichtigsten Härteprüfverfahren]
- [http://www.rz.fh-ulm.de/labore/wplabor/Ausstattung/Poldihammer/poldihammer.htm Poldihammer] Kategorie:Werkstoffeigenschaft Kategorie:Mineralogie ja:硬さ

Strichfarbe

Die Strichfarbe (kurz Strich) bezeichnet in der Mineralogie die Farbe des Mineralpulvers. Diese Eigenschaft kann zur Unterscheidung von äußerlich ähnlich erscheinenden Mineralen verwendet werden. Das Mineral wird an eine rauhe weiße Porzellanfläche gedrückt und dann daran entlang gerieben. Der Abrieb erscheint dann in einer charakteristischen Farbe, die sehr verschieden von der Farbe des Minerals sein kann. So ist beispielsweise der Strich des metallisch golden glänzenden „Katzengoldes“ (Pyrit) schwarz, ebenso wie der der meisten Erze. Bei idiochromatischen Mineralien ist die Strichfarbe häufig ähnlich zur Mineralfarbe. Bei allochromatischen Mineralien dagegen ist die Strichfarbe meistens weiß. Kategorie:Mineralogie

Tetraeder

Ein Tetraeder (v. griech.: tetráedron = Vierflächner) ist ein Körper mit vier Seitenflächen. Das Wort wird jedoch nur selten in dieser allgemeinen Bedeutung gebraucht. Meist ist mit Tetraeder das regelmäßige (oder gleichseitige) Tetraeder gemeint, während das allgemeine Tetraeder als dreiseitige Pyramide oder dreidimensionaler Simplex bezeichnet wird.

Regelmäßiges Tetraeder

Das (oft auch: der) regelmäßige Tetraeder (reguläre Tetraeder) ist einer der fünf platonischen Körper, genauer: ein (dreidimensionales) Polyeder (ein Vielflächner) mit
- vier (kongruenten) gleichseitigen Dreiecken als Flächen
- sechs (gleichlangen) Kanten und
- vier Ecken, in denen jeweils drei Flächen zusammentreffen Das Tetraeder ist auch eine gleichseitige dreiseitige Pyramide (mit einem gleichseitigen Dreieck als Grundfläche).

Symmetrie

right Wegen seiner hohen Symmetrie – alle Ecken, Kanten und Flächen sind untereinander gleichartig – ist das Tetraeder ein reguläres Polytop. Es hat
- vier dreizählige Drehachsen (durch die Ecken und die Mitten der gegenüberliegenden Seitenflächen),
- drei zweizählige Drehachsen (durch die Mittelpunkte gegenüberliegender Kanten) sowie
- sechs Symmetrieebenen (jeweils durch eine Kante und senkrecht (normal) zur gegenüberliegenden Kante) und ist
- punktsymmetrisch (zentralsymmetrisch). Insgesamt hat die Symmetriegruppe des Tetraeders – die Tetraedergruppe – 24 Elemente. Sie ist die symmetrische Gruppe S₄ und bewirkt alle 4! = 24 Permutationen der Ecken bzw. der Seitenflächen. Sie ist Untergruppe der Oktaedergruppe (Würfelgruppe). Im Einzelnen gehören zur Tetraedergruppe
- 12 Drehungen (gerade Permutationen), nämlich
- die identische Abbildung,
- 8 Drehungen um 120° (4 mögliche Drehachsen durch jeweils eine Ecke und den Mittelpunkt der gegenüberliegenden Dreiecksfläche, 2 Möglichkeiten für den Drehsinn) und
- 3 Drehungen um 180° (Drehachsen jeweils durch die Mittelpunkte zweier gegenüberliegender Kanten) sowie
- 12 ungerade Permutationen, nämlich
- 6 Ebenenspiegelungen (an Ebenen, die jeweils zu einer Kante senkrecht sind und durch den Mittelpunkt dieser Kante gehen) und
- 6 Drehspiegelungen (Ebenenspiegelungen, jeweils kombiniert mit einer nachfolgenden 90°-Drehung). Die geraden Permutationen bilden eine Untergruppe der Tetraedergruppe, die so genannte alternierende Gruppe

A_4

. Manchmal wird der Begriff Tetraedergruppe auch nur für diese unter Ausschluss der Spiegelungen verwendet.

Weitere Eigenschaften

alternierende Gruppe Durch Verbinden der Flächenmittelpunkte erhält man wieder ein Tetraeder. Man sagt deshalb: Das Tetraeder ist zu sich selbst dual. Die Seitenlänge des neuen Tetraeders beträgt ein Drittel der ursprünglichen Seitenlänge. Mit Hilfe dieser beiden Tetraeder können Körper konstruiert werden, die ebenfalls die Tetraedergruppe als Symmetriegruppe haben. So erhält man zum Beispiel
- das abgestumpfte Tetraeder mit 4 Sechsecken und 4 Dreiecken (siehe archimedische Körper),
- das Oktaeder mit 4+4 = 8 Dreiecken und 6 Ecken (mit höherer Symmetrie) als Durchschnitt zweier Tetraeder, und
- einen Sternkörper (ein Oktaeder mit 8 aufgesetzten Tetraedern) mit höherer Symmetrie als Vereinigung zweier Tetraeder sowie
- den Würfel mit 4+4 = 8 Ecken (und mit höherer Symmetrie) als konvexe Hülle dieses Sternkörpers. (Siehe dazu auch das Beispiel weiter unten.) ---- Würfel Das Tetraeder kann in einen Würfel so einbeschrieben werden, dass seine Ecken zugleich Würfelecken und seine sechs Kanten Diagonalen der Würfelflächen sind. (Die acht Ecken des Würfels bilden zwei disjunkte Mengen von je vier Ecken, die den beiden möglichen Lagen des Tetraeders entsprechen.) Das Volumen dieses Würfels ist das Dreifache des Tetraedervolumens.
Dual dazu kann das Tetraeder einem Oktaeder so umbeschrieben werden, dass vier der Oktaederflächen in den Begrenzungsflächen des Tetraeders liegen und die sechs Ecken des Oktaeders die Mittelpunkte der sechs Tetraederkanten sind. (Die acht Flächen des Oktaeders bilden zwei disjunkte Mengen, die den beiden Lagen für das dem Oktaeder umbeschriebene Tetraeder entsprechen.) Das regelmäßige Tetraeder kann so in zwei Teile geschnitten werden, dass die Schnittfläche ein Quadrat ist. Die Teile sind kongruent. ---- right Der Winkel zwischen zwei Begrenzungsflächen des regelmäßigen Tetraeders (in der Zeichnung mit

\alpha

bezeichnet) beträgt etwa 70,53°. Eine Kante bildet mit einer Fläche, welche diese Kante nicht enthält, einen Winkel (

\beta

) von ungefähr 54,74°. Die Verbindungsstrecken zwischen dem Tetraedermittelpunkt und zwei Ecken schließen jeweils einen Winkel von rund 109,47° ein. Der zuletzt genannte Winkel (

\tau

) wird als Tetraederwinkel bezeichnet und spielt eine wichtige Rolle in der Chemie, beispielsweise bei der Geometrie des Methan-Moleküls. Die Größen der angegebenen Winkel lassen sich durch Anwendung trigonometrischer Funktionen ermitteln. Man betrachtet dazu die Schnittfigur des Tetraeders mit einer seiner sechs Symmetrieebenen. Daraus ergibt sich exakt:

\cos\alpha \, = \, \frac; \quad \tan\beta\, = \, \sqrt; \quad \cos\tau \, = \, -\frac.

---- Beispiel Die Einbettung des Tetraeders in einen Würfel bietet eine einfache Möglichkeit, ein regelmäßiges Tetraeder zu konstruieren. Bezeichnen wir die Eckpunkte des Würfels an der Basis mit A,B,C, und D, sowie die darüberliegenden Eckpunkte mit E,F,G und H, so bilden A,C,F und H, sowie B,D,E und G jeweils die Ecken eines Tetraeders. Betrachtet man z.B. in einem räumlichen kartesischen Koordinatensystem den Würfel dessen Ecken die Koordinaten +1 und -1 haben, so erhält man für den ersten Tetraeder die Ecken
- A(1,1,-1), C(-1,-1,-1), F(-1,1,1) und H(1,-1,1). Die Kanten sind: AC, AF, AH, CF, CH und FH. Die Seitenflächen sind die Dreiecke ACF, ACH, AFH und CFH. Der zweite Tetraeder hat die Ecken
- B(-1,1,-1), D(1,-1,-1), E(1,1,1) und G(-1,-1,1). Der Durchschnitt dieser beiden Tetraeder ist das von den Punkten (1,0,0), (-1,0,0), (0,1,0) (0,-1,0), (0,0,1) und (0,0,-1) bestimmte Oktaeder. Ihre Vereinigung ist ein Sternkörper mit 8 Spitzen (in jeder Ecke des Würfels eine). Seine konvexe Hülle ist daher der Würfel.

Formeln

Anwendungen

Obwohl das Tetraeder nicht Stein einer Parkettierung des Raumes ist, tritt es (siehe oben) im kubischen Kristallsystem auf. In der Chemie spielt das Tetraeder bei der räumlichen Anordnung von Atomen in Verbindungen eine große Rolle. So sind beispielsweise die Kohlenstoffatome im Diamantgitter tetraedisch angeordnet, jedes Atom ist von vier weiteren Atomen umgeben. Auch das Methan bildet, aufgrund der sp³-Hybridisierung des Kohlenstoff-Atoms, ein Tetraeder. Auch die Form der Tetrapoden, die an Küsten als Wellenbrecher eingesetzt werden, leitet sich vom Tetraeder ab.

Allgemeines Tetraeder (dreidimensionaler Simplex)

Ein Tetraeder im allgemeinen Sinn, also ein Körper mit vier Seitenflächen, ist immer eine dreiseitige Pyramide, also mit einem Dreieck als Grundfläche und drei Dreiecken als Seitenflächen, und hat daher auch vier Ecken sowie sechs Kanten. Da er die für einen Körper im Raum kleinste mögliche Zahl von Ecken und Seiten hat, wird er in der Fachsprache (dreidimensionaler) Simplex genannt. (Die zweidimensionalen Simplizes sind die Dreiecke.)
- Jeder Simplex besitzt eine Umkugel und eine Inkugel.
- Der Schwerpunkt ist der Schnittpunkt der Verbindungsstrecken zwischen den Ecken und den Schwerpunkten der gegenüberliegenden Dreiecke und teilt diese im Verhältnis 3:1.
- Jeder Simplex ist die konvexe Hülle seiner vier Ecken.

Analogien in höheren Dimensionen

Die Analoga des Tetraeders in beliebiger Dimension n werden als (n-dimensionale) gleichseitige Simplizes bezeichnet und sind ebenfalls reguläre Polytope. Der n-dimensionale Simplex hat

n+1

Ecken und wird von

n+1

(n-1)-dimensionalen Simplizes (als Facetten) begrenzt. Der vierdimensionale Simplex hat 5 Ecken, 10 gleichlange Kanten, 10 gleichseitige Dreiecke als Seitenflächen und 5 dreidimensionale Tetraeder als Facetten. (Der eindimensionale Simplex ist eine Strecke, der zweidimensionale Simplex ist das gleichseitige Dreieck.) In Koordinaten kann man ein reguläres n-Simplex beispielsweise durch :

\

beschreiben. Beispielsweise ergibt sich für

n=2

das gleichseitige Dreieck, das von den Punkten

(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1)

im dreidimensionalen Raum aufgespannt wird.

Weblinks

- [http://www.mathe-formeln.de/index.php?site=teraeder Online-Berechnungen am Tetraeder] Kategorie:Raumgeometrie ja:三角錐 ko:정사면체

Silizium

Silizium (fachsprachlich: Silicium; engl.: silicon) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Si und der Ordnungszahl 14.

Allgemeines

Silizium steht in der 4. Hauptgruppe (Tetrele) des Periodensystems der Elemente und zählt zu den Halbmetallen. Reines, elementares Silizium besitzt eine grau-schwarze Farbe und weist einen typischen metallischen Glanz auf. Halbmetall Es ist im Handel sowohl als feinkörniges Pulver als auch in größeren Stücken erhältlich. Hochreines Silizium für Solarpanels oder Halbleiter weist einen typischen metallischen, bronzenen bis bläulichen Glanz auf. Solarpanel Elementares Silizium ist für den menschlichen Körper ungiftig, in gebundener silikatischer Form ist Silizium für den Menschen essentiell. Siliziummangel führt unter anderem zu Wachstumsstörungen des Knochengerüstes. Der menschliche Körper enthält etwa 20 mg/kg Körpergewicht Silizium, der Wert nimmt im Alter jedoch ab. Silizium weist wie nur wenige andere Stoffe eine sog. Dichteanomalie auf, seine Dichte ist in flüssiger Form höher als in fester.

Geschichte

Entdeckung des Elements

Im Jahr 1811 stellten der Chemiker Joseph Louis Gay-Lussac und der französische Adlige Baron Louis Jacques Thénard (vgl. Thénards Blau) vermutlich erstmals unreines und amorphes Silizium durch Umsetzung von Siliziumtetrafluorid mit elementarem Kalium her. Ein ähnliches Vorgehen wurde 1824 von Jöns Jakob Berzelius in Schweden durch Umsetzung eines Hexafluorosilikates mit elementarem Kalium beschritten. Berzelius reinigte das so erhaltene amorphe Silizium durch Waschen auf, erkannte als erster die elementare Natur des Siliziums und gab ihm auch seinen Namen. Der Begriff Silizium leitet sich vom lateinischen Wort silex (Kieselstein, Feuerstein) ab. Er bringt zum Ausdruck, dass Silizium häufiger Bestandteil vieler Minerale ist. In der Tat ist Silizium mit einem Anteil von etwa 26 Gewichtsprozent nach Sauerstoff und noch vor Aluminium das zweithäufigste Element der Erdkruste. Der englische Begriff silicon wurde 1831 von dem Engländer Thomas Thompson vorgeschlagen. Die Endung -on soll dabei auf die chemische Verwandtschaft zum Kohlenstoff (carbon) hinweisen. Die erstmalige Herstellung reinen, kristallinen Siliziums gelang im Jahre 1854 dem französischem Chemiker Henri Etienne Sainte-Claire Deville mittels Elektrolyse.

Silizium in der Menschheitsgeschichte

Siliziumhaltige Verbindungen spielten in der Menschheitsgeschichte eine wichtige Rolle. Bereits in vorgeschichtlicher Zeit ist zum Beispiel Obsidian als besonders geeignetes Werkzeugmaterial abgebaut und durch Handel weithin verbreitet worden. Auch Flintstein wurde in Kreidegebieten in Belgien und Dänemark bergmännisch gewonnen. In gewaltigen Steinsetzungen wie Stonehenge wird religiöse und astronomische Bedeutung vermutet. Astgeflecht-Lehmbau für Herde, Öfen, Gebäude, luftgetrocknete, später gebrannte Kacheln und Ziegel und Tongefäße werden die folgende Verwendung des Siliciums darstellen. Mit den Städtegründungen aus Ziegelbauwerken wird dann auch die Unterjochung der Bauern eingesetzt haben, die wohl die am längsten ununterbrochen andauernde Bearbeitung des Siliciums zu fruchtbarem Boden bis heute fortgeführt haben. Sichere Bearbeitung und Handhabung gewaltigster Gesteinmassen wird in ägyptischer Zeit vollendet. Bei der Metallgewinnung, insbesondere bei der Stahlherstellung werden der Herde und Öfen, wird Silicat-Schlacke als Schutz vor Sauerstoffzutritt und als Form aus Ton oder Sand eingesetzt und dabei womöglich die Glasherstellung entdeckt. Gewölbebauten im Orient aus gebrannten Ziegeln werden von den Römern zu hohen Aquädukten und Innenräumen von bis zu 40 Meter Spannweite weiter entwickelt. Ein unter Wasser härtender Zement aus gebrannten Silicaten wird von ihnen entdeckt. Straßenbau für hohe Belastung und Dauerhaftigkeit auf Schotterunterbau wird in römischer Zeit entwickelt. Glasfenster machen Gebäude für die Römer auch in den nördlichen Besatzungsgebieten bewohnbar und werden von den Einheimischen übernommen. In Sandstein und Mauerstein wird der Gewölbebau in der Gotik zu höchster Vollendung gebracht. Mit Beginn der Neuzeit erweitern Fernrohr und Mikroskop den Sehsinn für Makro- und Mikrokosmos, Brillen gestatten Sehfehler zu korrigieren. Entdeckung der Porzellanherstellung im 18, Jh. Im 19 Jh. werden Stahl-(Silicium als Legierung, Flussmittel, Formsand, Sauerstoffschutz), Zement-, Glas-Herstellung als Großindustrien entwickelt, ebenfalls die Kunstdüngerherstellung. Säure-, basen-, feuerfeste Glasbehälter gestatten, die Forschung in der Chemie zu erweitern. Wie für die Glühlampe werden evakuierte Glaskolben in Röntgen-, Kino-, Radio-, Fernsehgeräten verwendet. 1947 entdecken John Bardeen, Walter Brattain und William Shockley den regelbaren elektrischen Widerstand, den Transistor, zunächst an einem Germaniumkristall. und es dauert einige Zeit, bis das verbindungsfreudige Silicium in die für Halbleitereigenschaften notwendige Reinheit isoliert werden kann. 1956 entwickeln unabhängig von einander Robert Noyce bei Fairschild und Jack S. Kilby bei Texas Instruments die Integrierte Schaltung. 1970 wird bei Intel die pogrammierbare Integrierte Schaltung, die Vorstufe zum Mikroprozessor entwickelt. November 2005 werden erste erfolgversprechende Versuchsergebnisse mit Siliciumlasern berichtet.

Vorkommen

Etwa 26 Gewichtsprozent der Erdrinde bestehen aus Silizium, es tritt in der Natur ausschließlich als Oxid auf, und zwar entweder in Form von Siliziumdioxid oder in Form silikatischer Mineralien. Intel Wesentliches Bauelement aller Silizium-Sauerstoff-Verbindungen sind dabei immer SiO₄-Tetraeder. Durch Polykondensation solcher SiO₄-Tetraeder, die über gemeinsame Ecken, Kanten oder Flächen verknüpft werden, können komplexe Ketten, Ringe, Schichten und andere Vernetzungsmuster ausgebildet werden. So bestehen Sand und Quarz vorwiegend aus Siliziumdioxid. Viele Halbedelsteine bestehen im wesentlichen aus Siliziumdioxid, etwa der Bergkristall, Amethyst, Rosen-und Rauchquarz, Achat, Jaspis und Opal. Mit vielen Metalloxiden bildet Silizium Silikate aus. Beispiele für silikathaltige Gesteine sind Glimmer, Asbest, Ton, Schiefer, Feldspat und Sandstein. Neben der bereits erwähnten essentiellen Natur des Siliziums, gibt es eine Reihe von Lebewesen, die siliziumdioxidhaltige Strukturen erzeugen. Am bekanntesten sind dabei die Kieselalgen (Diatomeen), welche sich durch enzymkatalysierte Kondensation von Monokieselsäure Si(OH)₄ ein Exoskelett aus Siliziumdioxid aufbauen. Auch die Blätter des Schachtelhalms erhalten durch ein Siliziumdioxidgerüst zusätzliche Stabilität. In der Fauna bilden auch viele Schwämme und Radiolarien Exoskelette aus Siliziumdioxid. Siehe auch Kieselsäure.

Gewinnung und Verwendung

Elementares Silizium findet in unterschiedlichen Reinheitsgraden Verwendung in der Metallurgie (Ferrosilizium), der Photovoltaik (Solarzellen) und in der Mikroelektronik (Halbleiter, Computerchips). Demgemäß ist es in der Wirtschaft gebräuchlich, elementares Silizium anhand unterschiedlicher Reinheitsgrade zu klassifizieren. Man unterscheidet Si_mg (metallurgical grade, Rohsilizium, 98-99 % Reinheit), Si_sg (solar grade, Solarsilizium, 99.99 % Reinheit) und Si_eg (electronic grade, Halbleitersilizium, Verunreinigungen < 1 ppb).

Rohsilizium

Im industriellen Maßstab ist elementares Silizium durch Reduktion von Siliziumdioxid mit Kohlenstoff im Lichtbogenofen bei Temperaturen von etwa 2000 °C erhältlich.

SiO_2 + 2 C \rightarrow Si + 2 CO

Von diesem industriellen Rohsilizium (Si_mg) wurden im Jahr 2002 etwa 4,1 Millionen Tonnen hergestellt. Es ist für metallurgische Zwecke ausreichend sauber und findet Verwendung als Legierungsbestandteil für Weißblech und Stähle (Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit) sowie als Ausgangsstoff für die Silanherstellung über das Rochow-Verfahren, welche schließlich im Wesentlichen zur Herstellung von Silikonen dienen. Zur Herstellung von Ferrosilizium für die Stahlindustrie (Desoxidationsmittel im Hochofenprozess) wird zweckmäßigerweise obige Reaktion unter Anwesenheit von elementarem Eisen durchgeführt.

SiO_2 + 2 C + Fe \rightarrow FeSi + 2 CO

Weltweit stellen aufgrund der hohen Anfangsinvestitionen und langen Bauzeiten für die notwendigen Öfen nur wenige Firmen Rohsilizium her. Die Hauptproduzenten sind Hemlock aus den USA, Wacker-Chemie aus Deutschland, Tokuyama aus Japan, die REC Gruppe aus Norwegen und ASiMI aus Japan (Stand 2004/2005).

Solarsilizium

Für photovoltaische Anwendungen muss das Rohsilizium jedoch weiter zum Solarsilizium (Si_sg) gereinigt werden. Dazu wird es im Siemens-Verfahren zunächst mit gasförmigen Chlorwasserstoff bei 1100 °C in einem Wirbelschichtreaktor zu Trichlorsilan (Silicochloroform) umgesetzt.

Si + 3 HCl \rightarrow H_2 + HSiCl_3

Nach aufwändigen Destillationsschritten wird das Silicochloroform in Anwesenheit von Wasserstoff in einer Umkehrung der obigen Reaktion an beheizten Reinstsiliziumstäben wieder thermisch zersetzt. Das elementare Silizium wächst dabei auf die Stäbe auf. Der dabei freiwerdende Chlorwasserstoff wird in den Kreislauf zurückgeführt. Als Nebenprodukte fällt Siliciumtetrachlorid an, welches entweder zu Trichlorsilan umgesetzt und in den Prozess zurückgeführt, oder in der Sauerstoffflamme zu pyrogener Kieselsäure verbrannt wird. Eine chlorfreie Alternative zu obigem Verfahren stellt die Zersetzung von Monosilan dar, welches ebenfalls aus den Elementen gewonnen werden kann und nach einem Reinigungsschritt an beheizten Oberflächen oder beim Durchleiten durch Wirbelschichtreaktoren wieder zerfällt.

SiH_4 \rightarrow 2 H_2 + Si

Das auf diesen Wegen erhaltene polykristalline Solarsilizium ist für die Herstellung von Solarpanels geeignet und besitzt eine Reinheit von > 99.99 %. Hier werden genau wie beim Einsatz in der Mikroelektronik die halbleitenden Eigenschaften des Siliziums ausgenutzt.

Halbleitersilizium

Wirbelschichtreaktor Für Anwendungen in der Mikroelektronik wird hochreines, monokristallines Halbleitersilizium (Si_eg) benötigt. Insbesondere müssen Verunreinigung mit Elementen, welche auch als Dotierelemente geeignet sind, mithilfe des Tiegelziehens oder Zonenschmelzens unterhalb kritischer Werte gebracht werden. Beim Tiegelziehen (Czochralski-Verfahren) wird das im Siemensverfahren erhaltene Solarsilizium in Quarztiegeln geschmolzen. Ein Impfkristall aus hochreinem, monokristallinen Silizium wird in diese Schmelze gebracht und langsam unter Drehen aus der Schmelze herausgezogen, wobei hochreines Silizium in monokristalliner Form auf dem Kristall wächst und nochmals Verunreinigungen in der Schmelze zurückbleiben. Physikalischer Hintergrund dieses Reinigungsverfahrens ist die Schmelzpunkterniedrigung. Alternativ wird beim Zonenschmelzen mit Hilfe einer (ringförmigen) elektrischen Induktionsheizung eine Schmelzzone durch einen Siliziumstab gefahren, wobei sich ein Großteil der Verunreinigungen in der Schmelze lösen und mitwandern. Hochreines, kristallines Silizium ist das Grundmaterial schlechthin für die Mikroelektronik. Alle gängigen Computer-Chips, Speicher, Transistoren etc. verwenden hochreines Silizium als Ausgangsmaterial. Diese Anwendungen beruhen auf der Tatsache, dass Silizium ein Halbleiter ist. Durch die gezielte Einlagerung von Fremdatomen (Dotierung), wie beispielsweise Arsen, Antimon, Bor oder Phosphor, können die elektrischen Eigenschaften von Silizium in einem weiten Bereich verändert werden. Dadurch lassen sich verschiedenste elektronische Schaltungen realisieren. Wegen der zunehmenden Bedeutung der elektronischen Schaltungen spricht man auch vom Silizium-Zeitalter. Auch die Bezeichnung Silicon Valley ("Silizium-Tal") für die Hightech-Region in Kalifornien weist auf die enorme Wichtigkeit des Siliziums in der Halbleiter- und Computerindustrie hin.

Reaktivität und Verbindungen

In allen in der Natur auftretenden und der überwiegenden Zahl der synthetisch hergestellten Verbindungen bildet Silizium ausschließlich Einfachbindungen aus. Die lange Jahre als gültig angesehene Doppelbindungsregel, wonach Silizium als Element der 3. Periode keine Mehrfachbindungen ausbildet, muss mittlerweile jedoch als überholt angesehen werden, da inzwischen eine Vielzahl synthetisch hergestellter Verbindungen mit Si-Si-Doppelbindungen bekannt sind. Im Jahr 2004 wurde die erste Verbindungen mit einer formalen Si-Si-Dreifachbindungen strukturell charakterisiert. Silizium tritt in chemischen Verbindungen in der Regel vierwertig auf, es sind allerdings auch synthetisch hergestellte Verbindungen des zweiwertigen Siliziums (Silylene) bekannt. Demgemäß ist das Siliziumatom in Verbindungen in der Regel vierfach koordiniert. Daneben existieren aber mittlerweile eine Reihe von Verbindungen in denen Silizium eine fünf- oder sechsfache Koordination aufweist. Silizium stellt in aller Regel den elektropositiven Partner einer chemischen Verbindung dar, obwohl auch Verbindungen mit formal negativiertem Silizium existieren. Besonders erwähnenswert ist die Inversion der Bindungspolarität von Element-Wasserstoff-Bindungen beim Übergang von Kohlenstoff (Elektronegativität (EN=2,55)) zum Silizium (EN=1,9, (Wasserstoff, (EN=2,1)), weshalb Siliziumwasserstoffverbindungen eine gänzlich andere Reaktivität als Kohlenwasserstoffe aufweisen. Kohlenwasserstoffe Daneben bildet Silizium in den Siliciden auch echte Anionen aus. Die gesamte Chemie des Siliziums ist im Wesentlichen durch die hohe Affinität des Siliziums zum Sauerstoff geprägt. binäre Verbindungen
- Siliziumcarbid
- Siliziumdioxid
- Siliziumnitrid
- Silicide Silikate
- Zirkon und alle anderen Silikate Siliziumhalogenide
- Siliziumtetrafluorid
- Siliziumtetrachlorid
- Trichlorsilan (Silicochloroform) Siliziumwasserstoffe
- Monosilan
- Silane Organische Siliziumverbindungen
- Tetramethylsilan (TMS, NMR-Standard)
- Methylchlorsilane (Bausteine für Silikone)
- Phenylchlorsilan Polymere Siliziumverbindungen
- Silikone (Silicone, Polyorganosiloxane)
- Polysilane

Sonstiges

Werden SiO₄-Tetraeder durch organische Reste modifiziert und polymerisiert, erhält man die Silikone (Silicone), die zu den wichtigsten industriellen Kunststoffen gehören. Silikone und Silizium selbst werden von Nichtfachleuten öfters verwechselt, da die englischen Namen (silicone und silicon) sehr ähnlich sind. Poröses Silizium kann unter Lasereinstrahlung und Zunahme von Sauerstoff hochexplosiv sein, wie Forscher der Technischen Universität München zufällig entdeckt haben. Sprengungen im Mikrometerbereich sind möglich. Die Detonationsgeschwindigkeit und Detonationsenergie sind höher als bei TNT und Dynamit. Allerdings waren dazu Temperaturen um den absoluten Nullpunkt notwendig. Ob diese Eigenschaft in Zukunft technisch genutzt werden oder sogar das Dynamit ersetzen kann, ist allerdings noch fraglich. Denn um poröses Silizium reaktionsfähig zu machen sind Temperaturen von unter -180 °C erforderlich. Die Verwendung von flüssigem Sauerstoff steigert den Effekt noch, denn durch bessere Versorgung der Siliziumoberfläche mit Sauerstoff erreicht man einen möglichst vollständige Verbrennung des Materials. Mögliche Einsatzgebiete wären im Weltraum zu suchen, wo solche Temperaturen vorherrschen. Durch die hohe Präzision ließen sich z. B. Satelliten vom Mutterschiff abtrennen. Denkbar wäre ein Einsatz auch in der Automobilindustrie zur schnelleren Zündung für Airbags.

Siehe auch

Glas, Sand, Gestrecktes Silizium

Literatur

- Silicon and siliceous structures in biological systems, Tracy L. Simpson, Benjamin E. Volcani (Engl.), New York : Springer-Verlag, 1981. ISBN 0387905928 ISBN 3540905928

Weblinks

- http://www.3sat.de/nano/cstuecke/12119/ Silizium als Energiequelle
- [http://www.weltderwunder.de/wdw/Technik/Hightech/Sprengstoff/2_SupersprengstoffausSilizium/ Silizium als Sprengstoff (Welt der Wunder)] Kategorie:Chemisches Element Kategorie:Gruppe-14-Element Kategorie:Periode-3-Element Kategorie:Halbmetall Kategorie:Halbleiter Kategorie:Sprengstoff ja:ケイ素 ko:규소 th:ซิลิคอน

Sauerstoff

Sauerstoff (auch Oxygenium; von griech. oxýs „scharf, spitz, sauer“ und genese „erzeugen“) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol O und der Ordnungszahl 8. Atomarer Sauerstoff, das heißt Sauerstoff in Form freier, einzelner Sauerstoffatome, kommt in der Natur nicht vor. Elementar tritt Sauerstoff überwiegend in Form eines kovalenten Homodimers, einer chemischen Verbindung aus zwei Sauerstoff-Atomen, auf (molekularer Sauerstoff, auch Dioxygen, Disauerstoff, Summenformel O₂). Die wenig stabile allotrope Form aus drei Sauerstoffatomen (O₃) wird Ozon genannt. Flüssiger Sauerstoff wird in der Raketentechnik als Oxidationsmittel verwendet und mit LOX (liquid oxigen) abgekürzt.

Geschichte

Sauerstoff wurde 1774 unabhängig voneinander durch Joseph Priestley und Carl Wilhelm Scheele entdeckt. Von der Urzeit bis über das Mittelalter hinaus war das Feuer für den Menschen eine unerklärliche Erscheinung. Lange Zeit wurde es von den Menschen als Gabe des Himmels hingenommen. Die Chemiker des Mittelalters, die sog. Alchimisten, fingen an, sich über das Wesen des Feuers Gedanken zu machen. Sie kamen dabei zu der Ansicht, das Feuer sei ein Grundstoff. Gegen Ende des 17. Jahrhunderts suchte man eine Erklärung für die Verbrennung. Die Forscher vermuteten einen „leichten geheimnisvollen Stoff“, der aus dem brennenden Stoff entweicht. Bei dieser Annahme blieb man auch dann noch, als der schwedische Apotheker Carl Wilhelm Scheele 1772 den Sauerstoff entdeckte. Er nannte ihn lange Zeit Feuerluft. Neben dem Sauerstoff erforschte der Deutsch-Schwede mit einfachsten Hilfsmitteln aus seiner Apotheke Ammoniak, Stickstoff und andere chemische Stoffe. Er konnte sich aber nicht erklären, wie Verbrennung mit Sauerstoff zusammenhängt. Völlig unabhängig von Scheeles Entdeckungen kam der Engländer Joseph Priestley zu gleichen Forschungsergebnissen, allerdings 2 Jahre später.
Obwohl Scheele zeitlich früher als Priestley den Sauerstoff entdeckte, kamen seine Ergebnisse später an die Öffentlichkeit. Die Ursache dafür war die schleppende Veröffentlichung durch die Presse. Der Sauerstoff war erforscht, doch seine Bedeutung bei der Verbrennung noch nicht geklärt. Dafür sorgte der Franzose Antoine Lavoisier. Beim Experimentieren kam er zu dem Ergebnis, dass sich bei der Verbrennung ein Stoff mit Sauerstoff verbindet. Er konnte mit einer Waage nachweisen, dass ein Stoff beim Brennen nicht leichter, sondern schwerer wird. Der Grund dafür ist das Gewicht des Sauerstoffs, der während der Verbrennung aufgenommen wird. Die Erklärung der Verbrennung, die uns heute selbstverständlich, notwendig und unabkömmlich erscheint, ist also das Ergebnis langen Forschens.

Etymologie

Früher machte man den Sauerstoff für die Bildung von Säuren verantwortlich. Tatsächlich entstehen die meisten anorganischen Säuren bei der Lösung von Nichtmetalloxiden in Wasser, welches aus Wasserstoff und Sauerstoff besteht. Dass aber nicht der Sauerstoff, sondern der Wasserstoff für den Säurecharakter verantwortlich war, erkannte man erst später; ein Beweis ist die Salzsäure, sie ist auch als Gas eine Säure und besteht aus der Verbindung von Chlor mit Wasserstoff und enthält keinen Sauerstoff. So müsste eigentlich der Sauerstoff Wasserstoff und der Wasserstoff Sauerstoff heißen. Der Begriff Sauerstoff (Oxygenium) wurde 1779 von Lavoisier vorgeschlagen.

Vorkommen

Das Element Sauerstoff stellt in der Erdhülle mit 49,4 Masse-% das häufigste, im Weltall das dritthäufigste Element dar. Eine bedeutende Form des Sauerstoffs ist O₂, unter Normalbedingungen ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas. Es ist ein Bestandteil der Luft (etwa 21 Volumenprozent) und in Gewässern gelöst. In der Luft hält sich der relativ reaktionsfreudige Sauerstoff auf Dauer nur wegen der Tatsache, dass die Erde Lebewesen beherbergt, die Sauerstoff produzieren - ansonsten würde er nur in Verbindungen vorkommen. Die Entwicklung der Sauerstoffkonzentrationen in der Erdatmosphäre wird im Artikel Entwicklung der Erdatmosphäre beschrieben. Häufig kommt Sauerstoff in Verbindungen mit anderen Elementen als Oxid vor. (z.B.: als SiO₂ - Sand oder H₂O - Wasser)

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Molekülorbital-Verfahren

Oxid Das Sauerstoff-Atom hat 6 Valenzelektronen auf dem 2. Hauptenergieniveau. Die 12 Valenzelektronen eines Sauerstoffmoleküls werden auf vier bindende (s_s, s_x, p_y, und p_z) aber nur drei antibindende Molekülorbitale (s_s^-, p_y^-, p_z^-) verteilt. Die bindenden x-, y- und z-Molekülorbitale ergeben eine Dreifachbindung. Dieses Modell entspricht eher dem Bindungsabstand von 121 pm und der Bindungsenergie von 626 kJ/mol als das Doppelbindungsmodell. Außerdem erklärt dieses Modell den Paramagnetismus und den radikalischen Charakter des Sauerstoffs, der durch die beiden ungepaarten Elektronen der antibindendem p-Molekülorbitale hervorgerufen wird.

Singulett- und Triplet-Sauerstoff

Gegenüber der langläufigen Meinung handelt es sich beim Sauerstoff-Molekül um zwei ungepaarte Elektronen. Die Sauerstoffatome sind durch eine Einfachbindung verbunden, jedes Sauerstoffatom besitzt zwei Elektronenpaare sowie ein ungepaartes Elektron, deren Spin entweder gleich (Triplett-Sauerstoff) oder entgegengesetzt (Singulett-Sauerstoff) gerichtet ist. Dabei ist der Triplett-Zustand energieärmer. Die Änderung des elektronischen Zustands kann nur über photochemischen Weg oder durch Kollision erfolgen.

Sauerstoff-Ionen

Von Sauerstoff sind folgende Radikalionen bekannt: Dioxygenyl O₂⁺, Hyperoxid (veraltet: Superoxid) O₂^- und Ozonid O₃^-. Closed-shell-Ionen sind das Oxid O^2- sowie das Peroxid O₂^2-.

Chemische Eigenschaften

Die bekannteste chemische Reaktion ist die Oxidation.

Isotope

Das häufigste stabile Sauerstoffisotop ist ¹⁶O, daneben kommt natürlich noch ¹⁸O vor. Ihr Anteilsverhältnis in Eisbohrkernen kann zur Schätzung der Durchschnittstemperatur früherer Zeiten dienen, da Wassermoleküle mit dem leichteren ¹⁶O schneller verdunsten. Eisschichten mit einem höheren relativen Anteil an ¹⁸O stammen demnach aus wärmeren Zeiten. Umgekehrt regnen Wassermoleküle mit dem schwereren Isotop schneller ab, so dass Regenwasser einen höheren ¹⁸O-Gehalt aufweist als z.B. See- oder Meerwasser. Auch gibt es regionale Unterschiede in der ¹⁸O-Anreicherung in Organismen nach Art ihrer Trinkwasserquelle. Siehe auch: Klimaerwärmung, Ötzi

Verbindungen

Einige bekannte Verbindungen, in denen Sauerstoff vorkommt:
- Oxide
- Wasser
- Kohlendioxid, Kohlenmonoxid
- Siliziumdioxid
- Hämatit
- Peroxide
- schweflige Säure
- Schwefelsäure
- Zucker
- Zirkon
- Silikate

Gewinnung/Darstellung von O₂

Sauerstoff als O₂ wird heutzutage durch die fraktionierte Destillation von flüssiger Luft (Linde-Verfahren nach Carl von Linde) hergestellt. Dieses beruht auf dem Joule-Thomson-Effekt. Das Linde-Verfahren wird seit 1905 technisch eingesetzt. Davor war die Thermolyse von Bariumperoxid die einzige Möglichkeit, Sauerstoff großtechnisch aus Luft herzustellen:

2\,\mathrm_2 \rightarrow 2\,\mathrm + \mathrm_2

(bei 700°C) BaO₂ selbst kann man durch Einwirken von O₂ auf BaO bei 500°C erzeugen. Reinsten Sauerstoff erhält man durch die Elektrolyse von Kalilauge: Kathodenreaktion:

2\,\mathrm^++2\,e^-\rightarrow 2\,\mathrm

Kathodenreaktion 2:

2\,\mathrm+2\,\mathrm_2\mathrm\rightarrow 2\,\mathrm+\mathrm_2

Anodenreaktion 1:

2\,\mathrm^- \rightarrow 2\,\mathrm + 2\,e^-

Anodenreaktion 2:

2\,\mathrm \rightarrow \mathrm_2\mathrm + 1/2\;\mathrm_2

O₂ wird ebenfalls bei der Spaltung von Oxiden frei. Am leichtesten (mit geringster Temperatur) erreicht man dies durch Spaltung von Edelmetalloxiden. Z. B.:

2\,\mathrm_2\mathrm \rightarrow 4\,\mathrm + \mathrm_2

(bei T > 160°C)

Biologische Bedeutung

Sauerstoff wird von Cyanobakterien, Algen und Pflanzen bei der oxygenen Photosynthese aus Wasser freigesetzt. Die Cyanobakterien (veraltet auch als Blaualgen bezeichnet) waren dabei die ersten Organismen, die molekularen Sauerstoff als ihr Abfallprodukt in der Atmosphäre anreicherten.
Eukaryotische Organsimen - also auch der Mensch - benötigen heute diesen Sauerstoff in Form von O₂ für ihren Stoffwechsel. Er fungiert dabei wie in einer normalen Redoxreaktion als Elektronenakzeptor, wobei er sich wieder mit Wasserstoff zu Wasser verbindet. Dies entspricht einer kontrollierten Knallgasreaktion. Sie läuft im Rahmen der Atmungskette bei den Eukaryoten in den Mitochondrien ab.
Bei den Prokaryonten gibt es aerobe und anaerobe Mikroorganismen. Anaerobe nutzen einen anderen Elektronenakzeptor, der aber zum Teil auch eine Sauerstoffverbidnung wie Nitrat oder Sulfat sein kann. Die starke Reaktivität der Sauerstoffionen, die auch im Stoffwechsel von Lebewesen entstehen, können Zellstrukturen zerstören und machen Schutzenzyme notwendig. Daher ist Sauerstoff für einige Mikroorganismen toxisch und wird nicht zuletzt für bestimmte Alterungseffekte beim Menschen verantwortlich gemacht.

Weitere Probleme:
- Atmung bei Hochdruck
- Tauchen/siehe auch Apollo 1)

Nachweis und Konzentrationsmessung

Sauerstoff kann dadurch nachgewiesen werden, dass er Verbrennungen unterhält. Am einfachsten ist die sogenannte Glimmspanprobe, bei der ein leicht glühender Holzspan in das zu untersuchende Gasgemisch gehalten wird, ein Aufleuchten weist auf hohe Sauerstoffkonzentrationen hin. Zur genaueren Bestimmung der Sauerstoffkonzentration eines Gases finden unterschiedliche Meßverfahren Anwendung, die von dem jeweils zu erfassenden Konzentrationsbereich sowie den begleitenden Substanzen abhängen. Man kann physikalische und chemische Meßverfahren unterscheiden. Zu den physikalischen Meßverfahren zählt das paramagnetische Verfahren. Es geht von der Tatsache aus, daß die Sauerstoffmoleküle auf Grund ihres permanenten magnetischen Dipolmoments paramagnetisch sind, alle anderen Gase mit geringen Ausnahmen diamagnetisch sind. Bei der meßtechnischen Realisierung in sog. thermomagnetischen Geräten wird das Meßgas der Wirkung eines Magnetfeldes und anschließend in einem Teilstrom einem Temperaturfeld ausgesetzt. Es entsteht in der Meßzelle eine Gasströmung, der sog. "magnetische Wind". Die Geräte können auch für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen ausgebildet werden. Ein weit verbreitetes elektrochemisches Meßverfahren nutzt die Sauerstoffleitfähigkeit von Zirkondioxid aus. Leitet man das sauerstoffhaltige Meßgas beispielsweise durch ein auf über 700 °C erhitztes Zirkondioxid-Röhrchen, das innen und außen Elektroden trägt und außen der Umgebungsluft ausgesetzt ist, dann entsteht an den Elektroden eine elektrische Spannung, die nach dem Nernstschen Gesetz von der absoluten Elektrodentemperatur und dem Verhältnis der Sauerstoffpartialdrücke an den beiden Elektroden abhängt. Der Sauerstoffpartialdruck der Luft dient hierbei als bekannte und konstante Vergleichsgröße. Bevorzugte Anwendungen sind Rauchgasmeßsonden und die in den Kraftfahrzeugen verwendeten Lambda-Sonden. Mit Hilfe von Zirkondioxid-Sensoren können ohne Probleme einerseits Sauerstoffpartialdrücke im ppm-Bereich (parts per million) und andererseits bei hohen Temperaturen (ca. 1.500 °C) gemessen werden.

Siehe auch

- Knallgasreaktion
- Carbogen
- Oxidation
- Phlogiston
- Hydroxid
- Rost (Korrosion)
- Ozon

Weblinks

- [http://www.hcrs.at/LIQUIDO2.HTM flüssiger Sauerstoff]
- [http://www.chemieseite.de/hauptelemente/node26.php Sauerstoff: Darstellung, Sigulett Triplett, Ozon]
- [http://www2.uni-jena.de/chemie/institute/oc/weiss/arbeitsvorschrift.htm Reaktion mit Singulett Sauerstoff] Kategorie:Chemisches Element Kategorie:Chalkogen Kategorie:Periode-2-Element Kategorie:Gas Kategorie:Nichtmetall als:Sauerstoff ja:酸素 ko:산소 ms:Oksigen simple:Oxygen th:ออกซิเจน

Ural (Gebirge)

Der Ural (russisch Урал, Уральский хребет) ist ein 2500 km langes Gebirge, das in nord-südlicher Richtung durch den mittleren Westen Russlands zieht und als Ostgrenze Europas gilt.

Geografie

Europa

Gebirgsverlauf und geografische Koordinaten

Der Ural durchzieht 3 Klimazonen und ist trotz seiner Länge relativ schmal (durchschnittl.etwa 50 km), wenn man ihn mit anderen Mittelgebirgen vergleicht. Er verläuft von der Karasee (östlich der Eismeerinsel Nowaja Semlja) nach Südwesten, biegt nach 500 km in Richtung Süden, erreicht bei Jekaterinburg seine größte Breite und endet zwischen Orenburg und Orsk an der Nordgrenze von Kasachstan. Als südliche Fortsetzung des Uralgebirges kann das Mugodschar-Gebirge, das sich etwas südlich des Uralknies bei Orsk anschließt, betrachtet werden. Die nördliche Hälfte des Ural verläuft etwa parallel zum großen sibirischen Strom des Ob, der sich 100 km vor seiner Mündung in den Ob-Busen des Nordpolarmeer - trotz seiner enormen Wassermassen - dem Uralgebirge bei Labytnangi auf nur 50 km nähert. Die einzelnen Gebirgszüge und ihre geografische Lage (geografische Breite B und Länge L) sind:
- Polarural (Poljarny Ural): B = 69 bis 66°, L = 67 bis 62° östl.
- Subpolar-Ural (Pripoljarny Ural): 66 - 63°, 62 - 59° östl.
- Nördlicher Ural (Severny Ural): 64 - 59°, L ca. 59° östl.
- Mittlerer Ural (Sredni Ural): 60 - 56° Nord, 58 - 61° Ost.
- Südlicher Ural (Juzny Ural): 56 - 52° Nord, 60 - 57° Ost.

Höchste Berge

Im mittleren Norden des Urals liegt der mit 1.895 m höchste Gipfel des Gebirges, die Gora Narodnaja (B = 65°04', L = 60°09'). Nur 150 km südlich des Polarkreises, stellt sie klimatisch bereits Hochgebirge dar. Weitere hohe Gipfel sind unter anderem
- die Gora Ocenyrd (1363m, 68° Breite) und Gora Payer (1500m, 67° Breite)
- Gora Nerojka (1646m, 65°) und Telposiz (1617m, 64°), beide nahe den Quellen der Petschora
- die Gora Denezkin (1492m) und Konzakovski Kamen (1569m) beide auf ~60° Breite, östliches Quellgebiet der Kama
- und im Südural der Gebirgszug der Gora Jamantau (1582 und 1640m, Breite 55° bzw. 54°). Südöstlich speist das nur mehr niedrige Gebirge den Oberlauf der wasserreichen Flüsse Ufa und Ural; ein Quellfluss des letzteren bildet einen großen Stausee mit dem sprechenden Namen Energetik.

Geografischer Großraum des Ural

Das Uralgebirge geht im Osten in das große Tiefland der Zapadno-Sibirskaja nismennost über, die Sibirische Senke. Hoch im Norden berührt der Ural fast die Karasee, 2500 km südlicher das Vorland zum Aralsee und die die kasachische Steppe. Auf der europäischen Seite senkt sich das Gebirge zur Osteuropäische Ebene ab. Es ist Quellgebiet vieler großer Flüsse (neben dem 2400 km langen Ural (Fluss) auch die Ufa, Belaja und Samara, siehe unten. Die Doppel-Insel Nowaja Semlja, die sich nördlich der nordrussischen Küste und der Karastraße sowie nordwestlich der Karasee anschließt, kann als die nördliche Fortsetzung des langestreckten Gebirges angesehen werden.

Im Ural entspringende Flüsse

Die wichtigsten im Ural entspringenden Flüsse sind - zuerst jene in Richtung Europa:
- Im Nordwesten des Ural die zur Petschorasee fließende Usa und 4 Petschora-Nebenflüsse
- im Westen einige Quellflüsse der Kama
- und die nach Südwesten fließende Ufa sowie
- die nach Süd, West, Nord fließende Belaja, die bei Ufa den o.a. Fluss aufnimmt
- im südwestlichen Hügelland des Ural die nach Südwesten zur Wolga fließenden Sakmara (~500 km)
- im Süden die zum Ural fließende Samara (knapp 600 km lang).
- In Richtung Asien entspringen:
- Im Nordosten einige direkte Nebenflüsse des Ob
- im östlichen Sumpfgebiet die stark mäandrierenden Severnaja Sosva, Lozva und Sosva (zum Irtysch)
- im Gebiet von Jekaterinburg 7 Quellflüsse von Tura und Iset (zum Tobol und weiter zum Ob)
- im Südosten und Süden des Uralgebirges der nach Süden fließende Ural (2400 km lang) und 2 Nebenflüsse. Weitere große Flüsse im Umkreis des Ural sind: Emba, Pecora, Tavda, Tobol und Tura.

Innereurasische Grenze

Im allgemeinen geografischen Verständnis bildet das Ural-Gebirge – zusammen mit dem gleichnamigen Fluss – den Grenzverlauf zwischen Europa und Asien. Die "beiden Urale" teilen somit den Großkontinent Eurasien in zwei sehr ungleiche Kontinente (Fläche 10,4 bzw. 43,8 Millionen km²). Zur Trennungslinie dieser ineinander übergehenden Erdteile siehe Innereurasische Grenze.

Geologie und Gebirgsbildung seit 300 Mill.Jahren

Der Ural wurde bereits im mittleren und späten Paläozoikum aufgefaltet. Für sein Alter von 300 bis 250 Millionen Jahre ist das Gebirge noch ungewöhnlich hoch. Die erste Gebirgsbildung setzte in den Erdzeitaltern des Devon und Karbon ein; vorher (im Kambrium, vor etwa 500 Mill. Jahren) erstreckte sich der sogenannte Ural-Ozean zwischen den damaligen Urkontinenten Sibiria (heutiges Nordasien) und Fennosarmatia (Teile des heutigen Nord- und Osteuropa). Die variszische Orogenese erreichte durch die West-Verschiebung von Gondwana einen Höhepunkt und erzeugte die Appalachen und den Ural. Im Perm (290 bis 248 Ma vor heute) vereinigten sich durch Kollisionen der großen Kontinentalplatten alle Kontinente der Erde zu einem einzigen "Urkontinent" Pangäa. Im Uralgebiet betraf dies vor allem Laurussia und Sibiria sowie die Lithosphäre unter dem heutigen Kasachstan. Der neue Superkontinent war vom Urozean Panthalassa umgeben; Mitteleuropa lag damals fast am Äquator und sein Wüstenklima führte zur Bildung mächtiger Salzlagerstätten. Als später die Tethys von Osten her in Pangäa eindrang, kam es vor ~250 Ma zur Extrusion kontinentaler Plateaubasalte in Sibirien, die mit einem Massensterben zusammenhängen dürften. Im Oberperm begann in Europa die Abtragung der variszischen Gebirge und eine weiträumige Meerestransgression (siehe auch Zechsteinmeer und Geologie von Polen. Durch Vorstoß des arktischen Meeres nach Mitteleuropa bestand im Gebiet des späteren Ural eine Ozeanverbindung zur Tethys. Aus ihr faltete sich im Übergang vom Paläo- zum Mesozoikum das Uralgebirge auf. Gleichzeitig entstanden in Südeuropa mächtige Kalksedimente, die heute Teile der Alpen bilden, und auch die lange Geosynklinale der späteren Anden. Diese großtektonischen Vorgänge sind eine wesentliche Ursache für den Erzreichtum des Ural - siehe auch die Artikel Erzgang und Paläozoikum.

Erz-Bergbau und Wirtschaft im Ural

Im mittleren und südlichen Ural werden eine Reihe von Erzen abgebaut, unter anderem Eisen (beachte den Namen Magnitogorsk) und das Edelmetall Platin. Auch Halb- und Edelsteine werden gewonnen. Wie in Mitteleuropa (siehe o.a. Genese und Zechstein) gibt es große Lagerstätten von Salz, und durch das warme Klima während der Gebirgsbildungen auch Kohle, Erdöl und Erdgas. Der Erzreichtum hat ferner zur Entwicklung einiger großer Zentren der Schwerindustrie geführt, wofür beispielsweise die Namen Perm, Jekaterinburg und Magnitogorsk stehen. Allerdings kämpfen sie seit dem Ende der Sowjetunion teilweise mit wirtschaftlichen Problemen.

Städte und große Orte

Größere Städte am / im Ural sind:
- Im Westen (europäische Seite):
- Norden bis Mitte: Workuta, Inta, Pecora
- Südwest: Solikamsk, Berezniki, Perm, Zlatoust, Ufa, Salavat
- Auf der Ostseite (Sibirien):
- Mitte: Serov, Nizni Tagil, Jekaterinburg (bis 1991 Swerdlowsk), Kamensk-Uralsk
- Südosten: Tscheljabinsk, Miass, Magnitogorsk
- Im Süden: Orenburg und Orsk (beide am Ural).

Literatur und Weblinks

- V.V. Ez, D.J. Gaft, B.I. Kuznezov: Morfologija i uslovija obrazovanija geolomorfnoj skladčatosti na primere: Zilairskogo sinklinerija Južnogo Urala, Published Moskva: Nauka 1965
- [http://www.nano.geo.uni-muenchen.de/kempe/earth_history/earth-history.htm Erdgeschichte und Europa]
- [http://www.geo.uni-potsdam.de/forschung/Geologie/Ural/ural.html Geodynamik der Haupt-Uralstörung - Tektonik der zentralen Kollisionszone im Südural, 1998]
- [http://www.inrussland.net/multimedia.html Filmclip und Fotogallerie mit Impressionen aus dem Ural] Kategorie:Gebirge (Russland) Kategorie:Gebirge in Asien ja:ウラル山脈 ko:우랄 산맥

Kalium

Kalium, (von Kali aus arab. al qalja = Pflanzenasche) ist ein chemisches Element der 1. Hauptgruppe des Periodensystems mit der Ordnungszahl 19.

Geschichte

Am 19. November 1807 berichtete Davy, es sei ihm gelungen, durch Elektrolyse von schwach angefeuchteten Ätzalkalien zwei verschiedene Metalle zu gewinnen; das eine Metall nannte er Sodium (dies ist noch heute die französische und englische Bezeichnung für Natrium), weil es in Soda enthalten ist, das andere Potassium (= englische und französische Bezeichnung für Kalium), weil man es aus Pottasche gewinnen kann. Im deutschen Sprachgebiet wird das Sodium Davys seit 1811 nach einem Vorschlag von Berzelius als Natrium bezeichnet, während man für das Potassium Davys den von Klaproth 1796 eingeführten Ausdruck Kalium (von arab.: al-qali = Asche, aus Pflanzenasche gewinnbar) übernahm.

Vorkommen

Kalium kommt in der Natur nur als Kation in Kaliumverbindungen vor. Im Meerwasser liegt die durchschnittliche Konzentration bei etwa 0,38 gK⁺/l. Natürlich vorkommende kaliumhaltige Minerale sind:
- Sylvin - KCl

- Sylvinit - KCl
- NaCl

- Carnalit - KCl
- MgCl₂
- 6 H₂O

- Kainit - KCl
- MgSO₄
- 3 H₂O

- Schönit - K₂SO₄
- MgSO₄
- 6 H₂O

- Polyhalit - K₂SO₄
- MgSO₄
- MgSO₄
- 2 CaSO₄

- Orthoklas (Kalifeldspat) - K[AlSi₃O₈]

Eigenschaften

Mineral Analog den anderen Alkalimetallen reagiert Kalium mit anderen Elementen und Verbindungen sehr heftig und kommt in der natürlichen Umwelt nur in gebundener Form vor. Chemisch ist es reaktionsfähiger als Natrium. Kalium reagiert heftig mit Wasser unter Bildung von Kaliumhydroxid und Freisetzung von Wasserstoff. Bei Luftzutritt entzündet sich der Wasserstoff, es kann dabei zu Verpuffungen und Explosionen kommen. In trockenem Sauerstoff verbrennt es unter violetter Flamme zu Kaliumhyperoxid KO₂. An feuchter Luft reagiert es mi

Glimmer

Struktur

Varietäten

Vorkommen

Verwendung als Rohstoff

Geschichte

Weblinks

Kristallsystem

Definition

Zuordnung der kristallographischen Punktgruppen zu den Kristallsystemen

Koordinatensysteme

Andere Einteilungen

Siehe auch

Weblinks

Silikat

Struktur

Systematik der Silikatminerale

Bemerkungen zur Schreibweise der chemischen Summenformeln

Klassifizierung nach dem Polymerisationsgrad der SiO4-Tetraeder

Inselsilikate (Nesosilikate)

Gruppensilikate (Sorosilikate)

Ringsilikate (Cyclosilikate)

Einfach- und Doppelkettensilikate (Inosilikate)

Schichtsilikate (Phyllosilikate)

Gerüstsilikate (Tectosilikate)

Amorphe Silikate

Klassifikation nach Kostov

Technische Silikate

Vorkommen

Verwendung

Als Schmuck- und Edelsteine

Industriell

Weitere Literatur

Weblinks

Härte

Härte und Festigkeit

Härteprüfung und Härteskalen

Härteprüfung nach Mohs

Härteprüfung nach Brinell

Härteprüfung nach Vickers

Härteprüfung nach Knoop

Härteprüfung nach Rockwell

Härteprüfung nach Shore

Die Martens-Härte

Spezielle Härteprüfverfahren

Maßeinheiten

Härten

Weblinks

Strichfarbe

Tetraeder

Regelmäßiges Tetraeder

Symmetrie

Weitere Eigenschaften

Formeln

Anwendungen

Allgemeines Tetraeder (dreidimensionaler Simplex)

Analogien in höheren Dimensionen

Weblinks

Silizium

Allgemeines

Geschichte

Entdeckung des Elements

Silizium in der Menschheitsgeschichte

Vorkommen

Gewinnung und Verwendung

Rohsilizium

Solarsilizium

Halbleitersilizium

Reaktivität und Verbindungen

Sonstiges

Siehe auch

Literatur

Weblinks

Sauerstoff

Geschichte

Etymologie

Vorkommen

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Molekülorbital-Verfahren

Klassifizierung nach dem Polymerisationsgrad der SiO₄-Tetraeder

Gewinnung/Darstellung von O₂