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Intrusivgestein

Intrusivgestein

Plutonite, auch Intrusiva, Intrusivgesteine oder Tiefengesteine, sind Gesteine, die in großer Tiefe durch die Kristallisation von Magmen entstehen. Sie bilden sich unter hoher Temperaturen und hohem Drücken und stellen eine Unterart der magmatischen Gesteine dar. Plutonite kühlen in den unterirdischen Intrusionen, sogenannten Plutonen, wesentlich langsamer ab, als an die Erdoberfläche dringendes Magma (Lava), woraus wiederum Vulkanite entstehen.

Zusammensetzung

Felsische Plutonite werden nach ihrer anteiligen Zusammensetzung aus Quarz, Alkalifeldspat, Plagioklas und Foiden in einem Streckeisendiagramm dargestellt. Plutonitische Kristalle haben aufgrund der langsamen Abkühlung viel Zeit sich auszubilden und sind daher schon meist mit freiem Auge sichtbar. Die Gesteinsmatrix zeigt folglich ein mittel- bis grobkörniges, maximal teilweise porphyrisches Gefüge, wobei sich zunächst Feldspat- und Quarzkristalle nahezu ideomorph entwickeln (Magmendifferentiation). In der Regel existiert kein gerichtetes Gefüge und es gibt zwischen den Kristallen keine Hohlräume, sie sind also blasenfrei. In Folge der schrittweise auskristallisierenden Plutonite verändert sich auch die Zusammensetzung des Magmas in Richtung eines geringeren Silikatgehalts, was seinerseits auch die Zusammensetzung der Plutonite kontinuierlich zu geringeren Silikatgehalten verschiebt und die folgende, recht grobe, Kristallisationreihenfolge ergibt: :Granit → Granodiorit → Syenit → Diorit → Gabbro → Peridotit In dieser Reihenfolge werden diese Plutonite – durch Zunahme dunkler Gemengeteile – immer dunkler. Dem hellen, wenn auch verschieden gefärbten Granit steht am anderen Ende der Reihe der dunkle, schwarzgrüne Periodit gegenüber. Diese Abnahme der Helligkeit ist ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal der Plutonite. Ihr spezifisches Gewicht nimmt in der genannten Reihenfolge zu, während der Kieselsäuregehalt (SiO₂) abnimmt. Granit und Diorit gelten wegen ihres Kieselsäurengehaltes als saure Gesteine, Gabbros und Peridotite als basisch. (Kieselsäuregehalt größer → sauer, Kieselsäuregehalt kleiner → basisch) Plutonite sind dabei insbesondere auch für die Entstehung von Mineral- und Erzlagerstätten verantwortlich, welche jedoch auch durch andere Vorgänge gebildet werden können. Oberflächenaufschlüsse von Plutoniten zeigen sich erst nach einer Abtragung der Deckschicht, meist verbunden mit Hebungen und Faltungen der Gesteinsschichten. Die Verwitterungsformen von Plutoniten sind weich. Plutonite, insbesondere der Granit, werden für Schotter und Pflastersteinen verwendet, in denen die einzelnen Kristalle sehr schön zu sehen sind.

Vertreter

- Granit
- Diorit
- Gabbro
- Tonalit
- Monzonit
- Syenit

Erkennungsmerkmale

- vollkristallin,
- große Kristalle, mit bloßem Auge zu erkennen,
- Mineralien bunt durcheinander gemischt, keine Richtung im Raum,
- keine Hohlräume, sehr kompakt,
- Unterscheidung innerhalb der Plutonite nach Helligkeit.

Weblinks

[http://www.jkrieger.de/stones/gesteine/tiefengesteine.html Tiefengesteine] Kategorie:Gestein

Gestein

Als Gestein bezeichnet man eine feste, natürlich auftretende, in der Regel mikroskopisch heterogene Vereinigung von Mineralen, Gesteinsbruchstücken, Gläsern oder Rückständen von Organismen mit weitgehend konstantem Mischungsverhältnis dieser Bestandteile zueinander. Der geologische Gesteinsbegriff ist weiter gefasst als der umgangssprachliche und bezieht auch natürlich auftretende Metall-Legierungen, vulkanisches Glas, Eis oder Kohle ein. Die Lehre von den Gesteinen, die Petrologie, ist ein Teilgebiet der Geowissenschaften. Beispiele für verschiedene Gesteinsarten sind in der Liste der Gesteine zu finden. Die Erde und die inneren Planeten des Sonnensystems bauen sich aus Gesteinen auf, die oft sehr große räumlich zusammenhängende Massen bilden. Insbesondere bauen sich aus ihnen die an der Oberfläche der Erdkruste sichtbaren Gesteinsformationen, die Gebirge, auf, die durch die tektonischen Vorgänge der Gebirgsbildung entstehen. Gesteine bilden sich hauptsächlich
- durch Erkalten flüssigen Magmas (Magmatite),
- durch Ablagerung von Feststoffen (Sedimentite), zum Beispiel von Sanden, Tonen oder Rückständen abgestorbener Lebewesen, sowie durch Abscheidung aus Lösungen (Salzgesteine),
- durch Umwandlung (Metamorphose) aus anderen Gesteinen, verursacht durch erhöhten Druck und/oder erhöhte Temperatur (Metamorphite). Eine kleine Anzahl irdischer Gesteine geht auf Meteoriten zurück.

Zusammensetzung und Gefüge

Gesteine bestehen in erster Linie aus Mineralen, von denen aber nur etwa dreißig einen bedeutenden Anteil an der Gesteinsbildung haben. Vor allem sind dies die Silikate wie Olivine, Glimmer, Amphibole, Feldspäte oder Quarz, aber auch Karbonate wie Dolomit oder Kalzit sind wichtige Bestandteile von Gesteinen. Neben diesen Hauptgemengteilen enthalten die meisten Gesteine noch so genannte Nebengemengteile oder Akzessorien. Als Gefüge eines Gesteins bezeichnet man seine Struktur, die sich aus den Eigenschaften und dem Verhältnis der gesteinsbildenden Minerale zueinander ergibt. Insbesondere die Größe und Form der enthaltenen Kristalle, sowie ihre räumliche Lage und Verteilung im Gestein, machen das Gefüge aus.

Klassifikation

Gesteine können auf verschiedene Weise klassifiziert werden; sehr verbreitet ist die Einteilung nach Entstehung und Herkunft. Demnach unterscheidet man vier Gruppen, magmatische Gesteine (Magmatite), metamorphe Gesteine (Metamorphite), Sedimentgesteine (Sedimentite) und als Sonderfall Meteoriten. In der Geotechnik und zahlreichen verwandten Wissenschaften wie der Bodenkunde unterscheidet man Gesteine grundsätzlich in zwei Gruppen, die Festgesteine und die Lockergesteine.

Magmatische Gesteine

Magmatische Gesteine Magmatische Gesteine entstehen durch das Erkalten heißen geschmolzenen Materials aus dem Erdinneren, des so genannten Magmas. Findet das Erkalten unterirdisch statt, spricht man von Plutoniten oder Intrusivgesteinen. Durch die verhältnismäßig gute Wärmeisolation der aufliegenden Gesteine kühlt sich die Magmaschmelze nur langsam ab, so dass große Mineralkristalle entstehen können. Beispiele für plutonische Gesteine sind Granit oder Gabbro. Das Magma kann riesige Gesteinsmassen, die so genannten Plutone bilden, die oft mehrere Tausend Kubikkilometer Gestein umfassen. Magma kann jedoch auch in flüssigem Zustand zu Tage treten. An der Erdoberfläche im Kontakt mit Luft erkaltet es schnell und bildet dann die so genannten vulkanischen oder Extrusivgesteine. Durch die rasche Abkühlung kommt es nur zur Bildung sehr kleiner Kristalle wie etwa beim Basalt oder Andesit; oft existiert sogar überhaupt keine kristalline Ordnung, und es entsteht vulkanisches Glas wie beispielsweise Obsidian.

Metamorphe Gesteine

Metamorphe Gesteine entstehen aus älteren Gesteinen beliebigen Typs durch Metamorphose, das heißt durch Umwandlung unter hohem Druck beziehungsweise hoher Temperatur. Bei der Umwandlung ändert sich die Mineralzusammensetzung des Gesteins, weil neue Minerale und Mineralaggregate gebildet werden; der Gesteinschemismus bleibt aber weitgehend gleich. Daneben wird auch das Gesteinsgefüge transformiert. Beispielsweise entsteht aus Quarzsanden durch Rekristallation und die Ausbildung eines feinen Zements zwischen den Kristallkörnern das metamorphe Gestein Quarzit. Weiträumige Metamorphose von Gesteinen findet meist in großer Tiefe statt, lokale Transformationen können aber auch nahe der Erdoberfläche auftreten, meist in Zusammenhang mit Vulkanismus oder seichten Granitintrusionen. Auch Meteoriteneinschläge führen zu Gesteinsmetamorphosen.
- Regionalmetamorphose steht in Zusammenhang mit Gebirgsbildungen und ist häufig druckbetont. Die damit verbundene Faltung von Gesteinen durch Kompression führt zu Rekristallisation und Einregelung von Mineralen und der Ausbildung einer Schieferung. Ein Beispiel ist die Umwandlung von tonigen Sedimenten in Schiefer.
- Kontaktmetamorphose bezeichnet die Gesteinsumwandlung durch Wärmeeinwirkung aus dem umgebenden Gestein heraus, entweder in lokalem Maßstab durch Aufheizen des Gesteins um kleinere magmatische Gänge herum bis hin zu großen Transformationszonen, sogenannten Aureolen, die sich um große, tiefsitzende plutonische Granit-Intrusionen herum bilden.

Sedimentgesteine

Sedimentgesteine Sedimentgesteine entstehen durch Verwitterung und Erosion von Gesteinen durch Wind (zum Beispiel Löss), Wasser (zum Beispiel Sandstein) oder Eis (zum Beispiel Tillit), die Lösung, den Transport und die nachfolgende Ablagerung ihrer Bestandteile, daneben auch durch biochemisch induzierten Niederschlag (zum Beispiel Kreide) oder durch Verdampfung (zum Beispiel Evaporit). Einzelne Mineralkörner oder Gesteinsfragmente bilden mit der Zeit lose Sedimente. So werden je nach Art der Genese klastische, chemische oder organogene Ablagerunsgesteine unterschieden. Werden diese durch Sedimentation weiteren Materials bedeckt, verdichten sie sich unter zunehmendem Wasserverlust immer mehr, bis durch Neukristallisation und Kompaktifikation aus dem weichen Sediment das harte, spröde Sedimentgestein entstanden ist. Darin werden die einzelnen Mineralkristalle durch eine feinkörnige Grundmasse, die Matrix, zusammengehalten. Diese Veränderungen nach der primären Sedimentation bezeichnet man als Diagenese. Sedimentationsprozesse finden auf der Erdoberfläche seit Milliarden von Jahren statt. Sedimente lagern sich meist kumulativ in einer Abfolge horizontaler Schichten ab; durch die Reihenfolge der Ablagerung sind von Ausnahmefällen abgesehen höherliegende Schichten jünger als tieferliegende, eine Erkenntnis, die als Superpositionsprinzip oder Lagerungsgesetz auf den dänischen Arzt und Geologen Nicolaus Steno zurückgeht. Nach ihrer Entstehung können Sedimentgesteine starken Kräften unterliegen, infolge derer die ehemals flachen Schichten gefaltet und gekippt werden, so dass die Lage des Gesteins im Raum so stark verändert sein kann, dass die ursprüngliche Schichtfolge lokal umgekehrt ist. Sedimente lassen sich grob in die terrestrischen Land- und die marinen Meeressedimente unterteilen. Zu ersteren zählt man auch die Ablagerungen in Süßwasserseen oder Flüssen, die aus Sand oder Schlamm entstanden sind, sowie die organischen Pflanzenreste, aus denen die Kohle hervorgegangen ist. Auch Wüstensedimente sowie Ablagerungen von Gletschern werden dieser Gruppe zugeteilt. Meeressedimente können durch Ablagerung von Erosionsmaterial anderer Gesteine auf dem Meeresgrund, durch von biochemischen Vorgängen verursachte Ausfällung zum Beispiel von Karbonaten und durch Ablagerung anorganischer Skelette von Mikroorganismen wie Kammerlingen (Foraminifa), Coccolithophoriden (Haptophyta), Strahlentierchen (Radiolaria) oder Kieselalgen (Bacillariophyta) entstehen.

Meteorite

Meteorite Einen Sonderfall unter den Gesteinen bilden die Meteorite, Gesteinskörper aus dem Weltraum. Meteorite sind Überreste der ursprünglichen Materie des Sonnensystems und enthalten zahlreiche Minerale, die sich nicht in anderen Gesteinen irdischen Ursprungs finden lassen. Sie lassen sich nach ihrem Mineralgehalt einteilen in Steinmeteorite, die in erster Linie aus Silikaten wie Olivin oder Pyroxen bestehen, Eisenmeteorite, die sich häufig aus den Eisen-Nickel-Mineralen Kamazit und Taenit zusammensetzen und Stein-Eisen-Meteorite, die einen Mischtyp darstellen. Die Größe von Meteoriten liegt zwischen der von Mikrometeoriten und riesigen, tonnenschweren Gesteinskörpern. Aus Schweden sind mehrere hundert Millionen Jahre alte fossile Meteoriten bekannt. Irdischen Ursprungs, aber durch Meteoriteneinschläge gebildet sind die Tektite, zentimetergroße Glasobjekte, die durch einschlagbedingtes Schmelzen irdischen Gesteins und darauf folgendes schnelles Abkühlen an der Luft entstehen, und die Impaktite, die durch die starken mechanischen und thermischen Einwirkungen bei einem Meteoriten-Einschlag aus den am Einschlagsort vorhandenen Gesteinen entstehen wie etwa Suevit.

Gesteinskreislauf

Hauptartikel: Kreislauf der Gesteine Magmatische, metamorphe und Sedimentgesteine werden durch geodynamische Prozesse wie Erosion, Gesteinsmetamorphose oder Sedimentation ineinander umgewandelt. So unterliegen durch Erosion des Deckgesteins freigelegte metamorphe und magmatische Intrusivgesteine ebenso wie die an der Oberfläche gebildeten Sediment- und magmatischen Extrusivgesteine der Verwitterung und Erosion. In erster Linie durch wind- oder wasserbedingten Transport lagern sich die Verwitterungsbestandteile als Sedimente ab und bilden durch Verdichtung schließlich Sedimentgesteine. Diese wandeln sich wie auch magmatische Intrusivgesteine in großer Tiefe unter hohem Druck und hoher Temperatur in metamorphe Gesteine um. Der Kreislauf schließt sich, wenn diese entweder wieder an die Oberfläche gelangen oder durch weitere Absenkung ins Erdinnere aufgeschmolzen werden und damit das Rohmaterial für die Entstehung magmatischer Gesteine bilden. Das folgende Diagramm zeigt diese Prozesse in der Übersicht: center

Bedeutung

Gesteine dienten in der Menschheitsgeschichte als erster Werkstoff zur Herstellung von Werkzeug, den Steingeräten, und sind somit auch der Namensgeber für die älteste kulturhistorische Erdepoche, die Steinzeit. Archäologische Funde aus jener Zeit sind meist Steinartefakte. Steine bilden das älteste feste Baumaterial der menschlichen Kultur und die älteste bekannte überlieferte Schreibunterlage menschlicher Schriftkultur. Sie sind Grundlage bildlicher Darstellungen in der Kunst, besonders in der Lithografie und als Ausgangsmaterial der Bildhauerei. Schmucksteine, Edelsteine und Halbedelsteine sind als Schmuck beliebt. Lesesteinhaufen und Trockensteinmauern dienten früher als Markierung von Äckern und sind heute wertvolle Biotope. Ein Grenzstein wird zur Abgrenzung von Gebieten verwendet. Fossilien in Form von Versteinerungen zeugen von Lebewesen früherer Äonen, Epochen und Perioden und spielen eine große Rolle für das Studium vergangener Lebensformen, der Evolutionsgeschichte sowie für die Datierung von Gesteinsschichten. Siehe auch: Liste der Gesteine, Liste der Gesteine nach Genese

Literatur

Vinx, Roland: Gesteinsbestimmung im Gelände. 2005, 452 S., 7 s/w Abb., 364 farb. Abb., 14 s/w Tab. Spektrum Akademischer Verlag. ISBN 3-8274-1513-6

Weblinks

- [http://www.lgd.de/projekt/gesteine/gesteine/index.html Gesteine - Baumaterial unserer Erde]
- Real Video: [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&g2=1&f=040107.rm Woher weiß man das Alter von Gesteinen?] (Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri) Kategorie:Petrologie ! Kategorie:Bergbau ja:岩石 ms:Batu th:หิน

Kristallisation

Als Kristallisation bezeichnet man den Vorgang der Bildung von Kristallen. Das kann aus einer Lösung, einer Schmelze, der Gasphase, einem amorphen Festkörper oder auch aus einem anderen Kristall (Umkristallisation), aber immer durch Kristallbildung und Kristallwachstum, erfolgen. Bei diesem Prozess wird Kristallisationswärme frei. Damit sich ein Kristall bilden kann, muss der auszukristallisierende Stoff zunächst in Übersättigung gebracht werden. Dies geschieht zum Beispiel durch Abkühlungsprozesse von Lösungen oder von Schmelzen, oder durch Verdampfen des Lösungsmittels. Bei Kristallen, die aus mehreren Komponenten bestehen (zum Beispiel Ionenkristalle), kann die Übersättigung auch durch Mischen von zwei Lösungen hergestellt werden, die jeweils eine der Komponenten enthalten. Dabei ordnen sich die zuvor gelösten Moleküle bzw. Elemente in einer regelmäßigen, teils stoffspezifischen Form an. Dieser Prozess kann beschleunigt werden, wenn Impfkristalle hinzugefügt werden, die dann in der übersättigten Lösung weiterwachsen. Die Kristalle können dann durch Filtration, Flotation, Zentrifugation oder Siebung von der Lösung getrennt werden (siehe auch Trennverfahren). Ein Beispiel für die Gewinnung eines Massenproduktes durch Kristallisation ist die Zuckerfabrikation. Der Begriff der Kristallisation wird auch im übertragenen Sinne verwendet, wenn einem/jemandem etwas (eine Situation, ein Gedanke etc.) langsam immer klarer wird.

Weblinks

Kategorie:Trennverfahren Kategorie:Kristallographie Kategorie:Verfahrenstechnik

Magma

Magma (griechisch: „geknetete Masse“) heißt die Masse aus Gesteinsschmelze, die in der tieferen Erdkruste und im oberen Erdmantel entsteht. Magma ist die Ursache des Vulkanismus (s. auch Vulkan) und hat eine große Bedeutung für die Gesteinsbildung, da sich aus erstarrendem Magma Gesteine, die Magmatite, bilden. Diese gliedern sich in Plutonite, wenn das Magma im Erdinneren langsam abkühlt, und Vulkanite, wenn das Magma beim Austritt an die Erdoberfläche (zum Beispiel als Lava oder in Form von Pyroklasten) schnell abkühlt. Zu den Plutoniten zählt zum Beispiel der Granit, zu den Vulkaniten der Basalt.

Eigenschaften und Klassifikation

Je nach Zusammensetzung und Druckverhältnissen beträgt die Temperatur von Magma zwischen 700 °C und 1250 °C. Magmen sind in der Regel silikatische Gesteinsschmelzen, das heißt, sie bestehen zu großen Teilen (40-75%) aus SiO₂. Magmen werden grob nach ihrer Mg- und Fe-Konzentration und dem Silikatgehalt unterschieden in Fe
- felsische oder rhyolithische Schmelzen (SiO₂-Gehalt > 65%) (früher sauer)
- intermediäre oder andesitische Schmelzen (SiO₂-Gehalt zwischen 52% und 65%).
- mafische oder basaltische Magmen (SiO₂-Gehalt < 52%) (früher basisch) Die häufig verwendete Einteilung in saure und basische Magmen stammt von dem Begriff Kieselsäure, der oft verallgemeinernd für Si0₂ verwendet wird. Da der Säure-Base-Begriff jedoch in der Chemie genau definiert und im Zusammenhang mit Magmen missverständlich ist, wird er durch felsisch (reich als Feldspat und Quarz, hell) und mafisch (reich am Magnesium und Ferrum, dunkel) ersetzt.

Entstehung

Die Entstehung von Magma ist ein erst teilweise verstandener Prozess. Es ist bekannt, dass der Erdmantel bis zur Grenze des Erdkerns in mehreren tausend Kilometern weitgehend fest ist. Das Vorkommen flüssiger Schmelzen ist nur unter besonderen Bedingungen erklärbar, unter denen es zu partiellen Gesteinsschmelzen kommt. Das Magma sammelt sich in Magmakammern, da das leichtere Magma durch das schwerere Umgebungsgestein nach oben steigt, dort Hohlräume auffüllt und durch Aufschmelzen erweitert. Diese Vorgänge spielen sich in Zeiträumen von einigen zehntausend bis zu mehreren hunderttausend Jahren ab. Die Kristallisation von Magma ist ebenfalls ein komplexer Prozess, bei dem neben der Zusammensetzung der Ausgangsschmelze die Druckverhältnisse, der Wassergehalt und das Umgebungsgestein eine Rolle spielen. Dabei kommt es durch magmatische Differentation und fraktionierte Kristallisation zur Bildung unterschiedlicher Gesteine. Magma entsteht in geologisch besonders aktiven Bereichen:
- Mittelozeanische Rücken
- Subduktionszonen
- Manteldiapire Mittelozeanische Rücken und Subduktionszonen sind Phänomene der Plattentektonik und kennzeichnen auseinanderdriftende oder zusammenstoßende Lithosphärenplatten. An den Mittelozeanische Rücken werden die Platten auseinandergerissen und es entstehen Gräben und Spalten, in die Schmelzen aus dem oberen Mantel aufsteigen, meist in der Form basaltischer Laven. In Subduktionszonen wird Material der Lithosphäre durch die abtauchende Platte in die heißen Zonen des Erdinneren befördert, wo es aufschmilzt und Magmakörper bildet. Manteldiapire oder Plumes sind schmale Säulen aufgeschmolzenen Materials, deren Wurzeln in großen Tiefen des Erdmantels liegen. Diese Diapire oder Hot Spots treten auch weit entfernt von Plattengrenzen auf und führen dann häufig zur Entstehung von Intraplattenvulkanen. Kategorie:Vulkanismus ja:マグマ ko:마그마 ms:Magma th:หินหนืด

Temperatur

Die Temperatur ist eine physikalische Zustandsgröße, die vom Menschen als Wärme beziehungsweise Kälte empfunden wird. Hohe Temperaturen bezeichnet man als heiß, niedrige als kalt. Tatsächlich jedoch beschreibt die Temperatur die mittlere kinetische Energie pro Teilchen, sie ist eine makroskopische und damit phänomenologische Größe und verliert bei Betrachtungen auf Teilchenebene ihren Sinn.

Wärmeleitung und Temperaturempfinden

Stehen zwei Körper unterschiedlicher Temperatur in Wärmekontakt, so wird nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik solange Energie vom wärmeren zum kälteren Körper übertragen, bis beide im thermischen Gleichgewicht stehen und die gleiche Temperatur angenommen haben. Es gibt dabei drei Möglichkeiten der Wärmeübertragung: # Wärmeleitung # Konvektion # Wärmestrahlung Der Mensch kann Temperaturen nur im Bereich um 30 °C fühlen. Genau genommen nimmt man nicht Temperaturen wahr, sondern die Größe des Wärmestroms durch die Hautoberfläche, weshalb man auch von einer gefühlten Temperatur spricht. Dies hat für das Temperaturempfinden einige Konsequenzen:
- Temperaturen oberhalb der Oberflächentemperatur der Haut fühlen sich warm an, solche unterhalb empfinden wir als kalt
- Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Metalle, führen zu höheren Wärmeströmen und fühlen sich deshalb wärmer beziehungsweise kälter an, als Materialien mit niedrigerer Wärmeleitfähigkeit, wie Holz oder Polystyrol
- Bei gleich kalter Außentemperatur ist die gefühlte Temperatur bei Wind durch den Windchill niedriger als bei Windstille
- Der Mensch kann Lufttemperatur von überlagerter Wärmestrahlung nicht unterscheiden, was auch ganz allgemein gilt und unter anderem dazu führt das Lufttemperaturen immer im Schatten gemessen werden
- Gleiche Temperatur wird von den beiden Händen als unterschiedlich wahrgenommen, wenn diese selbst unterschiedliche Oberflächentemperatur aufweisen Genaugenommen gilt dies nicht nur für das menschliche Empfinden, auch in vielen technischen Anwendungen ist nicht die Temperatur von Bedeutung, sondern der Wärmestrom. So hat die Atmosphäre der Erde oberhalb 1000 km Temperaturen von mehr als 1000 °C, dennoch verglühen deshalb keine Satelliten. Auf Grund der geringen Teilchendichte ist der Energieübertrag minimal.

Temperatur, thermische Energie und der Nullte Hauptsatz der Thermodynamik

Die formalen Eigenschaften der Temperatur werden in der Thermodynamik behandelt und dort über die Entropie S und die innere Energie U definiert. Man bezeichnet die Temperatur hier als eine systemeigene, intensive Zustandsgröße. Im eindimensionalen Fall in x-Richtung kann man die Temperatur über folgende Gleichung definieren: :

\frac = \frac

Bei einer sehr großen Ansammlung von Teilchen und dem Vorliegen eines idealen Gases, kann man die Maxwell-Boltzmann-Verteilung anwenden und in der Folge die Temperatur wie folgt definieren: :

T := \frac

Hierbei stehen die einzelnen Formelzeichen für folgende Größen:
- M - Molmasse
- R - universelle Gaskonstante
-

\sqrt

- quadratisch gemittelte Teilchengeschwindigkeit (hier zum Quadrat) Die Temperatur ist damit ein Maß für den durchschnittlichen ungerichteten, also zufälligen, Bewegungsenergieanteil (kinetische Energie) einer Ansammlung von Teilchen. Die Teilchen sind hierbei die Luftmoleküle bzw. die Moleküle oder Atome eines Gases, einer Flüssigkeit oder eines Festkörpers. In der statistischen Mechanik steht die Temperatur mit der Energie pro Freiheitsgrad in Zusammenhang. Im idealen Gas aus einatomigen Molekülen sind das drei Translationsfreiheitsgrade pro Molekül und bei mehratomigen Gasen können weitere Rotationsfreiheitsgrade hinzu kommen. Bei Gasen kann man diesen Zusammenhang zwischen Temperatur und Teilchengeschwindigkeit nach obiger Beziehung sogar quantitativ angeben. Eine Verdopplung der Temperatur auf der Kelvin-Skala führt bei idealen Gasen zu einer Erhöhung der quadratisch gemittelte Teilchengeschwindigkeit um den Faktor 2^½ = 1,414. Zwei unterschiedliche Gase haben dann die gleiche Temperatur, wenn das Produkt aus der Molmasse des jeweiligen Gases und dem Quadrat der quadratisch gemittelten Teilchengeschwindigkeit gleich groß ist. Im thermischen Gleichgewicht nimmt jeder Freiheitsgrad der Materie (Bewegung, potenzielle Energie, Schwingungen, elektronische Anregungen etc.) eine der Temperatur entsprechende Menge an Energie auf. Wieviel genau muss aus der kanonischen Verteilung (Boltzmannkonstante) berechnet werden und ist durch das Verhältnis von Energie zu Temperatur mal Boltzmannkonstante k_B bestimmt. Bei der kontinuierlichen (klassischen) kinetischen Energie ist dies genau k_BT/2. Die Boltzmannkonstante ergibt einen Zusammenhang zwischen Energie und Temperatur, welcher 11.606,7 Kelvin pro Elektronenvolt beträgt. Bei Raumtemperatur (300 Kelvin) ergibt dies 0,0258472 eV. Die durchschnittliche kinetische Energie der Teilchen ist abhängig von der Molekülmasse bzw. Molmasse. Dabei sind die schweren Teilchen jedoch auch langsamer. Bei idealen Gasen gleichen sich Massenerhöhung und Geschwindigkeitsernierdrigung gegenseitig aus, was zum Gesetz von Avogadro führt. Die thermische Energie ist jedoch wie die Temperatur selbst nur ein Mittelwert innerhalb eines Vielteilchensystems und ihr Zusammenhang mit der Teilchengeschwindigkeit lässt sich ebenfalls aus der Maxwell-Boltzmann-Verteilung ableiten: :

\overline = \frac m \overline

Das thermische Gleichgewicht hat eine wichtige Eigenschaft, welche in der Thermodynamik zur Formulierung des Nullten Hauptsatzes führt. Wenn ein System A sich mit einem System B sowie B sich mit einem System C im thermischen Gleichgewicht befinden, so befindet sich auch A mit C im thermischen Gleichgewicht. Das thermische Gleichgewicht ist damit transitiv, was es möglich macht die empirische Temperatur θ einzuführen. Diese ist so definiert, dass zwei Systeme genau dann die gleiche empirische Temperatur haben, wenn sie sich im thermischen Gleichgewicht befinden.

Messung der Temperatur

Messung durch Kontakt

Die Temperaturmessung erfolgt mit Hilfe von Thermometern oder anderen wärmesensitiven Messgeräten. Bei Messungen mit massebehafteten Sensoren ist der Wärmeleitung besonders Rechnung zu tragen: Man muss genügend lange warten, bis diese Temperatur-Angleichung im Rahmen der gewünschten Messgenauigkeit eingetreten ist. Andererseits können dabei andere Einflüsse wirksam werden (z.B. Wärmestrahlung, eigener Atem). Die Messgenauigkeit wird bei den feinsten Methoden durch die Brownsche Molekularbewegung begrenzt, bei der Lufttemperatur aber meist durch lokale Turbulenzen. Die Temperaturerfassung durch Kontakt ist in vier Teilbereiche aufzuteilen: #die mechanische Erfassung mittels #
- Gas- oder Flüssigkeitsthermometer (z.B. traditionelle Quecksilber- oder Alkoholthermometer) #
- Bimetallthermometer #
- Temperaturmessfarben (auch thermochromatische Farben; Farbumschlag bei einer bestimmten Temperatur) #
- Seeger-Kegel (Formkörper, die ihre Festigkeit und dadurch ihre Kontur bei einer bestimmten Temperatur ändern) #die resistiven Temperaturaufnehmer (Widerstandsthermometer) #die Thermoelemente #die indirekte, erfahrungsgestützte Messung über tabellierte Stoffdaten (zum Beispiel umgekehrte Schmelzpunktbestimmung) Schmelzpunktbestimmung

Messung durch elektromagnetische Strahlung

Die Temperatur kann indirekt durch die Wärmestrahlung mit einem Pyrometer gemessen werden. Durch diese ist auch eine Thermografie möglich, also eine Farbanzeige oder Hell-Dunkel Darstellung der Temperatur von Flächen und Räumen wie im Bild zur Linken, welches einem Kaffeeautomaten zeigt. Gut erkennbar ist hierbei auch die thermische Spiegelung. Eine andere Art der Temperaturmessung durch elektromagnetische Strahlung auch anderer Wellenlängenbereiche bieten die Bolometer. Siehe hierzu auch Messgeräte, Messtechnik, Messung und Kategorie Temperaturmessung
Temperaturskalen und ihre Einheiten

SI-Einheit
Die SI-Einheit der thermodynamischen Temperatur (Formelzeichen: T) ist Kelvin (Einheitenzeichen: K). Ein Kelvin ist der 273,16te Teil der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunktes von Wasser, bei dem dessen feste, flüssige und gasförmige Phase koexistieren. Der Nullpunkt der Kelvinskala liegt beim absoluten Nullpunkt. Es ist üblich und nützlich Temperaturdifferenzen immer in Kelvin anzugeben.
Nicht-SI-Einheiten
Die empirische Temperatur (Formelzeichen:

\vartheta

; gelegentlich auch t), auch als Celsiustemperatur bezeichnet, da in Grad Celsius (Einheitenzeichen: °C) angegeben, ergibt sich damit aus der thermodynamischen Temperatur durch : $\vartheta/^\circ\mathrm = T/\mathrm-273,\!15$ . Temperaturdifferenzen können vom Prinzip her auch in Grad Celsius angegeben werden, das den gleichen Skalenabstand aufweist wie die Kelvin-Skala, dessen Nullpunkt sich aber auf den Gefrierpunkt von Wasser beim Normaldruck (mittlerer Luftdruck auf Meereshöhe) bezieht. Der so festgelegte Gefrierpunkt liegt gerade 0,01 K unterhalb der Temperatur des Tripelpunktes von Wasser. In den USA ist die Fahrenheit-Skala mit der Einheit Grad Fahrenheit (Einheitenzeichen: °F) immer noch sehr gebräuchlich. Die absolute Temperatur auf Fahrenheit-Basis wird mit Grad Rankine (Einheitenzeichen: °Ra) bezeichnet. Die Rankine-Skala hat den Nullpunkt wie die Kelvin-Skala beim absoluten Temperaturnullpunkt, im Gegensatz zu dieser jedoch die Skalenabstände der Fahrenheit-Skala.
Temperaturskalen
Eine Temperaturskala ist eine Methode der Angabe einer Temperatur in einer Skala und damit der Bestimmung der jeweiligen Messtemperatur in Bezug zu einem Vergleichswert. Zu ihrer Erstellung werden immer mindestens zwei Fixpunkte benötigt. Diese legt man bei bestimmten temperaturabhängigen Eigenschaftsänderungen von Stoffen oder auch anderen Messergebnissen fest. Die häufigsten Fixpunkte sind hierbei der absolute Temperaturnullpunkt, sowie der Schmelzpunkt und Siedepunkt von Wasser. Ausgehend von diesen Fixpunkten wählt man einen Gradabstand für die Größe des Intervalls zwischen zwei Graden und kann auf diese Weise eine Maßeinheit für die Temperatur definieren. Es ist dabei jedoch wichtig, dass der Temperaturbereich zwischen den gewählten Fixpunkten einen konstanten Anstieg aufweist, da man ansonsten unterschiedlich große Gradabstände erhält, je nachdem ob die betrachtete Temperatur näher oder ferner von einem der Fixpunkte liegt. Die bekanntesten Temperaturskalen mit ihren verschiedenen Charakteristika sind in den folgenden Tabellen dargestellt. Die heute gültige Temperaturskala ist die "International Temperature Scale of 1990" (ITS-90). :¹ Einige Werte dieser Tabelle sind gerundet :² Übliche Körpertemperatur ist 36.8 °C ± 0.7 °C, oder 98.2 °F ± 1.3 °F Ein Programm zur automatischen Temperaturumrechnung ist in den Weblinks zu finden.
Ausgewählte Temperaturen
Spezifische Stoffwerte können den entsprechenden Artikel wie beispielsweise Siedepunkt und Schmelzpunkt entnommen werden. Ein Vergleich der Größenordnung von Temperaturen der Kelvin-Skala ist gesondert dargetellt.
Siehe auch

- Kategorie Schwellenwerte der Temperatur
- Absolute Temperatur
- Kritische Temperatur
- Curie-Temperatur
- Debye-Temperatur
- Boyle-Temperatur
- Dopplertemperatur
- Oberflächentemperatur
- Rekristallisationstemperatur
- Potenzielle Temperatur
- Virtuelle Temperatur
- Temperaturresistenz
- Tagesmitteltemperatur
- Wärmekapazität
Weblinks

- [http://www.chemie.fu-berlin.de/chemistry/general/units.html#temp Temperatur-Umrechnung]
- [http://www.temp-web.de/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=26 Informationen rund um die Temperatur]
- [http://www.its-90.com/ Website der ITS-90 (engl.)]
- [http://www.marco-burmeister.de/index_frameaufbau.html?helferlein_temperatur_grad Umrechnungen zw. den Temperaturskalen Celsius, Fahrenheit, Kelvin, Rankine, Réaumur (Online)] Kategorie:Physikalische Größe Kategorie:Thermodynamik Kategorie:Temperaturmessung ja:温度 ko:온도 th:อุณหภูมิ

Magmatisches Gestein

Als magmatische Gesteine oder Magmatite (Erstarrungsgesteine) fasst man in der Geologie alle Gesteine zusammen, die durch Erstarrung von Magma entstehen und daher ihren Ursprung in Prozessen des Erdinneren haben. Die Magmatite (oft auch als Eruptiv- oder Massengesteine bezeichnet) sind eine der 3 Hauptgruppen der Petrografie. Die zwei anderen Gesteinsarten, die eine sehr unterschiedliche Entstehungsgeschichte und Struktur haben, sind die Sedimente und die metamorphen Gesteine. Im Mineralgehalt können die 3 Gruppen jedoch ähnlich sein. Magmatische Gesteine sind im Allgemeinen die natürlichen Kristallisationsprodukte einer heißen silikatischen Schmelze, dem so genannten Magma. Tritt diese glühend-flüssige Masse aus dem Erdinnern an der Oberfläche, wird sie Lava genannt. Ob die Abkühlung und Erstarrung der Gesteinsschmelze ober- oder unterirdisch erfolgt, hat einen deutlichen Einfluss auf die Kristallisation und die Textur der entstehenden Gesteine. Daher werden die Magmatite in zwei bis drei Gesteinsgruppen gegliedert:

Tiefen- und Ergussgesteine

Tiefengesteine oder Plutonite werden die Produkte der Magma genannt, wenn diese innerhalb der Erdkruste - also in gewisser Tiefe - erstarrt und kristallisiert. Die Plutonite (nach Pluto, dem altgriech.Gott der Unterwelt) haben mittel- bis grobkörnige Struktur: Ihre bekanntesten Vertreter sind die Granite, sowie der Diorit und der Syenit. Sie lassen sich gut nach ihrer Helligkeit, der Struktur und dem Gehalt an SiO₂ unterscheiden. Je schneller die Schmelze erkaltet, desto feinkörniger wird das Gestein. Je länger hingegen der Prozess der Erstarrung dauert (z.B. bei guter Isolierung durch die Nebengesteine oder bei geringen Magmamassen wie bei den Ganggesteinen), desto mehr Zeit haben die Minerale der Magma, größere Kristalle zu bilden. Ergussgesteine oder Vulkanite sind jene Eruptivgesteine, die durch Erstarren des Magma an der Erdoberfläche entstehen. Infolge der raschen Erstarrung sehen sie völlig anders aus als die Tiefengesteine und sind fein- bis mittelkörnig. Zum oberflächennahen Ausfließen des Magmas kommt es, wenn die Schmelze stark überhitzt ist oder bei Vulkanen bzw. an tektonische Schwächezone der Plattentektonik rasch emporsteigen kann. Die Ergussgesteine werden auch als Extrusiv-, Ausbruchs-, Effusiv- und Vulkanische Gesteine bezeichnet. Zu den bekanntesten Vertretern dieser Gesteinsgruppe zählen die Basalte sowie der Andesit und der Trachyt. Teilweise werden auch die Ganggesteine (Subvulkanite, Übergangs- oder Mesomagmatite) als eigene Gesteinsgruppe geführt, teilweise jedoch den beiden obgenannten Gruppen zugeordnet. Sie entstehen durch Intrusion magmatischer Schmelzen in oder zwischen vorhandene Gesteinskörper und haben eine Verbindung zu Vulkanen der Erdoberfläche und zu Plutonen der Tiefe und können außer Gängen auch Quellkuppen oder Lagergänge bilden; siehe auch Lakkolith).

Weitere Eigenschaften der Magmatite

Das Magma (bzw. die aus ihm entstehenden Gesteine) können auch nach ihrem Chemismus und anderen Aspekten unterteilt werden:
- Nach ihrem Mineralbestand - z.B. karbonatische und sulfidische Schmelzen
- Menge an gelösten Gasen (eine Minimalmenge ist praktisch immer vorhanden)
- Herkunftstiefe des Magmas; Magmaherde finden nicht nur im Erdmantel, sondern auch in verschieden großen Tiefen der unteren Erdkruste.
- Ursprünglicher Gehalt der Magma an bereits auskristallierten Mineralen (meist solche mit sehr hohem Schmelzpunkt.

Umwandlung der Magmatite in andere Gesteine

Obwohl sich die einzelnen magmatischen Gesteine im Erscheinungsbild stark von Sedimenten oder Metamorphiten unterscheiden, können sie ihnen mineralogisch nahe verwandt sein. Langfristig werden sie im sog. Kreislauf der Gesteine vielfach in diese anderen Gesteinstypen umgewandelt - nämlich durch verschiedene Arten der Verfrachtung, durch größere Änderungen ihrer Temperatur und durch globale bzw. regionale bzw. tektonische Vorgänge: # in Metamorphite - durch Temperatur- oder Druckzunahme, wenn sie wieder in größere Tiefen gelangen # in andere metamorphe Gesteine - im Zuge einer Gebirgsbildung (Auffaltung, Überschiebung usw.), siehe auch Hohe Tauern # in Sedimente (Lockergestein) - durch Erosion (Abtragung) und nachfolgende Ablagerung an neuer Stelle. Der Zyklus dieses Kreislaufs der Gesteine - der aber selten ganz vollständig ist - dauert im Durchschnitt etwa 200 Millionen Jahre. Obwohl er den Geologen im Prinzip schon lange bekannt ist, wurde er erst vor einigen Jahrzehnten zum wissenschaftlichen Allgemeingut der gesamten Geowissenschaften.

Wichtige Arten von Magmatiten

Siehe auch

- Liste der Gesteine
- Liste der Gesteine nach Genese
- Gebirge, Gebirgsbildung, Tektonik, Grabensystem
- Kieselsäure, Quarz, Tonalit
- Gabbro, Andesit, Dazit, Phonolith, Rhyolith
- Bimsstein, Vulkan
- Streckeisendiagramm

Literatur

- Hans Cloos: Einführung in die Geologie. Lehrbuch, 503p. Gebrüder Borntraeger, Berlin 1963.
- Albert Streckeisen: Minerale und Gesteine. Hallwag-Taschenbuch, Bern-Stuttgart 1977.

Weblinks

- [http://www.kristallin.de/gesteine/ Gesteinsgruppen und Abbildungen; Porphyre]
- [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Kategorie geolog.Kategorien, Mineralienatlas] Kategorie:Geologie Kategorie:Geophysik Kategorie:Petrologie Kategorie:Vulkanismus ja:火成岩 ko:화성암 th:หินอัคนี

Intrusion

Intrusion (engl. Eindringen) bedeutet
- das Eindringen von fließfähigem Material (z.B. Magma) in bereits existierende Gesteinskörper. Die dabei entstehenden Gesteine nennt man Intrusivgesteine.
- in der Computer-Branche als angelsächsisches Lehnwort das Eindringen etwa von Hackern, Viren etc. in Computersysteme, also den Bruch der Netzwerksicherheit, siehe zum Beispiel Intrusion Detection System
- in der Psychologie die unauslöschliche seelische Prägung durch eine traumatische Erfahrung, die sich in ungewollt aufdrängenden, wiederkehrenden und belastenden Gedanken/Erinnerungen an das traumatische Ereignis äußert.

Magma

Eigenschaften und Klassifikation

Entstehung

Vulkanite

Vulkanite sind magmatische Eruptivgesteine. Andere Namen (Synonyme) sind vulkanisches Gestein, Ergussgestein, Effusivgestein und Extrusivgestein. Bei Eruptivgestein handelt es sich um ein Gestein, das bei der Erstarrung von aus dem Erdinneren an die Erdoberfläche aufgestiegenem Magma, dann Lava genannt, entstanden ist. Neben den Eruptivgesteinen gibt es noch die Tiefengesteine (Plutonite), die ebenfalls durch Abkühlen von Magmen, allerdings ohne Verbindung zur Erdoberfläche entstanden sind. Eruptivgesteine enthalten im Gegensatz zu den Tiefengesteinen nur sehr kleine, meist nicht mit dem bloßen Auge erkennbare Kristalle, was zu einer gleichmäßigeren Färbung führt. Dies liegt daran, dass durch ihre schnelle Abkühlung zu wenig Zeit zum Wachstum großer Kristalle blieb. Sie können aber auch Einsprenglinge (Xenolithe) aus größeren Tiefen mit sich führen. Typisch sind hier etwa die in den Basalt-Tuffen der Eifel zu findenden Olivin-Bomben. Die Einteilung der Vulkanite erfolgt unter anderem mit Hilfe des Streckeisendiagramms. Eruptivgesteine können viele Gasblasen enthalten und eine Fließtextur aufweisen, das heißt, man sieht ihnen an, dass sie geflossen sind.

Beispiele

- Basalt
- Bimsstein
- Lava
- Bomben
- Tuff
- Obsidian Kategorie:Gestein Kategorie:Vulkanismus

Quarz

Quarz ist ein im trigonalen Kristallsystem kristallisierendes Silikat-Mineral mit Härte 7, sehr variabler Farbe (auch farblos) und weißer Strichfarbe. Es besteht wie das amorphe Quarzglas vollständig aus Siliziumdioxid (SiO₂). Quarz wird gelegentlich mit dem Kalzit verwechselt, kann jedoch durch seine größere Härte, die niedrigere Doppelbrechung und die Reaktion des Kalzits mit verdünnter Salzsäure leicht von diesem unterschieden werden. Quarz ist ein häufiges gesteinsbildendes Mineral und sehr erosions- und verwitterungsbeständig.

Varietäten und Modifikationen

Verschiedene Einzelminerale und Schmucksteine werden zu den Quarzen gerechnet. Sie bestehen alle aus SiO₂, enthalten aber Verunreinigungen, unter anderem durch Eisen, Mangan, Titan oder Eisenhydrate, welche verschiedene Färbungen hervorrufen. Zu den Quarzen zählen unter anderem die Varietäten:
- Achat, Amethyst, Aventurin
- Bergkristall
- Chalcedon, Chrysopras, Citrin
- Eisenkiesel
- Falkenauge
- Heliotrop
- Jaspis
- Quarz-Katzenauge, Karneol (Carneol)
- Milchquarz, Moosachat, Morion
- Onyx
- Prasem
- Rauchquarz, Rosenquarz
- Saphirquarz, Sarder, Sardonyx
- Tigerauge Die Modifikationen des Quarz haben dieselbe chemische Zusammensetzung wie Quarz, das Kristallgitter, wenn vorhanden, ist jedoch anders aufgebaut. Man unterscheidet insbesondere folgende Modifikationen:
- den wasserhaltigen, amorphen Opal
- die Hochdruckmodifikationen Coesit, Cristobalit, Stishovit und Tridymit
- den kubisch kristallisierenden Melanophlogit Die meisten Modifikationen können selbst wieder in verwandte, aber kristallographisch verschiedene Kristallstrukturen unterteilt werden. Quarz selbst ist nur bei niedriger Temperatur in der trigonalen α-Quarz-Phase stabil. Bei 573 Grad Celsius findet eine Phasenumwandlung in die hexagonale β-Quarz-Phase statt. Die höhere Symmetrie des β-Quarz führt unter anderem zum Verlust der piezoelektrischen Eigenschaften. Den Übergang von der β-Quarz Phase zum α-Quarz kann man sich leicht vereinfacht durch Kippen robuster Tetraeder um die <100> Achse veranschaulichen. Die Kipprichtung entscheidet über die Orientierung des α-Quarzes. Diese beiden Orientierungen der α-Quarz Phase werden als Dauphiné-Zwillinge des Quarz bezeichnet.

Struktur

Der Quarz ist ein Gerüstsilikat das aus SiO₄-Tetraedern besteht. Über die Sauerstoffatome in den Ecken entsteht die Atombindung, in dem sich jedes Siliziumatom vier halbe Sauerstoffatome teilt und damit den Ladungshaushalt ausgleicht.

Vorkommen

Quarz findet sich häufig in Form sechsseitiger Kristalle, die im Einzelfall mehrere Tonnen schwer werden können. Das Mineral entsteht meist in der kontinentalen Kruste und findet sich dort in Form wohlentwickelter Kristalle, als Kruste auf Oberflächen und als Auskleidung natürlicher Höhlungen, so genannter Geoden. Als sehr häufig vorkommendes Mineral, das einen Anteil von zwölf Prozent an der Mineralzusammensetzung der Erdkruste ausmacht, tritt Quarz sowohl in magmatischen und metamorphen Gesteinen als auch in Sandstein und Kreidekalken organischen Ursprungs auf: In magmatischen Gesteinen ist Quarz typisch für Granit, Rhyolith, Pegmatit oder Hydrothermaladern. Gabbro und Pyroxenit, die aus siliziumdioxidarmen Magmen entstanden sind, enthalten dagegen nur wenig Quarz. Ein wichtiges quarzhaltiges metamorphes Gestein ist Gneis, in dem das Mineral oft reine Adern bildet. Daneben ist Quarz auch wichtiger Bestandteil von Sedimentgesteinen: Viele Sande, sowie allgemeiner Fluss- und Meeresablagerungen, enthalten wegen der hohen Erosionsbeständigkeit des Minerals Quarz. Aus komprimierten und zusammenzementierten Quarzkörnern entsteht der Quarzsandstein.

Bedeutung als Rohstoff

Quarz findet je nach Varietät zahlreiche verschiedene Anwendungen: Quarzvariationen wie der Achat, der violette Amethyst, der zitronengelbe Citrin, der blutrote Jaspis oder der massive, schwarz-weiß gestreifte Opal werden wegen der großen Härte und der guten Schneid- und Polierbarkeit des Minerals in der Schmuckindustrie zu Schmucksteinen verarbeitet. Reiner Bergkristall wird zu optischen Prismen und Linsen geschliffen; Quarz allgemein findet in der Glas- und Keramikindustrie Verwendung. Da Quarz nur mit wenigen Chemikalien reagiert, kann er auch gut für Gefäße verwendet werden. Bei der Wirbelschichtverbrennung wird Quarzsand mit der Luft verwirbelt, um die Wärmeübertragung zu verbessern und den Verbrennungsvorgang zu optimieren. Daneben findet Quarz Anwendung in Form feuerfester Steine. Seine hohe Festigkeit, die Pflanzenbewuchs verhindert, führt dagegen zum Einsatz des Minerals als Eisenbahnschotterkörper. Quarz ist allerdings ungeeignet als Straßenschotter, da er zu hart ist, schlecht bindet und einen raschen Verschleiß bei den Autoreifen verursacht. Die piezoelektrischen Eigenschaften des Quarz werden in Form von Schwingquarzen ausgenutzt, die ähnlich einem Pendel bei Anlegen einer elektrischen Spannung in einer festen Frequenz schwingen. Der Bau sehr genau gehender Quarzuhren wurde so möglich, doch auch die Taktfrequenz von Computern und der Farbträger in so gut wie allen Farbfernsehgeräten wird durch Schwingquarze vorgegeben. Daneben ist Quarz auch geeignet für Druckmessungen und in der Hochfrequenztechnik. Zum Einsatz kommt Quarz auch in Normmaßstäben und Normgewichten, sowie als Faden für Torsionswaagen. Quarzkristallplatten aus unverwittertem Quarz werden in der Elektroakustik verwendet. Weitere Anwendungen findet Quarz schließlich in Quarzlampen.

Quarz und Fossilisierung

Dringt siliziumreiches Grundwasser in das Gewebe abgestorbener, holziger Pflanzen ein, so können diese durch Auskristallisierung von Quarz fossilisieren und zwar oft so, dass die ursprüngliche Zellstruktur erhalten bleibt. Paläobotaniker können daraus heute Schlüsse zum Beispiel zu den einstigen Wachstumsbedingungen der Pflanze ziehen.

Geschichte

Quarz war im Mittelalter eine Bezeichnung für das Bergwerk, sowie für alle Kristalle. Erst mit Georgius Agricola wurde der Begriff auf Bergkristalle eingeschränkt. Die Wortherkunft ist unklar. In Frage kommen altslawisch tvurdu für „hart“ und mittelhochdeutsch querch für „Zwerg“. Die Bezeichnung "Quarz" hat sich international durchgesetzt. Siehe auch: Liste von Mineralen

Literatur

- Edition Dörfler: Mineralien Enzyklopädie, Nebel Verlag, ISBN 3-89555-076-0
- Rudolf Rykart: Quarz-Monographie, Ott-Verlag, ISBN 3-72256-204-X

Weblinks

- [http://www.mineralienatlas.de/phpwiki/index.php/Quarz Quarz im Mineralienatlas]
- http://www.mineralien-basel.ch Quarzmodellbogen Kategorie:Schmuckstein Kategorie:Mineral Kategorie:Wortexport ja:石英 ko:석영

Plagioklas

Feldspat ist eine Gruppe sehr häufiger, quasi „auf dem Feld“ vorkommender Silikat-Minerale der chemischen Zusammensetzung (Na,K,Ca,Ba) (Al,Si)₄O₈. Die in Klammern angegebenen Elemente können sich jeweils gegenseitig vertreten, stehen jedoch immer im selben Mengenverhältnis zu den anderen Bestandteilen des Minerals. Feldspat kristallisiert entweder im monoklinen oder im triklinen Kristallsystem, hat eine mittlere Härte von 6 bis 6,5 und eine sehr variable Farbe, die von farblos über weiß, rosa, grün, blau bis braun reicht. Strichfarbe ist weiß. Feldspat zählt zu den wichtigsten gesteinsbildenden Mineralen.

Klassifikation

Feldspate lassen sich in drei verschiedene Gruppen einteilen:
- Alkalifeldspäte der Ab-Or-Mischreihe mit den Endgliedern Albit (NaAlSi₃O₈) und Kalifeldspat (KAlSi₃O₈) bzw. Orthoklas/Mikroklin und den Mischkristallen Anorthoklas, Na-Sanidin und Sanidin haben einen hohen Anteil an Kalium und Natrium. Sie sind allerdings nur bei hohen Temperaturen stabil mischbar. Bei der Abkühlung kommt es zu Entmischungen, die sich in natriumreichen Lamellen in Kalifeldspat („Perthit“), bzw. in kaliumreichen Lamellen in Albit („Antiperthit“) äußern. Den Vorgang selbst bezeichnet man als "perthitische Entmischung".
- Plagioklase (auch Kalknatronfeldspäte) der Ab-An-Mischreihe mit den Endgliedern Albit (NaAlSi₃O₈) und Anorthit (CaAl₂Si₂O₈) und den Mischkristallen Oligoklas, Andesin, Labradorit und Bytownit zeichnen sich dagegen durch einen großen Gehalt an Kalzium und Natrium aus.
- Ternäre Feldspäte im inneren des Dreiecks aus Kalifeldspat-Albit-Anorthit mit einer jedoch bei sinkenden Temperaturen zunehmend großen Mischungslücke. Die Bezeichnung eines Einzelminerals kann auch mittels Prozentangaben erfolgen: Zum Beispiel stellt man einen An-Ab-Mischkristall aus 60 Prozent Albit und 40 Prozent Anorthit mit Ab₆₀An₄₀ oder auch nur kurz Ab₆₀ bzw. An₄₀ dar und bezeichnet ihn aufgrund dieser Zusammensetzung als Andesin.

Einzelminerale und Varietäten

- Albit (NaAlSi₃O₈) ; triklin
- Periklin, Cleavelandit
- Andesin ((Na,Ca)Al(Si,Al)₃O₈) ; triklin
- Anorthit (CaAl₂Si₂O₈) ; triklin
- Labradorit (Ca,Na)Al(Si,Al)₃O₈) ; triklin
- Mikroklin (KAlSi₃O₈) ; triklin
- Amazonit
- Oligoklas ((Na,Ca)Al(Si,Al)₃O₈) ; triklin
- Peristerit, Sonnenstein
- Hyalophan ((K,Ba)Al(Si,Al)₃O₈) ; monoklin
- Sanidin (KAlSi₃O₈) ; monoklin
- Orthoklas (KAlSi₃O₈) ; monoklin
- Adular, Mondstein

Vorkommen

Feldspate treten meist in Form tafeliger oder säuliger, oft verzwillingter Kristalle auf und finden sich sowohl in magmatischen als auch in metamorphen und Sedimentgesteinen. Welcher Feldspattyp sich in einem gegebenen magmatischen Gestein findet, hängt von der chemischen Zusammensetzung und der Temperatur der ursprünglichen Schmelze ab: Kalifeldspate bilden sich bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen in siliziumdioxidreichen Magmen, die beim Abkühlen die Gesteine Granit und Rhyolith bilden. Ist die Schmelze dagegen eher arm an Siliziumdioxid und kristallisiert bei vergleichsweise hoher Temperatur, so entstehen Kalknatronfeldspate, die sich dann in Gesteinen wie Gabbro oder Basalt finden.

Verwendung als Rohstoff

Einige Varietäten des Feldspat wie Labradorit oder Orthoklas finden bei geeigneter Qualität als Schmuckstein Verwendung. Feldspat ist neben Kaolin und Quarz ein wichtiger Bestandteil bei der Porzellanherstellung. Siehe auch: Liste von Mineralen

Weblinks

- [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Feldspat Mineralienatlas - Feldspat]
- [http://peridot.min.uni-koeln.de/reinersworld/polmin/Mineral/fsp/fspform.htm Feldspat-Seite von der Universität Köln] Kategorie:Mineral ja:長石 ko:장석

Foide

Foide sind Mineralien, die in magmatischem Gestein bei Kieselsäuremangel vorkommen. Foide kommen in sehr basischen bis ultrabasischen Gesteinen vor, wenn der Kieselsäuregehalt nicht mehr ausreicht, um zusammen mit Aluminium, sowie Natrium und/oder Kalium zusammen Feldspäte zu bilden. Sie werden auch als Feldspatvertreter bezeichnet. Foide können daher auch nicht zusammen mit Quarz in einem Gestein vorkommen, da sich bis zum kompletten Aufbrauchen des Siliziumdioxids Feldspäte bilden würden. Varietäten:
- Leucit KAlSi₂O₆
- Nephelin (Na,K)AlSiO₄
- Sodalith Na₈Al₆Si₆O₂₄Cl₂
- Nosean Na₈Al₆Si₆O₂₄(SO₄)
- Cancrinit Na₆Ca₂Al₆Si₆O₂₄(CO₃)₂
- Analcim NaAlSi₂O₆•H₂O

Weblinks

- [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Foide Foide im Mineralienatlas WiKi]
- [http://www.meinemineraliensammlung.de/ Animierte Fotos von Mineralien] Kategorie:Mineral

Kristallisation

Weblinks

Kategorie:Trennverfahren Kategorie:Kristallographie Kategorie:Verfahrenstechnik

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

Kieselsäure

Als Kieselsäuren werden die Sauerstoffsäuren des Siliziums (SiO₂ · n H₂O) bezeichnet. Im Deutschen hat es sich eingebürgert, auch alle möglichen Formen von synthetischem Siliziumdioxid allgemein als Kieselsäure zu bezeichnen Orthokieselsäure Si(OH)₄ ist eine sehr schwache Säure. Sie entsteht durch Zersetzung von Siliciumtetrahalogeniden mit Wasser. Weitere Wasserabspaltungen führen zur Orthodikieselsäure H₆Si₂O₇ und zur Metakieselsäure (H₂SiO₃)_n. Wird auch das letzte Wasser entfernt, entsteht das Kieselsäureanhydrid SiO₂. In der Natur kommen Stützgerüste aus Kieselsäure in pflanzlichen und tierischen Lebewesen vor, etwa bei den im Meer weit verbreiteten Kieselalgen (Diatomeen) und beim Schachtelhalm. Die Kieselsäureskelette abgestorbener Kieselalgen sinken auf den Meeresgrund, reichern sich dort an und bilden Ablagerungen aus Kieselgur oder Diatomeenerde. Ablagerungen aus dem Miozän enthalten 70-90% SiO₂, 3-12% Wasser und Spuren von Metalloxiden. Kieselsäure kommt auch im Grundwasser vor. Das Regen- oder Sickerwasser, das durch die Bodenschichten nach unten rinnt, nimmt die Kieselsäure auf. Daher enthält Trinkwasser auch geringe Mengen an Kieselsäure. Als Lebensmittelzusatzstoff trägt es die Bezeichnung E 551. Als Kieselgel bezeichnet man eine kolloide Kieselsäure von elastischer bis fester Beschaffenheit, meist in Pulverform vorliegend. Sie wird z.B. als Trocknungsmittel für flüssige Medien eingesetzt.

Kieselerde

Kieselerde besteht zu etwa 94 Prozent aus Siliziumdioxid. Weitere Bestandteile sind kleinere Mengen Eisen, Kalzium, Magnesium, Phosphor und Aluminium. Kieselerde wird aus sedimentierten Kieselalgen hergestellt (abgebaut, gereinigt und gemahlen). Es wird allgemein angenommen, daß Kieselerde hilfreich für die Neubildung von Haut, Haaren, Nägeln, Zähnen, Knochen und (Binde-)Gewebe ist. Der wissenschaftliche Nachweis hierüber ist jedoch bisher nicht erbracht. Die vom Körper benötigte Menge Siliziumdioxid sollte normalerweise über die normale Ernährung gedeckt sein. Eine Überdosierung könnte eventuell die Bildung von Nierensteinen begünstigen. Der wissenschaftliche Nachweis hierüber ist jedoch ebenfalls bisher nicht erbracht.

Industrielle Nutzung

Industriell werden Kieselgele, gefällte Kieselsäuren und pyrogene Kieselsäuren großtechnisch hergestellt. Kieselgele und gefällte Kieselsäuren erhält man durch Reaktion von Wasserglas mit Schwefelsäure in saurem bzw. basischen Milieu. Reaktion: Na₂SiO₃ + H₂SO₄ --> SiO₂ + Na₂SO₄ Pyrogene Kieselsäuren werden durch Reaktion von Siliziumtetrachlorid mit Wasser, welches in einer Wasserstoffflamme gebildet wird, hergestellt. Reaktion: SiCl₄ + 2 H₂O --> SiO₂ + 4 HCl Hersteller sind beispielsweise: Kieselgele (Fa. Grace [http://www.grace.com] / Worms)
- [http://www.bnw-mineral.com/admin/Nano-Silizium-gesamt.htm Kolloidales Nano-Silizium der Fa. bnw-natur] Gefällte und pyrogene Kieselsäuren (Fa. Degussa AG, Frankfurt) Pyrogene Kieselsäure unter dem Markennamen AEROSIL [http://www.aerosil.com], gefällte Kieselsäure unter dem Markennamen SIPERNAT, ULTRASIL und SIDENT / Produktionsstandorte u. a. Wesseling bzw. Rheinfelden (Baden)), pyrogene Kieselsäuren (Fa. Wacker-Chemie GmbH, München) Pyrogene Kieselsäuren unter dem Markennamen HDK, / Produktionsstandorte u. a. Burghausen (Bayern) und Nünchritz (Sachsen)). Pyrogene Kieselsäuren benötigen keine Gefahrenkennzeichnung.

Anwendungen pyrogener Kieselsäuren

Anwendungen finden pyrogene Kieselsäuren z.B.:
- In Kunststoffen und Klebstoffen zur Verdickung/Thixothropierung, als Antiabsatzmittel, zur Verstärkung und Antiblocking.
- In Farben und Lacken auch als Korrosionsschutz und zur Verbesserung der Kratzfestigkeit.
- In Druckfarben zur Verbesserung der Druckschärfe und zur Pigmentdispergierung.
- In Pharmazie und Kosmetik als Konsistenzregler, Fließregulierungsmittel und zur Verbesserung des Freisetzverhalten von Tabletten und Kapseln.
- Pulver aus pyrogener Kieselsäure (fumed silica) wird als Stützkern bei der Herstellung von evakuierten Dämmmaterialien verwendet (VIP = Vakuum Isolations Paneele bzw. VIS = Vakuum Isolation Sandwichelemente). Das hochporöse Material erreicht schon bei relativ niedrigen Anforderungen an das anliegende Vakuum (etwa unterhalb 10 mbar) hervorragende Wärmeleitfähigkeitswerte.

Anwendungen gefällter Kieselsäuren

Typische Anwendungen für gefällte Kieselsäuren sind z.B.:
- Folien für Batterieseperatoren
- Zusätze zu Reifen, Schuhsolen und anderen Gummiartikeln (z.B. auch Handytastaturen) um Abriebsfestigkeit zu erhöhen und Nassrutschverhalten und Rollwiderstand zu verbessern
- Zusätze, die das Fließverhalten von Futtermitteln, Suppen- und Getränkepulvern oder anderen Substanzen, die nicht verbacken sollen (zum Beispiel das Pulver in Feuerlöschern), verbessern
- Beschichtungen für Inkjetpapiere, die schnelles Trocknen und eine bessere Druckqualität ermöglichen
- Entschäumer in Waschmitteln
- Proteinabsorber bei der Bierherstellung

Ernährung

Silizium geht in die Bildung von Haut, Haaren und Bindegewebe ein. Vorkommen: Vollkorngetreide (z.b. Hafer, Gerste, Hirse, Weizen), Kartoffeln, ferner ballaststoffreiches Gemüse und Obst sowie den Sprossen des Bambus. Traditionell wird Kieselerde als Nahrungsergänzung angeboten. Kategorie:Chemische Verbindung Kategorie:Gift ja:ケイ酸

PH-Wert

Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Oxoniumionenkonzentration und damit ein Maß für die Stärke der sauren bzw. basischen Wirkung einer Lösung. Der Begriff leitet sich von pondus Hydrogenii oder potentia Hydrogenii (lat. pondus = Gewicht; potentia = Kraft; hydrogenium = Wasserstoff) ab.
- pH <7 entspricht einer sauren Lösung
- pH 7 entspricht einer neutralen Lösung
- pH >7 entspricht einer alkalischen Lösung Genau bestimmt werden kann der pH-Wert mit Hilfe von bestimmten Messgeräten (pH-Elektrode) oder ungefähr mit einem Universal-Indikator und dem Vergleich mit einer Farbskala.

Beispiele für verschiedene pH-Werte

Bild:PH-Skala-Unviersalindikator mit Beispielen.png

Exakte Definition des pH im wässrigen Milieu

Die Definition: Der pH-Wert ist der

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Zusammensetzung

Vertreter

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Magmatische Gesteine

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Sedimentgesteine

Meteorite

Gesteinskreislauf

Bedeutung

Literatur

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Eigenschaften und Klassifikation

Entstehung

Temperatur

Wärmeleitung und Temperaturempfinden

Temperatur, thermische Energie und der Nullte Hauptsatz der Thermodynamik

Messung der Temperatur

Messung durch Kontakt

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Temperaturskalen und ihre Einheiten

SI-Einheit

Nicht-SI-Einheiten

Temperaturskalen

Ausgewählte Temperaturen

Siehe auch

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Magmatisches Gestein

Tiefen- und Ergussgesteine

Weitere Eigenschaften der Magmatite

Umwandlung der Magmatite in andere Gesteine

Wichtige Arten von Magmatiten

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- Hans Cloos: Einführung in die Geologie. Lehrbuch, 503p. Gebrüder Borntraeger, Berlin 1963. - Albert Streckeisen: Minerale und Gesteine. Hallwag-Taschenbuch, Bern-Stuttgart 1977.

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Magma

Eigenschaften und Klassifikation

Entstehung

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Bedeutung als Rohstoff

Quarz und Fossilisierung

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Literatur

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Klassifikation

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Vorkommen

Verwendung als Rohstoff

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Foide

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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

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- Hans Cloos: Einführung in die Geologie. Lehrbuch, 503p. Gebrüder Borntraeger, Berlin 1963.
- Albert Streckeisen: Minerale und Gesteine. Hallwag-Taschenbuch, Bern-Stuttgart 1977.

Klassifizierung nach dem Polymerisationsgrad der SiO₄-Tetraeder