Chalkopyrit
| Chalkopyrit | |
|---|---|
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| Allgemeines und Klassifikation | |
| Andere Namen |
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| Chemische Formel | CuFeS2 |
| Mineralklasse (und ggf. Abteilung) |
Sulfide und Sulfosalze |
| System-Nummer nach Strunz (8. Aufl.) Strunz (9. Aufl.) Dana |
II/C.03 2.CB.10a 02.09.01.01 |
| Ähnliche Minerale | Pyrit, Markasit, Magnetkies, Gold |
| Kristallographische Daten | |
| Kristallsystem | tetragonal |
| Kristallklasse; Symbol | tetragonal-skalenoedrisch; 42m |
| Raumgruppe | I42d (Nr. 122)[1] |
| Gitterparameter | a = 5,29 Å; c = 10,42 Å[1] |
| Formeleinheiten | Z = 4[1] |
| Zwillingsbildung | häufiger als Einzelkristalle, nach {112} and {012} Durchdringungs- oder Zyklische Zwillinge |
| Physikalische Eigenschaften | |
| Mohshärte | 3,5 bis 4[2] |
| Dichte (g/cm3) | gemessen: 4,1 bis 4,3; berechnet: 4,283 (entspricht VHN100 = 187 bis 203 basal bzw. 181 bis 192 vertikal)[2] |
| Spaltbarkeit | undeutlich nach {011} und {111}[2] |
| Bruch; Tenazität | muschelig, uneben; spröde |
| Farbe | gold- bis messinggelb; nach einiger Zeit bunt anlaufend |
| Strichfarbe | grünlichschwarz bis schwarz |
| Transparenz | undurchsichtig |
| Glanz | Metallglanz |
Chalkopyrit, veraltet auch als Kupferkies, Gelbkies, pyrites aureo colore oder geelkis[3] bekannt, ist ein sehr häufig anzutreffendes Mineral aus der Mineralklasse der „Sulfide und Sulfosalze“ mit der chemischen Formel CuFeS2. Die Verbindung besteht also aus je einem Teil Kupfer und Eisen sowie zwei Teilen Schwefel und ist damit chemisch gesehen ein Kupfer-Eisen-Sulfid.
Chalkopyrit kristallisiert im tetragonalen Kristallsystem und entwickelt meist tetraedrische Kristalle sowie Durchdringungs- oder zyklische Zwillinge, aber auch massige oder traubige Mineral-Aggregate von gold- bis messingähnlicher Farbe. Auf der Strichtafel hinterlässt er allerdings eine grünlichschwarze bis schwarze Strichfarbe. Die Kristalle sind in jeder Form undurchsichtig (opak) und zeigen auf den Oberflächen einen metallischen Glanz.
Mit einer Mohshärte von 3,5 bis 4 gehört Chalkopyrit zu den mittelharten Mineralen, die sich ähnlich wie das Referenzmineral Fluorit leicht mit einem Taschenmesser ritzen lassen. Auf mechanische Belastungen reagiert das Mineral jedoch spröde und bricht muschelig bis uneben wie Glas.
Etymologie und Geschichte
Chalkopyrit wurde erstmals 1725 durch Johann Friedrich Henckel wissenschaftlich beschrieben und nach den griechischen Worten "chalkos" für Kupfer und "pyros" für Feuer benannt.[4]
Eine ältere, von Georgius Agricola stammende Bezeichnung (Kupfer)kies (auch -kis, lateinisch: pyrites) bezieht sich als Sammelbegriff auf alle harten Schwefel-, Arsen- und Antimon-Metallsulfide.[5]
Klassifikation
Bereits in der veralteten, aber teilweise noch gebräuchlichen 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Chalkopyrit zur Mineralklasse der „Sulfide und Sulfosalze“ und dort zur Abteilung der „Sulfide mit dem Stoffmengenverhältnis Metall : S, Se, Te ≈ 1 : 1“, wo er als Namensgeber die „Chalkopyrit-Gruppe“ mit der System-Nr. II/C.03 und den weiteren Mitgliedern Eskebornit, Gallit, Laforêtit, Lenait und Roquesit bildete.
Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) verwendete 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Chalkopyrit ebenfalls in die Abteilung der „Metallsulfide, M : S = 1 : 1 (und ähnliche)“ ein. Diese ist allerdings weiter unterteilt nach den in der Verbindung vorherrschenden Metallen, so dass das Mineral entsprechend seiner Zusammensetzung in der Unterabteilung „mit Zink (Zn), Eisen (Fe), Kupfer (Cu), Silber (Ag) usw.“ zu finden ist, wo es ebenfalls zusammen mit Eskebornit, Gallit, Laforêtit, Lenait und Roquesit die „Chalkopyritgruppe“ mit der System-Nr. 2.CB.10a bildet.
Auch die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den in die Klasse der „Sulfide und Sulfosalze“ und dort in die Abteilung der „Sulfidminerale“ ein. Hier ist er als einziges Mitglied/zusammen mit in der „Chalkopyritgruppe (Tetragonal: I4¯2d)“ mit der System-Nr. 02.09.01 innerhalb der Unterabteilung „Sulfide – einschließlich Selenide und Telluride – mit der Zusammensetzung AmBnXp, mit (m+n):p=1:1“ zu finden.
Chemismus
Chalkopyrit hat eine theoretische Zusammensetzung von 34,6 % Kupfer, 30,5 % Eisen und 34,9 % Schwefel und ist in der Natur meist rein zu finden. Er kann jedoch als Beimengung (Verunreinigung) Spuren von Gold, Silber und überschüssigem Eisen enthalten.[6][7]
Kristallstruktur
Chalkopyrit kristallisiert tetragonal in der Raumgruppe I42d (Raumgruppen-Nr. 122) mit den Gitterparametern a = 5,29 Å und c = 10,42 Å sowie 4 Formeleinheiten pro Elementarzelle.[1]
In der Kristallstruktur wird das Eisen dabei tetraedrisch von vier Schwefelatomen im perfekten Tetraederwinkel von 109,47° koordiniert. Die Geometrie des Kupfers ist die eines abgeflachten Tetraeders, wobei die S-Cu-S-Winkel 108,68° beziehungsweise 111,06° betragen.
Aus den röntgenkristallographischen Strukturanalysen kann abschließend keine eindeutige Angabe zu den Oxidationszuständen des Eisens beziehungsweise des Kupfers gemacht werden. Es wird angenommen, dass die effektive Ionenladung zwischen Cu+Fe3+(S2−)2 und Cu2+Fe2+(S2−)2 liegt.[8]
Eigenschaften
Das Mineral wird zuweilen wegen seines goldfarbenen Glanzes und seiner tetraederförmigen Zwillingsbildung (Durchdringungszwillinge zweier Sphenoeder; Sphenoid= keilförmige Kristallform) mit dem kubischen Pyrit verwechselt. Chalkopyrit ist aber von stärker gelblicher Farbe und läuft durch Verwitterung mit der Zeit buntfarbig an. Von Laien wird Chalkopyrit auch mit Gold verwechselt.
Vor dem Lötrohr auf Kohle gelegt, schmilzt Chalkopyrit leicht zu einer grauschwarzen, magnetischen Kugel. Er reagiert nicht auf Salzsäure (HCl), löst sich aber in Salpetersäure (HNO3) unter Abscheidung von Schwefel.[6]
Chalkopyrit wandelt sich ab 550 °C in das kubisch kristallisierende β-Chalkopyrit um.
Bildung und Fundorte
Chalkopyrit bildet massive Aggregate, oft aber auch gut ausgebildete Kristalle in hydrothermalen Gängen, verschiedensten metamorphen und als sogenanntes „Durchläufer-Mineral“ in allen magmatischen Gesteinen und magmatogenen Erzen.[9] Er tritt meist in Paragenese mit Bornit und Pyrit auf, mit denen er aufgrund der ähnlichen Farben bzw. Anlauffarben gelegentlich verwechselt wird, aber auch mit vielen weiteren Kupfer- oder anderen Metallsulfiden wie unter anderem Sphalerit, Galenit und Tetraedrit sowie allgemein mit Baryt, Calcit, Dolomit und Quarz.
Das Mineral geht durch Verwitterung in Brauneisenstein, Ziegelerz, Kupferpecherz und andere Kupfersalze wie Malachit, Azurit und Chalkanthit über.[6]
Als sehr häufig vorkommende Mineralbildung konnte Chalkopyrit bereits an vielen Fundorten weltweit nachgewiesen werden, wobei bisher über 25.000 Fundorte bekannt sind (Stand 2015).[10]
Besonders bekannt aufgrund außergewöhnlicher Chalkopyritfunde ist unter anderem die Nikolai-Mine bei Dalnegorsk in Russland, wo Kristalle von bis zu 40 cm Größe entdeckt wurden.[11] Bis zu 12 cm große Kristalle und Stufen traten in den japanischen Gruben Arakawa[12] bei Kyohwa und Osarizawa bei Kazuno in der Präfektur Akita auf Honshū zutage.[13]
Weitere Fundorte liegen unter anderem in Afghanistan, Ägypten, Albanien, Argentinien, Armenien, Aserbaidschan, Australien, Belgien, Bolivien, Brasilien, Bulgarien, Chile, China, Deutschland, Ecuador, Finnland, Frankreich, Griechenland, Grönland, Indien, Indonesien, Iran, Irland, Italien, Japan, Kambodscha, Kanada, Kasachstan, Kolumbien, Demokratische Republik Kongo, Nord- und Südkorea, Kuba, Madagaskar, Marokko, Mexiko, Myanmar, Namibia, Neuseeland, Norwegen, Österreich, Papua-Neuguinea, Peru, Philippinen, Polen, Portugal, Rumänien, Russland, Sambia, Schweden, Schweiz, Simbabwe, Slowakei, Spanien, Südafrika, Tschechien, Türkei, Ukraine, Ungarn, dem Vereinigten Königreich (Großbritannien), den Vereinigten Staaten von Amerika (USA), Vietnam und Zypern.[14]
Auch in Mineralproben des Mittelatlantischen und des Zentralindischen Rückens, des Ostpazifischen Rückens sowie außerhalb der Erde auf dem Mond wurde Chalkopyrit gefunden.[14]
Verwendung
Rohstoff
Chalkopyrit ist eines der bedeutendsten Kupfererze; nicht so sehr wegen seines Kupfer-Gehaltes (etwa 34 Gew.%[15]), sondern wegen seiner weiten Verbreitung.
Verschiedene Stoffe aus der Gruppe der Chalkopyrite, der auch Chalkopyrit selbst angehört, können als aktives Material in Solarzellen verwendet werden. Bisher (Stand 2009) dominieren hier Mischungen der Chalkopyrite aus Kupfer, Indium, Gallium, Selen und Schwefel, Cu(In,Ga)(Se,S)2. Häufig werden diese Solarzellen unabhängig von ihrer genauen Zusammensetzung dem allgemeinen Oberbegriff CIGS-Solarzelle zugeordnet.[16]
Schmuckstein
Für den kommerziellen Gebrauch als Schmuckstein ist Chalkopyrit aufgrund seiner geringen Härte nicht geeignet, da er leicht beschädigt werden kann (Kratzer, Abrieb). Für Sammler wird aber dennoch gelegentlich in Form von Cabochon-Anhängern oder Trommelsteinen und Handschmeichlern angeboten.[17]
Auch zu kunstgewerblichen Gegenständen kann Chalkopyrit ähnlich wie Speckstein gut verarbeitet werden.
Siehe auch
Literatur
- Hans Jürgen Rösler: Lehrbuch der Mineralogie. 4. durchgesehene und erweiterte Auflage. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie (VEB), Leipzig 1987, ISBN 3-342-00288-3, S. 313–315.
- Helmut Schröcke, Karl-Ludwig Weiner: Mineralogie. Ein Lehrbuch auf systematischer Grundlage. de Gruyter, Berlin; New York 1981, ISBN 3-11-006823-0, S. 155–164.
- Friedrich Klockmann: Klockmanns Lehrbuch der Mineralogie. Hrsg.: Paul Ramdohr, Hugo Strunz. 16. Auflage. Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-82986-8, S. 429–432 (Erstausgabe: 1891).
- Reiner Klenk: Die Grenzfläche in Chalkopyrit-Solarzellen – Ein neuer Ansatz. FVS Themen 2003 (PDF 50 kB)
Weblinks
- Mineralienatlas:Chalkopyrit (Wiki)
- RRUFF Database-of-Raman-spectroscopy – Chalcopyrite
- American-Mineralogist-Crystal-Structure-Database – Chalcopyrite
- Mineralienlexikon – Chalkopyrit
- Mindat – Chalcopyrite
- Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) – Chalkopyrit Solarzellen und Module
Einzelnachweise
- ↑ a b c Hugo Strunz, Ernest H. Nickel: Strunz Mineralogical Tables. 9. Auflage. E. Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung (Nägele u. Obermiller), Stuttgart 2001, ISBN 3-510-65188-X, S. 77.
- ↑ a b c Chalcopyrite. In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America. 2001 handbookofmineralogy.org (PDF 62,7 kB).
- ↑ Deutsches Wörterbuch von Jacob Grimm und Wilhelm Grimm – Gelbkies
- ↑ Helmut Schröcke, Karl Ludwig Weiner: Mineralogie: Ein Lehrbuch auf systematischer Grundlage. Walter de Gruyter & Co. (vormals G.J. Göschen'sche Verlagshandlung), Berlin, New York 1981, ISBN 3-11-006823-0, S. 164 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Georgius Agricola: De Natura Fossilium. Hrsg.: Fritz Krafft. Marix Verlag GmbH, Wiesbaden 2006, ISBN 3-86539-052-8, S. 381.
- ↑ a b c Friedrich Klockmann: Klockmanns Lehrbuch der Mineralogie. Hrsg.: Paul Ramdohr, Hugo Strunz. 16. Auflage. Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-82986-8, S. 430 (Erstausgabe: 1891).
- ↑ Hans Jürgen Rösler: Lehrbuch der Mineralogie. 4. durchgesehene und erweiterte Auflage. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie (VEB), Leipzig 1987, ISBN 3-342-00288-3, S. 313.
- ↑ S. R. Hall, J. M. Stewart: The Crystal Structure Refinement of Chalcopyrite, CuFeS2. In: Acta Crystallographica, Band 29, 1973, S. 579. doi:10.1107/S0567740873002943
- ↑ Helmut Schröcke, Karl Ludwig Weiner: Mineralogie: Ein Lehrbuch auf systematischer Grundlage. Walter de Gruyter & Co. (vormals G.J. Göschen'sche Verlagshandlung), Berlin, New York 1981, ISBN 3-11-006823-0, S. 159 ff.
- ↑ Mindat – Anzahl der Fundorte für Chalkopyrit
- ↑ Mineralienatlas: Rekorde im Mineralbereich
- ↑ Mindat - Fundort Arakawa Mine, Kyohwa, Akita Prefecture, Tohoku Region, Honshu Island, Japan
- ↑
Petr Korbel, Milan Novák: Mineralien-Enzyklopädie. Dörfler Verlag GmbH, Eggolsheim 2002, ISBN 978-3-89555-076-8, S. 27 (als Kupferkies).
Anmerkung: Die als japanischer Fundort angegebene Grube „Arawaka“ ist vermutlich Falschschreibung, siehe Fundortbeschreibung bei Mindat „Arakawa Mine“ - ↑ a b Fundortliste für Chalkopyrit beim Mineralienatlas und bei Mindat
- ↑ Webmineral – Chalcopyrite
- ↑ Uni Oldenburg – Chalkopyrit-basierte Dünnschichtsolarzellen
- ↑ Walter Schumann: Edelsteine und Schmucksteine. Alle Arten und Varietäten. 1900 Einzelstücke. 16. überarbeitete Auflage. BLV Verlag, München 2014, ISBN 978-3-8354-1171-5, S. 222.