Zeolithgruppe

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Als Zeolithgrupppe bezeichnet man eine artenreiche Familie von wasserhaltigen Gerüstsilikaten, die bis zu 40 Prozent des Trockengewichtes an Wasser enthalten, das beim Erhitzen abgegeben wird. An feuchter Luft kann das Wasser wieder aufgenommen werden, ohne die Struktur des Minerals zu zerstören. Aus chemischer Sicht gehören diese Mineralien zur Stoffgruppe der Zeolithe.

Die aktuelle Definition der CNMMN der IMA ist etwas allgemeiner gefasst und schließt auch die Phosphatminerale Pahasapait und Weinebeneit sowie das Gerüstsilikat Leucit mit ein:

Ein Zeolith-Mineral ist eine kristalline Substanz, deren Struktur charakterisiert ist durch ein Gerüst aus eckenverknüpften Tetraedern. Jeder Tetraeder besteht aus vier Sauerstoffatomen, die ein Kation umgeben. Das Gerüst kann durch OH- und F-Gruppen unterbrochen sein, die die Tetraederspitzen besetzen, jedoch nicht mit benachbarten Tetraedern geteilt werden. Das Gerüst enthält offene Hohlräume in Form von Kanälen und Käfigen. Diese werden üblicherweise durch H2O-Moleküle und weitere Kationen besetzt, die häufig austauschbar sind. Die Kanäle sind groß genug, um den Durchgang von Gastmolekülen zu ermöglichen. In den wasserhaltigem Phasen tritt Entwässerung bei Temperaturen meist unter etwa 400 °C auf und ist weitgehend reversibel.[1]

Zeolithe sind meist farblos oder weiß, können aber durch Fremdbeimengungen auch gelb, braun oder rosa gefärbt sein. Die Strichfarbe ist weiß. Die Kristallsysteme können monoklin, orthorhombisch oder kubisch sein. Ihre Mohshärte liegt zwischen 3,5 und 5,5 und ihre Dichte im Bereich von 2,0 bis 2,5 g/cm³.

Inhaltsverzeichnis

Etymologie und Geschichte [Bearbeiten]

Der Name des Minerals leitet sich aus dem griechischen ζέω zeein für „sieden“ und λίθος lithos für „Stein“ her, bedeutet also „siedender Stein“. Er bezieht sich darauf, dass das Mineral beim Erhitzen lebhaft aufbraust (siedet), da er gebundenes Wasser freisetzt.

Der Begriff „Zeolith“ wurden 1756 vom schwedischen Mineralogen Baron Axel Fredrick von Cronstedt geprägt.

Klassifikation [Bearbeiten]

Eine der ersten Unterteilungen ordnet die Familie der Zeolithe nach ihrer Symmetrie in die drei Gruppen:

  • Faserzeolithe: hauptsächlich pseudotetragonal
  • Blätterzeolithe: pseudohexagonal
  • Würfelzeolithe: kubisch oder pseudokubisch

Die Namen dieser Gruppen lehnen sich an die ältesten Bezeichnungen für Zeolithe an, korrelieren aber nicht immer mit der tatsächlichen Morphologie der Kristalle. Zwischen diesen Gruppen bestehen keine scharfen Grenzen.[2]

Strunz [Bearbeiten]

In der Strunz’schen Systematik der Minerale (10. Auflage) bildet die Zeolith-Familie eine eigene Abteilung in der Klasse der Silikate (9), die Gerüstsilikate mit zeolithischen Wasser (9.G). Diese Abteilung wird anhand charakteristischer Strukturelemente in folgende Gruppen unterteilt:[3][4][5]

9.GA: Zeolithe mit T5O10-Einheiten: faserige Zeolithe

  • 9.GA.05: Natrolith-Gruppe
  • 9.GA.10: Thomsonit-Gruppe
  • 9.GA.15: Edingtonit-Gruppe

9.GB: Ketten einfach verknüpfter 4er-Ringe

  • 9.GB.05 Analcim-Gruppe
  • 9.GB.10 Laumontit-Gruppe
  • 9.GB.15 Yugawaralith-Gruppe
  • 9.GB.20 Roggianit-Gruppe
  • 9.GB.25 Goosecreekit-Gruppe
  • 9.GB.30 Montesommait-Gruppe
  • 9.GB.35 Parthéit-Gruppe

9.GC: Ketten doppelt verknüpfter 4er-Ringe

  • 9.GC.05 Gismondin-Gruppe
  • 9.GC.10
  • 9.GC.15 Merlinoit-Gruppe
  • 9.GC.20 Mazzit-Gruppe
  • 9.GC.25 Perlialith-Gruppe
  • 9.GC.30 Boggsit-Gruppe
  • 9.GC.35 Paulingit-Gruppe

9.GD: Ketten von 6er-Ringen – tafelige Zeolithe

  • 9.GD.05 Gmelinit-Gruppe
  • 9.GD.10 Chabasit-Gruppe
  • 9.GD.15 Levyn-Gruppe
  • 9.GD.20
  • 9.GD.25 Offrétit-Gruppe
  • 9.GD.30 Faujasit-Gruppe
  • 9.GD.35 Mordenit-Gruppe
  • 9.GD.40 Dachiardit-Gruppe
  • 9.GD.45 Epistilbit-Gruppe
  • 9.GD.50 Ferrierit-Gruppe
  • 9.GD.55 Bikitait-Gruppe

9.GE: Ketten T10O20-Tetraedereinheiten

  • 9.GE.05 Heulandit-Gruppe
  • 9.GE.10 Stilbit-Gruppe
  • 9.GE.15 Stellerit-Gruppe
  • 9.GE.20


9.GF: Andere seltene Zeolithe

  • 9.GF.05 Terranovait-Gruppe
  • 9.GF.10 Gottardiit-Gruppe
  • 9.GF.15 Lovdarit-Gruppe
  • 9.GF.20 Gaultit-Gruppe
  • 9.GF.30 Tschernichit-Gruppe
  • 9.GF.35 Mutinait-Gruppe
  • 9.GF.40 Tschörtnerit-Gruppe
  • 9.GF.50 Thornasit-Gruppe
  • 9.GF.55 Direnzoit

9.GG: Unklassifizierte Zeolithe

  • 9.GG.05 Cowlesit-Gruppe
  • 9.GG.10 Mountainit
  • Alflarsenit

Liebau [Bearbeiten]

Liebau schlug eine Unterteilung poröser Gerüstsilikate anhand von 2 Kriterien vor:[6][7]

  1. Kationen des TO2-Gerüstes:
  2. Austauschbarkeit von Gastmolekülen in Kanälen:

Dies ergibt folgende Gruppen:

1) Porosile: SiO2-Gerüststrukturen

  1. Clathrasile: SiO2-Gerüststrukturen, die keinen Austausch von Gastmolekülen ermöglichen
  2. Zeosile: SiO2-Gerüststrukturen, die einen Austausch von Gastmolekülen ermöglichen

2) Porolite: Alumosilikatgerüste

  1. Clathralite: Alumosilikat-Gerüststrukturen, die keinen Austausch von Gastmolekülen ermöglichen
  2. Zeolithe: Alumosilikat-Gerüststrukturen, die einen Austausch von Gastmolekülen ermöglichen

IZA (Internationale Zeolithvereinigung) - Strukturkommission [Bearbeiten]

Die Strukturkommission der IZA ordnet die Zeolithe in Gruppen mit gleichen Bauplan des Alumosilikatgerüstes. Aktuell sind 206 solche Strukturtypen beschrieben worden, von denen jedoch viele nur bei synthetischen Zeolithen gefunden wurden. Für jeden Strukturtyp führen sie einen Kürzel aus 3 Buchstaben ein, das sich aus dem Namen des Typminerals ergibt. Strukturtypen, in denen gerüstunterbrechende Anionen wie (OH)-Gruppen auftreten, sind durch ein vorangestelltes '-' gekennzeichnet.[8]

Aufbau des Kanalsystems in den Gerüststrukturen [Bearbeiten]

Allen Zeolithen gemeinsam ist ein System von offenen Kanälen im Alumosilikatgerüst, durch das Gastmoleküle in die Struktur aufgenommen und wieder abgegeben werden können. Nach der Verknüpfung dieser Kanäle untereinander werden die Zeolithe in drei Gruppen unterteilt.

Zeolithe mit eindimensionalem System von Kanälen. Die Kanäle sind untereinander nicht verbunden.

Die Minerale des Cancrinit-Typs CAN (Cancrinit, Davyn, Mikrosommit, Tiptopit) weisen Kanäle aus 8er-Ringen (8 SiO4-Tetraeder bilden einen Ring) auf, die groß genug für Zeolithisches Verhalten wären. Sie weden dennoch nicht zu den Zeolithen gezählt, da sie große voliatile Anionen (CO3, SO4) enthalten.[1]

Zeolithe mit einem zweidimensionalen Kanalsystem. Die Kanäle sind untereinander zu einem schichtförmigen System verbunden.

Zeolithe mit einem dreidimensionalen Kanalsystem.

Unklassifiziert

Bildung und Fundorte [Bearbeiten]

Zeolith-Mineralien finden sich in Basalt-Hohlräumen, seltener in Sedimentgesteinen in Form von Fasern, Nadeln, Säulen und blattförmigen Kristallen.

Vorkommen sind von nahezu allen Vulkangebieten der Erde bekannt, so etwa aus dem Dekkan-Gebiet Indiens, aus Island, der Vulkaneifel oder den Azoren.

Zeolithe werden auch synthetisch hergestellt, gelten dann aber nicht mehr als Mineral.

Kristallstruktur [Bearbeiten]

Zeolithe bestehen aus einer mikroporösen Gerüststruktur aus AlO4-- und SiO4-Tetraedern. Dabei sind die Aluminium- und Silicium-Atome untereinander durch Sauerstoffatome verbunden. Je nach Strukturtyp ergibt sich dadurch eine Struktur aus gleichförmigen Poren und/oder Kanälen, in denen Stoffe adsorbiert werden können. In der Natur ist dort in der Regel Wasser adsorbiert, das durch Erhitzen aus den Poren entfernt werden kann, ohne dass sich die Zeolithstruktur ändert. Zeolithe können damit gleichsam als Siebe verwendet werden, da nur Moleküle in den Poren adsorbieren, welche einen kleineren kinetischen Durchmesser besitzen als die Porenöffnungen der Zeolithstruktur. Zeolithe fallen daher auch in die Gruppe der Molekularsiebe.

Zeolithe weisen eine regelmäßige Anordnungen von Hohlräumen und Kanälen auf. Je nach Porengröße spricht man von Mikro- oder Mesoporen. Solche Materialien besitzen außerordentlich große innere Oberfläche, von zum Teil weit über 1000 Quadratmetern pro Gramm.

Durch Aluminiumatome haben Zeolithe anionische Gerüstladungen. An der inneren und äußeren Oberfläche befinden sich daher bei aluminiumhaltigen Zeolithen Kationen. In wasserhaltigem Zeolith liegen diese Kationen häufig in gelöster Form in dem Kanalsystemen der Zeolithe vor, sind also relativ leicht zugänglich und damit austauschbar. Übliche Kationen sind Na+, K+, Ca2+ und Mg2+.

Verwendung [Bearbeiten]

Zeolithe eignen sich infolge der großen inneren Oberfläche für vielfältige technische Anwendungen.

Siehe auch: Zeolithe (Stoffgruppe)#Verwendung

Siehe auch [Bearbeiten]

Einzelnachweise [Bearbeiten]

  1. ↑ a b Recommended nomenclature of zeolithe minerals
  2. ↑ Klockmann: Lehrbuch der Mineralogie, S. 789
  3. ↑ Mineralklasse-9.G nach Strunz 9. Auflage
  4. ↑ Nickel-Strunz Silicates Classification (Version 10)
  5. ↑ Nickel-Strunz Classification – Tektosilicates 10th edition
  6. ↑ Handbook of Zeolite Science & Technology (PDF; 494 kB), Table 1
  7. ↑ F Liebau, H Gies, RP Gunawardne, B Marles. Zeolites 6:373–377, 1986.
  8. ↑ Ch. Baerlocher,L.B. McCusker, D.H. Olsen: Atlas of Zeolithe Framework Types, Sixth edition, 2007, pp. 3-11

Literatur [Bearbeiten]

  •  A. F Cronstedt: Om en obekant bärg art, som kallas Zeolites. In: Akad. Handl. Stockholm. 18, 1756, S. 120–123 (englische Übersetzung: On an Unknown Mineral-Species called Zeolites).
  •  Martin Okrusch, Siegfried Matthes: Mineralogie: Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde. 7. Auflage. Springer, Berlin/Heidelberg 2009, ISBN 3-540-23812-3.
  •  Anthony F. Masters, Thomas Maschmeyer: Zeolites - From curiosity to cornerstone. In: Microporous and Mesoporous Materials. 142, Nr. 2–3, Juni 2011, S. 423–438, doi:10.1016/j.micromeso.2010.12.026 (Geschichte der Zeolithe, auf Englisch).
  •  Douglas S. Coombs et al.: Recommended Nomenclature for Zeolite Minerals: Report of the Subcommitee on Zeolites of the International Mineralogical Assosiation, Commision on new Minerals and Mineral Name. In: The Canadian Minaralogiste. 35, 1997, S. 1571-1606. (PDF, 3,5 MB)
  •  Scott M. Auerbach, Kathleen A. Carrado and Prabir K. Dutt: Handbook of Zeolite Science & Technology. 2003. (Downloadseite der einzelnen Kapitel)

Weblinks [Bearbeiten]

 Commons: Zeolite – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary Wiktionary: Siedestein – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
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