Minerale - Sammeln und bestimmen [1 ed.]

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INHALT

Erster Teil Was ist ein Mineral? . . . . . . . . . . .. .................•............... Mineralnamen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die Verwendung der Minerale..................................... Künstliche Minerale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Struktur und Gestalt der Minerale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Feinbau der Kristalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gestalt der Kristalle Gesetz der Winkelkonstanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Rationalitätsgesetz und Flächenbezeichnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kristallsysteme und Achsenkreuze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Symmetrieeigenschaften der Kristalle Zur Allsbildung natürlicher Kristalle Wachstumsstörungen Kristallverwachsungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Pseudomorphosen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mineralaggregate Physikalische Eigenschaften der Minerale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Farbe und Strich. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Glanz und Durchsichtigkeit Lichtbrechung und Doppelbrechung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Härte.................................................... Spaltbarkeit und Bruch ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dichte................................................... Lumineszenz Andere physikalische Eigenschaften Chemische Zusammensetzung der Minerale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Atombau und chemische Elemente Chemische Zusammensetzung der Erdkruste. . . . . . . . . . . . . . . . . .. Chemische Zusammensetzung der Minerale.................... Chemische Einteilung der Minerale Einfache chemische Bestimmungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die Bildungsweise der Minerale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Die magmatische Abfolge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1. Magmatische Mineralbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2. Pegmatitisch-pneumatolytische Mineralbildung 3. Hydrothermale Mineralbildung , Die sedimentäre Abfolge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1. Die mechanischen Sedimentgesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2. Die chemischen und chemisch-biogenen Sedimentgesteine Die metamorphe Abfolge Einige praktische Ratschläge für den MineraIsammler

9 11 11 13 15 16 32 33 34 38 40 48 49 49 50 51 53 53 55 56 58 59 60 63 6S 66 66 72 74 78 83 93 97 98 102 105 109 111 113 123 131 7

Zweiter Teil Hinweise zur Mineralbestimmung 177 Hilfsmittel zur Mineralbestimmung ...........•.................... , 179 Schlüssel für die Mineralbestimmung 180 Gruppe

I: Metallisch glänzende Minerale

Farbe: 1. Weiß 2. Grau 3. Schwarz 4. Gelb 5. Rot

181 189 199 201 206

Gruppe 11: Halbmetallisch glänzende Minerale und nichtmetallisch glänzende Minerale, die einen farbigen Strich geben

Strich/arbe: 1. Schwarz und grau 2. Braun 3. Rot 4. Gelb 5. Grün 6. Blau

209 214 223 227 233 238

Gruppe 111: Nichtmetallisch glänzende Minerale mit grauem, weißem oder ohne Strich

Härte: 1. Sehr weich (1-3) 2. Weich (3-4) 3. Mittelhart (4-5) 4. Hart (5-6) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 5. Sehr hart (über 6) Verwendung der Mineralrohstoffe Vorkommen der chemischen Elemente Industrieminerale Edelsteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . .. Durchsichtige Edelsteine Undurchsichtige und durchscheinende Edelsteine . . . . . . . . . . . . . .. Genaue Angaben zu den im Farbteil abgebildeten Mineralen. . . . . . . . . .. Literaturhinweise Mineralverzeichnis ....................•.......................... Sachverzeichnis

8

240 263 278 287 311

326 328 347 350 354 360

365 370 373 377

sondern sie haben in noch größerem Maße in der Physik, der Chemie, der Werkstoffkunde und in anderen Bereichen von Wissenschaft und Technik eine große Bedeutung. Viele Eigenschaften fester Körper sind durch ihren inneren Aufbau zu erklären, so daß sich aus einer bekannten Struktur auch auf ein ganz bestimmtes Verhalten schließen läßt. Röntgenuntersuchungen von Mineralen setzen umfangreiche physikalische und kristallegraphische Kenntnisse voraus und können deshalb nur von Fachleuten durchgeführt werden. Für diesen Zweck hat man komplizierte und dementsprechend teure Apparaturen konstruiert. Mineralsammler werden kaum Gelegenheit haben, ihre Proben zu "röntgen". Sie sollten indessen wissen, daß damit, besonders mit einem von DEBYE und SCHERRER ausgearbeiteten Verfahren, sämtliche Minerale anhand winziger Substanzmengen schnell und eindeutig bestimmbar sind. In einigen Fällen, so bei den sehr ähnlich beschaffenen Tonmineralen, führt vor allem die Untersuchung mit Röntgenstrahlen zur eindeutigen Zuordnung. Das Röntgendiagramm ist sozusagen die Visitenkarte eines Minerals.

Wir verdeutlichen uns den Fortschritt in der Ergründung des Feinbaues der Kristalle, indem wir die beiden Auffassungen von der Struktur der Materie einander gegenüberstellen (Abb. 3). Links sehen wir den Aufbau des Calcits aus lauter winzigen, rhomboederförmigen Teilchen, die den Spaltkörpern dieses Minerals entsprechen, so, wie ihn sich R. J. HAUY und T. BERGMANN in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts vorstellten. Demgegenüber zeigt die rechte Seite den durch Feinstrukturanalyse nachgewiesenen tatsächlichen Aufbau des Calcits mit der Zusammensetzung CaC0 3 • Wir erkennen die von jeweils drei Sauerstoffteilchen umgebenen schwarzen Kohlenstoffatome und die dunklen Kalziumatome, die sämtlich in gesetzmäßiger Weise angeordnet sind und die den Raum - im Gegensatz zur älteren Vorstellung - nicht lückenlos ausfüllen.

Abb. 3: Feinbau des Calcits nach der früheren Vorstellung aus lükkenlos aneinandergefügten Elementarkörpem (links) und tatsächliche Struktur dieses Minerals mit den aus röntgenographischen Untersuchungen gewonnenen Atomlagen

26

Periodensystem der Elemente Gruppen

I

11

IV

111

V

Perioden iußere Elektronen befindensich in der: K-Schale L-Schale

M-Schale

I'

I'3 1

N-Schale

O-Schale

P-Schale

Q-Schale

1)

4

5

6

7

I

Wasserstoff II.H 1,0080

13.Lithium U

4. Be

Beryllium

II

I

I

s.• Bor

16.Kohlenstoff C 17.Stickstoff N

I

6,939

9,012

Natrium Na 22,990

Magnesium Aluminium Silizium Mg AI SI 24,312

26,982

19. K Kalium

20, Ca

21. Sc Scandium

22. Ti

23. V

Kalzium

Titan

Vanadium

39,102

40,08

44,956

47,90

50,942

29. Cu

30. Zn

Kupfer

10,811

I" I". I"

12,011

1'4.

28,086

14,007

IS. P Phosphor 30,974

Zink

31. Ga Gallium

32. Ge 33. As Germanium Arsen

63,54

65,37

69,72

72,59

37. Rb

38. Sr

39. Y

40. Zr

Rubidium

Strontium

Yttrium

41. Nb Zirkonium Niob

85,47

87,62

88,905

91,22

92,906

47. Ag

48. Cd

Kadmium

49. In Indium

50. Sn

51. Sb

Silber

Zinn

Antimon

107,870

112,40

114,82

118,69

121,75

55. Cs

56. Ba Barium

57. Lai)

72. Hf

73. Ta

Zäsium

Lanthan

Hafnium

Tantal

132,905

137,34

138,91

178,49

180,948

79. Au

80. Hg

83. Bi

74,922

Gold

81. TI Quecksilber Thallium

82. Pb

Blei

Wismut

196,967

200,59

204,37

207,19

208,980

87. Fr

88. Ra

Radium

89. Ac Aktinium

90. Th

Francium

91. Pa

223

226,05

227

232,038

Thorium

Protaktini[um

231

Die Elemente 58 bis 71 bilden die seltenen Erden (Lanthanide)

Merkmalen. Mit der Entdeckung des Germaniums wurde gleichzeitig das Periodensystem in überzeugender Weise bestätigt. Nach unseren modemen Vorstellungen spiegelt sich im Periodensystem der Elemente der Atombau wider. Bei der Ordnung der Elemente nach steigendem Atomgewicht stellte sich heraus, daß Grundstoffe, die ein ähnliches chemisches Verhalten aufweisen, jeweils 8 bzw. 18 oder 32 Stellen voneinander entfernt sind. Der Chemiker spricht vom Gesetz der Periodizität. Er bezeichnet eine Folge von Elementen als Periode, wenn anschließend wieder ein Element erscheint, das dem ersten weitgehend ähnelt. Wir wissen heute, daß die Horizontalreihen oder Perioden der Elementanordnung nach MENDELEEV den äußeren Elektronenschalen K, L, M, N, 0, P und Q (bzw. 1 bis 7) entsprechen. Greifen wir ein beliebiges Element, z. B. Zinn = Sn, heraus, dann sagt uns seine Stellung im Periodensystem, daß es über fünf Elektronenschalen verfügt

70

Über den Anteil der einzelnen Minerale bzw. Mineralgruppen an der Zusammensetzung der Erdrinde liegen Berechnungen mehrerer Forscher vor, die zwar nicht völlig übereinstimmen, in groben Zügen jedoch ähnliche Resultate erbringen (s. unten). Danach überwiegen die Minerale der Feldspatgruppe, das sind Plagioklas, Orthoklas, Mikroklin und Sanidin, bei weitem. Einen wesentlich geringeren, immerhin noch beachtlichen Teil stellen dunkle Silikate, die wir zur Augit- und Hornblendegruppe zusammenfassen, und Quarz. Sodann sind mit durchschnittlich 3 Gewichtsprozent die Glimmerminerale, wie Biotit und Muskovit, und die Eisenoxide Magnetit und Hämatit vertreten. Der Calcit, dessen Hauptvorkommen die Kalksteine sind, und die umfangreiche und mineralogisch komplizierte Gruppe der Tonminerale bilden je 1,5 % des durchschnittlichen Mineralbestands. Alle anderen Minerale und Mineralgruppen sind mit weniger als 9 Gewichtsprozent am Aufbau der 16-km-Kruste beteiligt. So ergeben z. B. alle Sulfide, die ja zum Teil wichtige Schwermetallerze darstellen, nicht mehr als 0,3 %. Ebenso wie viele andere Minerale werden sie nur unter ganz bestimmten Bedingungen gebildet oder angereichert. Der durchschnittliche Bestand an Mineralen in der 16 km mächtigen Erdrinde (nach FERSMAN): Feldspatgruppe (Plagioklas, Orthoklas usw.) Augite, Hornblenden Quarz Glimmergruppe (Biotit, Muskovit usw.) Magnetit und Hämatit Calcit Tonminerale alle übrigen Minerale

55,0 Gewichtsprozent 15,0 Gewichtsprozent 12,0 Gewichtsprozent 3,0 Gewichtsprozent 3,0 Gewichtsprozent 1,5 Gewichtsprozent 1,5 Gewichtsprozent 9,0 Gewichtsprozent

Nachdem wir uns einen Überblick über die Enstehung der drei großen Gesteinsgruppen verschafft haben, wollen wir uns nun den einzelnen Prozessen der Gesteinsbildung zuwenden und sehen, welche Minerale und Mineralaggregate ihnen zugeordnet sind. Abb. 37: Der relative Anteil der Gesteinsgruppen: A = in der gesamten 16-km-Kruste; B = an der unmittelbaren Erdoberfläche lfJl). - - - - - - - - - - - - - - - - - ,

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Abb.44: Die Anreicherung der Elemente in der magmatischen Abfolge und die von ihnen gebildeten Minerale (nach P. NIGGu) 110