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Vorlesung: Silicatchemie

6. Ketten(Ino)-Silicate

6.1. Einfachketten (M=1)

Einfachketten bestehen aus Ketten von über je zwei Sauerstoffatome kondensierte Tetraedern. Die allgemeine Formel ist dementsprechend {uB,11oo}[pSiO2O2/2]2- entsprechend [SiO3]2-. Je nach der Translationsperiode P ergibt sich die weitere Unterscheidung:

Einereinfachketten (P=1)

Bei den Einereinfachketten ist die Identität bereits nach einem Tetraeder (entsprechend 270 pm) erreicht. Bisher sind bei Silicaten keine Beispiele für eine entsprechende Kettenanordnung bekannt. Sie liegt zum Beispiel in CuGeO3, K2CuCl3 und Ba2ZnS3 vor.

Zweiereinfachketten (P=2)

Bei den Zweiereinfachketten ist die Identität nach zwei Tetraedern (ca. 520 pm) erreicht. Dieser Fall ist bei natürlichen Mineralen sehr häufig. Die Hauptgruppe bilden Mineralien, die als Pyroxene bezeichnet werden und deren allgemeine Formel AB[Si2O6] ist. A kann Ca, Na usw, B Mg, Fe, Al usw. sein. Die reine Ca-Verbindung (A=B=Ca) ist als Pyroxen unbekannt, die reine Mg-Verbindung (A=B=Mg) ist nur unter Druck als eigenständiges Mineral (Klinoenstatit) beständig. Pyroxene enthalten i.A. zwei Kationen mit Radiensummen zwischen 148 und 179 pm. Sie sind Hydroxid-frei.
Daneben gibt es einige Minerale mit abweichenden Zusammensetzungen, die ebenfalls Zweiereinfachketten enthalten, sowie synthetische Verbindungen mit in der Natur weniger häufigen Gegenionen (Ba, Li) und dementsprechend anderer Struktur.

Nichtsilicatische Verbindungen mit Zweiereinfachketten sind z.B. MgGeO3, RbPO3, LiAsO3, NH4VO3 und LiNa(BF3)2.

Die Pyroxene sind sehr wichtige gesteinsbildenden Silicate. Augite (s.u.) machen beispielsweise 50% von Basalt (45% Feldspäte, 5% Olivin) aus, im Felsen wie z.B. Eklogit sind (neben Granat) ebenfalls 50% Augit enthalten. Die Pyroxene können nach der Kristallographie in zwei Gruppen unterteilt werden:

Mineral Orthoenstatit
Struktur
VRML Detail I, Detail II Gesamte Zelle
Mineralogie/Fotos Mineralogie, Foto, (weitere Fotos siehe unten)

Tab. 6.1.1. Enstatit (Struktur)

Bei allen Pyroxenen resultiert aus der Kettenanordnung ein charakteristischer Spaltwinkel von 87 bzw. 93 o, anhand dessen die Pyroxene z.B. einfach von den Amphibolen unterschieden werden können:

Abb. 6.1.4. Spaltwinkel bei Pyroxenen und Amphibolen ‣SVG

Weitere seltenere Minerale, die nicht zu den Pyroxenen gehören:

Daneben sind eine Reihe synthetischer Silicate mit Zweiereinfachketten bekannt. Diese Phasen enthalten in der Natur weniger häufige Kationen, deren Koordinationszahl jeweils die Strukturen (s. Tab. 6.1.2.) bestimmt:

Verbindung BaSiO3 Li2SiO3
Struktur
VRML VRML VRML

Tab. 6.1.2. Strukturen synthetischer Kettensilicate

Dreiereinfachketten (P=3)

Dreiereinfachketten kommen in den verschiedenen Polymorphen von Wollastonit (Ca[SiO3]) vor. Auch Mineralien wie Pectolit und Bustamit (s.u.) gehören in diese Gruppe. Die Identität ist in der Kette nach ca. 730 pm erreicht

In der Struktur von Wollastonit zeigt die Silicatteilstruktur die Periodizität von 3. Die Ca-Ionen sind wie die Mg-Ionen in den Pyroxenen oktaedrisch koordiniert. Die Oktaeder sind über Kanten zu Doppelsträngen verknüpft, die ebenfalls denen in den Pyroxenen entsprechen. Da die Oktaeder jedoch deutlich größer sind als bei den Pyroxenen, ist die Silicatkette in einer anderen Anordnung mit dem Oktaederstrang verknüpft. Insgesamt verknüpfen die Si-Tetraederketten drei Doppelstränge, so daß diese Gesamtstruktur resultiert.

Mineral Wollastonit (Ca[SiO3])
Struktur
VRMLs Detail I, Detail II Gesamte Zelle
Mineralogie/Fotos Mineralogie, Foto 1, Foto 2

Tab. 6.1.3. Struktur und Mineralogie von Wollastonit

Verwandte Minerale sind:

Nicht-Silicatische Vertreter mit diesen Bauverbänden sind NaPO3 (Madrellsches Salz), NaAsO3, CaGeO3 und NaBeF3.

Vierereinfachketten (P=4)

Vierereinfachketten gibt es nur im synthetischen Na2Cu3[Si4O12] und bei Phosphaten wie dem Kurrolschen Silbersalz AgPO3.

Fünfereinfachketten (P=5)

Ein Beispiel für Fünfereinfachketten (Identität nach 5 Tetraedern, ca. 1220 pm; P=5) ist Rhodonit CaMn4[SiO3]5 (Tab. 6.1.4.). In der Darstellung des Silicat-Teilverbands ist eine Translationseinheit farblich hervorgehoben. Die Mn-Atome sind oktaedrisch von Sauerstoff umgeben, so daß diese Gesamtstruktur resultiert.

Mineral/Formel Rhodonit CaMn4[SiO3]5 Pyroxferroit (Mn,Fe,Ca,Mg)[SiO3]
Struktur
VRML VRML VRML
Mineralogie/Fotos Mineralogie, Foto Mineralogie, Mineralogie II

Tab. 6.1.4. Rhodonit (5-er-Einfachketten) und Pyroxmagnit (7-er-Einfachketten)

Siebenereinfachketten (P=7)

In der Struktur von Pyroxmangit bzw. Pyroxferroit (Mn,Fe,Ca,Mg)[SiO3] (Tab. 6.1.4. rechts) ist die Identität in der Kette erst nach sieben Tetraedern (ca. 1740 pm) erreicht (P=7).

Einfachketten mit P > 7

Ketten mit noch größerer Periodizität P treten auf in:

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