8.1 Gestopfter Cristobalit

Die Struktur des Cristobalit (Abb. 8.1.1.) ist von der Diamant- bzw. auch Silicium-Struktur ableitbar. Die C/Si-Atome sind in der kubisch flächenzentrierten Zelle auf 0,0,0 (fcc) und ¹/₄, ¹/₄, ¹/₄ (entsprechend der Hälfte der Tetraederlücken) positioniert. Die verbrückenden Sauerstoffatome befinden sich etwa auf den Bindungen dieser Elementstrukturen.

Abb. 8.1.1. Cristobalit-Struktur ‣VRML Abb. 8.1.2. schematische Darstellung ‣SVG

Zur Bestimmung der Zahl und Größe der Lücken in dieser Struktur, die für die Besetzung mit Kationen im Fall des Austausches von Si gegen Al zur Verfügung stehen, ist die Ableitung von der Zinkblende (kubisches ZnS) Struktur geeignet. Im ZnS bilden die Sulfidionen eine dichteste Packung, in der 2N Tetraeder und N Oktaederlücken vorliegen. In der Hälfte der Tetraederlücken (d.h. in einer der beiden Tetraederlücken), befinden sich die Zn-Kationen. Zn und S gemeinsam entsprechen dem Si-Teilverband des Cristobaliths. Es verbleibt damit die oktaedrische Lücke der dichtesten Kugelpackung, die sich in der Elementarzellmitte befindet, und die ausreichen groß ist, daß kleiner Kationen wie z.B. Natrium Platz finden. Für die Experten �m Bereich der intermetallischen Phasen ist die Ableitung der gestopften Cristobalit-Varianten vom kubischen NaTl unmittelbar naheliegen: Die Na-Positionen entsprechen den Kationenplätzen, der Tl- dem Si-Verband. Die Oxid-Brücken sind wieder auf der Mitte der Tl-Tl-Bindungen positioniert. Die resultierende Stöchiometrie ist _ SiO₂, d.h. es steht eine Leerstelle pro Siliciumatom zur Verfügung.
Entsprechend dem Aufbauprinzip der Silicate durch Kondensation niederdimensionalerer Verbände können die Gerüstsilicate auch als kondensierte Schichtsilicate beschrieben werden. Am wichtigsten und einfachsten ist in diesem Fall die Kondensation von gewellten (jeweils alternierende Tetraederausrichtung) Schichten aus 2er-Einfachketten. Durch Vernetzung über gemeinsame Spitzen entsteht dann ein dreidimensionaler Verband. Ausgehend von einer Basisschicht lassen sich neue Schichten in zwei Orientierungen 'aufsetzen':

Die Stapelung von 6-Eck auf 6-Eck (sog. Lochposition) führt zum Hochtridymit (Stapelfolge ABAB) (Abb. 8.1.2. A).
Die Kreuzposition (3-Eck über 6-Eck) findet sich im Cristobalit (Stapelungfolge ABC) (Abb. 8.1.2. B).

Beispiele für gestopfte Cristabalit-Varianten sind: