Vorlesung: Silicatchemie
8. Gerüst(Tecto)-Silicate
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.
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Abb. 8.1.1. Cristobalit-Struktur
‣VRML
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Abb. 8.1.2. schematische Darstellung
‣SVG
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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 ím 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:
- Carnegieit: NaAlSiO4 genauer: Na _ [AlSiO4]
- Opal: H2O _ Si2O4
- γ-LiAlO2 (verzerrt)
- α-NaGaO2 (verzerrt)
- K[FeO2] (verzerrt)
- Na2[MgGeO4]
- Na2[ZnSiO4]
- Na2[NaCrVO4]
- Na2[NaVVO4]
Hier
und
hier
Links zur Mineralogie (mit Abbildungen) von reinem Cristobalit.