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Definition eines Zeoliths |
| Das Subkomitee für Zeolithe der International
Mineralogical Association (IMA) hat 1998 einige Änderungen in der
Definition von Zeolithen vorgeschlagen, die die Liste der akzeptierten
Zeolithe deutlich erweitert: |
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| Ein Zeolith ist eine kristalline Substanz,
deren Struktur durch ein Kristallgitter aus miteinander verbundenen Tetraedern,
jeder bestehend aus einem Kation und vier Sauerstoff-Atomen, charakterisiert
wird. Dieses Kristallgitter enthält offene Hohlräume in Form
von Käfigen und Kanälen. Diese sind gewöhnlich durch H2O-
Moleküle und zusätzliche Kationen, welche austauschbar sind,
besetzt. Die Kanäle sind groß genug um Gastmoleküle passieren
zu lassen. Wasserreiche Phasen können dehydrieren; die Entwässerung
erfolgt meist bei Temperaturen unter etwa 400 °C und ist größtenteils
umkehrbar. Das Kristallgitter kann durch (OH,F)-Gruppen unterbrochen sein;
diese besetzen eine Tetraederspitze, die nicht mit einem benachbarten Tetraeder
verbunden ist. |
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| Diese Definition enthält nicht mehr
die frühere Beschränkung auf Aluminiumsilikate. Silizium und
Aluminium in den Tetraederplätzen dürfen durch Beryllium, Phosphor
und Zink teilweise bis voll ersetzt werden. So sind heute vollkommen Aluminium-
und Siliziumfreie Zeolithe bekannt: Pahasapait und Weinebenit. |
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| Von natürlichen Zeolithen ist bekannt,
dass bis zu 88 Prozent der Tetraederplätze von Silizium-Atomen besetzt
sein können. Beispiel hierzu ist Mutinait. Es wird zugelassen, dass
bis zu 100 Prozent aller Tetraederplätze von Silizium besetzt sein
dürfen. Die Anzahl der zusätzlichen Kationen im Kristallgitter
geht auf Null zurück. Die Struktur und andere Charakteristika bleiben
typisch zeolithisch. Hypothetische Endglieder werden nicht mehr aus der
Zeolith-Definition ausgeschlossen. |
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| Umkehrbare Entwässerung ist bei Zeolithen
eine charakteristische Eigenschaft. Da jedoch einige Zeolith- Serien von
den wasserhaltigen bis zu den wasserfreien Endgliedern reichen, wurde auf
das zwingende Vorhandensein von Wasser (H2O-Moleküle)
in einem Zeolith verzichtet. |
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Chemische Elemente in Zeolithen |
| Die generelle Formel für ein Zeolith
lautet: |
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| (Ca,Na2,K2,Ba,Sr,Mg,Cs2,Li2)a[AlaSib-aO2b]
·c
H2O |
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| Der Teil der Formel in den eckigen Klammern
repräsentiert die Gitteratome, der Teil in den runden Klammern die
austauschbaren Kationen, der Rest nach dem Punkt die Wassermoleküle.
Die Variablen a, b und c hängen von der Zusammensetzung
der Zeolithe ab. |
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| Bei den Gitteratomen, die die AlO4-
und SiO4-Tetraeder des Kristallgitters bilden, können
bei natürlichen Zeolithen gemäß obriger Definition die
Kationen Aluminium und Silizium teilweise oder ganz durch Phosphor, Beryllium
und Zink ersetzt sein. |
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| Ungebundene Sauerstoff-Atome an den Tetraedern
des Kristallgitters können durch (OH)-Moleküle oder Fluor-Atome
ersetzt sein. |
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| Das Verhältnis zwischen den austauschbaren
Kationen und Aluminium beträgt wie bei allen Aluminium- silikaten
mit Kristallgitter immer 1 - (Ca+Na+K+Ba+Md) : Al = 1. |
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| Der Anteil an Wasser-Molekülen im
Kristallgitter kann bis auf Null reduziert sein. |
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Regeln zur Aufstellung neuer Zeolithe |
| Das Subkomitee für Zeolithe
der IMA hat folgende Regeln zur Aufstellung neuer Zeolithe definiert: |
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| 1. |
a) Ein oder mehrere Zeolithe, die eine
topologisch unterschiedliche Kristallstruktur der Tetraeder und eine Zusammensetzung
besitzen, die bei Zeolithen mit dem gleicher Kristallstruktur unterschiedlich
ist, werden als separate Arten angesehen. |
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b) Zeolithe, die die gleiche topologische
Kristallstruktur der Tetraeder besitzen, bilden eine Serie, wenn sie einen
ausreichenden Spielraum in der Zusammensetzung der austauschbaren Kationen
aufweisen. Diese Kationen können verschiedene Gitterplätze besetzen.
Solche Serien bestehen aus zwei oder mehr Arten, die auf Basis des am häufigsten
vorhandenen freien Kations aufgestellt werden. |
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| 2. |
a) Unterschiede in der Symmetrie von Raumgruppen
und im Ordnungsverhältnis bei Zeolithen mit der gleichen topologischen
Kristallstruktur ergeben nicht in jedem Fall einen Grund zur Aufstellung
einer eigenen Art. Jedoch sollte jeder Fall für sich alleine behandelt
werden. |
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b) Bei der Einschätzung solcher Fälle
sollten andere Faktoren wie Verwandtschaft bis chemische Zusammensetzung
in die Überlegungen mit aufgenommen werden. |
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| 3. |
Zeolithe sollten nicht alleine auf Grund
des Si-Al-Verhältnisses im Kristallgitter aufgestellt werden. Eine
Ausnahme wurde bei Heulandit und Klinoptilolith gemacht; Heulandit ist
definiert als die Serie mit der Kristallgitter-Topologie von Heulandit
und einem Si-Al-Verhältnis unter 4, Klinoptilolith ist definiert als
die Serie mit der gleichen Kristallgitter-Topologie und einem Si-Al-Verhältnis
größer oder gleich 4. |
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| 4. |
Entwässerung, teilweise Entwässerung
und Überversorgung an Kristallwasser, weder umkehrbar noch unumkehrbar,
sind kein ausreichender Grund für die Anerkennung als separate Zeolithe. |
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| 5. |
Einzelne Arten in einer Serie mit variierenden
freien Kationen werden durch Anhängen einer Nachsilbe, die dem chemischen
Symbol des am häufigsten vorhandenen freien Kations entspricht, an
den Seriennamen benannt. |
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Eigenschaften eines
Zeoliths