GlimmergruppeAls Glimmergruppe oder kurz Glimmer bezeichnet man eine Gruppe von Schichtsilicaten.
Grundlagen Die Glimmergruppe stellt sich in folgender chemischen Zusammensetzung dar:
In dieser Formel bedeuten:
Die Koordination eines Kations bezeichnet in diesem Zusammenhang Anzahl und Art dessen nächster Nachbarn. Ein 12-fach koordiniertes Kation z. B. in Glimmern ist von 12 Sauerstoffatomen umgeben. Fett hervorgehoben sind die jeweils dominierenden Ionen. Die in Klammern stehenden Ionen können sich in beliebiger Mischung vertreten, stehen aber immer im selben Verhältnis zu den anderen Atomgruppen (Substitution). Strukturell zeichnen sich die Glimmer durch Schichten von TO4-Tetraedern und MO6-Oktaedern aus. Eine Oktaederschicht wird hierbei von 2 Tetraederschichten eingeschlossen. Untereinander sind diese T-O-T-Sandwiches nur sehr schwach über große niedrig geladene Zwischenschichtkationen (I – interlayer ‚zwischen den Schichten‘) verbunden. Charakteristisch für die Minerale der Glimmergruppe ist die perfekte Spaltbarkeit parallel zu diesen Schichtpaketen. Sie haben eine geringe Härte von 2 (parallel zu den Schichtebenen) bis 4 (alle anderen Richtungen). Ihre Farbe variiert von Weiß bis Braunschwarz und seltener Grün oder Rosa. Die Strichfarbe ist Weiß. Für viele technische Anwendungen der Glimmer ist deren sehr geringe elektrische Leitfähigkeit ausschlaggebend. Glimmer gehören zu den häufigsten gesteinsbildenden Mineralen und sind wichtige Bestandteile vieler magmatischer (Granite, Diorite, Pegmatite, …) und metamorpher (Glimmerschiefer, Gneise) Gesteine. Etymologie und Geschichte Glimmer wurden bereits 1546 von dem Mineralogen Georgius Agricola erwähnt. Wo Glimmer leicht und zu günstigen Preisen erhältlich, Glas dagegen zu teuer war, wurde das Mineral insbesondere in ländlichen Gegenden für Fensterscheiben verwendet. Im 20. Jahrhundert wurden Glimmer erstmalig durch Charles-Victor Mauguin mit Röntgenstrahlen untersucht. Glimmern heißt schwach glühen oder glänzen. Aber von alters her meinte man mit dem Namen einen Blender, der nicht hält, was er verspricht. Daher werden auch manche Glimmerarten abwertend als Katzensilber oder Katzengold bezeichnet. Im Englischen heißt das Mineral mica, von lateinisch mica (häufiges Vorkommen in kleinen Blättchen) bzw. micare ‚funkeln‘. Klassifizierung und NomenklaturNach der Klassifikation von Dana gehören die Glimmer zu den Schichtsilicaten (Klasse 71) mit Silicatschichten aus Secherringen und einen Verhältnis von Silicat- zu Oktaederschichen von 2:1 (Dana 71.1). Darin sind die Glimmer durch die Untergruppen 71.2.2a (Muskovituntergruppe), 71.2.2.b (Biotituntergruppe), 1.2.2.c (Margarituntergruppe) und 71.2.2.d (Hydroglimmer) vertreten. Strunz ordnet die Glimmer zu den Schichtsilicaten (Klasse VIII/H) und unterteilt sie in die Gruppen VIII/H.10 (Glimmergruppe Muskovitreihe), VIII/H.11 (Glimmergruppe Biotitreihe), VIIIH.12 (Glimmergruppe Lepidolitreihe) und VIII/H.13 (Glimmergruppe Glaukonitreihe). Die aktuelle Klassifikation der Glimmer wurde von einer Arbeitsgruppe der IMA Kommission für neue Minerale, Klassifikation und Nomenklatur vorgelegt. Sie unterteilt die Glimmergruppe anhand der Besetzung der I-Position, das ist die Kationenposition zwischen den T-O-T-Sandwiches, in drei Untergruppen:
Diese Untergruppen werden wiederum unterteilt nach der Besetzung der oktaedrisch koordinierten M-Position:
Später wurde diese Einteilung um weitere Untergruppen ergänzt. Die Einteilung erfolgt anhand der Kationen auf der I-Position (Na, Rb, Cs, NH4 statt K) sowie der vorrangigen Besetzung der M- T- und A-Positionen mit für Glimmer ungewöhnlichen Ionen (z. B. Mn, Cr, V statt Fe oder Mg auf den M-Positionen, O oder F statt OH). Im folgenden sind die verschiedenen Glimmer der einzelnen Untergruppen mit ihren idealisierten Zusammensetzungen aufgeführt. Strunz, Dana und die IMA nehmen in Einzelfällen eine unterschiedliche Zuordnung der Glimmerminerale zu den Gruppen vor. Hier ist die Klassifikation der IMA wiedergegeben. Echte GlimmerGewöhnliche Kaliumglimmer Muskovit- Celadonit-Reihe (dioktaedrisch)
Phlogopit- Annit- Reihe (trioktaedrisch) Siderophyllit- Polylithionit- Reihe (trioktaedrisch)
Tainiolit-Gruppe
Ungewöhnliche Kaliumglimmer Dioktaedrisch
Trioktaedrisch
Nicht-Kaliumglimmer Na-Glimmer
Cs-Glimmer
NH4-Glimmer
Sprödglimmer: (Dana: Margarituntergruppe; Strunz: Lepidolitreihe)Gewöhnliche Sprödglimmer Trioktaedrisch
Dioktaedrisch Ungewöhnliche Sprödglimmer Trioktaedrisch Dioktaedrisch
Zwischenschicht-Defizitäre Glimmer: (Dana: Hydroglimmer; Strunz: Glaukonitreihe)Dioktaedrisch
Trioktaedrisch
KunstglimmerKunstglimmer, auch Mikanit genannt, besteht aus Glimmerbruchstücken, die mit Kunstharz zu großen Glimmerfolien verpresst und verbacken werden. Vorteile sind reproduzierbare Eigenschaften des Materials und geringere Kosten insbesondere für große Folien. Die Temperaturbeständigkeit, Lösungsmittelbeständigkeit und die dielektrischen Eigenschaften sind schlechter als die reinen Glimmers. SeriennamenDatei:Lepidolith aus Brasilien.jpg Lepidolith aus Brasilien Einige althergebrachte Namen sind als Bezeichnungen für Mischkristallzusammensetzungen zulässig, wenn eine genauere Charakterisierung nicht möglich ist.
VorkommenGlimmer sind häufige Bestandteile von magmatischen, metamorphen und Sedimentgesteinen. Die Varietät Muskovit findet sich beispielsweise besonders oft in quarzreichen Graniten oder Pegmatiten, daneben auch in metamorphen Gesteinen wie zum Beispiel Phyllit. Als sehr verwitterungsbeständige Varietät tritt sie auch in Sedimentgesteinen wie zum Beispiel Sandstein auf. Biotit verwittert wesentlich leichter und findet sich daher eher in Granit oder Diorit. StrukturSilicat-AnionenkomplexDatei:Mica SiO-sheet-a-b-plane.gif Glimmerstruktur 1: SiO4-Tetraederschicht Glimmer gehören zu der Gruppe der Schichtsilicate. Die Si4+-Ionen bilden vier sehr feste, kovalente Bindungen zu vier O2- -Ionen, die die Si-Ionen tetraedrisch umgeben. Die Sauerstoffionen sitzen auf den Ecken der Koordinationstetraeder und das Silizium befindet sich in deren Zentrum. Auf den Strukturabbildungen sind der Übersichtlichkeit halber nur diese Koordinationspolyeder abgebildet und nicht die Atome selbst. Diese SiO4-Tetraeder sind über Ecken (gemeinsame Sauerstoffe) zu theoretisch unbegrenzten Schichten verbunden. Die Schichtstruktur der Glimmer zeichnet sich dadurch aus, dass jeder SiO4-Tetraeder über drei gemeinsame Ecken (Sauerstoffe) mit drei weiteren SiO4-Tetraedern verbunden ist und die freien vierten Spitzen aller Tetraeder einer Schicht in die gleiche Richtung zeigen (siehe Abb. 1). Der daraus resultierende Silicatanionenkomplex hat die Summenformel [Si4O10]4-.
OktaederschichtDatei:Mica-MO-sheet-a-b-plane.gif Glimmerstruktur 2: MO6-Oktaederschicht Die zwei- und dreiwertigen Kationen der M-Position sind oktaedrisch von 6 Sauerstoffen umgeben. Diese MO6-Oktaeder sind über Kanten (zwei gemeinsame Sauerstoffe) miteinander verbunden und bilden ebenfalls theoretisch unbegrenzte Schichten. Bei den dioktaedrischen Glimmern sind nur die M2-Oktaeder mit Kationen besetzt (Abb. 2a) wohingegen bei den trioktaedrische Glimmern alle Oktaeder dieser Schichten mit Kationen besetzt sind (Abb. 2b).
Verknüpfung der SchichtenDatei:Mica-polytypes-a-c-plane.gif Glimmerstruktur 3: Schichtabfolge und Polytypie Charakteristisch für die Glimmerstruktur ist, dass diese Silicat- und Oktaederschichten miteinander so verbunden sind, dass jede Oktaederschicht von zwei Silicatschichten eingeschlossen wird. Hierbei sind die Silicattetraeder mit ihrer freien Spitze (Sauerstoff) mit der Oktaederschicht verbunden. Diese Baueinheit ist vergleichbar mit den I-Beams der Pyroxene, Amphibole und anderer Biopyribole. Die Ladungen sind innerhalb dieser Baugruppe weitgehend ausgeglichen. Die abschließenden Sauerstoffe an den nach außen weisenden Basisflächen der SiO4-Tetraeder sind alle an zwei Si-Ionen gebunden und weisen nahezu keine freien Bindungsvalenzen mehr auf. Untereinander sind diese Glimmerstruktureinheiten daher nur noch über schwache ionische Bindungen mit den Zwischenschichtkationen der I-Position verbunden. Dies ist die strukturelle Erklärung für die exzellente blättrige Spaltbarkeit der Glimmer. Diese Glimmerstruktureinheiten, auch als TOT- oder 2:1- Schichten bezeichnet, sind in Richtung der kristallographischen c-Achse aufeinandergestapelt (Abb. 3) und können dabei um die c-Achse mit n * 60° gegeneinander verdreht sein (0 ≤ n ≤ 5). Unterschiedliche Stapelfolgen verschieden orientierter Glimmerstruktureinheiten ergeben diverse Glimmerpolytype mit unterschiedlicher Symmetrie (monoklin, orthorhombisch, trigonal). Durch eine geordnete Verteilung unterschiedlicher Kationen auf den oktaedrisch koordinierten M-Positionen wird die Symmetrie der Polytype mitunter herabgesetzt, z. B. von C2/m (monoklin) auf C-1 (triklin). Die Glimmerpolytype können in drei Unterfamilien aufgeteilt werden:
Die Bezeichnungen der Polytype setzen sich im Wesentlichen zusammen aus der Anzahl unterschiedlich orientierter Baueinheiten (Zahlen, d für 'disordered – ungeordnet') und der Kristallklasse (Großbuchstaben M für monoklin, T für trigonal, O für orthorhombisch, H für hexagonal). Verwendung Glimmer und Kunstglimmer wird als elektrischer Isolator und als Trägermaterial für Heizdrähte verwendet (Lötkolben, Toaster, Elektroherd). Glimmer hält Temperaturen von über 600 °C aus, Kunstglimmer 400-500°C. Glimmerscheiben werden als Isolierscheibe zwischen Leistungs-Halbleiterbauelementen und deren Kühlkörper verwendet. Beschichtete Glimmerscheiben mit Stanzlöchern werden in Elektronenröhren zum Aufbau des Elektrodensystems verwendet. Weiterhin wird Glimmer als Dielektrikum für sehr verlustarme Kondensatoren für hohe Frequenzen und Leistungen, als Fenstermaterial von Zählrohren und – in Form von Kunstglimmer – als Abdeckung in Mikrowellenöfen eingesetzt. Mit anorganischen Interferenzschichten, beispielsweise Siliciumdioxid und Titandioxid, beschichteter Glimmer wird seit Mitte der 1980er Jahre unter anderem in Autolack und Kosmetika eingesetzt (Iriodin) und erzeugt den sogenannten „Perlglanzeffekt“. Außerdem finden Glimmer – ebenfalls unter der INCI Bezeichnung Mica (CI 77019) – Anwendung in allen Arten von dekorativer Kosmetik. Als Plattenwerkstoff wird das Material im Schiffbau, Hochbau und in der Fertigung von Kaminen eingesetzt. Hauptproduzenten sind die USA und die Volksrepublik China. Da Glimmer nach der Spaltung eine sehr glatte Oberfläche aufweist, wird es auch als Substrat für Selbstorganisierende Monoschichten und als Matrix bei der Rasterkraftmikroskopie verwendet. Siehe auchLiteratur
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