Zeolithgruppe

Die Zeolithgruppe bildet eine artenreiche Familie chemisch recht komplexer Silikat-Minerale. Die Minerale dieser Gruppe können je nach Typ bis etwa 40 Prozent des Trockengewichtes an Wasser speichern, das beim Erhitzen wieder abgegeben wird. Das Gestein scheint zu sieden. An feuchter Luft kann das Wasser wieder aufgenommen werden, ohne die Struktur des Minerals zu zerstören. Aus chemischer Sicht gehören diese Mineralien zur Stoffgruppe der Zeolithe.

Zeolithe sind meist weiß, können aber durch Fremdbeimengungen auch gelb, braun oder rosa gefärbt sein. Die Strichfarbe ist weiß. Die Kristallsysteme können monoklin, orthorhombisch oder kubisch sein. Ihre Härte liegt zwischen 3,5 bis 5,5 Mohs; die Dichte im Bereich von 2,0 bis 2,5.

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Etymologie und Geschichte

Der Name des Minerals leitet sich aus dem Griechischen zeein für „sieden“ und lithos für „Stein“ her, bedeutet also „siedender Stein“. Er bezieht sich darauf, dass das Mineral beim Erhitzen lebhaft aufbraust (siedet), da er gebundenes Wasser freisetzt.

Der Begriff „Zeolith“ wurden 1756 vom schwedischen Mineralogen Baron Axel Fredrick von Cronstedt geprägt.

Einzelgruppen

48 natürlich vorkommende Zeolithe sind bekannt.

Bedeutende Zeolith-Minerale sind Skolezit und Natrolith. In großen Mengen verwendete natürliche Zeolithe sind Klinoptilolith und Heulandit. Zeolithe lassen sich über ihren Aufbau in Faserzeolithe, Blätterzeolithe und Würfelzeolithe einteilen:

Faserzeolithe

• Gonnardit, Mesolith, Natrolith, Paranatrolith, Skolezit, Thomsonit-(Ca), Thomsonit-(Sr) (Thomsonit ist nach dem schottischen Chemiker Thomas Thomson benannt)
• Boggsit, Dachiardit-(Ca), Dachiardit-(Na), Edingtonit, Ferrierit-(K), Ferrierit-(Mg), Ferrierit-(Na), Gottardiit, Laumontit, Mordenit, Mutinait, Terranovait

Blätterzeolithe

• Barrerit, Brewsterit-(Ba), Brewsterit-(Sr), Epistilbit, Goosecreekit, Heulandit-(Ca), Heulandit-(K), Heulandit-(Na), Heulandit-(Sr), Klinoptilolith-(Ca), Klinoptilolith-(K), Klinoptilolith-(Na), Stellerit, Stilbit-(Ca), Stilbit-(Na)
• Cowlesit
• Amicit, Garronit, Gismondin, Gobbinsit, Harmotom, Merlinoit, Merrihueit, Montesommait, Phillipsit-(Ca), Phillipsit-(K), Phillipsit-(Na), Yugawaralith

Würfelzeolithe

• Bellbergit, Chabasit-(Ca), Chabasit-(K), Chabasit-(Na), Chabasit-(Sr), Erionit-(Ca), Erionit-(K), Erionit-(Na), Gmelinit-(Ca), Gmelinit-(K), Gmelinit-(Na), Levyn-(Ca), Levyn-(Na), Mazzit, Mazzit-(Na), Offretit, Perlialith, Tschernichit, Willhendersonit
• Analcim, Faujasit-(Ca), Faujasit-(Mg), Faujasit-(Na), Paulingit-(Ca), Paulingit-(K), Pollucit, Wairakit

Bildung und Fundorte

Zeolith-Mineralien finden sich in Basalt-Hohlräumen, seltener in Sedimentgesteinen in Form von Fasern, Nadeln, Säulen und blattförmigen Kristallen. Vorkommen in nahezu allen Vulkangebieten der Erde (Dekkan-Gebiet Indiens; Island; Eifel; Azoren).

Zeolithe werden auch synthetisch hergestellt, gelten dann aber nicht mehr als Mineral.

Struktur

Zeolithe bestehen aus einer mikroporösen Gerüststruktur aus AlO₄^-− und SiO₄-Tetraedern. Dabei sind die Aluminium- und Silicium-Atome untereinander durch Sauerstoffatome verbunden. Je nach Strukturtyp ergibt sich dadurch eine Struktur aus gleichförmigen Poren und/oder Kanälen, in denen Stoffe adsorbiert werden können. In der Natur ist dort in der Regel Wasser adsorbiert, das durch Erhitzen aus den Poren entfernt werden kann, ohne dass sich die Zeolithstruktur ändert. Zeolithe können damit gleichsam als Siebe verwendet werden, da nur Moleküle in den Poren adsorbieren, welche einen kleineren kinetischen Durchmesser besitzen als die Porenöffnungen der Zeolithstruktur. Zeolithe fallen daher auch in die Gruppe der Molekularsiebe.

Zeolithe weisen eine regelmäßige Anordnungen von Hohlräumen und Kanälen auf. Je nach Porengröße spricht man von Mikro- oder Mesoporen. Solche Materialien besitzen außerordentlich große innere Oberfläche, von zum Teil weit über 1.000 Quadratmetern pro Gramm. Dadurch eignen sie sich für vielfältige technische Anwendungen, etwa als Katalysatoren für zahlreiche chemische Industrie-Prozesse, als Materialien zur Trennung von chemischen Substanzen oder auch als Wasserenthärter in Waschmitteln.

Durch Aluminiumatome haben Zeolithe eine anionische Gerüstladungen. An der inneren und äußeren Oberfläche befinden sich daher bei aluminiumhaltigen Zeolithen Kationen. In wasserhaltigem Zeolith liegen diese Kationen häufig in gelöster Form in dem Kanalsystemen der Zeolithe vor, sind also relativ leicht zugänglich und damit ausgetauschbar. Übliche Kationen sind Na⁺, K⁺, Ca²⁺ und Mg²⁺.

Siehe auch

• Thermochemischer Wärmespeicher
• Systematik der Minerale
• Liste der Minerale
• Portal:Geowissenschaften

Literatur

• Cronstedt, A. F.: Om en obekant bärg art, som kallas Zeolites (englische Übersetzung: On an Unknown Mineral-Species called Zeolites). Akad. Handl. Stockholm 18 (1756), Seiten 120-123
• M. Okrusch; S. Matthes: Mineralogie : Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde. 7. Aufl. Berlin : Springer, 2005 – ISBN 3-540-23812-3