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Kasten 2.6
SiO
2
-Polymorphe
Dichte = 2,65 g/cm
3
Tiefquarz
trigonal
Hochquarz
hexagonal
Dichte = 2,53 g/cm
3
Tiefcristobalit
tetragonal
Dichte = 2,32 g/cm
3
Dichte = 2,20 g/cm
3
Hochcristobalit
kubisch
Tieftridymit
monoklin
Dichte = 2,26 g/cm
3
Hochtridymit
hexagonal
Dichte = 2,27 g/cm
3
Dichte = 3,01 g/cm
3
Coesit
monoklin
Stishovit
tetragonal, Si in oktaedr. Koordination
Dichte = 4,35 g/cm
3
aber unterschiedliche Struktur auszeichnen
und die auch in unterschiedlichen Kristallsys-
temen kristallisieren. Dies nennt man
Poly-
morphie
(griechisch: Vielgestaltigkeit). Die
verschiedenenPhasenheißen
Modifikationen
.
Alle Modifikationen bestehen aus dreidimensi-
onal im Raum liegenden, spiralförmig ange-
ordneten SiO
4
-Tetraederketten. Diese Struktur
ist ähnlich der von Tektosilikaten, denn auch
im Quarz sind jeweils vier Ecken eines Tetrae-
ders verknüpft. SiO
2
ist damit zwar chemisch
ein Oxid, kann aber aufgrund seiner Struktur
am einfachsten durch die Silikatbauweise be-
schrieben werden. Die Natur hat acht Wege ge-
funden, diese SiO
4
-Tetraeder unterschiedlich
miteinander zu verknüpfen. Dies resultiert in
denPhasen(Mineralen)inKasten2.6.
In Abb. 2.21 ist die unterschiedliche Struktur
fürTief-undHochquarz,inAbb.2.22die
Strukturen von Hochcristobalit und Stishovit
im Vergleich zum Tiefquarz gezeigt. Alle acht
Modifikationen haben unterschiedliche Stabili-
täten, d. h. sie sind bei unterschiedlichen
Druck- und Temperaturbedingungen stabil
(Abb. 2.23, wobei in dieser Abbildung die
Hoch- und Tiefformen von Tridymit und Cris-
tobalit nicht unterschieden werden), an die ihre
jeweilige Struktur optimal angepasst ist: Pha-
sen geringer Dichte kommen bei niedrigen
Drucken, aber hohen Temperaturen vor, Pha-
sen hoher Dichte dagegen genau umgekehrt bei
hohen Drucken (wobei die Temperaturen hier
hoch oder niedrig sein können). Die unter
573 °C stabile Modifikation heißt Tiefquarz,
wobei das Tief für „Tieftemperatur“ steht.
An der Erdoberfläche und in der Erdkruste
kommt Silizium ausschließlich tetraedrisch ko-
ordiniert vor. Beim Stishovit allerdings ist zu
beachten, dass er als absolute Ausnahme
Si in
oktaedrischer Koordination
zeigt. Dies kommt
daher, dass er nur bei extrem hohen Drucken
(über etwa 80 kbar) stabil ist, bei denen die
Sauerstoffionen soweit komprimiert wurden,
dass jetzt sechs statt vier von ihnen um das viel
wenigerkomp e ibleS iziumatomherum
gruppiert werden können. Er bildet sich daher
nur im tieferen Erdmantel und bei Meteoriten-
einschlägen.
Olivin
Olivin ist die Mischung aus 2 Teilen (Mg, Fe,
Mn)O und einem Teil SiO
2
.Esgibtalsodrei
Olivinendglieder (Mg
2
SiO
4
:Forsterit;Fe
2
SiO
4
Fayalit; Mn
2
SiO
4
: ephro , wäh endd e
Mischkristalle allgemein als Olivin bezeichnet
werden. Wir erinnern uns: Olivin kommt in
vielen magmatischen und metamorphen Ge-
steinen vor, über 60% des oberen Erdmantels
besteht aus Mg-reichem Olivin.
Im orthorhombischen Olivin sind die einzel-
nen SiO
4
-Tetraeder nicht direkt miteinander
verbunden (im Gegensatz zu den SiO
2
-Poly-
morphen). Daher ist Olivin ein Inselsilikat. Si
sitztalsoaufT-Plätzen,dieMetalleMg,Feund
Mn sind dagegen oktaedrisch koordiniert,
doch sind diese Oktaeder in der realen Kristall-
strukturetwasverzerrt.Sogibteszweiver-
schiedeneOktaederplätze(M-Plätze)inOlivin,
M1 und M2. Diese sind energetisch nicht ganz
