Geology Reference
In-Depth Information
Kasten 3.2
Das Prinzip von Le Chatelier
Dieses Prinzip besagt, dass ein chemisches
System immer versucht, einem äußeren
Zwang entgegen zu wirken. Wenn also in ei-
nem Gestein wenig Wasser vorhanden ist, so
wird die Seite einer Reaktionsgleichung be-
günstigt sein, die Wasser frei setzt, um die-
sen Mangel auszugleichen. Erhöht sich der
auf einem Gestein lastende Druck, so wird
immer die Mineralparagenese mit dem klei-
neren Volumen stabilisiert und Temperatur-
erhöhung führt unweigerlich zur Bildung
einer möglichst hoch-entropischen (siehe
Kasten 3.7) Vergesellschaftung mit großem
Volumen, wie sie z.B. durch die Freisetzung
einer Fluidphase entstehen kann. Mit dem
Prinzip von Le Chatelier kann man zwar nur
qualitativ, aber sehr schnell und einfach ab-
schätzen, wie sich die Änderung einer Rand-
bedingung auf die Lage eines Gleichgewich-
tes auswirkt.
Kasten 3.3
Die Gleichgewichtskonstante und der Begriff
der Aktivität
Für jede chemische Reaktion kann man eine
Gleichgewichtskonstante definieren. Lautet
die Reaktion schematisiert
a
A+
b
B=
c
C+
d
D
(
a, b, c
und
d
sind die stöchiometrischen Ko-
effizienten, A, B, C und D die beteiligten
Phasen) so lautet die druck- und temperatur-
abhängige Gleichgewichtskonstante K dazu
K=
a
C
·
a
D
a
A
·
a
B
wobei z.B.
a
C
c
die (Aktivität von C hoch
c
)be-
deutet. Die
Aktivität
ist der thermodynami-
sche Ausdruck für die besser bekannte Kon-
zentration. Ein Beispiel mag erklären, wa-
rum es durchaus sinnvoll ist, zwischen diesen
beiden Größen zu unterscheiden: in einer
Gruppe von Studierenden, die das Glück ha-
ben, eine Petrologievorlesung zu hören, sind
18 Männer und sechs Frauen. Die Konzentra-
tion von Frauen in dieser Gruppe liegt dem-
nach bei 25%. Trotzdem kann es durchaus
sein, dass diese sechs Frauen zusammen
18mal pro Stunde Fragen des Dozenten be-
antworten, während ihre 18 männlichen
Kollegen zusammen auch nur 18 Fragen be-
antworten. Die Frauen beantworten also
50% der Fragen und damit ist ihre Aktivität
doppelt so groß wie ihre Konzentration.
Zurück zur Chemie: Die Menge und die Re-
aktivität der Teilchen in einer Lösung oder
der Endgliedkomponenten in einer festen
Lösung muss nicht linear proportional sein,
da die Teilchen auch miteinander wechsel-
wirken und sich dabei gegenseitig behin-
dern oder verstärken können. Somit ist es
viel wichtiger, etwas über die tatsächliche
„Wirksamkeit“ der Teilchen, also ihre chemi-
sche
Aktivität
, zu wissen, als über ihre
Menge, also über ihre
Konzentration
. Daher
arbeitet man in der Petrologie immer mit
Aktivitäten. Leider können diese nicht direkt
gemessen, sondern müssen aus Konzentrati-
onen berechnet werden. Aktivitäten sind
immer dimensionslose Zahlen zwischen Null
und Eins. Gegen Null gehende Werte sagen
aus, dass entweder die Konzentration sehr
gering oder praktisch keine chemische Reak-
tivität vorhanden ist. Gehen Werte gegen
Eins, so reagieren alle Teilchen mit ihrer ma-
ximal möglichen Reaktivität. Eine Wasserak-
tivität von Eins in einer Schmelze z.B. bedeu-
tet, dass diese wassergesättigt ist, also so viel
Wasser enthält, wie nur überhaupt bei die-
sen p-T-Bedingungen hineingeht. Eine Akti-
vität von Eins in festen Lösungen (Mischkris-
tallen) bedeutet normalerweise, dass man es
mit einer reinen Phase zu tun hat. Die Aktivi-
tät von Jadeit in einem Klinopyroxen ist
etwa dann Eins, wenn es sich um einen rei-
nen Jadeit handelt. Die Notation ist dann
entweder
a
Jd
oder
a
Jd
Cpx
, sprich: Aktivität von
Jadeit in Klinopyroxen.
