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Betrachtet man Ionenladung Z und Ionenradius
r sowie das Verhältnis dieser beiden Größen,
das
Ionenpotential I = Z/r
,soergebensichwei-
tere Kriterien zur Abgrenzung geochemisch
ähnlicher Elementgruppen (siehe Abb. 4.46). Io-
nen gleicher Ladung mit ähnlichem Ionenradius
und ähnlicher Elektronegativität können sich
einfach in Mineralen
diadoch
ersetzen. Typische
Beispiele sind die zweiwertigen Übergangsme-
talle(alsoz.B.Co,Ni,Mn,Fe,Cu,Zn).Man
spricht bisweilen von „getarnten Elementen“,
wenn seltene Elemente, z. B. Co, anstelle z. B. des
häufigeren Eisens eingebaut werden. Sind Io-
nenradius und -ladung praktisch identisch, so
spricht man von
geochemischen Zwillingen
,die
in Kasten 4.12 erläutert werden.
Die „
High Field Strength Elements
“(
HFSE
)
und die „
Large Ion Lithophile Elements
“(
LI-
LE
) sind die bekanntesten Elementgruppen,
die aufgrund ihres Ionenpotentials definiert
werden (Abb. 4.46). HFSE haben hohe Ionenla-
dungen bei niedrigen Radien und deswegen
hohe elektrische Felddichten (Ionenpotentiale)
um ihre Ionen, woher sie ihren Namen haben.
Zu ihnen gehören als bekannteste Zr, Hf, Ti,
Nb, Ta, U, Th und die Selten-Erd-Elemente.
LILE dagegen haben genau umgekehrt niedrige
Ladungen und relativ große Ionenradien und
werden deshalb auch als
Low Field Strength
Elements (LFSE)
bezeichnet. Viele Alkali- und
Erdalkali-Metalle gehören zu dieser Gruppe.
Interessanterweise bestimmen die elektrischen
Felddichten die Löslichkeit dieser Ionen in
Wasser: LIL-Elemente haben geringe positive
Ladungsanteile pro Oberfläche, die von den
Wasserdipolen kompensiert werden, indem
Hydrathüllen gebildet werden. Diese Ionen
sind gut wasserlöslich und damit in wässrigen
Fluiden mobil.
HFSE
dagegen werden nicht
mehr hydratisiert, sondern ihre hohen La-
dungsdichten ziehen vielmehr OH
-
-Ionen an,
sodass diese Elemente in vielen geologischen
Fluiden als wasserunlösliche Hydroxide ausfal-
len und damit in ihnen immobil sind. Ausnah-
men bilden lediglich extrem halogenreiche
Fluide oder Fluide mit sehr hohen oder sehr
1,8
Cs
LILE
(LFSE)
1,6
Rb
K
4.46
Die Einteilung von
Metallen nach ihrem Ionen-
radius und ihrer Ionenla-
dung. Große Ionen mit klei-
ner Ladung sind für „
large
ion lithophile elements
“
(LILE, auch als „
low field
strength elements
“, LFSE be-
zeichnet) charakteristisch,
relativ kleine Radien bei gro-
ßen Ladungen für „
high
fieldstrengthelements
“
(HFSE), die auch die Selten-
Erd-Elemente (SEE) beinhal-
ten. Übergangsmetalle fin-
den sich bei geringen Ionen-
größen und -ladungen, wäh-
rend Platingruppen-Ele-
mente (PGE) wiederum rela-
tiv hohe Ionenladungen ha-
ben. Nach Rollinson (1993),
Ionenradien nach Shannon &
Prewitt (1970).
Ba
1,4
Pb
HFSE
Sr
Eu
1,2
La
Eu
Y
Th
SEE
1,0
U
Mn
Co,
Zn
Ce
Pb
Sc
Lu
Li
U
Zr
Hf
0,8
Nb, Ta
Cu
Ti
Au
V
Ni
Os, Pt, Ir
Ru, Pd
Rh
Cr
0,6
Übergangs-
metalle
PGE
0,4
1
2
3
4
5
6
Ionenladung
