Smektitgruppe

Bei den Smektiten, oder auch Smectiten (von griech. smectos = ‚gestrichen, geschmiert‘; smectis = ‚Walkerde‘) handelt es sich um Mineralgemenge aus verschiedenen quellfähigen Schichtsilikaten (Phyllosilikaten), die eine Dreischicht-Struktur besitzen und zu den Tonmineralen gehören. Smektite bestehen hauptsächlich aus Montmorillonit, enthalten aber auch Quarz- und Calcitstaub.^[1]

Die Dreischicht-Struktur besteht aus zwei Tetraeder-Schichten, die über die Kationen einer Oktaeder-Zwischenschicht elektrostatisch vernetzt sind. Die Schichten sind nicht starr miteinander verbunden, sondern können durch reversible Einlagerung von Wasser und anderen Substanzen aufquellen.

Smektite entstehen bei der Verwitterung von Basalt und Gabbro.

Struktur

Schichtgitter

Wie alle Schichtsilikate werden Tonminerale durch zweidimensionale Schichten charakterisiert, deren SiO₄-Tetraeder und AlO₄-Oktaeder gemeinsame Ecken aufweisen. Jeder SiO₄-Tetraeder teilt drei seiner Sauerstoffatome mit anderen Tetraedern. Das vierte Sauerstoffatom bleibt frei, wird also nicht mit anderen Tetraedern geteilt, so zeigen alle Tetraeder in dieselbe Richtung; d. h. alle ungeteilten Scheitelpunkte sind auf derselben Seite der Platte.

In Tonen werden die Tetraeder-Platten immer von kleinen Kationen, wie Aluminium oder Magnesium an die oktaedrischen Platten gebunden. Der freie Sauerstoff der Tetraeder-Platte bildet auch einen Teil einer Seite der Oktaeder-Platte, aber ein zusätzliches Sauerstoffatom wird über der Lücke in der Tetraeder-Platte am Zentrum der sechs Tetraeder gelegen. Dieses Sauerstoffatom wird mit einem Wasserstoffatom verbunden, das sich als OH-Gruppe in der Tonstruktur formt.

Tone können danach kategorisiert werden, wie die Tetraeder und Oktaeder paketiert sind. Ist nur ein Tetraeder mit einer Oktaeder-Gruppe in jeder verbunden, ist der Ton als 1:1-Ton bekannt. Die Alternative, bekannt als 2:1-Ton, hat zwei Tetraeder-Platten, deren freie Scheitelpunkte zu einander zeigen und somit jeweils eine Seite der oktaedrischen Platte bilden.

Das Abbinden zwischen den Tetraedern und den oktaedrischen Platten verlangt, dass die Tetraeder verzerrt oder gedreht werden, eine ditrigonale Verzerrung zur sechseckigen Reihe verursachend, die Oktaeder-Platte hingegen eben wird. Das minimiert die gesamten Verzerrungen der Bandwertigkeit der Kristallite.

Je nach Zusammensetzung der Tetraeder- und Oktaeder-Platten ist die Schicht ladungsfrei oder hat eine negative Nettoladung. Wenn die Schichten geladen sind, wird diese Ladung durch eine Zwischenschicht von Kationen wie Na⁺ oder K⁺ ausgeglichen. In jedem Fall kann die Zwischenschicht auch Kristallwasser enthalten. Die Kristallstruktur wird durch das Stapeln verschiederer Schichten gebildet.

Smektite haben eine sehr hohe Affinität zu Wasser und lagern es deshalb auch häufig ein, wobei sie sich um ein vielfaches der Ursprungsgröße ausdehnen. Dabei treten sehr hohe Drücke (bis zu 400 MPa) auf, die stärker sind als bei den physikalischen Verwitterungsprozessen. Durch Quellen und Schrumpfen verändern die Kristalle ihre Größe wesentlich. Die großen Zwischenräume der Smektite ermöglichen den Einbau polarer organischer Flüssigkeiten statt der anorganischen hydratisierten Kationen. Dadurch können organische Giftsstoffe so absorbiert werden, dass ihre Giftigkeit aufgehoben wird. Smectite werden deshalb bei der Altlastensanierung oder -sicherung eingesetzt.

Siehe auch

Systematik der Minerale

Weblinks

• Mineralienatlas:Smektit
• Mindat - Smectite group
• clayserver.com: Quellfähige Tonminerale in mineralischen Rohstoffen (PDF 1,32 MB)

Einzelnachweise