Big Bang HTL 2, Schulbuch

Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) 107 Anorganische Stoffe in Alltag und Technik 8 8.3 Die Stoffe, aus denen die Erdkruste gemacht ist Silikate und keramische Werkstoffe Ganze Gebirge bestehen daraus und sie umgeben uns in vielerlei Alltagsgegenständen – die Silikate. Ihre Struktur und Eigenschaften und die daraus hergestellten kerami- schen Werkstoffe werden in diesem Abschnitt vorgestellt. Die Basis der Silikate und damit ca. 90% der Erdkruste ist Quarz (SiO 2 ). Dieser bildet keine einzelnen Moleküle, son- dern ein Atomgitter, in dem jedes Siliziumatom von vier Sauerstoffen umgeben ist. Die Tetraeder verknüpfen sich so, dass jeder Sauerstoff zu zwei dieser Tetraeder gehört. Es entstehen hoch geordnete Systeme, die je nach Anordnung unterschiedliche Muster bilden können z. B. Tridymit (Abb. 8.12). Silikate bestehen aus SiO 4 -Tetraedern, bei denen nicht alle Eckpunkte miteinander verknüpft sind. Die freien, negativ geladenen Sauerstoffe werden durch Kationen in den Lücken des Gitters ausgeglichen. Silikate können aber auch als Salze der Kieselsäure (H 4 SiO 4 ) und deren Kondensate (= Verknüpfungen) betrachtet werden. Schon Goethe sagte „ Granit – Feldspat, Quarz und Glimmer, die drei vergess ich nimmer “. Was sind das für Mineralien, die eines der am häufigsten verwendeten und härtesten Gesteine bilden? Was sind keramische Werkstoffe? Braucht man die nur für Vasen oder auch in der Technik? F12 F13 Abb. 8.11: SiO 4 -Tetraeder Abb. 8.12: SiO 2 - Modifi- kation (Tridymit) Silikate werden häufig nach ihren Verknüpfungs- mustern, die auch ihre Eigenschaften beeinflus- sen, eingeteilt. So können SiO 4 -Tetraeder einzeln vorkommen (Inselsilikate) oder sich über gemeinsa- me Eckpunkte zu Ringen, Ketten, Schichten und komplexen Raumstruktu- ren zusammenschließen. (siehe Abb. 8.12) Abb. 8.13: Silikate: a…SiO 4 -Tetraeder-Baustein, b…Disilikat, c…Ringsilikat, d…Kettensilikat, e…Schichtsilikat, f…Raumstruktur Werden die Siliziumatome im Gitter zum Teil durch Alumi- niumionen ersetzt, entstehen Alumosilikate , die viele wichtige Mineralien bilden. Dazu gehören etwa die Feld- spate oder der Glimmer . Letztere sind Schichtsilikate was ihre gute Spaltbarkeit (Auftreten in dünnen Plätt- chen) erklären lässt (siehe Abb. 8.13) Auf Grund ihres silbrigen Glanzes werden Glimmer im Volksmund oft als Katzensilber bezeichnet. Keramische Werkstoffe Granit ist ein heterogenes Gemisch aus Quarz, Feldspat und Glimmer. ( F12 ) Durch Verwitterung von Granit und ande- ren Alumosilikaten entsteht Ton . Dies ist ein sehr fein- körniges Material mit Korngrößen von nur wenigen µm (1 µm = 1/1000mm!). Es ist sehr weich (Mohs’sche Härte = 1) und bei ausreichendem Wassergehalt auch verformbar. Ist Ton mit Kalk vermischt, spricht man von Mergel , im Gemisch mit Quarzsand wird er als Lehm bezeichnet. Durch Brennen von tonhältigen Materialien entstehen je nach Ausgangsmaterial und Bedingungen verschiedene keramische Werkstoffe. Abb. 8.14: Glimmer Abb. 8.15: Schema der Herstellung von keramischen Werkstoffen Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv