Als Zeolithgruppe bezeichnet man eine artenreiche Familie wasserhaltiger Gerüstsilikate, die gemessen an ihrem Trockengewicht bis zu 40 Prozent an Wasser enthalten, das beim Erhitzen abgegeben wird, ohne dass das Kristallgitter zusammenbricht. An feuchter Luft kann das Wasser wieder aufgenommen werden. Aus chemischer Sicht gehören diese Mineralien zur Stoffgruppe der Zeolithe.
Die aktuelle Definition der CNMNC der IMA ist etwas allgemeiner gefasst und schließt auch die Phosphatminerale Pahasapait und Weinebeneit sowie das Gerüstsilikat Leucit mit ein.
Ein Zeolith-Mineral ist eine kristalline Substanz, deren Struktur charakterisiert ist durch ein Gerüst aus eckenverknüpften Tetraedern. Jeder Tetraeder besteht aus vier Sauerstoffatomen, die ein Kation umgeben. Das Gerüst kann durch OH- und F-Gruppen unterbrochen sein, die die Tetraederspitzen besetzen, jedoch nicht mit benachbarten Tetraedern geteilt werden. Das Gerüst enthält offene Hohlräume in Form von Kanälen und Käfigen. Diese werden üblicherweise durch H2O-Moleküle und weitere Kationen besetzt, die häufig austauschbar sind. Die Kanäle sind groß genug, um den Durchgang von Gastmolekülen zu ermöglichen. In den wasserhaltigen Phasen tritt Entwässerung bei Temperaturen meist unter etwa 400 °C auf und ist weitgehend reversibel.Recommended nomenclature of zeolithe minerals
Zeolithe sind meist farblos, können aber durch Fremdbeimengungen auch gelb, braun oder rosa gefärbt sein. Die Strichfarbe ist weiß. Die Kristallsysteme können monoklin, orthorhombisch oder kubisch sein. Ihre Mohshärte liegt zwischen 3,5 und 5,5 und ihre Dichte im Bereich von 2,0 bis 2,5 g/cm³.
Etymologie und Geschichte Die Geschichte der wissenschaftlichen Entdeckung der Zeolithe begann 1756 mit der ersten Beschreibung eines Zeolithes durch den schwedischen Mineralogen Baron Axel Fredrick von Cronstedt. Er beschrieb das charakteristische Verhalten der Minerale dieser Gruppe beim Erhitzen vor dem Lötrohr, ein lebhaftes Aufbrausen (Sieden) aufgrund der Freisetzung gebundenen Wassers. Er prägte daraufhin den Namen Zeolith – „siedender Stein“, abgeleitet aus dem griechischen ζέω zéō für „sieden“ und λίθος lithos für „Stein“.Cronstedt 1756.
Die Entdeckung der zahlreichen Minerale der Zeolithgruppe begann im 19. Jahrhundert und in den Namen der Zeolithminerale und ihrer Entdecker zeichnet sich ein europäisches Netzwerk von Naturforschern und Sammlern ab, das bereits damals über alle Landes- und Sprachgrenzen hinweg zusammenarbeitete.
mini|Detailansicht von Natrolith-Kristalliten vom Hohentwiel (Typlokalität).
Den Anfang machte 1792 Louis Augustin Guillaume Bosc mit der Erstbeschreibung des Chabasit, gefolgt von Jean-Claude Delamétherie, der die Zeolithe Andréolite (1795) und Zéolithe nacrée („perlmuttartiger Zeolith“, 1797Jean-Claude Delamétherie : Thèorie de la Terre, T1&2) beschrieb. Beide wurden von René-Just Haüy 1801 erneut untersucht, genauer beschrieben und umbenannt, Andréolite in Harmotom und Zéolithe nacrée in Stilbit. Noch im gleichen Jahr beschrieb Haüy auch den Analcim. Martin Heinrich Klaproth entdeckte 1803 den Natrolith und 1808 benannte Haüy den von ihm sieben Jahre zuvor als „zeolithe efflorescente“ beschriebenen Zeolith um in Laumonit, in Anerkennung der Arbeit von Gillet de Laumont, der bereits 1785 die Mineralproben gesammelt hatte. Adolph Ferdinand Gehlen und Johann Nepomuk Fuchs erweiterten die Gruppe der Zeolithe um den Skolezit (1813) und Mesolith (1816 publiziert, 1 Jahr nach Gehlens Tod). Karl Cäsar von Leonhard ergänzte 1817 den Gismondin (heute: Gismondin-Ca), den er nach dem italienischen Mineralogen Carlo Giuseppe Gismondi benannte. Gismondi, der erste Kurator des wenige Jahre zuvor gegründeten Mineralogischen Museums der Universität La Sapienza in Rom, auf euromin.w3sites.net hatte zuvor den Zeolith Zeagonit beschrieben, der sich jedoch als Gemisch aus Phillipsit und Gismondin erwies.Gismondin auf mindat.org Ähnlich erging es Leonhard selbst, als Johann Reinhard Blum 1843 den Zeolith Leonhardit nach ihm benannte. Leonhardit erwies sich dann aber als teilweise entwässerter, undurchsichtiger Laumontit und gilt heute als obsoletes Synonym für Laumontit.Leonhardit auf mindat.org
Henry James Brooke, ein studierter Jurist, der als Geschäftsmann arbeitete und seine Freizeit der Mineralogie und Kristallographie widmete, identifizierte 1820 den Thomsonit (benannt nach dem Professor für Chemie an der Universität Glasgow Thomas Thomson) und Heulandit, benannt zu Ehren des britischen Sammlers und Mineralienhändlers John Henry Heuland. Zwei Jahre später beschrieb er noch den Brewsterit, den er nach Sir David Brewster benannte. Brewster, Professor für Physik an der Universität St Andrews und ebenfalls mineralogisch tätig, entdeckte 1825 die Zeolithe Gmelinit, benannt nach dem Tübinger Chemiker und Mineralogen Christian Gottlob Gmelin und Lévyn. Mit der Benennung des Lévyn ehrte dieser seinen französischen Kollegen Armand Lévy, der im gleichen Jahr die Zeolithe Phillipsit und Herschelit (heute Chabasit-Na) beschrieb. Ebenfalls 1825 beschrieb Wilhelm von Haidinger noch den Edingtonit, den er nach seinem schottischen Entdecker James Edington benannte. Es folgten Epistilbit (Gustav Rose 1826), Faujasit (Augustin Alexis Damour 1842), Pollucit (August Breithaupt 1846) und Mordenit (Henry How 1864). 1890 entdeckte Pierre Joseph Ferdinand Gonnard den Offretit und wurde 1896 von Antoine Lacroix geehrt, der den von ihm entdecken Zeolith Gonnardit nach ihm benannte.Tschernich 1992: Zeolithes of the World, S. 9.
Im 20. Jahrhundert wurden noch zahlreich weitere Zeolithe beschrieben, darunter Ferrierit (Richard Percival Devereux Graham 1918), Wairakit (A. Steiner 1955), Bikitait (C. S. Hurlbut 1957) und Cowlesit (Wise und Tschernich 1975). Tschernich war 1990 auch beteiligt an der Entdeckung des Boggsit, benannt nach den Sammlern Robert Maxwell Boggs und seinem Sohn Russel Calvin Boggs. Letzterer revanchierte sich 1992 mit der Namensgebung des von ihm und Howard, Smith und Klein beschriebenen Tschernichit.
Klassifikation Eine der ersten Unterteilungen ordnet die Familie der Zeolithe nach ihrer Symmetrie in die drei Gruppen: Faserzeolithe: hauptsächlich pseudotetragonal Blätterzeolithe: pseudohexagonal Würfelzeolithe: kubisch oder pseudokubisch
Die Namen dieser Gruppen lehnen sich an die ältesten Bezeichnungen für Zeolithe an, korrelieren aber nicht immer mit der tatsächlichen Morphologie der Kristalle. Zwischen diesen Gruppen bestehen keine scharfen Grenzen.Klockmann: Lehrbuch der Mineralogie, S. 789.
Strunz In der Strunz’schen Systematik der Minerale (10. Auflage) bildet die Zeolith-Familie eine eigene Abteilung in der Klasse der Silikate (9), die Gerüstsilikate mit zeolithischem Wasser (9.G). Diese Abteilung wird anhand charakteristischer Strukturelemente in folgende Gruppen unterteilt:Mineralklasse-9.G nach Strunz 9. AuflageNickel-Strunz Silicates Classification (Version 10)Nickel-Strunz Classification – Tektosilicates 10th edition
9.GA: Zeolithe mit T5O10-Einheiten: faserige Zeolithe 9.GA.05: Natrolith-Gruppe 9.GA.10: Thomsonit-Gruppe 9.GA.15: Edingtonit-Gruppe
9.GB: Ketten einfach verknüpfter 4er-Ringe 9.GB.05 Analcim-Gruppe 9.GB.10 Laumontit-Gruppe 9.GB.15 Yugawaralith-Gruppe 9.GB.20 Roggianit-Gruppe 9.GB.25 Goosecreekit-Gruppe 9.GB.30 Montesommait-Gruppe 9.GB.35 Parthéit-Gruppe
9.GC: Ketten doppelt verknüpfter 4er-Ringe 9.GC.05 Gismondin-Gruppe 9.GC.10 Phillipsit-Gruppe 9.GC.15 Merlinoit-Gruppe 9.GC.20 Mazzit-Gruppe 9.GC.25 Perlialit-Gruppe 9.GC.30 Boggsit-Gruppe 9.GC.35 Paulingit-Gruppe
9.GD: Ketten von 6er-Ringen – tafelige Zeolithe 9.GD.05 Gmelinit-Gruppe 9.GD.10 Chabasit-Gruppe 9.GD.15 Lévyn-Gruppe 9.GD.20 Erionit-Gruppe 9.GD.25 Offrétit-Gruppe 9.GD.30 Faujasit-Gruppe 9.GD.35 Mordenit-Gruppe 9.GD.40 Dachiardit-Gruppe 9.GD.45 Epistilbit-Gruppe 9.GD.50 Ferrierit-Gruppe 9.GD.55 Bikitait-Gruppe
9.GE: Ketten T10O20-Tetraedereinheiten 9.GE.05 Heulandit-Gruppe 9.GE.10 Stilbit-Gruppe 9.GE.15 Stellerit-Gruppe 9.GE.20 Brewsterit-Gruppe
9.GF: Andere seltene Zeolithe 9.GF.05 Terranovait-Gruppe 9.GF.10 Gottardiit-Gruppe 9.GF.15 Lovdarit-Gruppe 9.GF.20 Gaultit-Gruppe 9.GF.30 Tschernichit-Gruppe 9.GF.35 Mutinait-Gruppe 9.GF.40 Tschörtnerit-Gruppe 9.GF.50 Thornasit-Gruppe 9.GF.55 Direnzoit
9.GG: Unklassifizierte Zeolithe 9.GG.05 Cowlesit-Gruppe 9.GG.10 Mountainit Alflarsenit
Liebau Liebau schlug eine Unterteilung poröser Gerüstsilikate anhand von 2 Kriterien vor:Handbook of Zeolite Science & Technology (PDF; 494 kB), Table 1F. Liebau, H. Gies, R. P. Gunawardane, B. Marler: Classification of tectosilicates and systematic nomenclature of clathrate type tectosilicates: a proposal. In: Zeolites. 6, 1986, S. 373–377. Kationen des TO2-Gerüstes: Austauschbarkeit von Gastmolekülen in Kanälen:
Dies ergibt folgende Gruppen:
1) Porosile: SiO2-Gerüststrukturen Clathrasile: SiO2-Gerüststrukturen, die keinen Austausch von Gastmolekülen ermöglichen Zeosile: SiO2-Gerüststrukturen, die einen Austausch von Gastmolekülen ermöglichen
2) Porolite: Alumosilikatgerüste Clathralite: Alumosilikat-Gerüststrukturen, die keinen Austausch von Gastmolekülen ermöglichen Zeolithe: Alumosilikat-Gerüststrukturen, die einen Austausch von Gastmolekülen ermöglichen
IZA (Internationale Zeolithvereinigung) – Strukturkommission Die Strukturkommission der IZAHomepage der IZA Structure Commission ordnet die Zeolithe in Gruppen mit gleichen Bauplan des Alumosilikatgerüstes. Aktuell (Januar 2018) sind 235 solche Strukturtypen beschrieben worden,Database of Zeolite Structures – Zeolite Framework Types von denen jedoch viele nur bei synthetischen Zeolithen gefunden wurden. Für jeden Strukturtyp führen sie ein Kürzel aus 3 Buchstaben ein, das sich aus dem Namen des Typminerals ergibt. Strukturtypen, in denen gerüstunterbrechende Anionen wie (OH)-Gruppen auftreten, sind durch ein vorangestelltes '–' gekennzeichnet.Ch. Baerlocher, L. B. McCusker, D. H. Olsen: Atlas of Zeolithe Framework Types. 6. Auflage. 2007, S. 3–11 ().
Aufbau des Kanalsystems in den Gerüststrukturen Allen Zeolithen gemeinsam ist ein System von offenen Kanälen im Alumosilikatgerüst, durch das Gastmoleküle in die Struktur aufgenommen und wieder abgegeben werden können. Nach der Verknüpfung dieser Kanäle untereinander werden die Zeolithe in drei Gruppen unterteilt.
Zeolithe mit eindimensionalem System von Kanälen. Die Kanäle sind untereinander nicht verbunden. ABW (Li-A-Typ): Loomisit BCT (Mg-BCTT-Typ): Metavariscit, Svyatoslavit BIK (Bikitait-Typ): Bikitait -CHI (Chiavennit-Typ): Chiavennit JBW (Na-J-Typ): Fabrièsit LAU (Laumontit-Typ): Laumontit, Leonhardit MAZ (Mazzit-Typ; auch 3-dimensional): Mazzit-Mg, Mazzit-Na -PAR (Partheit-Typ): Parthéit -RON (Roggianit-Typ): Roggianit
CAN (Cancrinit-Typ): Die Minerale des Cancrinit-Typs (Cancrinit, Davyn, Mikrosommit, Tiptopit, Vishnevit) weisen Kanäle aus 8er-Ringen (8 SiO4-Tetraeder bilden einen Ring) auf, die groß genug für Zeolithisches Verhalten wären. Sie werden dennoch nicht zu den Zeolithen gezählt, da die Kanäle große volatile Anionen (CO3, SO4) enthalten, die den Durchgang von Gastmolekülen verhindern.
Zeolithe mit einem zweidimensionalen Kanalsystem. Die Kanäle sind untereinander zu einem schichtförmigen System verbunden. BRE (Brewsterit-Typ): Brewsterit-Ba, Brewsterit-Sr DAC (Dachiardit-Typ): Dachiardit-Ca, Dachiardit-K, Dachiardit-Na (auch Svetlozarit) EAB (TMA-E-Typ): Bellbergit EON (ECR-1-Typ): Direnzoit EPI (Epistilbit-TYP): Epistilbit FER (Ferrierit-Typ): Ferrierit-K, Ferrierit-Mg, Ferrierit-Na, Ferrierit-NH4 HEU (Heulandit-Typ): Heulandit-Ba, Heulandit-Ca, Heulandit-K, Heulandit-Na, Heulandit-Sr, Klinoptilolith-Ca, Klinoptilolith-K, Klinoptilolith-Na LEV (Lévyn-Typ): Lévyn-Ca, Lévyn-Na MOR (Mordenit-Typ): Mordenit, Maricopait NES (NU-87-Typ): Gottardiit STI (Stilbit-Typ): Stilbit-Ca, Stilbit-Na, Barrerit, Stellerit TER (Terranovait-Typ): Terranovait