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Kristallstrukturbestimmung von Lannonit Mg 2 Ca 4 Al 4 (SO 4) 8 F 8.24H 2 O
Lydia Strohmayer
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Betreuer*in
Christian Lengauer
DOI
10.25365/thesis.31819
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29145.95985.410154-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Lannonit wurde erstmals 1983 von Williams und Cesbron als neues Fluorsulfat aus der Lone Pine Mine, New Mexico beschrieben. Die chemische Formel wurde damals als HMg2Ca4Al4(SO4)8F9•32H2O bekannt gegeben. Williams und Cesbron leiteten aus Pulver-Röntgen Daten eine tetragonale Symmetrie ab, konnten jedoch keine Kristallstruktur ermitteln. Blaß und Strehler berichteten 1993 über einen zweiten Fund von Lannonit in der Grube Anna, in Alsdorf bei Aachen. Dort entstand Lannonit in Folge von Verwitterungsprozessen auf einer durch Selbstentzündung brennenden Steinkohlehalde. Im Zuge der vorliegenden Masterarbeit sind die Kristalle aus der Grube Anna untersucht worden.
Lannonit bildet farblose Plättchen mit quadratischer Form aus. Diese sind sub-parallel bis Rosetten-ähnlich miteinander verwachsen. Die Kristalle sind optisch einachsig positiv mit no = 1.458(2) und ne = 1.478(2). Die Kristallstruktur besteht aus einer tetragonal I-zentrierte Zelle mit a= 6.860(1) Å, c = 28.053(5) Å und V = 1320.3(4) Å3. Strukturverfeinerungen in verschiedenen Raumgruppen ergaben schließlich I4/m als korrekte Raumgruppe (R1all=4.27%). Die Struktur kann durch eine säulenartige Sequenz entlang [001] aus
CaFO5_AlF2(H2O)4_MgF2(H2O)4_AlF2(H2O)4_CaFO5 Oktaedern beschrieben werden. Diese Oktaeder werden durch das F miteinander über Ecken verknüpft und durch ungeordnete SO4 Tetraeder abgeschlossen. Weitere SO4 Tetraeder verbinden benachbarte CaFO5 Oktaeder über Ecken. Diese zwei Tetraederarten sind auch im Raman-Spektrum deutlich sichtbar, denn bei der symmetrischen Streckschwingung treten zwei scharfe Banden bei 996 und 1014 cm-1 auf.
Das Resultat aus den optischen Untersuchungen der Brechungsindizes und aus der Strukturverfeinerung der Röntgendaten ist ein reduzierter H2O und F Gehalt, der schließlich zur korrigierten chemischen Formel Mg2Ca4Al4(SO4)8F8•24H2O für Lannonit führt.
Abstract
(Englisch)
Lannonite and wilcoxite were first described by WILLIAMS & CESBRON (1983) as two new fluosulfates from the Lone Pine mine, New Mexico, where both occur as weathering products of the primary pyrite-rich ore. The chemical formula was reported to be HMg2Ca4Al4(SO4)8F9•32H2O and a tetragonal symmetry without centering was derived from X-ray powder data. Due to the quality of the type material, however, no structural information coulod be obtained for both minerals. Recently PETERSON & JOY (2013) presented a detailed structural description of wilcoxite, MgAl(SO4)2F•17H2O.
A second finding of lannonite from the Anna Mine, Alsdorf near Aachen, Germany, was reported by BLASS & STREHLER (1993), where lannonite is formed during the burning and weathering process of a coal dump after spontaneous ignition, i.e. mobilization of volatile components from the coal and formation of acidic solutions, which decompose the surrounding rock. Beside several ammonium and sulfate minerals, e.g. ammoniojarosite, anhydrite, or thermessaite-(NH4), selenium is also observed in the lannonite-bearing paragenesis. The title compound occurs as clear, colourless, optically uniaxial, tetragonal (square) platelets, which are suitable for single-crystal X-ray investigations at ambient temperature. Even though lannonite has a reported H2O content of 32 wt.%, it is a stable mineral with Mohs hardness of about 2 and a reported density of 2.22 g/cm3.
The extinction conditions revealed a tetragonal I-centered cell (a = 6.860(1), c = 28.053(5) Å, V = 1320.3(4) Å3), and consecutive structure refinements applying the space groups of Laue class 4/m revealed the correct space group to be I4/m (R1all = 4.25%). The first outcome of the refined structure model is a reduced H2O and F content leading to Mg2Ca4Al4(SO4)8F8•24H2O as the corrected chemical formula for lannonite (Dx of 2.100 g/cm3) from this locality. The structure can be described by a columnar sequence along [001] of F-linked CaFO5-AlF2(H2O)4-MgF2(H2O)4-AlF2(H2O)4-CaFO5 octahedra terminated by positionally disordered SO4 tetrahedra. These columns are interlinked by a second type of SO4 tetrahedra, connecting neighbouring CaFO5 octahedra.
The crystal-structure determination, together with optical and chemical-analytical data and Raman spectroscopy of the material will be presented and discussed. We thank Mr. Frank de Wit for kindly providing the samples studied.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Kristallstrukturbestimmung Lannonit Elektronenstrahlmikroanalyse Pulver-Röntgen-Diffraktometrie Einkristall-Röntgen-Diffraktometrie Raman-Spektroskopie IR-Spektroskopie
Autor*innen
Lydia Strohmayer
Haupttitel (Deutsch)
Kristallstrukturbestimmung von Lannonit Mg 2 Ca 4 Al 4 (SO 4) 8 F 8.24H 2 O
Publikationsjahr
2014
Umfangsangabe
53 S.
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Christian Lengauer
Klassifikationen
38 Geowissenschaften > 38.30 Mineralogie ,
38 Geowissenschaften > 38.31 Kristallographie
AC Nummer
AC11790479
Utheses ID
28293
Studienkennzahl
UA | 066 | 815 | |