Wurtzit-Struktur

Wurtzit
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Chemische Formel	ZnS
Mineralklasse	Sulfide, Sulfosalze II/C.13-10 (nach Strunz) 2.8.7.1 (nach Dana)
Kristallsystem	hexagonal
Kristallklasse	dihexagonal-pyramidal $6mm\,$
Farbe	schwarz, braun, braunrot
Strichfarbe	hellbraun
Mohshärte	3,5–4
Dichte (g/cm³)	3,98–4,08
Glanz	Diamantglanz
Transparenz	transluzent
Bruch	uneben
Spaltbarkeit	vollkommen nach $\{ 10\bar10\}$ deutlich nach $(0001)\,$
Habitus	häufig radialstrahlige Aggregate von Kristallen und undeutlich ausgebildete pyramidale Einkristalle, seltener tafelige oder säulenförmige Einkristalle
Häufige Kristallflächen	Pyramiden: $\{ 50\bar52\}$, $\{ 10\bar10\}$, $(0001)\,$ tafelförmige Kristalle: $(0001)\,$
Zwillingsbildung	sehr selten
Kristalloptik
Brechzahl	nω = 2,356 nε = 2,378
Doppelbrechung (optische Orientierung)	0,022 ; einachsig positiv
Winkel/Dispersion der optischen Achsen	2vz ~ k. A.
Pleochroismus	k. A.
Weitere Eigenschaften
Phasenumwandlungen	Wurtzit (β-ZnS) ist die metastabile Hochtemperaturmodifikation (Bildung oberhalb von 1020 °C) von Sphalerit (α-ZnS)
Schmelzpunkt	1185 °C[1]
Chemisches Verhalten	Nahezu unlöslich in Wasser
Ähnliche Minerale	Sphalerit, Matrait, Greenockit, Rambergit, Cadmoselit
Radioaktivität	nicht radioaktiv
Magnetismus	nicht magnetisch
Besondere Kennzeichen	piezoelektrisch

Wurtzit ist ein Mineral aus der Mineralklasse der Sulfide und Sulfosalze und neben dem weitaus häufigeren Sphalerit (α-ZnS) und der sehr seltenen Sphalerit-Varietät Matrait eine der natürlichen Modifikationen des Zinksulfids (ZnS), es wird auch als β-ZnS bezeichnet. Es kristallisiert im hexagonalen Kristallsystem und ist die metastabile Hochtemperatur-Modifikation des kubischen Sphalerit. Wurtzit bildet meist radialstrahlige Aggregate aus nadelförmigen Kristallen oder pyramidale Einkristalle (seltener auch tafelförmig) mit schwarzer bis braunroter Farbe.

Etymologie und Geschichte

C. Friedel

Die Erstbeschreibung des Wurtzits stammt von dem französischen Chemiker und Mineralogen Charles Friedel (1832–1899) aus dem Jahr 1861. Er benannte das Mineral nach seinem Lehrer Charles Adolphe Wurtz (1817–1884), in Anerkennung dessen wissenschaftlicher Verdienste. Die von Friedel untersuchten Proben wurden in der San José Mine nahe der Stadt Oruro in den bolivianischen Anden gefunden, die bis in das Zwanzigste Jahrhundert ein bedeutender Bergbauort war, vor allem durch den Abbau von Zinn. Oruro ist noch heute die Typlokalität des Wurtzits.

Seit der Gründung der International Mineralogical Association ist Wurtzit der international anerkannte Mineralname für das hexagonal kristallisierende Zinksulfid beziehungsweise β-ZnS.

Bildung und Fundorte

Wurtzit entsteht wie die meisten Sulfide in der Regel durch Fällung aus hydrothermalen Lösungen. Natürlich gebildeter Wurtzit enthält meist Spuren von Eisen, Mangan und Cadmium. Vor allem hohe Cadmium-Gehalte begünstigen die Bildung von Wurtzit gegenüber Sphalerit (α-ZnS). Begleitende Minerale (Paragenesen) von Wurtzit sind gewöhnlich Sphalerit und Galenit (PbS) sowie andere, häufig eisenreiche Sulfide und Disulfide wie Pyrit (FeS), Markasit (FeS₂) und Chalcopyrit (CuFeS₂).

Morphologie

Wurtzit tritt häufig als radialstrahlige Aggregate aus mehreren nadel- bis säulenförmigen Kristallen zusammen mit Sphalerit in der sogenannten Schalenblende auf. Die Wurtzit-Aggregate ähneln dabei in ihrer Form denen von Stibnit (Sb₂S₃). Seltener sind isolierte Einkristalle als meist unvollkommene Pyramiden ausgebildet. Die Form solcher Kristalle wird in der Mineralogie auch als hemimorph („halbgestaltig“) bezeichnet, da die beiden Enden des Kristalls sich in ihrem Erscheinungsbild stark unterscheiden (Basisfläche an der einen, Spitze der Pyramide an der anderen Seite). Sehr selten können auch tafelförmige Kristalle beobachtet werden, deren obere und untere Begrenzungsflächen parallel zur Pyramidenbasisfläche verlaufen, die Pyramidenflächen sind in diesem Fall nicht ausgebildet.

Wurtzit-Struktur

Kristallographische Daten^[2]

Wurtzit-Struktur
Kristallsystem	hexagonal
Raumgruppe	$P6_3mc \;$
Gitterparameter (Elementarzelle)	a = (b) = 382 pm c = 626 pm
Zahl (Z) der Formeleinheiten	Z = 2

Wurtzit kristallisiert im hexagonalen Kristallsystem in der Raumgruppe $P6_3mc \;$ mit den Gitterparametern a = 382 pm und c = 626 pm sowie zwei Formeleinheiten pro Elementarzelle. Der Aufbau der Kristallstruktur lässt sich von der des Lonsdaleit, dem hexagonalen Diamant, ableiten. Dies steht in Analogie zur Struktur des Sphalerit, die sich vom normalen kubischen Diamant ableiten lässt.

Die Struktur besteht aus einer hexagonal dichtesten Kugelpackung (Stapelfolge … ABAB … in Richtung der kristallographischen c-Achse) aus Schwefelatomen, deren Tetraederlücken zur Hälfte mit Zinkatomen besetzt sind. Da es in einer dichtesten Kugelpackung doppelt soviele Tetraederlücken wie Packungsteilchen (in diesem Fall Schwefel) gibt und nur jede zweite Lücke mit Zink besetzt ist, ergibt sich ein Schwefel-Zink-Verhältnis von 1:1 und damit die chemische Formel ZnS. Die Struktur des Wurtzits kann auch umgekehrt beschrieben werden, d. h., die Zinkatome bilden die hexagonal dichteste Kugelpackung mit den Schwefelatomen in der Hälfte der Tetraederlücken, Schwefel und Zink bilden sogenannte kommutative Teilgitter. Beide Atomsorten haben jeweils eine Koordinationszahl von 4, als Koordinationspolyeder ergibt sich in beiden Fällen ein unverzerrtes Tetraeder. Mit Hilfe der Niggli-Schreibweise kann die Struktur wie folgt dargestellt werden:

$\mathrm{{}^{3}_\infty\lbrace[ZnS{}_{4/4}]\rbrace\!\,}$

Die Wurtzitstruktur zählt zu den wichtigsten Kristallstrukturtypen, zahlreiche auch technisch wichtige Verbindungen kristallisieren isotyp zu Wurtzit (d. h. mit der gleichen Kristallstruktur) , darunter Zinkoxid (ZnO), Cadmiumsulfid (CdS), Cadmiumselenid (CdSe), Cadmiumtellurid (CdTe), Galliumnitrid (GaN) und Silberiodid (Jodargyrit,  AgI).

Siehe auch

• Systematik der Minerale
• Liste der Minerale
• Zinkblende-Struktur

Literatur

• W. A. Deer, R. A. Howie, J. Zussman: An Introduction to the Rock Forming Minerals. Prentice Hall, Harlow 1992, ISBN 0582300940. (englisch)
• W. Kleber, H.–J. Bautsch, J. Bohm: Einführung in die Kristallographie. 18. Aufl., Verlag Technik, Berlin 1998, ISBN 3-341-01205-2.
• U. Müller: Anorganische Strukturchemie. 5. Aufl., Teubner, Stuttgart 2006, ISBN 3-8351-0107-2.
• M. Okrusch, S. Matthes: Mineralogie. Springer, Berlin 2005, ISBN 3540238123.

Einzelnachweise

1. ↑ Eintrag zu Zinksulfid in der GESTIS-Stoffdatenbank des BGIA, abgerufen am 4.9.2007 (JavaScript erforderlich)
2. ↑ E. H. Kisi, M. M. Elcombe: U parameters for the wurtzite structure of ZnS and ZnO using powder neutron diffraction. In: Acta Crystallographica. Nr. C45, 1989, S. 1867-1870.

Weblinks

• Mineralienatlas:Wurtzit (Wiki)
• Webmineral – Wurtzit (engl.)
• MinDat – Wurtzit (engl.)