Glimmergruppe

Biotit (Eifel, Deutschland)

Als Glimmergruppe oder kurz Glimmer bezeichnet man eine Gruppe von Schichtsilicaten mit der chemischen Zusammensetzung:

D G_2,3 [T₄ O₁₀] X₂.^[1]

In dieser Formel bedeuten:

• D: 12-fach koordinierte Kationen (K, Na, Ca, Ba, Rb, Cs, NH₄⁺)
• G: 6-fach koordinierte Kationen (Li, Mg, Fe²⁺, Mn, Zn, Al, Fe³⁺, Cr, V, Ti)
• T: 4-fach koordinierte Kationen (Si, Al, Fe³⁺, B, Be)
• X: Anion (OH^-, F^-, Cl^-, O^2-, S^2-)

Die Koordination eines Kations bezeichnet in diesem Zusammenhang Anzahl und Art dessen nächster Nachbarn. Ein 12-fach koordiniertes Kation z. B. in Glimmern ist von 12 Sauerstoffatomen umgeben.

Fett hervorgehoben sind die jeweils dominierenden Ionen. Die in Klammern stehenden Ionen können sich in beliebiger Mischung vertreten, stehen aber immer im selben Verhältnis zu den anderen Atomgruppen (Substitution).

Strukturell zeichnen sich die Glimmer durch Schichten von TO₄-Tetraedern und GO₆-Oktaedern aus. Eine Oktaederschicht wird hierbei von 2 Tetraederschichten eingeschlossen. Untereinander sind diese T-O-T-Sandwiches nur sehr schwach über große niedrig geladene Zwischenschichtkationen verbunden.^[2]

Charakteristisch für die Minerale der Glimmergruppe ist die perfekte Spaltbarkeit parallel zu diesen Schichtpaketen. Sie haben eine geringe Härte von 2 (parallel zu den Schichtebenen) bis 4 (alle anderen Richtungen). Ihre Farbe variiert von Weiß bis Braunschwarz und seltener Grün oder Rosa. Die Strichfarbe ist Weiß. Für viele technische Anwendungen der Glimmer ist deren sehr geringe elektrische Leitfähigkeit ausschlaggebend.

Glimmer gehören zu den häufigsten gesteinsbildenden Mineralen und sind wichtige Bestandteile vieler magmatischer (Granite, Diorite, Pegmatite, …) und metamorpher (Glimmerschiefer, Gneise) Gesteine.

Etymologie und Geschichte

Glimmer

Glimmern heißt schwach glühen oder glänzen. Aber von alters her meinte man mit dem Namen einen Blender, der nicht hält, was er verspricht. Daher werden auch manche Glimmerarten abwertend als Katzensilber oder Katzengold bezeichnet. Im Englischen heißt das Mineral mica, von lateinisch mica (häufiges Vorkommen in kleinen Blättchen) bzw. micare ‚funkeln‘.

Glimmer wurden bereits 1546 von dem Mineralogen Georgius Agricola erwähnt. Im 20. Jahrhundert wurden Glimmer erstmalig durch Charles-Victor Mauguin mit Röntgenstrahlen untersucht.

Klassifizierung und Nomenklatur

Nach der Klassifikation von Dana gehören die Glimmer zu den Schichtsilicaten (Klasse 71) mit Silicatschichten aus Secherringen und einen Verhältnis von Silicat- zu Oktaederschichten von 2:1 (Dana 71.1). Darin sind die Glimmer durch die Untergruppen 71.2.2a (Muskovituntergruppe), 71.2.2.b (Biotituntergruppe), 1.2.2.c (Margarituntergruppe) und 71.2.2.d (Hydroglimmer) vertreten.

Strunz ordnet die Glimmer zu den Schichtsilicaten (Klasse VIII/H) und unterteilt sie in die Gruppen VIII/H.10 (Glimmergruppe Muskovitreihe), VIII/H.11 (Glimmergruppe Biotitreihe), VIIIH.12 (Glimmergruppe Lepidolithreihe) und VIII/H.13 (Glimmergruppe Glaukonitreihe).

Die aktuelle Klassifikation der Glimmer wurde von einer Arbeitsgruppe der IMA Kommission für neue Minerale, Klassifikation und Nomenklatur vorgelegt. Sie unterteilt die Glimmergruppe anhand der Besetzung der D-Position, das ist die Kationenposition zwischen den T-O-T-Sandwiches, in drei Untergruppen:^[2]

• Echte Glimmer: Glimmer mit mehr als 50 % einwertigen Kationen auf der D-Position
• Sprödglimmer: Glimmer mit mehr als 50 % zweiwertigen Kationen auf der D-Position
• Zwischenschicht-defizitäre Glimmer: Glimmer mit weniger als 0.85 positiven Ladungen pro Formeleinheit auf der D-Position

Diese Untergruppen werden wiederum unterteilt nach der Besetzung der oktaedrisch koordinierten G-Position:^[2]

• Dioktaedrische Glimmer: Glimmer mit weniger als 2,5 Kationen auf der G-Position
• Trioktaedrische Glimmer: Glimmer mit mehr als 2,5 Kationen auf der G-Position

Später wurde diese Einteilung um weitere Untergruppen ergänzt. Die Einteilung erfolgt anhand der Kationen auf der D-Position (Na, Rb, Cs, NH₄ statt K) sowie der vorrangigen Besetzung der G- T- und X-Positionen mit für Glimmer ungewöhnlichen Ionen (z. B. Mn, Cr, V statt Fe oder Mg auf den M-Positionen, O oder F statt OH).

Im folgenden sind die verschiedenen Glimmer der einzelnen Untergruppen mit ihren idealisierten Zusammensetzungen aufgeführt. Strunz, Dana und die IMA nehmen in Einzelfällen eine unterschiedliche Zuordnung der Glimmerminerale zu den Gruppen vor. Hier ist die Klassifikation der IMA wiedergegeben.^[2]

Echte Glimmer ^[2]

Gewöhnliche Kaliumglimmer

Muskovit- Celadonit-Reihe (dioktaedrisch)

• Muskovit: K Al₂ [AlSi₃O₁₀(OH)₂]
• Aluminoceladonit: K Al(Mg, Fe²⁺) [Si₄O₁₀(OH)₂] mit Mg / (Mg + ^VIFe²⁺) > 0,5
• Ferro-Aluminoceladonit: K Al(Mg, Fe²⁺) [Si₄O₁₀(OH)₂] mit Mg/(Mg + ^VIFe²⁺) < 0,5
• Celadonit: K Fe³⁺(Mg, Fe²⁺) [Si₄O₁₀(OH)₂] mit Mg/(Mg + ^VIFe²⁺) > 0,5
• Ferroceladonit: K Fe³⁺(Mg, Fe²⁺) [Si₄O₁₀(OH)₂] mit Mg/(Mg + ^VIFe²⁺) < 0,5

Phlogopit- Annit- Reihe (trioktaedrisch)

• Annit: K Fe²⁺₃ [AlSi₃O₁₀(OH)₂]
• Phlogopit: K Mg²⁺₃ [AlSi₃O₁₀(OH)₂]

Siderophyllit- Polylithionit- Reihe (trioktaedrisch)

• Siderophyllit: K Fe²⁺₂Al [Al₂Si₂O₁₀(OH)₂]
• Polylithionit: K Li₂ Al [Si₄O₁₀F₂]

Tainiolit-Gruppe

• Tainiolith: K Li Mg₂ [Si₄O₁₀F₂]

Ungewöhnliche Kaliumglimmer

Dioktaedrisch

• Roscoelith: K V₂ [AlSi₃O₁₀(OH)₂]
• Chromphyllit: K Cr₂ [Al Si₃O₁₀(OH)₂]
• Boromuskovit: K Al₂ [BSi₃O₁₀(OH)₂]

Trioktaedrisch

• Eastonit: K Mg²⁺₂Al [Al₂Si₂O₁₀(OH)₂]
• Hendricksit: K Zn²⁺₃ [AlSi₃O₁₀(OH)₂]
• Montdorit: K Fe²⁺_1,5 Mn²⁺_0,5 Mg_0,5 [Si₄O₁₀F₂]
• Trilithionit: K Li_1,5 Al_1,5 [AlSi₃O₁₀F₂]
• Masutomilith: K Li Mn²⁺Al [AlSi₃O₁₀F₂]
• Norrishit: K Li Mn³⁺₂ [Si₄O₁₀O₂]
• Tetra-Ferri-Annit: K Fe²⁺₃ [Fe³⁺Si₃O₁₀(OH)₂]
• Tetra-Ferriphlogopit: K Mg²⁺₃ [Fe³⁺Si₃O₁₀(OH)₂]

Nicht-Kaliumglimmer

Na-Glimmer

• Aspidolith: Na Mg²⁺₃ [AlSi₃O₁₀(OH)₂]
• Preiswerkit: Na Mg²⁺₂ Al [Al₂Si₂O₁₀(OH)₂]
• Ephestit: Na Li Al₂ [Al₂Si₂O₁₀(OH)₂]
• Paragonit: Na Al₂ [AlSi₃O₁₀(OH)₂]

Cs-Glimmer

• Nanpingit: Cs Al₂ [AlSi₃O₁₀(OH)₂]
• Sokolovait: Cs Li₂ Al [Si₄O₁₀F₂]

NH₄-Glimmer

• Tobelith: (NH₄) Al₂ [AlSi₃O₁₀(OH)₂]

Sprödglimmer ^[2]: (Dana: Margarituntergruppe; Strunz: Lepidolithreihe)

Gewöhnliche Sprödglimmer

Trioktaedrisch

• Clintonit: Ca Mg₂Al [Al₃Si O₁₀(OH)₂]
• Ferrokinoshitalith: Ba Fe²⁺₃ [Al₂Si₂ O₁₀(OH)₂]
• Kinoshitalith: Ba Mg₃ [Al₂Si₂ O₁₀(OH)₂]

Dioktaedrisch

• Margarit: Ca Al ₂ [Al₂Si₂O₁₀(OH)₂]
• Ganterit: Ba_0.5(Na,K)_0.5 Al₂ [Al_1.5Si_2.5O₁₀(OH)₂]

Ungewöhnliche Sprödglimmer

Trioktaedrisch

• Bityit: Ca LiAl₂ [BeAlSi₂ O₁₀(OH)₂]
• Anandit: Ba Fe²⁺₃ [Fe³⁺Si₃ O₁₀(OH)₂]

Dioktaedrisch

• Chernykhit: Ba V₂ [Al₂Si₂O₁₀(OH)₂]
• Oxykinoshitalith: Ba Mg₂Ti [Al₂Si₂ O₁₀O₂]

Zwischenschicht-Defizitäre Glimmer ^[2]: (Dana: Hydroglimmer; Strunz: Glaukonitreihe)

Dioktaedrisch

• Illit (Serie): K_0.65 Al₂ [Al_0,65Si_3,35O₁₀(OH)₂]
• Glaukonit (Serie): K_0.8 R³⁺_1.33 R²⁺_0,67 [Al_0,13Si_3,87O₁₀(OH)₂]
• Brammallit (Serie): Na_0.65 Al₂ [Al_0,65Si_3,35O₁₀(OH)₂]

Trioktaedrisch

• Wonesit: Na_0.5 Mg_2,5Al_0,5 [Al Si₃O₁₀(OH)₂]

Kunstglimmer

Kunstglimmer, auch Mikanit genannt, besteht aus Glimmerbruchstücken, die mit Kunstharz zu großen Glimmerfolien verpresst und verbacken werden. Vorteile sind reproduzierbare Eigenschaften des Materials und geringere Kosten insbesondere für große Folien. Die Temperaturbeständigkeit, Lösungsmittelbeständigkeit und die dielektrischen Eigenschaften sind schlechter als die reinen Glimmers.

Seriennamen ^[2]

Lepidolith aus Brasilien

Einige althergebrachte Namen sind als Bezeichnungen für Mischkristallzusammensetzungen zulässig, wenn eine genauere Charakterisierung nicht möglich ist.

• Biotit: Dunkle lithiumfreie Glimmer mit Zusammensetzungen zwischen Annit, Phlogopit, Siderophyllit und Eastonit.
• Zinnwaldit: Dunkle lithiumhaltige Glimmer mit Zusammensetzungen zwischen Siderophyllit und Polylithionit.
• Lepidolith: Lithiumreiche trioktaedrische Glimmer mit Zusammensetzungen zwischen Trilithionit und Polylithionit
• Glaukonit: Dioktaedrische Zwischenschicht-Defizitäre Glimmer mit mehr als 15 % zweiwertiger Kationen auf der M-Position und vorwiegend Fe³⁺ als dreiwertiges Kation auf der M-Position
• Illit: Dioktaedrische Zwischenschicht-Defizitäre Glimmer mit weniger als 25 % zweiwertiger Kationen auf der M-Position und vorwiegend Al als dreiwertiges Kation auf der M-Position

Vorkommen

Glimmer sind häufige Bestandteile von magmatischen, metamorphen und Sedimentgesteinen. Die Varietät Muskovit findet sich beispielsweise besonders oft in quarzreichen Graniten oder Pegmatiten, daneben auch in metamorphen Gesteinen wie zum Beispiel Phyllit. Als sehr verwitterungsbeständige Varietät tritt sie auch in Sedimentgesteinen wie zum Beispiel Sandstein auf. Biotit verwittert wesentlich leichter und findet sich daher eher in Granit oder Diorit.

Hauptproduzenten sind die USA und die Volksrepublik China.

Struktur

Silicat-Anionenkomplex

Glimmerstruktur 1: SiO₄-Tetraederschicht

Glimmer gehören zu der Gruppe der Schichtsilicate. Die Si⁴⁺-Ionen bilden vier sehr feste, kovalente Bindungen zu vier O^2- -Ionen, die die Si-Ionen tetraedrisch umgeben. Die Sauerstoffionen sitzen auf den Ecken der Koordinationstetraeder und das Silizium befindet sich in deren Zentrum. Auf den Strukturabbildungen sind der Übersichtlichkeit halber nur diese Koordinationspolyeder abgebildet und nicht die Atome selbst.

Diese SiO₄-Tetraeder sind über Ecken (gemeinsame Sauerstoffe) zu theoretisch unbegrenzten Schichten verbunden. Die Schichtstruktur der Glimmer zeichnet sich dadurch aus, dass jeder SiO₄-Tetraeder über drei gemeinsame Ecken (Sauerstoffe) mit drei weiteren SiO₄-Tetraedern verbunden ist und die freien vierten Spitzen aller Tetraeder einer Schicht in die gleiche Richtung zeigen (siehe Abb. 1). Der daraus resultierende Silicatanionenkomplex hat die Summenformel [Si₄O₁₀]^4-.

Oktaederschicht

Glimmerstruktur 2: GO₆-Oktaederschicht

Die zwei- und dreiwertigen Kationen der G-Position sind oktaedrisch von 6 Sauerstoffen umgeben. Diese GO₆-Oktaeder sind über Kanten (zwei gemeinsame Sauerstoffe) miteinander verbunden und bilden ebenfalls theoretisch unbegrenzte Schichten. Bei den dioktaedrischen Glimmern sind nur die M2-Oktaeder mit Kationen besetzt (Abb. 2a) wohingegen bei den trioktaedrische Glimmern alle Oktaeder dieser Schichten mit Kationen besetzt sind (Abb. 2b).

Verknüpfung der Schichten

Glimmerstruktur 3: Schichtabfolge und Polytypie

Charakteristisch für die Glimmerstruktur ist, dass diese Silicat- und Oktaederschichten miteinander so verbunden sind, dass jede Oktaederschicht von zwei Silicatschichten eingeschlossen wird. Hierbei sind die Silicattetraeder mit ihrer freien Spitze (Sauerstoff) mit der Oktaederschicht verbunden. Diese Baueinheit ist vergleichbar mit den I-Beams der Pyroxene, Amphibole und anderer Biopyribole. Die Ladungen sind innerhalb dieser Baugruppe weitgehend ausgeglichen. Die abschließenden Sauerstoffe an den nach außen weisenden Basisflächen der SiO₄-Tetraeder sind alle an zwei Si-Ionen gebunden und weisen nahezu keine freien Bindungsvalenzen mehr auf. Untereinander sind diese Glimmerstruktureinheiten daher nur noch über schwache ionische Bindungen mit den Zwischenschichtkationen der D-Position verbunden. Dies ist die strukturelle Erklärung für die exzellente blättrige Spaltbarkeit der Glimmer.

Diese Glimmerstruktureinheiten, auch als TOT- oder 2:1- Schichten bezeichnet, sind in Richtung der kristallographischen c-Achse aufeinandergestapelt (Abb. 3) und können dabei um die c-Achse mit n * 60° gegeneinander verdreht sein (0 ≤ n ≤ 5). Unterschiedliche Stapelfolgen verschieden orientierter Glimmerstruktureinheiten ergeben diverse Glimmerpolytype mit unterschiedlicher Symmetrie (monoklin, orthorhombisch, trigonal). Durch eine geordnete Verteilung unterschiedlicher Kationen auf den oktaedrisch koordinierten G-Positionen wird die Symmetrie der Polytype mitunter herabgesetzt, z. B. von C2/m (monoklin) auf C-1 (triklin).

Die Glimmerpolytype können in drei Unterfamilien aufgeteilt werden:

• A-Polytype: Rotation der TOT-Schichten nur um 2n*60° (0°, 120°, 240°). In diese Unterfamilie gehören die häufigsten Glimmerpolypen 1M, 2M₁ und 3T
• B-Polytype: Rotation der TOT-Schichten nur um (2n+1)*60° (60°, 180°, 300°). Aus dieser Gruppe sind bislang nur die seltenen Polytype 2M₂ und 2O in der Natur gefunden worden.
• Gemischte Polytype: Sowohl 2n*60° wie auch (2n+1)*60° – Rotationen der Glimmerschichten (1Md)

Die Bezeichnungen der Polytype setzen sich im Wesentlichen zusammen aus der Anzahl unterschiedlich orientierter Baueinheiten (Zahlen, d für 'disordered – ungeordnet') und der Kristallklasse (Großbuchstaben M für monoklin, T für trigonal, O für orthorhombisch, H für hexagonal).

Verwendung

Schon in prähistorischer Zeit wurde Glimmerschiefer abgebaut und der daraus gewonnene Glimmer vermutlich für kosmetische Zwecke verwendet.^[3] Auch heute noch finden Glimmer – unter der INCI-Bezeichnung Mica (CI 77019) – Anwendung in der dekorativen Kosmetik.

Celadonit und Glaukonit (grüne Erden) wurden als grünes Farbpigment z. B. bei römischen, byzantinischen und auch japanischen Wandmalereien verwendet.^[4]

Mit anorganischen Interferenzschichten, beispielsweise Siliciumdioxid und Titandioxid, beschichteter Glimmer wird seit Mitte der 1980er Jahre als Perlglanz- bzw. Interferenzpigment unter anderem in Autolack und Kosmetika eingesetzt.

Muskovit-Fenster im staatlichen historischen Museum, Moskau

Mikanit bzw. Kunstglimmer (oben und rechts) und Glimmerscheiben (links) zur isolierten Montage von Transistoren

Aufgrund der leichten Spaltbarkeit entlang der Schichtebenen lassen sich Glimmer in dünne transparente Scheiben aufspalten. Wo Glimmer leicht und zu günstigen Preisen erhältlich, Glas dagegen zu teuer war, wurde das Mineral insbesondere in ländlichen Gegenden für Fensterscheiben verwendet.

Aufgrund des hohen Schmelzpunktes des Minerals fand es vor Verbreitung des feuerfesten Glases unter anderem Anwendung als Sichtfenster in Zimmeröfen, als Glasersatz für Inspektionsfenster in industriellen Schmelzöfen oder als Schutzglas von Laternen.

Glimmer und Kunstglimmer wird als elektrischer Isolator und als Trägermaterial für Heizdrähte verwendet (Lötkolben, Toaster, Elektroherd). Glimmer hält Temperaturen von über 600 °C aus, Kunstglimmer 400-500 °C.

Glimmerscheiben werden als Isolierscheibe zwischen Leistungs-Halbleiterbauelementen und deren Kühlkörper verwendet. Beschichtete Glimmerscheiben mit Stanzlöchern werden in Elektronenröhren zum Aufbau des Elektrodensystems verwendet.

Weiterhin wird Glimmer als Dielektrikum für sehr verlustarme Kondensatoren für hohe Frequenzen und Leistungen, als Fenstermaterial von Zählrohren in Geigerzählern und – in Form von Kunstglimmer – als Abdeckung in Mikrowellenöfen eingesetzt.

Als Membran der Schalldose bei Grammophonen ist Glimmer bis zur Ablösung durch Metalle wie Aluminium oder Kupfer bis in die vierziger des letzten Jahrhunderts verwendet worden.

Als Plattenwerkstoff wird das Material im Schiffbau, Hochbau und in der Fertigung von Kaminen eingesetzt.

Da Glimmer nach der Spaltung eine sehr glatte Oberfläche aufweist, wird es auch als Substrat für Selbstorganisierende Monoschichten und als Matrix bei der Rasterkraftmikroskopie verwendet.

Siehe auch

• Systematik der Minerale
• Liste der Minerale

Einzelnachweise

1. ↑ Smith et al. 1998: A systematic approach to general and structure-type formulas....
2. ↑ ^{a b c d e f g h} Rieder et al. 1998: Nomenclature of the Micas
3. ↑ Murphy et al 1994: Prehistoric mining of mica schist at the Tsodilo Hills, Botswana
4. ↑ Hradil et al.: Clay and iron oxide pigments in the history of painting

Literatur

• M. Rieder et al.: NOMENCLATURE OF THE MICAS. In: Canadian Mineralogist. 1998, V. 36, S. 41–48.
• G. Tischendorf et al.: True and brittle micas: composition and solid-solution series. In: Mineralogical Magazine. 2007, Vol. 71(3), S. 285–320.
• D. K. Smith, A. C. Roberts, P. Bayliss, F. Liebau: A systematic approach to general and structure-type formulas for minerals and other inorganic phases. In: Amarican Mineralogist. 1998, Vol. 83, S. 126-132.
• D. Hradil, T. Grygar, J. Hradilová , Petr Bezdička: Clay and iron oxide pigments in the history of painting. In: Applied Clay Science 2003, Vol. 22, S. 223-236.
• M.L. Murphy, L. Murphyt, A.C. Campbellt, L.D. Robbins: Prehistoric mining of mica schist at the Tsodilo Hills, Botswana. In: The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy 1994, S. 87-92.

Weblinks

 Commons: Mica – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Mineralienatlas:Mineralgruppe/Glimmer