ORDERING OF IONS IN MINERALS (ORION) (FP 11)
Final Report Abstract
Das EUROCORES Programm EuroMinScI bündelt experimentelle Techniken und Computersimulations-rechnungen in integrierten Forschungsprojekten. Das in diesem Programm bearbeitete Gesamtprojekt „Ordering of Ions in Minerals (ORION)“ strebte die Aufklärung kationischer und anionischer Ordnungsprozesse in Mineralen und deren Relation zu Bildungsbedingungen und thermodynamischer Historie an. Ziel des Teilprojektes der Bochumer Arbeitsgruppe war die Aufklärung des Zusammenhangs zwischen Kationen- und Anionenordnung in den Tetraeder- und Oktaederschichten des Glimmers Phlogopit. Ein großer Bereich an synthetischen Proben mit nominellen Zusammensetzungen K (Mg3-xAlx) (Al1+xSi3-xO10) (OH)y F2-y wurde abgedeckt (0.0 ≤ y ≤ 2.0; 0.0 ≤ x ≤ 1.6). Eingesetzte Hauptuntersuchungsmethoden waren die Festkörper NMR Spektroskopie und Monte-Carlo Simulationen, die den sogenannten J-Formalismus nutzten. Reine Hydroxyl- Phlogopite zeigten den höchsten Al-Gehalt. Im Vergleich dazu zeigten F-haltige Phlogopite ein geringeres Vermögen, Al in ihre Struktur aufzunehmen. Die Kationenordnung der Tetraederschicht wird von der Wechselwirkung zwischen nächsten Nachbarn dominiert. Beim maximalen Al-Gehalt von x = 1.0 herrscht langreichweitige Ordnung vor, bei der Si und Al abwechselnd Tetraederpositionen besetzen. Bei niedrigeren Al-Gehalten wurde eine Zweiteilung der Struktur beobachtet: Einerseits bleibt die geordnete Struktur in Clustern mit einer Zusammensetzung von Si/[4]Al = 1:1 erhalten, andererseits wird der geringere Gehalt an Aluminium durch die Ausbildung von Clustern aus Phlogopit im engeren Sinne ausgeglichen, in denen das Verhältnis von Si/[4]Al 1:1 beträgt. Auch die Kationen der Oktaederschicht weisen für eine Zusammensetzung von x = 1.0 eine Ordnung von langer Reichweite auf. Ähnlich den Verhältnissen in der Tetraederschicht wurde auch hier die Ausbildung von Clustern beobachtet. Dabei treten Cluster mit einer Zusammensetzung von Mg/[6]Al = 2:1 neben Al-freien Clustern auf. Ähnlich wie in den Tetraederschichten wird eine direkte Al-Al Nachbarschaft vermieden. Mithilfe von {1H} → 29Si HETCOR NMR-Experimenten konnte gezeigt werden, dass solche Cluster der Tetraederschicht, die einen hohen Al-Gehalt aufweisen, sich in direkter Nachbarschaft von gleichfalls Al-reichen Clustern der Oktaederschicht befinden. Das bedeutet, dass die Besetzung zweier benachbarter Plätze durch zwei Al-Atome doch energetisch günstig sein kann, wenn es sich dabei um zwei verschiedene Typen von Koordinationspolyedern handelt. Daraus folgt, dass die Clusterbildung alle Schichten eines einzelnen Schichtpaketes umfasst und dabei eine Trennung in Cluster der zwei Endglied-Zusammensetzungen K Mg (AlSi3O10) F2 (Fluoro-Phlogopit) und K (Mg2Al) (Al2Si2O10) (OH)2 (‚Eastonite’) stattfindet.
Publications
- Ordering of F/OH anions as a function of the Al/Mg cation distribution in the octahedral sheets of phlogopite studied by solid state NMR spectroscopy.
Vortrag zur 84. Jahrestagung d. Dt. Mineralogischen Gesellschaft, Hannover, (2006). Beih. z. Eur. J. Mineral., 18 (2006) 38.
M. Fechtelkord
- Ordering of F/OH anions as a function of the Al/Mg cation distribution in the octahedral sheets of phlogopite studied by solid state NMR spectroscopy. Vortrag zur 14. Jahrestagung der Dt. Ges. f. Kristallographie, Freiburg. Z. Krist., Suppl. 24 (2006) 24.
M. Fechtelkord
- ORION: Ordering of ions in minerals. Scientific report for the European Science Foundation. 2008. 1-12.
Garcia, A. et al.
- Ordering of the Al Cation Distribution in the Octahedral Sheets Related to the Ordering of Al in the Tetrahedral Sheets of Phlogopite Investigated by 2D CPMAS NMR and Monte Carlo Simulations”
Vortrag zur 17. Jahrestagung der Dt. Ges. f. Kristallographie, Hannover, (2009). Z. Krist., Suppl. 29 (2009) 133.
R. Langner, M. Fechtelkord, E. Palin, A. Garcia, J. López-Solano
- Solid State NMR spectroscopic investigations of Al-rich phlogopites synthesized at 873 K. Vortrag zur 87. Jahrestagung d. Dt. Mineralogischen Gesellschaft, Halle a. d. Saale,
Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 31 (2009) 139.
R. Langner, M. Fechtelkord
- Cationic and Anionic Ordering in Tetrahedral and Octahedral Sheets of Synthetic Al-rich Phlogopite Investigated by Solid-State NMR Spectroscopy and Monte-Carlo Simulations. 2010. Diss., Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik der Ruhr-Universität Bochum
Langner, Ramona
- Aluminium ordering and clustering in Al-rich synthetic phlogopite: {1H} → 29Si CPMAS HETCOR spectroscopy and atomistic calculations”
Vortrag zur 89. Jahrestagung d. Dt. Mineralogischen Gesellschaft und 19. Jahrestagung der Dt. Ges. f. Kristallographie, Salzburg, (2009). Z. Krist., Suppl. 31 (2011) 62.
M. Fechtelkord, R. Langner, E. Palin, A. Garcia, J. López-Solano
- “Aluminium ordering and clustering in Al-rich synthetic phlogopite: {1H} → 29Si CPMAS HETCOR spectroscopy and atomistic calculations”
Vortrag zur 7th European Conference on Mineralogy and Spectroscopy, Potsdam, (2011).
R. Langner, M. Fechtelkord, E. Palin, A. Garcia, J. López-Solano
- Aluminium ordering and clustering in Al-rich synthetic phlogopite: OH/F influence on the Al-content of phlogopite studied by solidstate
NMR spectroscopy. European Journal of Mineralogy, 24.5. 2012, p. 798-814
Langner, R. und Fechtelkord, M.
- Aluminum ordering and clustering in Al-rich synthetic phlogopite: {1H} → 29Si CPMAS HETCOR spectroscopy and atomistic calculations.
American Mineralogist, February-March 2012, v. 97, p. 341-352
Langner, R., Fechtelkord, M., Garcia, A., Palin, E.J., and Lopez-Solano, J.
(See online at https://doi.org/10.2138/am.2012.3840) - “Aluminum ordering and clustering in Al-rich synthetic phlogopite: The influence of fluorine investigated by {19F/1H} 29Si CPMAS NMR spectroscopy”
Vortrag zur 20. Jahrestagung der Dt. Ges. f. Kristallographie, München, (2012). Z. Krist., Suppl. 32 (2012) 24.
M. Fechtelkord, R. Langner
(See online at https://doi.org/10.2138/am.2013.3885)
