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Main Title: Schwingungsspektroskopie von OH-führenden Defekten in Granat
Translated Title: Vibrational spectroscopy of OH-bearing defects in garnet
Author(s): Hösch, Andreas
Advisor(s): Langer, Klaus
Granting Institution: Technische Universität Berlin, ehemalige Fakultät VI - Bauingenieurwesen und Angewandte Geowissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Seit langem sind OH-Gehalte in den nominell "wasserfreien" silikatischen Granaten bekannt, sowohl durch die Existenz der in der Natur vorkommenden Hydrogrossulare, in der die OH-Gruppen eine strukturtragende Funktion aufweisen als auch in Form von Spuren in allen anderen Granaten, sichtbar in Form von Absorptionsbanden im IR-Spektrum zwischen 4000 und 3000 cm-1. Letzteres zeigt aber auch die Problematik in der Einordnung des Wasserstoffs in der Granatstruktur auf. Aus strukturellen Untersuchungen an Hydrogrossularen konnte gezeigt werden, das der Mechanismus des Wasserstoff-Einbaus durch die Substitution [Si[4]O4]4- = [o[4](HO)4]4- beschrieben werden kann. Diese Reaktion wurde ebenfalls als ausschließliche Möglichkeit für Granate mit Spurengehalten angenommen. Natürliche und synthetische silikatische Granate unterschiedlichster chemischer Zusammensetzung zeigen aber eine enorme Varianzbreite und Komplexität in den IR-Spektren des OH-aktiven Bereichs, sowohl was die Bandenanzahl, Intensitäts- und Halbwertsbreitenverhältnisse angeht. Allein die Bandenanzahl, die deutlich größer als zwei sein kann, deutet darauf hin, das die bereits beschriebene "Hydrogrossular"-Substitution nicht die einzige Einbaumöglichkeit ist. In der vorliegenden Dissertation wurden synthetische Granat-Endglieder und eine Vielzahl binärer Mischkristalle, die hydrothermal bei ptot = pH2O synthetisiert wurden (FRENTRUP 1980), IR-spektroskopisch untersucht und mit den Ergebnissen aus Messungen an natürlichen Granaten verglichen. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigten: 1. Die Komplexität der Spektren ist unabhängig vom Chemismus, wobei die Grossulare einen deutlichen Hang zu großen Bandenzahlen zeigen. Durch Mischkristallbildung werden die Spektren nicht komplexer als die der Endglieder, sondern scheinen sich eher zu vereinfachen. 2. Die Bandenlagen sind temperaturabhängig und verschieben sich mit steigender Temperatur zu geringeren Wellenzahlen. Bei den komplizierten Spektren zeigt sich, das der Betrag dieser Verschiebung für die einzelnen Banden nicht gleich ist, was bei Annahme der klassischen "Hydrogrossular"-Substitution als einziger Mechanismus nicht möglich wäre. 3. In allen synthetischen Granaten treten zwei Banden mit einem charakteristischen Abstand von ca. 25 cm-1 auf, die sich der [o[4](HO)4]4--Substitution zuordnen lassen; diese Substitution ist demnach unabhängig vom Chemismus der Granate. Ihre Lage hängt ab von der an den Tetraedersauerstoffen wirkenden mittleren Kationenelektronegativität. Bei einigen der natürlichen Granaten, die extrem geringe OH-Gehalte aufweisen (< 50 ppm), können diese beiden Banden fehlen, was ein Hinweis darauf ist, dass keine Si-Fehlstellen, dafür aber andere Kationendefekte auftreten. 4. Die infrarotspektroskopisch bestimmten Wassergehalte der synthetischen Granate liegen deutlich höher als die aller gemessenen natürlichen Granate. Die Annahme, daß ptot = pH2O eine in der Natur häufig auftretende Bedingung ist, muß mit Vorsicht betrachtet werden. Ein Muttergestein, bestehend aus wasserreichen Mineralen wie Glimmer, Chlorit etc. ist eine notwendige, aber eine nicht ausreichende Voraussetzung für OH-Gehalte in Granat. 5. Die Wassergehalte in den synthetischen Granaten sind unabhängig vom Chemismus und werden primär von der Temperatur, ab bestimmten Temperaturen im verstärkten Maße vom Druck gesteuert. Ein weiterer wichtiger Faktor ist der Sauerstoff-Partialdruck (LU & KEPPLER 1997)
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-87
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/398
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-101
Exam Date: 21-Jun-1999
Issue Date: 15-Jun-2001
Date Available: 15-Jun-2001
DDC Class: 550 Geowissenschaften
Subject(s): Granat
OH-Gruppen
IR-Spektroskopie
Defekte
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