Moissanit
Moissanit, chemisch auch als Carborundum bzw. Siliciumcarbid bekannt, ist ein selten vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der Elemente. Es kristallisiert im hexagonalen Kristallsystem mit der chemischen Zusammensetzung SiC und bildet flache, abgerundete, hexagonale Kristalle von bis zu fünf Millimetern Größe. Das Mineral ist in reinem Zustand farblos, zeigt durch Spuren anderer Elemente wie Stickstoff, Bor oder Aluminium jedoch ein großes Farbspektrum von grün (Stickstoff) über blau bis schwarz (Aluminium, Bor).
| Moissanit | |
|---|---|
 | |
| Allgemeines und Klassifikation | |
| IMA-Symbol |
Moi[1] |
| Andere Namen | |
| Chemische Formel | SiC |
| Mineralklasse (und ggf. Abteilung) |
Elemente |
| System-Nummer nach Strunz (8. Aufl.) Lapis-Systematik (nach Strunz und Weiß) Strunz (9. Aufl.) Dana |
I/B.02 I/B.02-030 1.DA.05 01.03.08.01 |
| Kristallographische Daten | |
| Kristallsystem | hexagonal |
| Kristallklasse; Symbol | 6/mm |
| Raumgruppe | P63mc (Nr. 186) |
| Gitterparameter | a = 3,0810(2) Å; c = 15,1248(10) Å[2] |
| Formeleinheiten | Z = 6[2] |
| Häufige Kristallflächen | [1010] |
| Physikalische Eigenschaften | |
| Mohshärte | 9,5[3] |
| Dichte (g/cm3) | gemessen: 3,1 bis 3,29; berechnet: 3,21[3] |
| Spaltbarkeit | undeutlich nach {0001}[3] |
| Bruch; Tenazität | muschelig |
| Farbe | farblos, grün, smaragdgrün, grünlichgelb, bläulich, hellgrau, schwarz |
| Strichfarbe | grünlichgrau, weiß |
| Transparenz | durchsichtig |
| Glanz | Metallglanz bis Diamantglanz |
| Kristalloptik | |
| Brechungsindizes | nω = 2,616 bis 2,757[4] nε = 2,654 bis 2,812[4] |
| Doppelbrechung | δ = 0,038[4] |
| Optischer Charakter | einachsig positiv |
| Pleochroismus | schwach |
Etymologie und Geschichte
BearbeitenMoissanit wurde erstmals 1904 von Henri Moissan in einer Mineralprobe des Canyon-Diablo-Meteoriten nachgewiesen, der in der Nähe des Barringer-Kraters gefunden wurde. Dessen Zusammensetzung wurde erstmals 1892 von François Ernest Mallard und 1893 von Georges Friedel untersucht; dabei erkannten sie, dass er ein besonders hartes Material enthielt, das inert gegen Salzsäure ist, und hielten dies zunächst für Diamant. 1904 konnte Moissan eine größere Menge des Meteoriten untersuchen und erkannte dabei an den typischen hexagonalen Kristallen, dass der Meteorit Siliciumcarbid enthält.[5] Das neue Mineral wurde nach dem Entdecker Moissanit genannt.
Die künstliche Herstellung von Siliciumcarbid gelang erstmals 1891 durch Edward Goodrich Acheson[6] (patentiert Februar 1893[7]), Moissanit in Edelsteinqualität konnte erstmals 1997 dargestellt werden.[8]
Klassifikation
BearbeitenIn der Systematik nach Strunz wird Moissanit zu den Nichtmetallen gezählt. Nach der 8. Auflage bildet es dabei zusammen mit Chaoit, Diamant, Fullerit, Graphit und Lonsdaleit eine Gruppe der Halb- und Nichtmetalle. In der 9. Auflage ist es der einzige Vertreter der Nichtmetallcarbide, einer Untergruppe der Nichtmetallischen Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen.
In der Systematik nach Dana bildet es eine eigene Untergruppe der Halb- und Nichtmetalle.
Kristallstruktur
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In der häufigsten α-Modifikation kristallisiert Moissanit im hexagonalen Kristallsystem in der Raumgruppe P63mc (Raumgruppen-Nr. 186) mit den Gitterparametern a = 3,073 Å und c = 15,08 Å sowie sechs Formeleinheiten pro Elementarzelle. Dies entspricht der Wurtzitstruktur.
Eigenschaften
BearbeitenMoissanit zählt zu den härtesten bekannten natürlich vorkommenden Substanzen, lediglich Diamant ist härter. Moissanit ist wie Diamant optisch transparent, aber im Gegensatz zu diesem doppelbrechend.[8]
Moissanit kristallisiert typischerweise in sechseckigen, tafelförmigen Kristallen. Diese sind entlang der [1010]-Ebene abgeflacht und an den Ecken abgerundet.
Die einzelnen Kristalle in natürlichen Vorkommen sind selten größer als 1 mm. Mit Stand 2014 gilt ein in Israel gefundenes 4,1 mm langes Exemplar als der größte bekannte natürliche Moissanitkristall.[9]
Modifikationen und Varietäten
BearbeitenMoissanit kommt in verschiedenen polymorphen Formen vor. Darunter sind verschiedene hexagonale, rhomboedrische und kubische Modifikationen. Am häufigsten findet man die hexagonale Moissanit-6H-Modifikation, deren Struktur derjenigen des Wurtzits entspricht. Selten kommt auch die kubische β-Modifikation (Moissanit-3C), die der Zinkblende-Struktur entspricht, vor. Sie wurde im US-Bundesstaat Wyoming gefunden.[8] Von den 74 in künstlich hergestelltem Siliciumcarbid bekannten Modifikationen sind acht aus der Natur bekannt.[3]
Bildung und Fundorte
BearbeitenSiliciumcarbid bildet sich bei hohen Temperaturen, die im Erdmantel oder beim Auftreffen von Meteoriten auf die Erde vorkommen. Dabei bildet sich zunächst bei Temperaturen von 1900 bis 2000 °C die α-Modifikation.[10] Die Entstehungsbedingungen sind vergleichbar mit denen von Diamant, so dass die beiden Minerale mitunter, wie etwa in Fuxian in der Volksrepublik China, vergesellschaftet in Kimberlit vorkommen. Ist das α-SiC bei hohen Temperaturen mit elementarem Silicium in Kontakt und zusätzlich Kohlenstoffdioxid anwesend, kann das Silicium mit dem Kohlenstoffdioxid zu β-SiC reagieren, das sich um das α-SiC anlagert.[11] Weitere Minerale außer Diamant, mit denen Moissanit vergesellschaftet ist, sind Eisen (in Meteoriten), Quarz, Granat, Klinopyroxen, Coesit, Rutil, Graphit, Pyrrhotin und Cobalt-Pyrit (in Kimberlit).
Fundorte sind verschiedene Meteoriten, wie Indarch-Meteorit in Aserbaidschan, der Krymka-Meteoriten in der Ukraine und der Canyon-Diablo-Meteorit im US-Bundesstaat Arizona; Einschlagkrater wie das Nördlinger Ries[12]; Vulkane wie der Tolbatschik auf der Halbinsel Kamtschatka (Russland) und Diamantminen, etwa in Sacha (Russland) und Kimberley in Westaustralien.
Verwendung
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Aufgrund der Seltenheit wird natürlich vorkommender Moissanit nicht wirtschaftlich genutzt. Siliciumcarbid wird aber in großen Mengen künstlich aus Siliciumdioxid und Kohlenstoff hergestellt. Es ist als Carborund ein wichtiges Schleifmittel, wird aber auch als Keramik, Isolator und auf Grund seiner Halbleitereigenschaften für Leuchtdioden, Transistoren und Varistoren eingesetzt.
Hochreine Moissanit-Kristalle können auf Grund vergleichbarer Eigenschaften als Diamantersatz verwendet werden. Moissanit besitzt zwar eine etwas geringere Härte als Diamant, ist aber thermisch an der Luft stabiler (bis zu 1127 °C, Diamant nur bis 837 °C) und deutlich preiswerter in der Herstellung.[8] Er wird daher in Experimenten unter hohem Druck und hoher Temperatur verwendet.[13]
Siehe auch
BearbeitenLiteratur
Bearbeiten- Moissanite, In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America, 2001 (PDF 61 kB)
- Eintrag zu Moissanit. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 7. März 2014.
- Simonpietro Di Pierro, Edwin Gnos, Bernard H. Grobety, Thomas Armbruster, Stefano M. Bernasconi, Peter Ulmer: Rock-forming moissanite (natural α-silicon carbide). In: American Mineralogist. 2003, 88, S. 1817–1821 (Abstract, pdf).
- Gian Carlo Capitani, Simonpietro Di Pierro, and Gioacchino Tempesta: The 6H-SiC structure model: Further refinement from SCXRD data from a terrestrial moissanite. In: American Mineralogist. 2007, 92, 403–407 (Abstract, pdf).
Weblinks
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- Mineralienatlas:Moissanit (Wiki)
- Mindat – Moissanite (englisch)
- RRUFF Database-of-Raman-spectroscopy – Moissanite (englisch)
Einzelnachweise
Bearbeiten- ↑ Laurence N. Warr: IMA–CNMNC approved mineral symbols. In: Mineralogical Magazine. Band 85, 2021, S. 291–320, doi:10.1180/mgm.2021.43 (englisch, cambridge.org [PDF; 320 kB; abgerufen am 5. Januar 2023]).
- ↑ Gian Carlo Capitani, Simonpietro Di Pierro, Gioacchino Tempesta: The 6H-SiC structure model: further refinement from SCXRD data from a terrestrial moissanite. In: American Mineralogist. Band 92, 2007, S. 403–407 (rruff.info [PDF; 244 kB; abgerufen am 8. Juli 2017]).
- ↑ a b c d Moissanite, In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America, 2001 (PDF 61 kB)
- ↑ a b c Moissanite bei mindat.org (englisch)
- ↑ Henri Moissan: Nouvelles recherches sur la météorite de Canon Diabolo. In: Comptes rendus. 1904, 139, S. 773–786 (Text bei Gallica, französisch)
- ↑ Eintrag zu Siliciumcarbid. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 7. März 2014.
- ↑ Patent US492767A: Production of artificial crystalline carbonaceous meterials. Angemeldet am 10. Mai 1892, veröffentlicht am 28. Februar 1893, Anmelder: The Carborundum Company, Erfinder: Edward G. Acheson.
- ↑ a b c d Eintrag zu Moissanit. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 7. März 2014.
- ↑ Emmanuel Fritsch, Vered Toledo, Antoinette Matlins: Record-Size Natural Moissanite Crystals Discovered in Israel. Gemological Institute of America, 2014, abgerufen am 30. November 2017.
- ↑ J. Bauer, J. Fiala, R. Hrichova: Natural α-silicon carbide. In: American Mineralogist. Band 48, 1963, S. 620–635 (rruff.info [PDF; 795 kB; abgerufen am 8. Juli 2017]).
- ↑ Irene Leung, Wenxiang Guo, Irving Friedman, Jim Gleason: Natural occurrence of silicon carbide in a diamondiferous kimberlite from Fuxian. In: Nature. 1990, 346, 352–354, doi:10.1038/346352a0.
- ↑ R. M. Hough, I. Gilmour, C. T. Pillinger, J. W. Arden, K. W. R. Gilkess, J. Yuan, H. J. Milledge: Diamond and silicon carbide in impact melt rock from the Ries impact crater. In: Nature. 1995, 378, S. 41–44, doi:10.1038/378041a0
- ↑ Ji-an Xu, Ho-kwang Mao: Moissanite: A Window for High-Pressure Experiments. In: Science. 2000, 290, S. 783–785, doi:10.1126/science.290.5492.783.