I. Silikate

Vorsicht: Bei Darstellungen von grösseren Kristall-Ausschnitten werden die Kristalle an beliebigen Stelle zerschnitten. Am Rand können daher mitten entzwei geschnittene Silikat-Ionen und sehr seltsam gebundene Atome auftreten. Im Inneren der Kristalle sollte hingegen alles stimmen. Mit Hilfe der Werkzeuge kann man bei Bedarf den "Müll" am Rand wegschneiden.

Aufgabe 1

Arten von Silikaten
Untersuche folgende Mineralen und kreuze unten Zutreffendes an.

Hilfsmittel, Tipps:

Bei Bedarf: Einführung zum Arbeiten mit jmol.

Um herauszufinden, wie gross ein zusammenhängender Bereich aus SiO₄-Tetraedern ist, kann man verschieden vorgehen:

Man wählt im Menü unter der Darstellung Wählen/Molekül, dann Anwählen/nichts und klickt dann ein Si-Atom im Inneren des Kristalls an. Alle damit verbundenen Atome sind nun angewählt und erhalten einen gelben Halo. Nun kann man z.B.
- Rechts unter der Abbildung unter Atome die Atomgrösse der Auswahl verändern, oder...
- Auswahl/zeigen anklicken, oder...
- unten in dieser Spalte "SiO4-Tetraeder" anwählen
- oder mit Rechtsklick in die Abbildung klicken, die Konsole anwählen und "color blue" eintippen
- Im Dropdown-Menü rechts zuunterst Molekül bewegen anwählen, ein Atom im Inneren des Kristalls anklicken, alt + shift drücken und eines der angewählten Atome mit der Maus (linksklick) wegziehen.
  Wenn im Dropdownmenü als letztes bereits Molekül bewegen angewählt wurde bzw. erscheint diese Auswahl bereits im Auswahlfeld, muss nun zuerst irgend etwas anderes angeklickt werden; erst dann kann Molekül bewegen wieder gewählt werden.
Mit Wählen/Wahlmodi beenden kann man den Auswahl-Modus jederzeit verlassen und wieder in den normalen Ansichtsmodus zurückkehren.

Quarz

Hilfsmittel:

Zutreffendes anklicken und "fertig" drücken. Antworten erscheinen weiter unten.

Aufgabe 2

Bindungswinkel
Miss für eines dieser der Mineralien die Bindungswinkel an den O-Atomen (Zuerst müssen u.U. unter Wählen Wahlmodi beendet werden oder im Dropdownmenü zuunterst rechts der Modus verlassen werden. Auf das erste Si-Atom doppelklicken, dann auf das verbindende O-Atom einmal klicken und schliesslich auf das zweite Si-Atom wieder doppelklicken). Speichere ein Bild für die Bestätigungsmail. Überprüfe den Befund an einem weiteren Mineral

Welchen Winkel würde man erwarten und welche typischen Winkel misst man?
Wie könnte man den Befund deuten? Tipp: Unter Welchen Bedingungen treten bei C-Atomen Bindungswinkel von 120° oder 180° auf? Gibt es möglicherweise einen Zusammenhang mit Hypervalenz? Schicke deine Antwort mit der Bestätigungsmail am Schluss.

Nimm eines der obigen Minerale, das sich gut eignet (in geeignete Position drehen!), oder dann folgendes:

Aufgabe 3

Silikate mit Löchern
Manche Silikate enthalten Löcher. Untersuche die Löcher darauf, ob die Moleküe Wasser, N₂ oder O₂ oder wichtige Ionen wie Na⁺, K⁺, Mg²⁺ und Ca²⁺ darin Platz finden: Unten finden sich Knöpfe für das Hinzufügen der Ionen und Moleküle. Um das hinzugefügte Teilchen einzeln zu verschieben oder zu drehen, wähle im mittleren Dropdown-Menü rechts zuunterst Molekül bewegen, klicke dann ein Atom im Inneren des Kristalls an, drücke alt + shift und ziehe eines der angewählten Atome mit der Maus (linksklick) weg. Wenn im Dropdownmenü als letztes bereits Molekül bewegen angewählt wurde bzw. diese Auswahl im Menü-Fenster erscheint, muss nun zuerst irgend etwas anderes angeklickt werden; erst dann kann Molekül bewegen wieder gewählt werden.

Beim Einfügen werden alle Atome und Ionen mit ihrem ungefähren Van der Vaals-Radius gezeichnet. Mit Atom/Grösse:100% erhalten ungeladene Atome ebenfalls ihren ungefähren Van der Waals-Radius, Ionen jedoch nicht.

Speichere von einem der löchrigen Silikate mit eingepasstem Molekülen oder Ionen ein Bild für die Bestätigungsmail und notiere die Namen der Silikate mit grossen Löchern.

Hilfsmittel:

Teilchen hinzufügen:

Aufgabe 4

Aluminiumionen statt Si-Atome
In manchen Gerüstsilikaten, den Alumosilikaten, sind ein Teil der Si-Atome durch Al³⁺-Ionen ersetzt:

Die vier umgebenden O-Atome (total 4⊖) bilden mit dem Aluminiumion (3⊕) zusammen je einen negativ geladenen Bereich mit der Ladung 1-. Folgender Ausschnitt von Orthoklas ist ungeladen - die positive Ladung der Gegenionen wird also gerade kompensiert durch die Ladung der Alumosilikat-Struktur (Die Art der Gegenionen und damit ihre Ladung findet man mit Hilfe des Buttons A-Symb). Dabei zählen nur die kugelförmig gezeichneten Si-Atome: Die Stäbchen-Enden sollen nur aufzeigen, wie die Silikatstruktur in der Umgebung weitergeht. Wie viele Prozent der Si-Atome sind demnach durch Al³⁺-Ionen ersetzt? Schicke mir deine Antwort bitte mit der Bestätigungsmail zu.

Aufgabe 5

Aushärten von Beton
Beim Aushärten von Beton geschieht etwas Ähnliches wie beim Aushärten von Gips: Das Material wird mit Wasser gemischt, und unter Aufnahme von Wassermolekülen entsteht eine neue Struktur aus neuen Mineralien. Das eingebaute Wasser heisst Kristallwasser. Dabei ist Beton aber viel widerstandsfähiger und härter als Gips und Zement besteht aus einer Mischung vieler verschiedener Mineralien. Bei manchen Zement-Mineralien wird das Kristallwasser auf seltsame Weise eingebaut, z.B. bei Calciumsilicat. Der erste Knopf zeigt Calciumsilicat ohne Wasser, wie es im trockenen Zement vorliegt. Der zweite Knopf zeigt das Mineral nach der Wasseraufnahme und dem Aushärten. Was genau geschieht mit dem aufgenommenen Wasser?

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