VORLESUNGEN:

Vorlesung: Vom Mineral zum Material

-- Angewandte Silicatchemie --

Unterlagen zur Vorlesung (Links, Vorlagen, Präsentationen usw.)

In dieser einstündigen Vorlesung (mittwochs, 9 Uhr, SR 44/45, Beginn: 20.04.2016) werden silicatische Minerale vorgestellt, die aufgrund ihrer verschiedenen physikalischen und chemischen Eigenschaften in der Anwendung (= als Materialien) wichtig sind. Die Spanne reicht dabei von amorphen Gläsern und Aerogelen über piezoelektrische Materialien (Quarz), Katalysatoren (Zeolithe) bis hin zu 'Massen'materialien wie Keramik (Mullit, Cordierit etc.) und den Baustoff Beton. In seltenere Fällen sind Silicate auch als Rohstoffe von Bedeutung (z.B. 'Zirkon', Thortveitit).
Viel Spass ............ Caroline Röhr

1. Einleitung

Themen/Unterkapitel

1.1. Bedeutung von Silicaten als Mineralien und Materialien, Inhalt, Literatur, Motivation; physikalische und chemische Eigenschaften (Übersicht); Anwendungen (Übersicht)
1.2. Bindungsverhältnisse
1.3. Strukturchemie: Systematik und Nomenklaturfragen

Materialien (SVG, VRML, PNG)

Bauprinzipien der Silicate (SVG)
Si-O-Abstände und Gesamtkoordinationszahl (nach Brown) (SVG)
schematisches MO-Schema des Orthosilicat-Ions (SVG)
totale und partielle DOS von BaSiO₃ (SVG)
Schnitt durch die Elektronendichtekarte von BaSiO₃ (PNG)
Linkedness (SVG)
Connectedness (SVG)
Branchedness (SVG)
Multiplizität (SVG)
Kristallstruktur von Zunyit (VRML)

Vorlagen (PDF-Dateien)

1.1. Inhaltsübersicht
1.2. Chemische Bindung in Silicaten
1.3. Nomenklatur von Silicaten etc.

Links zur Vorlesung 'Strukturchemie der Silicate'

Kap. 1.1: Allgemeine Bedeutung von Silicaten
Kap. 1.2: Chemische Bindung, Strukturkonzepte
Kap. 1.3: Klassifizierung und Nomenklatur

weitere Links, Skripte, Videos usw.
Literatur

F. Liebau: Structural Chemistry of Silicates

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2. Gläser: Von Obsidian bis zum Gorillaglas
- Materialien
  
  Struktur von Glas
  Phasendiagramm CaO - Na₂O - SiO₂
  Verwendung von Glas
- Links zu Fotos, Skripten, Firmen usw.
  - Kunckel/Meretti (im DTA-Archiv) (s. S. 264/220)
  - natürliches Glas:
    - Obsidian I und Obsidian II (Teneriffa, Vulkan Teide)
    - Fulgurit (Blitzröhren)
  - Historisches
    - Geschichte des Glases (Web-Seiten Jugendheim Gersbach)
    - Glaskelch Thutmosis III, ältestes sicher zu datierendes Glasgefäß
    - Der Lykurgusbecher, römisches Glas aus dem 4. Jahrhundert n. Chr.
    - Venedig: Glasfenster
    - G. Agricola, 12. Buch, s. S. 502 (Glasherstellung und Verarbeitung)
    - IS-Maschine (ab 1924)
    - Prinzip der Hohlglasherstellung nach dem Blas-Blas-Prinzip (SVG)
  - Farben
    - Smalte Co-Glas, das als Blaupigment verwendet werden kann
    - Rubin-Glas (Gold-Sol als Pigment)
  - Filmchen
    - Hohlglasherstellung Gerresheimer (Video)
    - Wie Fensterglas hergestellt wird (Video)
  - Glass on Web (Glas-'News')
  - Glashersteller:
    - Fa. Schott
    - Fa. Gerresheimer (Pharmazeutische Verpackungen)
    - Fa. Corning (u.A. 'Gorilla'-Glas 4)
    - Fa. Pilkington
    - Fa. Saint-Gobain (Glass) (vor allem Baubereich)
    - AGC, Asahi Glass (u.A. 'Dragon'-Glas)
  - Links zu weiteren amorphen Formen von Silicaten
    - pT-Phasendiagramm von CO₂ (SVG)
    - TEM-Bild von Aerogel
    - Aerogele (mit Videos zu den Eigenschaften)
- Vorlagen (PDF-Dateien)
  - 2.1. Zusammensetzung und Struktur von Silicat-Gläsern
  - 2.2. Eigenschaften von Glas (historisch), Farbgebung
- Literatur (als E-Books im Uni-Netz)
  - Ullmann's Encyclopedia of Technical Chemistry (4 sehr gute aktuelle Artikel zu Glas)
  - A. R. West: Solid State Chemistry and its Application, Wiley, 1984 (Kap. 18)
  - J. F. Shackelford, R. H. Doremus (ed): Ceramic and Glass Material, Springer, 2008.
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3. Quarz: Vom Sand zur Uhr
- Materialien
  
  Einteilung der Punktgruppen nach Eigenschaften: PNG, SVG
  dazu farblich passend: Punktgruppen und physikalische Eigenschaften: PNG, SVG
  Polymorphie, Strukturen der SiO₂-Modifikationen s. Kapitel 2.5.: E(IV)-Oxide aus der Vorlesung Strukturchemie der Oxide
  Jmol-Modell eines typischen Quarz-Einkristalls (unverzwillingt, von webmineral.com)
  Piezoelektrizität bei Quarz (schematisch): PNG
  Komponenten des Spannungstensors: PNG, SVG
  Typen von Piezoelektrika: PNG, SVG
  Hydrothermale Züchtung: PNG, SVG
  Foto eines synthetischen Quarzkristall: PNG
  technische Schnitte
  verschiedene Infos zu Quarzen
- Vorlagen
  - 3.1. Polymorphie von SiO₂
  - 3.2. Strukturen der SiO₂-Modifikationen
  - 3.3. Piezoelektrizität allgemein und bei Quarz
- Literatur, Links, Skripte usw.
  - M. Okrusch, S. Matthes: Mineralogie, Springer, 2014 (Kap. 11.1.)
  - G. Steffen: Farbe und Lumineszenz von Mineralien, Enke/Thieme 2000.
  - Kleber/Bautsch/Bohm: Einführung in die Kristallographie, S. 268 ff.
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4. Zeolithe: Vom Limberg bis zu Waschmitteln und Katalysatoren
- Materialien und Links
  
  PDF der Präsentation
  Unterlagen (Volltext) aus der Vorlesung Silicatchemie
  
  Kap. 8.7. Strukturchemie der Clathrasile
  Kap. 8.8. Strukturchemie von Sodalith
  Kap. 8.9. Strukturchemie von Zeolithen
- Vorlagen
  - 4.1. Strukturen von Clathrasilen und von Sodalith
  - 4.2. Strukturen von Zeolithen I
  - 4.3. Strukturen von Zeolithen II
- Literatur, Skripte usw.
  - Ullmann: Zeolithe (von 2012)
  - Breck: Zeolithe Molecular Sieves (die Bibel, alt aber gut)
  - Database of Zeolite Structures (IZA, ETHZ): vollständige offizielle Kristallchemie aller Zeolith-Gerüste
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5. Silicat-Keramik, Porzellan (HT- und Isolations-Materialien)
- Materialien und Links
  
  PDF der Präsentation: Zur Chemie klassischer Silicat-Keramik ('Vom Ton zur Tasse')
  Kap. 7.5. Natürliche Schichtsilicate der Vorlesung Silicatchemie
- Vorlagen
  - 5.1. Strukturchemie der Schichtsilicate
  - 5.2. Prozessierung klassischer Silicat-Keramik
- Literatur, Skripte
  - Ullmann's Encyclopedia of Technical Chemistry: K.-H. Schüller: Whiteware (2012)
  - J. F. Shackelford, R. H. Doremus (ed): Ceramic and Glass Material, Springer, 2008 (Kap. 2 und 3)
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6. Asbeste und Ersatzstoffe
- Materialien
  
  Schichtsilicat (T-O-T)
- Vorlagen
- Links, Skripte usw.
  - Kap. XXX Silicatchemie
  - PDF zum AGP-Seminar: Vom Wunderstoff zur Altlast (2013)
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7. Mörtel ('Baustoffe': Zement, Beton etc.)
- Vorlagen
  
  6.1. Baustoffe I
  6.2. Baustoffe II
- Links, Skripte usw.
  - Kap. 3.8. Baustoffe der Vorlesung Chemie der Metalle
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8. Silicate als Rohstoffe (Zirkon, Thortveitit, Spodumen, Beryll)
- Links zur Vorlesung 'Strukturchemie der Silicate'
  - 2.4. Zirkon (ein Inselsilicat)
  - 3.1. Thortveitit (ein Disilicat)
  - 4.3. Beryll (ein Cyclosilicat)
- weitere Links, Skripte usw.

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Literatur

Okrusch: Mineralogie
A. R. West: Solid State Chemistry and Its Applications, Kap. 13 - 19, Wiley 1984.
W. Göpel, Chr. Ziegler: Einführung in die Materialwissenschaften, Teubner 1996.
D. R. Askeland: Materialwissenschaften, Teil IV, Spektrum 1994.

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Vorlagen als gepackte PDF-Dateien

1. Einleitung
- 1.1. Inhaltsübersicht
- 1.2. Chemische Bindung in Silicaten
- 1.3. Nomenklatur von Silicaten etc.

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