Anatas
Anatas (auch Oktaedrit oder oktaedrischer Schörl[5]) ist ein häufig vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der „Oxide und Hydroxide“ mit der chemischen Zusammensetzung TiO2 und damit chemisch gesehen Titandioxid.
| Anatas | |
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| Allgemeines und Klassifikation | |
| Andere Namen |
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| Chemische Formel | TiO2 |
| Mineralklasse (und ggf. Abteilung) |
Oxide und Hydroxide |
| System-Nr. nach Strunz und nach Dana |
4.DD.05 (8. Auflage: IV/D.14) 04.04.04.01 |
| Kristallographische Daten | |
| Kristallsystem | tetragonal |
| Kristallklasse; Symbol | ditetragonal-dipyramidal; 4/m 2/m 2/m[1] |
| Raumgruppe | I41/amd (Nr. 141)[2] |
| Gitterparameter | a = 3,78 Å; c = 9,51 Å[2] |
| Formeleinheiten | Z = 4[2] |
| Häufige Kristallflächen | üblicherweise prismatisch nach [001] mit {110}, {010}[3] |
| Zwillingsbildung | selten nach {112} |
| Physikalische Eigenschaften | |
| Mohshärte | 5,5 bis 6 |
| Dichte (g/cm3) | gemessen: 3,79 bis 3,97; berechnet: [3,89][3] |
| Spaltbarkeit | vollkommen nach {001} und {011} |
| Bruch; Tenazität | schwach muschelig, spröde |
| Farbe | schwarzgrau, braun bis rötlichbraun, indigoblau, grün; selten farblos |
| Strichfarbe | weiß |
| Transparenz | durchsichtig bis undurchsichtig |
| Glanz | Diamantglanz bis Metallglanz |
| Kristalloptik | |
| Brechungsindizes | nω = 2,561 nε = 2,488[4] |
| Doppelbrechung | δ = 0,073[4] |
| Optischer Charakter | einachsig negativ; annormal zweiachsig bei kräftig gefärbten Kristallen[3], s. Anmerkungen im Text |
| Pleochroismus | meist schwach, aber stärker bei kräftig gefärbten Kristallen[3] |
Anatas kristallisiert im tetragonalen Kristallsystem und entwickelt meist dipyramidale und tafelige Kristalle von wenigen Millimetern bis mehreren Zentimetern Größe, deren Farben zwischen schwarzgrau, braun, rötlich-braun und blau variieren. Die Farben beruhen auf Verunreinigungen mit Fremdatomen; reiner Anatas ist farblos, kommt aber nur sehr selten natürlich vor.
Etymologie und Geschichte
Benannt wurde Anatas nach dem griechischen Wort ἀνάτασις anátasis für Ausdehnung, Streckung oder auch das Emporstrecken, da die meisten der gefundenen, dipyramidalen Kristalle im Gegensatz zu anderen tetragonal orientierten Mineralen eine überdurchschnittliche Längenausdehnung in Richtung der Z-Achse zeigen.
Erstmals wurde blauer Anatas 1783 von Jacques Louis de Bournon in einem Brief an Jean-Baptiste Romé de L’Isle als indigoblauer Schörl erwähnt. Im Weiteren wurden von verschiedenen Wissenschaftlern Anatas-Varietäten beschrieben und unterschiedlich benannt. So beschrieb Horace-Bénédict de Saussure Octaèdrit, Jean-Claude Delamétherie Oisanit. 1801 untersuchte René-Just Haüy erstmals farblosen Anatas, der bei Le Bourg-d’Oisans im französischen Département Isère gefunden wurde, und erkannte dabei auch, dass es sich bei den verschiedenen bislang bekannten Mineralen um Varietäten des gleichen Minerals handelt, das er Anatas nannte.[6]
Klassifikation
In der veralteten, aber noch gebräuchlichen 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Anatas zur Mineralklasse der „Oxide und Hydroxide“ und dort zur Abteilung der „Oxide mit dem Stoffmengenverhältnis Metall : Sauerstoff = 1:2“, wo er zusammen mit Downeyit eine eigenständige Gruppe bildete.
Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) verwendete 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Anatas ebenfalls in die Klasse der „Oxide und Hydroxide“ und dort in die Abteilung der „Metall : Sauerstoff = 1 : 2 und vergleichbare“ ein. Diese Abteilung ist allerdings weiter unterteilt nach der Größe der beteiligten Kationen sowie der Kristallstruktur, sodass das Mineral entsprechend seiner Zusammensetzung in der Unterabteilung „Mit mittelgroßen Kationen; Gerüst kantenverknüpfter Oktaeder“ zu finden ist, wo es als einziges Mitglied die unbenannte Gruppe 4.DD.05 bildet.
Auch die überwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Anatas in die Klasse der „Oxide und Hydroxide“ und dort in die Abteilung der „Oxide“. Hier ist er einziges Mitglied der unbenannten Gruppe 04.04.04 innerhalb der Unterabteilung „Einfachen Oxide mit einer Kationenladung von 4+(AO2)“.
Kristallstruktur
Anatas kristallisiert tetragonal in der Raumgruppe I41/amd (Raumgruppen-Nr. 141) mit den Gitterparametern a = 3,78 Å und c = 9,51 Å sowie 4 Formeleinheiten pro Elementarzelle.[2]
Kristalloptik
Anatas als tetragonaler Kristall wird in Übereinstimmung mit dem Neumannschen Prinzip in der Regel als optisch einachsiges Material beschrieben. Einige Quellen[3] beschreiben für stark gefärbte Kristalle ein biaxiales optisches Verhalten, das nicht im Einklang mit der Kristallstruktur steht. Dafür sind verschiedene Ursachen denkbar:
- Symmetrieerniedrigung durch den Einbau von Fremdatomen, analog zur Symmetrieerniedrigung in Granaten
- Symmetrieerniedrigung durch mechanische Spannungen, die eine spannungsinduzierte Doppelbrechung erzeugen.
- Fehldeutung polarisationsmikroskopischer Ergebnisse aufgrund der Wechselwirkung von Färbung und Interferenzfiguren[7]
Modifikationen und Varietäten
Die Verbindung TiO2 ist trimorph und kommt neben dem tetragonalen Anatas noch als orthorhombisch kristallisierender Brookit und als ebenfalls tetragonal, aber in einer anderen Raumgruppe kristallisierender Rutil vor. Ab 915 °C geht Anatas monotrop in Rutil über.[8]
Bildung und Fundorte
Anatas bildet sich normalerweise sekundär durch Umwandlung anderer titanhaltiger Minerale in Hydrothermaladern und Klüften in Granit, Glimmerschiefer, Gneis und Diorit, kann aber auch in vulkanischen und metamorphen Gesteinen entstehen. Begleitminerale sind neben Brookit und Rutil noch Titanit, Ilmenit, titanhaltiger Magnetit, Hämatit und Quarz. Zudem findet sich Anatas in Form von Pseudomorphosen nach Titanit und Ilmenit. Da sich das Mineral seinerseits in Rutil umwandelt, werden auch Pseudomorphosen von Rutil nach Anatas gefunden.
Weltweit konnte Anatas bisher (Stand: 2011) an rund 1500 Fundorten nachgewiesen werden.[4]
In Deutschland fand sich Anatas unter anderem im Schwarzwald (Baden-Württemberg), im bayerischen Fichtelgebirge sowie im Schwäbisch-Fränkischen, Bayerischen und Oberpfälzer Wald, in Hessen, im Harz (Niedersachsen, Sachsen-Anhalt, Thüringen), der Eifel (Nordrhein-Westfalen, Rheinland-Pfalz), im Taunus, im Saarland, im sächsischen Erzgebirge, in Schleswig-Holstein und im Thüringer Wald.
In Österreich trat das Mineral vor allem in den Regionen Kärnten, Niederösterreich, Salzburg, Steiermark, Tirol, Oberösterreich und Wien zutage und in der Schweiz fand es sich unter anderem in den Kantonen Bern, Glarus, Graubünden, Kanton Tessin, Uri und Wallis.
Weitere Fundorte sind Andorra, die Antarktis, Argentinien, Armenien, Äthiopien, mehrere Regionen in Australien, Belgien, Bolivien, Brasilien, Bulgarien, Chile, China, Elfenbeinküste, Finnland, viele Regionen in Frankreich, Kambodscha, Kamerun, Griechenland, Grönland, Guyana, Indien, Indonesien, Irak, Irland, viele Regionen in Italien, Japan, mehrere Regionen in Kanada, die Kanalinsel Jersey, Kasachstan, Madagaskar, Malawi, Marokko, Mexiko, Mongolei, Namibia, Neuseeland, Niger, Nordkorea, mehrere Regionen in Norwegen, Pakistan, Peru, Polen, Portugal, Réunion, Rumänien, mehrere Regionen in Russland, Schweden, Slowakei, Spanien, Südafrika, Sudan, Tschechien, Türkei, Uganda, Ukraine, Ungarn, Usbekistan, in mehreren Regionen des Vereinigten Königreichs (Großbritannien) sowie in vielen Regionen der Vereinigten Staaten von Amerika (USA).
Anatas-Kristalle lassen sich auch mittels CTR-Verfahren (chemische Transportreaktionen) künstlich herstellen.
Verwendung
Als Pigment
Anatas dient als weißes Pigment in der Farbmittelindustrie. Es wird nach dem Sulfatverfahren hergestellt. Durch die zum Rutil höhere photokatalytische Aktivität, die zur Zersetzung von organischen Komponenten, z. B. Polymeren, führt, ist der Einsatzbereich eingeschränkt. Typische Einsatzgebiete sind dabei Photokatalysatoren, synthetische Fasern, Lebensmittel- und Kosmetikfarben E171 und als Rohstoff für die Industrie, z. B. Sonderkeramiken oder Gläser[9]. Nanoteiliger Anatas wird teilweise in Sonnenschutzcremes eingesetzt. UV-Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als etwa 380 nm wird absorbiert.
Als Schmuckstein
Anatas wird nur selten als Schmuckstein verwendet, da er sehr spröde ist und aufgrund seiner guten Spaltbarkeit beim Fassen und Löten zu Brüchen neigt. Geschliffen hat er aber unter Sammlern einen gewissen Wert.
Siehe auch
Literatur
- Petr Korbel, Milan Novák: Mineralien Enzyklopädie. Nebel Verlag GmbH, Eggolsheim 2002, ISBN 3-89555-076-0, S. 104.
- Walter Schumann: Edelsteine und Schmucksteine. Alle Arten und Varietäten der Welt. 1600 Einzelstücke. 13. überarbeitete und erweiterte Auflage. BLV Verlags GmbH, München u. a. 2002, ISBN 3-405-16332-3, S. 228.
- Roland Hengerer: Single crystal anatase TiO2 : growth and surface investigations. Thèse EPFL, no 2272 (2000). Dir.: Michael Grätzel.
Weblinks
Einzelnachweise
- Webmineral - Anatase (englisch)
- Hugo Strunz, Ernest H. Nickel: Strunz Mineralogical Tables. 9. Auflage. E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung (Nägele u. Obermiller), Stuttgart 2001, ISBN 3-510-65188-X, S. 214.
- Anatase, In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America, 2001 (PDF 68,9 kB)
- Mindat – Anatase (englisch)
- Thomas Witzke: Entdeckung von Schörl. Abgerufen am 5. Mai 2013.
- René-Just Haüy: Anatase. In: Traité de Minéralogie. 1801, 3, S. 129–136 (Volltext, französisch; PDF; 518 kB)
- polarisationsoptische Mikroskopie an Anatas
- Hans Jürgen Rösler: Lehrbuch der Mineralogie. 4. durchgesehene und erweiterte Auflage. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie (VEB), Leipzig 1987, ISBN 3-342-00288-3, S. 399.
- Einsatzgebiete von TiO2, Quelle Kronos Titan (PDF; 374 kB)