Torbernit
Torbernit, auch als Kupferuranglimmer, Chalkolith,[5] Kupferautunit, Kupferphosphoruranit oder veraltet als Grüner Glimmer oder Mica viridis cryst. bezeichnet, ist ein eher selten vorkommendes Mineral aus der „Autunitgruppe“ innerhalb der Mineralklasse der „Phosphate, Arsenate und Vanadate“ mit der chemischen Zusammensetzung Cu[UO2|PO4]2·12H2O.[1]
| Torbernit | |
|---|---|
 Größe: 3,2 × 2,5 × 1,4 cm | |
| Allgemeines und Klassifikation | |
| Andere Namen |
|
| Chemische Formel | Cu[UO2|PO4]2·12H2O[1] |
| Mineralklasse (und ggf. Abteilung) |
Phosphate, Arsenate und Vanadate |
| System-Nr. nach Strunz und nach Dana |
8.EB.05 (8. Auflage: VII/E.01) 40.02a.13.01 |
| Kristallographische Daten | |
| Kristallsystem | tetragonal |
| Kristallklasse; Symbol | ditetragonal-dipyramidal; 4/m 2/m 2/m[2] |
| Raumgruppe | I4/mmm (Nr. 139)[3] |
| Gitterparameter | a = 7,0267(4) Å; c = 20,807(2) Å[1] |
| Formeleinheiten | Z = 2[1] |
| Häufige Kristallflächen | {001}, {011}, {110} |
| Physikalische Eigenschaften | |
| Mohshärte | 2 bis 2,5 |
| Dichte (g/cm3) | 3,22 |
| Spaltbarkeit | vollkommen nach {001} |
| Bruch; Tenazität | spröde |
| Farbe | grasgrün, smaragdgrün |
| Strichfarbe | blassgrün |
| Transparenz | durchsichtig bis durchscheinend |
| Glanz | Glasglanz bis Perlglanz |
| Radioaktivität | stark radioaktiv |
| Kristalloptik | |
| Brechungsindizes | nω = 1,590 bis 1,592[4] nε = 1,581 bis 1,582[4] |
| Doppelbrechung | δ = 0,009 bis 0,010[4] |
| Optischer Charakter | einachsig negativ |
| Pleochroismus | sichtbar: ω = dunkelgrün bis himmelblau; ε = grün[4] |
Torbernit kristallisiert im tetragonalen Kristallsystem und entwickelt meist durchsichtige bis durchscheinende, tafelige oder pyramidale Kristalle von wenigen Zentimetern Größe. Er findet sich aber auch in Form körniger, erdiger oder massiger Mineral-Aggregate und krustiger Überzüge. Da Torbernit oft auch paketförmig geschichtete, tafelige Aggregate bildet, kann er dem Autunit recht ähnlich sehen, allerdings ist Autunit von hellerem, fast neonfarbenem Gelbgrün.
Die Farbe von Torbernit schwankt zwischen verschiedenen Grüntönen von Smaragd- über Gras- und Lauch- bis zum eher gelblichen Zeisig- und Apfelgrün, seine Strichfarbe ist allerdings immer hellgrün. Die Kristallflächen weisen einen glasähnlichen Glanz auf, Spaltflächen schimmern dagegen eher perlmuttartig und Aggregatformen sind matt.
Etymologie und Geschichte
Torbernit wurde erstmals in der Grube Georg Wagsfort bei Johanngeorgenstadt im sächsischen Erzgebirge gefunden.
Erstmals erwähnt wird das Mineral 1772 von Ignaz von Born in seinem Werk Lythophylacium Bornianum, wo es als „Mica viridis crystallina, ibid.“ (übersetzt: Grüner kristalliner Glimmer aus [Johanngeorgenstadt Sax.]; ibid = wie eins drüber) beschrieben wird. Abraham Gottlob Werner greift 1780 von Borns Werk auf und beschreibt das Mineral detailliert, wobei er es zunächst ebenfalls als "grüner Glimmer" bezeichnet, später aber als Torbernit, zu Ehren des schwedischen Chemikers und Mineralogen Torbern Olof Bergman.[6]
Klassifikation
In der mittlerweile veralteten, aber noch gebräuchlichen 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Torbernit zur Mineralklasse der „Phosphate, Arsenate und Vanadate“ und dort zur Abteilung der „Uranylphosphate/Arsenate und Uranylvanadate“, wo er zusammen mit Autunit, Fritzscheit, Heinrichit, Kahlerit, Nováčekit, Sabugalit, Saléeit, Trögerit, Uranocircit, Uranospinit und Zeunerit die „Autunit-Gruppe“ mit der System-Nr. VII/E.01 bildete.
Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) verwendete 9. Auflage der Strunz'schen Mineralsystematik ordnet den Torbernit ebenfalls in die Abteilung der „Uranylphosphate und Arsenate“ ein. Diese ist allerdings weiter unterteilt nach dem Verhältnis vom Uranoxidkomplex (UO2) zum Phosphat- bzw. Arsenatkomplex (RO4), so dass das Mineral entsprechend seiner Zusammensetzung in der Unterabteilung „UO2 : RO4 = 1 : 1“ zu finden ist, wo es zusammen mit Autunit, Heinrichit, Kahlerit, Kirchheimerit, Metarauchit, Nováčekit-I, Nováčekit-II, Saléeit, Uranocircit I, Uranocircit II, Uranospinit, Xiangjiangit und Zeunerit die unbenannte Gruppe 8.EB.05 bildet.
Auch die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Torbernit in die Klasse der „Phosphate, Arsenate und Vanadate“ ein, dort allerdings in die Abteilung der „Wasserhaltigen Phosphate etc.“. Hier ist er zusammen mit Metatorbernit in der unbenannten Gruppe 40.02a.13 innerhalb der Unterabteilung der „Wasserhaltigen Phosphate etc., mit A2+(B2+)2(XO4) • x(H2O), mit (UO2)2+“ zu finden.
Kristallstruktur
Torbernit kristallisiert tetragonal in der Raumgruppe I4/mmm (Raumgruppen-Nr. 139)} mit den Gitterparametern a = 7,0267(4) Å und c = 20,807(2) Å sowie 2 Formeleinheiten pro Elementarzelle.[1]
In einer Studie aus dem Jahre 2003 haben Locock und Burns die Kristallstrukturen der Kupfer-Uranyl-Phosphate Torbernit, Cu[(UO2)(PO4)]2(H2O)12 und Metatorbernit, Cu[(UO2)(PO4)]2(H2O)8 mit denen der Kupfer-Uranyl-Arsenate Zeunerit, Cu[(UO2)(AsO4)]2(H2O)12, und Metazeunerit, Cu[(UO2)(AsO4)]2(H2O)8 anhand von synthetisch erzeugten Einkristallen vergleichen. In diesen Studien konnte die Kristallstruktur von Torbernit zum ersten Mal aufgeklärt und die von Metatorbernit in Hinblick auf vorherige Untersuchungen (Makarov und Tobelko R1 = 25 %,[7] Ross et al. R1 = 9,7 %,[8] Stergiou et al. R1 = 5,6 %,[9] Calos und Kennard R1 = 9,2 %[10]) erheblich präzisiert (Locock und Burns R1 = 2,3 %) werden. Dabei stelle sich heraus, dass Torbernit isostrukturell zu Zeunerit, und Metatorbernit isostrukturell zu Metazeunerit ist. Alle vier Verbindungen sind vom Autunit-Schicht-Typ mit dem [(UO2)(XO4)]--Strukturmotiv (mit X = P oder As). Die Cu2+-Ionen sind in all diesen Verbindungen quadratisch-planar von vier Wassermolekülen umgeben und koordinieren zusätzlich die Uranyl-Sauerstoffatome, so dass sich Oktaeder mit Jahn-Teller-Verzerrung bilden. Die Kristallwassermoleküle werden allein durch Wasserstoffbrückenbindungen im Kristallgitter gehalten.
Metatorbernit
Torbernit dehydratisiert leicht zu Metatorbernit mit der Summenformel Cu[UO2|PO4]2 · 8H2O. Es formt sich als Verwitterungsprodukt von Torbernit und kann auch künstlich direkt bei Temperaturen über 75 °C herbeigeführt werden.[11] Die Kristalle sind eher trüb oder schwach durchscheinend mit Glasglanz.[12]
Metatorbernit kristallisiert tetragonal-dipyramidal in der P4/n (Nr. 85) mit den Gitterparametern a = 6,9756(5) Å und c = 17,349(2) Å sowie 2 Formeleinheiten pro Elementarzelle.[1]
Die Kristallstruktur des Metatorbernits unterscheidet sich von der des Torbernits prinzipiell dadurch, dass jede zweite Uranylphosphatschicht um die Hälfte der Länge der a-Achse in Richtung [100] und [010] verschoben ist.[1] In der Kristallstrukturanalyse von Locock und Burns zeigt sich, ebenso wie in der Arbeit von Stergiou et al., dass die Cu2+-Ionen kristallographisch nur zu 88 % besetzt sind. Die Autoren nehmen daher an, dass es durch Protonierung einiger Kristallwassermoleküle zu einem Ladungsausgleich kommt, ähnlich wie es beim Mineral Chernikovit diskutiert wird, so dass die Elektroneutralität gewahrt bleibt.[1] Dies wird von denselben Autoren auch beim Autunit postuliert.[13] Allerdings lässt sich diese Hypothese allein mit röntgenstrukturanalytischen Methoden praktisch nicht verifizieren.
In der Strukturanalyse von Locock und Burns beträgt der Kristallwassergehalt des Metatorbernits 8 H2O-Moleküle pro Formeleinheit. Dies stimmt mit den Untersuchungen von Arthur Francis Hallimons[11][14] und Kurt Walenta[15] überein, die zeigen, dass die unterschiedlichen Hydratationsstufen des Torbernits zum Metatorbernit scharf abgegrenzt sind und der Wassergehalt der einzelnen Verbindungen konstant bleibt und nicht variiert, wie dies zum Beispiel in Zeolithen der Fall ist. Daher sind Summenformeln mit variierenden Kristallwasserangaben für diese Minerale ausgeschlossen.[1]
Eigenschaften
(Bildausschnitt: 7 mm × 5 mm)
Morphologie
Das Mineral tritt meist in Form kleiner dünner Tafeln auf, allerdings kann es auch schuppig oder pulverig vorkommen. Seltener können die Tafeln auch dicker sein, wobei sie dann an Kartenstapel erinnern. Häufiger als diese Stapel sind dipyramidiale Formen.
Physikalische und chemische Eigenschaften
Aufgrund seines Urangehaltes von bis zu 48 % ist Torbernit stark radioaktiv. Unter Berücksichtigung der Mengenanteile der radioaktiven Elemente in der idealisierten Summenformel sowie der Folgezerfälle der natürlichen Zerfallsreihen wird für das Mineral eine spezifische Aktivität von etwa 85,9 kBq/g[2] angegeben (zum Vergleich: natürliches Kalium 0,0312 kBq/g).
Das Mineral fluoresziert im Gegensatz zu Autunit und den meisten anderen Mitgliedern der gleichnamigen Gruppe unter UV-Licht nicht.[5] In Salpetersäure (HNO3) ist Torbernit löslich und vor dem Lötrohr schmilzt er zu schwarzen Kügelchen.
Das Mineral ist spröde und leicht zerbrechlich. Je nach Menge des enthaltenen Kristallwassers beträgt seine Mohshärte 2 bis 2,5 und seine Dichte 3,22 g/cm³.
Durch Verlust von Kristallwasser entsteht das Mineral Metatorbernit. Die Kristalle werden dabei trübe, und die Stufen derartiger Torbernite werden brüchiger.
Bildung und Fundorte
Torbernit bildet sich als Sekundärmineral in Oxidationszonen von Uranlagerstätten. Begleitminerale sind unter anderem Autunit, Metatorbernit, Uraninit und Zeunerit.
Weltweit sind für Torbernit bisher rund 870 Fundorte (Stand: 2010) bekannt.[16] In Deutschland kommt das Mineral neben seiner Typlokalität Johanngeorgenstadt noch an mehreren anderen Fundorten im Erzgebirge sowie im Schwarzwald, Fichtelgebirge, Bayerischen Wald, Oberpfälzer Wald, Königsberg (Wolfstein) und Thüringer Wald vor. In Österreich ist es vor allem in den Hohen Tauern und den Fischbacher Alpen zu finden. Fundorte in der Schweiz sind vorwiegend das Binntal, Lavey-Morcles und Schlans.
Weitere Fundorte sind Argentinien, Australien, Belgien, Bolivien, Brasilien, Chile, China, Tschechien, Demokratische Republik Kongo, Frankreich, Gabun, Irland, Italien, Japan, Kanada, Madagaskar, Mexiko, Namibia, Norwegen, Polen, Portugal, Rumänien, Slowakei, Slowenien, Spanien, Südafrika, Tadschikistan, Usbekistan, das Vereinigte Königreich (Großbritannien) sowie die Vereinigten Staaten von Amerika (USA).[17]
Verwendung
Zu Zeiten des kalten Krieges wurde mehrmals überlegt, Uranminerale wie Torbernit zur Urangewinnung als Energierohstoff in großen Maßstäben abzubauen. In der DDR war das zum Teil auch der Fall. Mit den steigenden Energiepreisen und der verstärkten Kernenergienutzung weltweit wird die Nutzung von Uranlagerstätten immer attraktiver.
Vorsichtsmaßnahmen
Aufgrund der starken Radioaktivität des Minerals sollten Proben nur in staub- und strahlungsdichten Behältern, vor allem aber niemals in Wohn-, Schlaf- und Arbeitsräumen aufbewahrt werden. Ebenso sollte eine Aufnahme in den Körper (Inkorporation) auf jeden Fall verhindert und zur Sicherheit direkter Körperkontakt vermieden sowie beim Umgang mit dem Mineral Mundschutz und Handschuhe getragen werden.
Siehe auch
Literatur
- Torbernite. In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America. 2001 (handbookofmineralogy.org [PDF; 63 kB; abgerufen am 20. August 2017]).
- Metatorbernite. In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America. 2001 (handbookofmineralogy.org [PDF; 64 kB; abgerufen am 20. August 2017]).
Weblinks
Einzelnachweise
- Andrew J. Locock, Peter C. Burns: Crystal structures and synthesis of the copper-dominant members of the autunite and meta-autunite groups: torbernite, zeunerite, metatorbernite and metazeunerite. In: The Canadian Mineralogist. Band 41, 2003, S. 489–502 (rruff.info [PDF; 2,5 MB; abgerufen am 20. August 2017]).
- Webmineral – Torbernite (englisch)
- Hugo Strunz, Ernest H. Nickel: Strunz Mineralogical Tables. Chemical-structural Mineral Classification System. 9. Auflage. E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung (Nägele u. Obermiller), Stuttgart 2001, ISBN 3-510-65188-X, S. 524.
- Mindat – Torbernite (englisch)
- Friedrich Klockmann: Klockmanns Lehrbuch der Mineralogie. Hrsg.: Paul Ramdohr, Hugo Strunz. 16. Auflage. Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-82986-8, S. 655 (Erstausgabe: 1891).
- Thomas Witzke: Entdeckung von Torbernit bei www.strahlen.org
- E. S. Makarov, K. I. Tobelko: Crystal structure of metatorbernite. In: Doklady Akademii Nauk SSSR. Band 131, 1960, S. 87–89.
- Malcolm Ross, H. T. Evans Jr., D. E. Appleman: Studies of the torbernite minerals. II. The crystal structure of metatorbernite. In: The American Mineralogist. Band 49, 1964, S. 1603–1621 (minsocam.org [PDF; 1,1 MB; abgerufen am 20. August 2017]).
- A. C. Stergiou, P. J. Rentzeperis, S. Sklavounos: Refinement of the crystal structure of metatorbernite. In: Zeitschrift für Kristallographie. Band 205, 1993, S. 1–7 (rruff.info [PDF; 382 kB; abgerufen am 20. August 2017]).
- N. J. Calos, C. H. L. Kennard: Crystal structure of copper bis(uranyl phosphate) octahydrate (metatorbernite), Cu(UO2PO4)2·8(H2O). In: Zeitschrift für Kristallographie. Band 211, 1996, S. 701–702, doi:10.1524/zkri.1996.211.10.701 (Abstract bei DeGruyter [abgerufen am 20. August 2017]).
- A. F. Hallimond: The crystallography and dehydration of torbernite. In: Mineralogical Magazine. Band 17, 1916, S. 326–339 (minersoc.org [PDF; 546 kB; abgerufen am 20. August 2017]).
- Mindat – Metatorbernite (englisch)
- Andrew J. Locock, Peter C. Burns: The crystal structure of synthetic autunite, Ca[(UO2)(PO4)]2(H2O)11. In: American Mineralogist. Band 88, 2003, S. 240–244 (rruff.info [PDF; 398 kB]).
- A. F. Hallimond: Meta-torbernite I. Its physical properties and relation to torbernite. In: Mineralogical Magazine. Band 19, 1920, S. 43–47 (minersoc.org [PDF; 222 kB; abgerufen am 20. August 2017]).
- Kurt Walenta: Beiträge zur Kenntnis seltener Arsenatmineralien unter besonderer Berücksichtigung von Vorkommen des Schwarzwaldes. In: Tschermaks mineralogische und petrographische Mitteilungen. Band 9, Nr. 3, 1964, S. 252–282, doi:10.1007/BF01128088.
- Mindat – Anzahl der Fundorte für Torbernit
- Fundortliste für Torbernit beim Mineralienatlas und bei Mindat