Strukturuntersuchungen von Bi-Sulfosalzen

Sulfosalze, eine spezielle Gruppe komplexer Sulfide mit geologischer, mineralogischer und materialwissenschaftlicher Bedeutung, sind bei weitem nicht so eingehend untersucht wie ähnlich komplexe Gruppen der Oxide. Dies steht im Gegensatz zu ihrem potentiellen Einsatz in modernen Technologien wie Photovoltaik und Supraleitung. Der Antragsteller hat zahlreiche natürliche Sulfosalze untersucht, eine Anzahl von neuen Mineralien charakterisiert und einige neue Relationen zwischen Strukturtypen gefunden. Diese Arbeiten sollen fortgesetzt werden, um ein besseres Verständnis der natürlichen Sulfosalz-Gruppen zu erreichen. Mikrosonden-Analytik und Einkristall-Diffraktometrie dienen zur Untersuchung der komplexen Bi-hältigen Sulfosalze in den bereits vorhandenen Proben um: 1) einige potentiell neue Minerale vollständig zu charakterisieren, 2) einige nur ungenügend charakterisierte Sulfosalze strukturell zu verfeinern und zu klassifizieren, und 3) die Strukturen einiger bereits bekannter Phasen zu verbessern. Im Anschluß an die Strukturuntersuchung der einzelnen Phasen folgt eine Deutung mittels kristallchemischer Berechnungen, modularer Interpretationen, Vergleichsstudien und Generalisierung der strukturellen Beobachtungen. Alle diese Ergebnisse werden beitragen zu einem besseren Verständnis der: chemischen Variationen, Substitutionsmechanismen, modularen Beschreibung, Koordinationspolyedern von Bi und Pb und Kristallchemie einer Reihe Bi-hältigen Sulfosalz gruppen (Lillianit-, Pavonit-, Cuprobismutit-, Meneghinit-, Junoit- und Galenobismutit-homologen Serien).

Diese mineralogische Studie beschäftigt sich mit einer Reihe von komplexen Bismut-Sulfosalzen, mit dem Ziel die detaillierten strukturellen und chemischen Eigenschaften dieser Verbindungen zu etablieren. Mikrosonden-Analytik und Einkristall-Diffraktometrie dienten als Methoden zur Untersuchung der natürlichen Mineralproben dieser Studie. Im Anschluss an die kristallstrukturellen Untersuchungen der einzelnen Phasen folgten kristallchemische Berechnungen und deren Bewertung, modulare Interpretation, vergleichende Studien und abschließende Ansätze zu einer Generalisierung der beobachteten strukturellen Eigenheiten. Die beiden erst vor kurzem neu beschriebenen Minerale Cupromakovickyit und Cupromakopavonit gehören der Pavonit-homologen Serie an. Im Vergleich zu Makovickyit, dem (Cu,Pb)-armen Analogon, zeigt Cupromakovickyit eine verdoppelte Einheitszelle; dies auf die Asymmetrie der "thinner layers" der Struktur zurückzuführen, welche durch die tetraedrisch koordinierten Kupferplätze und durch die eigentümliche Aufteilung von Pb-Bi bedingt ist. Dieses Basis-Bauprinzip ist in allen kupferreichen Gliedern der einzelnen Homologen zu beobachten. Cupromakopavonit repräsentiert das erste natürliche Vorkommen eines Pavonit-Vertreters mit regulärer Verwachsung von N=4 und N=5 Homologen. Die Asymmetrie der "thin layers" in Cupromakopavonit ist dieselbe als in anderen (Cu,Pb)-reichen Gliedern der Pavonit-homologen Serie. Ein bestimmtes Modul in der erst kürzlich enträtselten Kristallstruktur von Berryit könnte ebenfalls mit der Pavonit-Serie verwandt sein, da es Module kombiniert die N=5 und N=6 Pavonit-Homologen entsprechen. Diese Studie etablierte Berryit als monoklin; daneben zeigten sich jedoch aber auch Hinweise auf eine potentielle orthorhombische Modifikation. Die Kristallstruktur des neuen Minerals Angelait zeigt viele Gemeinsamkeiten mit jener von Galenobismutit. In Angelait wurde außerdem ein neuartiger und bemerkenswerter Substitutionsmechanismus entdeckt, wobei zwei Bi- Atome durch zwei Ag- und vier Cu-Atome ersetzt werden. Die verbesserte Verfeinerung der Kristallstruktur von Paderait offenbarte die eindeutige Verwandtschaft dieses Minerals mit der Cuprobismutit-Familie. Demzufolge repräsentiert die Paderait-Struktur eine 1:1 Assoziation von Kupcikit mit einem neuen komplexen Modul. Diese Beziehung kann als Erklärung für das Auffinden von Verwachsungen zwischen Paderait und anderen Gliedern der Cuprobismutit-Familie herangezogen werden. Sämtliche, im Rahmen dieser Studie erzielten Ergebnisse tragen zu einem besseren Verständnis der komplizierten Kristallchemie und der physikalischen Eigenschaften von Sulfosalzen bei, mit potentiellen Nutzen für die Technologie von Materialen für Photovoltaik und Supraleitung, als auch für die wirtschaftliche Nutzung von Sulfosalzen als Beiprodukte in Erzen. Diese Studie bestätigt, dass Änderungen in der chemischen Zusammensetzung immer mit Änderungen der Kristallstruktur einhergehen und für die modularen Prinzipien von homologen Serien verantwortlich sind. Außerdem gibt sie neue Einblicke in die Substitutionsmechanismen von chemischen Elementen in solchen natürlichen Verbindungen.