Thermodynamik von ordering/clustering in Silikaten
Thermodynamics of ordering/clustering in silicates
Wissenschaftsdisziplinen
Geowissenschaften (70%); Maschinenbau (30%)
Keywords
-
Thermodynamics,
Ordering/Clustering,
Pyroxenes,
Feldspars,
Petrology
Pyroxene und Feldspäte sind wichtige gesteinsbildende Minerale in vielen metamorphen und magmatischen Gesteinen. In diesen Mischkristall-Systemen spielen sich, abhängig von der Temperatur (T), einerseits Ordnungsprozesse ab, d.h. bei hohen Temperaturen statistisch über die Gitterplätze verteilte Kationen (wie Na, Al, Mg, Ca in Pyroxenen) beginnen sich mit fallender Temperatur auf bestimmten Plätzen zu ordnen, wodurch in der Struktur geordnete Wechsellagen verschiedener Atomsorten entstehen (etwa in Omphazit, einem Vertreter der Pyroxene). Der umgekehrte Mechanismus intrakristallinen Ordnens ist Clustering. Hier reichern sich bei Abkühlung Domänen im Kristall mit gleichartigen Atomen an (etwa Na- und K-reiche Cluster in Alkalifeldspäten), was dann zu Entmischungsphänomenen führt. Ziel des Projektes ist es die Thermodynamik dieser Ordnungs-/Clusterprozesse in Pyroxenen und Feldspäten zu studieren, mit dem Ziel eine umfassende thermodynamische Beschreibung dieser beiden Mineralgruppen zu ermöglichen. Dies ist Grundlage für die Ableitung von sog. Phasenbeziehungen, wie sie in den Geowissenschaften verwendet werden um die Druck- Temperaturgeschichte von Orogenen, wie den Alpen, im Zuge ihrer geologischen Entwicklung zu rekonstruieren. Die relevanten thermodynamischen Größen, die im Verlauf des Projektes bestimmt werden, sind die Enthalpie, sowie die Schwingungs- und Konfigurationsentropie, die mit den beschriebenen Ordnungs- und Clusterprozessen in den beiden Mineralgruppen einhergehen. Die angewandten kalorimetrischen Methoden sind die Tieftemperatur-Kalorimetrie im Bereich von nahe 0 bis 300 K (aus den gemessenen Wärmekapazitäten an ausgewählten und gut charakterisierten Proben dieses Bereichs kann die Schwingungsentropie eruiert werden) und die Differential-Scanning-Kalorimetrie (oberhalb von Raumtemperatur). Die Enthalpie der Ordnungs-/Clusterprozesse wird durch die Infrarot Spektroskopie ermittelt (durch Auswertung der sog. Linienverbreiterung). Ergänzt werden diese Methoden durch quantenmechanische Berechnungen mittels der Dichtefunktionaltheorie.
- Universität Salzburg - 100%
- Roland Stalder, Universität Innsbruck , nationale:r Kooperationspartner:in
- Maurizio Musso, Universität Salzburg , nationale:r Kooperationspartner:in
- Rainer Abart, Universität Wien , nationale:r Kooperationspartner:in
- Michael A. Carpenter, University of Cambridge - Vereinigtes Königreich
Research Output
- 22 Zitationen
- 7 Publikationen
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2025
Titel Heat capacity and entropic mixing behaviour of the orthopyroxene solid solution (Mg,Fe)2Si2O6 DOI 10.5194/ejm-37-909-2025 Typ Journal Article Autor Dachs E Journal European Journal of Mineralogy Seiten 909-920 Link Publikation -
2024
Titel Thermodynamic mixing properties of disordered alkali feldspar solid-solution from Na–K partitioning and low-temperature calorimetry DOI 10.1007/s00269-024-01270-z Typ Journal Article Autor Heuser D Journal Physics and Chemistry of Minerals Seiten 9 Link Publikation -
2024
Titel The packing fraction of the oxygen sublattice: Its impact on the heat of mixing DOI 10.21203/rs.3.rs-3950395/v1 Typ Preprint Autor Benisek A Link Publikation -
2024
Titel The packing fraction of the oxygen sublattice: its impact on the heat of mixing DOI 10.1007/s00269-024-01277-6 Typ Journal Article Autor Benisek A Journal Physics and Chemistry of Minerals Seiten 23 Link Publikation -
2024
Titel A new activity model for biotite and its application DOI 10.1007/s00410-024-02173-6 Typ Journal Article Autor Dachs E Journal Contributions to Mineralogy and Petrology Seiten 93 Link Publikation -
2022
Titel The Specific Heat of Astro-materials: Review of Theoretical Concepts, Materials, and Techniques DOI 10.1007/s10765-022-03046-5 Typ Journal Article Autor Biele J Journal International Journal of Thermophysics Seiten 144 Link Publikation -
2023
Titel Vibrational entropy of disordering in omphacite DOI 10.1007/s00269-023-01260-7 Typ Journal Article Autor Benisek A Journal Physics and Chemistry of Minerals Seiten 36 Link Publikation