Kristallographie von umweltrelevanten Oxosalzen des Arsens

Arsen ist eine Umweltbelastung, die sowohl aus natürlichen als auch anthropogenen Quellen stammt. Er ist Nummer eins auf der internationalen Liste von gefährlichen Stoffen. Unter Umweltbedingungen ist Arsen meist mit Sauerstoff gebunden und ist in der Oxidationsstufen III (Arsenite) und V (Arsenate) zu finden Um zu verstehen, wie sich Arsen im natürlichen Umfeld verhält, muss man strukturelle Merkmale und die Stabilität der natürlich vorkommenden Verbindungen des Arsens untersuchen. Darüber hinaus sollte eine Untersuchung der mineralähnlichen synthetischen Verbindungen, welche als Folge menschlicher Aktivitäten auftreten können, für umweltrelevante Fragestellungen nützlich sein. Innerhalb der letzten fünfzehn Jahre fanden grosse Fortschritte auf dem Gebiet der systematischen Klassifikation der verschiedenen Klassen von anorganischen Oxosalzen statt, besonders jener mit entweder technologischer oder ökologischer Auswirkungen, wie Uran, Neptunium und Beryllium. Systematische kristallochemische Übersicht wurden über Borate, Sulfate und Phosphate veröffentlicht. Allerdings gab es keine systematische Studien über natürliche Arsenite und Arsenate, trotz ihrer Bedeutung als Umweltschadstoffe. Zusammenstellung einer solchen Übersicht ist eine der wichtigsten theoretischen Themen des geplanten Projektes. Eine detaillierte Studie der Strukturchemie der sekundären Arsen-Minerale (Arsenite und Arsenate) wäre sehr nützlich für viele Forscher, welche sich sowohl mit Arsen im natürlichen Umfeld als auch mit dessen technischen Anwendungen beschäftigen. Das Ziel des vorgelegten Projekts ist eine aufwändige strukturelle Klassifizierung von natürlichen Arsen Oxosalzen (Arsenite und Arsenate) auf Grundlage ihrer strukturellen und spektroskopischen Eigenschaften. Die experimentellen Untersuchungen von bestimmten Klassen der arsenhaltigen umweltrelevanten Verbindungen, wird sich auf zwei künstliche Systeme konzentrieren: M1O-M2O-As2O5-(H2O) (M1 = Sr2+, Ba2+, Cd2+; M2 = Mg2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+) und M1O-As2O3-(H2O), M2O-As2O3-(H2O) und M1O-M2O-As2O3- (H2O) (M1 = Na+, K+, Rb+, Cs+, Ca2+, Sr2+, Ba2+; M2 = Mg2+, Mn2+,3+, Fe2+,3+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+). Einige bisher bekannte, aber nicht genau definierte sekundäre Arsen-Mineralien, die in schadstoffbellasteten Regionen vorkommen, werden erneut untersucht.

Das primäre Ziel des vorgelegten Elise Richter Projektes V 203-N19 war eine aufwändige strukturelle Klassifizierung von mineral-änlichen Arsen-Oxosalzen (Arsenite und Arsenate) auf Grundlage ihrer strukturellen und spektroskopischen Eigenschaften. Dafür wurden bestimmten Klassen der arsenhaltigen umweltrelevanten Verbindungen hydrothermal- und/oder ionothermal synthetisiert. Neben chemisch und strukturell bekannten Verbindungen, wurden 28 weitere, bisher unbekannte oder strukturell nicht beschriebene Arsenate und Arsenite synthetisiert und charakterisiert. Mehr als 21 dieser Substanzen entschprechen natürlichen Analoga (Minerale). Die Wirksamkeit der Ionothermalsynthese zur Schaffung der mineral-ähnlichen arsenhaltigen Oxalsalze wurde für das erste Mal getestet. Die erfolgreiche Herstellung von Dutzenden Metall Arsenate in ionischen Flüssigkeiten zeigt nicht nur, dass es möglich ist, deutlich mehr Metall-Arsenate mit einzigartigen oder mineralverwandte Strukturen zu erhalten als bisher bekannt, sondern auch, dass die ionothermalen Verfahren eine vielversprechende Methode ist, um neue Arten von arsenhaltigen Materialien zu synthetisieren. Wenn man die Kristallstrukturmerkmale von mineralverwandten synthetischen arsen-haltigen Oxosalzen kennt, kann man ihre Stabilisierung in kontaminierten Böden, Sedimenten oder Entwässerungsteiche prognostizieren. Synthese und Charakterisierung dieser Phasen hat uns einen Schritt weiter gebracht zu dem Verständnis, wie die Ionen sich in jeder Gegenwart des anderen unter Laborbedingungen verhalten, weitergebracht (z.B. pH-Wert, Art des Sorbens, Fest:Lösungs-Verhältnis, Konzentration, Temperatur, Ionenstärke). Dieses Wissen könnte sich direkt oder indirekt an die Umgebungsbedingungen übertragen.