Thenardit
Autoren: Hans-Jürgen Schwarz , Michael Steiger, Tim Müller
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| Thenardit[1][2][3] | |
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| Mineralogische Salzbezeichnung | Thenardit |
| Chemische Bezeichnung | Natriumsulfat |
| Trivialname | Phase V, Makit, Menardit, Pyrotechnit |
| Chemische Formel | Na2SO4 |
| Hydratformen | Mirabilit (Na2SO4•10H2O) Natriumsulfat-Heptahydrat (Na2SO4•7H2O) |
| Kristallsystem | orthorhombisch |
| Deliqueszenzfeuchte 20°C | 86,6 % |
| Löslichkeit(g/l) bei 20°C | 3,706 mol/kg |
| Dichte (g/cm³) | 2,689 g/cm³ |
| Molares Volumen | 53,11 cm3/mol |
| Molare Masse | 142,04 g/mol |
| Transparenz | durchsichtig |
| Spaltbarkeit | vollkommen |
| Kristallhabitus | |
| Zwillingsbildung | |
| Phasenübergang | |
| Chemisches Verhalten | |
| Bemerkungen | löslich in Wasser und Glycerin, in wasserfreiem Ethanol unlöslich |
| Kristalloptik | |
| Brechungsindices | nx = 1,471 ny = 1,477 nz = 1,484 |
| Doppelbrechung | Δ = 0,013 |
| Optische Orientierung | positiv |
| Pleochroismus | |
| Dispersion | 82,5° |
| Verwendete Literatur | |
| [Robie.etal:1978]Titel: Thermodynamic properties of minerals and related substances at 298.15 K and 1 bar pressure and higher temperatures Autor / Verfasser: Robie R.A., Hemingway B.S.; Fisher J.A.  [Dana:1951]Titel: Dana's System of MineralogyAutor / Verfasser: Dana J.D.
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Natriumsulfat und Thenardit[Bearbeiten]
Abstract[Bearbeiten]
Thenardit als wasserfreie Phase des Natriumsulfats und seine Eigenschaften sollen vorgestellt werden.
Vorkommen[Bearbeiten]
Sowohl Thenardit wie auch Mirabilit erscheinen als natürliche Mineralien. In Mineralwässern, als Ablagerungen ehemaliger Salzseen und in Form unterschiedlicher Doppelsalze tritt Natriumsulfat in der Natur auf. Die Kenntnis des kristallwasserhaltigen Natriumsulfates reicht nachweislich bis in das 16. Jh. zurück. Erste Beschreibungen desselben sind von Glauber aus dem Jahre 1658 überliefert, welcher es als “sal mirable” bezeichnete. Auf dessen Namen zurückgehend ist auch die Trivialbezeichnung “Glaubersalz” für Mirabilit in der Literatur anzutreffen.
Angaben zu Herkunft und Bildung von Thenardit/Mirabilit an Baudenkmalen[Bearbeiten]
Durch den Eintrag von Materialien, die lösliche Natriumverbindungen enthalten, kann im mineralischen System eines Baudenkmals Natriumsulfat als Ausblühsalz entstehen, wenn mit schwefeligen Gasen kontaminierte Luft einwirkt oder sonstige Sulfatquellen vorliegen. Einen hohen Gehalt an Natriumionen weisen Zemente auf, in denen nach DIN-Vorgaben bis zu 0,5% lösliche Alkalien enthalten sein dürfen. Rein rechnerisch können 100 kg Portlandzement mit einem Gehalt von lediglich 0,1% löslichem Na2O in schwefelsäurehaltiger Luft 520g Mirabilit ausbilden [Angaben nach Arnold/Zehnder 1991]. Eine Fülle von Reinigungsmaterialien und v.a. früher verwendeten Restaurierungsprodukten (wie Wasserglas) können Natriumionen in Baudenkmäler eintragen. Als weitere Quellen sind Grundwasser und Oberflächenwasser anzuführen, die Na+-Ionen enthalten können. Streusalz besteht zu großem Teil aus leicht löslichem Natriumchlorid. In Küstennähe ist NaCl-haltiges Meerwasser als Natriumquelle zu berücksichtigen.
Lösungsverhalten[Bearbeiten]
Autor / Verfasser: Steiger, Michael; Asmussen, Sönke
.
Thenardit ist unterhalb von 32,4 °C metastabil. Mit einer Löslichkeit von 3,7 mol/kg bei 20°C gehört es zu den leichtlöslichen Salzen und somit auch zu den leicht mobilisierbaren Salzen (vgl.Tabelle Hygroskopizität der Salze und Gleichgewichtsfeuchte). Die Löslichkeit von Thenardit weist wie auch die der anderen Phasen im System Na2SO4-H2O eine Temperaturabhängigkeit auf. Mit dem starken Einfluß der Temperatur auf die Löslichkeit von Thenardit ist die Gefahr einer Lösungsübersättigung bezüglich Mirabilit bei raschem Temperaturabfall und Kristallisation von Mirabilit verbunden.
Siehe hierzu auch Natriumsulfat.
Hygroskopizität[Bearbeiten]
Autor / Verfasser: Steiger, Michael; Asmussen, Sönke
In Abbildung 2 ist der Temperatureinfluß auf die Deliqueszenzfeuchten von Thenardit sowie der anderen Phasen des Natriusulfats verdeutlicht. Auffällig sind hierbei die gegenläufigen Kurvenverläufe der Deliqueszenz von Thenardit und Mirabilit. Siehe hierzu auch Natriumsulfat.
Die Deliqueszenzfeuchte von Thenardit verschiebt sich bei steigender Temperatur zu höheren Werten (s. Tabelle 1).
| 0°C | 10°C | 20°C | 30°C | 40°C | 50°C |
| 84,4%r.F. | 85,6%r.F. | 86,6%r.F. | 87,3%r.F. | 87,9%r.F. | 88,4%r.F. |
In Anwesenheit von Fremdionen (bei Salzgemischen) verändern sich die Parameter der Gleichgewichtsfeuchte und der notwendigen Temperatur- und Feuchtebedingungen für Umkristallisationen zudem deutlich. Als orientierende Daten sind in der unteren Tabelle experimentell erfaßte Werte der Gleichgewichtsfeuchte in unterschiedlichen Salzgemischen wiedergegeben. Es zeigt sich, daß alle Werte der Gleichgewichtsfeuchte unter denen des Reinsalzes Mirabilit liegen (vgl. Tabelle Gleichgewichtsfeuchte in Abhängigkeit von Temperatur).
| MgSO4 | Ca(NO3)2 | KNO3 | |
| Na2SO4 • 10H2O | 87(21°C) | 74 (21°C) | 81(21°C) |
Feuchtesorption:
Als weitere Angabe zur Abschätzung der Hygroskopizität von Thenardit sind in der nachstehenden Tabelle Werte für das Sorptionsverhalten des Reinsalzes und des Gemisches mit Halit bei unterschiedlichen relativen Feuchten wiedergegeben:
| Lagerungsfeuchte | 87% r.F. | 81% r.F. | 79% r.F. |
| Na2SO4 | 79 | 0 | 0 |
| Na2SO4+NaCl (1:1 molare Mischung) | 157 | 32 | 15 |
Kristallisationsdruck[Bearbeiten]
Bei der Kristallisation aus wäßriger Lösung läßt sich für Thenardit ein Kristallisationsdruck von 29,2-34,5 N/mm2 angeben. Im Vergleich mit den berechneten Angaben der Kristallisationsdrücke anderer bauschädlichen Salze kann Thenardit einen hohen Kristallisationsdruck aufbauen [Winkler:1975]Titel: Stone: Properties, Durability in Man ´s Environment
Autor / Verfasser: Winkler, Erhard M..
Hydratationsverhalten[Bearbeiten]
Das System Na2SO4 – H2O:
Als nachweisbare, stabile Hydratstufen existieren lediglich das Anhydrit (Thenardit) und das Dekahydrat (Mirabilit). Die Erzeugung von Mirabilit kann durch Rekristallisation des Salzes aus übersättigter, wäßriger Lösung bei einer Temperatur von unter 32,4°C erfolgen. Insbesondere aufgrund der Hydratstufenbildung, der mit einem Einbau von 10 Wassermolekülen in das Kristallgitter und einer Volumenexpansion von rund 320% verbunden ist und der niedrigen Übergangstemperatur von ca. 32-35°C zählen Natriumsulfate zu den sehr verwitterungsaktiven Schadsalzen. Auch dieser Wert ist als Richtwert zu verstehen. Der Phasenübergang Mirabilit – Thenardit kann bei einer Temperatur von 25 °C bei einer relativen Feuchte von ca. 80% stattfinden, beträgt die Umgebungstemperatur 0°C, so ist ein Übergang bereits bei einer r.F. von 60,7% möglich [Angaben nach Gmelin]. Es zeigt sich also auch hier ein starker Temperatureinfluß. Eine Abschätzung der Schadensaktivität durch Kristallisations- und Hydratationsprozesse der Natriumsulfate wird sich an einem Bauwerk bei varierenden Einflußgrößen also sehr schwierig darstellen, da die Klimaparameter das Verhalten extrem beeinflussen.
Hydratationsdruck[Bearbeiten]
Der Hydratationsdruck, der beim Übergang von Thenardit zu Mirabilit aufgebaut wird, ist stark abhängig von den bestehenden Luftfeuchte- und Temperaturverhältnissen, was in der nachstehenden Tabelle verdeutlicht ist:
| rel. Feuchte % | 20,0 °C | 25,0 °C | 30,0 °C |
| 100 | 48,9 N/mm2 | 40,5 N/mm2 | 28,9 N/mm2 |
| 95,0 | 41,3 N/mm2 | 32,7 N/mm2 | 23,3 N/mm2 |
| 90,0 | 33,5 N/mm2 | 24,9 N/mm2 | 13,7 N/mm2 |
| 85,0 | 25,5 N/mm2 | 16,0 N/mm2 | 5,1 N/mm2 |
| 80,0 | 16,4 N/mm2 | 7,8 N/mm2 | 0,0 |
| 75,0 | 6,7 N/mm2 | 0,0 | - |
Die Volumenveränderung, die beim Phasenübergang stattfindet, ist mit ca. 320% anzugeben [Sperling.etal:1980]Titel: Salt Weathering on Arid Environment, I. Theoretical ConsiderationsII. Laboratory Studies
Autor / Verfasser: Sperling, C.H.B.and Cooke, R.U..
Analytischer Nachweis[Bearbeiten]
Mikroskopie
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Laboruntersuchung:
Durch mikroskopische Beobachtungen des Lösungsverhaltens sind die gute Wasserlöslichkeit und Ethanolunlöslichkeit zu verifizieren. Thenardit und Mirabilit besitzen keine morphologische Charakterisitka, die bei einfachen Rekristallisationsversuchen zur Identifizierung beitragen können. Vielmehr ist eine große Bandbreite unterschiedlichster Erscheinungsformen beobachtbar.
Brechungsindizes: nx = 1,468; ny =1,473; nz =1,483
Doppelbrechung: Δ = 0.015
Kristallklasse: orthorhombisch
Polarisationsmikroskopische Untersuchung:
In Abhängigkeit von den vorliegenden Luftfeuchte- und Temperaturbedingungen verändern Kristalle des Rohprobematerials und des rekristallisierten Präparates ihren Kristallwassergehalt. An trockner Luft (mit r.F. < 80% und Raumtemperatur) verliert Mirabilit sein Kristallwasser und geht in Thenardit über. Dieser Vorgang kann mikroskopisch klar nachvollzogen werden, wenn der Prozess der Rekristallisation beobachtet wird. Mirabilit weist charakteristische anormale Interferenzfarbe auf, im Zuge des Wasserverlustes und Entstehen von Thenardit schwächen sich die anormalen Interferenzphänomene zunehmend ab.
Die Zuweisung der Brechungsindizes von Thenardit erfolgt entsprechend der Immersionsmethode. Aufgrund der niedrigen maximalen Doppelbrechung zeigt Thenardit zumeist graue Interferenzfarben. Die Auslöschung ist parallel oder symmetrisch.
Verwechslungsmöglichkeiten:
Generell ist die Unterscheidung einer bestimmten Anzahl von Sulfaten (die unten aufgelistet sind und wozu Thenardit zählt) ohne mikrochemische Bestimmung der Anionen problematisch, da die Brechungsindizes der Salze dicht beieinander liegen und alle Salze eine niedrige Doppelbrechung aufweisen. Hilfreich ist die Verwendung eines Immersionsmittels mit einem nD-Wert von 1,48. Eine Differenzierung innerhalb dieser Gruppe wird damit möglich. Außerdem können die unten genannten Eigenschaften als Abgrenzungskriterien hinzugezogen werden.
Eindeutig bestimmbar wird Thenardit durch die Möglichkeit, nach Auflösung des Probematerials im Zuge der Rekristallisation das Phänomen anormaler Interferezfarben beobachten zu können, sprich Mirabilit in der hohen Hydratstufe zu identifizieren und somit indirekt Thenardit nachzuweisen.
| Salzphase | Unterscheidungsmerkmal |
| Boussingaultit (NH4)2Mg(SO)4 • 6H20 | keine anormalen Interferenzfarben / schiefe Auslöschung |
| Pikromerit K2Mg(SO4)2 • 6H20 | keine anormalen Interferenzfarben / schiefe Auslöschung |
| Bloedit Na2Mg(SO4)2 • 6H20 | alle Indizes >1,48 / keine anormalen Interferenzfarben / schiefe Auslöschung / optisch negativ orientiert. |
| Glaserit K3Na(SO4)2 | alle Indizes >1,48 / keine anormalen Interferenzfarben/schiefe Auslöschung |
| Arcanit K2SO4 | alle Indizes >1,48 / keine anormalen Interferenzfarben |
| Magnesiumformiat Mg(HCO2)2 • 2H2O | vergleichsweise hohe Doppelbrechung / keine anormalen Interfernzfarben / schiefe Auslöschung |
Betrachtung von Mischsystemen:
Mischsystem Na+– Ca2+– SO4 2-: Der Ausfall von Gips erfolgt im Zuge der Rekristallisation entsprechend der geringeren Löslichkeit desselben zuerst. Der charakteristische nadelige Habitus von einzelnen Gipskristallen wie auch von Aggregaten bleibt bestehen. Der Ausfall von Natriumsulfat erfolgt später, das eigentliche Kristallwachstum vollzieht sich merklich schneller. Die Morphologie ist unspezifisch.
Mischsystem Na+– SO4 2-– Cl-: Der Ausfall der beiden Partikelsorten beginnt etwa zeitgleich. Halit mit charakteristischer Morphologie, Natriumsulfat in extrem variierender Gestalt.
Salze und Salzschäden im Bild[Bearbeiten]
Am Objekt[Bearbeiten]
- Thenardit Ausblühungen an Objekten
Thenaditkristalle auf einer Mauerfuge der Alten Kirche in Idensen
Weblinks
[Bearbeiten]
- ↑ http://webmineral.com/data/Thenardite.shtml gesehen 29.07.2010
- ↑ http://www.mindat.org/min-3935.html gesehen 29.07.2010
- ↑ http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/MineralData?mineral=Thenardit gesehen 29.07.2010
Literatur[Bearbeiten]
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| [Sperling.etal:1980] | Sperling, C.H.B.and Cooke, R.U. (1980): Salt Weathering on Arid Environment, I. Theoretical ConsiderationsII. Laboratory Studies. In: Papers in Geography, 8 () | |
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Weitere Literatur
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