Mirabilit

Autoren: Hans-Jürgen Schwarz , Nils Mainusch
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Mirabilit
Mineralogische Salzbezeichnung	Mirabilit
Chemische Bezeichnung	Natriumsulfat-Decahydrat
Trivialname	Glaubersalz, Reussin, Wundersalz
Chemische Formel	Na2SO4•10H2O
Hydratformen	Na2SO4•7H2O (Natriumsulfat-Heptahydrat)
Kristallsystem	monoklin
Deliqueszenzfeuchte 20°C	95,6 %
Löslichkeit(g/l) bei 20°C	1,353 mol/kg
Dichte (g/cm³)	1,466 g/cm³
Molares Volumen	219,8 cm3/mol
Molare Masse	322,19 g/mol
Transparenz	durchsichtig bis undurchsichtig
Spaltbarkeit	vollkommen bis schlecht
Kristallhabitus
Zwillingsbildung
Phasenübergang
Chemisches Verhalten
Bemerkungen	löslich in Wasser und Glycerin, in wasserfreiem Ethanol unlöslich verliert leicht etwas Wasser, geht bei 32°C in Thenardit über; anomale blaue oder braune Interferenzfarben
Kristalloptik
Brechungsindices	nx = 1,394 ny = 1,396 nz = 1,398
Doppelbrechung	Δ = 0,004
Optische Orientierung	negativ
Pleochroismus
Dispersion	76°
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 Mineralogy Autor / Verfasser: Dana J.D.

Vorkommen von Mirabilit

siehe Natriumsulfat

Angaben zu Herkunft und Bildung von Mirabilit an Baudenkmalen

siehe Natriumsulfat

Lösungsverhalten

Abbildung 1: Löslichkeiten im System Na₂SO₄-H₂O in Abhängigkeit der Temperatur [nach [Steiger.etal:2008]Titel: Crystallization of sodium sulfate phases in porous materials: The phase diagram Na2SO4 -H2O and the generation of stress
Autor / Verfasser: Steiger, Michael; Asmussen, Sönke
].

Mirabilit hat bei 20 °C eine Löslichkeit von 1,35 mol/kg. Die Löslichkeit weist, wie in Abbildung 1 gut zu erkennen ist, eine starke Temperaturabhängigkeit auf, so dass bei sie bei niedrigen Temperaturen stark abnimmt und bei höheren Temperaturen stark ansteigt. MIrabilit ist nur bis zu einer Temperatur von 32,4 °C stabil, oberhalb dieser Temperatur ist Thenardit die stabile Phase.

siehe Natriumsulfat

Hygroskopizität

Abbildung 2: Deliqueszenzpunkte der Reinsalze Thenardit und Mirabilit [Arnold.etal:1991]Titel: Monitoring Wall Paintings Affected by soluble Salts
Autor / Verfasser: Arnold, Andreas; Zehnder, Konrad

In Abbildung 2 ist der Temperatureinfluss auf die Deliqueszenzpunkte von Thenardit und Mirabilit verdeutlicht. Auffällig sind hierbei die gegenläufigen Kurvengänge.

In Anwesenheit von Fremdionen (bei Salzgemischen) verändern sich die Parameter der Deliqueszenzfeuchte und der notwendigen Temperatur- und Feuchtebedingungen für Umkristallisationen zudem deutlich. Als orientierende Daten sind in Tabelle 1 experimentell erfasste Werte der Deliqueszenzfeuchte in unterschiedlichen Salzgemischen wiedergegeben. Es zeigt sich, dass alle Werte der Deliqueszenzfeuchte unter denen des Reinsalzes Mirabilit liegen.

Tabelle 1: Angaben der Gleichgewichtsfeuchten über gesättigten Mischlösungen (Mischungsverhältnis: Gesättigte Lsg.A/ gesättigte Lsg.B =1:1) [Vogt.etal:1993]Titel: Der Einfluss hygroskopischer Salze auf die Gleichgewichtsfeuchte und Trocknung anorganischer Baustoffe
Autor / Verfasser: Vogt, R.; Goretzki, Lothar
.

	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 Natriumsulfaten sind in der nachstehenden Tabelle Werte für das Sorptionsverhalten des Reinsalzes und des Gemisches mit Halit bei unterschiedlichen relativen Feuchten wiedergegeben:

Tabelle 2: Feuchtsorption in M.% nach 56 Tagen Lagerung von Natriumsulfat [Vogt.etal:1993]Titel: Der Einfluss hygroskopischer Salze auf die Gleichgewichtsfeuchte und Trocknung anorganischer Baustoffe
Autor / Verfasser: Vogt, R.; Goretzki, Lothar

Lagerungsfeuchte	87% r.F.	81% r.F.	79% r.F.
Na2SO4	79	0	0
Na2SO4+NaCl (1:1 molare Mischung)	157	32	15

Kristallisationsdruck

Bei der Kristallisation aus wäßriger Lösung läßt sich für Mirabilit ein Kristallisationsdruck von 7,2-8,3 N/mm² angeben.

Hydratationsverhalten

siehe Natriumsulfat

Analytischer Nachweis

Mikroskopie

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:    n_x = 1,395; n_y =1,396-1,410; n_z =1,398-1,419
Doppelbrechung:      Δ = 0.04-0,023
Kristallklasse:            monoklin

Polarisationsmikroskopische Untersuchung:

In Abhängigkeit von den vorliegenden Luftfeuchte- und Temperaturbedingungen verändern Kristalle des Rohprobematerials und des rekristallisierten Präparates ihren Kristallwassergehalt. An trockener Luft (mit r.F. < 80% bei 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.

Verwechslungsmöglichkeiten:

Generell ist die Unterscheidung einer bestimmten Anzahl von Sulfaten (die unten aufgelistet sind und wozu Thenardit zählt) ohne mikrochemische Bestimmung der Kationen problematisch, da die Brechungsindizes der Salze dicht beieinander liegen, und alle Salze eine niedrige Doppelbrechung aufweisen. Hilfreich ist die Verwendung eines Immersionsmittels mit einem n_D-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.

Tabelle 3: Unterscheidungsmerkmale zu Thenardit und Mirabilit

Salzphase	Unterscheidungsmerkmale
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
Arkanit 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

Unter dem Polarisationsmikrokop

• Natriumsulfatktistakkisation/Mirabilit ziwschen zwei Objektträgern
• 

  aufgenommen mit gekreuzten Polarisatoren und Rot I

• 

  aufgenommen mit gekreuzten Polarisatoren

Literatur

[Dana:1951]	Dana E.S. (Hrsg.) Dana J.D. (1951): Dana's System of Mineralogy, 7, Wiley & Sons
[Robie.etal:1978]	Robie R.A., Hemingway B.S.; Fisher J.A. (1978): Thermodynamic properties of minerals and related substances at 298.15 K and 1 bar pressure and higher temperatures. In: U.S. Geol. Surv. Bull, 1452 ()
[Steiger.etal]	Der Eintrag existiert noch nicht.
[Steiger.etal:2008]	Steiger, Michael; Asmussen, Sönke (2008): Crystallization of sodium sulfate phases in porous materials: The phase diagram Na2SO4 -H2O and the generation of stress. In: Geochimica et Cosmochimica Acta, 72 (17), 4291-4306, Webadresse, https://doi.org/10.1016/j.gca.2008.05.053
[Vogt.etal:1993]	Vogt, R.; Goretzki, Lothar (1993): Der Einfluss hygroskopischer Salze auf die Gleichgewichtsfeuchte und Trocknung anorganischer Baustoffe, unveröffentlichter Bericht.

Die Deliqueszenzfeuchte beschreibt die Höhe der relativen Luftfeuchte, oberhalb der z. B. ein Salz Feuchtigkeit aus der Luft aufnimmt und in Lösung geht.

Als Phase wird ein stofflicher Zustand bezeichnet, der in sich, makroskopisch betrachtet, homogen ist.

Wassergehalt, der sich in einem Material nach Lagerung bei konstanten Bedingungen ergibt (relative Luftfeuchte, Temperatur).

relative Luftfeuche

Unter Interferenz versteht man die Überlagerung von Lichtwellen. Dadurch entstehen unterschiedliche Farben, die Interferenzfarben.

Kationen sind positiv geladene Ionen.