Mirabilit: Unterschied zwischen den Versionen

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=== Hydratationsverhalten  ==
=== Hydratationsverhalten  ==


Das System Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> – H<sub>2</sub>O:
siehe [[Natriumsulfat]]
 
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%&nbsp; 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  ===
 
Der Hydratationsdruck, der beim Übergang von Thenardit zu Mirabilit aufgebaut wird, ist stark abhängig von den bestehenden Luftfeuchte- und Temperatur-verhältnissen, was in der nachstehenden Tabelle verdeutlicht ist:
 
{| cellspacing="1" cellpadding="1" border="1" style="width: 363px; height: 216px;"
|-
| &nbsp;rel. Feuchte&nbsp;%
| &nbsp;&nbsp;&nbsp; 20,0 °C
| &nbsp;&nbsp;&nbsp; 25,0 °C
| &nbsp; &nbsp; 30,0 °C
|-
| &nbsp;&nbsp; 100
| &nbsp;48,9 N/mm<sup>2</sup>
| &nbsp; 40,5 N/mm<sup>2</sup>
| &nbsp;28,9 N/mm<sup>2</sup>
|-
| &nbsp;&nbsp; 95,0
| &nbsp;41,3 N/mm<sup>2</sup>
| &nbsp;32,7 N/mm<sup>2</sup>
| &nbsp;23,3 N/mm<sup>2</sup>
|-
| &nbsp;&nbsp; 90,0
| &nbsp;33,5 N/mm<sup>2</sup>
| &nbsp;24,9 N/mm<sup>2</sup>
| &nbsp;13,7 N/mm<sup>2</sup>
|-
| &nbsp;&nbsp; 85,0
| &nbsp;25,5 N/mm<sup>2</sup>
| &nbsp;16,0 N/mm<sup>2</sup>
| &nbsp; 5,1 N/mm<sup>2</sup>
|-
| &nbsp;&nbsp; 80,0
| &nbsp;16,4 N/mm<sup>2</sup>
| &nbsp;7,8 N/mm<sup>2</sup>
| &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 0,0
|-
| &nbsp;&nbsp; 75,0
| &nbsp; 6,7 N/mm<sup>2</sup>
| &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 0,0
| &nbsp; -
|}
 
''Hydratationsdruck Thenardit-Mirabilit [nach Winkler/Wilhelm 1970] ''
 
Die Volumenveränderung, die beim Phasenübergang stattfindet, ist mit ca. 320% anzugeben [nach Sperling/Cooke 1980].
 
=== Umwandlungsreaktionen  ===


== Analytischer Nachweis  ==
== Analytischer Nachweis  ==

Version vom 30. Juli 2010, 12:54 Uhr

<bibimport/>

Mirabilit
HJS Na2SO4-slides-110703-10x-1.jpg
Mineralogische Salzbezeichnung Mirabilit
Chemische Bezeichnung Natriumsulfadecahydrat
Trivialname Glaubersalz, Reussin, Wundersalz
Chemische Formel Na2SO4•10H2O
Hydratformen

Natriumsulfatheptahydrat (Na2SO4•7H2O)

Kristallklasse monoklin
Deliqueszenzfeuchte 20°C 93,6
Dichte (g/cm³) 1,464 g/cm³
Molvolumen 219,8 cm3/mol
Molgewicht 322,21 g/mol
Transparenz durchsichtig bis undurchsichtig
Spaltbarkeit vollkommen bis schlecht
Kristallhabitus
Zwillingsbildung
Brechungsindices nx = 1,395
ny = 1,396-1,410
nz = 1,398-1,419
Doppelbrechung Δ = 0,04-0,023
Optische Orientierung negativ
Pleochroismus
Dispersion
Phasenübergang
Chemisches Verhalten
Bemerkungen löslich in Wasser und Glycerin,
in wasserfreiem Ethanol unlöslich

Autoren: Hans-Jürgen Schwarz , Nils Mainusch, NN....
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Abstract[Bearbeiten]


Einleitung[Bearbeiten]


Allgemeines[Bearbeiten]


Vorkommen von Mirabilit[Bearbeiten]

siehe Natriumsulfat

Angaben zu Herkunft und Bildung von Mirabilit an Baudenkmalen[Bearbeiten]

siehe Natriumsulfat

Angaben zum Schadenspotential und zur Verwitterungsaktivität von Mirabilit[Bearbeiten]

Lösungsverhalten[Bearbeiten]

Darstellung der temperaturabhängigen Veränderung der Löslichkeit von Thenardit und Mirabilit im
Vergleich mit anderen Salzphasen [Angaben nach [Stark.etal:1996]Titel: Bauschädliche Salze
Autor / Verfasser: Stark, Jochen; Stürmer, Sylvia
Link zu Google Scholar].

Hygroskopizität[Bearbeiten]

Im unteren Diagramm ist der Temperatureinfluß auf die Deliqueszenzpunkte von Thenardit und Mirabilit verdeutlicht. Auffällig sind hierbei die gegenläufigen Kurvengänge.

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

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.

 RF %    MgSO4   Ca(NO3)2   KNO3
 Na2SO4 • 10H2O   87(21°C)   74 (21°C)  81(21°C)

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
Link zu Google Scholar.


Feuchtesorption:

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

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:

Feuchtsorption in M.% nach 56 Tagen Lagerung bei:

Feuchtsorption in M.% nach 56 Tagen Lagerung bei:'
Lagerungsfeuchte   87% r.F.   81% r.F.   79% r.F.
Na2SO4
     79
     0
     0
Na2SO4+NaCl (1:1 molare Mischung)     157     32     15

Sorptionsverhalten von Natriumsulfat [nach Vogt/Goretzki 1993].

Kristallisationsdruck[Bearbeiten]

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

= Hydratationsverhalten[Bearbeiten]

siehe Natriumsulfat

Analytischer Nachweis[Bearbeiten]

Mikroskopie
[Bearbeiten]

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 = 1,395; ny =1,396-1,410; nz =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 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.

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 Unterscheidungsmerkmale zu Thenardit und Mirabilit
 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[Bearbeiten]

Am Objekt[Bearbeiten]

Unter dem Polarisationsmikrokop[Bearbeiten]

Unter dem Rasterelektronenmikroskop[Bearbeiten]

Weblinks
[Bearbeiten]

http://webmineral.com/data/Mirabilite.shtml

http://www.mindat.org/min-2725.html

http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/MineralData?mineral=Mirabilit


Literatur[Bearbeiten]

[Filter fehlt]

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

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.

Negativ geladene Ionen

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