Natives Eisen, Tellureisen, Eisen Kategorie I : Einheimische Elemente | |
Querschnitt durch einen Basaltblock mit brillanten Einschlüssen von nativem Eisen . Herkunft: Uivfaq ( Diskoinsel , Grönland ). Größe: 7,8 x 3,5 x 0,6 cm | |
Allgemeines | |
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IUPAC-Name | Eisen |
CAS-Nummer | 7439-89-62 |
Strunz-Klasse |
01.AE.05
1 ELEMENTE (Metalle und intermetallische Legierungen; Halbmetalle und Nichtmetalle; Carbide, Silizide, Nitride, Phosphide) |
Danas Klasse |
1.1.17.1
Einheimische Elemente und Amalgame |
Chemische Formel | Fe |
Identifizierung | |
Formmasse | 55,845 ± 0,002 amu Fe 100 %, |
Farbe | glänzend stahlgrau bis eisenschwarz, grau bis schwarz, manchmal grauweiß oder metallisch silberfarben |
Kristallklasse und Weltraumgruppe | hexakisoktaedrische Punktgruppe m 3 m oder 4 / m 3 2 / m; Raumgruppe Im 3 m |
Kristallsystem | kubisch (isometrisch) |
Bravais-Netzwerk | kubisch zentriert a = 2,866 4 Å ; Z = 2, V = 23,55 Å 3 oder a = 2,874 Å ; Z = 2, V = 23,74 Å 3 |
Macle | Zwilling in {111} mit Penetration |
Dekollete | (100) perfekt, unvollkommen bei (001), manchmal schlechte Spaltung bei (100), bei (010), bei (001) |
Unterbrechung | gehackt, schuppig (grobe Fraktur) |
Habitus | selten in schönen isolierten und wohlgeformten Kristallen (sehr seltene Netzkristalle), deformierte weiche Kristalle, größere Kamazitkristalle, manchmal dezimetrisch; partikulärer Zustand in einer Gesteinsmatrix verbreitet, (kleine) Körner in andere Mineralien eingebracht (schützend); kleine Schuppen oder Tropfen, Cluster mit körniger Struktur, sogar in einem Teller, Schrott oder Band für Kamazit; kleine Massen, unregelmäßige Massen, flache und lamellare Massen. |
Partnerschaften | am {111} |
Mohs-Skala | 4,5 (4 bis 5) mittlere Härte, mit Nickelgehalt ansteigend, formbar |
Linie | Grau |
Funkeln | Metall |
Polierter Glanz | Polieren, Erzielen einer Spiegeloberfläche, Reflexionsgrad zwischen 58 % und 58,6 % je nach steigendem Ni-Gehalt. |
Optische Eigenschaften | |
Ultraviolette Fluoreszenz | nicht fluoreszierend |
Transparenz | undurchsichtig |
Chemische Eigenschaften | |
Dichte | 7,88 (manchmal von 7, oder sogar 7,3 bis 7,9) berechnete Dichte 7,81 |
Schmelztemperatur | 1535 °C |
Löslichkeit | unlöslich in Wasser und Alkalien (Basen), löslich in verdünnten starken Säuren (Passivierung in HNO 3 möglich ) |
Chemisches Verhalten | verformbarer bis leicht spröder, duktiler Zusammenhalt (deutlich flexibler bei höherem Ni-Gehalt) |
Physikalische Eigenschaften | |
Magnetismus | stark magnetisch (ferromagnetisch) |
Einheiten von SI & STP, sofern nicht anders angegeben. | |
Das LBS-Eisen oder natives Eisen ist die Mineralart natürlicher, leicht metallischer Körper Nickel , selten, entsprechend dem chemischen Element Eisen bezeichnet Fe, chemische Formel Fe 1-ε Ni εkommt ausschließlich in der Erdkruste vor .
Die Mineralogen der Vergangenheit schlugen durch die ausdrückliche Verwendung von Adjektiven de facto eine Opposition mit meteorischem Eisen vor, das Eisenmeteoriten , einen guten Teil Pallasiten und Mesosideriten darstellt oder in einer Form vorliegt, die in kleine Nuggets unterteilt ist (oft weniger als 1/ 10 mm Durchmesser) in Chondriten , allen außerirdischen Gesteinen, die auf den Planeten Erde gefallen sind, paradoxerweise häufiger als Gesteine, die tellurisches Eisen enthalten (auf der Erde kommt das Element Eisen viel häufiger in Form chemischer Verbindungen vor, insbesondere in Erzen , als in metallischer Form). Eine der Eigenschaften von Meteoriteneisen ist ihr relativer (variabler) Reichtum an Nickel. Wenn die metallische Phase reichlich vorhanden ist, wird die Ferro-Nickel-Legierung je nach Nickelgehalt in der einen oder anderen mineralogischen Form als Taenit (hoher Gehalt) oder Kamazit (niedriger Gehalt) ausgedrückt . Die mehr oder weniger regelmäßigen Konkreszen dieser Phasen lassen sich an einem Schliff durch chemischen Angriff mit den Figuren von Widmanstätten nachweisen .
Tellurisches Eisen ist je nach geologischem Terrain extrem bis sehr selten: Es ist viel seltener als die Eisenlegierungen, die in Meteoriten beobachtet werden, die auf die Erde gefallen sind. Es kann sich in Spuren oder kleinen Fragmenten in Basalten befinden, die kohlenstoffhaltige Sedimente enthalten, manchmal in unregelmäßigen Körnern oder in flachen und lamellaren Massen. Es kommt aus der Reduktion von Eisenoxiden, die in Basalten in Kontakt mit kohlenstoffhaltigem Gestein enthalten sind und möglicherweise nach dem Prinzip von Niedrig- und Hochöfen reduzieren . Mit Ausnahme einer kleinen Kaution , die jetzt in der Region erschöpft ist Cassel in Deutschland nur eine erhebliche Anzahlung auf der Erde bekannt ist , in Grönland um die Bucht von Disko bei Ovifak (Uivfaq) , wo die flache Masse um 25 Tonnen. Tellurisches Eisen wurde wie Meteoreisen von den Inuit verwendet , um Messerklingen oder Ulus herzustellen . Die Inuit sind damit die einzigen Menschen in der gesamten Menschheitsgeschichte, die tellurisches Eisen verwendet haben.
Die geologische und kulturelle Bedeutung, die primitive Stahlindustrie hängt weitgehend von meteorischem Eisen ab, das zulässige Argument der teilweisen Verschmelzung des Meteoritenkerns manchmal durch Reibung beim Eintritt in die Atmosphäre oder bei der endgültigen Kollision, wenn sie massiv sind, führten die Mineralogen der IMA , diese beiden Arten zu einer zu kombinieren, dem Mineral Eisen durch Unterscheidung der spezifischen Strukturen, Kamazit wird zu einer Eisenart mit hohem Nickelgehalt und Taenit ( Taenit , Tetrataenit , Antitaenit ) oder Awaruit als andere Mineralarten. Tatsache bleibt, dass natives Eisen eine breitere Bedeutung angenommen hat, einschließlich des meteoritischen Ursprungs.
Der Name wird vom lateinischen Begriff ferrum geerbt . Letztere könnten vor 10.000 Jahren v. Chr. aus dem östlichen Mittelmeer stammen, durch die Annahme eines sumerischen Ausdrucks, der Feuer vom Himmel bedeutet und sich auf die Materie von Meteoriten bezieht, die aus den Sternen stammen. Daher die Beziehung zum Wort Eisen und Stahl, was die Arbeit dieses Materials aus mythischen Sternen bedeutet.
Der europäische Schmied verfügte über ein großes mechanisches und thermisches Wissen über dieses Material, das seiner chemischen Bestimmung, die er nur durch seine Herkunft, seine erste Formgebung im ( Unter- oder Hochofen ) und seinen Verlauf (Transport) definierte, weit überlegen war . Die Elastizitätsgrenze des Eisens hängt weitgehend von der Behandlung des Metalls ab, wobei die Kaltverfestigung die Entstehung von Versetzungen ermöglicht .
Carltonit, Martensit oder Kamazit sind nach der aktuellen offiziellen mineralogischen Klassifikation Sorten des einheimischen Eisens.
Eisen ist das härteste der gewöhnlichen Metalle, während es formbar und duktil ist. Sie können es mit einer eisernen Messerspitze überprüfen. Seine Kristalle sind gute elektrische und thermische Leiter. Seine Härte ist nicht zu vernachlässigen, etwa 4 und ½ auf der Mohs-Skala .
Natives Eisen ist fackelunschmelzbar. Es ist bis und über 1500 ° C schmelzbar . Mit einer Fackel hinterlässt es mit dem Borax- Fluss eine Boratperle , flaschengrün mit reduzierendem Feuer (kohlenstoffhaltige oder leuchtend gelbe Flamme) oder gelb mit Oxidationsfeuer (blaue Flamme). Es ist eine spezifische Testreaktion für Eisen.
Reaktionen mit oxidierenden Körpern wie Sauerstoff oder Schwefel sind einfach. Die erhaltenen Mineralkombinationen lassen sich leicht in viele Silikate einarbeiten.
Reines Metalleisen, meist stahlgrau bis eisenschwarz , hat eine glänzende Oberfläche. Es ist stumpfer, wenn es mit einer Oxidschicht überzogen ist.
In feuchter Luft verwandelt es sich in Rost und hinterlässt hydratisierte Eisenoxide und insbesondere Limonit . Im Allgemeinen zersetzt sich sehr reines natives Eisen an der Luft schnell und wird mit einer mehr oder weniger höhlenartigen Limonitkruste bedeckt.
Ein manchmal winziger Prozentsatz von Ni, der in seine Struktur eingefügt wird, verlangsamt die Veränderung. Es ist nicht verwunderlich, dass natürliche Proben Ni in manchmal nicht unerheblichen oder sogar hohen Mengen enthalten.
Eisen ist in Wasser unlöslich. Es ist in verdünnten Säuren löslich, mit einer charakteristischen Entwicklung von Wasserstoffgas . Es ist löslich in Salzsäure HCl, hinterlässt das Material eine Gelblauge basierend auf dem Eisen(III)-Ion Fe 3+ . Der Angriff durch konzentrierte Salpetersäure HNO 3 ) kann nach Erzeugung einer Passivierungsschicht gestoppt werden, es handelt sich um eine kontinuierliche Beschichtung aus schützenden Oxiden.
Es ist in Alkohol (Ethanol) oder Äther unlöslich .
Im eisenhaltigen Zustand oder Fe 2+ ist das Eisenmaterial sehr löslich. Im Eisen(III) -Zustand ist dies weniger der Fall, da das Fe 3+ -Ion relativ oxidierend und spezifisch für sehr saure Umgebungen ist.
Es ist das wichtigste magnetische Metall . Eisen ist sehr magnetisch.
Die Spaltung ist nach (100) perfekt. Lamellenstrukturen sind nach (111) und (110) häufig. Zwillinge auf (111) mit Penetration sind üblich. Polysynthetische Gruppen bilden parallel zu (221) dünne Abschnitte.
In Danas Klassifizierung ist Eisen das erste Mitglied der Eisen-Nickel-Gruppe. Die anderen Mineralien sind Alphakamazit, Gammataenit, Tetrataenit, Awaruit, natives Nickel (nach Ni-Gehalt geordnet ) und schließlich Waïrauit auf Basis von Fe- und Co-Legierungen.
Nach der Strunz-Klassifikation gehört es zur Chrom-Eisen-Gruppe und begünstigt kristallchemisches Denken. Also natives Chrom , Alpha-Kamazit und schließlich natives Eisen.
Künstliche Eisenkristalle können in Form von Dendriten erhalten werden , es sind Oktaederketten, die sich entlang einer quartären Achse erstrecken.
Kamazit, eine der Eisensorten, und Waïrauit haben ähnliche optische Eigenschaften wie Mineraleisen.
Natives Eisen kann sehr reines Eisen sein, das Spuren von Nickel Ni und Kobalt Co enthält, manchmal aber auch Kupfer Cu, Schwefel S, Kohlenstoff C, Phosphor P, Silizium Si.
Eiseneinschlüsse in Basaltproben werden oft durch Polieren des Gesteins sichtbar. Es unterscheidet sich von nativem Platin durch seine geringere Dichte und seine Löslichkeit in Säuren.
Der Magnetit , ein mineralischer ähnlicher Zusammenhalt in Basalten, ist härter.
Nach Alfred Lacroix kann vernickeltes Eisen in der Hauptmasse "alles Eisen" enthalten sein, die als holosiderische Masse bezeichnet wird . Dies ist der Fall in Ovifak in Grönland, in der Diablo-Schlucht in der Region Casa Diablo in Kalifornien oder in Sainte Catherine in Brasilien , deren typische Proben 1877 von Gabriel Auguste Daubrée untersucht wurden . Es gibt auch, aber seltener, metallische Phasen oder Netzwerke mit steinigen Kügelchen, die als Syssidera-Formationen bekannt sind . Weniger häufig als die holosiderische Masse ist eine überwiegend felsige Phase zu beobachten, eine Art Silikat-Steinmatrix, die vernickelte Eisenpellets einschließt: Diese Struktur mit sporadischer Metallverteilung wird Sporadosidère genannt.
Aus der Sicht der Beobachtung gibt es in den ersten holosiderischen Massen die wichtigsten für den Mineralogen, ob sie nun tellurischen oder meteoritischen Ursprungs sind, von:
Das Polieren eines oktaedrischen Eisenfragments, dann seine Erhitzung und der Angriff durch Salpetersäure, offenbart eine komplexe Struktur, die Widmanstätten-Figuren genannt werden , bestehend aus eisengrauen Bändern mit silbrigen Linien oder silbrig weißen Intervallen, gefüllt von einem dritten Motiv. Die Größe der sich kreuzenden Bänder liegt in der Größenordnung von 0,15 mm bis 2,5 mm .
Die drei verschiedenen Materialien des Oktaedereisens wurden von Reichenbach benannt :
Oktaedrisches Eisen, das von einer Säure angegriffen und dann erhitzt wird, zeigt:
Es wurde in Schichten von kohlenstoffhaltigen Sedimenten beobachtet, die früher von geschmolzenen Basalten und Meteoriten eingedrungen waren, aber auch Fumarolen über granitischen Plutonen oder sogar versteinertem Holz, das Reste des ursprünglichen kohlenstoffhaltigen Materials enthält.
Es bildet regelmäßige Assoziationen, parallel zu den Achsen der Oktaeder, mit Legierungen mit niedrigem Nickelgehalt (dunkler Bamacit-Typ) wie mit anderen mit hohen Gehalten (Taenit, klarer Awaruit ).
Assoziierte Mineralien: Phosphide (schreibertite, rhabdite), Karbide ( Cohenit , Moissanit ), Sulfide (Troilit, daubréchite), Kohlenstoff Diamant , Kohlenstoff - Graphit , Chromit , Ilmenit , Daubréelith , Magnetit , Goethit , Pyrit , Wüstit , Oldhamit , Silikaten
Tellurisches Eisen ist dem Meteoriteneisen sehr ähnlich, da beide einen signifikanten Anteil an Nickel enthalten und beide Widmanstätten-Figuren aufweisen . Tellureisen enthält jedoch im Allgemeinen etwa 3 % Nickel, während dieser Anteil bei Meteoriteneisen mindestens 5 % beträgt. Es gibt zwei Arten von Tellureisen. Typ 1 und Typ 2 enthalten beide vergleichbare Mengen an Nickel und anderen Verunreinigungen, unterscheiden sich jedoch im Kohlenstoffgehalt .
Typ 1Tellureisen vom Typ 1 enthält zwischen 1,7 und 4 % Kohlenstoff und zwischen 0,05 und 4 % Nickel. Es ist steif und spröde und eignet sich daher nicht zum Kalthämmern. Die Kristallstruktur vom Typ 1 ist überwiegend Perlit , Zementit oder Cohenit , mit Einschlüssen von Troilit und Silikat . Die Ferritkörner selbst haben einen Durchmesser in der Größenordnung eines Millimeters. Obwohl die Zusammensetzung der Körner variieren kann, manchmal sogar innerhalb desselben Korns, bestehen sie im Allgemeinen aus einer Legierung aus Eisen und fast reinem Nickel. Die Ferritkörner werden von Zementitschichten mit einer Breite von 5 bis 25 µm gehalten und bilden so Perlit.
Dieser Typ 1 liegt in Form sehr großer Blöcke vor, deren Masse einige Dutzend Tonnen erreichen kann.
Typ 2Tellureisen vom Typ 2 enthält ebenfalls zwischen 0,05 und 4 % Nickel, aber sein Kohlenstoffgehalt liegt im Allgemeinen in der Größenordnung von 0,7 %. Es ist eine formbare Legierung aus Nickel und Eisen, die es ermöglicht, es kalt zu hämmern. Der enthaltene Kohlenstoff und Nickel verleihen dem Metall eine hohe Festigkeit.
Dieser Typ 2 liegt in Form von Körnern vor, die in basaltischen Gesteinen enthalten sind . Die Körner haben im Allgemeinen einen Durchmesser zwischen 1 und 5 mm . Die Körner sind in der Regel voneinander getrennt durch Basalt, obwohl sie manchmal vorkommen verschweißt zusammen, wodurch größere Aggregate bilden. Größere Stücke enthalten auch kleine Mengen an Cohenit, Ilmenit , Perlit und Troilit.
Telluric Eisen werden nur in extrem gefunden Reduktions Kontexten , insbesondere dort , wo Magma eine eingedrungen ist Kohle oder Lignit Ablagerung wie bei Uivfaq auf der Insel Disko ( Grönland ) oder in Bühl bei Cassel ( Land von Hessen , Deutschland ). Es ist die Reduktion von Silikaten (das Eisen in dem enthaltenen Eisen Zustand durch Kohlenstoff) , die Eisen produziert Metall (und Kohlendioxid , das in die Atmosphäre entweicht).
Abgesehen von den außergewöhnlichen Begegnungen zwischen eisenhaltigen Vulkangesteinen in Formation und Kohleschichten kann in Sedimentgesteinen natives Eisen beobachtet werden. So konnte natives Eisen, das laut Alfred Lacroix nicht nickelhaltig war, aus den karbonhaltigen Sandsteinen und Tonen von Missouri entfernt werden . Einheimisches Eisen kann Limonit begleiten. Der Erzgang Grand Galbert bei Oulles in Isère weist Massen von Limonit, aber auch von Quarz und Ton in Form von Stalaktiten mit einem Kern aus einheimischem Eisenmetall in seinem Zentrum auf. Diese mineralogische Beobachtung von heimischem Eisen in Verbindung mit Limonit ist nicht isoliert, sie wird in Gro-Kamsdorf im sächsischen Eibenstock gefunden , genauso wie sie die jahrhundertealten Geschichten von Schmieden auf bestimmten einzigartigen Limonit- Bergbauclustern kennzeichnet.
Die Reduktion von Pyrit erscheint seltener. Kleiner Kern von nativem Eisen könnte aus Pyritknollen der extrahiert wird Keuper von Mühlhausen in Thüringen . Andererseits lässt eine Vielzahl von Entdeckungen von nativem Eisen, sei es in Form von Körnern oder Mikrokörnern oder in größeren Stücken, Mineralogen skeptisch. Auch wenn die Analyse die Beschaffenheit von Eisen bestätigt, das manchmal überraschend rein ist, kann es sich um das Eisenmetall handeln, das in Maser, Lachs oder Stücken vom Menschen zurückgelassen wurde, Schutt oder unregelmäßige Abnutzungsfraktionen von spitzen Instrumenten oder Teilen von Eisen.
Typ 1 konnte von den Inuit nicht bearbeitet werden und ist auch heute noch mit modernen Werkzeugen nur schwer zu handhaben. Einige Blöcke vom Typ 1 könnten jedoch als Ambosse oder Hämmer verwendet werden.
Typ 2 hingegen wurde von den Inuit zur Herstellung von Metallklingen verwendet. Basalt wurde normalerweise zerkleinert, um die erbsengroßen Eisenkörner zu gewinnen. Diese wurden dann mit Steinen zerkleinert, um sie in münzgroße Scheiben zu verwandeln. Diese flachen Scheiben wurden dann in einen Knochengriff eingeführt, so dass sie sich leicht überlappten, um eine Klinge auf halbem Weg zwischen Säge und Messer zu erhalten.
Von Westlern entdecktIn den späten 1840er Jahren fand Adolf Erik Nordenskiöld in Grönland in der Nähe der Diskobucht große Eisenblöcke. Er wusste, dass die Inuit mit Eisen aus dem Meteoriten von Cape York Werkzeuge herstellten , und nahm daher an, dass dieses Metall ebenfalls meteorischen Ursprungs war, zumal beide Metalle Nickel enthielten und Widmanstätten-Figuren aufwiesen . Die Existenz von Tellureisen wurde von den damaligen Wissenschaftlern in Frage gestellt, und es gab wenig Anlass, Nordenskiölds Entdeckung in Frage zu stellen. Im Jahr 1871 brachte Nordenskiöld während seiner zweiten Expedition nach Grönland drei große Proben von Tellureisen mit, die immer noch glaubten, Meteoriteneisen ausgesetzt zu sein, um sie bei seiner Rückkehr nach Europa zu untersuchen. Diese Proben werden jetzt in Schweden, Finnland und Dänemark gefunden.
Auf seiner Expedition ab 1871 wurde Nordenskiöld von dem dänischen Geologen KJV Steenstrup (in) begleitet . Aufgrund bestimmter Details wie dem Vorhandensein von scharfen Ecken oder gezackten Kanten an den Blöcken, die nicht charakteristisch für Meteoriten waren (die beim Wiedereintritt in die Atmosphäre einer Abrasion unterliegen ), widersprach Steenstrup Nordenskiöld über die Herkunft der Blöcke und organisierte seine eigene Expedition in 1878. Im Jahr 1879 identifizierte Steenstrup Tellureisen vom Typ 2 in Messern, die in einem Inuit-Grab gefunden wurden. Dann entdeckte er Basalte, die natives Eisen enthielten (also Typ 2, da es in vulkanischem Gestein enthalten war), was seinen terrestrischen Ursprung bewies.
Steenstrups Funde wurden 1879 vom Meteoritenexperten John Lawrence Smith bestätigt .
Die Struktur des oktaedrischen Eisenmeteoritenursprungs wurde von dem deutschen Pétrographen Emil Cohen (in) untersucht und 1894 in seinem Buch Meteoritenkunde veröffentlicht.
Bei einem Ni- und/oder Co-Gehalt von etwa 6 bis 7% schreibt er Kamazit eine chemische Formel Fe 14 Ni . zuund Taenit Fe 6 Ni. Kamazit und Taenit bilden Lamellen, die entlang der vier Flächenpaare eines regelmäßigen Oktaeders angeordnet sind: Parallel zu diesen Lamellen treten die Trennebenen dank der unterschiedlich oxidierten Teile auf. Der Plessit füllt alle Hohlräume aus, die seine Lamellen zwischen ihnen hinterlassen. Widmanstättens Figuren zeigen den Schnitt der Lamellen in der Plattenebene, daher die Rolle des Schnittes.
Deutschland
Kanada
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Vereinigte Staaten
Frankreich
Grönland
Irland
Israel
Polen
Russland
Von Sammlern sehr geschätzt, darf nicht vergessen werden, dass einheimisches Eisen ein hervorragendes Material für die Stahlindustrie war und bleibt, aber viel zu selten ist.