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Tetrataenit

Mineral, natürliche Legierung

Tetrataenit ist ein selten vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der „Elemente (einschließlich natürliche Legierungen bzw. intermetallische Verbindungen, Carbide, Nitride, Phosphide und Silicide)“ mit der chemischen Zusammensetzung FeNi[3] und ist damit chemisch gesehen eine natürliche Legierung, genauer eine Intermetallische Verbindung aus Eisen und Nickel im Stoffmengenverhältnis 1 : 1.

Tetrataenit
Hell silbrige Tetrataenitkristalle im Meteoriten Nuevo Mercurio, Zacatecas, Mexiko (Gesamtgröße der Probe 2,7 cm × 2,0 cm × 2,0 cm)
Allgemeines und Klassifikation
IMA-Nummer

1979-076[1]

IMA-Symbol

Ttae[2]

Chemische Formel FeNi[3]
Mineralklasse
(und ggf. Abteilung) 		Elemente
System-Nummer nach
Lapis-Systematik
(nach Strunz und Weiß)
Strunz (9. Aufl.)
Dana
I/A.08-030

1.AE.10
01.01.11.03
Kristallographische Daten
Kristallsystem tetragonal
Kristallklasse; Symbol ditetragonal-dipyramidal; 4/m2/m2/m
Raumgruppe P4/mmm (Nr. 123)Vorlage:Raumgruppe/123
Gitterparameter a = 2,53 Å; c = 3,58 Å[3]
Formeleinheiten Z = 1[3]
Physikalische Eigenschaften
Mohshärte 3,5 bis 4;[4] VHN25 = 170 bis 200[5]
Dichte (g/cm3) 8,28[5]
Spaltbarkeit fehlt
Farbe cremefarben, grauweiß
Strichfarbe grau[4]
Transparenz undurchsichtig (opak)
Glanz Metallglanz
Magnetismus stark magnetisch[6]

Tetrataenit kristallisiert im tetragonalen Kristallsystem, konnte jedoch bisher nur in Form unregelmäßiger Kristallite und Körner bis etwa 100 μm entdeckt werden. Das Mineral ist in jeder Form undurchsichtig (opak) und zeigt sich im Auflichtmikroskop cremefarben mit einem metallischen Glanz.

Als typisches Meteoritenmineral wurde Tetrataenit bisher praktisch ausschließlich in verschiedenen, auf der Erde niedergegangenen Meteoriten entdeckt.

Etymologie und Geschichte Bearbeiten

Erstmals entdeckt wurde Tetrataenit in Mineralproben vom Estherville-Meteoriten[7], der bereits am 10. Mai 1879 nahe der gleichnamigen Stadt im US-Bundesstaat Iowa niederging.[8] Die Erstbeschreibung des Minerals erfolgte 1980 durch Roy S. Clarke Jr. und Edward R. D. Scott, die es nach seiner tetragonalen Symmetrie und der chemischen Ähnlichkeit mit Taenit (γ-(Fe,Ni)) benannten.

Typmaterial, das heißt Mineralproben aus der Typlokalität, werden im National Museum of Natural History (NMNH) in Washington, D.C. (USA) unter der Katalog-Nr. 1025 in der Meteoritensammlung aufbewahrt.[9][10]

Klassifikation Bearbeiten

Da der Tetrataenit erst 1979 als eigenständiges Mineral anerkannt wurde, ist er in der seit 1977 veralteten 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz noch nicht verzeichnet. Einzig im Lapis-Mineralienverzeichnis nach Stefan Weiß, das sich aus Rücksicht auf private Sammler und institutionelle Sammlungen noch nach dieser alten Form der Systematik von Karl Hugo Strunz richtet, erhielt das Mineral die System- und Mineral-Nr. I/A.08-30. In der „Lapis-Systematik“ entspricht dies der Klasse der „Elemente“ und dort der Abteilung „Metalle und intermetallische Legierungen“, wo Tetrataenit zusammen mit Awaruit, Jedwabit, Nickel, Nisnit und Taenit eine eigenständige, aber unbenannte Gruppe bildet (Stand 2018).[4]

Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) bis 2009 aktualisierte[11] 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Tetrataenit ebenfalls in die Abteilung „Metalle und intermetallische Verbindungen“ ein. Diese ist allerdings weiter unterteilt nach den in der Verbindung vorherrschenden Metallen, die entsprechend ihrer verwandten Eigenschaften in Metallfamilien eingeteilt wurden. Tetrataenit ist hier entsprechend seiner Zusammensetzung in der Unterabteilung „Eisen-Chrom-Familie“ zu finden, wo er nur noch zusammen mit Taenit die „Taenitgruppe“ mit der System-Nr. 1.AE.10 bildet.

Auch die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Tetrataenit in die Klasse und dort gleichnamige Abteilung der „Elemente“ ein. Hier ist er zusammen mit Eisen, Kamacit, Taenit, Awaruit, Nickel und Wairauit in der „Eisen-Nickelgruppe“ mit der System-Nr. 01.01.11 innerhalb der Unterabteilung „Elemente: Metallische Elemente außer der Platingruppe“ zu finden.

Chemismus Bearbeiten

Die Elektronenstrahlmikroanalyse ergab von Mineralproben aus 14 Meteoriten für Tetrataenit folgende empirische Zusammensetzung in Gewichts-%:[12]

  • Ni 48–57 %, ⌀ 51 %
  • Fe 44–52 %, ⌀ 49 %
  • Cu 0,ll–0,36 %, ⌀ 0,20 %
  • Co <0,02–2,0 %, ⌀ 0,08 %
  • P <0,01 %

In der idealisierten Zusammensetzung FeNi enthält Tetrataenit 48,76 Gewichts-% Eisen und 51,24 % Nickel.[13] Als Fremdbeimengungen kann das Mineral allerdings bis zu 0,2 % Kupfer sowie Spuren von Cobalt und Phosphor enthalten.

Kristallstruktur Bearbeiten

 
Kristallstruktur von Tetrataenit

Tetrataenit kristallisiert isostrukturell mit Tetra-Auricuprid (CuAu) im tetragonalen Kristallsystem in der Raumgruppe P4/mmm (Raumgruppen-Nr. 123)Vorlage:Raumgruppe/123 mit den Gitterparametern a = 2,53 Å und c = 3,58 Å sowie einer Formeleinheit pro Elementarzelle.[3] Sie wird auch als L10-Struktur bezeichnet.[14]

Die Kristallstruktur von Tetrataenit besteht aus zwei primitiven, tetragonalen Elementarzellen (quadratischen Säulen), wobei an den 8 Eckpunkten entweder Eisen- (Fe) oder Nickelatome (Ni) sitzen. Diese beiden Elementarzellen sind um jeweils einen halben Gitterparameter ineinander geschoben, sodass innenzentrierte Elementarzellen mit Fe an den Ecken und Ni im Zentrum entstehen beziehungsweise umgekehrt Ni an den Ecken und Fe im Zentrum. Nimmt man Ni als im Zentrum liegend an, ist es von 8 Fe und 4 Ni als nächste Nachbarn umgeben. Man kann auch sagen, Ni ist zu Fe 8-fach und zu Ni 4-fach koordiniert.

Aufgrund der leichten Unterschiede in den Atomradien von Eisen (140 pm) und Nickel (135 pm) und der regelmäßigen Anordnung der beiden im Kristallgitter (Überstruktur) wird die Struktur als Ganzes auf eine tetragonale Symmetrie reduziert, statt einen kubischen Substitutionsmischkristall zu bilden, wie es bei den kubisch kristallisierenden Ausgangsmetallen Eisen und Nickel zu erwarten wäre.

In einer 1995 publizierten Arbeit zur Überstruktur von Tetrataenit im Saint Severin Meteorit argumentierten T. Tagai und H. Takeda allerdings, dass Tetrataenit nur metrisch tetragonal sein könnte und seine Struktur eigentlich eine orthorhombische oder monokline Symmetrie aufweise. Die von ihnen gemessenen Gitterparameter betragen a = 3.581(2) Å; b = 3.582(2) Å; c = 3.587(2) Å; α = 90.03(3)°; β = 90.04(3)° und γ = 90.00(3)°. Allerdings zeigt der Tetrataenit im Saint Severin keine perfekte Ordnung, sondern enthält durchschnittlich 15 % regellose angeordnete Eisen- und Nickelatome. Zudem zeigen die gemessenen Gitterkonstanten eine deutliche Tendenz zur tetragonalen Symmetrie innerhalb der experimentell auftretenden Messunsicherheiten.[15]

Bildung und Fundorte Bearbeiten

Tetrataenit bildet sich vorwiegend in Meteoriten, die extrem langsam abkühlen mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von einigen Grad pro Million Jahre und langsamer, bis unter die Ordnung-Unordnung-Übergangstemperatur von 320 °C. Nur dann können sich die Fe- und Ni-Atome im Taenit regelmäßig anordnen. Die typischen Begleitminerale in Meteoriten sind Kamacit, Troilit und Taenit sowie verschiedene Silikate.

Tetrataenit konnte optisch zum Zeitpunkt der Erstbeschreibung in über in über 50 Chondriten und Mesosideriten identifiziert werden. Insgesamt sind inzwischen allerdings rund 110 Meteoriten (Stand 2017) bekannt, in denen Tetrataenit gefunden wurde. Neben seiner in Iowa entdeckten Typlokalität, dem Meteoriten Estherville, konnte Tetrataenit noch in einer größeren Anzahl Meteoriten in verschiedenen Bundesstaaten der USA gefunden werden wie beispielsweise der 1962 in South Dakota gefundene Emery und der 1887 in Tennessee gefundene Morristown als zwei von bisher fünf bekannten A3-Mesosideriten (Stand 2021).[16]

Weitere bedeutende Meteoritenfunde für Tetrataenit sind unter anderem[17]

  • Polen
    • Łowicz, einer von bisher vier bekannten A3-Mesosideriten,[16] der am 12. März 1935 als wahrer Meteoritenschauer von insgesamt 58 Steinen mit einem Gesamtgewicht von 59 kg Gewicht in der Umgebung von Łowicz einschlug.
    • Morasko, unter anderem Typlokalität für Czochralskiit und Moraskoit, der am 12. November 1914 in der Nähe des gleichnamigen Dorfes in der Woiwodschaft Großpolen gefunden wurde.

Weitere Meteorite mit Tetrataenit fanden sich unter anderem in Algerien (NWA 4801), Angola (Ehole), der Antarktis (Allan Hills), Argentinien (Malotas), Australien (Tenham), Bangladesch (Bhola, Patwar), Brasilien (Rio do Pires, Parambu, Ipiranga, Vicência, Santa Catharina, Avanhandava, Buritizal, São José do Rio Preto), Burkina Faso (Bilanga), Chile (Imilac, Vaca Muerta), Finnland (Bjurböle), Indien (Bishunpur), Indonesien (Ngawi), Iran (Veramin), Irland (Limerick), Italien (Alfianello, Trenzano, Vigarano), Japan (Kesen), im Jemen (Kaidun), Kamerun (Galim), Kanada (Benton), Kasachstan (Efremovka), Marokko (Kheneg Ljouâd), den Niederlanden (Uden), Oman (Dhofar 225), Russland (Budulan, Chinga, Krasnojarsk, Marjalahti, Seymchan, Ochansk), Serbien (Jelica, Soko-Banja), Spanien (Barea, Guareña, Olivenza, Sena), Tschechien (Tieschitz), der Türkei (Didim), der Ukraine (Elenovka, Krymka, Zhovtnevyi) sowie im Vereinigten Königreich (Appley Bridge, Barwell, Bovedy, Wold Cottage).[17]

In terrestrischem Gestein ist metallisches Nickeleisen sehr selten zu finden, da es sich nur in Anwesenheit von starken Reduktionsmitteln wie Wasserstoff (H2) und Kohlenstoff (C) bildet. Eine solche Umgebung findet sich beispielsweise in serpentinisierten Peridotiten und in Vulkaniten mit assimiliertem, kohlenstoffhaltigen Material.

Zu den äußerst seltenen, rein irdischen Fundorten für Tetrataenit zählt ein Ophiolith- und nickelhaltiger Magnetiterz-Körper im tektonischen Grenzbereich Indien–Myanmar Nordosten Indiens.

Verwendung Bearbeiten

Bisher ist keine konkrete Verwendung von Tetrataenit bekannt. Aufgrund seiner hervorragenden magnetischen Eigenschaften erhielt das Mineral allerdings bereits viel Aufmerksamkeit in der wissenschaftlichen Gemeinschaft, da die Möglichkeit besteht, dass es zu einer Alternative gegenüber REE-basierten Dauermagneten entwickelt werden könnte.[6] Neuere Forschungen ergaben, dass sich eine künstlich hergestellte Legierung aus Eisen und Nickel mit der begehrten magnetischen Eigenschaft von Tetrataenit durch Zugabe geringer Beimengungen an Phosphor herstellen lässt.[18]

Siehe auch Bearbeiten

Literatur Bearbeiten

  • Roy S. Clarke Jr., Edward R. D. Scott: Tetrataenite- ordered FeNi, a new mineral in meteorites. In: American Mineralogist. Band 65, 1980, S. 624–630 (rruff.info [PDF; 909 kB; abgerufen am 7. April 2021]).

Weblinks Bearbeiten

Commons: Tetrataenite – Sammlung von Bildern

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. ↑ Malcolm Back, Cristian Biagioni, William D. Birch, Michel Blondieau, Hans-Peter Boja und andere: The New IMA List of Minerals – A Work in Progress – Updated: January 2023. (PDF; 3,7 MB) In: cnmnc.main.jp. IMA/CNMNC, Marco Pasero, Januar 2023, abgerufen am 26. Januar 2023 (englisch).
  2. ↑ Laurence N. Warr: IMA–CNMNC approved mineral symbols. In: Mineralogical Magazine. Band 85, 2021, S. 291–320, doi:10.1180/mgm.2021.43 (englisch, cambridge.org [PDF; 320 kB; abgerufen am 5. Januar 2023]).
  3. ↑ a b c d Hugo Strunz, Ernest H. Nickel: Strunz Mineralogical Tables. Chemical-structural Mineral Classification System. 9. Auflage. E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung (Nägele u. Obermiller), Stuttgart 2001, ISBN 3-510-65188-X, S. 41 (englisch).
  4. ↑ a b c Stefan Weiß: Das große Lapis Mineralienverzeichnis. Alle Mineralien von A – Z und ihre Eigenschaften. Stand 03/2018. 7., vollkommen neu bearbeitete und ergänzte Auflage. Weise, München 2018, ISBN 978-3-921656-83-9.
  5. ↑ a b Tetrataenite. In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America. 2001 (handbookofmineralogy.org [PDF; 121 kB; abgerufen am 7. April 2021]).
  6. ↑ a b Bibhuranjan Nayak, Franz Michael Meyer: Tetrataenite in terrestrial rock. In: American Mineralogist. Band 100, Nr. 1, 2015, S. 209–214, doi:10.2138/am-2015-5061 (abgerufen über De Gruyter Online).
  7. ↑ Meteorit Estherville. Meteoritical Bulletin Database, abgerufen am 7. April 2021.
  8. ↑ Tetrataenite. In: mindat.org. Hudson Institute of Mineralogy, abgerufen am 7. April 2021 (englisch).
  9. ↑ Catalogue of Type Mineral Specimens – T. (PDF 222 kB) Commission on Museums (IMA), 10. Februar 2021, abgerufen am 7. April 2021.
  10. ↑ Catalogue of Type Mineral Specimens – Depositories. (PDF 311 kB) Commission on Museums (IMA), 10. Februar 2021, abgerufen am 7. April 2021.
  11. ↑ Ernest H. Nickel, Monte C. Nichols: IMA/CNMNC List of Minerals 2009. (PDF; 1,82 MB) In: cnmnc.main.jp. IMA/CNMNC, Januar 2009, abgerufen am 7. April 2021 (englisch).
  12. ↑ Roy S. Clarke Jr., Edward R. D. Scott: Tetrataenite- ordered FeNi, a new mineral in meteorites. In: American Mineralogist. Band 65, 1980, S. 624–630 (rruff.info [PDF; 909 kB; abgerufen am 7. April 2021]).
  13. ↑ David Barthelmy: Tetrataenite Mineral Data. In: webmineral.com. Abgerufen am 7. April 2021 (englisch).
  14. ↑ Masato Kotsugi, Chiharu Mitsumata, Hiroshi Maruyama, Takanori Wakita, Toshiyuki Taniuchi, Kanta Ono, Motohiro Suzuki, Naomi Kawamura, Naoki Ishimatsu, Masaharu Oshima, Yoshio Watanabe, Masaki Taniguchi: Novel Magnetic Domain Structure in Iron Meteorite Induced by the Presence of L10-FeNi. In: Applied Physics Express. Band 3, Nr. 1, 2010, S. 1–3, doi:10.1143/APEX.3.013001 (englisch, iopscience.iop.org [PDF; 1,9 MB; abgerufen am 7. April 2021]).
  15. ↑ T. Tagai, H. Takeda: Superstructure of tetrataenite from the Saint Severin meteorite. In: Zeitschrift für Kristallographie. Band 210, 1995, S. 14–18 (rruff.info [PDF; 371 kB; abgerufen am 7. April 2021]).
  16. ↑ a b Anzahl der A3-Mesosiderite. Meteoritical Bulletin Database, abgerufen am 7. April 2021.
  17. ↑ a b Fundortliste für Tetrataenit beim Mineralienatlas und bei Mindat, abgerufen am 7. April 2021.
  18. ↑ New approach to 'cosmic magnet' manufacturing could reduce reliance on rare earths in low-carbon technologies. University of Cambridge, 24. Oktober 2022, abgerufen am 26. Oktober 2022.
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