Wertigkeiten

Wieso ist die Kenntnis der Wertigkeiten sowie der Ionengrössen von Elementen von zentraler Bedeutung im Mineralreich?

Viele Minerale sind dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb ihrer Struktur an derselben Stelle bestimmte Ionen durch andere substitutiert werden können. Dies ist jedoch zunächst mal nur dann möglich, wenn die Wertigkeit dieselbe ist und die Ionengrösse ähnlich (z.B. Mg und Fe in Olivin (Mg,Fe)₂[SiO₄]). Sie können nicht in einer Struktur z.B. 1-wertige Kationen durch 2-wertige ersetzen, ohne an anderer Stelle für einen Ladungsausgleich zu sorgen (= gekoppelte Substituitionen); es ist ferner nicht möglich in einer Struktur große Kationen durch kleine zu ersetzen, ohne daß sich die Gesamtstruktur ändert. Modellhaft gesprochen: stellen Sie sich ein „vergrössertes“ Atomgitter vor, welches aus unterschiedlichen Kugeln zusammengesetzt ist - Sie können nicht Fußbälle herausnehmen und an dieselbe Stelle Tischtennisbälle einsetzen, ohne daß der Gesamtverband dramatisch beeinflußt wird.
Folgende Daten sind absolut unabdingbar, (es sei hier der Hinweis gestattet, daß sich Fragen hinsichtlich der Wertigkeit von Elementen in vielen Klausuren wiederfinden um Ihre Lernbereitschaft in dieser Hinsicht anzuregen), um die Chemie sowie Struktur einfacher Silikate zu erfassen.
Wichtiger Hinweis: die Liste ist in keinster Weise vollständig, insbesondere im Hinblick auf mögliche weitere Wertigkeitsstufen der angegeben Elemente.

Wertigkeiten

• Anionen: O=2-, F= 1-,
• Kationen: Si=4+, Ti=4+, Al=3+, Fe=2+ und 3+, Mn=2+, Ca=2+, Na=1+, K=1+

Ionengrössen
 

• kleine bis mittelgroße Ionenradien: Si⁴⁺, Al³⁺
• mittelgroße Ionenradien: Fe³⁺, Fe²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺
• große Ionenradien: Na⁺, Ca²⁺, K⁺, O^2-, F^-