Quelltext der Seite Tonminerale

[[Datei:Clay-ss-2005.jpg|thumb|[[Quartär (Geologie)|Quartärer]] Ton in [[Estland]]]]
[[Datei:Montmorillonit.svg|thumb|Schichtgitter von Montmorillonit als Beispiel für Schichtsilikate]]
'''Tonminerale''' bezeichnet einerseits [[Mineral]]e, die überwiegend feinstkörnig (Korngröße < 2&nbsp;µm) vorkommen, andererseits jedoch die [[Schichtsilikate]], die nach ihrer schichtartigen Kristallstruktur aus Silizium und Sauerstoff sowie Wasserstoff und meist Magnesium und Aluminium benannt sind. Beide Definitionen sind nicht deckungsgleich. Manche überwiegend feinstkörnig vorkommende Minerale, etwa [[Goethit]] oder [[Gibbsit]], sind keine [[Silicate|Silikate]]. Andererseits gibt es Schichtsilikate, wie etwa [[Kaolinit]], die oft größer als zwei Mikrometer sind. Tonminerale bezeichnen daher in der Regel solche Minerale, die beide Kriterien erfüllen.

== Entstehung ==

Tonminerale entstehen durch [[Verwitterung]] von anderen Mineralen bzw. [[Glas|Gläsern]] oder bilden sich neu aus übersättigten [[Bodenlösung]]en oder [[Hydrothermale Lösung|hydrothermalen]] Wässern. Bei der [[Diagenese]] kommt es zu Ordnungsprozessen in den [[Kristallstruktur]]en der Tonminerale, die als Maß für die Reife eines [[Sedimente und Sedimentgesteine|Sediments]] verwendet werden kann.

== Struktur ==

Tonminerale bestehen aus zwei charakteristischen Bauelementen:
* Tetraederschicht: eckenverknüpfte SiO<sub>4</sub>-[[Tetraeder]], zum Teil  [[Silicium|Si]] [[Substitution (Mineralogie)|substituiert]] durch [[Aluminium|Al]]
* Oktaederschicht: kantenverknüpfte Al(OH)<sub>6</sub>-[[Oktaeder]], zum Teil Al substituiert durch [[Magnesium|Mg]]
Je nach Anordnung dieser Schichten unterscheidet man:
* 1:1-Tonminerale (Zweischicht-Tonminerale): Tetraederschicht-Oktaederschicht (TO), zum Beispiel [[Kaolinit]] oder [[Chrysotil]]
* 2:1-Tonminerale (Dreischicht-Tonminerale): Tetraederschicht-Oktaederschicht-Tetraederschicht (TOT), zum Beispiel [[Illit]], [[Smektitgruppe|Smectit]] oder [[Vermiculit]]
* 2:1:1-Tonminerale (Vierschicht-Tonminerale): Tetraederschicht-Oktaederschicht-Tetraederschicht-Oktaederschicht (TOTO), zum Beispiel [[Chloritgruppe|Chlorit]]
Durch die Substitution (v.&nbsp;a. von vierwertigem Si durch dreiwertiges Al in der Tetraederschicht oder von dreiwertigem Al durch zweiwertiges Mg in der Oktaederschicht) entsteht eine negative Schichtladung, die durch die Einlagerung von [[Kation]]en in der [[Zwischenschicht]] neutralisiert wird. Die Schichtladung der 1:1-Tonminerale ist stets Null. Die 2:1-Tonminerale werden nach ihrer Schichtladung x klassifiziert:
* x ≈ 0: [[Talk (Mineral)|Talk]]-[[Pyrophyllit]]-Gruppe<ref name="BeckerSimon2005">Ole Becker, George P. Simon: ''Epoxy Layered Silicate Nanocomposites.'' In: ''Inorganic Polymeric Nanocomposites and Membranes'' (= ''Advances in Polymer Science.'' Bd. 179). Springer, Berlin u. a. 2005, ISBN 3-540-25325-4, S. 29–82, [[doi:10.1007/b107204]].</ref>
* x ≈ 0,25 – 0,6: [[Smektitgruppe]], zum Beispiel [[Montmorillonit]], [[Beidellit]], [[Nontronit]], [[Saponit]] oder [[Hectorit]]<ref name="BeckerSimon2005" />
* x ≈ 0,6 – 0,9: [[Vermiculit]]-[[Illit]]-Gruppe
* x ≈ 1 – 2: [[Glimmergruppe]]<ref name="BeckerSimon2005" />
{{Anker|Quellton}}Tonminerale mit nicht ganzzahligen Schichtladungen besitzen die Fähigkeit zur [[Quellung]], das heißt zur temporären und reversiblen Wasseraufnahme in ihren Zwischenschichten.

Alternativ kann die Schichtladung in der Oktaederschicht auch dadurch kompensiert werden, dass nur zwei von drei Oktaedern besetzt sind. Daher unterscheidet man:
* dioktaedrische Tonminerale mit zwei besetzten Oktaederpositionen, zum Beispiel Kaolinit
* trioktaedrische Tonminerale mit drei besetzten Oktaederpositionen, zum Beispiel Chrysotil

== Eigenschaften ==

Tonminerale sind sehr weich ([[Härte#Härteprüfung nach Mohs|Mohs-Härte]] 1) und reagieren [[Plastische Verformung|plastisch]] auf mechanische Beanspruchung. Sie wandeln sich beim Erhitzen in härtere und festere Minerale um ([[Keramik]]). Tonminerale besitzen eine große [[Innere Oberfläche|spezifische Oberfläche]], an die Stoffe adsorbiert und desorbiert werden können. Mit der großen Oberfläche ist eine hohe [[Kationenaustauschkapazität]] verbunden. Tonminerale haben eine geringe Wasserdurchlässigkeit. [[Suspension (Chemie)|Suspensionen]] von Tonmineralen reagieren [[Thixotropie|thixotrop]] auf mechanische Beanspruchung.

== Geologische Bedeutung ==

Die Art und der Anteil der Tonminerale in Böden bestimmt maßgeblich deren Fruchtbarkeit. 2:1-Tonminerale besitzen eine höhere Kationenaustauschkapazität als 1:1-Tonminerale und können daher mehr Nährstoffe wie [[Kalium]]- oder [[Ammonium]]ionen an Pflanzen abgeben, während sie die von den Wurzeln abgegebenen [[Oxonium|Hydroniumionen]] an deren Stelle in ihrer Zwischenschicht einlagern. Der [[Kristallographie|kristallographische]] Ordnungsgrad des Tonminerals [[Illit]] wird von Mineralogen verwendet, um die Zeit zu bestimmen, die seit der Ablagerung eines Sediments vergangen ist. Er nimmt mit fortschreitender [[Diagenese]] zu.

== Technische Bedeutung ==
[[Datei:Tongrube.JPG|thumb|[[Tonstich|Tongrube]] bei [[Mengerskirchen]] im Westerwald]]
Ton ist der wichtigste und älteste Rohstoff für die Herstellung von [[Keramik]]. Als Bestandteil von [[Lehm]] wird er für die Herstellung von [[Backstein|Ziegeln]] benötigt. Daneben wird er zusammen mit [[Kalkstein]] zur Produktion von [[Zement]] verwendet. In der [[Bildende Kunst|Bildenden Kunst]] dient er der Herstellung von [[Plastik (Kunst)|Plastiken]]. Tonminerale werden als [[Ionenaustauscher]], beispielsweise bei der Säuberung von Trinkwasser und zum Entfärben von Lösungen eingesetzt. Insbesondere [[Montmorillonit]] wird wegen seiner Wasseraufnahmefähigkeit genutzt, zum Beispiel im [[Katzenklo#Katzenstreu|Katzenstreu]]. Kaolinit wird auch in der [[Papier#Industrielle Herstellung|Papierindustrie]] als [[Appretur]]mittel verwendet, glättet die Oberfläche und nimmt Tinte auf. [[Blähton]] (stark porös gebrannter Ton) dient als isolierender Baustoff und für die [[Hydrokultur]]. Andere Tone dienen als Abdichtung in [[Deponie]]n, sind Füll-, Trenn- und [[Zuschlagstoff]]e in [[Farbstoff|Farben]], [[Lebensmittel]]n und [[Pharmazie|pharmazeutischen]] Produkten oder werden als [[Katalysator]]en eingesetzt.

Zum Einsatz als [[Füllstoff]], beispielsweise in [[Kunststoffe]]n, werden Tone zuvor mit organischen Modifikatoren modifiziert, um sie organophil (d.&nbsp;h. [[Hydrophobie|hydrophob]]) zu machen. Dadurch verlieren sie zwar ihre gute Wasseraufnahmefähigkeit, lassen sich aber gut mit [[Organische Verbindung|organischen Stoffen]] (z.&nbsp;B. [[Polymerschmelze]]n) mischen. Sie können dann als [[Nanopartikel|Nanofüllstoff]] eingesetzt werden.

== Siehe auch ==
* [[Ton (Bodenart)]]
* [[Systematik der Minerale]]
* [[Liste der Minerale]]
* [[Liste der Gesteine]]

== Literatur ==

* [[Karl Jasmund]], [[Gerhard Lagaly]] (Hrsg.): ''Tonminerale und Tone. Struktur, Eigenschaften, Anwendungen und Einsatz in Industrie und Umwelt.'' Steinkopff, Darmstadt 1993, ISBN 3-7985-0923-9.

== Weblinks ==
{{Commonscat|Clay|Ton und Lehm}}
{{Wikiversity|Institut Bodenkunde|Institut für Bodenkunde}}
* [http://web.archive.org/web/20100327105007/http://www.uni-greifswald.de/~geo/henning/TM-seite.htm Uni Greifswald – Tonminerale]
* [https://www.bkri.de/bundesverband/rohstoffgewinnung/ Tongewinnung, Aufbereitung und Rekultivierung von Tongruben], Bundesverband Keramische Rohstoffe und Industrieminerale e.&nbsp;V.

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4185687-9}}

[[Kategorie:Mineralogie]]
[[Kategorie:Bodenkunde]]
[[Kategorie:Baustoff]]
[[Kategorie:Sedimentation]]
[[Kategorie:Bindemittel]]
[[Kategorie:Lehmbau]]