Tonmineralogie an der Karlsruher Institut Für Technologie | Karteikarten & Zusammenfassungen

Lernmaterialien für Tonmineralogie an der Karlsruher Institut für Technologie

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TESTE DEIN WISSEN
Für Gießereizwecke benötigen Sie Formsandmischungen. Was mischen Sie mindestens zusammen?
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Im Allgemeinen bestehen Formsandmischungen aus folgenden Mindestzutaten:
  • feuerfester Sand, z.B. Quarz
  • Bindemittel (Bentonit)
  • Wasser 
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Welche Festigkeitseigenschaften messen Sie an einer Standard-Formsandmischung, um sicher zu stellen, dass der Gießprozess erfolgreich verläuft?

Welche weiteren Eigenschaften werden in der Regel an einem solchen Formsand geprüft?
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Im Allgemeinen werden folgende Festigkeitseigenschaften an einem Formsand getestet, um Qualität und Sicherheit garantieren zu können:
  • die Gründruckfestigkeit
  • die Scherfestigkeit
  • die Spaltfestigkeit
  • die Nasszugfestigkeit. 
Weitere wichtige Materialeigenschaften bzgl. der Formsandmischung sind:
  • die Bildsamkeit (Shatter-Index)
  • die Verdichtbarkeit
  • die Schüttdichte
  • das Schüttvolumen. 
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Zwischen welchen Strukturtypen unterscheidet man je nach Anordnung der einzelnen Baueinheiten der Tonminerale?
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Je nach Anordnung der Tetraeder- und Oktaederschichten unterscheidet man zwischen folgenden Strukturtypen:
  • Zweischicht-Tonminerale (1:1)
  • Dreischicht-Tonminerale (2:1)
  • Vierschicht-Tonminerale (2:1:1). 
Darüber hinaus kann man zwischen
  • Wechsellagerungstonmineralen und 
  • Faserstruktur-Tonmineralen
unterscheiden.
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Was sind Wechsellagerungstonminerale? Was sind Faserstruktur-Tonminerale?
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  • Wechsellagerungstonminerale: Auftreten von strukturell unterschiedlichen Schichten (Kaolinit/Smectit) oder strukturell ähnlichen Schichten (Illit/Smectit). 
  • Faserstruktur-Tonminerale: Auftreten von leistenförmigen Strukturen aus Dreischicht-Tonmineralen. 
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Zwischen welchen Tonmineralgruppen wird unterschieden?
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Man unterscheidet zwischen folgenden Tonmineralgruppen:
  • Kaolinit-Serpentin-Gruppe
  • Talk-Pyrophyllit-Gruppe
  • Illit-Glimmer-Gruppe
  • Chlorit-Gruppe
  • Vermiculit-Smectit-Gruppe. 
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Welche Vorteile haben in der Röntgenbeugungsanalyse Texturpräparate gegenüber Pulverpräparaten? Welche Nachteile haben sie jedoch?
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Vorteile von Texturpräparaten gegenüber Pulverpräparaten:
  • Verstärkung der Basisreflexe durch parallele Sedimentation der blättchenartigen Schichtsilikate
  • einzelne Tonminerale lassen sich meist nur mittels Texturpräparaten nachwei- sen
  • mehrere diagnostische Untersuchungsverfahren sind nacheinander möglich. 
Nachteile von Texturpräparaten gegenüber Pulverpräparaten:
  • höherer Aufwand bei der Präparatherstellung, da deutlich kleinere Korngrößen (< 2 µm) realisiert werden müssen im Vergleich zu Pulverpräparaten (< 63 µm), welche zeitintensiv im Probenträger sedimentiert werden müssen
  • nicht immer sind Texturierungseffekte erwünscht, z.B. um eine statistische Unabhängigkeit der Messwerte zu gewährleisten. 
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Welche Verfahren zur Bestimmung der Kationenaustauschskapazität gibt es?
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Methoden zur Bestimmung der Kationenaustauschskapazität:
  • Mehlich-Verfahren
  • Ammoniumacetat-Verfahren
  • Methylenblau-Verfahren
  • Ag-Thioharnstoff-Verfahren
  • Cu-Triethylentetramin-Verfahren
  • Co-Hexamin-Verfahren. 
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Wie funktioniert das Mehlich-Verfahren zur Bestimmung der Kationenaustauschskapazität?
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Bestimmung der Kationenaustauschskapazität nach Mehlich: 
  1. Einfüllen der Tonmineralprobe in eine Perkolationsröhre (Filtergerüstordnung beachten!)
  2. Hintausch: 
           Hinzufügen einer gepufferten BaCl2-Lösung bei einem pH-Wert von 8,1
              Perkolation der Filterprobe (dabei Austausch der Probenkationen durch Ba2+-Kationen)
     Bestimmung der Kationenkonzentrationen. 
  • Auswaschen der Filterprobe mit Wasser, bis diese BaCl2-frei ist
  • Rücktausch:
                   Hinzufügen einer MgCl2-Lösung
               Perkolation der Filterprobe (dabei Austausch der
Ba2+-Kationen durch Mg2+-Kationen)
        Bestimmung der Kationenkonzentrationen.
  • Summe der Ba-Ionenäquivalente entspricht der KAK. 
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Wie funktioniert das Cu-Triethylentetramin-Verfahren zur Bestimmung der Kationenaustauschskapazität?
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Bestimmung der Kationenaustauschskapazität mittels Cu-Trien-Verfahren:
  1.  Einfüllen der Tonmineralprobe in ein Zentrifugendöschen
  2. Hinzufügen von 50 ml Wasser und 10 ml Cu-Trien-Lösung
  3. etwa 1-stündiges Schütteln des Zentrifugendöschens
  4. Zentrifugation des Behälters
  5. Analyse der klaren, überstehenden Lösung mittels VIS oder ICP bzgl. Cu2+ und weiterer Kationen
  6. Summe der Ladungen pro Gramm liefert die KAK. 
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Aus einem industriellen Abwasser soll Cu2+ entfernt werden. Welche Tonminerale würden Sie zur Filterung einsetzen? Welche Ausgangskationenbelegung wäre dafür am besten geeignet?
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Für die Filterung des kontaminierten Abwassers bieten sich die sogenannten Smektite an, also quellfähige Schichtsilikate mit einer Dreischicht-Struktur (T-O-T). Gute Ausgangskationen sind Al3+, Mg2+ und Fe2+ sowie Fe3+.
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Woran erkennen Sie di- oder trioktaedrische Tonminerale im Diffraktogramm und welche Präparationsart wählen Sie?
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Di- und trioktaedrische Minerale unterscheiden sich kristallographisch u.a. hinsichtlich der Größe ihrer Elementarzelle. Die Information über die Elementarzellengröße kann mit Hilfe eines Diffraktogramms bestimmt werden. Zur Verstärkung der Basisreflexe bietet es sich an, auf Texturpräparate zurückzugreifen.
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Worin unterscheiden sich di- und trioktaedrische Minerale?
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Wichtige Unterscheidungsmerkmale von di- und trioktaedrischen Mineralen:
  • dioktaedrische Minerale: 
                     – Einbau von dreiwertigen Metallionen                                             (z.B. Al3+)      in die Oktaederlücken
                       – ein Drittel der verfügbaren Oktaederplätze                                   bleibt unbesetzt
                       – Kaolinminerale der Form Al2[Si2O5(OH)4]
  • trioktaedrische Minerale: 
                       – Einbau von zweiwertigen Metallionen                                          (z.B. Mg2+) in die Oktaederlücken
                          -alle verfügbaren Oktaederplätze werden                                       besetzt
                        – Serpentinminerale der Form                                                            Mg3[Si2O5(OH)4].
Di- und trioktaedrische Minerale unterscheiden sich somit auch hinsichtlich der Größe ihrer Elementarzelle, welche mit Hilfe eines Diffraktogramms bestimmt werden kann.
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Q:
Für Gießereizwecke benötigen Sie Formsandmischungen. Was mischen Sie mindestens zusammen?
A:
Im Allgemeinen bestehen Formsandmischungen aus folgenden Mindestzutaten:
  • feuerfester Sand, z.B. Quarz
  • Bindemittel (Bentonit)
  • Wasser 
Q:
Welche Festigkeitseigenschaften messen Sie an einer Standard-Formsandmischung, um sicher zu stellen, dass der Gießprozess erfolgreich verläuft?

Welche weiteren Eigenschaften werden in der Regel an einem solchen Formsand geprüft?
A:
Im Allgemeinen werden folgende Festigkeitseigenschaften an einem Formsand getestet, um Qualität und Sicherheit garantieren zu können:
  • die Gründruckfestigkeit
  • die Scherfestigkeit
  • die Spaltfestigkeit
  • die Nasszugfestigkeit. 
Weitere wichtige Materialeigenschaften bzgl. der Formsandmischung sind:
  • die Bildsamkeit (Shatter-Index)
  • die Verdichtbarkeit
  • die Schüttdichte
  • das Schüttvolumen. 
Q:
Zwischen welchen Strukturtypen unterscheidet man je nach Anordnung der einzelnen Baueinheiten der Tonminerale?
A:
Je nach Anordnung der Tetraeder- und Oktaederschichten unterscheidet man zwischen folgenden Strukturtypen:
  • Zweischicht-Tonminerale (1:1)
  • Dreischicht-Tonminerale (2:1)
  • Vierschicht-Tonminerale (2:1:1). 
Darüber hinaus kann man zwischen
  • Wechsellagerungstonmineralen und 
  • Faserstruktur-Tonmineralen
unterscheiden.
Q:
Was sind Wechsellagerungstonminerale? Was sind Faserstruktur-Tonminerale?
A:
  • Wechsellagerungstonminerale: Auftreten von strukturell unterschiedlichen Schichten (Kaolinit/Smectit) oder strukturell ähnlichen Schichten (Illit/Smectit). 
  • Faserstruktur-Tonminerale: Auftreten von leistenförmigen Strukturen aus Dreischicht-Tonmineralen. 
Q:
Zwischen welchen Tonmineralgruppen wird unterschieden?
A:
Man unterscheidet zwischen folgenden Tonmineralgruppen:
  • Kaolinit-Serpentin-Gruppe
  • Talk-Pyrophyllit-Gruppe
  • Illit-Glimmer-Gruppe
  • Chlorit-Gruppe
  • Vermiculit-Smectit-Gruppe. 
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Q:
Welche Vorteile haben in der Röntgenbeugungsanalyse Texturpräparate gegenüber Pulverpräparaten? Welche Nachteile haben sie jedoch?
A:
Vorteile von Texturpräparaten gegenüber Pulverpräparaten:
  • Verstärkung der Basisreflexe durch parallele Sedimentation der blättchenartigen Schichtsilikate
  • einzelne Tonminerale lassen sich meist nur mittels Texturpräparaten nachwei- sen
  • mehrere diagnostische Untersuchungsverfahren sind nacheinander möglich. 
Nachteile von Texturpräparaten gegenüber Pulverpräparaten:
  • höherer Aufwand bei der Präparatherstellung, da deutlich kleinere Korngrößen (< 2 µm) realisiert werden müssen im Vergleich zu Pulverpräparaten (< 63 µm), welche zeitintensiv im Probenträger sedimentiert werden müssen
  • nicht immer sind Texturierungseffekte erwünscht, z.B. um eine statistische Unabhängigkeit der Messwerte zu gewährleisten. 
Q:
Welche Verfahren zur Bestimmung der Kationenaustauschskapazität gibt es?
A:
Methoden zur Bestimmung der Kationenaustauschskapazität:
  • Mehlich-Verfahren
  • Ammoniumacetat-Verfahren
  • Methylenblau-Verfahren
  • Ag-Thioharnstoff-Verfahren
  • Cu-Triethylentetramin-Verfahren
  • Co-Hexamin-Verfahren. 
Q:
Wie funktioniert das Mehlich-Verfahren zur Bestimmung der Kationenaustauschskapazität?
A:
Bestimmung der Kationenaustauschskapazität nach Mehlich: 
  1. Einfüllen der Tonmineralprobe in eine Perkolationsröhre (Filtergerüstordnung beachten!)
  2. Hintausch: 
           Hinzufügen einer gepufferten BaCl2-Lösung bei einem pH-Wert von 8,1
              Perkolation der Filterprobe (dabei Austausch der Probenkationen durch Ba2+-Kationen)
     Bestimmung der Kationenkonzentrationen. 
  • Auswaschen der Filterprobe mit Wasser, bis diese BaCl2-frei ist
  • Rücktausch:
                   Hinzufügen einer MgCl2-Lösung
               Perkolation der Filterprobe (dabei Austausch der
Ba2+-Kationen durch Mg2+-Kationen)
        Bestimmung der Kationenkonzentrationen.
  • Summe der Ba-Ionenäquivalente entspricht der KAK. 
Q:
Wie funktioniert das Cu-Triethylentetramin-Verfahren zur Bestimmung der Kationenaustauschskapazität?
A:
Bestimmung der Kationenaustauschskapazität mittels Cu-Trien-Verfahren:
  1.  Einfüllen der Tonmineralprobe in ein Zentrifugendöschen
  2. Hinzufügen von 50 ml Wasser und 10 ml Cu-Trien-Lösung
  3. etwa 1-stündiges Schütteln des Zentrifugendöschens
  4. Zentrifugation des Behälters
  5. Analyse der klaren, überstehenden Lösung mittels VIS oder ICP bzgl. Cu2+ und weiterer Kationen
  6. Summe der Ladungen pro Gramm liefert die KAK. 
Q:
Aus einem industriellen Abwasser soll Cu2+ entfernt werden. Welche Tonminerale würden Sie zur Filterung einsetzen? Welche Ausgangskationenbelegung wäre dafür am besten geeignet?
A:
Für die Filterung des kontaminierten Abwassers bieten sich die sogenannten Smektite an, also quellfähige Schichtsilikate mit einer Dreischicht-Struktur (T-O-T). Gute Ausgangskationen sind Al3+, Mg2+ und Fe2+ sowie Fe3+.
Q:
Woran erkennen Sie di- oder trioktaedrische Tonminerale im Diffraktogramm und welche Präparationsart wählen Sie?
A:
Di- und trioktaedrische Minerale unterscheiden sich kristallographisch u.a. hinsichtlich der Größe ihrer Elementarzelle. Die Information über die Elementarzellengröße kann mit Hilfe eines Diffraktogramms bestimmt werden. Zur Verstärkung der Basisreflexe bietet es sich an, auf Texturpräparate zurückzugreifen.
Q:
Worin unterscheiden sich di- und trioktaedrische Minerale?
A:
Wichtige Unterscheidungsmerkmale von di- und trioktaedrischen Mineralen:
  • dioktaedrische Minerale: 
                     – Einbau von dreiwertigen Metallionen                                             (z.B. Al3+)      in die Oktaederlücken
                       – ein Drittel der verfügbaren Oktaederplätze                                   bleibt unbesetzt
                       – Kaolinminerale der Form Al2[Si2O5(OH)4]
  • trioktaedrische Minerale: 
                       – Einbau von zweiwertigen Metallionen                                          (z.B. Mg2+) in die Oktaederlücken
                          -alle verfügbaren Oktaederplätze werden                                       besetzt
                        – Serpentinminerale der Form                                                            Mg3[Si2O5(OH)4].
Di- und trioktaedrische Minerale unterscheiden sich somit auch hinsichtlich der Größe ihrer Elementarzelle, welche mit Hilfe eines Diffraktogramms bestimmt werden kann.
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