Shandit

Shandit ist ein selten vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der „Sulfide und Sulfosalze“ mit der chemischen Zusammensetzung Ni3Pb2S2[2] und damit chemisch gesehen Nickel-Blei-Sulfid.

Shandit
Polierter Abschnitt von Nickelerz mit Heazlewoodit (gelb), Sphalerit (grau) und
Shandit (cremefarben)
Allgemeines und Klassifikation
IMA-Symbol

Snd[1]

Chemische Formel
Mineralklasse
(und ggf. Abteilung)		 Sulfide und Sulfosalze
System-Nummer nach
Strunz (8. Aufl.)
Lapis-Systematik
(nach Strunz und Weiß)
Strunz (9. Aufl.)
Dana
II/A.05
II/B.12-020

2.BE.15
02.03.05.01
Kristallographische Daten
Kristallsystem trigonal
Kristallklasse; Symbol ditrigonal-skalenoedrisch; 32/m
Raumgruppe R3m (Nr. 166)Vorlage:Raumgruppe/166[2]
Gitterparameter a = 5,59 Å; c = 13,58 Å[2]
Formeleinheiten Z = 3[2]
Physikalische Eigenschaften
Mohshärte 4
Dichte (g/cm3) gemessen: 8,72; berechnet: 8,87[5]
Spaltbarkeit vollkommen nach {1011};[6] rhomboedrisch[5]
Farbe messinggelb,[7] auf polierten Flächen cremeweiß[5]
Strichfarbe grau[7]
Transparenz undurchsichtig (opak)
Glanz Metallglanz

Shandit kristallisiert im trigonalen Kristallsystem, konnte bisher allerdings nur in Form winziger, meist in Serpentin eingebetteter Körner sowie orientiert verwachsen mit anderen Sulfiden oder dünne Ränder um diese bildend gefunden werden. Das Mineral ist in jeder Form undurchsichtig (opak) und zeigt auf den messinggelben, auf polierten Flächen auch cremeweißen, Oberflächen einen metallischen Glanz. Die Strichfarbe von Shandit ist dagegen grau.

Etymologie und Geschichte

Die chemische Verbindung wurde bereits 1947 durch Allan McLeod Cormack bei der Untersuchung der Mischkristallbildung zwischen Ni3Bi2S2 (Parkerit) und Ni3Pb2S2 dargestellt und beschrieben.[8]

Als natürliche Mineralbildung wurde Ni3Pb2S2 erstmals an Proben des Minerals Heazlewoodit (Ni3S2[3]) aus der Nickel Reward Mine bei Trial Harbour im australischen Verwaltungsgebiet West Coast Municipality entdeckt. Die Erstbeschreibung erfolgte 1950 durch den deutschen Mineralogen Paul Ramdohr, der aus wenigen – vor allem optischen – Untersuchungen die Zusammensetzung und die trigonale Symmetrie des Minerals bestimmen konnte und es nach dem schottischen Mineralogen und Petrologen Samuel James Shand (1882–1957)[9] benannte.[10]

Ein Aufbewahrungsort für das Typmaterial des Minerals ist nicht bekannt.[5][11]

Klassifikation

Bereits in der veralteten 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Shandit zur Mineralklasse der „Sulfide und Sulfosalze“ und dort zur Abteilung der „Sulfide etc. mit [dem Stoffmengenverhältnis] M : S > 1 : 1“, wo er zusammen mit Parkerit die „Parkerit-Shandit-Gruppe“ mit der System-Nr. II/A.05 bildete.

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. II/B.12-20. In der „Lapis-Systematik“ entspricht dies ebenfalls der Abteilung „Sulfide, Selenide und Telluride mit [dem Stoffmengen]Verhältnis Metall : S,Se,Te > 1 : 1“, wobei in den Gruppen II/B.12 bis II/B.17 die Sulfide mit vorherrschend Nickel, Cobalt, Rhodium und Palladium eingeordnet sind. Shandit bildet hier zusammen mit Heazlewoodit, Laflammeit, Oregonit, Parkerit, Pašavait und Rhodplumsit eine eigenständige, aber unbenannte Gruppe (Stand 2018).[7]

Auch die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) bis 2009 aktualisierte[12] 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Shandit in die Abteilung der „Metallsulfide, M : S > 1 : 1 (hauptsächlich 2 : 1)“ ein. Diese ist allerdings weiter unterteilt nach den in der Verbindung vorherrschenden Metallen, so dass das Mineral entsprechend seiner Zusammensetzung in der Unterabteilung „mit Blei (Pb), Bismut (Bi)“ zu finden ist, wo es zusammen mit Pašavait und Rhodplumsit die unbenannte Gruppe 2.BE.15 bildet.

Die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Shandit in die Klasse der „Sulfide und Sulfosalze“ und dort in die Abteilung der „Sulfidminerale“ ein. Hier ist er als Namensgeber in der „Shanditgruppe“ mit der System-Nr. 02.03.05 und den weiteren Mitgliedern Rhodplumsit und Pašavait innerhalb der Unterabteilung „Sulfide – einschließlich Selenide und Telluride – mit der Zusammensetzung AmBnXp, mit (m+n) : p = 5 : 2“ zu finden.

Chemismus

Die idealisierte (theoretische) Zusammensetzung von Shandit (Ni3Pb2S2) besteht im Verhältnis aus drei Teilen Nickel (Ni) sowie je zwei Teilen Blei (Pb) und Schwefel (S). Dies entspricht einem Massenanteil (Gewichts-%) von 26,90 Gew.-% Ni, 63,31 Gew.-% Pb und 9,80 Gew.-% S.[13]

Eine der Idealzusammensetzung sehr nahe kommende Mineralprobe aus den serpentinisierten Metaduniten des „Isua-Gürtels“ in West-Grönland enthielt neben 28,40 Gew.-% Ni, 61,61 Gew.-% Pb und 9,58 Gew.-% S noch geringe Beimengungen von 0,43 Gew.-% Eisen (Fe), 0,14 Gew.-% Cobalt (Co), 0,08 Gew.-% Mangan (Mn) und 0,01 Gew.-% Zink (Zn) sowie praktisch nicht messbare Anteile von Kupfer (Cu) und Bismut (Bi).[14]

Kristallstruktur

Shandit kristallisiert trigonal in der Raumgruppe R3m (Raumgruppen-Nr. 166)Vorlage:Raumgruppe/166 mit den Gitterparametern a = 5,59 Å und c = 13,58 Å sowie drei Formeleinheiten pro Elementarzelle.[2]

Die Kristallstruktur von Shandit entspricht der eines Rhomboeders und die Kristallform der eines ditrigonalen Skalenoeders. Beschrieben wird die Struktur mit Gruppen aus Ni(Pb4S2)-Oktaedern, die über gemeinsam genutzte Flächen Schichten parallel der Ebene (010) aufbauen.[2] Der Gitterparameter für die rhombische Aufstellung ist arh = 7,89 Å und αrh = 90° sowie vier Formeleinheiten pro Elementarzelle.[15]

Kristallstruktur von Shandit[16]
  • mit Blickrichtung parallel zur a-Achse
    mit Blickrichtung parallel zur a-Achse
  • mit Sicht auf den Rhomboeder, Stellung 1
    mit Sicht auf den Rhomboeder, Stellung 1
  • mit Sicht auf den Rhomboeder, Stellung 2
    mit Sicht auf den Rhomboeder, Stellung 2
  • mit Sicht auf den Rhomboeder, Draufsicht
    mit Sicht auf den Rhomboeder, Draufsicht
Farbtabelle: _ Ni 0 _ Pb 0 _ S

Bildung und Fundorte

Shandit bildet sich in chromitführenden Serpentiniten,[4] wo er meist vergesellschaftet mit Heazlewoodit, Magnetit, Pentlandit und Sphalerit vorkommt. Er kann aber auch in Absonderungen eisenreicher Linsen in Basalt entstehen, wobei er hier unter anderem von Altait, gediegen Blei und Eisen, Galenit und Troilit begleitet wird.[5]

Als seltene Mineralbildung konnte Shandit nur an wenigen Orten nachgewiesen werden, wobei bisher weniger als 20 Fundorte[17] dokumentiert sind (Stand 2020). Außer an seiner Typlokalität, der Nickel Reward Mine bei Trial Harbour im West Coast Municipality von Tasmanien trat das Mineral in Australien noch in der Nickel-Lagerstätte Otway nahe dem Nullagine River in Western Australia auf.

Fundorte in Deutschland sind bisher nicht bekannt. Allerdings fand man Shandit im benachbarten Österreich in Mineralproben, die beim Bau des Kirchdorf-Tunnels auf der Brucker Schnellstraße (S35) in der Steiermark gewonnen wurden. Das umgebende Gestein besteht überwiegend aus Serpentinit.[18] Auch in der Schweiz ist mit dem Steinbruch Quadrada bei Selva in der Gemeinde Poschiavo im Kanton Graubünden ein Fundort für Shandit bekannt.

Weitere Fundorte liegen unter anderem Frankreich, Griechenland, Grönland, Italien, Japan, Kanada, Russland, Spanien und dem US-Bundesstaat Pennsylvania.[19]

Synthetische Herstellung

Bereits Ramdohr konnte Shandit synthetisch herstellen. In der Folge konnte eine Reihe von Verbindungen mit demselben Strukturtyp synthetisiert werden. Alle Vertreter der entsprechenden Verbindungsgruppe A2M3Ch2 (A = In, Sn, Tl, Pb, M = Co, Rh, Ni, Pd) mit Shanditstruktur wurden folglich als Shandite bezeichnet.[20]

Systematische Strukturuntersuchungen an Shanditen inkl. Co3Sn2S2 zeigten starke, kovalente S-Ni-S und S-Co-S Bindungen in [M3S2]-Netzwerken (M = Co, Ni). Daher und wegen der Verwandtschaft zur Struktur der Perowskite (CaTiO3) und Antiperowskite wie dem Supraleiter MgNi3C wurden die Schreibweisen Sn2[Co3S2] und SnCo3/2S eingeführt. Shandite wurden in der Folge auch als Halb-Antiperowskite (HAP) bezeichnet. Als Halb-Antiperowskite wurden auch Bi2Ni3S2 = Ni3Bi2S2 (Parkerit, monoklin C2/m) und Bi2Pd3S2 = Pd3Bi2S2 (kubisch I213) beschrieben. Auch bei ihnen wurden Struktur und Symmetrie von Perowskit-Superzellen abgeleitet.[21]

Prominentester Vertreter der Shandite wurde Co3Sn2S2. Es wurde erstmals von Zabel und Range in Regensburg dargestellt.[22] In der Gruppe von Range entdeckte Weihrich 20 Jahre später mit Hilfe von quantenchemischen Rechnungen Co3Sn2S2 als halbmetallischen Ferromagneten.[23] Derartige Verbindungen verhalten sich je nach Spin der Elektronen wie Halbleiter oder Metalle. Bei folgenden Untersuchungen am Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (MPI-CPfS) fanden Schnell et al. einen hoch anisotropen Ferromagnetismus.[24] Kassem et al. beschrieben die Verbindung als 2D Ferromagneten mit ungewöhnlichem Phasenübergang.[25] Die Gruppe Felser entdeckte 2017, dass Co3Sn2S2 ein herausragendes topologisches Semimetall ist.[26] Diese Entdeckung leitete eine Welle neuer Untersuchungen an Co3Sn2S2 = Sn2Co3S2 = SnCo3/2S ein.[27]

Siehe auch

Literatur
  • Paul Ramdohr: Über das Vorkommen von Heazlewoodit Ni3S2 und über ein neues ihn begleitendes Mineral: Shandit Ni3Pb2S2. In: Sitzungsberichte der Deutschen Akademie der Wissenschaften zu Berlin. Band 6, 1950, S. 1–29 (rruff.info [PDF; 1,3 MB; abgerufen am 11. Oktober 2020]).
  • M. A. Peacock, John McAndrew: On parkerite and shandite and the crystal structure of Ni3Pb2S2. In: American Mineralogist. Band 35, 1950, S. 425–439 (englisch, rruff.info [PDF; 969 kB; abgerufen am 11. Oktober 2020]).
  • Johannes-Erich Hiller: Über synthetischen Shandit, Ni3Pb2S2, und analoge Verbindungen mit Selen bzw. Tellur. In: Neues Jahrbuch für Mineralogie, Monatshefte. 1951, S. 265–277.
Commons: Shandite – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise
  1. 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]).
  2. 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. 74 (englisch).
  3. Malcolm Back, William D. Birch, Michel Blondieau und andere: The New IMA List of Minerals – A Work in Progress – Updated: September 2020. (PDF; 3,4 MB) In: cnmnc.main.jp. IMA/CNMNC, Marco Pasero, September 2020, abgerufen am 11. Oktober 2020 (englisch).
  4. Hans Jürgen Rösler: Lehrbuch der Mineralogie. 4. durchgesehene und erweiterte Auflage. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie (VEB), Leipzig 1987, ISBN 3-342-00288-3, S. 303.
  5. Shandite. In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America. 2001 (englisch, handbookofmineralogy.org [PDF; 64 kB; abgerufen am 11. Oktober 2020]).
  6. David Barthelmy: Shandite Mineral Data. In: webmineral.com. Abgerufen am 11. Oktober 2020 (englisch).
  7. 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.
  8. A. M. Cormack: X-ray powder data of the parkerite series Ni3Bi2S2–Ni3Pb2S2. In: South African Journal of Geology. Band 50, Nr. 1, 1947, S. 17–22 (englisch, journals.co.za [PDF; 290 kB; abgerufen am 12. Oktober 2020]).
  9. F. Chayes: Memorial of Samuel James Shand. In: American Mineralogist. Band 43, Nr. 3–4, 1958, S. 317–324 (englisch, minsocam.org [PDF; 583 kB; abgerufen am 12. Oktober 2020]).
  10. Paul Ramdohr: Über das Vorkommen von Heazlewoodit Ni3S2 und über ein neues ihn begleitendes Mineral: Shandit Ni3Pb2S2. In: Sitzungsberichte der Deutschen Akademie der Wissenschaften zu Berlin. Band 6, 1950, S. 1–29 (rruff.info [PDF; 1,3 MB; abgerufen am 11. Oktober 2020]).
  11. Catalogue of Type Mineral Specimens – S. (PDF 143 kB) In: docs.wixstatic.com. Commission on Museums (IMA), 12. Dezember 2018, abgerufen am 12. Oktober 2020.
  12. 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 11. Oktober 2020 (englisch).
  13. Shandit. In: Mineralienatlas Lexikon. Geolitho Stiftung, abgerufen am 11. Oktober 2020.
  14. Robert F. Dymek: Shandite, Ni3Pb2S2, in a serpentinized metadunite from the Isua supracrustal belt, West Greenland. In: The Canadian Mineralogist. Band 25, 1987, S. 245–249 (englisch, rruff.info [PDF; 963 kB; abgerufen am 12. Oktober 2020]).
  15. Paul Ramdohr: Die Erzmineralien und ihre Verwachsungen. 4., bearbeitete und erweiterte Auflage. Akademie-Verlag, Berlin 1975, S. 439.
  16. M. A. Peacock, John McAndrew: On parkerite and shandite and the crystal structure of Ni3Pb2S2. In: American Mineralogist. Band 35, 1950, S. 425–439 (englisch, rruff.info [PDF; 969 kB; abgerufen am 11. Oktober 2020]).
  17. Localities for Shandite. In: mindat.org. Hudson Institute of Mineralogy, abgerufen am 11. Oktober 2020 (englisch).
  18. S35 Autobahn-Tunnel. In: Mineralienatlas Lexikon. Geolitho Stiftung, abgerufen am 11. Oktober 2020.
  19. Fundortliste für Shandit beim Mineralienatlas und bei Mindat, abgerufen am 11. Oktober 2020.
  20. Richard Weihrich, S. F. Matar, V. Eyert, F. Rau, M. Zabel, M. Andratschke, I. Anusca, T. Bernert: Structure, ordering, and bonding of half antiperovskites: PbNi3/2S and BiPd3/2S. In: Progress in Solid State Chemistry. Band 35, 2007, S. 309–327, doi:10.1016/j.progsolidstchem.2007.01.011 (englisch).
  21. Richard Weihrich, Korbinian Köhler, Florian Pielnhofer, Sebastian Haumann: From 3D intermetallic antiperovskites to 2D Half antiperovskites. In: Encyclopedia of Inorganic and Bioinorganic Chemistry. John Wiley & Sons, 2017, doi:10.1002/9781119951438.eibc2498 (englisch).
  22. Manfred Zabel, Sigrid Wandinger, Klaus-Jürgen Range: Ternäre Chalkogenide M3M2'X2 mit Shandit-Struktur. In: Zeitschrift für Naturforschung. 34b, 1979, S. 238–241.
  23. Richard Weihrich, Irina Anusca: Half Antiperovskites III: crystallographic and electronic structure effects in Co-Shandites. In: Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie. Band 632, 2006, S. 1531, doi:10.1002/zaac.200500524 (englisch).
  24. W. Schnelle, A. Leithe‐Jasper, H. Rosner, F. M. Schappacher, R. Pöttgen, F. Pielnhofer, Richard Weihrich: Ferromagnetic ordering and half-metallic state of Sn2Co3S2 with the shandite-type structure. In: Physical Review B. Band 88, 2013, S. 1–8, doi:10.1103/PhysRevB.88.144404 (englisch).
  25. Mohamed A. Kassem, Yoshikazu Tabata, Takeshi Waki, Hiroyuki Nakamura: Low-field anomalous magnetic phase in the kagome-lattice shandite. In: Physical Review B. Band 96, 2017, doi:10.1103/PhysRevB.96.014429 (englisch).
  26. Enke Liu, Yan Sun, Nitesh Kumar, Lukas Muechler, Aili Sun, Lin Jiao, Shuo-Ying Yang, Defa Liu, Aiji Liang, Qiunan Xu, Johannes Kroder, Vicky Süß, Horst Borrmann, Chandra Shekhar, Zhaosheng Wang, Chuanying Xi, Wenhong Wang, Walter Schnelle, Steffen Wirth, Yulin Chen, Sebastian T. B. Goennenwein, Claudia Felser: Giant anomalous Hall effect in a ferromagnetic kagome-lattice semimetal. In: Nature Physics. Band 14, Nr. 11, 2018, S. 1125–1131, doi:10.1038/s41567-018-0234-5 (englisch).
  27. Richard Weihrich, Rainer Pöttgen, Florian Pielnhofer: Von der Laborpresse zu Spins mit riesigen Effekten. In: Angewandte Chemie. Band 130, Nr. 48, 2018, S. 15868–15870, doi:10.1002/ange.201811456.
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