Aufschlussverfahren der Geochemie

Der Begriff „Aufschluss“ ist in der Geologie doppelt besetzt. Einmal meint man den Ort, an dem Gesteine offenliegen. Und dann meint man ein chemisches Verfahren, das einer Analyse vorangeht.

Wir reden hier aber nicht über die chemische Präparation von Fossilien oder Mineralien – obwohl es hier auch um die Zersetzung von Gesteinen und Mineralien geht. Denn bei der chemischen Präparation will man die Versteinerung (das Fossil) erhalten und das umliegende Gestein (die Matrix) zersetzen.

Hier geht es vielmehr um Folgendes: Oftmals möchte man Gesteine und Mineralien hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung untersuchen. Nun zeichnen sich die allermeisten Steine dadurch aus, dass sie in Wasser schwerlöslich sind. Deshalb haben sie sich ja auch überhaupt gebildet, wenn man mal annimmt, dass die Sedimentation am Anfang des geologischen Kreislaufs der Gesteinsbildung steht.

Man muss diese Mineralien folglich in eine lösliche Form überführen. Das nennt man Aufschließen, die Prozedur dazu ist der Aufschluss. Die Verfahren lernte früher jeder Chemiestudent in seinem anorganisch-chemischen Anfängerpraktikum.

Zunächst kann man versuchen, den Steinen mit Säuren und Laugen zuleibe zu rücken. Kalk oder Dolomit kann man mit Salzsäure aufschließen (bei letzterem nur mit heißer Säure). Mit Schwefelsäure lassen sich Phosphate aufschließen. Auch Königswasser ist in Gebrauch. Pyrit wird reduzierend aufgeschlossen, indem man ihn mit Säure und Zink behandelt (-> Versuch). Mit Kaliumhydroxid lassen sich Silicate oder bestimmte Oxide wie das von Aluminium zersetzen. Darüber berichten wir bei den Methoden der chemischen Präparation.


Aufschlussverfahren mit Schmelzen
Viele Mineralien lassen sich auf diese einfache Art und Weise nicht aufschließen. Deshalb hat sich eine Reihe von Verfahren etabliert, bei denen man Schmelzen unter Hinzufügung anderer, deutliche überschüssiger Verbindungen herstellt. Dabei kommt es zum Austausch von Ionen, so dass zuvor schwerlösliche Verbindungen in lösliche überführt werden. Ein klassisches Beispiel ist der Sodaaufschluss von Schwerspat (Bariumsulfat) BaSO4.

BaSO4 + Na2CO3 ———> BaCO3 + Na2SO4

Der Schmelzkuchen wird gemahlen, mit Wasser extrahiert und filtriert. In der Lösung finden sich die Sulfat-Ionen. Den Rest, der vor allem Bariumcarbonat enthält, löst man in verdünnter Salzsäure auf und kann nun die Ba-Ionen nachweisen.

Hier ist ein Überblick über die wichtigsten Verfahren:


1. Sodaaufschluss
Man mischt die Substanz 1:6 mit wasserfreier Soda. Die Mischung wird fein zermörsert und anschließend in einem Platintiegel aufgeschmolzen. Man kann auch einen Porzellantiegel oder eine Magnesia-Rinne nehmen.

Man nimmt übrigens eine 1:1-Mischung von Soda/Pottasche, weil man dadurch den Schmelzpunkt deutlich senken kann.

Der Aufschluss ist für Erdalkalisulfate (BaSO4), Fluoride wie CaF2, für hochgeglühte Oxide (Al2O3), Silicate (wie z. B. K[AlSi3O8] Feldspat) (nicht im Porzellantiegel!) oder Silberhalogenide (AgCl) geeignet.


2. Saurer Aufschluss
Die Substanz wird mit deutlich überschüssigem Kaliumhydrogensulfat KHSO4 geschmolzen. Dabei bilden sich die Sulfate, die sich auslaugen lassen.

Beispiele: Fe2O3, Al2O3, BeO, TiO2...


3. Oxidationsschmelze
Die Substanz wird mit einem Überschuss einer Mischung aus wasserfreier Soda und Kaliumnitrat KNO3 geschmolzen.

Beispiel: Chromeisenstein (wichtiges Chromerz):

2 FeO · Cr2O3 + 4 Na2CO3 + 7 KNO3 ———> Fe2O3 + 4 Na2CrO4 + 7 KNO2 + 4 CO2


4. Der Freiberger Aufschluss
Dieser klassische Aufschluss ist für Verbindungen von Elementen geeignet, die wie Zinn Thiosalze bilden. Die Verbindungen werden in einem Porzellantiegel mit einem Überschuss eines Gemischs aus wasserfreier Soda und Schwefel geschmolzen.

Beispiel Zinnstein SnO2:

2 SnO2 + 2 Na2CO3 + 9 S ———> 2 Na2SnS3 + 3 SO2 + 2 CO2

Den Schmelzkuchen laugt man mit verdünnter Salzsäure aus, wobei SnS2 zurückbleibt. Dieser Niederschlag wird wie das Sulfid aus der Schwefelwasserstoffgruppe weiterverarbeitet.


Was ist ein kalter Aufschluss?
Den kalten Aufschluss gibt es in der chemischen Praxis nicht. Das ist ein Schnack aus dem Laboralltag. Früher mussten die Chemiestudenten Analysen kochen. Die wurden ihnen von Assistenten zusammengemixt. Die Mischung hatte sich der Assistent in einem Büchlein notiert. Geschickte Leute klauten dem Assistenten das Buch, oder es gelang ihnen, dem Assistenten bei der Besprechung über die Schulter ins Büchlein zu schauen. Das nannte man „kalten Aufschluss“.


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Letzte Überarbeitung: 05. Juni 2008, Dagmar Wiechoczek