Epsomit

Autoren: Hans-Jürgen Schwarz , Nils Mainusch, NN....

Allgemeines

Vorkommen von Halit

Als natürliches Mineral wurde Epsomit im Jahr 1695 erstmalig aus den Mineralwässern des Ortes Epsom (bei London) gewonnen, woher die mineralogische Namensgebung rührt. Ebenso wie Kieserit (Magnesiumsulfatmonohydrat) treten Einzelkristalle in der Natur selten auf. Beide Magnesiumsalze wie auch weitere Hydratstufen werden in alpinen Lagerstätten abgebaut und erscheinen zusammen mit Sylvin und Steinsalz in Norddeutschland und in den Abraumsalzen des Staßfurter Gebietes (bei Magdeburg).

Angaben zu Herkunft und Bildung von Halit an Baudenkmalen

Die Bildung von Magnesiumsulfaten an Denkmalen setzt das Vorhandensein löslicher Magnesiumverbindungen, bzw. von Magnesiumionen voraus. An historischen Bauten können unterschiedliche Materialien Verwendung finden, in denen Magnesiumverbindungen enthalten sind. Einige Beispiele seien nachfolgend aufgeführt:

• Verwendung von Kalk mit dolomitischem Anteil: Dolomit ist ein Doppelsalz der Zusammensetzung CaMg(CO₃)₂. Wird dolomithaltiger Kalk gebrannt, gelöscht und als Mörtelmischung verwendet, liegt nach dem Prozeß der Carbonatisierung sowohl CaCO₃ wie auch MgCO₃·xH₂0 vor (beispielsweise in Form von Nesquehonit, also mit drei Kristallwassermolekülen in der Form MgCO₃·3H₂0). Die Wasserlöslichkeit von MgCO₃·3H₂0 liegt mit ca. 1,76 g/l deutlich über den Löslichkeiten von Calcit (0,014 g/l) und Dolomit (0,078 g/l). Durch Feuchteeinwirkung gelöste Magnesiumionen können mit entsprechenden Anionen   verschiedene Magnesiumsalze bilden. Die Bildung von Magnesiumsulfat kann forciert erfolgen, wenn in Verbindung mit dolomithaltigem Verputz Stuckgips oder Gipsputz am Objekt verwendet wurde und somit Sulfat im Überschuß vorliegt.
• Verwendung von Magnesiabinder: Magnesiabinder besteht im wesentlichen aus MgO und MgCl₂ oder Magnesiumsulfat. Das ausreagierte und verfestigte Bindemittel kann stark hygroskopische Magnesiumsalze enthalten, welche zu Magnesiumsulfat umgebildet werden können.
• Verwendung von Zement: Nach DIN 1164 ist in Zementen eine Höchstgehalt an MgO von 5 M.% zugelassen. Außer der Möglichkeit bei zeitverzögert verlaufendem Ablöschen durch sogenanntes „Magnesiatreiben“ Schäden zu verursachen, können theoretisch Magnesiumionen freigesetzt werden und zur Bildung von Magnesiumsulfat führen.

Als weitere Quelle einer möglichen Magnesiumsulfatbildung ist Streusalz anzuführen, welches oft einen geringen Anteil des leichtlöslichen MgCl2 enthält. Weiterhin kann eine Magnesiumzufuhr durch stete Bodenauslaugung bei aufsteigender Feuchte erfolgen.

Angaben zum Schadenspotential und zur Verwitterungsaktivität von Epsomit

Lösungsverhalten

Alle oben beschriebenen Magnesiumsulfathydratformen zählen mit einer Löslichkeit von deutlich über 100 g/l (bei 20°C) zur Gruppe der leichtlöslichen Salze. Damit ist im Prinzip eine große Mobilität des Salzes und eine häufige Verschiebung der Anreicherungszonen im Materialgefüge verbunden. Mit dem Temperatureinfluß auf die Löslichkeit kann die Gefahr eines Ausfallens gelöster Salze bei raschem Temperaturabfall verbunden sein.

 
Diagramm 4 – Darstellung der temperaturabhängigen Veränderung der Löslichkeit von Epsomit im Vergleich
mit anderen Salzphasen [nach Stark/Stürmer 1993].

(vgl.Tabelle Hygroskopizität der Salze und Gleichgewichtsfeuchte)

Hygroskopizität

Die geringe Hygroskopizität des Reinsalzes Epsomit, die in dem hohen Wert der Gleichgewichtsfeuchte im Bereich 88-90 % r.F. deutlich wird, kann nicht isoliert betrachtet werden. In Mischsystemen, d.h. unter dem Einfluß von Fremdionen, liegt der Sorptionspunkt tiefer (siehe Tab.15). Die Möglichkeit der hygroskopischen Feuchteaufnahme mit den damit verbundenen Problematiken ist trotz des hohen Deliqueszenzpunktes durchaus gegeben.

10°C	20°C	25°C	30°C
86,9% r.F.	90,1% r.F.	88,3% r.F.	88,0% r.F.

 Tabelle 1 - Deliqueszenzpunkte in Abhängigkeit zur Temperatur[nach Arnold/Zehnder 1991].

RF %	Ca(NO3)2	KNO3
MgSO4 xH2O	67 (21°C)	78(21°C)

 Tabelle 2 - Gleichgewichtsfeuchte im Salzgemisch (Mischungsverhältnis: Gesättigte Lsg. A/ gesättigte Lsg. B =1:1) [nach Vogt/Goretzki 1993].

Kristallisationsdruck

Bei der Kristallisation aus wässeriger Lösung läßt sich für Halit ein Kristallisationsdruck von 55,4-65,4 N/mm² angeben (zum Vergleich die berechneten Angaben der Werteskala anderer bauschädlichen Salze: 7,2-65,4 N/mm²). Zu berücksichtigen sind hierbei die vorliegenden Temperatur- und Konzentrationsverhältnisse, so daß die Zahlenwerte nur einen Hinweis auf ein reelles Schadenspotential in puncto Kristallisationsdruck des Salzes geben können.Im Vergleich zu anderen Salzphasen ist der Kristallisationsdruck extrem hoch [nach Winkler, 1975].

Hydratationsverhalten

Unter normalen Bedingungen existiert nur die hydratwasserfreie Form des Salzes. Lediglich beim Ausfall aus einer gesättigten, wässerigen Natriumchloridlösung und einer Temperatur von unter 0,15 °C bildet sich als Bodensatz das Dihydrat [Gmelin].

Analytischer Nachweis

Mikrochemie

Laboruntersuchung:

Mikroskopie

Brechungsindizes von Calcit: n_D = 1,544
Kristallklasse: kubisch

Natriumchlorid zählt wie Kaliumchlorid zu den wenigen bauschädlichen Salzen des kubischen Kristallsystems. Der Kristall zeigt aufgrund seines isotropen inneren Aufbaus keine Eigenschaften der Doppelbrechung.

Natriumchloridkristalle sind mit großer Zuverlässigkeit anhand morphologischer Merkmale zu identifizieren. Einzelpartikel sind zumeist in Rechteck- oder in Würfelform ausgebildet und weisen somit deutlich rechte Winkel im Kristallbau auf.

Polarisationsmikroskopische Untersuchung:

Die Zuweisung des Brechungsindex erfolt entsprechend der Immersionsmethode in Standart- Immersionsöl mit einem Brechungsindex n_D =1,518. Halitkristalle weisen in jeder möglichen Stellung die gleiche optische Dichte auf, wodurch es bei der Durchstrahlung von linear polarisiertem Licht zu keiner Geschwindigkeitsveränderung und Umorientierung der Lichtwellen kommt. Bei der Betrachtung mit gekreuzten Polarisatoren sind die Kristalle somit nicht erkennbar, sie verbleiben (richtungsunabhängig) ausgelöscht.

Verwechslungsmöglichkeiten:

Die Gruppe der isotropen bauschädlichen Salze beschränkt sich auf Halit, Sylvin und Fluorit; alle diese Phasen können problemlos voneinander unterschieden werden.

Salzphase	Unterscheidungsmerkmale zu Calcit
Sylvin, KCl	Brechungsindex unter 1,518.
Fluorit, CaF2	Brechungsindex unter 1,518, kaum wasserlöslich.

Weblinks

http://webmineral.com/data/Halite.shtml

http://www.mindat.org/min-1804.html

http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/MineralData?mineral=Halit

Literatur

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Negativ geladene Ionen

Wassergehalt, der sich in einem Material nach Lagerung bei konstanten Bedingungen ergibt (relative Luftfeuchte, Temperatur).

relative Luftfeuche

Differential-Thermoanalyse, eine Methode zur Charakterisierung von Materialien anhand von Reaktionswärmen

Thermogravimetrie