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Nachweis von Eisen und Mangan in jurassischem Sandstein
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Ein Sandsteinaufschluss näher betrachtet.



In vielen Sedimentgesteinen finden sich Mangananreicherungen, zu erkennen als dunkle Stellen im Gestein:


Um das zu prüfen wurde ein kleineres dunkles Stück erstmal zerkleinert:


Um Mangan nachzuweisen wurde die zerkleinerte Menge mit etwas NaOH und KNO3 vermischt und auf einem Löffel erhitzt.
Dabei bildete sich eine grünliche Manganatkruste:

(das Foto hat einen ziemlichen Blaustich)

Die Kruste wurde in etwas Wasser gelöst und vorsichtig (mittels Zahnstocher) mit sehr wenig HCl angesäuert:

Das grüne Manganat ging in violettes Permanganat über. Die braunen Flocken dürften von Eisen stammen.

Ein kleiner Teil der Mischung des zerkleinerten Gesteins (mit dem NaOH und KNO3) ,das nicht auf dem Löffel verbrannt wurde,
hab ich auf einem Stückchen feuchten Filterpapier in einem Teelichtbecher platziert. Darauf kam von oben eine Grafitelektrode.

Das ganze ist einfach locker aufeinandergestellt und an einen Spannungswandler angeschlossen an dem eine LED hängt.
Die so aufgebaute Batterie hat sehr wenig Kapazität und eine Spannung von Anfangs ca. 1,2-1,5V.
Mit dem Spannungswandler kann man eine LED bis runter zu ca.0,8V betreiben. Die LED leuchtete so ca. 20Minuten und wurde immer schwächer.
Mit ein wenig "rumrühren" konnte das leuchten nochmal kurzzeitig verstärkt werden.

Die hellere Stelle eines Steinchens wurde ebenfalls zerkleinert. Um auf Eisen zu prüfen wurde die Menge auf einem Stückchen Holzkohle reduziert:


Die vorher gelblichen und unmagnetischen Eisenoxide wurden durch die Reduktion zu magnetischen Eisen:

Da das Eisen nach dem reduzieren wohl feinverteilt im Gemenge vorliegt wurden auch die enthaltenen Sandkörner mit angezogen.
Vom linken Bild wurde auch nicht alles verwendet, weshalb die Menge im rechten Bild geringer scheint und ist.

Den dunklen Sand hab ich nochmal direkt mit HCl behandelt, dabei entstand eine gelbliche Lösung deren Farbe wohl hauptsächlich vom Eisen herrührt.
Nach der Säurebehandlung blieb als Rückstand heller Sand, wohl hauptsächlich Quarz zurück:



edit by Newclears: Titel angepasst/ korrigiert

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Schön gemacht. Sowas Gefällt mir.
Zitat:
Die braunen Flocken dürften von Eisen stammen.

Nö tun sie nicht. Kuck Dir mal die schematische Gleichung zur Bildung des Permanganations an Smile
3K2MnO4+2CO2+H20→2KMnO4+MnO2+2K2CO3+2H20
Hab jetzt keinen Bock das als Ionenformel aufzustellen und die Disproportionierung mit reinzubasteln Ersetz das CO2 da oben durch 2HCl. Kommt letztlich aufs gleiche Ergebnis raus Wink

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Sehr schön analysiert - gefällt mir! Wink

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Hallo bahmtec! Mir gefällt deine Analyse auch, ich liebe es, Chemie auf Alltagsfragen anzuwenden.

Ich glaube im Gegensatz zu Newclears doch, daß die braunen Flocken eine Verunreinigung - wahrscheinlich Eisen - sind. Bei der Disproportionierung von Manganat in Permanat und Mangandioxid scheidet sich letzteres in der Regel nicht so flockig, sondern fein verteilt ab. Meistens fällt es gar nicht auf. Ausserdem ist die Farbe für MnO2 zu hell. Im allerschlimmsten Falle könnte man sie ja abfiltrieren und untersuchen.

Wenn Du ein Lötrohr hast kannst Du diese Oxidationsschmerlze auch schön am Magnesiastäbchen in der Perlentechnik machen.

Interessant fände ich noch, den Versuch mit hellem Sandstein der selben Fundstelle zu wiederholen um zu sehen, ob sich ein merklicher Unterschied im Mangangehalt nachweisen lässt.

Wo ich mir nicht ganz schlüssig bin, ist, ob du in deiner Reduktion des Eisenoxyds auch wirklich metallisches Eisen erhalten hast!? Es könnte auch sein, daß die Reduktion nur bis zum Eisenhammerschlag (Fe3O4) gegangen ist, der ist auch magnetisch und glänzt obendrein noch metallisch (siehe hier http://illumina-chemie.de/verbrennung-von-eisendraht-in-sauerstoff-t3321.html).
Wie man das jetzt einfach und sicher entscheiden kann ... ? ... vielleicht ginge es so: Reaktionsprodukt in Schwefelsäure geben. Wasserstoffentwicklung, grüne Lösung: metallisches Eisen - kein Wasserstoff, gelbbraune Lösung: Eisen-II/III-oxid?

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Vielen Dank! Den Versuch mit dem Eisendraht kannte ich noch gar nicht.

-wenn man die grüne Manganat-Lösung zu sehr ansäuert wird übrigens die gesamte Lösung bräunlich.
Zudem fällt ein brauner "Bodensatz" aus. Daher denke ich beider ist der Fall, also MnO2 und Fe-Oxide.

Zitat:
ich liebe es, Chemie auf Alltagsfragen anzuwenden.

-Dito!

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Noch eine Unterscheidungsmöglichkeit wäre aufgrund der mechanischen Eigenschaften. Eisenhammerschlag ist spröde (die Kügelchern zerspringen in der Reibschale leicht). Metallisches Eisen sollte mehr oder weniger duktil sein.

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Die Eisen (und Mangan) Eisenoxide liegen in feinstaubiger Form zwischen den Sandkörnern vor, weshalb bei der Reduktion keine grösseren Agreggate entstanden.
Daher ist die mechanische Unterscheidung eher schwierig. Eisenhammerschlag (Hämatit) ist aber um einiges schwächer magnetisch als elementares Eisen.
Anhand der magnetischen Eigenschaft der reduzierten Menge schliesse ich auf elementares Eisen, wobei sicherlich auch Eisenhammerschlag mit vorliegt.
Der eisenhaltige Sandstein wurde an diesen Hang früher mitunter zur Eisengewinnung verwendet, wenn auch nur im geringen Umfang.
Stellenweise geht die Farbe des Gesteins durch einen höheren Eisengehalt ins rote (rechtes Stück) :

Abgebaut wurde wohl haupsächlich das eher rötliche Gestein.

-edit: wobei die Vermutung auf Eisenhammerschlag interessant ist. Ich werde das nochmal genauer unter die Lupe nehmen!

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Was mir grade noch aufgefallen ist. Du schreibst im Titel "Sandsteinsediment" Sandstein ist immer ein sedimentäres Gestein es reicht also die Bezeichnung Sandstein vielleicht noch eine weitergehende Betrachtung des Materials wie Art der Zementation, Hauptgemengteil, Korngröße etc. .

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Zitat:
...noch eine weitergehende Betrachtung des Materials...

-laut meines Wissens sind das Windtransportierte Ablagerungen. Die Mangananreicherungen deuten aber auf Wasser, ebenso die Eisenoxide..
Vielleicht war hier mal der Rand eines Schelfmeeres. Genau ist das schwer zu sagen. Der Aufschluss wird als "Dogger" angegeben.
Darüberliegend Malm, wobei diese Bezeichnungen für diese Gegend wohl nicht mehr ganz richtig sind.
Die Korngrösse ist bei Windtransportierten Sedimenten ist ähnlich der von Wasserabgelagerten. Habe mich mit der Action aber noch zu wenig befasst, da ich die Eisen und vor allem Mangananreicherungen interessant fand.
-falls jemand geologische Informationen zur Erdgeschichte, Links oder generelles Kartenmaterial hat, dann her damit!

-edit: (nochmal nüchtern nacheditiert Embarassed Wink )

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http://www.lfu.bayern.de/geologie/geo_daten/gk25/index.htm
Bezüglich anderer Infos werde ich mal meine Fachbücher befragen. Allerdings würde Dogger als ältere stratigraphische Bezeichnung für eine Formation im süddeutschen Jura schon recht gut passen. Die Sedimente wären dann allerdings marinen Ursprungs. Äolische Sedimente sind meistens sehr feinkörnig und besitzen eine sehr eng gestufte Korngrößenverteilung.
Näheres heute abend...

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Vielen Dank Lars, hab hier das passende pdf dazu gefunden:
http://www.lfu.bayern.de/geologie/geotope_daten/geotoprecherche/doc/362a003.pdf

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Gern geschehen Andi Wink
Karte:

(Kartenausschnitt entnommen aus "Deutschland in der Urzeit"; Ernst Probst; Bertelsmann Verlag 1999; S. 160 ff )
Süddeutschland während des oberen Jura. Dogger und Malm wären zwar mittlerer Jura, aber letztlich nimmt sich das nicht viel.
Gut erkennbar die "Regensburger Meeresstraße" zwischen der mitteldeutschen Schwelle und der böhmischen Insel. Damit wäre die Frage nach der Fazies eigentlich geklärt, falls die stratigraphischen Angaben passen. Interessant wäre es wenn Du mal nach Fossilien sehen würdest da diese als Leitfossilien tauglich sein können. Leider werden die in mittelkörnigen Psammitten meist nur relativ schlecht überliefert.
Wenn Du willst kann ich auch noch was zur Genese der Eisen und Manganausfällungen schreiben.

p.s.:
Ich ändere mal das "Sandsteinsediment" im Titel Wink

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Perfekt! Genau die Karte hab ich schon lange gesucht. Bei der Bildersuche im web etc, findet sich nicht allzuviel.

Zitat:
Wenn Du willst kann ich auch noch was zur Genese der Eisen und Manganausfällungen schreiben.

-auf jeden Fall!

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bahmtec hat Folgendes geschrieben:
... Eisenhammerschlag (Hämatit) ist aber um einiges schwächer magnetisch als elementares Eisen.
Anhand der magnetischen Eigenschaft der reduzierten Menge schliesse ich auf elementares Eisen, wobei sicherlich auch Eisenhammerschlag mit vorliegt. ...


kleine Korrektur: Hämatit (Fe2O3) ist nicht das selbe wie Eisenhammerschlag (Fe3O4). Das dem letzteren entsprechende Mineral heisst Magnetit.

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NI2
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Jupp, darum war der See von unserer Bismut-Tagebau-Tour auch gelborange und nicht schwarz Mr. Green

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There is no sadder sight in the world than to see a beautiful theory killed by a brutal fact. [T. Huxley]

But just because we live does not mean that we’re alive. [E. Autumn]

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