Chalkopyrit

Chalkopyrit
Chalkopyrit (goldgelb, teilweise buntfarbig angelaufen), Galenit (grau) und Quarz (farblos) aus der Borieva Mine, Madan Erzfeld, Bulgarien (Größe: 7,4 cm × 6,4 cm × 4,1 cm)
Allgemeines und Klassifikation
IMA-Symbol	Ccp[1]
Andere Namen	Gelbkies Kupferkies pyrites aureo colore geelkis
Chemische Formel	CuFeS2
Mineralklasse (und ggf. Abteilung)	Sulfide und Sulfosalze
System-Nummer nach Strunz (8. Aufl.) Lapis-Systematik (nach Strunz und Weiß) Strunz (9. Aufl.) Dana	II/B.02 II/C.03-010 2.CB.10a 02.09.01.01
Ähnliche Minerale	Pyrit, Markasit, Magnetkies, Gold
Kristallographische Daten
Kristallsystem	tetragonal
Kristallklasse; Symbol	tetragonal-skalenoedrisch; 42m
Raumgruppe	I42d (Nr. 122)Vorlage:Raumgruppe/122[2]
Gitterparameter	a = 5,29 Å; c = 10,42 Å[2]
Formeleinheiten	Z = 4[2]
Zwillingsbildung	häufiger als Einzelkristalle, nach {112} und {012} Durchdringungs- oder Zyklische Zwillinge
Physikalische Eigenschaften
Mohshärte	3,5 bis 4[3]
Dichte (g/cm^3)	gemessen: 4,1 bis 4,3; berechnet: 4,283 (VHN100 = 187 bis 203 basal bzw. 181 bis 192 vertikal)[3]
Spaltbarkeit	undeutlich nach {011} und {111}[3]
Bruch; Tenazität	muschelig, uneben; spröde
Farbe	gold- bis messinggelb; nach einiger Zeit bunt anlaufend
Strichfarbe	grünlichschwarz bis schwarz
Transparenz	undurchsichtig
Glanz	Metallglanz

Chalkopyrit, veraltet auch als Kupferkies, Gelbkies, pyrites aureo colore oder geelkis^[4] bekannt, ist ein sehr häufig anzutreffendes Mineral aus der Mineralklasse der „Sulfide und Sulfosalze“ mit der chemischen Formel CuFeS₂. Die Verbindung besteht also aus je einem Teil Kupfer und Eisen sowie zwei Teilen Schwefel und ist damit chemisch gesehen ein Kupfer-Eisen-Sulfid.

Chalkopyrit kristallisiert im tetragonalen Kristallsystem und entwickelt meist tetraedrische Kristalle sowie Durchdringungs- oder zyklische Zwillinge, aber auch massige oder traubige Mineral-Aggregate von gold- bis messingähnlicher Farbe. Auf der Strichtafel hinterlässt er allerdings eine grünlichschwarze bis schwarze Strichfarbe. Die Kristalle sind in jeder Form undurchsichtig (opak) und zeigen auf den Oberflächen einen metallischen Glanz.

Mit einer Mohshärte von 3,5 bis 4 gehört Chalkopyrit zu den mittelharten Mineralen, die sich ähnlich wie das Referenzmineral Fluorit (Härte 4) leicht mit einem Taschenmesser ritzen lassen. Auf mechanische Belastungen reagiert das Mineral jedoch spröde und bricht muschelig bis uneben wie Glas.

Etymologie und Geschichte

Chalkopyrit wurde erstmals 1725 durch Johann Friedrich Henckel wissenschaftlich beschrieben und nach den griechischen Worten chalkos für Kupfer und pyros für Feuer benannt.^[5]

Eine ältere, von Georgius Agricola stammende Bezeichnung (Kupfer)kies (auch -kis, lateinisch: pyrites) bezieht sich als Sammelbegriff auf alle harten Schwefel-, Arsen- und Antimon-Metallsulfide.^[6]

Klassifikation

Bereits in der veralteten 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Chalkopyrit zur Mineralklasse der „Sulfide und Sulfosalze“ und dort zur Abteilung der „Sulfide mit dem Stoffmengenverhältnis Metall (M) : Schwefel (S) = 1 : 1“, wo er als Namensgeber die „Chalkopyrit-Reihe“ mit der System-Nr. II/B.02 mit den weiteren Mitgliedern Gallit, Raguinit, Roquesit und Talnakhit (ehemals Roquésit) bildete.

Im Lapis-Mineralienverzeichnis nach Stefan Weiß, das sich aus Rücksicht auf private Sammler und institutionelle Sammlungen noch nach dieser klassischen Systematik von Karl Hugo Strunz richtet, erhielt das Mineral die System- und Mineral-Nr. II/C.03-10. In der „Lapis-Systematik“ entspricht dies der Abteilung „Sulfide mit dem Stoffmengenverhältnis Metall : S,Se,Te ≈ 1 : 1“, wo Chalkopyrit ebenfalls als Namensgeber die „Chalkopyrit-Gruppe“ mit den weiteren Mitgliedern Eskebornit, Gallit, Laforêtit, Lenait, Roquesit und Shenzhuangit bildet (Stand 2018).^[7]

Auch die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) bis 2009 aktualisierte^[8] 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Chalkopyrit in die Abteilung der „Metallsulfide, M : S = 1 : 1 (und ähnliche)“ ein. Diese ist allerdings weiter unterteilt nach den in der Verbindung vorherrschenden Metallen, so dass das Mineral entsprechend seiner Zusammensetzung in der Unterabteilung „mit Zink (Zn), Eisen (Fe), Kupfer (Cu), Silber (Ag) usw.“ zu finden ist, wo es ebenfalls zusammen mit Eskebornit, Gallit, Laforêtit, Lenait und Roquesit die „Chalkopyritgruppe“ mit der System-Nr. 2.CB.10a bildet.

Die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Chalkopyrit in die Klasse der „Sulfide und Sulfosalze“ und dort in die Abteilung der „Sulfidminerale“ ein. Hier ist er zusammen mit Eskebornit, Gallit, Roquesit, Lenait und Laforêtit in der „Chalkopyritgruppe (Tetragonal: I42dVorlage:Raumgruppe/122)“ mit der System-Nr. 02.09.01 innerhalb der Unterabteilung „Sulfide – einschließlich Selenide und Telluride – mit der Zusammensetzung A_mB_nX_p, mit (m+n):p=1:1“ zu finden.

Chemismus

Chalkopyrit hat eine theoretische Zusammensetzung von 34,6 % Kupfer, 30,5 % Eisen und 34,9 % Schwefel und ist in der Natur meist rein zu finden. Er kann jedoch als Beimengung (Verunreinigung) Spuren von Gold, Silber und überschüssigem Eisen enthalten.^[9][10]

Kristallstruktur

Chalkopyrit kristallisiert tetragonal in der Raumgruppe I42d (Raumgruppen-Nr. 122)Vorlage:Raumgruppe/122 mit den Gitterparametern a = 5,29 Å und c = 10,42 Å sowie 4 Formeleinheiten pro Elementarzelle.^[2]

In der Kristallstruktur wird das Eisen dabei tetraedrisch von vier Schwefelatomen im perfekten Tetraederwinkel von 109,47° koordiniert. Die Geometrie des Kupfers ist die eines abgeflachten Tetraeders, wobei die S-Cu-S-Winkel 108,68° beziehungsweise 111,06° betragen.

Aus den röntgenkristallographischen Strukturanalysen kann abschließend keine eindeutige Angabe zu den Oxidationszuständen des Eisens beziehungsweise des Kupfers gemacht werden. Es wird angenommen, dass die effektive Ionenladung zwischen Cu⁺Fe³⁺(S²⁻)₂ und Cu²⁺Fe²⁺(S²⁻)₂ liegt.^[11]

Kristallstruktur von Chalkopyrit

mit Blickrichtung parallel zur a-Achse mit Blickrichtung parallel zur b-Achse mit Blickrichtung parallel zur c-Achse räumliche Darstellung in der kristallographischen Standardausrichtung

Farbtabelle: _ Cu 0 _ Fe 0 _ S

Eigenschaften

Goldfarbiger Chalkopyrit auf Rhodochrosit aus Starnitsa, Bulgarien

Das Mineral wird zuweilen wegen seines goldfarbenen Glanzes und seiner tetraederförmigen Zwillingsbildung (Durchdringungszwillinge zweier Sphenoeder; Sphenoid= keilförmige Kristallform) mit dem kubischen Pyrit verwechselt. Chalkopyrit ist aber von stärkerer gelblicher Farbe und läuft durch Verwitterung mit der Zeit buntfarbig an. Von Laien wird Chalkopyrit auch mit Gold verwechselt.

Vor dem Lötrohr auf Kohle gelegt, schmilzt Chalkopyrit leicht zu einer grauschwarzen, magnetischen Kugel. Er reagiert nicht auf Salzsäure (HCl), löst sich aber in Salpetersäure (HNO₃) unter Abscheidung von Schwefel.^[9]

Chalkopyrit wandelt sich ab 550 °C in das kubisch kristallisierende β-Chalkopyrit um.

Bildung und Fundorte

Typische Paragenese aus Chalkopyrit, Galenit und Sphalerit aus den „Huaron Minen“, Provinz Daniel Alcides Carrión, Region Pasco, Peru (Größe: 4,3 cm × 3,2 cm × 1,8 cm)

Stark buntfarbig angelaufener Chalkopyrit aus der Grube Georg im Westerwald – Ausgestellt im Mineralogischen Museum der Uni Bonn

Chalkopyritkristall (gelb) mit Entmischungen von Bornit (braun) in Baryt von der Mt. Mulga Baryt-Mine, Südaustralien (erzmikroskopische Aufnahme, Bildbreite 0,74 mm)

Chalkopyrit auf Baryt aus der Schwerspatgrube Dreislar

Chalkopyrit bildet sich in hydrothermalen Lagerstätten, vor allem in porphyrischen Kupferlagerstätten und in schichtförmigen Cu-(Co-Ag)-Lagerstätten, aber untergeordnet auch in orthomagmatischen Lagerstätten.^[12] Kleine Mengen Kupferkies werden in magmatischen Gesteinen, vor allem in mafischen Gesteinen gefunden.^[13] Er tritt meist in Paragenese mit Bornit und Pyrit auf, mit denen er aufgrund der ähnlichen Farben bzw. Anlauffarben gelegentlich verwechselt wird, aber auch mit vielen weiteren Kupfer- oder anderen Metallsulfiden wie unter anderem Sphalerit, Galenit und Tetraedrit sowie allgemein mit Baryt, Calcit, Dolomit und Quarz. In Gängen, vor allem in magmatisch-hydrothermalen Lagerstätten, kann Chalcopyrit massive Aggregate, oft aber auch gut ausgebildete Kristalle bilden. Das Mineral geht durch Verwitterung in Brauneisenstein, Ziegelerz, Kupferpecherz und andere Kupfersalze wie Malachit, Azurit und Chalkanthit über.^[9]

Als sehr häufig vorkommende Mineralbildung konnte Chalkopyrit bereits an vielen Fundorten weltweit nachgewiesen werden, wobei bisher über 25.000 Fundorte bekannt sind (Stand 2015).^[14]

Besonders bekannt aufgrund außergewöhnlicher Chalkopyritfunde ist unter anderem die Nikolai-Mine bei Dalnegorsk in Russland, wo Kristalle von bis zu 40 cm Größe entdeckt wurden.^[15] Bis zu 12 cm große Kristalle und Stufen traten in den japanischen Gruben Arakawa^[16] bei Kyōwa (heute Daisen) und Osarizawa bei Kazuno in der Präfektur Akita auf Honshū zutage.^[17]

Weitere Fundorte liegen unter anderem in Afghanistan, Ägypten, Albanien, Argentinien, Armenien, Aserbaidschan, Australien, Belgien, Bolivien, Brasilien, Bulgarien, Chile, China, Deutschland, Ecuador, Finnland, Frankreich, Griechenland, Grönland, Indien, Indonesien, Iran, Irland, Italien, Japan, Kambodscha, Kanada, Kasachstan, Kolumbien, Demokratische Republik Kongo, Nord- und Südkorea, Kuba, Madagaskar, Marokko, Mexiko, Myanmar, Namibia, Neuseeland, Norwegen, Österreich, Papua-Neuguinea, Peru, Philippinen, Polen, Portugal, Rumänien, Russland, Sambia, Schweden, Schweiz, Simbabwe, Slowakei, Spanien, Südafrika, Tschechien, Türkei, Ukraine, Ungarn, dem Vereinigten Königreich (Großbritannien), den Vereinigten Staaten von Amerika (USA), Vietnam und Zypern.^[18]

Auch in den aktuellen Äquivalenten von vulkanogenen Massivsulfid-Lagerstätten (VMS) im Mittelatlantischen, Zentralindischen und Ostpazifischen Rücken ist Chalkopyrit ein wichtiger Bestandteil.^[18] In Basalten auf dem Mond tritt Chalkopyrit in kleinsten Mengen auf.^[19]

Verwendung

Rohstoff

Chalkopyrit ist eines der wirtschaftlich bedeutendsten Kupfererzmineralien; nicht so sehr wegen seines Kupfer-Gehalts (etwa 34 Gew.%^[20]), sondern wegen seiner weiten Verbreitung.

Verschiedene Stoffe aus der Gruppe der Chalkopyrite, der auch Chalkopyrit selbst angehört, können als aktives Material in Solarzellen verwendet werden. Bisher (Stand 2009) dominieren hier Mischungen der Chalkopyrite aus Kupfer, Indium, Gallium, Selen und Schwefel, Cu(In,Ga)(Se,S)₂. Häufig werden diese Solarzellen unabhängig von ihrer genauen Zusammensetzung dem allgemeinen Oberbegriff CIGS-Solarzelle zugeordnet.^[21]

Schmuckstein

Chalkopyrit-Eule auf einem Sockel aus Quarz

Für den kommerziellen Gebrauch als Schmuckstein ist Chalkopyrit aufgrund seiner geringen Härte nicht geeignet, da er leicht beschädigt werden kann (Kratzer, Abrieb). Für Sammler wird er aber dennoch gelegentlich in Form von Cabochon-Anhängern oder Trommelsteinen und Handschmeichlern angeboten.^[22]

Auch zu kunstgewerblichen Gegenständen kann Chalkopyrit ähnlich wie Speckstein gut verarbeitet werden.

Siehe auch

• Liste der Minerale

Literatur

• Hans Jürgen Rösler: Lehrbuch der Mineralogie. 4. durchgesehene und erweiterte Auflage. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie (VEB), Leipzig 1987, ISBN 3-342-00288-3, S. 313–315. 
• Helmut Schröcke, Karl-Ludwig Weiner: Mineralogie. Ein Lehrbuch auf systematischer Grundlage. de Gruyter, Berlin; New York 1981, ISBN 3-11-006823-0, S. 155–164. 
• Friedrich Klockmann: Klockmanns Lehrbuch der Mineralogie. Hrsg.: Paul Ramdohr, Hugo Strunz. 16. Auflage. Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-82986-8, S. 429–432 (Erstausgabe: 1891). 
• Reiner Klenk, Thilo Glatzel, Alexander Grimm, C.-H. Fischer, Michael Kirsch, Iver Lauermann, Jörg Reichardt, Heike Steigert, Thomas P. Niesen, Sven Visbeck: Die Grenzfläche in Chalkopyrit-Solarzellen – Ein neuer Ansatz. In: G. Stadermann (Hrsg.): Photovoltaik – neue Horizonte. September 2003, S. 94–95 (fvee.de [PDF; 3,9 MB; abgerufen am 19. Juli 2021]). 

Weblinks

• Mineralienatlas:Chalkopyrit (Wiki)
• Chalcopyrite search results. In: rruff.info. Database of Raman spectroscopy, X-ray diffraction and chemistry of minerals (RRUFF); abgerufen am 11. Oktober 2019 (englisch). 
• American-Mineralogist-Crystal-Structure-Database – Chalcopyrite. In: rruff.geo.arizona.edu. Abgerufen am 11. Oktober 2019 (englisch). 
• Chalcopyrite. In: mindat.org. Hudson Institute of Mineralogy; abgerufen am 11. Oktober 2019 (englisch). 

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. 77 (englisch). 
3. Chalcopyrite. 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; 65 kB; abgerufen am 11. Oktober 2019]). 
4. Deutsches Wörterbuch von Jacob Grimm und Wilhelm Grimm – Gelbkies. In: woerterbuchnetz.de. berlin-brandenburgische Akademie der Wissenschaften, abgerufen am 11. Oktober 2019. 
5. Helmut Schröcke, Karl-Ludwig Weiner: Mineralogie. Ein Lehrbuch auf systematischer Grundlage. de Gruyter, Berlin; New York 1981, ISBN 3-11-006823-0, S. 164 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
6. Georgius Agricola: De Natura Fossilium. Hrsg.: Fritz Krafft. Marix Verlag GmbH, Wiesbaden 2006, ISBN 3-86539-052-8, S. 381. 
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. Ernest H. Nickel, Monte C. Nichols: IMA/CNMNC List of Minerals 2009. (PDF; 1,9 MB) In: cnmnc.units.it. IMA/CNMNC, Januar 2009, archiviert vom Original am 29. Juli 2024; abgerufen am 30. Juli 2024 (englisch). 
9. Friedrich Klockmann: Klockmanns Lehrbuch der Mineralogie. Hrsg.: Paul Ramdohr, Hugo Strunz. 16. Auflage. Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-82986-8, S. 430 (Erstausgabe: 1891). 
10. Hans Jürgen Rösler: Lehrbuch der Mineralogie. 4. durchgesehene und erweiterte Auflage. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie (VEB), Leipzig 1987, ISBN 3-342-00288-3, S. 313. 
11. Sydney R. Hall, James M. Stewart: The Crystal Structure Refinement of Chalcopyrite, CuFeS₂. In: Acta Crystallographica. B29, 1973, S. 579, doi:10.1107/S0567740873002943 (englisch). 
12. Nicholas T. Arndt, Lluís Fontboté, Jeffrey W. Hedenquist, Stephen E. Kesler, John F. H. Thompson, Dan G. Wood: Formation of mineral resources. In: Geochemical Perspectives. Band 6, Nr. 1, April 2017, Kap. 2, S. 18–51, doi:10.7185/geochempersp.6.1 (englisch, geochemicalperspectives.org [PDF; 29,7 MB; abgerufen am 19. Juli 2021]). 
13. Helmut Schröcke, Karl-Ludwig Weiner: Mineralogie. Ein Lehrbuch auf systematischer Grundlage. de Gruyter, Berlin; New York 1981, ISBN 3-11-006823-0, S. 159 ff. 
14. Localities for Chalcopyrite. In: mindat.org. Hudson Institute of Mineralogy, abgerufen am 11. Oktober 2019 (englisch). 
15. Rekorde im Mineralbereich. In: Mineralienatlas Lexikon. Geolitho Stiftung, abgerufen am 11. Oktober 2019. 
16. Fundort Arakawa Mine, Kyohwa, Akita Prefecture, Tohoku Region, Honshu Island, Japan. In: mindat.org. Hudson Institute of Mineralogy, abgerufen am 11. Oktober 2019 (englisch). 
17. Petr Korbel, Milan Novák: Mineralien-Enzyklopädie (= Dörfler Natur). Edition Dörfler im Nebel-Verlag, Eggolsheim 2002, ISBN 978-3-89555-076-8, S. 27 (als Kupferkies) (Anmerkung: Die als japanischer Fundort angegebene Grube „Arawaka“ ist vermutlich Falschschreibung, siehe Fundortbeschreibung „Arakawa Mine“ bei Mindat). 
18. Fundortliste für Chalkopyrit beim Mineralienatlas und bei Mindat, abgerufen am 11. Oktober 2019
19. Grant H. Heiken, David T. Vaniman, Bevan M. French: Lunar Sourcebook: A User's Guide to the Moon. Cambridge University Press, Cambridge, England 1991, ISBN 0-521-33444-6, Kap. 5 (Lunar Minerals), S. 151 (englisch, lpi.usra.edu [PDF; 64,2 MB; abgerufen am 19. Juli 2021]). 
20. David Barthelmy: Chalcopyrite Mineral Data. In: webmineral.com. Abgerufen am 11. Oktober 2019 (englisch). 
21. Carsten Deibel, Vladimir Dyakonov: Chalkopyrit-basierte Dünnschichtsolarzellen. Universität Oldenburg, archiviert vom Original am 12. Februar 2013; abgerufen am 11. Oktober 2019. 
22. Walter Schumann: Edelsteine und Schmucksteine. Alle Arten und Varietäten. 1900 Einzelstücke. 16., überarbeitete Auflage. BLV Verlag, München 2014, ISBN 978-3-8354-1171-5, S. 222. 

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