Cationic and anionic ordering in tetrahedral and octahedral sheets of synthetic Al-rich phlogopite investigated by solid-state NMR spectroscopy and Monte-Carlo simulations

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Aufklärung des Zusammenhangs zwischen Kationen- und Anionenordnung in den Tetraeder- und Oktaederschichten des Glimmers Phlogopit. Synthetische Al-reiche Phlogopite unterschiedlichster F-Gehalte wurden mithilfe von Festkörper-NMR-Spektroskopie und Röntgenpulverdiffraktion untersucht und mit den Ergebnissen von Monte-Carlo-Simulationsrechnungen der Ordnungsphänomene verglichen. Dabei zeigte sich, dass Si/Al-Ordnung in den Tetraederschichten von der Wechselwirkung zwischen nächsten Nachbarn dominiert wird, die verhindert, dass zwei Al-Atome benachbarte Plätze besetzen. Auf die gleiche Weise ordnen sich Mg/Al in der Oktaederschicht. Dazu bilden sich in beiden Schichten Al-reiche Cluster, während der Rest der Struktur die Zusammensetzung des reinen Mg-Phlogopit-Endglieds besitzt. Die Wechselwirkung zwischen oktaedrischem und tetraedrischem Al ist positiv, so dass sich die Al-reichen Cluster in beiden Schichten übereinander anordnen.The aim of this study was to investigate the relationship between cationic and anionic ordering in the tetrahedral and octahedral sheets of the mica phlogopite. Synthetic Al-rich phlogopites of different F-contents have been investigated using solid-state NMR spectroscopy and X-ray powder diffraction. The results have been compared to Monte-Carlo simulations of the ordering processes. It has been found that ordering in the tetrahedral sheets is dominated by next-nearest-neighbour interactions leading to an avoidance of two Al-atoms occupying directly neighboured sites. In a similar fashion Mg/Al order in the octahedral sheets. As a result, Al-rich clusters form while the rest of the structure shows the composition of the Mg-phlogopite end-member. These Al-rich clusters in both sheets are located next to each other due to positive interaction between octahedral and tetrahedral Al