Tonminerale bezeichnet einerseitsMinerale, die überwiegend feinstkörnig (Korngröße < 2 µm) vorkommen, andererseits jedoch dieSchichtsilikate, die nach ihrer schichtartigen Kristallstruktur aus Silizium und Sauerstoff sowie Wasserstoff und meist Magnesium und Aluminium benannt sind. Beide Definitionen sind nicht deckungsgleich. Manche überwiegend feinstkörnig vorkommende Minerale, etwaGoethit oderGibbsit, sind keineSilikate. Andererseits gibt es Schichtsilikate, wie etwaKaolinit, die oft größer als zwei Mikrometer sind. Tonminerale bezeichnen daher in der Regel solche Minerale, die beide Kriterien erfüllen.
Tonminerale entstehen durchVerwitterung von anderen Mineralen bzw.Gläsern oder bilden sich neu aus übersättigtenBodenlösungen oderhydrothermalen Wässern. Bei derDiagenese kommt es zu Ordnungsprozessen in denKristallstrukturen der Tonminerale, die als Maß für die Reife einesSediments verwendet werden kann.
Tonminerale bestehen aus zwei charakteristischen Bauelementen:
Je nach Anordnung dieser Schichten unterscheidet man:
Durch die Substitution (v. a. von vierwertigem Si durch dreiwertiges Al in der Tetraederschicht oder von dreiwertigem Al durch zweiwertiges Mg in der Oktaederschicht) entsteht eine negative Schichtladung, die durch die Einlagerung vonKationen in derZwischenschicht neutralisiert wird. Die Schichtladung der 1:1-Tonminerale ist stets Null. Die 2:1-Tonminerale werden nach ihrer Schichtladung x klassifiziert:
Tonminerale mit nicht ganzzahligen Schichtladungen besitzen die Fähigkeit zurQuellung, das heißt zur temporären und reversiblen Wasseraufnahme in ihren Zwischenschichten.
Alternativ kann die Schichtladung in der Oktaederschicht auch dadurch kompensiert werden, dass nur zwei von drei Oktaedern besetzt sind. Daher unterscheidet man:
Tonminerale sind sehr weich (Mohs-Härte 1) und reagierenplastisch auf mechanische Beanspruchung. Sie wandeln sich beim Erhitzen in härtere und festere Minerale um (Keramik). Tonminerale besitzen eine großespezifische Oberfläche, an die Stoffe adsorbiert und desorbiert werden können. Mit der großen Oberfläche ist eine hoheKationenaustauschkapazität verbunden. Tonminerale haben eine geringe Wasserdurchlässigkeit.Suspensionen von Tonmineralen reagierenthixotrop auf mechanische Beanspruchung.
Die Art und der Anteil der Tonminerale in Böden bestimmt maßgeblich deren Fruchtbarkeit. 2:1-Tonminerale besitzen eine höhere Kationenaustauschkapazität als 1:1-Tonminerale und können daher mehr Nährstoffe wieKalium- oderAmmoniumionen an Pflanzen abgeben, während sie die von den Wurzeln abgegebenenHydroniumionen an deren Stelle in ihrer Zwischenschicht einlagern. Derkristallographische Ordnungsgrad des TonmineralsIllit wird von Mineralogen verwendet, um die Zeit zu bestimmen, die seit der Ablagerung eines Sediments vergangen ist. Er nimmt mit fortschreitenderDiagenese zu.
Ton ist der wichtigste und älteste Rohstoff für die Herstellung vonKeramik. Als Bestandteil vonLehm wird er für die Herstellung vonZiegeln benötigt. Daneben wird er zusammen mitKalkstein zur Produktion vonZement verwendet. In derBildenden Kunst dient er der Herstellung vonPlastiken. Tonminerale werden alsIonenaustauscher, beispielsweise bei der Säuberung von Trinkwasser und zum Entfärben von Lösungen eingesetzt. InsbesondereMontmorillonit wird wegen seiner Wasseraufnahmefähigkeit genutzt, zum Beispiel imKatzenstreu. Kaolinit wird auch in derPapierindustrie alsAppreturmittel verwendet, glättet die Oberfläche und nimmt Tinte auf.Blähton (stark porös gebrannter Ton) dient als isolierender Baustoff und für dieHydrokultur. Andere Tone dienen als Abdichtung inDeponien, sind Füll-, Trenn- undZuschlagstoffe inFarben,Lebensmitteln undpharmazeutischen Produkten oder werden alsKatalysatoren eingesetzt.
Zum Einsatz alsFüllstoff, beispielsweise inKunststoffen, werden Tone zuvor mit organischen Modifikatoren modifiziert, um sie organophil (d. h.hydrophob) zu machen. Dadurch verlieren sie zwar ihre gute Wasseraufnahmefähigkeit, lassen sich aber gut mitorganischen Stoffen (z. B.Polymerschmelzen) mischen. Sie können dann alsNanofüllstoff eingesetzt werden.
