Mineralien : Glitzernde Kostbarkeiten Allgemeines Ein

Mineralien : Glitzernde Kostbarkeiten
Allgemeines
Ein Mineral ist ein homogener, meist fester, kristalliner und anorganischer Grundbaustein der
natürlichen Materie. Eine Mineralart ist durch ihre chemischer Zusammensetzung und innere
Struktur bestimmt. Abarten einer Mineralart (abweichende Farbe, leicht abweichender Chemismus,
usw.) werden als Varietät bezeichnet (z.B. Amethyst = violetter Quarz; Sericit = feinstschuppiger
Muskovit; etc.). Sie sind keine eigenständigen Minerale.
Neue Minerale müssen von einer Kommission, der International Mineralogical Association (IMA)
anerkannt werden. Der Entdecker muss das neue Mineral so genau wie möglich beschreiben, seine
chemische Zusammensetzung, aber auch den inneren Aufbau (das Kristallgitter) bestimmen. Dann
werden diese Daten von der IMA geprüft und mit den bereits bekannten Mineralen verglichen:
Handelt es sich tatsächlich um einen Neufund, oder ist es "nur" eine neue Varietät eines schon
bekannten Minerals? Erst wenn das Mineral von der IMA als neu anerkannt ist, darf es
veröffentlicht werden.
Mineralnamen
Mit der Beschreibung des neuen Minerals wird der IMA auch eine Name vorgeschlagen. Er muss
eindeutig sein und darf nicht zu Verwechslungen führen. Die meisten Mineralnamen enden auf -it.
Als Namensgeber können dienen:
Personen (Entdecker, berühmte Persönlichkeiten ...): z.B. Goethit, nach dem Schriftsteller und
Mineraliensammler Johann Wolfgang von Goethe
Fundorte (meist der Ort des Erstfundes): z.B. Weinebeneit, nach der Lokalität Weinebene auf der
Koralpe, Steiermark
Der Chemismus (natürliche und künstliche Namen): z.B. Berborit, ein Beryllium-Bor-Mineral
Die physikalischen Eigenschaften: z.B. Coelestin, von lat. coelestis = himmelblau
Neben den von der IMA anerkannten Namen gibt es noch eine Unzahl anderer Bezeichnungen.
Einige sind historische Namen aus der Sprache der Bergleute (z.B. "Zinkblende" statt Sphalerit),
andere Phantasiebezeichnungen findiger Mineralienhändler, die ihre Ware durch spektakuläre
Namen noch interessanter machen wollen (z.B. "Fernsehstein" statt Ulexit).
Glitzernde Kostbarkeiten - Kristallographie
Kristalle sind aus Atomen oder Atomgruppen aufgebaut. Diese Bauteile bilden einen für jede
Kristallart charakteristischen Bauplan. Dabei lagern sie sich in alle drei Raumrichtungen parallel
aneinander. Der Feinbau, die Struktur der Kristalle, wird durch die Art und das Mengenverhältnis,
durch das Grössenverhältnis und die gegenseitige Anziehungskraft der Bauteilchen bestimmt. Es
entsteht ein Kristallgitter.
Kristallsymmetrie
Direkt aus dem Kristallgitter ist die Symmetrie eines Kristalles ableitbar. Die bekannteste
Symmetrieart ist die Spiegelsymmetrie: Wenn man eine Hälfte des Kristalls an einer gedachten
Ebene spiegelt, so bekommt man die andere Kristallhälfte. Ein Kristall kann mehrere
Symmetrieebenen aufweisen (z.B. beim Würfel insgesamt 9 Stück!)
Eine andere Form der Symmetrie erhält man durch Drehen des Kristalls um eine gedachte Achse.
Bei vierzähliger Symmmetrie bekommen wir bei einer vollen Umdrehung viermal dasselbe Bild,
bei dreizähliger Symmetrie dreimal, bei zweizähliger nur zweimal.
Beim Symmetriezentrum = Inversionszentrum wird jeder Punkt des Kristalls an einem gedachten
Mittelpunkt gespiegelt.
Kristallsysteme und Kristallklassen
Kristalle können nach ihren Symmetrie-Eigenschaften gruppiert werden. Man unterscheidet
insgesamt 32 Kristallklassen, die wiederum in sieben Kristallsysteme zusammengefasst werden
können. Diese sind über die Längenverhältnisse der Kristallachsen und deren Winkel definiert.
Kristallformen
Die Flächen eines Kristalles sind nicht willkürlich verteilt. Sie folgen dem Kristallgitter und den
damit verbundenen Symmetriegesetzen. Mehrere Kristallflächen bilden eine Kristallform, wobei
alle Flächen eine gleiche Stellung im Achsensystem haben. Z.B. Würfel: jede Fläche schneidet
eine Achse senkrecht und liegt parallel zu den anderen beiden Achsen; Oktaeder: jede Fläche
schneidet alle 3 Achsen im selben Abstand. Kristallformen können einen Raum umschliessen
(geschlossene Formen), müssen dies aber nicht (offene Formen).
Achtung: ein Kristall kann aus mehreren Kristallformen bestehen, z.B. Kombination aus Würfel
und Oktaeder oder Prisma und (Di-)Pyramide!
Tracht
Die Tracht ist die Gesamtheit der an einem Kristall auftretenden Flächenarten (= Kristallformen).
Habitus
Das Gesamtbild eines Kristalls - unabhängig von den tatsächlich ausgebildeten Flächen, wird als
Habitus bezeichnet. Ein Kristall kann langprismatisch, kurzprismatisch, isometrisch, nadelig,
säulig, faserig usw. sein.
Mineralzwillinge
Zwillinge entstehen, wenn zwei Kristalle gleicher Art und Ausbildung miteinander verwachsen. Die
beiden Zwillingsindividuen liegen entweder spiegelbildlich zur Zwillingsebene, oder können durch
Drehung um 180° um eine Zwillingsachse miteinander zur Deckung gebracht werden. Man
unterscheidet Berührungszwillinge und Durchwachsungszwillinge.
Abnormale Kristalle
Als Folge von besonderen Bildungsbedingungen können einzelne Flächen eines Kristalles schneller
wachsen. Der Kristall erscheint verzerrt. Dennoch kann seine Symmetrie eindeutig ermittelt
werden: Alle Flächen stehen zueinander immer im selben Winkel!
Wachstums-Unregelmässigkeiten
an einem
Quarz-Kristall
Fundort:
Frutzschlucht
bei Rankweil
Manchmal wachsen die Kanten eines Kristalls schneller als die Flächen. Es entsteht ein "Rahmen"
um eine vertieft liegende Kristallfläche. Man spricht von Fensterbildungen. Später versucht der
Kristall, auch die Fläche auszufüllen. Um Material zu sparen, bildet sich eine "Fensterscheibe"
zwischen den Kanten, wobei der darunter liegende Raum frei bleibt. Er wird (je nach
Entstehungsort des Kristalls) mit Flüssigkeit oder Ton gefüllt. Der Fachmann nennt dies
Skelettbildungen.
Glitzernde Kostbarkeiten : Kristallphysik
Härte
Die Härte ist der Widerstand, den ein Mineral der mechanischen Beanspruchung entgegensetzt. Um
sie zu bestimmen, hat der österreichische Mineraloge Friedrich MOHS (1773-1839) eine zehnteilige
Härteskala erstellt:
1
Talk (Steatit)
mit dem Fingernagel schabbar
2
Gips
mit dem Fingernagel ritzbar
3
Calcit
mit Kupfermünze ritzbar
4
Fluorit
mit Taschenmesser leicht ritzbar
5
Apatit
mit Taschenmesser noch ritzbar
6
Orthoklas
mit Stahlfeile ritzbar
7
Quarz
ritzt Glas
8
Topas
9
Korund
10
Diamant
Minerale mit höherem Härtegrad ritzen Minerale mit niedrigerem Härtegrad. Die Ritzhärte kann
richtungsabhängig sein!
In vielen Fällen (speziell in der Gemmologie = Edelsteinkunde) ist diese Ritzhärte zu ungenau. Bei
einer anderen Methode wird der Kristall unter einer belasteten Metall- oder Diamantspitze
vorbeibewegt. Das Belastungsgewicht, das gerade noch eine Ritzung erzeugt, gilt als Maß für die
Härte (Sklerometer; von gr. skleros = hart). Die Schleifhärte wird ermittelt, indem das Mineral
unter kontrollierten Bedingungen geschliffen wird. Der Material- bzw. Gewichtsverlust innerhalb
eines definierten Zeitintervalls dient als Maß für die Härte. Zur Ermittlung der Eindruckhärte wird
eine Diamantpyramide mit einem Druck in den Kristall gedrückt. Die Grösse des entstandenen
Hohlraumes gibt die Härte des Minerals an.
Dichte
Die Dichte gibt an, wie schwer eine bestimmte Volumsmenge eines Minerals ist. Sie wird in g/cm³
bzw. t/m³ angegeben. Die Dichte kann durch Verunreinigungen beträchtlich schwanken. Minerale
mit einer Dichte über 2,95 werden als Schwerminerale bezeichnet. Sie geben wertvolle Hinweise
auf die Entstehung eines Gesteins. Ihre Abtrennung aus Sand oder pulverisiertem Gestein erfolgt
durch Schwereflüssigkeiten (Bromoform, Tetrabrom-methan, Natrium-Polywolframat in wässriger
Lösung): leichte Minerale schwimmen auf der Trennflüssigkeit, schwerere sinken ab und können in
einem Filter aufgefangen werden.
Durchsichtigkeit (Lichtabsorption, Transparenz)
Die Durchsichtigkeit gibt grob an, wieviel Licht ein Mineral durchlässt. Man unterscheidet:
durchsichtig
man kann eine Schrift lesen
halbdurchsichtig man erkennt Gegenstände bzw. Schrift nur undeutlich
durchscheinend durch dünne Kristalle oder an den Kanten kann Licht
durchscheinen
undurchsichtig
= opak; das Mineral lässt auch in dünnsten Plättchen kein Licht
durch
Farbe
Wird ein Mineral mit weissem Licht (z.B. Tageslicht) bestrahlt, so werden bestimmte Wellenlängen
= Farben "verschluckt". Nur ein Teil des ursprünglichen Lichtes wird zurückgeworfen. Dadurch
ergibt sich ein charakteristischer Farbeindruck. Wird alles Licht verschluckt, so erscheint der Kristall
schwarz.
Manche Minerale zeigen immer dieselbe Farbe. Sie sind eigenfarbig (idiochromatisch). Bei anderen
hängt der Farbeindruck von Fremdstoffen, Einschlüssen, Fehlstellen im Kristallgitter ab. Sie werden
als fremdfarbig (allochromatisch) bezeichnet. Ein Musterbeispiel wäre Fluorit (Flussspat). Bei
diesem Mineral kann schon ein einzelner Kristall mehrere Farben aufweisen. Oft ist er zonar
gebaut, d.h. "Schichten" oder Zonen unterschiedlicher Farbe wechseln miteinander ab (hell dunkel -hell - dunkel ...).
Strichfarbe
Nicht immer stimmt die Farbe von Mineralpulver mit der des ursprünglichen Kristalls überein.
Speziell bei fremdfarbigen Mineralen kommen Farbabweichungen vor. Die Farbe des Pulvers kann
leicht bestimmt werden. Man streicht mit dem Mineral über eine unglasierte Porzellantafel und zieht
einen Strich - daher spricht der Mineraloge von Strichfarbe. Dies funktioniert natürlich nur bei
Mineralen, die weicher als Porzellan sind. Bei einer Härte über 6 muss das Mineral im Mörser
pulverisiert werden.
Pleochroismus
griech. pleon = mehr, chroma = Farbe. Manche Kristalle zeigen in verschiedenen Richtungen je
nach Lichteinfallsrichtung unterschiedliche Farben. Mit Ausnahme der kubischen Kristalle sind alle
Minerale doppelbrechend (siehe unter Kristalloptik). Die durch die Doppelbrechung aus einem
Lichtstrahl entstehenden beiden Strahlen werden in unterschiedliche Richtungen unterschiedlich
stark verschluckt. Ausgeprägten Pleochroismus zeigen manche Hornblenden und Turmalin. Dieses
Phänomen ist besonders schön im polarisierten Durchlicht zu beobachten.
Spaltbarkeit und Bruch
Im Kristallgitter können die Atome Schichten bilden, die unterschiedlich stark miteinander
verbunden sind. Sind in einer Ebene nur geringe Anziehungskräfte zwischen den Bauteilen des
Kristallgitters vorhanden, so kann das Mineral in dieser Richtung bevorzugt gespalten werden.
Glimmer ist ein Mineral, das im Kristallgitter einen ausgeprägten Lagenbau zeigt. Deswegen
können grössere Glimmerkristalle mit dem Messer leicht in dünne Blättchen gespalten werden. Bei
anderen Mineralen (Calcit, Feldspat) ist zum spalten eine stärkere Krafteinwirkung nötig (leichter
Schlag mit dem Hammer). Quarz dagegen ist regelmässiger aufgebaut, die Anziehungskräfte
zwischen den Atomgruppen sind in alle Richtungen gleich. Quarz zeigt keine Spaltbarkeit, sondern
zerbricht unregelmässig. Man unterscheidet vollkommene, gute, undeutliche und fehlende
Spaltbarkeit (je nach Lehrbuch können auch andere Bezeichnungen auftreten).
Auch das Aussehen der Bruchfläche ist ein wichtiges Bestimmungsmerkmal. Bruchflächen können
glatt, eben, uneben, muschelig, splittrig oder hakig sein.
Kristalloptik
Lichtbrechung
Ein Lichtstrahl wird beim Übergang von Luft ins Wasser gebrochen: Stelle einen Löffel in ein Glas
Wasser und blicke von oben hinen. Es schaut aus, als ob der Löffel einen Knick hätte!
Dasselbe passiert mit einem Lichtstrahl am Übergang von Luft (oder einem anderen Medium) in
den Kristall. Wie stark der Lichtstrahl abgelenkt wird, hängt vom Mineral, aber auch von der Farbes
des Lichtes ab. Der Brechungsindex ist das Verhältnis zwischen Einfallswinkel und Ausfallswinkel (n
= sin alpha / sin beta). Um ihn zu ermitteln, wird gelbes Licht von einer genau definierten
Wellenlänge verwendet.
Doppelbrechung
Bei fast allen Mineralen wird der durchgehende Lichtstrahl nicht nur gebrochen, sondern auch noch
in zwei Strahlen aufgespalten. Nur die kubischen Minerale sind einfachbrechend.
Lege ein durchsichtiges Spaltstück von Calcit auf eine Zeitung. Du wirst die Schrift doppelt sehen!
Bei anderen Kristallen ist die Doppelbrechung weniger stark und wird kaum wahrgenommen.
Das Maß der Doppelbrechung ist ein wichtiges Bestimmungsmerkmal für Minerale unter dem
Durchlicht-Mikroskop.
Glitzernde Kostbarkeiten : Mineralchemie
Ein Mineral besteht aus chemischen Elementen. Sie bilden den Grundbaustein des Kristallgitters,
die Elementarzelle. In dieser Elementarzelle sind die einzelnen Elemente in einem ganz genau
definierten Verhältnis vertreten. Dieses Verhältnis gilt natürlich auch für das gesamte Mineral und
wird durch eine einfache chemische Mineralformel ausgedrückt. Im Idealfall stehen die
chemischen Elemente in einem ganzzahligen Verhältnis.
Die Minerale werden nach ihrer chemischen Zusammensetzung klassifiziert (Klassifikation nach H.
STRUNZ)
I
Elemente
II
Sulfide
III
Halogenide
IV
Oxide und Hydroxide
V
Karbonate
VI
Sulfate, (Chromate, Molybdate, Wolframate)
VII
Phosphate, Arsenate, Vanadate
VIII
Silikate
IX
organische Minerale
Minerale können Wasser enthalten. Konstitutionswasser ist eine (OH)--Gruppe, die erst beim
Erhitzen auf einige 100°C entweicht. Kristallwasser ist als H2 O-Moleküle an ganz bestimmte
Gitterplätze gebunden. Es wird beim Erhitzen leicht abgegeben, wobei das Kristallgitter
zusammenbricht. Zeolithwasser befindet sich in Hohlräumen im Kristallgitter ohne eine fixen Platz.
Lesen von chemischen Formeln
Auch wenn Mineralformeln auf den ersten Blick verwirrend aussehen, so verraten sie dennoch viel
über den Aufbau des Minerals. z.B. Co3[AsO4]2·8H2O (Erythrin = Kobaltblüte) ist eine Arsenat,
wobei 1 Arsen-Atom mit 4 Sauerstoff-Atomen einen Tetraeder [AsO4] bildet. Zwei dieser
Tetraeder sind durch 3 Cobalt-Atome verbunden: Co3[AsO4]2. Dazu kommen noch 8
Wassermoleküle als Kristallwasser.
Flüssigkeits-Einschluss
in einem Quarz-Kristall
aus der Frutz-Schlucht
bei Rankweil
Verunreinigungen
Idealformeln haben eine Nachteil: Sie sind in der Natur nur selten verwirklicht. Sehr oft sind
Minerale durch fremde Elemente verunreinigt. Manchmal sind es gerade diese Verunreinigungen,
die die Minerale interessant machen. So enthält Bleiglanz gewisser Lagerstätten (z.B. im Grazer
Bergland) einen gewissen Anteil Silber, sodass er in früheren Jahrhunderten als Silbererz
abgebaut wurde. Zinkblende ist fast immer mit Cadmium und Germanium verunreinigt. In
Bleiberg (Kärnten) waren diese Verunreinigungen zwar willkommenes Nebenprodukt der
Zinkgewinnung, sorgten aber für eine zusätzliche Umweltbelastung. In anderen Fällen haben die
Verunreinigungen zwar keine wirtschaftliche Bedeutung, verleihen dem Stein aber seine Farbe.
Smaragd wird erst durch verschwindend kleine Anteile an Chrom grün!
Flüssigkeits-Einschluss
in einem Quarz-Kristall
aus der Frutz-Schlucht
bei Rankweil