Mineralogie

Die Mineralogie ist die Wissenschaft, die Mineralien untersucht

Ein Mineral

ist eine natürlich gebildete Substanz, meist anorganisch, ausnahmsweise organisch.

Ein bestimmtes Mineral ist durch eine chemische Formel und eine kristalline Struktur gekennzeichnet, das heißt jeweils durch die Art der Atome, aus denen es besteht, und deren Anordnung im Raum. Die Mineralogie konzentriert die verschiedenen Ansätze zur Untersuchung von Mineralien auf diese theoretischen Grundlagen.

Mehrere Eigenschaften und Methoden ermöglichen die Charakterisierung eines Minerals. Um ein bestimmtes Mineral zu untersuchen, nutzt der Mineraloge unter anderem:
• seine kristalline Struktur im festen Zustand (meist mit Hilfe der Röntgenbeugung untersucht)
• seine chemische Zusammensetzung (oft mit der Elektronenmikrosonde analysiert)
• seine mechanischen Eigenschaften: Dichte oder Massendichte, Härte, Spaltbarkeit, Bruch, Fraktur, Tastsinn
• seine optischen Eigenschaften: Farbe, Strichfarbe, Glanz, Transparenz, Brechungsindex, interferenzanalytische Untersuchung mit Röntgenstrahlen
• die Bindungen zwischen den Atomen, die insbesondere kovalent, ionisch oder metallisch sein können
• seine chemischen Eigenschaften: Photolumineszenz, Reaktivität mit Säuren, Färbung in der Flamme
• seine Phase (fest, flüssig oder gasförmig)
• seine Löslichkeit (in Wasser und in Säuren)
• seine elektrischen und thermischen Eigenschaften.

Die Mohs’sche Härteskala

wurde 1812 vom deutschen Mineralogen Friedrich Mohs erfunden, um die Härte von Mineralien zu messen. Die Nummer 1 ist die weichste (Talk) und die Nummer 10 die härteste (Diamant).

Die kristalline Struktur

(Struktur eines Kristalls) wird vollständig durch die Parameter seines Bravais-Gitters, seine Raumgruppe und die Position der Atome in der Elementarzelle beschrieben. Diese Atome wiederholen sich im Raum durch die Symmetrieoperationen der Raumgruppe und bilden so die kristalline Struktur. Diese Struktur ist ein grundlegendes Konzept für viele Bereiche der Wissenschaft und Technologie.

Ein Bravais-Gitter

ist ein Netz von Knoten, das durch Translation entlang von Basisvektoren aus einem einzigen Knoten entsteht. Bravais-Gitter werden in 14 Typen in drei Dimensionen (5 Typen in zwei Dimensionen) eingeteilt und repräsentieren die Periodizität der kristallinen Struktur. Diese wird aus einer minimalen Menge von Atomen gebildet, die die asymmetrische Einheit besetzen und im Raum gemäß den Operationen der Raumgruppe des Kristalls wiederholt werden. Alle kristallinen Materialien besitzen eine Periodizität, die einem dieser Gitter entspricht (nicht jedoch Quasikristalle).

Die Spaltbarkeit

ist die Fähigkeit bestimmter Mineralien, sich entlang ebener Flächen in bevorzugten Richtungen zu spalten, wenn sie mechanischer Belastung (einem Schlag oder einem kontinuierlichen Druck) ausgesetzt sind. Das Vorhandensein und die Orientierung der Spaltebenen hängen von der Symmetrie und der kristallinen Struktur ab. Wenn die Bruchflächen unregelmäßig sind, spricht man von Bruch. Spaltbarkeit und Bruch sind wichtige Kriterien zur Bestimmung von Mineralien.
Es gibt manchmal Trennebenen, die keine Spaltflächen sind. Diese Trennungen hängen nicht direkt mit der Kristallstruktur zusammen, sondern lassen sich durch Variationen in der Gittergeometrie erklären, die durch einen Defekt verursacht werden: Verwitterung, Vorhandensein von Zwillingen…
Die Spaltbarkeit ist ein wichtiger Faktor, den Edelsteinschleifer bei der Bearbeitung von Edelsteinen berücksichtigen. Steine mit leichter Spaltbarkeit können brechen, was sie schwer zu schleifen macht, da die Spaltebenen manchmal sehr schwer zu erkennen sind. Im Gegensatz dazu nutzen Schlagtechniken die Spaltbarkeit, um einen Stein entsprechend seiner natürlichen Kristallform zu gestalten. Die Spaltbarkeit wurde auch verwendet, um große Kristalle in kleinere Stücke zu teilen.