Mineraleigenschaften

Kristallform (Morphologie, Tracht, Habitus)

Minerale und Kristalle kommen in unterschiedlichen Größen vor. Sehr kleine Kristalle besitzen Dimensionen im µm-Bereich (Tausendstel Millimeter). Sie können nur mit Hilfe des Mikroskops sichtbar gemacht werden, während die meisten Minerale per Lupe oder mit dem bloßen Auge zu beobachten sind. Zur Identifikation eines Minerals dienen verschiedene Eigenschaften, von denen die Kristallform (wenn sie denn ausgebildet ist) als erstes auffällt und weiterhilft.

Die Gesamtheit der an einem Kristall entwickelten Flächen (die Form) bezeichnet man als Tracht.
Der Habitus (die Gestalt) des vorliegenden Kristalls ergibt sich aus dem Größenverhältnis der Flächen zueinander und dem formbestimmenden Vorherrschen einzelner Flächen bei Zurücktreten anderer.
Zwei Kristalle können bei gleicher Tracht (z.B. der Würfel) einen verschiedenen Habitus aufweisen (z.B. würfeliger und verzerrter, quaderförmiger Pyrit) und umgekehrt den gleichen Habitus bei verschiedener Tracht (Würfel und Oktaeder) zeigen.

Als Grundtypen des Habitus können unterschieden werden:

• Isometrische Formen, d.h. Formen, die nach den drei Raumdimensionen in gleichem Maße entwickelt sind: Rhombendodekaeder (Tracht) des Almandins, Oktaeder (Tracht) des Magnetits, Würfel (Tracht) und Oktaeder (Tracht) des Pyrits u.a.
• Formen, die hauptsächlich nach zwei Richtungen ausgedehnt sind: tafelig (Baryt), blättrig (Biotit) und schuppenförmig (Hämatit, Lepidolith = griech. lepis, Schuppe).
• Formen, die nach einer Richtung gestreckt sind: säulenförmig-prismatisch (Beryll, Epidot, Andalusit), nadelig (Millerit), haarförmig (Jamsonit, Var. Plumosit) oder faserig (Chrysotil = griechisch "goldene Faser", eine Asbestart).

Unter der Härte versteht man die Größe des Widerstandes, den ein gegebenes Mineral einer beliebigen mechanischen äußeren Einwirkung entgegensetzt.

Man unterscheidet Ritz-, Bohr-, Eindruck- und Schleifhärte.

Es ist heute immer noch üblich und zweckmäßig, die Härte der Minerale nach der von F. MOHS im Jahre 1822 aufgestellten Testskala mit 10 Härtegraden zu bestimmen, wobei jeder Härtegrad durch ein häufig vorkommendes Mineral vertreten ist. Es handelt sich um die bekannte MOHSsche Härteskala, die von Talk als weichstem Mineral (Härte 1) bis zum Diamanten als härtestem Mineral (Härte 10) reicht.

Über 100 Jahre später hat TRÖGER (1954) festgestellt, dass MOHS bei der Auswahl der Testminerale einen ausgesprochen guten Griff getan hat. MOHS war nämlich bemüht, möglichst gleiche Skalenabstände zu haben und andererseits leicht erhältliche Testminerale zu verwenden. Wie die Tabelle zeigt, ist ihm die Gleichheit der Skalenabstände erstaunlich gut gelungen. Sie entsprechen in etwa den Werten einer geometrischen Reihe (wobei Quarz gleich 100 gesetzt wird), die auch den Mittelwerten entsprechen, welche nach verschiedenen Methoden der Härtebestimmung (u.a. Sklerometer-, Hobel-, Schleif-, Vickers-Pyramideneindruckmethode) bestimmt werden.

MOHS hat für den Gebrauch seiner Härteskala einige Vorschriften gemacht, gegen die heutzutage meistens verstoßen wird! So hat er die beiden ersten Glieder, Talk und Gips, sehr genau definiert. Für den Talk verwendete er die "Veroneser Kreide", einen dichten Talkschiefer, der etwa unserer "Schneiderkreide", die ja auch aus Talk besteht, entspricht. Für den Gips hat er ebenfalls eine dichte Varietät und keine Kristalle - wegen ihrer merklichen Härteanisotropie (d.h. der Richtungsabhängigkeit der Härte) - verwendet. Er sprach sich auch dagegen aus, durch gegenseitiges Ritzen die Härte zu bestimmen, sondern empfahl ein Schaben auf den Kanten, so dass die Unterschiede, die durch die verschiedene Belastung von Spitze und Fläche bei gleichem Druck entstehen, vermieden werden können. MOHS verwendete selbst nur Messer und Feile bis zur Härte von etwa 8, und er war damit in der Lage, aus der Menge des Pulvers (übrigens sieht man dabei gleich die Strichfarbe des Minerals!) beim Schaben der Kanten und aus der Höhe des hörbaren Tones mit der Feile auf die Härte des Minerals zu schließen. Wenn man seinen Worten glauben will, konnte er seine Härtegrade noch in Zehntel unterteilen!

Die Abhängigkeit der Härte von der Ritzrichtung (die Härteanisotropie) ist sehr deutlich beim Disthen ausgeprägt, der in der Längsrichtung nur Härte 4 1/2 , in der Querrichtung dagegen Härte 7 aufweist. Noch extremer verhält sich Graphit, dessen Ritzhärte auf der Basisfläche (0001) nur 1 beträgt, senkrecht dazu aber (theoretisch) fast Diamanthärte erreicht. Kristallchemisch hängt die Härte der Minerale vom Gitterbau (dem Strukturtyp), den Atom- bzw. Ionenradien und von der Festigkeit der Bindung ab

Minerale werden aufgrund ihrer Härte in vielen Bereichen eingesetzt. Harte Minerale, wie Diamant, Korund, Granat etc. sind effektive Schleif- und Poliermittel. Weiche Minerale finden als Schmiermittel (Graphit, Molybdänit) oder in der Kosmetik (Talk, Kaolin) ihre Verwendung.

Neben der Härte wird auch die Spaltbarkeit eines Minerals maßgeblich vom inneren Zusammenhalt der Kristalle (die sog. Kohäsion) bestimmt. Wird die Kohäsion durch äußere Einwirkung gestört, so kann eine Volumenveränderung, Gestaltveränderung und schließlich ein Zerreißen des Kristalls erfolgen. Sind die Zerreißflächen unregelmäßig-muschelig (z.B. beim Quarz) oder splittrig-uneben (z.B. beim Vesuvian) ausgebildet, so spricht man von einem Bruch, sind sie dagegen mehr oder weniger eben und glatt, so werden sie als Spaltflächen bezeichnet. Bei diesen Spaltflächen handelt es sich immer um dicht besetzte Gitterebenen, die zudem in sich elektrostatisch weitgehend abgesättigt sein müssen.

Die Güte der Spaltbarkeit wird qualitativ als höchst vollkommen (Galenit, Fluorit), vollkommen (Sphalerit), gut, deutlich, undeutlich (Beryll) und angedeutet bezeichnet, wobei an einem Kristall mehrere Spaltbarkeiten verschiedener Güte vorhanden sein können. Der Zusammenhang zwischen Spaltbarkeit und Struktur ist bei vielen Kristallen sehr augenfällig. So haben alle Phyllosilikate (Schichtsilikate) mit ihrer zweidimensionalen Vernetzung der SiO₄-Tetraeder eine ausgezeichnet blättrige Spaltbarkeit (z.B. Muskovit), und fast alle Inosilikate mit eindimensional verknüpften Tetraederketten eine gute prismatische Spaltbarkeit parallel zur Kettenrichtung (z.B. Aktinolith).

Die Farbe der Minerale wird meist durch die selektive Absorption bestimmter Wellenlängen des Lichtes (bei durchsichtigen Mineralen) und durch selektive Reflexion (bei undurchsichtigen Mineralen) erzeugt.

Man unterscheidet drei Arten der Farberscheinung:

I. Idiochromatische Farben (Eigenfarbe)
In vielen Fällen wird die Farbe eines Minerals durch die inneren Eigenschaften des Minerals selbst bedingt. Diese Minerale mit typischen Farben erhielten die Bezeichnung idiochromatisch (gr. idios, eigentümlich). Die Ursachen der charakteristischen Farben sind von Mineral zu Mineral verschieden. Viele Minerale verdanken ihre Farbe einem Farbträger (Chromophor), der ein Hauptelement der chemischen Verbindung darstellt. Farbträger sind z.B. Cu (Malachit, Azurit), Cd (Greenockit), V (Vanadinit), Mn (Rhodochrosit, Pyroxmangit), Co (Erythrin), Ni (Annabergit), Cr (Krokoit) u.a.

II. Allochromatische Farben (Färbung)
Farben, die nicht von der chemischen Natur des Minerals selbst abhängen, bezeichnet man als allochromatisch (gr. allos, fremd). Da diese dem eigentlichen Mineral fremd sind, kann ein und dasselbe Mineral unterschiedliche Farben und Farbtöne aufweisen. Meist steht die Färbung dieser Minerale mit fremden, fein verteilten mechanischen Gemengen in Zusammenhang, die durch Farbträger eine bestimmte Farbe haben. So ist Quarz, der gewöhnlich in Gestalt farbloser, manchmal vollkommen durchsichtiger Kristalle vorkommt (Bergkristall) auch rotviolett (diese Varietät heißt Amethyst), rosa (Rosenquarz), grün (Prasem), goldgelb und zitronengelb (Citrin), graubraun oder rauchfarben (Rauchquarz), tiefschwarz (Morion) und schließlich milchweiß (Milchquarz) gefärbt. Bekannt sind ferner die mannigfaltigen Färbungen der Achate, der Fluorite (z.B. violett und grün) und der Korunde (Rubin und Saphir). Unterschiedlich hohe Gehalte an Chrom, dessen Bezeichnung selbst schon auf diese seine Eigenschaft hinweist (gr. chroma, Farbe), bewirken sehr intensive Färbungen der Minerale, wie Rotfärbung (Rubin), Grünfarbung (Uwarowit, Smaragd), Violettfärbung (Kämmererit).

Im Unterschied zu den idiochromatischen Mineralen (Strichfarbe ähnelt der Eigenfarbe) besitzen die allochromatischen Minerale meist einen farblos-weißen Strich (die sog. Strichfarbe auf unglasiertem Porzellan).

III. Pseudochromatische Färbung
In einigen durchsichtigen Mineralen ist zuweilen ein Farbspiel zu beobachten, das durch Interferenz des auffallenden Lichtes in Verbindung mit seiner Reflexion von den inneren Spaltflächen und zuweilen auch von der Oberfläche irgendwelcher Einschlüsse hervorgerufen wird. Diese Erscheinungen, die von irisierenden Ölhäutchen auf Wasserpfützen bekannt ist, werden als Pseudofärbung bezeichnet. Hervorragendes Beispiel ist das Mineral Labradorit, in dem besonders auf polierten Flächen in gewissen Stellungen schön schillernde blaue und grüne Farben auftreten, die durch die vollkommene Spaltbarkeit bedingt werden, längs deren Ebenen sich feinste Plättchen des Ilmenits oder anderer Minerale abgesondert haben. Irisierende, bunt gefärbte Häutchen (sog. Anlauffarben, die nichts mit der Eigenfarbe des Minerals zu tun haben) sind nicht selten auf der nierenförmigen Oberfläche des Limonits, auf den Kristallen des Hämatits und auf den leicht oxidierten Oberflächen des Bornits und Chalkopyrits zu sehen.

Eine besondere Art der Färbung beruht auf den Einfluss ionisierender Strahlen, die von geringen Gehalten an radioaktiven Elementen im Gitter des Minerals (oder in Nachbarmineralen) ausgesandt werden. Diese Bestrahlungsverfärbung lässt sich häufig am Rauchquarz, Fluorit und Steinsalz beobachten.

Gut entwickelte Kristalle, Spaltstücke und ebene Bruchflächen glänzen im schräg reflektierten Licht sehr verschieden, abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit, der Höhe der Lichtbrechung, der Absorption und noch anderem.

• Metallglanz von verschiedener Stärke besitzen undurchsichtige Kristalle mit einem hohem Reflexionsvermögen und hohem Brechungsindex (über 3). Er ist beobachtbar besonders am frischen Bruch und an polierten Flächen von Metallen (z.B. Gold) und Sulfiden (z.B. Antimonit), aber nur an wenigen Oxiden (z.B. Pyrolusit).
• Halbmetallglanz zeigen Minerale durchsichtige und halbdurchsichtige Minerale mit einem Brechungsindex n = 2.6 bis 3.0 (z.B. Cuprit, Hämatit).
• Diamantglanz ist typisch für durchsichtige Kristalle mit hoher Lichtbrechung von n = 1.9 bis 2.6 (z.B. Zirkon, Diamant, dunkler Sphalerit).
• Glasglanz zeigen die meisten klar durchsichtigen Kristalle mit einer mittleren Lichtbrechung von n = 1.3 bis 1.9 (z.B. Eis, Fluorit, Quarz u.v.a.).
• Fettglanz, Permutterglanz, Seidenglanz und Porzellanglanz beschreiben noch andere, gleichzeitig mit den oben genannten, auftretenden Erscheinungen. Sie beruhen auf:
  > verschieden starke Verwitterungen (Fettglanz des Schwefels und des Cordierits),
  > Schichtgitterstrukturen und damit vollkommener Spaltbarkeit (Permutterglanz von Muskovit und Gips)
  > Entmischungskörper (das Schillern des Labradorits)
  > einen feinfaserigen Aufbau (Seidenglanz von Chrysotil und Ulexit.

Die Lichtdurchlässigkeit (Transparenz) eines Minerals ist abhängig von der Lichtbrechung dieses Minerals, seiner Dicke, der Korngröße bei Mineralaggregaten und der Art und Anzahl der Fremdeinschlüsse:

• Durchsichtige Minerale (sehr hohe T.): Bergkristall, Topas etc.
• Halbdurchsichtige Minerale (mittlere T.): Sphalerit (Varietät Honigblende) etc.
• Durchscheinende Minerale (mittlere bis geringe T.): Feldspat, dunkler Sphalerit (Marmatit) etc.
• Undurchlässige (opake) Minerale (sehr geringe T.): Galenit, Graphit etc.

Minerale mit besonderen, gut ausgeprägten Eigenschaften (Härte, Leitfähigkeit, Dichte, Schmelzpunkt, chem. Beständigkeit und elektrische Eigenschaften) werden bergbaulich gewonnen und industriell verarbeitet (Industrieminerale). In steigendem Maße haben einige dieser Mineraleigenschaften große Bedeutung bei der Herstellung von nichtmetallischen Werkstoffen (Hochleistungs- und Ingenieurkeramiken etc.) gewonnen. Mit der Herstellung, Anwendung und Qualitätskontrolle dieser Industrieminerale beschäftigt sich ein wichtiger Forschungszweig der Angewandten Geowissenschaften, die Angewandte und Technische Mineralogie.

Folgende Eigenschaften sind u.a. von Bedeutung:

• Doppelbrechung des Lichtes: Calcit, Var. Doppelspat (in Polarisatoren)
• Farbe: Minerale als Farbpigmente (Hämatit, Rutil, Ocker, Malachit, Zinnober etc.)
• Dichte: Baryt (für Papiere, als Bohrspülzusatz),
• Elektr. Leitfähigkeit: Graphit (Elektrodenmaterial), Gold, Silber, Kupfer (Elektrik)
• Elektrische Halbleiter: Sphalerit (ZnS in der Elektronik)
• Härte: Diamant, Granat, Korund (für Schleifmittel)
• Plastizität: Tonminerale (Kaolin für die Porzellanindustrie), Salzminerale
• Elastizität: Biotit, Asbest (heute in Europa durch ungefährlichere Fasern ersetzt)
• Piezoelektrizität: Quarz (in jeder Quarzuhr zu finden)
• Magnetismus: Magnetit (heute durch künstl. Hochleistungsmagnete (NdFeB) ersetzt)
• Radioaktivität: Pechblende, Tobernit (Rohstoffe für Kernbrennstoffe)
• Supraleiter: Covellin (einziger natürlicher Supraleiter!)