Mineralen determineren

Soms weet je niet welk mineraal je in handen hebt. Of je vraagt je af of hetgeen je hebt gekocht/gekregen wel echt is. Om daar achter te komen zijn er een aantal punten waar je naar kunt kijken. Allereerst is er de vorm van het kristal, dat wordt hier uitgebreid uitgelegd. Daarnaast zijn er een aantal andere determinatie kenmerken. Veel is thuis met huis-tuin en keuken materialen vrij eenvoudig te testen.

Kleur
Het lijkt het meest duidelijke en voor de hand liggende kenmerk van een mineraal. De kleur. En toch is dit misschien wel het meest lastige onderdeel van een mineraal. Een onderwerp waarvan de wetenschap niet eens het naadje van de kous weet. We denken vaak dat de kleur van het mineraal veroorzaakt wordt door ingesloten elementen die de kleur veroorzaken. Deels is dat ook zo, maar lang niet altijd. Kleur is een moeilijk iets en hoe sommige mineralen aan hun kleur komen is in veel gevallen nog steeds een raadsel. We weten dat bij een deel van de mineralen en inderdaad een element (vaak erg kleine hoeveelheden, sporenelementen) is dat de kleur veroorzaakt. Soms spelen straling en temperatuur daarbij ook een rol. We weten ook dat er mineralen zijn waarbij de kleur veroorzaakt wordt door een defect in het kristalrooster, doordat er soms een atoom niet op de juiste plek zit. Dit is bijvoorbeeld bij een aantal paarse fluorieten het geval. Maar er zijn ook mineralen waarbij we nog geen idee hebben hoe de kleur precies ontstaat.

Wat is kleur eigenlijk precies? Kleur ontstaat door weerkaatsing van licht. Licht is elektromagnetische straling die bestaat uit alle kleuren van de regenboog, van het kleurenspectrum. Iedere kleur is in feite een aparte golflengte binnen de lichtstraal. Als het licht op een voorwerp valt wordt het in meer of mindere mate door dat voorwerp geabsorbeerd of weerkaatst. Als alle golflengtes van het licht geabsorbeerd worden zien we dit voorwerp als zwart. Als (bijna) alle golflengtes weerkaatst worden zien we wit. Daar tussenin liggen alle mogelijke kleuren. De golflengtes die geabsorbeerd worden door een object zien we niet, de golflengtes die weerkaatst worden geven een voorwerp kleur. Ons oog heeft receptoren, ontvangers, voor deze golflengtes in de vorm van kegeltjes en staafjes voor de kleuren groen, blauw en rood. Dit beperkt het kleurspectrum van een paars-violet tot aan rood. Ultraviolette en infrarode straling of licht kunnen onze ogen niet waarnemen. De echte vertaling van golflengte naar kleur vindt niet in ons oog plaats, maar in onze hersenen. Eigenlijk is kleur dus de vertaling die onze hersenen aan golflengtes van licht geeft. Zonder onze hersenen bestaan die kleuren zoals wij ze kennen niet.

Bij mineralen is het vaak zo dat in het kristalrooster bij de groei van het mineraal ‘onzuiverheden’ meegroeien. Denk aan elementen die niet direct in dat mineraal thuis horen. Deze krijgen een plek in het mineraal en geven het mineraal kleur. Kijk naar kwarts bijvoorbeeld. Helemaal zuivere kwarts is kleurloos, bergkristal is helemaal zuivere kwarts. Bij alle gekleurde kwartssoorten is er sprake van ‘verontreiniging’, die kwarts is niet meer zuiver. Soms kan het zo zijn dat een ingesloten element (sporenelement) een plekje in het daadwerkelijke kristalrooster inneemt en het atoom dat daar eigenlijk hoort te zitten van zijn plek is gekomen en elders in het rooster rondzwerft. Ook kan het zo zijn dat het sporenelement in de tussenruimtes van het rooster zit. In het eerste geval, dat een sporenelement in de plaats van een regulier atoom zit, is het vaak zo dat bij verandering van de omstandigheden, vaak is dat verhitting, dit ‘defect’ opgeheven wordt en het atoom dat er hoort te zitten zijn plekje weer inneemt. Het mineraal verliest dan zijn kleur. Dit is bijvoorbeeld het geval bij veel paarse fluorieten en bij rookkwarts. Kleur ontstaat niet altijd door sporenelementen of verontreinigingen,  maar soms ook door elementen die daadwerkelijk een plek in het kristalrooster en dus de chemische formule hebben. Zo kan groen in een mineraal wijzen op de aanwezigheid van koper, net als blauw. Daarnaast spelen dingen als oxidatie, straling in de aarde en temperatuur een rol bij het ontstaan van kleur. En zoals net al genoemd, van heel veel mineralen is het ook nog niet echt duidelijk waardoor kleur ontstaat.


Mineralen die meerdere kleuren kunnen hebben zijn allochromatisch (bijvoorbeeld kwarts, fluoriet, calciet). Een mineraal met altijd dezelfde kleur is idiochromatisch (bijvoorbeeld azuriet, malachiet). Als je weet dat een mineraal maar in 1 bepaalde kleur voor kan komen, weet je dat je met een fake of geverfd stuk te maken hebt als het ineens een andere kleur heeft. Zo is er tegenwoordig ‘blauwe malachiet’ te koop, dat kan natuurlijk nooit. Soms werkt het ook om iets door te slaan en/of een nacht in aceton te zetten als je vermoed dat het bijgekleurd of geheel geverfd is. Bij geverfde agaat werkt dit trouwens niet.

Malachiet

Streepkleur
Omdat de kleuren van mineralen binnen een soort soms sterk uiteen kunnen lopen is dit niet altijd een goed determinatiekenmerk. Er is echter nog een kleuraspect waarop mineralen gedetermineerd kunnen worden, streepkleur. De streepkleur van een mineraal is de kleur die het achterlaat als je er een streep mee trekt op een stukje ongeglazuurd aardewerk, bijvoorbeeld de achterkant van een tegeltje. Deze streepkleur is binnen een soort mineralen bijna altijd gelijk. Kijk bijvoorbeeld naar fluoriet. Dit is er in heel veel verschillende kleuren, maar de streepkleur van fluoriet is altijd wit. Wat je in feite doet als je een streep maakt op een stukje aardewerk is een stukje van je mineraal vergruizen. Dit is dan ook iets wat je het beste kunt doen op een stukje wat niet zo in het oog springt en natuurlijk niet met een gepolijste steen of trommelsteentje. Erg harde mineralen zijn niet geschikt om op deze manier te testen omdat ze niet vergruizen op een stukje aardewerk, daarvoor zijn ze te hard. Deze test is te doen met mineralen tot ongeveer hardheid 7.

Streepkleur test

Hardheid
Niet ieder mineraal is even hard. Hardheid wil zeggen hoe goed kun je met een bepaald materiaal een kras maken op het mineraal. Friedrich Mohs was een Duitse mineraloog die een schaal heeft gemaakt waarop hij aangeeft hoe goed bestand tegen krassen een mineraal is. Voor iedere hardheid heeft hij een type mineraal genomen. Hoe hoger de hardheid, hoe minder goed het in te krassen is. De stappen die gezet worden in de schaal van 1-10 zijn geen gelijke stappen. Er zit meer verschil tussen de hogere hardheden dan tussen de lagere hardheden. Bij het doen van een krastest is het ook handig op een stukje te zoeken op je mineraal dat niet in het oog springt en ook deze test is niet handig op een gepolijst of getrommeld steentje. Wat de hardheid eigenlijk is, is een test hoe sterk de atomen van een mineraal aan elkaar gebonden zijn. Hoe zachter het mineraal hoe zwakker de atoombinding, meestal doordat er meer ruimte zit tussen de atomen in het kristalrooster. Met het zetten van een kras probeer je dus eigenlijk de binding tussen een aantal atomen te breken. Dit is vaak een hele effectieve test om bijvoorbeeld kwarts van zachtere mineralen als calciet te onderscheiden als de kristalvorm niet goed zichtbaar is. In het schema kun je zien hoe je de hardheid van een steen kunt vaststellen. Er zijn hiervoor huis-tuin-en keuken middeltjes te gebruiken zoals je nagel, muntjes, metalen messen en glas, maar er zijn ook speciale testsetjes te koop met voor iedere hardheid een krasstiftje. Dit is ook een ideale manier om het verschil tussen kwarts en glas te bepalen. Kwarts is niet in te krassen met een mes, glas nog net wel. En met kwarts kun je in glas krassen. Handig om te bepalen of je een echte kwarts hebt of een nepper van glas.

Hardheid (Mohs)MineraalBeschrijving
1TalkErg zacht, met ieder mineraal in te krassen, met de vingernagel te schrapen
2GipsIn te krassen met je vingernagel
3CalcietIn te krassen met een koperen muntje
4FluorietMet een mes makkelijk te krassen
5ApatietMet een mes net te krassen
6Veldspaat/orthoklaasNog enigszins in te krassen door een stalen vijl
7KwartsNiet in te krassen met metaal. Alleen door hardere mineralen. Krast zelf in glas en metaal.
8TopaasKan kwarts bekrassen
9KorundKan topaas en kwarts bekrassen
10DiamantNiet te bekrassen, alleen te bewerken met diamantslijpsel of een diamantzaag

Hier zie je ook dat de binding van de atomen belangrijk is en niet het soort atomen. Diamant is het hardste mineraal dat we kennen op aarde, maar het bestaat enkel en alleen uit koolstof atomen. Grafiet, dat is het spul waar ze potloodstiftjes van maken, bestaat uit precies dezelfde atomen. En je weet hoe zacht grafiet en hoe makkelijk dat vergruist. Het verschil zit in de binding. Bij diamant worden de atomen bijeengehouden door een hele sterke driedimensionale binding. Grafiet bestaat uit koolstofatomen die in zestallen een vlakke honingraatstructuur vormen en uit laagjes bestaat. De binding tussen die laagjes is erg zwak en berust op een principe van elektromagnetisme (vanderwaals binding of kracht). Daarom is grafiet met dezelfde chemische samenstelling erg zacht en diamant erg hard.

Glans
Niet ieder mineraal of metaal heeft dezelfde glans. Zo kan fluoriet of calciet soms een wat vettige glans hebben en kwarts een glans die lijkt op glas. Andere mineralen glimmen weer bijna niet. Dit kan in sommige gevallen een kenmerk zijn voor determinatie, vaak in combinatie met andere kenmerken.

Obsidiaan, glasglans en schelpvormige breuk

Breuk
Ook wel splijting. De manier waarop een mineraal breekt is soms ook te gebruiken als determinatiekenmerk. Zo hebben glasachtige mineralen met een hoog kwartsgehalte vaak een schelpvormige breuk. Vergelijkbaar met de breuk die je ziet als een dik stuk glas breekt. Andere mineralen kunnen juist een hele recht breuk hebben, of een vezelige breuk.

Doorzichtigheid
Sommige mineralen zijn glashelder en als je er doorheen kijkt kun je zien wat er achter staat. Anderen zijn weer wat minder doorzichtig, maar je kunt er wel doorheen kijken als je ze tegen het licht houdt, er schijnt licht doorheen. En sommige mineralen zijn helemaal ondoorzichtig, opaak.

Soortelijk gewicht
Ieder mineraal heeft een ander soortelijk gewicht. Hiermee wordt bedoeld wat een mineraal weegt in vergelijking met hetzelfde volume aan water. De berekening gaat in kubieke centimeters. Van water is het gewicht van een kubieke centimeter 1 gram. Het gewicht van een kubieke centimeter mineraal is hoger, bij kwarts weeg een kubieke centimeter bijvoorbeeld 2,65 gram. Het soortelijk gewicht van kwarts is dus 2,65. Het meten hiervan is niet heel nauwkeurig te doen thuis. Maar je kunt het wel proberen. Weeg eerst je steen droog op een precieze digitale weegschaal. Je kunt dan een bakje water nemen (maatbeker) en die vullen tot een punt waar je steen onder water zal komen te staan. Schrijf op hoe veel water je hebt en leg de steen er in. Schrijf dan weer op hoe veel water je hebt. Het verschil tussen die twee getallen is het volume van de steen. Dan deel je de massa van de steen, dus het droge gewicht, door het volume en kom je op het soortelijk gewicht of soortelijke massa uit. Maar dit zal nooit echt nauwkeurig zal zijn omdat het moeilijk te zien is of er misschien nog andere mineralen op een stuk zitten, er vaak matrix aan een mineraal zit en er soms holtes in zitten die niet te zien zijn en niet volstromen met water.

Combinatie met andere mineralen of matrix
Soms is het ook handig om te weten dat sommige mineralen vaak in combinatie voorkomen en dat sommige combinaties van mineralen heel kenmerkend kunnen zijn voor een bepaalde vindplaats. Het samen voorkomen van mineralen noemen we paragenese. Als je veel met ruwe mineralen werkt zul je op den duur leren herkennen welke mineralen vaak in combinatie voorkomen. Bijvoorbeeld malachiet en azuriet of bariet met chalcopyriet. In een aantal gevallen kun je, na veel mineralen te hebben gezien, op basis hiervan soms een vindplaats onderscheiden. Maar het kan ook helpen bij het determineren van een onbekend mineraal. Als je weet dat op dezelfde matrix bijvoorbeeld azuriet voorkomt, weet je ook dat je het beste kunt zoeken in de hoek van de kopermineralen.

Fluorescentie
Sommige mineralen lichten op onder UV licht. Om dit kenmerk te testen heb je natuurlijk een UV lamp nodig. Dit verschijnsel ontstaat wanneer licht op een mineraal valt en een specifiek stukje van het licht (met een korte golflengte en dus hoge energie, het zogenaamde ultraviolette licht) geabsorbeerd wordt door de steen en er voor zorgt dat de moleculen in ‘aangeslagen toestand’ komen. Ultraviolet licht kunnen wij niet goed waarnemen. Maar het mineraal dat het UV licht absorbeert zend gelijk licht in een lagere frequentie die we wel kunnen waarnemen terug en dat zien wij als de mooie oplichtende kleuren van de stenen.

Testen met zuur
Veel mineralen reageren met bepaalde zuren. Een bekend voorbeeld is een beetje azijn op een stukje calciet waardoor de calciet gaat bruisen. Dit is natuurlijk vrij onschuldig. Maar de meeste mineralen reageren niet met azijn. Die worden in laboratoria getest met bijvoorbeeld salpeterzuur en zoutzuur. Dit moet je niet zo maar zelf gaan proberen.

Testen met vuur

Als je een mineraal vergruist en dit gruis verbrand ontstaat er een reactie in de vlam, die gaat kleuren. Deze kleuren kunnen weer een indicatie zijn voor aanwezige mineralen. Dit kan alleen met een speciale regelbare bunsenbrander (die dingen uit de scheikundeles van vroeger) en soms een blaasrietje. Niet op je gasstel of met een kaarsvlammetje dus.

Soms is het met al deze hulpmiddelen nog steeds erg moeilijk om te weten te komen wat iets is. Of zijn de meeste testen niet te doen omdat het bijvoorbeeld gaat om een geslepen, gefacetteerde steen. Daar ga je natuurlijk geen krassen op  maken of een stuk van vergruizen. Dan komen de professionele middelen om de hoek kijken, bijvoorbeeld elektronenmicroscopen en spectrometers. Dit is specialistisch werk wat je niet zo maar zelf kunt doen. Sommige juweliers of slijpers hebben deze apparatuur, of mensen die er middels hobby of werk op een andere manier mee bezig zijn.

De informatie die je nodig hebt om deze huis-tuin en keuken testen te kunnen doen staat op goede websites als Mindat en in goede boeken. Daar staat voor ieder mineraal beschreven wat de hardheid is, het soortelijk gewicht, de breuk, mogelijke kleuren, etc. Dus dan is het makkelijker vergelijken.