Les 1: Basiskennis chemie

Kristalstelsels

Wat voor veel mensen zo veel aantrekkingskracht heeft als het om mineralen gaat zijn de mooie kristallen van een mineraal. Wat is er mooier dan een mooi gekleurd glimmend cluster kristallen, gevormd door de natuur. Maar hoe komt het dat sommige mineralen een zeer herkenbare vorm hebben en andere mineralen in allerlei verschillende vormen voor lijken te komen?

Als we willen leren over de vorming van kristallen kijken we eerst naar hoe een kristal ontstaat. Kristallen zijn vaste materie en ontstaan vanuit een oplossing. Vanuit lava, magma, wateroplossing, etc. Een kristal ‘groeit’ of kristalliseert meestal gedurende lange tijd in het moedergesteente (de matrix). Groeien betekent dat er telkens weer nieuwe moleculen of atomen aan het oppervlak van een kristal worden toegevoegd. Wil je meer weten over atomen en moleculen, lees dan dit even. Maar in sommige gevallen kan een mineraal ook erg snel ontstaan zonder dat het de tijd heeft om kristallen te vormen. We onderscheiden daarom een aantal mineralen op basis van kristalvorm.

Amorfe mineralen: Dit zijn mineralen die geen kristalvorm hebben ontwikkeld. Officieel zijn het meestal ook geen mineralen. De moleculen hebben zich niet ordelijk kunnen rangschikken. Dat kan zijn omdat het bijzonder snel afgekoeld is na bijvoorbeeld een vulkaanuitbarsting (denk aan obsidiaan, vulkanisch glas) of doordat er geen kristallen gevormd konden worden omdat het organisch materiaal is, zoals bij barnsteen en git. Ook opaal is een amorf mineraal. (officieel is obsidiaan een gesteente en git en barnsteen zijn mineraloïden, geen echte mineralen)

Kristallijne mineralen: Dit zijn mineralen die zichtbare kristallen kunnen vormen. Of ze dat ook doen ligt aan de omstandigheden waarin ze ontstaan en de ruimte die ze hebben in de matrix. Bergkristal bijvoorbeeld vormt nagenoeg altijd kristallen, maar kan ook opvulling zijn van aders in gesteente en in die omstandigheden geen kristallen vormen. Maar omdat het wel kristallen kan vormen  in de juiste omstandigheden is het een kristallijn mineraal.

Cryptokristallijne of microkristallijne mineralen: Dit zijn mineralen die wel kristallen vormen maar waarvan de kristallen microscopisch klein zijn en niet met het blote oog te zien. Voorbeelden hiervan zijn een deel van de kwartsen zoals jaspis en agaat. Deze zul je nooit in mooie kristalpunten of clusters vinden, maar onder een hele sterke microscoop is wel te zien dan ze dezelfde kristalstructuur hebben als bijvoorbeeld bergkristal en amethist, de kristallijne kwartsen.

Een mineraal vormt kristallen doordat de moleculen binnen het mineraal een vast patroon aannemen. In de uitleg over atomen en moleculen lezen we dat atomen verbindingen aangaan met elkaar en zo een molecuul vormen. De atomen binden zich aan elkaar. Maar dit doen ze altijd volgens vaste patronen die bepaald worden door de soort binding en de grootte van de atomen. Meestal vormen de moleculen met elkaar kleine clustertjes die een regelmatig patroon hebben. Als je dit patroon vaak herhaalt in driedimensionale vorm heb je een kristal. Een soort Lego eigenlijk. Een enkel Legoblokje is een cluster moleculen met een bepaalde vorm en als je veel Lego blokjes op elkaar en naast elkaar zet vorm je een bouwwerk, in dit geval een kristal.

Er worden binnen de kristallografie, de leer van kristallen, zeven kristalvormen onderscheiden. Deze vormen zijn niet per sé de zichtbare vormen van het kristal. Het gaat hier om de rangschikking van de moleculen in een bepaalde vorm. Soms is dit ook vrij goed zichtbaar in de uiteindelijke vorm van een kristal, maar lang niet altijd. Dat maakt de beschrijving van de kristalvormen soms ook wat lastig te herkennen in het mineraal zelf. De kristalstelsels worden beschreven op basis van de denkbeeldige assen van een kristal en de hoeken binnen dit kristal. Vroeger waren er zes stelsels, tegenwoordig worden er zeven stelsels onderscheiden, waarbij hexagonaal en trigonaal als aparte stelsels gezien worden. Het herkennen van een kristalstelsel is niet altijd even makkelijk omdat ze ogenschijnlijk soms veel op elkaar lijken en omdat kristallen lang niet altijd perfect uitgegroeid zijn. Daarnaast is de indeling gebaseerd op microscopische kristaleigenschappen en niet op dat wat je met het blote oog ziet. De indeling is vooral gebaseerd op de aanwezigheid van symmetrie-assen in een kristal.

Het kubisch kristalstelsel
De naam verraadt het al, binnen dit stelsel hebben de kristallen een kubus als basisvorm. Andere namen voor dit stelsel zijn isometrisch of regulair kristalstelsel. Binnen de kubische structuur zijn alle ribben van een kubus even lang en zijn alle hoeken 90 graden. Dat wil niet zeggen dat de kristallen altijd een kubusvorm hebben, er zijn ook variaties mogelijk, maar de interne structuur blijft altijd de kubusvorm. Je ziet dit kristalstelsel onder meer bij fluoriet en granaat.

Het hexagonale en trigonale kristalstelsel
Binnen het hexagonale stelsel vormen de moleculen een hexagon, een zeshoek. Voorbeelden zijn beryl, aquamarijn en vanadiniet. Het trigonale stelsel wordt door sommige wetenschappers gezien als een onvolledig hexagonaal stelsel. Trigonaal betekend driehoekig. Hexagonale en trigonale kristallen verschillen in essentie weinig van elkaar. Het is een vrij ingewikkelde vorm en wordt ook  wel rhomisch of rhomboëdrisch stelsel genoemd. Onder het trigonale stelsel vallen onder andere de meeste kwartsen, toermalijn, calciet en rhodochrosiet.

Het triklien kristalstelsel
Dit is de meest lastige en onregelmatige van alle kristalstelsels. Geen enkele zijde heeft dezelfde lengte en er zijn geen gelijke hoeken. Er zit ook weinig symmetrie in de kristalvorm. Veel veldspaten zijn triklien. Maar ook mineralen als turkoois en larimar horen bij deze groep. Trikliene kristallen kunnen er op de volgende manieren uitzien.

Het tetragonale kristalstelsel
Tetragonaal betekent vierhoekig. De primitieve vorm van de kristallen is ook vierhoekig, maar in de natuur hebben de meeste tetragonale kristallen een meer complexe vorm. Bekende tetragonale kristallen zijn chalcopyriet, apofylliet, rutiel en zirkoon.

Het orthorhombische (rhombische) kristalstelsel
De primitieve vorm van orthorombische kristallen is een kubus die in meer complexe vormen langs 1 of meer zijdes uitgestrekt is. Voorbeelden van mineralen binnen dit stelsel zijn aragoniet, olivijn en prehniet.

Het monokliene kristalstelsel
Monoklien betekent hellend naar 1 kant. Een kristal binnen dit stelsel is tweevoudig symmetrisch. Voorbeelden zijn lepidoliet, azuriet, malachiet en gips.