Smithsonian Education – Mineralen, kristallen en edelstenen

Mineralen: The Building Blocks
Geboren uit vloeistof, hitte en druk, verblinden mineralen ons met hun adembenemende kleuren en vormen en verbazen ze ons over hun bruikbaarheid. Ze worden ondergronds gesmeed, waar krachten die al miljarden jaren aan het werk zijn, doorgaan met het maken van meer mineralen. Een mineraal is een in de natuur voorkomende, anorganische (niet-levende) vaste stof met een specifieke chemische samenstelling.
Als leerlingen in hun eigen omgeving naar mineralen zoeken, vinden ze misschien een enkel mineraalexemplaar, zoals marmer, dat uit zuiver calciet bestaat. Ze zullen echter waarschijnlijk ook gesteenten vinden, die bestaan uit mengsels van twee of meer mineralen. Graniet, bijvoorbeeld, met zijn kleine veelkleurige korrels, is gemaakt van kwarts, veldspaat en mica.
Kristallen: De Vorm
De meeste mineralen komen in de natuur voor als kristallen. Elk kristal heeft een ordelijk, inwendig patroon van atomen, met een kenmerkende manier om nieuwe atomen in dat patroon op te sluiten om het steeds weer te herhalen. De vorm van het resulterende kristal – zoals een kubus (zoals zout) of een zeshoekige vorm (zoals een sneeuwvlok) – weerspiegelt de interne ordening van de atomen. Als kristallen groeien, veroorzaken verschillen in temperatuur en chemische samenstelling fascinerende variaties. Maar leerlingen zullen in hun achtertuin zelden de perfect gevormde mineraalkristallen aantreffen die ze in een museum zien. Dat komt omdat kristallen, om hun geometrische vorm en hun platte oppervlak te kunnen laten zien, ideale groeiomstandigheden en ruimte nodig hebben om te groeien. Wanneer veel verschillende kristallen dicht bij elkaar groeien, smelten zij samen tot een samengeklonterde massa. Dit is het geval met de meeste gesteenten, zoals het hierboven genoemde graniet, dat uit vele kleine mineraalkristallen bestaat. De specimens van museumkwaliteit die hier op de foto’s te zien zijn, groeiden in een ruime omgeving waarin de geometrische vormen zich ongehinderd konden vormen.
De interne rangschikking van atomen bepaalt alle chemische en fysische eigenschappen van de mineralen, inclusief de kleur. Licht interageert met verschillende atomen om verschillende kleuren te creëren. Veel mineralen zijn in zuivere toestand kleurloos; onzuiverheden in de atomaire structuur veroorzaken echter kleur. Kwarts, bijvoorbeeld, is normaal kleurloos, maar komt voor in een scala van kleuren van roze tot bruin tot het diepe paars van amethist, afhankelijk van het aantal en type onzuiverheden in zijn structuur. In zijn kleurloze toestand lijkt kwarts op ijs. De wortel van het woord kristal komt van het Griekse woord krystallos-ijs, omdat de oude Grieken geloofden dat helder kwarts bevroren ijs was, zo hard dat het niet kon smelten.
Wetenschappers beschrijven kristallen gewoonlijk als “groeiend”, hoewel ze niet leven. In onderaardse tuinen vertakken ze zich en vertakken ze als triljoenen atomen zich verbinden in regelmatige driedimensionale patronen. Elk kristal begint klein en groeit naarmate er meer atomen worden toegevoegd. Veel kristallen groeien uit water dat rijk is aan opgeloste mineralen, maar ze groeien ook uit gesmolten gesteente en zelfs uit damp. Onder invloed van verschillende temperaturen en drukken combineren atomen zich tot een verbazingwekkend scala van kristalvormen. Het is deze verscheidenheid en perfectie van vorm en symmetrie die wetenschappers al lang aantrekt tot de studie van mineralen.Symmetrie is een regelmatig, herhaald patroon van samenstellende delen. Symmetrie is overal in de natuur – de gepaarde vleugels van een vlinder, de krullen en bloemblaadjes in een zonnebloem, het patroon van een sneeuwvlok, de poten van een spin – en mineralen zijn daarop geen uitzondering. In kristallen komen deze herhaalde patronen voor in de atomaire basisstructuur en weerspiegelen ze het patroon van de vlakken van het kristal. Vaak kun je de karakteristieke symmetrie van een mineraalkristal met het blote oog zien, maar als het kristal heel klein is, moet je het misschien met een vergrootglas of microscoop bekijken (zoals in Lesplan 2 zal worden gedemonstreerd). Het herkennen van symmetrische patronen in kristallen kan in het begin moeilijk zijn, maar ervaring helpt: hoe meer preparaten je bekijkt, hoe meer symmetrie – en kristallen – je zult herkennen. Sommige exemplaren hebben echter geen goed gevormde kristallen en zijn zelfs voor deskundigen moeilijk te classificeren.