Was sind Mineralien

Was sind eigentlich Mineralien? Durch welche Eigenschaften zeichnen sie sich aus und wie entstehen sie?

Die Wortherkunft

Ursprünglich stimmt das Wort “Mineral” aus dem Mittellateinischen – “aes minerale” heißt übersetzt so viel wie “Grubenerz”. Das mittellateinische Wort “mina” bedeutet “Schacht” und der Begriff “minare” steht für “Bergbau treiben”. Der Begriff wurde gleichbedeutend verwendet für Erzgestein bzw. Grubenerz. Im Altertum ist allgemein über Steine gesprochen worden.

Schon früh haben die Menschen einigen Schmucksteinen aufgrund ihrer auffälligen Eigenschaften wie Glanz, Farbe oder der Härte viel Beachtung entgegen gebracht. Sicher ist aber – der Begriff „Mineral“ stammt aus einer Zeit, als vermutlich noch die wenigsten Menschen aus reinem Interesse Mineralien gesammelt haben.

Im Plural sind die Begriffe Mineralien oder Minerale geläufig. Die Wissenschaft der Mineralien ist die Mineralogie.

Definition – was ist ein Mineral?

Es gibt die folgende Definition für Mineralien:

Minerale sind chemisch einheitliche, natürliche Bestandteile der Erde und anderer Himmelskörper (Mond, Meteoriten, erdähnliche Planeten, unseres und anderer Sonnensysteme). Von wenigen Ausnahmen abgesehen, sind Minerale anorganisch, fest und kristallisiert.

Mineralogie, Martin Okrusch und Siegfried Matthes, 8. Auflage

Bei dieser Definition sind vor allem die folgenden Punkte wichtig:

• Minerale sind auf eine natürliche Weise durch geologische Prozesse entstanden
• in den meisten Fällen sind Minerale Feststoffe (mit Ausnahme von Quecksilber)
• sie bestehen aus einen einzelnen oder mehreren chemischen Elementen und zeichnen sich durch eine chemische Zusammensetzung aus
• die meisten Minerale sind anorganisch
• aus der chemischen Zusammensetzung ergibt sich eine Kristallstruktur, Minerale sind also kristallin.
• Aufgrund der chemischen Zusammensetzung und der Kristallstruktur besitzen Mineralien mineralspezifische Eigenschaften

Amorphe (nicht kristalline) Substanzen, die alle anderen Eigenschaften erfüllen, werden Mineraloide genannt.

Der Unterschied zwischen “Mineral” und “Gestein”

Der Begriff “Mineral” wird fälschlicherweise oft mit dem Wort “Gestein” vermengt. Im Gegensatz zum Mineral ist ein Gestein nicht homogen. Per Definition sind Gesteine Aggregate, die aus mehreren Mineralien bestehen. Die Anteile von Mineralien im Gestein werden als Hauptgemengteile, Nebengemengteile und Akzessorien angegeben.

Grundsätzlich wird zwischen Magmatiten (magmatische Gesteine), Sedimentiten (sedimentäre Gesteine) und Metamorphiten (metamorphe Gesteine) unterschieden.

Die natürliche Entstehung von Mineralien

Mineralien sind Kunstwerke der Natur, die sich oftmals über Millionen von Jahren unter bestimmten geologischen Bedingungen – ohne den Einfluss des Menschen – auf eine natürliche Weise gebildet haben. Wie die Definition von weiter oben verdeutlicht, müssen Mineralien nicht zwingend auf der Erde entstanden sein.

Künstlich hergestellte Edelsteine wie beispielsweise Industriediamanten oder auch im Labor gezüchtete Wismut-Kristalle sind also keine Minerale. Ein im Labor hergestellter Quarz wird aus diesem Grund synthetischer Quarz genannt.

Mineralien sind homogene Festkörper mit einer definierten chemischen Zusammensetzung

Mineralien sind im Grunde fest, nur das flüssige Quecksilber wird von der IMA als Mineral anerkannt. Die Bausteine der Minerale sind die chemischen Elemente des Periodensystems. Auf Basis der chemischen Zusammensetzung ist es möglich, die Minerale systematisch in verschiedene Klassen einzuteilen. Im deutschsprachigen Raum wird vor allem die Systematik nach Strunz verwendet, nach dieser werden die Minerale in insgesamt 10 Klassen eingeteilt.

Einige der chemischen Elemente kommen in der Natur direkt als Mineralien vor, aus diesem Grund zählen sie mit zur Klasse der „Gediegenen Elemente“. Bekannte Beispiele dafür sind Gold, Kupfer, Schwefel oder auch der Diamant. Bei den meisten Mineralien handelt es sich jedoch um Verbindungen aus mehreren Elementen.

Entscheidend ist dabei auch, dass Mineralien in ihrer chemischen Zusammensetzung homogen sind. Natürlich sind Minerale in ihrer Zusammensetzung auch Schwankungen unterworfen, doch sie sind strukturell homogen, das heißt sie sind physikalisch und stofflich einheitlich. Daraus folgt, dass ein Mineral mechanisch in viele einzelne Teile zerlegt werden kann, die alle die identischen chemischen und physikalischen Eigenschaften aufweisen.

Die meisten Minerale sind außerdem anorganische Verbindungen, die Minerale in der Gruppe der „Organischen Verbindungen“ sind in der Unterzahl.

Minerale sind kristallin

Bei einem Kristall sind die Bausteine regelmäßig in einer Kristallstruktur angeordnet. Bei diesen Bausteinen handelt es sich um Ionen, Atome oder Moleküle. Die Bausteine sind dreidimensional periodisch in einem Raumgitter angeordnet.

Es sind insgesamt 7 Kristallsysteme bekannt, durch diese werden die symmetrischen Eigenschaften von Kristallen kategorisiert. Beispielsweise im kubischen Kristallsystem liegt eine sehr hohe Symmetrie vor, typisch für dieses System sind Würfel oder auch Oktaeder. Im triklinen System ist die Symmetrie deutlich geringer.

Mineralien haben mineralspezifische Eigenschaften

Minerale sind also kristalline Festkörper und besitzen eine klar definierte chemische Zusammensetzung. Die periodische Anordnung der Bausteine in Form eines Raumgitters führt außerdem dazu, dass Minerale sich durch mineralspezifische Eigenschaften auszeichnen.

Die Homogenität bedeutet dabei nicht zwangsläufig, dass die chemischen und physikalischen Eigenschaften in allen Richtungen identisch sind. Vor allem physikalische Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, Doppelbrechung oder Lichtbrechung verlaufen oft richtungsabhängig bzw. vektoriell. Homogen bedeutet lediglich, dass ein Kristall in allen parallelen Richtungen das gleiche Verhalten zeigt. Dieses Phänomen der richtungsabhängigen Eigenschaften wird auch Anisotropie genannt.

Es kann unterschieden werden zwischen optischen, mechanischen, magnetischen, elektrischen und chemischen Eigenschaften. Einige Minerale zeichnen sich auch durch charakteristische Geruchs- und Geschmackseigenschaften aus. Sulfide haben beim Anschlagen nicht selten einen charakteristischen Schwefelgeruch, der Halit (Steinsalz) schmeckt salzig und Sylvin hingegen bitter.

Es würden den Rahmen dieses Beitrags sprengen, auf alle Eigenschaften einzugehen. Gewöhnlich werden die wichtigsten Eigenschaften der Minerale in einen Steckbrief angegeben. Dazu gehören:

• chemische Formel
• Mineralklasse
• Kristallsystem und ggf. die Kristallklasse
• Mohshärte
• Dichte
• Spaltbarkeit
• Bruch
• Farbe
• Strichfarbe
• Transparenz
• Glanz

Wie viele Mineralien gibt es?

In der aktualisierten Liste (September 2022) der IMA (International Mineralogical Association) sind 5849 Minerale aufgeführt. Varietäten wie zum Beispiel der Amethyst sind dabei noch nicht aufgeführt.

Es werden in schöner Regelmäßigkeit neue Mineralien beschrieben, alleine in der Zeitschrift Lapis kommen monatlich ~10 hinzu. Dies ist den mittlerweile extrem genauen Analyse- und Untersuchungsmethoden zu verdanken. Beispielsweise für eine XRD-Untersuchung wird nur extrem wenig Material benötigt.