Hoe ontstaan kristallen?
- Geplaatst op
- Door Bart Verboven
- Geplaatst in kristal, kristallen, kristallografie, kristalvorm, kwartskristal, mineralen, pyriet, robijn, saffier
Kristallen komen in de mooiste vormen en kleuren voor, maar hoe ontstaan ze eigenlijk? En wat is het grootste kristal dat ooit gevonden is? We nemen een kijkje in de wondere wereld van de kristallografie.
Inhoudsopgave
- Definitie van kristallen
- Kristallografie
- Herhaling van patronen
- Perfecte kristallen
- Prachtige kleuren
- Groeiende kristallen
- Symmetrie
- Bijzondere eigenschappen van kwartskristallen
- Onzuiverheden
- Grootste kristallen ter wereld
Definitie van kristallen
Alvorens we dieper ingaan op de wondere wereld van de kristallen maken we eerst een definitie van wat een kristal is: Een kristal is een vaste stof waarvan de bestanddelen, zoals atomen, moleculen of ionen, zijn gerangschikt in een zeer geordende structuur, die een kristalrooster vormt dat zich uitstrekt in alle richtingen. Veel kristallen kenmerken zich door een geometrische vorm, bestaande uit platte vlakken met specifieke, karakteristieke oriëntaties. Benieuwd naar het verschil tussen kristallen, mineralen en (edel)stenen? Klik dan op de link en we leggen het helemaal uit.
Kristallografie
De wetenschappelijke studie van kristallen en kristalvorming staat bekend als kristallografie. Het proces van kristalvorming via mechanismen van kristalgroei wordt kristallisatie of stolling genoemd. Het woord kristal is afgeleid van het Oude Griekse woord κρύσταλλος (krustallos), dat zowel “ijs” als “kristal” betekend.
Herhaling van patronen
De meeste mineralen komen ook voor in kristalvorm. Elk kristal heeft een geordend, inwendig atomair patroon, met een kenmerkende manier om nieuwe atomen in dat patroon te vergrendelen en het steeds opnieuw te herhalen. De vorm van kristallen kan behoorlijk verschillen. Denk bijvoorbeeld aan een kubus (zoals pyriet) of een zeshoek (zoals een sneeuwvlok). Deze vormen weerspiegelen de interne ordening van de atomen. Naarmate kristallen groeien, veroorzaken verschillen in temperatuur en chemische samenstelling fascinerende variaties. Kristallen zijn dan ook populair om te verwerken tot sieraden.
Perfecte kristallen
Toch worden maar zelden perfect gevormde kristallen gevonden. Om de geometrische vorm en vlakke oppervlakken mooi uit te laten komen, hebben de kristallen ook de ideale groeiomstandigheden nodig. Wanneer bijvoorbeeld veel verschillende kristallen dicht bij elkaar groeien vormen ze een soort samengesmolten massa met nauwelijks kristalvorming. Dit is het geval bij rotsen zoals graniet, dat uit heel veel kleine minerale kristallen bestaat. Om tot een perfect kristal te kunnen groeien heeft een kristal veel ruimte nodig zonder competitie.
Prachtige kleuren
De interne ordening van de atomen bepaalt de chemische en fysische eigenschappen van mineralen inclusief de kleur. Licht en straling kunnen hier echter invloed op uitoefenen waardoor er een diversiteit aan kleuren kan ontstaan. Veel mineralen zijn kleurloos in hun zuivere staat, waarbij straling of licht kleur geeft aan het kristal. Kwarts is in de zuivere staat kleurloos, maar wordt gevonden in een waaier van kleuren. Van roze, geel en bruin tot dieppaarse amethist en combinaties hiervan. In zijn kleurloze staat lijkt kwarts op ijs. De oude Grieken geloofden dat heldere kwarts bevroren ijs was dat niet kon smelten. Het meest kleurrijke mineraal is fluoriet. Deze kristallen zijn in zuivere vorm kleurloos, maar reageren sterk op licht en straling gedurende de groei. In sommige kristallen zijn gekleurde banden terug te vinden die wijzen op gewijzigde lichtomstandigheden gedurende de vorming.
Groeiende kristallen
Wetenschappers omschrijven kristallen meestal als "groeiend", ook al leven ze niet. In ondergrondse holtes groeien kristallen door atomen die zich in regelmatige driedimensionale patronen verbinden. Elk kristal begint klein en groeit naarmate er meer atomen worden toegevoegd. Velen groeien uit water dat rijk is aan opgeloste mineralen. Dit is echter geen voorwaarde, kristallen kunnen ook groeien uit gesmolten gesteente of zelfs dampen. Onder invloed van temperatuur en druk combineren atomen zich in een verbazingwekkende reeks kristalvormen. Het is deze variëteit en perfectie van vorm en symmetrie die wetenschappers al eeuwen aantrekt tot de studie van mineralen.
Symmetrie
Symmetrie is een regelmatig, herhaald patroon van onderdelen. Symmetrie is overal in de natuur terug te vinden, denk aan de vleugels van een vlinder, de zaadjes en blaadjes in een zonnebloem of het patroon van een sneeuwvlok. Ook mineralen zijn hier geen uitzondering op. Bij kristallen wordt de vorm bepaald door de herhaalde atomaire patronen en weerspiegelen het ‘gezicht’ van het kristal. Vaak zie je de karakteristieke symmetrie van een kristal met het blote oog, maar als het kristal heel klein is, dan is een loep of vergrootglas een handig instrument. Het herkennen van symmetrische patronen in kristallen lijkt ingewikkeld, maar de ervaring helpt. Hoe meer kristallen je hebt gezien hoe beter de symmetrie te herkennen is. Soms is het kristal echter niet goed gevormd en is deze zelfs voor deskundigen moeilijk te classificeren. In de wetenschap worden kristallen dan ook op atomaire ordening gedefinieerd en niet op het uiterlijk.
Bijzondere eigenschappen van kwartskristallen
Als je in een kwartskristal knijpt, genereert het een kleine elektrische stroom. De druk op het oppervlak van het kristal dwingt ionen in het kristal om van positie te veranderen, waardoor de balans verstoord wordt en het kristal verandert in een piepkleine batterij. Het fenomeen staat bekend als het piëzo-elektrisch effect. Dit werkt ook omgekeerd, zet een elektrische stroom op een kwartskristal om het te laten buigen. Kwartshorloges gebruiken dit verschijnsel om nauwkeurig de tijd weer te geven.
Onzuiverheden
Tijdens de vorming van een kristal kunnen er onzuiverheden optreden, wat betekent dat het "verkeerde" type atoom aanwezig is in een kristal. Een perfecte diamant zou bijvoorbeeld alleen maar koolstofatomen bevatten, maar een echt kristal kan bijvoorbeeld ook een paar boriumatomen bevatten. Deze onzuiverheden veranderen de kleur van de diamant in lichtblauw. Hetzelfde gaat op voor korund kristallen. Het soort onzuiverheid dat tijdens de kristalgroei aanwezig is bepaald of we spreken van een Robijn of een Saffier.
Grootste kristallen ter wereld
De grootste kristallen ter wereld bevinden zich 300 meter onder het Mexicaanse plaatsje Naica. Hier werd in het jaar 2000 een holte gevonden van pakweg 10 bij 30 meter. De seleniet kristallen die hier voorkomen zijn enorm. Het grootste kristal is 12 meter lang en heeft een diameter van 4 meter! De temperatuur is continue rond de 58 graden. Zonder speciale uitrusting kan een mens het er nog geen 10 minuten uithouden. Er is berekend dat de kristallen ongeveer 500.000 jaar oud zijn. Met speciale pompen wordt de holte nu drooggehouden van water voor verdere studie.
