Et “mineral” er et uorganisk stof, der er sammensat af et eller flere kemiske grundstoffer. Et mineral skal pr. definition være:

Den kemiske sammensætning af et mineral er kendt som dets grundstofsammensætning. De fleste mineraler forekommer som forbindelser (en kombination af flere forskellige grundstoffer). Nogle mineraler forekommer dog som kemiske grundstoffer i sig selv. Disse er kendt som native mineraler.

Hvad er krystaller?

Krystaller er et fast stof, der besidder en organiseret krystallinsk struktur, som er dannet af atomer. Atomernes interne arrangement resulterer ofte i ydre plane flader som dem, der ses på en kvartskrystal, men dette er dog ikke et krav for at blive klassificeret som en krystal. Krystaller kan klassificeres anderledes end mineraler på grund af det faktum, at nogle materialer kan betragtes som organiske krystaller. Da mineraler er rent uorganiske, kan en organisk krystal ikke være et mineral. Eksempelvis er proteiner og sukkerstoffer faste stoffer, der kan danne krystaller, men fordi de er organiske stoffer, kan de ikke kategoriseres som mineraler.

Urenheder i opløsninger, der danner krystaller, kan resultere i farveændringer såvel som betydelige ændringer i krystalstrukturen. For mange urenheder i et krystalgitter under krystallisationen kan give krystaller med små til store inklusioner. Disse inklusioner kan også ændre krystallens form.

Mineraler, krystaller eller bjergarter?

De fleste mineraler vil forekomme naturligt som krystaller, men ikke alle krystaller er mineraler, da organiske krystaller slet ikke er mineraler. Et mineral med samme kemiske formel kan danne mere end én type krystal. Der findes f.eks. tre polymorfer (samme kemiske formel, forskellige krystallinske strukturer) af calciumcarbonat, som kaldes calcit, aragonit og vaterit. Calcitkrystaller forekommer i det trigonale system, aragonitkrystaller hører til det orthorhombiske system, og vateritkrystaller dannes i det hexagonale system. Disse krystalstrukturer kan variere under dannelsen som følge af flere faktorer, som omfatter urenheder, der hæmmer vækstmønstre, omgivelsernes temperatur under dannelsen, mineralernes mætning i opløsningen, geometrien af de kovalente bindinger og ændringer i opløsningens bevægelse.

Mineraler har en naturligt dannet, organiseret atomar struktur med en specifik kemisk sammensætning. Krystaller vil for det meste dele disse egenskaber, men atomerne er arrangeret i et gentagende mønster, der resulterer i et krystalgitter, der ofte præsenterer sig med krystalflader.
Mange gange vil du høre folk kalde mineraler eller krystaller for sten, men en “sten” er defineret som et bundet aggregat af mineraler, mineraloider eller fragmenter af andre sten. Ordet “bundet” betyder, at aggregatet af mineraler i en vis forstand skal være cementeret sammen. F.eks. anses sand ikke for at være en sten, selv om sandkorn i de fleste tilfælde er sammenblandet. Sandsten er f.eks. blevet til en sten, fordi sandkornene er blevet cementeret sammen af finere mineraler og/eller organisk materiale og danner en relativt fast masse.
De tre hovedklassifikationer af bjergarter er magmatiske, metamorfe og sedimentære bjergarter.
Igneous Rock – Sten, der er dannet ved afkøling og krystallisering af magma i eller over lithosfæren (jordskorpen). Der dannes krystaller i magmaet, når det begynder at størkne, hvoraf afkølingshastigheden kan diktere størrelsen af de krystaller, der dannes.

Nærbillede af porfyritisk granit, en type magmatisk bjergart. Porfyritisk granit opstår, når magmaens afkølingstemperatur ændres hurtigt. I dette tilfælde fik store krystaller lov til at danne sig ved langsom afkøling, for derefter at blive afbrudt af en pludselig faldende temperaturændring, der fremskyndede krystallisationsprocessen, hvilket resulterede i mindre krystaller.

Sedimentbjergart – Bjergart, der er dannet som følge af eroderede materialer fra tidligere dannede bjergarter, der er blevet aflejret langs havbunden, flodlejer, søbunde osv. sammen med aflejring af mineraler fra vandet. I løbet af årene komprimeres disse aflejringer af naturlige kræfter og størkner senere til en fast masse (sten).

Dette er en sedimentær klippeformation, der er en del af Zabriskie Point, som ligger i Death Valley, Californien. Den består af sedimenter fra Furnace Creek Lake, som tørrede ud for omkring 5 millioner år siden. Millioner af års erosion har efterladt sedimentlagene blottet.

Metamorfe bjergarter – Bjergarter, der opstod, da eksisterende sedimentære eller magmatiske bjergarter blev udsat for tryk- og i nogle tilfælde temperaturændringer, der ændrede deres oprindelige mineralogi.

Metamorfe bjergarter kendt som “granit gnejs”. Dannet af metamorfoseret granit.

Hvordan dannes uorganiske krystaller?

Krystaller kan dannes af en række forskellige processer, herunder:

Evaporitaflejringer – Det er mineralformationer, der opstår som følge af processer ved jordens overflade. Krystaller dannes fra opløsninger, der indeholder mineraler, som bliver koncentreret ved dehydrering/fordampning af en vandig opløsning. Efterhånden som væsken langsomt fjernes ved fordampning, samles de koncentrerede mineraler og udfældes fra vandet i et struktureret mønster, der udvikler sig til en krystal. Et eksempel på udfældningsaflejringer er de lyserøde halitkrystaller fra Seamless Lake i Trona, Californien.
Sekundære mineralaflejringer – Disse dannes ved at vand udsættes for primære malme, ved aflejring fra hydrotermiske opløsninger eller dannes ved krystallisering af magma.

• Udsættelse for primære malme – Vand, der føres ind til udsatte malme (typisk i et hulrum) ved nedadgående perkolation gennem bjergarter. Dette kan starte kemiske processer, der nedbryder malmen og omfordeler mineralerne langs åbne hulrumsvægge. Azurit og malakit er gode eksempler herpå, hvor vandige opløsninger har bevæget sig gennem områder med primær kobbermalm og omfordelt dem som azurit- og malakitkrystaller, hvis dannelseskrav omfatter vand, karbonater og kobber.
• Hydrotermisk væskeaflejring – opstår i de fleste tilfælde, når hydrotermiske væsker bevæger sig opad gennem bjergarter og i processen opsamler mineraler i den omgivende bjergart. Når et åbent hulrum præsenteres for disse væsker, kan der ske udfældning af mineralerne i form af krystaller og/eller en fast masse. Undertiden kan mineralerne i den omgivende bjergart udskiftes, denne forekomst er kendt som et udskiftningsforekomst.
• Krystallisering af magma – opstår, når magmaen afkøles, og mineralerne i magmaen begynder at adskille sig i grupper af ensartede og kompatible mineraler. Afhængigt af afkølingshastigheden, sammensætningen og atmosfæren kan størrelsen af krystallerne variere betydeligt. Nogle gange kan afkøling ske for hurtigt, hvilket resulterer i manglende elementstruktur, hvilket obsidian (vulkanglas) er et eksempel herpå. Obsidian består primært af SiO₂ (kvarts i de fleste tilfælde) og har en kemisk formel med potentiale til at være et krystal/mineral, men manglen på krystallinsk struktur og variationen i sammensætning resulterer i, at det i stedet klassificeres som en mineraloid.

Mineraloidet, obsidian.

Mineralklasser

Den kemiske sammensætning af mineralet dikterer, hvordan det vil forekomme i naturen. Nogle af de almindelige mineralklasser efter deres kemiske sammensætning er:
Native mineraler – Elementer, der forekommer naturligt med en særskilt mineralstruktur og ingen kombination med et andet grundstof. Nogle eksempler på grundstoffer, som man ved dannes som naturlige mineraler, er guld (Au), sølv (Ag), svovl (S), kobber (Cu), grafit ((C) – løst pakket kulstof) og diamanter ((C) – tæt pakket kulstof – indeholder typisk nogle urenheder).

Rå naturdiamant

naturligt sølv

naturligt kobber

Oxider – En klasse af kemiske forbindelser, hvor en ilt-ion (O2-) danner par med et grundstof, i mange tilfælde et positivt ladet metal. Nogle eksempler herpå er SiO₂ – kvarts, Fe₂O₃ – hæmatit, Cu₂O – cuprit osv.
Carbonater – Mineraler, der er karakteriseret ved tilstedeværelsen af en carbonat-ion (CO₃2-). Binder sig typisk til metalkationer, som i de fleste tilfælde danner uopløselige forbindelser (kan ikke opløses i vand). Nogle eksempler herpå er CaCO₃ – Calcit/Aragonit, FeCO₃ – Siderit, ZnCO₃ – Smithsonit osv.
Silikater – Mineraler fra en familie af anioner, der indeholder både silicium (Si) og oxygen (O). Dette salt udgør en vigtig bestanddel af bjergarterne i hele lithosfæren (jordskorpen). Nogle eksempler på silikater er SiO₂ – kvarts, AlKO₆Si₂ – kaliumaluminiumsilikat, (Fe,Mg)₂SiO₄ – olivin osv.
Sulfid (Sulfid) – uorganisk anion af svovl, der har den kemiske formel S^2- og kan medføre reaktioner, der anses for at være ret komplekse. Udfældning af sulfider kan omfatte reaktioner med tungmetaller, hvor der dannes uopløselige metaludfældninger. Nogle eksempler på disse tungmetaller, der dannes af sulfidioner, er FeS₂ – Pyrit, CuFeS₂ – Chalcopyrit, PbS – Galena osv.
Sulfater (Sulfater) – Salte, der dannes, når svovlsyre (H₂SO₄) reagerer med et andet kemikalie. Nogle eksempler på sulfater er (Ba,Sr)SO₄ – Baryt (Baryt), CaSO₄- 2H₂O – Gips, SrSO₄ – Celestin (Celestite) osv.
Phosphater – Mineraler, der er kendetegnet ved deres tilstedeværelse af den komplekse anion (PO₄)^3-., hvoraf de fleste anses for at være ret sjældne i naturen. Nogle eksempler på fosfater er Ca5(PO₄)(OH,F,CL) – apatit, CuAl₆(PO₄)₄(OH)₈ – 4H₂O – turkis, Fe(II)3(PO4)₂- 8H2O – vivianit osv.

Krystallers og mineralers økonomi

For at et mineral kan anses for at være økonomisk værd at udvinde, skal det i moderne tider eksistere som en koncentration af nyttige mineraler, der kan bearbejdes (udvindes), mens man stadig opnår en fortjeneste. Koncentrationen skal også være høj nok til at gøre udvindingen værd at foretage. Nogle gange kan et mineral, der er ved at være udtømt i minen, føre til øjeblikkelig lukning af minen. På grund af dette kan minedrift være en ekstra risikabel forretning, hvad angår økonomien.
Metaller er i øjeblikket de vigtigste økonomiske mineraler, for de bruges til en lang række moderne anvendelser. Disse metaller udvindes fra metalholdige forekomster, der består af malmen (de eftertragtede mineraler) og i de fleste tilfælde de uønskede, mindre økonomiske omgivende mineraler, der er kendt som “gangmasse”.

Terminologi og illustrationer

Kemisk grundstof – Et kemisk grundstof er et stof, hvis atomer alle indeholder det samme antal protoner, kendt som atomnummeret. Det periodiske system er på en måde en nøgle, som blev sammensat af Dimitri Mendelejev, en russisk kemiker, til at inddele disse atomer i elementære kategorier baseret på deres antal protoner. Et hydrogenatom (H) indeholder f.eks. én proton, et heliumatom (He) indeholder to protoner, et lithiumatom (Li) indeholder tre protoner og så videre osv.

Periodisk tavle

Kemisk forbindelse – Består af molekyler. For at blive betragtet som en kemisk forbindelse skal molekylet bestå af op til to mere mere forskellige kemiske grundstoffer, der er bundet sammen.
Atom – Den mindste enhed af et kemisk grundstof. Et atom består af proton(er), elektron(er) og neutron(er), som tilsammen bestemmer atomets ladning. Atomer kan miste eller få elektroner, hvilket resulterer i positive og negative ladninger, der er kendt som ioner.

Dette er en illustration af et kulstofatom.
Blå – Elektroner.
Rød &Grå – Neutroner &Protoner.

Ion – Et atom eller molekyle med en elektrisk ladning, der skyldes tab eller gevinst af en eller flere elektroner.
Kation – En positivt ladet ion, der tiltrækkes af negativt ladede ioner. Eksempel – Hydrogen-ionen H+.
Anion – En negativt ladet ion, der tiltrækkes af positivt ladede ioner. Eksempel – Carbonat-ion er CO₃2-.

Carbonat-ion kemisk formel.

Dette billede illustrerer den molekylære struktur af en carbonat-ion (CO₃2-) på atomart niveau.