Edelopal

Schwarzopal, Milchopal, Feueropal, Kristallopal.

Synthetische Opale und Opal-Imitationen.

Wissenswerte Informationen über den Edelopal

Opal - Natürlicher Edelopal, Opalsynthesen und Opal-Imitationen Die Opalstruktur
Struktur des Edelopals

Hexagonale Dichtestpackung
ABA-Stapelfolge, Raumgruppe P63/mmc

Dichtestgepackte Kugeln

Hexagonale und kubische Dichtestpackung

Die (typische) Struktur des Edelopals läßt sich als Dichtestpackung von Kugeln beschreiben.
Eine derartige Packung ist allgemein definiert als eine Anordnung von Elementen innerhalb eines begrenzten Volumens, so dass die Raumerfüllung maximiert wird.

Mit gleichgroßen Würfeln ist ein Raum vollständig ausfüllbar, mit Kugeln gelingt dies nicht, da spezifische Hohlräume auftreten.

Für gleichgroße Kugeln sind nur zwei Dichtestpackungen möglich, die hexagonale (hexagonal-close-packed - hcp) und die kubische Dichtestpackung (cubic-close-packed - ccp).
Für beide Strukturtypen beträgt die Packungsdichte 74% (exakt 74,048%) und die Anzahl nächster Nachbarn beträgt in beiden Fällen 12 - 6 Kugeln innerhalb einer Ebene, 3 oberhalb u. 3 unterhalb der Ebene.

Der einzige Unterschied zwischen der hexagonalen und kubischen Dichtestpackung besteht in der Stapelung der einzelnen hexagonal geordneten Kugellagen und damit in der Symmetrie (jede Kugelfarbe entspricht einer Ebene).

Die Aufklärung der Struktur des Opals

Partikel im Elektronenmikroskop

Der Nachweis, dass auch im Edelopal eine Dichtestpackung (annähernd) gleich großer Kugeln vorliegt, wurde anhand elektronenmikroskopischer Aufnahmen erstmals von Pense anläßlich einer Konferenz erbracht (Pense, 1963).
Eine detaillierte Untersuchung erfolgte ein Jahr später von Sanders (Sanders, 1964).

Der Originalartikel von Sanders mit dem Titel "Colour of Precious Opal" ist nicht frei verfügbar, jedoch wurden die rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen natürlicher und synthetischer Opale anläßlich eines Workshops ein weiteres Mal publiziert, diesmal öffentlich zugänglich.
Die Aufnahmen finden Sie hier in dem Artikel: Structure of Opals

Opal - Struktur

Kubische Dichtestpackung
ABC-Stapelfolge, Raumgruppe Fm3m

Opal - Dichtestpackung

Random hexagonal close-packing (rhcp)
Stapelsequenz (A-B-C)-(A-B-C)-(A-B-A)-(B-C-A)-B-C

Opal - Die zufällige Dichtestpackung.

CCP? HCP? RHCP!

Aus sämtlichen elektronenmikroskopischen Aufnahmen wurde deutlich, dass im Edelopal nie die eine oder andere Dichtestpackung allein auftritt, sondern dass eine Wechsellagerung beider Strukturtypen vorhanden ist.

Eine derartige Wechsellagerung wird auch als "zufällig hexagonal dichtest gepackte Struktur" bezeichnet (random-hexagonal-closed-packed, rhcp).

Edelopal - Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen

Ordnung im Elektronenmikroskop

Eine elektronenmikroskopische Aufnahme zeigt die Anordnung von Silica-Partikeln einer Größe von ca. 400nm eines äthiopischen Edelopals (Aufnahme J. Huth, MPI für Chemie Mainz).

Weitere REM-Aufnahmen von natürlichen Opalen, angefertigt von Erik Wollaert, Mineraloge und Autor der Schrift "Karakterising van Edelsteenopaal", finden sich in der Galerie "Opal - REM-Aufnahmen".

Opal - REM

REM-Aufnahme eines äthiopischen Edelopals (Bild: Huth/MPI Mainz)

Opal - Dichtestpackung

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines synthetischen Opals mit Partikeln einer Größe von 320nm (Bild: G. Gasser, MPIP Mainz)

Synthetischer Opal - Struktur

Rund und gepackt mit maximaler Raumerfüllung

Dass die Silica-Partikel in synthetischen Opalen ebenfalls in einer Dichtestpackung vorliegen, zeigt eine REM-Aufnahme an einer selbst präparierten Probe.

Hinweis: Bei den beschriebenen Dichtestpackungen handelt es sich um die typische Struktur des Edelopals. Opale mit ungewöhnlicher Binärstruktur aus Silica-Partikeln verschiedener Größe wurden von Sanders untersucht. Sanders analysierte natürliche Opale aus Brasilien und konnte deren Strukturtypen mittels Elektronenmikroskopie als AB2, bzw. AB13-Überstrukturen bestimmen.

Literatur.

Pense, J. (1963): Elektronenmikroskopischer Beitrag zur Optik der Edelopale, Jahrestagung der Deutschen und Österreichischen Mineralogischen Gesellschaft, 41, 166.

Sanders, J. V. (1964): Colour of Precious Opal, Nature, 204, 1151-1153.

Darragh, P. J., et al. (1966): Origin of Precious Opal, Nature, 209 (5018), 13-16.

Darragh, P. J., et al. (1976): OPALS, Scientific American, 234 (4), 84-95.

Sanders, J. V. (1968): Diffraction of Light by Opals, Acta Crystallographica, A 24, 427-434.

Sanders, J. V. (1975): Microstructure and Crystallinity of Gem Opals, American Mineralogist, 60, 749-757.

Sanders, J. V. (1980): Close-packed structures of two different sizes I. Observation on natural opal, Philosophical Magazine A 42(6), 705-720.

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