Wissenswerte Informationen über den Edelopal
Opal - Natürlicher Edelopal, Opalsynthesen und Opal-Imitationen Opalkristall und Kristallopal
Das Farbspiel des Opals in typischer polygonaler Geometrie
Eine lamellenartige (polysynthetische) Verzwillingung in einem Edelopal aus Australien
Kristallklare kristalline Kristallopale
Der Opal als KristallÜblicherweise wird ein Kristall folgendermaßen definiert (Borchard-Ott, Kristallographie - Eine Einführung für Naturwissenschaftler [1]):
"Ein Kristall ist ein anisotroper, homogener Körper, der eine dreidimensional periodische Anordnung der Bausteine besitzt."
Wird der Edelopal hinsichtlich dieser Definition betrachtet, ergeben sich folgende Aussagen:
Die Anisotropie, also Richtungsabhängigkeit einer physikalischen Eigenschaft, ist beim Edelopal allein schon durch das Farbspiel gegeben.
Ein Körper ist der Edelopal ebenfalls, denn er ist form- und volumenbeständig.
Darüber hinaus ist der Edelopal periodisch homogen mit einer dreidimensional periodischen Anordnung seiner Bausteine, hier der Silica-Kügelchen in Form der Dichtestpackung.
Es sind demnach sämtliche Voraussetzungen gegeben, den Edelopal ebenfalls als Kristall zu begreifen. Nur eben auf einer anderen Größenordnung - dem Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts.
Des Weiteren wurden auch am Edelopal kristalltypische Eigenschaften beschrieben. Ob ein polykristalliner Aufbau mit Domänen und Korngrenzen, Fehlstellen, Überstrukturen oder wie hier abgebildet eine polysynthetische Verzwillingung, der Edelopal ist eben nichts anderes als ein kolloidaler Kristall.
Der Opal - Ein Lichtkristall
Mehr Licht!Als Möglichkeit zur Unterscheidung von kristallinen und amorphen Festkörpern wird das Verhalten gegenüber Röntgenstrahlen herangezogen. Die dreidimensional periodische Anordnung der Bausteine in Kristallen bewirkt Interferenzen der Röntgenstrahlen, amorphe Körper zeigen dieses Verhalten nicht. Die Interferenz von Röntgenstrahlen wird mit Hilfe der Bragg'schen Gleichung beschrieben.
Der Edelopal (als Opal-A) ist nach dieser Definition zwar röntgen-amorph, dennoch läßt sich das Farbspiel ebenfalls mit der Bragg'schen Gleichung erklären (mit Modifikation), er ist somit licht-kristallin. Die Anwendung der Bragg'schen Gleichung wird auf der Seite zum Farbspiel beschrieben.
Allgemein werden derartige Materialien als photonische Kristalle bezeichnet, die nach Richard J. D. Tilley [2] wie folgt definiert werden:
"Photonic crystals are natural or artificial solids that are able to ‘manipulate’ light in a predetermined fashion, rather as X-rays are ‘manipulated’ by ordinary crystals. For this to be possible they must contain an array of scattering centres analogous to the atoms in ordinary crystals. Perhaps surprisingly, the diffraction phenomena are little different than that described for X-ray, electron and neutron diffraction, and the equations given above in this Chapter apply to photonic crystals as well as X-rays.
The best known natural photonic crystal is precious opal. The regions producing the colours are made up of an ordered packing of spheres of silica, (SiO2), which are embedded in amorphous silica or a matrix of disordered spheres. These small volumes of ordered spheres resemble small crystallites. They interact with light because the spacing of the ordered spheres is similar to that of the wavelength of light."
Farbspiel - Braggbeugung
Kristallopal aus Äthiopien
Kristallopal oder Opalkristall
Struktur oder TransparenzDie Klassifizierung von Edelopalen erfolgt seit 1997 nach dem System des "Federal Council of the Gemmological Association of Australia" und umfasst als Hauptgruppen natürliche Opale, behandelte Opale, Kompositmaterialien, sowie Opalsynthesen - und imitationen, die u.a. nach Typ, Varietät, Transparenz, Gewicht und Größe weiter differenziert und untergliedert werden.
Aufgrund der Schwierigkeit in der Verwendung des immer noch weit verbreiteten Begriffs "Kristallopal" zur Beschreibung hochtransparenter Opale werden derartige Opale in der neuen Klassifizierung nun als "helle Opale" (light opal) eingestuft.
Im vorherigen System mit der einfachen Unterteilung in Schwarzopal, Milchopal und Kristallopal sollte ursprünglich in Anlehnung an die allgemeine Vorstellung von Kristallen aus der Zuordnung "Kristallopal" die Transparenz des Opals "kristallklar" hervorgehen.
Obwohl dies so auch mehrheitlich verstanden wird, ergibt sich die Problematik des Begriffes aus der Möglichkeit, Kristallopale eben auch als kristallin im mineralogischen Sinne anzusehen. Dann würde der Edelopal irrtümlich als Mineral mit einer atomar strukturierten und symmetrischen Anordnung von Bausteinen verstanden, obwohl ein Großteil der Edelopale dem Typ Opal-A (A – Amorph in der Wechselwirkung mit Röntgenstrahlung) zuzuordnen ist.
Auch A. Smallwood erkannte die verwirrende Mehrdeutigkeit der Bezeichnung "Kristallopal" in der Veröffentlichung "A new era for opal nomenclature" [1]:
"When to term an opal a crystal opal also provided considerable discussion. The key to classification as crystal opal is really the transparency of the opal. Perhaps a better term would have been ‘transparent opal’; but any change in terminology from crystal to ‘transparent’ may take many many years to progress. The obvious problem with the term crystal opal is, of course, the basic fact that that opal has no crystal structure."
Das Problem im Umgang mit dem Begriff "Kristallopal" lässt sich jedoch wie oben bereits aufgeführt auf einfache Weise mit Hilfe der wissenschaftlichen Definition eines Kristalls klären.
Der Opal - Ein Einkristall
Bragg-BeugungTatsächlich konnten Wissenschaftler des gemmologischen Instituts in Nantes (Frankreich) zeigen, dass sich ein Edelopal als Lichtkristall verhält und (analog zu atomar aufgebauten Kristallen in der Wechselwirkung mit Röntgenstrahlung) bei Beleuchtung mit Weißlicht ein charakteristisches Beugungsmuster zu beobachten ist:
"Perfect diffraction in an opal from Wollo, Ethiopia"
" The play-of-color does not form large patches of spectral colors, but a network of sharp points of spectral colors moving together as the white light source (an optical fiber) moves around the sample. Note that the color of each spot slightly changes with the position of the white ligth source. All this indicates that this sample is made of a single optical crystal, i.e. a single network of silica spheres running from side to side of the sample, over one centimeter."
Der Edelopal ist folglich ein röntgenamorpher, aber auch lichtkristalliner Edelstein und gegen die Verwendung des Begriffes "Kristallopal" ist auch zukünftig nichts einzuwenden. Transparente Edelopale wären folglich dann nicht nur Kristallopale, sondern auch Opalkristalle.
Kristallopal
Literatur.
[1] Borchard-Ott, Walter: Kristallographie: Eine Einführung für Naturwissenschaftler. 7, Springer Berlin Heidelberg: 2009.
[2] Tilley, R.J.D.: Crystals and Crystal Structures, Wiley, Chichester: 2006.