Calcite

Calcit ist ein Karbonatmineral und die stabilste Form von Calciumcarbonat (CaCO₃). Es ist äußerst häufig, insbesondere als Hauptbestandteil von Kalkstein. Auf der Mohs-Skala definiert es die Härte 3. Große Calcitkristalle werden in optischen Geräten verwendet, und Kalkstein, der hauptsächlich aus Calcit besteht, hat viele praktische Anwendungen. Zwei weitere Formen von Calciumcarbonat sind die Minerale Aragonit und Vaterit. Aragonit wandelt sich bei Temperaturen über 300 °C innerhalb von Tagen oder weniger in Calcit um, und Vaterit ist noch instabiler.

Der Name leitet sich vom deutschen Wort Calcit ab, einem Begriff aus dem 19. Jahrhundert, der vom lateinischen calx (was Kalk bedeutet, mit Genitiv calcis) plus dem Mineralsuffix -it abgeleitet ist. Es ist somit ein Doublett des Wortes Kreide. In der Archäologie und im Steinhandel wird der Begriff Alabaster manchmal für eine feinkörnige, durchscheinende, gebänderte Calcitablagerung verwendet, obwohl in der Geologie und Mineralogie Alabaster für eine Varietät von Gips reserviert ist.

Zur Beschreibung von Richtungen in Calcitkristallen werden zwei verschiedene Sätze von Miller-Indizes verwendet: drei Indizes (h, k, l) entlang der a₁-, a₂-, c-Achsen oder vier Bravais-Miller-Indizes (h, k, i, l) entlang a₁, a₂, a₃, c, wobei i redundant, aber hilfreich für die Visualisierung der Symmetrie ist. Es gibt auch zwei Definitionen der Elementarzelle. Die ältere „morphologische“ Elementarzelle wurde durch Messung von Kristallflächenwinkeln mit einem Goniometer ermittelt; sie ist rhomboedrisch mit ungefähren Abmessungen von a = 10 Å und c = 8,5 Å. Die spätere „strukturelle“ Elementarzelle, bestimmt durch Röntgenkristallographie, ist hexagonal (ein rhombisches Prisma) mit ungefähren Abmessungen von a = 5 Å und c = 17 Å. Zur Umrechnung von morphologischen in strukturelle Einheiten wird c mit 4 multipliziert. Beispielsweise wird die Calcit-Spaltbarkeit in morphologischen Koordinaten als vollkommen auf {1 0 1 1} und in strukturellen Koordinaten auf {1 0 1 4} beschrieben; in {hkl}-Indizes sind dies {1 0 1} bzw. {1 0 4}. Verzwillingung, Spaltbarkeit und Kristallformen werden oft in morphologischen Einheiten angegeben.

Zu den diagnostischen Eigenschaften gehören eine Mohs-Härte von 3, ein spezifisches Gewicht von 2,71 und ein glasartiger Glanz bei kristallinen Varietäten. Die Farbe ist weiß oder farblos, aber Verunreinigungen können Grau-, Rot-, Orange-, Gelb-, Grün-, Blau-, Violett-, Braun- oder sogar Schwarztöne erzeugen.

Calcit weist viele Kristallgewohnheiten auf, die über 1.000 mögliche kristallographische Formen kombinieren. Die häufigsten sind Skalenoeder (mit Flächen in den hexagonalen {2 1 1}- oder {2 1 4}-Richtungen) und Rhomboeder (mit Flächen in den {1 0 1}- oder {1 0 4}-Richtungen, die auch die Hauptspaltebenen sind). Zu den Habitusformen gehören spitze bis stumpfe Rhomboeder, tafelige Formen, Prismen und verschiedene Skalenoeder. Mehrere Verzwilligungstypen erhöhen die Vielfalt. Es kann auch als faserige, körnige, lamellare oder kompakte Massen auftreten. Ein faseriger, ausblühender Habitus wird Lublinit genannt. Die Spaltbarkeit erfolgt in drei Richtungen parallel zum Rhomboeder. Der Bruch ist muschelig, aber schwer zu erzeugen. Skalenoederflächen sind chiral und treten in Spiegelbildpaaren auf; ihr Wachstum kann durch chirale Biomoleküle wie L- und D-Aminosäuren beeinflusst werden. Rhomboederflächen sind nicht chiral.

Calcit reicht von durchsichtig bis undurchsichtig und kann Phosphoreszenz oder Fluoreszenz zeigen. Eine als Isländischer Doppelspat bekannte durchsichtige Varietät wird in der Optik verwendet. Spitze skalenoedrische Kristalle werden manchmal als Hundezahnspat bezeichnet, und die rhomboedrische Form wird manchmal als Nagelspat bezeichnet. Die rhomboedrische Form könnte auch der Sonnenstein gewesen sein, der von Wikingernavigatoren verwendet wurde, wie in den Isländersagas erwähnt. Einkristalle zeigen eine starke Doppelbrechung, wodurch Objekte, die durch klaren Calcit betrachtet werden, doppelt erscheinen. Dieser Effekt wurde erstmals 1669 vom dänischen Wissenschaftler Rasmus Bartholin beschrieben. Bei etwa 590 nm liegen die ordentlichen und außerordentlichen Brechungsindizes bei 1,658 bzw. 1,486. Zwischen 190 und 1700 nm reicht der ordentliche Index von etwa 1,9 bis 1,5 und der außerordentliche Index von etwa 1,6 bis 1,4.

Calcit ist thermolumineszent, hauptsächlich aufgrund von zweiwertigen Manganverunreinigungen (Mn²⁺). In einem Experiment wurden Aktivatoren wie Ionen von Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Pb und Bi zu Calcitproben hinzugefügt, um zu sehen, ob sie Wärme oder Licht abgeben. Ionen von Cu⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Ag⁺, Bi³⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺ und Ni²⁺ verursachten keine Reaktion. Eine Reaktion trat jedoch auf, wenn sowohl Mangan- als auch Bleiionen vorhanden waren. Durch Änderung der Temperatur konnte das Leuchten beobachtet werden.