Struktur des Edelopals
Die 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):
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Hexagonale Dichtestpackung (hcp) mit einer A-B-A-Stapelfolge. |
Kubische Dichtestpackung (ccp), A-B-C-Stapelfolge. |
Zur Veranschaulichung des strukturellen Aufbaus des Edelopals finden Sie hier eine Animation der kubischen Dichtestpackung.
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
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:
Random hexagonal close-packing (rhcp),
Stapelsequenz (A-B-C)-(A-B-C)-(A-B-A)-(B-C-A)-B-C
Eine derartige Wechsellagerung wird auch als "zufällig hexagonal dichtest gepackte Struktur (random-hexagonal-closed-packed, rhcp) bezeichnet.
Folgende elektronenmikroskopische Aufnahme zeigt die Anordnung von Silica-Partikeln einer Größe von ca. 400nm eines äthiopischen Edelopals (Aufnahme J. Huth, MPI für Chemie Mainz):
Dass die Silica-Partikel in synthetischen Opalen ebenfalls in einer Dichtestpackung vorliegen, zeigt diese REM-Aufnahme an einer selbst präparierten Probe (G. Gasser, MPIP Mainz, Partikelgröße 320nm):
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.
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