Toermalijn

In tegenstelling tot wat vaak gedacht wordt, is toermalijn geen mineraal, maar een groep van mineralen, allen cyclosilicaten. De mineralen in deze groep delen een karakteristieke chemische formule:

AX3Y6(BO3)3 Si6O18(O, OH, F)4. De A kan calcium of natrium bevatten. De X kan bestaan uit aluminium, ijzer, lithium of magnesium. De Y is normaalgesproken aluminium, maar kan ook chroom of ijzer zijn. Op de positie van A kan wat kalium zitten, mangaan kan in X zitten en vanadium kan in Y gevonden worden, maar deze elementen komen niet vaak voor in de formules van de toermalijngroep.

Toermalijnen hebben bepaalde unieke eigenschappen. Ze zijn piëzo-elektrisch, wat betekent dat als een kristal verhit of samengedrukt, verschillende elektrische ladingen worden gevormd aan de beide uiteinden van het kristal. Zo ontstaat een elektrische potentiaal. Als er een externe elektrische potentiaal op het kristal wordt uitgevoerd, vibreert het. De mineralen zijn pleochroïsch, wat betekent dat het kristal donkerder van kleur is gezien langs de langste as van het kristal, dan gezien loodrecht op die as.

De vier bekendste en meest voorkomende toermalijnmineralen hebben verschillende kleuren en transparanties. Elbaiet is transparant en een waardevolle edelsteen. Schorl, dat rijk is aan ijzer, is het meest voorkomende mineraal uit de toermalijn groep en is zwart en opaak. Het wordt voornamelijk gevormd in pegmatieten, de uiterste langzaam afkoelende ganggesteenten van een magma. De twee andere toermalijnen die regelmatig voorkomen zijn draviet en uviet. Draviet is doorgaans bruin doorschijnend en kan erg groot worden. Uviet is groen doorschijnend tot opaak.

Categorieën: Mineraal | Cyclosilicaat | Verbinding van fluor | Verbinding van boor

Lithium

Lithium is een scheikundig element met symbool Li en atoomnummer 3. Het is een zilverwit alkalimetaal.

Lithium werd in 1817 ontdekt door Johan Arfwedson. De naam is afgeleid van het Griekse λιθος (lithos) dat steen betekent. Arfwedson ontdekte het element tijdens het onderzoeken van mineralen die afkomstig waren van het Zweedse eiland Utö. Christian Gmelin observeerde in 1818 dat lithiumzouten in een vlam een heldere rode kleur gaven. Geen van beide heren was echter in staat lithium te isoleren. De eerste isolatie van lithium gebeurde tijdens de elektrolyse van lithiumoxide door Humphry Davy. In 1923 werd lithium voor het eerst op grote schaal geproduceerd door het Duitse bedrijf Metallgesellschaft AG, waar men lithium verkreeg door middel van elektrolyse van een mengsel van lithiumchloride en kaliumchloride.

Lithium wordt toegepast in legeringen voor warmteuitwisseling. Het heeft een grote specifieke warmte. Het Li+ ion is bijzonder klein en mobiel. Er zijn een aantal vaste stoffen met een gelaagde structuur waar het tussen de lagen kan indringen. Deze interkalaten zijn interessante materialen voor vaste stof batterijen. Bovendien heeft lithium een hoog elektrochemisch potentiaal. Het metaal wordt gebruikt in de organische synthese. De halogeniden zoals lithiumchloride en lithiumbromide zijn hygroscopisch en worden als droogmiddelen gebruikt. Het stearaat is een veelgebruikt smeermiddel bij hoge temperaturen. Lithium wordt ook toegevoegd aan speciale glassoorten, bijvoorbeeld om telescoopspiegels van te maken. Lithiumcarbonaat en lithiumcitraat worden als medicijn gebruikt bij de onderdrukking van manie en depressie, het kan ook als drug dienen. In de volksmond worden deze medicijnen slechts aangeduid met de naam van de werkzame component (het Li+ ion) "Lithium".

Lithium is het lichtste metaal. In pure vorm is het een zacht zilverachtig materiaal dat aan de lucht snel oxideert. Ook met water reageert het snel onder vrijkomen van waterstof, hoewel het het minst reactieve element van de alkalimetalen is. In de vlam geeft het een rode kleur.

Het metaal kan uit zijn zouten vrijgemaakt worden langs elektrochemische weg, via elektrolyse van bijvoorbeeld het chloride:

Chroom

Chroom of chromium is een scheikundig element met symbool Cr en atoomnummer 24. Het is een zilverkleurig overgangsmetaal.

In 1761 vond Johann Gottlob Lehmann in het Oeralgebergte een oranje-rood mineraal dat hij Siberisch rood lood noemde, omdat hij dacht dat het een loodverbinding was met selenium en ijzer. Later bleek dat hij het mineraal crocoiet had gevonden dat uit loodchromaat (PbCrO4) bestaat.

Enkele jaren later bezocht Peter Simon Pallas de locatie opnieuw en ontdekte dat het Siberisch rood lood zeer geschikt was als pigment in verf. Spoedig daarna werd het materiaal populair en bleek er ook een heldere gele kleurstof te kunnen worden gemaakt van crocoiet.

In 1797 lukte het Nicolas-Louis Vauquelin om chroomoxide uit crocoiet te isoleren door het mineraal te mengen met zoutzuur. Een jaar later bleek deze Franse chemicus in staat om uit chroomoxide metallische chroom te isoleren door het in een oven te verhitten. Later ontdekte hij dat sommige edelstenen (zoals robijn) ook sporen van chroom bevatten.

Tot het begin van de 19e eeuw werd chroom voornamelijk gebruikt als verfcomponent. Daarna kwam chroom steeds meer in zwang als metaal in legeringen.

Mangaan

Mangaan is een scheikundig element met symbool Mn en atoomnummer 25. Het is een zilverkleurig overgangsmetaal.

Al sinds de prehistorie wordt mangaan gebruikt. 15.000 jaar voor het begin van onze jaartelling werd bruinsteen (mangaandioxide) al gebruikt als pigment in verf. De Egyptenaren en Romeinen pasten mangaan toe tijdens de productie van glas, zowel om kleuren toe te voegen, als om kleuren te verwijderen. De Spartanen maakten legeringen van mangaan en ijzer.

In de 17e eeuw produceerde de Duitse chemicus Johann Rudolph Glauber voor het eerst kaliumpermanganaat, een stof die veel toepassing vindt in chemische laboratoria. In het midden van de 18e eeuw werd mangaanoxide gebruikt voor chloorproductie.

De Zweedse chemicus Carl Wilhelm Scheele kwam tot de ontdekking dat mangaan een element is. Zijn collega Johann Gottlieb Gahn isoleerde zuiver mangaan in 1774 door mangaanoxide te reduceren met koolstof.

In het begin van de 19e eeuw gingen wetenschappers op zoek naar manieren waarop mangaan gebruikt kon worden in de productie van staal. In 1816 werd ontdekt dat de toevoeging van mangaan aan ijzer leidde tot een hardere staalvariant, zonder het breekbaar te maken.

Vanadium

Vanadium is een scheikundig element met symbool V en atoomnummer 23. Het is een zilvergrijs overgangsmetaal.

Vanadium is in 1801 ontdekt door de Spaanse mineraloog Andrés Manuel del Río in de buurt van Mexico-stad. Andres del Rio noemde het mineraal bruin lood (later werd dit mineraal bekend als vanadiet) en metaal panchromium, omdat het sterke overeenkomsten vertoonde met dit element. Omdat de meeste zouten die met "panchromium" gevormd konden worden een rode kleur kregen bij verhitting, hernoemde hij het later naar erythronium. Later wist een Franse chemicus del Rio ervan te overtuigen dat hij geen nieuw element had ontdekt, maar slechts een onzuivere vorm van chroom.

In 1831 herontdekte de Zweedse chemicus Sefström vanadium in een nieuw oxide en in datzelfde jaar bevestigde Friedrich Wöhler dat del Rio wel degelijk een nieuw element had ontdekt. Metallisch vanadium werd voor het eerst geïsoleerd in 1867 door Henry Enfield Roscoe, hij deed dit door vanadiumtrichloride (VCl3) te reduceren met waterstofgas.

De naam vanadium komt van de scandinavische god van de schoonheid Vanadis.

Veruit het grootste deel (80%) van het hedendaags gebruikte vanadium wordt verwerkt in staal. Andere toepassingen zijn:

Elbaiet

Het mineraal elbaiet is een sterk van kleur wisselend boor-houdend natrium-lithium-aluminium-silicaat en het cyclosilicaat behoort tot de groep der toermalijnen.

De eigenschappen van het mineraal zijn hetzelfde als die van toermalijn. Elbaïet bevat lithium en is doorzichtig tot doorschijnend. Elbaïet kan kleurloos (variëteit achroïet), roze tot felrood (variëteit rubelliet), blauw tot groenblauw (variëteit indigoliet), groen tot donkergroen (variëteit verdeliet) of veelkleurig zijn.

Het mineraal is genoemd naar het Italiaanse eiland Elba.

Elbaïet komt vrij zeldzaam voor. Het wordt onder andere gevonden in Italië, de voormalige Sovjet-Unie (Oeralgebergte, Transbaïkalië, Kazachstan), de VS en Brazilië.

Het mineraal wordt soms bewerkt tot edelsteen (facetstenen, cabochons).

Pegmatiet

Pegmatiet is een ganggesteente, vaak ontstaan uit felsisch (zuur, hoog SiO2 gehalte) vulkanisme, dat zeer grote kristallen (tot 10 meter doorsnede) kan bevatten.

Kenmerkend voor een pegmatiet is het voorkomen van zeldzame mineralen als aquamarijn, toermalijn, topaas, fluoriet, apatiet en wolfraam. Vooral mineralen die lithium bevatten, ontstaan in pegmatieten omdat een pegmatiet de laatst kristalliserende elementen opneemt.

Pegmatiet is genoemd naar het Latijnse woord pegma, dat "schavot" of "boekenkast" betekent.

Overal waar magma stolt onder het aardoppervlak, ontstaat stollingsgesteente. In gebieden waar een deel van het magma nog vloeibaar blijft, zijn er kristallen die "drijven" en aangroeien in de smelt die langzaam en als laatste uitkristalliseert. Als pegmatieten ontsloten raken aan het oppervlak, zijn er vaak erg mooie en grote kristallen te vinden. Dit is het geval in Brazilië, maar ook op kleinere schaal op Cap de Creus, Catalonië, Spanje.

Omdat pegmatieten zeldzame aardelementen als lithium, beryllium en tantalium bevat, is het voor de industrie een interessant gesteente om te mijnen. Ook edelstenen worden in pegmatieten gevonden.

Draviet

Het mineraal draviet is een bruin, groenbruin tot bruinzwart, zelden geel, donkerrood of grijsblauw cyclosilicaat dat behoort tot de groep der toermalijnen.

De eigenschappen van het mineraal zijn hetzelfde als die van toermalijn. Draviet bevat magnesium en is doorzichtig, doorschijnend tot niet-doorzichtig. Het lijkt veel op het mineraal uviet dat ook tot de toermalijngroep behoort.

Het mineraal draviet is genoemd naar de Oostenrijkse rivier, de Drave.

Draviet komt vrij zeldzaam voor en is het meest verbreide mineraal uit de toermalijngroep. Het wordt onder andere gevonden in Duitsland, de voormalige Sovjet-Unie (Oeral, Transbaikal, Midden-Azië), de VS (Pennsylvania, Texas, New York) en Australië.

Het mineraal wordt heel zelden bewerkt tot edelsteen.

Uviet

Het mineraal uviet is een geelbruin, bruin tot zwart silicaat en behoort tot de groep der toermalijnen.

De eigenschappen van het mineraal zijn hetzelfde als die van toermalijn. Uviet bevat magnesium en is doorschijnend tot niet-doorzichtig. Het lijkt veel op het mineraal draviet dat ook tot de toermalijngroep behoort.

Het mineraal is genoemd naar de Singalese provincie Uva.

Draviet komt vrij zeldzaam voor en is het meest verbreide mineraal uit de toermalijngroep. Het wordt onder andere gevonden in de voormalige Sovjet-Unie (Transbaïkalië, Jakoetië), Sri Lanka, de VS (New York) en Canada (Ontario).

Het mineraal wordt heel zelden bewerkt als siersteen.