Kamen, mineral, kristal

V geoloških znanostih (mineralogiji, kristalografiji, petrologiji) za opisovanje kamnov uporabljajo izraze, kot so mineral, kristal in kamnina. V gemologiji pa izraz kamen pomeni vse kamnine, minerale in kristale, ki se uporabljajo za okras. Ime, ki za določen kamen (ali kristal, kar je izraz, na katerega navadno naletimo v ezoteriki) uporablja, je različek minerala, lahko tudi skupine mineralov, kakor se ga imenuje v gemologiji.

Mineral je naravna trdna snov, ki ima urejeno notranjo zgradbo in določeno, a ne nespremenljivo kemično sestavo. Če so atomi urejeni v pravilnih, ponavljajočih se vzorcih, temu pravimo, da tvorijo kristalno mrežo ali kristalno strukturo. Izjeme, kjer pri mineralih tega ni, imenujemo amorfni minerali (na primer naravno steklo, opal). Izraz kristal izhaja iz grške besede krystallos, ki pomeni »ledeno mrzel« ali »čisti led«. V antiki so namreč verjeli, da je kamena strela led, ki je tako globoko zamrznil, da se ne more več stopiti. V 17. stoletju so izraz kristal začeli uporabljati za opis mineralov z izrazito razvitimi kristalnimi ploskvami, danes pa je to strokovni termin za snovi s pravilnimi zunanjimi oblikami, ki so posledica notranje urejenosti zgradbe. Veda, ki kristale preučuje, je kristalografija.

Lastnosti minerala določata njegovi kemična sestava in kristalna struktura. Kemična sestava so atomi, iz katerih je mineral zgrajen, kristalna struktura pa način, kako so med seboj povezani. Najmanjši del ali gradnik minerala, ki že ima vse značilnosti tega minerala (kemično sestavo in kristalno strukturo) imenujemo osnovna celica. Od tega, kako se osnovne celice med seboj dograjujejo, pa je odvisna zunanja oblika kristalov, kot jo vidimo s prostim očesom. Kristalna struktura neposredno vpliva na fizikalne lastnosti, na primer gostoto, trdoto, trdnost, lom svetlobe, razkolnost in lom minerala, obarvanost minerala. Zelo zanimivi lastnosti mineralov sta piezoelektričnost (lastnost kremena in nekaterih drugih kristalnih snovi, da se v enosmernem električnem toku krčijo in raztezajo, v izmeničnem pa nihajo, in obratno, da se ob mehanskem pritisku naelektrijo) – take kristale uporabljamo za pretvarjanje mehanske energije v električno in obratno, in piroelektričnost, lastnost določenih kristalov, na primer turmalina, ki dobijo na obeh straneh električna naboja nasprotnega predznaka, če jih močno segrevamo ali ohlajamo.

Na podlagi kristalne strukture minerale delimo v 7 kristalnih skupin oz. singonij, ki se ločijo po kotih, pod katerimi se sekajo kristalografske osi: kubični, tetragonalni, heksagonalni, trigonalni, ortorombski, monoklinski in triklinski sistem. Kristalna struktura in kemijska sestava pa določata tudi uvrstitev v enega od 9 razredov mineralov (po Strunzovi klasifikaciji):

1. samorodne prvine (na primer zlato in diamant),
2. sulfidi (spojine kovin z žveplom, pomembne predvsem kot rudni materiali),
3. haloidi (spojine s halogenimi prvinami, ki se rade topijo v vodi, na primer sol),
4. oksidi in hidroksidi (spojine s kisikom ali skupino OH, na primer kremen),
5. nitrati, karbonati in borati (soli ogljikove, dušikove in borove kisline, na primer kalcit in malahit),
6. sulfati, kromati, molibdati in volframati (spojine kisika z žveplom, kromom, molibdenom in volframom, na primer wulfenit),
7. fosfati, arzenati in vanadati (kovine, vezane z anionsko skupino PO₄, AsO₄ ali VO₄),
8. silikati (najpomembnejša in najpogostejša skupina mineralov na Zemljinem površju; delimo jih na otočne (npr. olivin), skupinske (npr. zoisit), obročaste (npr. turmalini), nitaste (npr. žadeit), listaste (npr. sljuda) in paličaste silikate (npr. glinenci) glede na to, kako so sestavni deli, tetraedri SiO₄, povezani med seboj),
9. organske snovi (na primer jantar).