Fluorit, auch unter der bergmännischen Bezeichnung Flussspat oder seiner chemischen Bezeichnung Calciumfluorid bekannt, ist das Calciumsalz der Flusssäure und ein sehr häufig vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der einfachen Halogenide. Fluorit kristallisiert im kubischen Kristallsystem mit der chemischen Zusammensetzung CaF2 und entwickelt kubische Kristalle mit vorwiegend würfeliger oder seltener oktaedrischer Kristallform sowie Durchdringungszwillinge, aber auch körnige, massige Aggregate.
Reiner Fluorit ist farblos und transparent, durch Verunreinigungen auch grau. Er kann jedoch durch Fremdbeimengungen fast alle Farben, zumeist in schwacher Intensität, annehmen. Verbreitet sind grüne, violette bis schwarzviolette und gelbe Kristalle („Honigspat“), aber auch blaue, rote und braune Fluorite werden gefunden. Ebenso kann häufig ein zonarer Farbwechsel beobachtet werden. Die Strichfarbe ist dagegen immer Weiß.
Fluorit ist das Leitmineral (Skalamineral) der Mohsschen Härteskala für die Härte 4.
Etymologie und Geschichte Flussspat war schon im antiken Griechenland bekannt. Der deutsche Name geht auf die Verwendung als Flussmittel in der Metallverarbeitung zurück.
1824 entdeckte der deutsche Mineraloge Friedrich Mohs die im ultravioletten Licht sichtbar werdende Fluoreszenz. Der irische Mathematiker und Physiker George Gabriel Stokes benannte das Phänomen nach dem Fluorit in Analogie zur Opaleszenz zum Opal.
Da der Fluorit bereits lange vor der 1958 gegründeten International Mineralogical Association (IMA) bekannt und als eigenständige Mineralart anerkannt war, wurde dies von ihrer Commission on New Minerals, Nomenclature and Classification (CNMNC) übernommen und der Fluorit als sogenanntes „grandfathered“ (G) Mineral bezeichnet. Die seit 2021 ebenfalls von der IMA/CNMNC anerkannte Kurzbezeichnung (auch Mineral-Symbol) von Fluorit lautet „Flr“.
Klassifikation Bereits in der letztmals 1977 überarbeiteten und daher veralteten 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Fluorit zur Mineralklasse der „Halogenide“ und dort zur Abteilung „Einfache Halogenide“, wo er gemeinsam mit Cerfluorit und Yttrofluorit (beide diskreditiert) in der „Fluorit-Reihe“ mit der Systemnummer III/A.07 steht.
In der zuletzt 2018 überarbeiteten Lapis-Systematik nach Stefan Weiß, die formal auf der alten Systematik von Karl Hugo Strunz in der 8. Auflage basiert, erhielt das Mineral die System- und Mineralnummer III/A.08-010. Dies entspricht ebenfalls der Abteilung „Einfache Halogenide“, wo Fluorit zusammen mit Coccinit, Fluorocronit, Frankdicksonit, Gagarinit-(Ce), Gagarinit-(Y), Håleniusit-(La), Laurelit, Polezhaevait-(Ce), Strontiofluorit und Tveitit-(Y) eine unbenannte Gruppe mit der Systemnummer III/A.08 bildet.
Die von der International Mineralogical Association (IMA) zuletzt 2009 aktualisierte 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Fluorit in die bereits feiner unterteilte Abteilung „Einfache Halogenide ohne H2O“ ein. Diese ist weiter unterteilt nach dem Stoffmengenverhältnis von Metall zu Halogenid. Das Mineral ist hier entsprechend seiner Zusammensetzung in der Unterabteilung „M : X = 1 : 2“ zu finden, wo es zusammen mit Fluorocronit (IMA 2010-023), Frankdicksonit und Strontiofluorit (IMA 2009-014) die „Fluoritgruppe“ mit der Systemnummer 3.AB.25 bildet.
In der vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchlichen und zuletzt 1997 veröffentlichten Systematik der Minerale nach Dana hat Fluorit die System- und Mineralnummer 09.02.01.01. Das entspricht der Klasse der „Halogenide“ und dort der Abteilung „Wasserfreie und hydratisierte Halogenide“. Hier findet er sich in einer unbenannten Gruppe mit der Systemnummer 09.02.01, in der auch Frankdicksonit und Tveitit-(Y) eingeordnet sind.
Kristallstruktur mini|links|Elementarzelle Fluorit, weiß dargestellt die Calcium-Kationen, grün die Fluor-Anionen Fluorit kristallisiert isotyp mit Uraninit im kubischen Kristallsystem in der höchstsymmetrischen Kristallklasse (kubisch-hexakisoktaedrisch) beziehungsweise der mit dem Gitterparameter a = 5,463 Å sowie 4 Formeleinheiten pro Elementarzelle.
Die Kristallstruktur von Fluorit wurde 1914 durch William Henry Bragg und seinen Sohn William Lawrence Bragg über Röntgenbeugungsexperimente aufgeklärt. Ca2+-Ionen bilden hier eine kubisch dichteste Kugelpackung, die einem kubisch flächenzentrierten Gitter (fcc, face centered cubic) entspricht. Die Flächenzentrierung der Elementarzelle (siehe Bild links) kann auch aus dem Raumgruppensymbol abgelesen werden („F“).
Die Fluoridionen (F−) besetzen alle Tetraederlücken der dichtesten Kugelpackung aus Calciumionen. Da in einer dichtesten Kugelpackung immer doppelt so viele Tetraederlücken wie Packungsteilchen enthalten sind, ergibt sich in der Struktur ein Calcium-Fluor-Verhältnis von 1 : 2, was sich auch in der chemischen Formel des Fluorits, CaF2, widerspiegelt. Als Koordinationspolyeder ergibt sich für die Fluoridionen dadurch ein Tetraeder aus vier Calciumionen, die Calciumionen ihrerseits werden von acht Fluoratomen in Form eines Würfels umgeben. Die Kationen- und Anionen-Teilgitter sind nicht kommutativ, das heißt gegeneinander austauschbar.
Die sogenannte Fluoritstruktur findet sich bei einer Reihe weiterer Salze wie bei den Fluoriden SrF2, BaF2, CdF2, HgF2 und β-PbF2. Auch kommt die Antifluorit-Struktur beispielsweise bei Li2O, Li2S, Na2O, Na2S, K2O, K2S, Rb2O und Rb2S vor. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass die Anionenplätze der Fluoritstruktur nun von den Kationen besetzt werden und umgekehrt die Kationenplätze von den Anionen (nachzuvollziehen an der umgekehrten Stöchiometrie).
Eigenschaften Morphologie Fluorit bildet häufig gut ausgebildete, würfelförmige und oktaederförmige Kristalle. In Kombination mit diesen Hauptformen zeigen Fluoritkristalle oft Flächen weiterer Formen. Verbreitet sind Flächen des Rhombendodekaeders {110}, Tetrakishexaeders {210} (zusätzliche Flächen parallel zu den Würfelkanten), ferner des Ikositetraeders {211} oder {311} und Hexakisoktaeders {421}.
Die Kristalltracht der Fluoritkristalle ist temperaturabhängig. So entstehen bei hohen Bildungstemperaturen vorwiegend Oktaeder {111}, bei mittleren Temperaturen eher Rhombendodekaeder {110} und bei niedrigen Temperaturen Würfel {100} als trachtbeherrschende Formen.
Die Würfelflächen sind meist glatt und glänzend. Oktaeder- und Rhombendodekaederflächen erscheinen dagegen oft rau und matt und sind dann meist aus winzigen Würfelflächen zusammengesetzt. Bei den im Handel verbreiteten losen, oktaederförmigen Fluoritkristallen mit glatten glänzenden Flächen handelt es sich fast nie um in dieser Form gewachsene Kristalle, sondern um Spaltoktaeder.
Weiterhin bildet Fluorit kugelförmige und traubenförmige Aggregate, Krusten oder auch Stalaktiten. Als Besonderheit sind die Skalenoeder-Fluorite zu nennen, wie Funde aus der Flussspatgrube Cäcilia bei Freiung (Gemeinde Stulln in der Oberpfalz) belegen. Bei genauerer Untersuchung stellte sich aber heraus, dass diese ebenfalls dem kubischen System zugeordnet werden müssen und nur durch Verätzung entstanden sind.
Physikalische Eigenschaften mini|Fluorit mit starker blauvioletter Fluoreszenz
Durch Einlagerung von Lanthanoiden, zum Beispiel Eu2+, kann Fluorit unter Anregung mit UV-Licht starke Fluoreszenz zeigen und durch Erwärmung auch Phosphoreszenz sowie bei starker mechanischer Beanspruchung Tribolumineszenz.
Fluorit ist ein elektrischer Nichtleiter. Sein Schmelzpunkt beträgt 1392 °C.
Im Dünnschliff unter dem Mikroskop ist Fluorit im linear-polarisierten Licht dadurch auffällig, dass er aufgrund seines relativ niedrigen Brechungsindexes gegenüber fast allen Begleitmineralien ein stark negatives Relief zeigt. Unter gekreuzten Polfiltern zeigt er als kubisch kristallisiertes Mineral Isotropie, d.h., er bleibt dunkel.
Chemische Eigenschaften Bei Kontakt mit starken Säuren wie z. B. Schwefelsäure setzt Fluorit hochgiftigen Fluorwasserstoff frei.
Farbe Obwohl reines CaF2 farblos ist, gehört Fluorit zu den Mineralen mit den meisten Farbvariationen überhaupt. Die dunkle Färbung vieler Fluorite entsteht durch eingelagerte seltene Erden oder radioaktive Bestrahlung des Flussspats (Stinkspat), wobei auch eingewachsene Uranminerale die Färbung verstärken können.
Die Farbursachen sind vielfältig und nicht immer vollständig geklärt. Färbend wirken zumeist Spurengehalte von Seltenerdelementen, die oft erst durch radioaktive Bestrahlung zu färbenden Ionen ionisiert werden. Welche Seltenerdelemente hierbei ionisiert werden, kann von der Art der Bestrahlung abhängen. So können Fluorite bei gleichen Gehalten an Spurenelementen in der Umgebung von thoriumhaltigen Mineralen andere Farben entwickeln als in der Umgebung von uranhaltigen Mineralen. Weiterhin kann die Temperaturgeschichte die Farbe beeinflussen sowie der Einbau von Sauerstoffionen und OH− oder weiterer färbender Ionen. Spurengehalte nicht färbender Ionen wie Na+ oder Fe3+ stabilisieren färbende Gitterdefekte und beeinflussen so ebenfalls die Farbe.
Gelb: Die Farbe gelber Fluorite beruht auf dem Einbau von O3− und O2− anstelle von zwei benachbarten F−-Ionen. Der Ladungsausgleich erfolgt über den Ersatz von Ca2+ durch Na+.
Hellgrün: Die hellgrüne Farbe vieler Fluorite beruht auf Spurengehalten von Sm2+. Samarium (Sm) wird als Sm3+ anstelle von Ca2+ eingebaut. Die Reduktion zu Sm2+ erfolgt durch Aufnahme eines Elektrons, das bei der Oxidation anderer Kationen durch ionisierende Strahlung freigesetzt wird. Die Stabilität der grünen Farbe hängt davon ab, welche Kationen oxidiert werden. Unter reduzierenden Bedingungen gebildete Fluorite enthalten Spuren von Fe2+, das zu Fe3+ oxidiert werden kann und zusammen mit Samarium eine temperaturstabile grüne Farbe erzeugt. In unter eher oxidierenden Bedingungen gebildeten Fluoriten erfolgt die Erzeugung und Stabilisierung der grün färbenden Sm2+-Ionen durch Oxidation von Ce(Pr, Tb)3+ zu Ce(Pr, Tb)4+. Fluorite, die über diesen Mechanismus gefärbt sind, bleichen bei Tageslicht oder Erhitzung aus.
Gelbgrün: Fluorite einiger Lokalitäten (z. B. Redruth in England) zeigen eine grüne bis gelbgrüne Färbung, die auf das gemeinsame Vorkommen von Spuren von Yttrium (Y3+) und Cer (Ce3+) jeweils mit einem Farbzentrum (Leerstelle auf einer F−-Position, in der sich zwei Elektronen befinden) in direkter Nachbarschaft zurückzuführen ist.
Hellblau: Fluorite, die nur Y3+ enthalten, zusammen mit einer Leerstelle auf einer F−-Position, in der sich zwei Elektronen befinden, sind hellblau gefärbt.
Dunkelblau: Synthetische Fluorite können durch Bildung von kolloidalem Calcium (metallisch) intensiv blau bis violett gefärbt werden. Auch die blauviolette Farbe der natürlich vorkommenden „Blue John Fluorite“ aus Castleton bei Derbyshire in England wird darauf zurückgeführt.
Violett: Die Ursache der verbreiteten violetten Färbung natürlicher Fluorite ist nicht abschließend geklärt. Aktuell gelten Elektronendefekte im Kristallgitter als wahrscheinlichste Ursache der violetten Farbe von Fluorit.
Rosa, Rot: Die rosa bis rote Farbe von Fluoriten wird durch den Einbau von O23−-Molekülen verursacht, die durch benachbarte Y3+-Ionen stabilisiert werden.
Stinkspat (Antozonit) Als Stinkspat bezeichnet man eine dunkelviolette bis schwarze Varietät des Fluorits, die beim Zerkleinern einen stechenden Geruch entwickelt. Durch Reiben oder Schlagen des Kristalls wird gasförmiges giftiges Fluor (F2) freigesetzt, welches den Geruch verursacht. Stinkspat kommt oft (aber nicht immer) zusammen mit Uranmineralien vor, die teilweise als feinste Partikel im Stinkspat eingeschlossen sein können. Die Typlokalität und bekannteste deutsche Fundstelle ist Wölsendorf in der Oberpfalz.