Brechungsindex

Wird ein Objekt (z. B. ein Mineral) von einer Lichtquelle bestrahlt (z. B. der Sonne), wird ein Teil des Lichts an der Oberfläche reflektiert und ein Teil in das Mineral gebrochen. Der Grad der Lichtbrechung lässt sich durch eine materialabhängige Stoffkonstante des jeweiligen Mediums quantifizieren, dem sogenannten Brechungsindex (n). Je höher der Brechungsindex, desto geringer ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts und desto stärker werden die Wellenlängen beim Durchgang verkürzt. In der Regel haben Minerale mit höherer Dichte einen höheren Brechungsindex, da sie eine größere Anzahl von Atomen und Molekülen pro Volumeneinheit aufweisen; es gibt jedoch auch zahlreiche Ausnahmen (siehe z. B. Abbildung 1). Dies liegt vor allem daran, dass der Brechungsindex maßgeblich von der Polarisierbarkeit der Elektronenhülle der beteiligten Atome abhängt. Wenn Licht durch ein Mineral wandert, bringt das elektrisches Feld die Elektronenhüllen der Atome zum Schwingen. Je leichter sich diese Elektronenhüllen verformen lassen (Polarisierbarkeit), desto stärker wird die Lichtwelle abgebremst und desto höher ist der Brechungsindex. Titan (Ti⁴⁺) besitzt bespielweise eine unvollständig gefüllte d-Elektronenschale, während Zinn (Sn⁴⁺) eine voll besetzte, stabile d-Schale aufweist. Daher bremst Kassiterit trotz seiner höheren Masse das Licht weniger stark ab (kleinerer Brechungsindex). Der Zusammenhang zwischen den Brechungsindizes der beiden Medien (n₁, n₂) und den Einfalls- bzw. Brechungswinkeln (θ_E, θ_A) wird durch das Snelliussche Brechungsgesetz beschrieben.

Abbildung 1: Die Auswirkungen von unterschiedlichen Brechungsindizes der beiden Minerale
Kassiterit (SnO₂) und Rutil (TiO₂) auf die Wellenlänge des Lichts. Obwohl Kassiterit das Mineral mit höherer Dichte ist, weißt es den geringeren Brechungsindex auf.