Quarz

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Quarz (α-Quarz, Tiefquarz)
Reiner Quarz (Bergkristall)
Chemismus	SiO2
Mineralklasse	Oxide/Hydroxide IV/D.01-10 (nach Strunz) 75.1.3.1 (nach Dana)
Kristallsystem	trigonal
Kristallklasse	trigonal-trapezoedrisch, 32
Farbe	farblos, weiß, alle Farben möglich
Strichfarbe	weiß
Mohshärte	7
Dichte (g/cm³)	2,65 g/cm3
Glanz	Glasglanz auf Prismenflächen, Fettglanz auf Bruchflächen
Transparenz	durchsichtig bis undurchsichtig
Bruch	muschelig, spröde
Spaltbarkeit	keine
Habitus	prismatisch, mikrokristallin
Häufige Kristallflächen
Zwillingsbildung	überwiegend Ergänzungszwillinge
Kristalloptik
Brechzahl	no = 1,5442 ne = 1,5533
Doppelbrechung (optische Orientierung)	Δ = 0,0091 ; positiv
Pleochroismus	nicht bekannt
Winkel/Dispersion der optischen Achsen	2vz ~ häufiger anomal mit 2vz ~ 0-10°
Weitere Eigenschaften
Phasenumwandlungen	Übergang in hexagonalen Hochquarz (β-Quarz) oberhalb 573 °C
Schmelzpunkt	1713 °C (SiO2 in der Modifikation β-Cristobalit)
Chemisches Verhalten	Löslich in Flusssäure und Soda-Schmelzen
Ähnliche Minerale	keine
Radioaktivität	nicht radioaktiv
Magnetismus	nicht magnetisch
Besondere Kennzeichen	kann Flüssigkeitseinschlüsse enthalten

Quarz (wissenschaftliche Bezeichnung: Tiefquarz oder α-Quarz) ist ein Mineral mit der chemischen Zusammensetzung SiO₂ und trigonaler Symmetrie. Er ist die auf der Erdoberfläche stabile Form (Modifikation) des Siliciumdioxids und nach den Feldspäten das zweithäufigste Mineral der Erdkruste.

Quarz gehört mit einer Mohshärte von 7 zu den harten Mineralen und dient als Bezugsgröße auf der bis 10 (Diamant) reichenden Skala nach Friedrich Mohs. Er entwickelt oft gut entwickelte Kristalle von großer Formen- und Farbenvielfalt (siehe Modifikationen und Varietäten), deren Kristallflächen Glasglanz aufweisen. Quarz besitzt keine Spaltbarkeit, bricht muschelig wie Glas und zeigt auf den Bruchflächen einen fettigen Glanz.

Quarz ist eines der wichtigsten Industrieminerale und hat sowohl als Baustoff wie auch als Rohstoff für die Keramik-, Glas- und Zementindustrie weltweite Bedeutung. Schwingquarze dienen als Taktgeber in elektronischen Schaltungen und hochpräzisen Uhren. Darüber hinaus wird Quarz und seine farbigen Varietäten seit alters her als Schmuckstein geschätzt (siehe Verwendung).

Quarz wird gelegentlich mit dem Calcit verwechselt, kann jedoch durch seine größere Härte, die niedrigere Doppelbrechung und die Reaktion des Calcits mit verdünnter Salzsäure leicht von diesem unterschieden werden.

Inhaltsverzeichnis 1 Besondere Eigenschaften 1.1 Chemische Zusammensetzung 1.2 Piezoelektrizität 1.3 Optische Aktivität 2 Etymologie und Geschichte 3 Klassifikation 4 Bildung und Fundorte 5 Modifikationen und Varietäten 5.1 Farbvarianten durch Fremdionen und Bestrahlung 5.2 Farbvarianten durch Einschlüsse 5.3 Mikrokristallines SiO2 5.4 Andere Varietäten und Handelsnamen 6 Morphologie 6.1 Kristall- und Wachstumsformen 6.2 Kristallzwillinge 7 Kristallstruktur 8 Verwendung 8.1 als Rohstoff 8.2 als Schmuckstein 9 Quarz und Fossilisierung 9.1 Versteinerte Wälder 10 Vorsichtsmaßnahmen 11 Esoterik 12 Siehe auch 13 Literatur 14 Weblinks

[Bearbeiten] Besondere Eigenschaften

[Bearbeiten] Chemische Zusammensetzung

Quarz ist eine sehr reine Verbindung und baut andere Elemente nur in Spuren ins Kristallgitter ein. Natürliche Quarze können zwischen 13 und 15000 ppm (meist aber nur einige 100ppm) Aluminium³⁺, zwischen 9 und 1400 ppm Natrium⁺, zwischen 3 und 300 ppm Kalium⁺, sowie geringere Mengen an Eisen³⁺, Titan⁴⁺, Phosphor⁵⁺, Wasserstoff⁺ und Lithium⁺ enthalten.

Der Einbau dieser Ionen erfolgt zumeist über einen gekoppelten Ersatz (Substitution) von einem Si⁴⁺- Ion durch ein dreiwertiges und ein einwertiges Ion, also z.B. Al³⁺ und Na⁺. Die Fremdionen werden sowohl auf den Si-Positionen im Gitter eingebaut wie auch auf ansonsten leeren Zwischengitterplätzen. Der Einbau von Eisen und Aluminium ist zusammen mit der Einwirkung von ionisierender Strahlung verantwortlich für die verschiedenen Farben der Quarzvarietäten.

[Bearbeiten] Piezoelektrizität

Quarz zeigt einen starken piezoelektrischen Effekt senkrecht zur Prismenachse entlang der a-Achsen. Bei Druck auf einen Quarzkristall reagiert dieser mit einer elektrischen Polarisierung entlang der Druckrichtung. Umgekehrt führt das Anlegen einer elektrischen Spannung zu einer Dehnung oder Stauchung des Kristalls, er „schwingt“. Die Regelmäßigkeit und Genauigkeit der Schwingungen kann beim Einbau von so genannten Schwingquarzen in verschiedene Messgeräte (Uhren, Taktgeber) genutzt werden.

[Bearbeiten] Optische Aktivität

Durch die Kristallisation des Quarzes in einer enantiomorphen Struktur wird die Schwingungsebene des Lichtes, das einen Tiefquarz in Richtung der c-Achse durchquert, gedreht. Die Angabe exakter Messergebnisse dieser Drehung erweist sich allerdings als schwierig, da Messergebnisse aufgrund verschiedener Störfaktoren wie unerkannte Verzwillingungen von Rechts- und Linksquarz oder kleinste Verunreinigungen stark streuen. Zusätzlich erschweren Fertigungstoleranzen die Herstellung exakt orientierter Quarzschnitte. Weiterhin ist die Stärke der Drehung Schwingungsebene des Lichtes abhängig von der Wellenlänge des Lichtes(Bsp.: Natrium-D-Linie: 589,3 nm, Grünfilter für Quecksilberdampflampen: 546 nm). So schwankt die Angabe des optischen Drehvermögens bei Quarz je nach Quelle und Wellenlänge zwischen 21 und 28 °/mm angegeben.

[Bearbeiten] Etymologie und Geschichte

Quarz war im Mittelalter eine Bezeichnung für das Bergwerk, sowie für alle Kristalle. Erst mit Georgius Agricola wurde der Begriff auf Bergkristalle eingeschränkt. Die Wortherkunft ist unklar. In Frage kommen altslawisch tvurdu für „hart“ und mittelhochdeutsch querch für „Zwerg“. Die Bezeichnung "Quarz" hat sich international durchgesetzt.

[Bearbeiten] Klassifikation

Nach der Strunz'schen Systematik wird Quarz aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung zur Mineralklasse der Oxide mit einem Metall-Sauerstoffverhältnis von 1:2 gezählt und ist zudem Namensgeber für eine Gruppe chemisch ähnlicher oder gleicher Minerale.

Ebenfalls zur Quarzgruppe gehören demnach Coesit, Cristobalit, Melanophlogite, Moganit, Opal, Stishovit und Tridymit. Das teilweise immer noch hinzugezählte Lechatelierit (Kieselglas) ist von der International Mineral Association (IMA) nicht als Mineral anerkannt.

Die Systematik von Dana ordnet die Minerale nach ihrer Kristallstruktur. Im Quarz ist Silicium tetraedrisch von vier Sauerstoffatomen umgeben. Diese SiO₄-Tetraeder sind über ihre Ecken zu einem dreidimensionalem Gerüst verknüpft und Quarz wird daher in der Systematik von Dana den Gerüstsilikaten zugeordnet.

[Bearbeiten] Bildung und Fundorte

Quarz kristallisiert bei der Abkühlung SiO₂-reicher Schmelzen und ist primärer Bestandteil SiO₂-reichen Plutoniten (Quarzreiche Granitoide, Granite, Granodiorite, Tonalite, Quarz-Syenite, Quarz-Monzonite, Quarz-Diorite), Gangesteinen (z.B. Aplite) sowie der entsprechenden Vulkanite (Rhyolithe, Dacite, Andesite, Quarz-Trachyte, Quarz-Latite). Die Quarzgehalte dieser Gesteine sind eines der Hauptkriterien zur Klassifikation magmatischer Gesteine nach dem Streckeisendiagramm.

Quarz ist in vielen metamorphen Gesteinen enthalten (z. B. in Schiefer und Gneisen) und wird über zahllose Mineralreaktionen während der Gesteinsmetamorphose abgebaut oder gebildet. So markiert zum Beispiel die quarzproduzierende Reaktion von Chloritoid und Alumosilikat zu Staurolith und Quarz die Grenze zwischen Grünschieferfazies und Amphibolithfazies bei Metapeliten.

Wegen seiner Härte und Verwitterungsbeständigkeit ist Quarz verbreitet in sedimentären Gesteinen wie Sandsteinen und Böden zu finden. In den Obernkirchener Sandsteinbrüchen wird der sogenannte Bremer Stein schon seit Jahrhunderten abgebaut. Gut ausgebildete Quarzkristalle entstehen jedoch bevorzugt in Klüften, Gängen und als Auskleidung natürlicher Höhlungen, so genannter Geoden.

[Bearbeiten] Modifikationen und Varietäten

Quarz ist die auf der Erdoberfläche stabile Form (Modifikation) des kristallinen Siliciumdioxids.

Reiner Quarz ist vollkommen transparent und farblos und wird, wenn er gut ausgebildete Kristalle entwickelt, als Bergkristall bezeichnet. Quarze sind meist durch mikroskopische Einschlüsse von Flüssigkeiten und Gasen milchig trüb (Milchquarz) und erscheinen im Gestein eingewachsen grau. Durch den Einbau färbender Ionen (im allgemeinen Fe³⁺ oder Fe²⁺), Einschluss farbiger Minerale oder Einwirkung von ionisierender Strahlung können Quarze unterschiedlich gefärbt sein. Anhand der Farbe und deren Ursache werden folgende Varietäten unterschieden:

[Bearbeiten] Farbvarianten durch Fremdionen und Bestrahlung

• Amethyst: violette Färbung durch das Zusammenspiel von eingelagerten Eisenionen und Bestrahlung mit Gammastrahlen
• Citrin: gelb bis orangebraun gefärbte Quarze (auch künstlich erzeugt durch Brennen)
• Ametrin: seltene Quarzvarietät, die Sektoren mit Amethyst- und Citrinfärbung an einem Kristall zeigt
• Prasiolith: lauchgrüner und durchsichtiger Quarz, der selten natürlich vorkommt und auch künstlich erzeugt wird durch Brennen von Amethyst oder gelblichen Quarzen
• Rauchquarz (Morion): durch natürliche oder künstliche Gammastrahlen graubraun (rauchfarben) bis schwarz (Morion) gefärbt
• Rosa Quarz: klare rosa Quarze, gefärbt durch den Einbau von Phosphor

[Bearbeiten] Farbvarianten durch Einschlüsse

• Prasem (Smaragdquarz): lauchgrünes, undurchsichtiges Aggregat, das seine Farbe durch Einschlüsse von Aktinolith erhält
• Rosenquarz: durch Dumortieriteinschlüsse trüber, rosa gefärbter Quarz, gelegentlich mit Asterismus durch Einlagerung feinster Rutilnadeln
• Blauquarz(Saphirquarz): blaues, undurchsichtiges Aggregat mit eingelagerten Krokydolith-Fasern
• Milchquarz: Durch Flüssigkeitseinschlüsse milchigtrüber Quarz
• Eisenkiesel: Durch Hämatiteinschlüsse rotbraun gefärbter Quarz

[Bearbeiten] Mikrokristallines SiO₂

Unter mikrokristallinem Quarz versteht man massige Aggregate von sehr feinkristallinem Quarz mit Kristallgrößen im Mikrometerbereich. Hier unterscheidet man drei Formen:

• Mikroquarz: mikrokristalliner, granularer Quarz ohne erkennbar bevorzugte Wachstumsrichtung
• Chalcedon: mikrokristalliner, faseriger Quarz, faserig gewachsen entlang einer Prismenfläche [11-20] ("length-fast").
• Quarzin: mikrokristalliner, faseriger Quarz, faserig gewachsen entlang der Basisfläche (0001) des hexagonalen Prismas ("length-slow").

Amethystquarz ist eine undurchsichtige, gebänderte Verwachsung von Amethyst und Milchquarz.

Alle Formen von mikrokristallinem Quarz weisen eine große Dichte an Gitterbaufehlern und Verzwillingungen auf.

Hornstein, Flint (Feuerstein) und deren zahllose, durch Gehalte farbiger Minerale gefärbte, Varietäten sind Verwachsungen von mikrokristallinem Quarz mit Moganit in einem regellosem, granularem Gefüge. Hierbei handelt es sich strenggenommen nicht um Minerale und Mineralvarietäten, sondern um Gesteine. Von den zahllosen, oft nur ungenau definierten Bezeichnungen für Varietäten dieser Silikagesteine seien hier nur einige aufgeführt:

• Achat, Onyx: mikrokristallin faserige Quarze mit parallelfaserigem (parabolischem) oder sphärolithischem Gefüge
• Jaspis, Karneol (Carneol, Sarder), Moosachat, Heliotrop, Sardonyx, Schneequarz: durch Verunreinigungen gefärbte Hornsteine

[Bearbeiten] Andere Varietäten und Handelsnamen

• Aventurin-Quarz, Falkenauge, Tigerauge, Katzenaugen-Quarz: Quarze mit Einschlüssen plattiger oder faseriger Minerale wie Fuchsit, Rutil, Asbest

Der oft im Handel zu findende Aqua Aura ist keine Varietät, sondern meistens Bergkristall (oder ein anderer Quarz), der mit Metall (vorwiegend Gold) bedampft wurde.

Brasilit ist dagegen die Handelsbezeichnung für eine durch Brennen grünlich-gelb bis blassgelb gefärbten Quarz.

[Bearbeiten] Morphologie

Gut ausgebildete Kristalle sind verbreitet und ihre Form kann je nach Wachstumsbedingungen recht unterschiedlich sein. Die nebenstehende Abbildung illustriert die typische prismatische Kristallform von Linksquarz und wie sich diese Form aus den Grundkörpern der Trigonal-trapezoedrischen Klasse (Klasse 32) zusammensetzt. Die in Klammern gesetzten Zahlen im Text und auf der Abbildung sind die Millerschen Indizes. Sie werden in der Kristallographie für die Bezeichnung von Kristallflächen verwendet. Indizes von Kristallflächen werden in runde Klammern gesetzt, Indizes von einer Flächengruppe, die einen Grundkörper bilden, in geschweifte Klammern und Indizes von Richtungen (Kristallachsen) in eckige Klammern.

Dominiert wird die Kristallform vom hexagonalen Prisma I. Stellung ({}). Die Prismenflächen liegen parallel zur kristallographischen c-Achse. Begrenzt wird das Prisma an den Enden vom positiven und negativen Rhomboeder ({} und {}), wobei das positive Hauptrhomboeder mit größeren Flächen auftritt.

Untergeordnet, d.h. kleiner ausgebildet, treten verschiedene trigonale Trapezoeder, meist {} und trigonale Bipyramiden, meist {} auf. Von diesen Polyedern gibt es in der Kristallklasse 32 jeweils zwei enantiomorphe (linke und rechte), ansonsten aber identische Formen. An einem unverzwillingten Quarzkristall treten entweder nur rechte oder nur linke Trapezoeder und Bipyramiden auf, am Linksquarz (Raumgruppe P3₁21) linke Formen und am Rechtsquarz (Raumgruppe P3₂21) rechte Formen. Unterschieden werden können Rechts- und Linksquarze anhand der Anordnung der Trapezoeder- und Bipyramidenflächen. Beim Linksquarz treten diese links von den Hauptrhomboederflächen {} auf und beim Rechtsquarz rechts von den Hauptrhomboederflächen.

[Bearbeiten] Kristall- und Wachstumsformen

Für auffällige Wachstumsformen von Quarz, haben sich eigene Namen etabliert:

• Tessiner Habitus: Quarze deren Kristallform von großen, sehr steilen Rhomboederflächen dominiert wird
• Skelettquarz: Bei schnellem Kristallwachstum in übersättigten Lösungen erfolgt das Wachstum besonders entlang der Kristallkanten und Ecken. Es bilden sich rahmenartig hervorgehobene Kanten um tiefer gelegene Kristallflächen (Rahmenquarz). Mitunter wachsen diese tiefer liegenden Kristallflächen von den hervorstehenden Kanten her wieder zu, wobei sich dünne Quarzscheiben über einem Hohlraum bilden (Fensterquarze).
• Kappenquarz: Quarzkristalle, bei denen Partien am Ende des Kristalls wie eine Kappe ablösbar sind
• Würfelquarz: Quarze, deren Kristallform von den Rhomboederflächen {10-11} dominiert wird. Der Winkel zwischen diesen Flächen beträgt beim Quarz 85,5°, was diesen Kristallen einen würfeligen Habitus verleiht.
• Zepterquarz: Wächst auf einem Quarzkristall in Richtung längs der Hauptachse eine zweite, junge Generation, erhält man sogenannte Zepterquarze. Die "Töchter" sind meist klarer als der Mutterkristall. Erfolgt das spätere Kristallwachstum nur an einem Ende des Kristalls, bildet sich die charakteristische zepterförmige Kristallform heraus.
• Fadenquarz: Ein "Fadenquarz" entsteht, wenn während des Kristallwachstums ein Kluftriss auftritt und den Kristall auseinander reißt. Während des Öffnens der Kluft wächst der Kristall von beiden Seiten des Risses aus wieder zusammen. Der Riss selbst bleibt als dünner „Faden“ im Kristall sichtbar.
• Friedlaender Quarz: Quarzkristalle mit Flächenstreifung auf den Flächen des sechsseitigen Prismas (10-10) quer zur kristallographischen c-Achse bzw. zum Prisma.
• Phantomquarz: Erfolgt das Kristallwachstum im mehreren Phasen, sind die verschiedenen Wachstumsstufen in klaren Kristallen durch einschlussreiche Zonen sichtbar.

Weitere Namen sind für bestimmte Verwachsungen mehrerer Kristalle gebräuchlich:

• Sprossenquarze oder Artischockenquarze: Quarze, die aufgrund von Gitterfehlern viele einzelne Tochterkristalle ausgebildet und so artischockenförmige Aggregate gebildet haben.
• gewundene Quarze (Gwindel): Parallelverwachsung mehrerer plattiger Kristalle entlang einer Prismenfläche, wobei die kristallographischen Hauptachsen der Einzelkristalle nicht in einer Ebene liegen sondern gegeneinander verdreht sind.

[Bearbeiten] Kristallzwillinge

• Brasilianer Zwilling: Als Brasilianer Zwilling bezeichnet man die orientierte Verwachsung der beiden enanthiomorphen Formen des Tiefquarzes, Rechts- und Linksquarz parallel zur Prismenfläche (1 1-2 0). Brasilianer Zwillinge sind oft feinlamellar und typisch für Amethyst. Dort finden sich Brasilianer Zwillingslamellen konzentriert in den {1 0 1}-Rhomboedersektoren. Der Einbau von Spuren von Eisen in die Quarzstruktur scheint eine wichtige Rolle für die Bildung der feinlamellaren Brasilianerzwillinge von Amethysten zu spielen. Entsprechend der Konzentration der Zwillingslamellen in den {1 0 1}-Rhomboedersektoren zeigen Amethyste eine höhere Eisenkonzentration in diesen Sektoren. In der seltenen Varietät Ametrin (zweifarbige Quarzkristalle) wird diese Sektorzonierung sichtbar. Die etwas eisenärmeren Sektoren sind violett und die etwas eisenreicheren Zonen gelb.
• Dauphinée Zwilling (auch Schweizer oder alpines Zwillingsgesetz): Als Dauphinée Zwilling bezeichnet man die Durchdringung von zwei Tiefquarzkristallen mit gleichen Drehsinn, so dass die Flächen der positiven Rhomboeder {h 0 -h l} des einen Kristallindividuums mit den Flächen der negativen Rhomboeder {0 h -h l} des anderen Kristallindividuums zusammenfallen. Die Zwillingsachse ist entweder [0 0 0 1] oder [1 0 -1 1]. Die pyro- und piezoelektrischen Effekte der beiden Kristallindividuen heben sich dabei gegenseitig auf. Dauphinée Zwillinge sind daher für die meisten technischen Anwendungen ungeeignet.
• Japaner Zwilling: Verzwillingung von Tiefquarz nach der Dipyramide II Stellung (1 1 -2 2). Die Prismenachsen der verzwillingten Kristalle schneiden sich hierbei im Winkel von 84°33’, was den Zwillingen eine charakteristische herzförmige Form verleiht.
• Liebisch Zwilling:
• Esterel-Zwilling: Verzwillingung nach (1 0 –1 0)
• Sardinien-Zwilling: Verzwillingung nach (1 0 –1 2)
• Belodwa Beacon-Zwilling: Verzwillingung nach (3 0 –3 2)
• Cornish-Zwilling: Verzwillingung nach (2 0 –2 1)
• Wheal Coats-Zwilling: Verzwillingung nach (2 1 –3 1)
• Pierre Levee-Zwilling: Verzwillingung nach (2 1 –3 3)

[Bearbeiten] Kristallstruktur

α-Quarzstruktur: SiO4-Tetraeder

α-Quarzstruktur: Paar spiralförmiger Ketten in Richtung der c-Achse, eine Kette blau hervorgehoben; Blick auf die a-c-Ebene

α-Quarzstruktur: Paar spiralförmiger Ketten in Richtung der c-Achse, eine Kette blau hervorgehoben; Blick entlang der c-Achse (3-zählige Achse)

α-Quarzstruktur: Verknüpfung spiralförmiger Ketten, eine Kette blau hervorgehoben; Blick entlang der c-Achse (3-zählige Achse)

Tiefquarz ist trigonal-trapezoedrisch (Kristallklasse 32) und kristallisiert in den enantiomorphen Raumgruppen P 3₁ 2 1 und P 3₂ 2 1. Die Maße der Elementarzelle sind a₁ = a₂ = 4,9124 Å und c = 5,40039 Å.

Eine Elementarzelle enthält drei Formeleinheiten SiO₂.

Silicium (Si) und Sauerstoff (O) besetzen jeweils eine kristallographisch unterscheidbare Atomposition:

• Si: x=0,4701; y=0; z=1/3
• O: x=0,4139; y=0,2674; z=0,2144

(Daten von Will et al. 1988 für die Raumgruppe P 3₁ 2 1)

Jedes Sauerstoffion ist von zwei Siliciumionen im Abstand von 1,6054 Å und 1,6109 Å umgeben und sechs Sauerstoffen im Abstand von ca. 2.62 Å. Die Si-O- Bindungen haben einen großen kovalenten Anteil, was die Ursache für die große Härte von Quarz ist. Der Si-O-Si- Bindungswinkel beträgt 143.61 °.

Jedes Siliciumion ist tetraedrisch von vier Sauerstoffionen umgeben, zwei im Abstand von 1,6054 Å und zwei im Abstand von 1,6109 Å.

SiO₂-Gerüst: Die SiO₄-Tetraeder sind untereinander über die Tetraederecken verknüpft, jeder Tetraeder mit vier benachbarten Tetraedern. In Richtung der c-Achse sind sie zu Paaren von spiralförmigen Ketten verknüpft. Diese SiO₄-Tetraederhelixpaare, die untereinander nicht verbunden sind, bilden sechsseitige, offene Kanäle in Richtung der c-Achse.

α-Quarzkristalle der beiden enantiomorphen Raumgruppen unterscheiden sich im Drehsinn der Tetraederschrauben. Linkshändischer α-Quarz kristallisiert in der Raumgruppe P 3₁ 2 1 und die Tetraederschrauben winden sich im Uhrzeigersinn um die c-Achse dem Betrachter entgegen, wenn man von "oben" auf die c-Achse schaut. Entsprechend winden sich die Tetraederschrauben des rechtshändigen α-Quarzes (Raumgruppe P 3₂ 2 1) entgegen dem Uhrzeigersinn dem Betrachter entgegen.

Die spiralförmigen Tetraederketten sind mit sechs benachbarten Tetraederspiralen so verknüpft, dass jeder SiO₄-Tetraeder zu zwei benachbarten Tetraederketten gehört und an zwei der sechsseitigen Kanäle grenzt.

Quarz ist nur bei niedriger Temperatur in der trigonalen α-Quarz-Phase stabil. Bei 573 Grad Celsius findet eine Phasenumwandlung in die hexagonale β-Quarz-Phase statt. Die höhere Symmetrie des β-Quarz führt unter anderem zum Verlust der piezoelektrischen Eigenschaften. Den Übergang von der β-Quarz Phase zum α-Quarz kann man sich leicht vereinfacht durch Kippen robuster Tetraeder um die <100> Achse veranschaulichen. Die Kipprichtung entscheidet über die Orientierung des α-Quarzes.

[Bearbeiten] Verwendung

Quarz findet je nach Varietät zahlreiche verschiedene Anwendungen.

[Bearbeiten] als Rohstoff

Reiner Bergkristall wird zu optischen Prismen und Linsen geschliffen; Quarz allgemein findet in der Glas- und Keramikindustrie Verwendung.

Da Quarz nur mit wenigen Chemikalien reagiert, kann er auch gut für Gefäße verwendet werden; Flusssäure ist die einzige Säure, die Quarz aufzulösen vermag; dabei bilden sich Siliciumtetrafluorid beziehungsweise Hexafluorokieselsäure.

Bei der Wirbelschichtverbrennung wird Quarzsand mit der Luft verwirbelt, um die Wärmeübertragung zu verbessern und den Verbrennungsvorgang zu optimieren. Daneben findet Quarz Anwendung in Form feuerfester Steine.

Seine hohe Festigkeit, die Pflanzenbewuchs verhindert, führt zum Einsatz des Minerals als Eisenbahnschotterkörper. Quarz ist allerdings ungeeignet als Straßenschotter, da er zu hart ist, schlecht bindet und einen raschen Verschleiß der Autoreifen verursacht.

Die piezoelektrischen Eigenschaften des Quarz werden in Form von Schwingquarzen ausgenutzt, die ähnlich einem Pendel bei Anlegen einer elektrischen Spannung in einer festen Frequenz schwingen. Der Bau sehr genau gehender Quarzuhren wurde so möglich, doch auch die Taktfrequenz von Computern (Taktgeber) und der Farbträger in so gut wie allen Farbfernsehgeräten wird durch Schwingquarze vorgegeben. Daneben ist Quarz auch geeignet für Druckmessungen und in der Hochfrequenztechnik.

Die beiden chiralen Formen des Quarzes Rechtsquarz und Linksquarz zeigen einen gegensätzlichen piezoelektrischen Effekt. Natürliche Quarze sind häufig verzwillingt nach dem Brasilianer und Schweizer Gesetz. In solchen Zwillingen sind Rechtsquarz und Linksquarz orientiert miteinander verwachsen und deren piezoelektrische Effekte heben sich im Gesamtkristall auf. Für technische Anwendungen sind derart verzwillingte Quarze unbrauchbar und es werden vorwiegend synthetische Quarze eingesetzt.

Für technische Anwendungen werden die so genannten häufig parallel zur (01-1)-Ebene (AT-Schnitt) oder (023)-Ebene (BT-Schnitt) geschnitten, da der piezoelektrische Effekt senkrecht zu diesen Ebenen nahezu unabhängig von der Temperatur ist.

Zum Einsatz kommt Quarz auch in Normmaßstäben und Normgewichten, sowie als Faden für Torsionswaagen. Quarzkristallplatten aus unverwittertem Quarz werden in der Elektroakustik verwendet. Weitere Anwendungen findet Quarz schließlich in Quarzlampen.

[Bearbeiten] als Schmuckstein

Quarzvariationen wie der Achat, der violette Amethyst, der zitronengelbe Citrin, der blutrote Jaspis oder der schwarz-weiß gestreifte Onyx werden wegen der großen Härte und der guten Schneid- und Polierbarkeit des Minerals in der Schmuckindustrie zu Schmucksteinen verarbeitet.

[Bearbeiten] Quarz und Fossilisierung

Dringt Kieselsäure-reiches Grundwasser in das Gewebe abgestorbener, holziger Pflanzen ein, so können diese durch Auskristallisierung von Quarz (Si(OH)₄ → SiO₂ + 2 H₂O) fossilisieren und zwar oft so, dass die ursprüngliche Zellstruktur erhalten bleibt. Paläobotaniker können daraus heute Schlüsse zum Beispiel zu den einstigen Wachstumsbedingungen der Pflanze ziehen.

[Bearbeiten] Versteinerte Wälder

Holziges Pflanzengewebe wird häufig durch Quarz und andere Silikate wie Opal verkieselt. Kieselsäurreiches Grundwasser dringt in das poröse Gewebe ein und ersetzt das Holzgewebe. Dabei bleibt die ursprüngliche Zellstruktur erhalten. So können Paläobotaniker eine Pflanze bestimmen und ihre Wachstumsbedingungen analysieren.

[Bearbeiten] Vorsichtsmaßnahmen

Beim Abbau von Quarz und insbesondere beim Edelsteinschleifen kommt es teilweise zu erheblichen Staubbildungen, die, über längere Zeit eingeatmet, zu der unter Bergleuten gefürchteten Silikose führen.

[Bearbeiten] Esoterik

In der Esoterik gilt Quarz als Heilstein, der vor schädlichen Strahlen bewahren, Kopfschmerzen lindern, verschiedene Entzündungen lindern, Leber und Niere reinigen und die Durchblutung (Krampfadern) stärken soll. Quarz ist dem Tierkreiszeichen Löwe, den Planeten Saturn und Neptun und dem Monat April (Bergkristall) zugeordnet.

[Bearbeiten] Siehe auch

• Systematik der Minerale
• Liste der Minerale

[Bearbeiten] Literatur

• Edition Dörfler: Mineralien Enzyklopädie. Nebel Verlag, ISBN 3-89555-076-0
• Rudolf Rykart: Quarz-Monographie. Ott-Verlag, ISBN 3-72256-204-X
• Paul Ramdohr, Hugo Strunz: Lehrbuch der Mineralogie (16. Aufl.), Ferdinand Enke Verlag (1978), ISBN 3-432-82986-8
• P.J. Heaney, C.T.Prewitt, G.V. Gibbs (Editors): Silica, Physical Behavior, Geochemistry and Materials Applications; Reviews in Mineralogy Vol. 29; Mineralogical Society of America
• Prof. Dr. Walter Schumann: Edelsteine und Schmucksteine, BLV Verlags GmbH (11. Aufl.), ISBN 3-405-15808-7

[Bearbeiten] Weblinks

• Mineralienatlas:Hochquarz (Wiki)
• Mineralienatlas:Quarz
• Mineralienatlas, drehbarer 3D-Kristall
• Webmineral - Quartz (engl.)
• MinDat - Quartz (engl.)
• Institut für Edelsteinprüfung - Suche nach Handelsnamen