Quarz

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Quarz
Quarz, Tibet.jpg
Allgemeines
KategorieOxidmineral [1] [2]
Formel
(Wiederholungseinheit)
SiO 2
Strunz Klassifizierung4.DA.05 ( Oxide )
Dana Klassifizierung75.01.03.01 ( Tektosilikate )
Kristallsystemα-Quarz: trigonal
β-Quarz: hexagonal
Kristallklasseα-Quarz: Trapez (Klasse 3 2); β-Quarz: Trapez (Klasse 6 2 2) [3]
Raumgruppeα-Quarz: P3 2 21 (Nr. 154) [4]
β-Quarz: P6 2 22 (Nr. 180) [5]
Einheitszellea = 4,9133 Å , c = 5,4053 Å; Z = 3
Identifizierung
Formelmasse60,083  g · mol –1
FarbeFarblos durch verschiedene Farben bis schwarz
Kristallgewohnheit6-seitiges Prisma, das in einer 6-seitigen Pyramide endet (typisch), trocken, feinkörnig bis mikrokristallin, massiv
TwinningCommon Dauphine Law, Brazil Law und Japan Law
Dekollete{0110} Undeutlich
FrakturConchoidal
HartnäckigkeitSpröde
Mohs- Skalenhärte7 - niedriger bei unreinen Sorten (definierendes Mineral)
LüsterGlaskörper - wachsartig bis stumpf, wenn massiv
StreifenWeiß
DurchsichtigkeitTransparent bis fast undurchsichtig
Spezifisches Gewicht2,65; Variable 2,59–2,63 bei unreinen Sorten
Optische EigenschaftenEinachsig (+)
Brechungsindexn ω = 1,543-1,545
N ε = 1,552 bis 1,554
Doppelbrechung+0,009 (BG-Intervall)
PleochroismusKeiner
Schmelzpunkt1670 ° C (β- Tridymit ) 1713 ° C (β- Cristobalit ) [3]
LöslichkeitBei STP unlöslich ; 1 ppm Masse bei 400 ° C und 500 lb / in 2 bis 2600 ppm Masse bei 500 ° C und 1500 lb / in 2 [3]
Andere EigenschaftenGitter: hexagonal , piezoelektrisch , kann tribolumineszierend , chiral sein (daher optisch aktiv, wenn nicht racemisch )
Verweise[1] [6] [7] [8]

Quarz ist ein hartes, kristallines Mineral, das aus Silizium- und Sauerstoffatomen besteht. Die Atome sind in einem kontinuierlichen Gerüst aus SiO 4 -Silicium-Sauerstoff- Tetraedern verbunden , wobei jeder Sauerstoff zwischen zwei Tetraedern aufgeteilt wird, was eine chemische Gesamtformel von SiO 2 ergibt . Quarz ist das zweithäufigste Mineral in der Erde ‚s kontinentalen Kruste , hinter Feldspat . [9]

Quarz existiert in zwei Formen, dem normalen α-Quarz und dem Hochtemperatur-β-Quarz, die beide chiral sind . Die Umwandlung von α-Quarz zu β-Quarz erfolgt abrupt bei 573 ° C (846 K; 1.063 ° F). Da die Umwandlung mit einer signifikanten Volumenänderung einhergeht, kann sie leicht zum Brechen von Keramik oder Gesteinen führen, die diese Temperaturschwelle überschreiten.

Es gibt viele verschiedene Sorten von Quarz, von denen einige Halbedeledelsteine . Seit der Antike sind Quarzsorten die am häufigsten verwendeten Mineralien bei der Herstellung von Schmuck und Hartsteinschnitzereien , insbesondere in Eurasien .

Quarz ist das Mineral , das den Wert von 7 auf der Mohsschen Härteskala definiert , einer qualitativen Kratzmethode zur Bestimmung der Abriebhärte eines Materials.

Etymologie [ Bearbeiten ]

Das Wort "Quarz" leitet sich vom deutschen Wort "Quarz" ab, das in der ersten Hälfte des 14. Jahrhunderts in Mittelhochdeutsch und Ostmitteldeutsch die gleiche Form hatte [10] und aus dem polnischen Dialekt kwardy stammte . das entspricht dem tschechischen Begriff tvrdý ("hart"). [11]

Die alten Griechen bezeichneten Quarz als κρύσταλλος ( krustallos ), abgeleitet vom altgriechischen κρύος ( kruos ), was "eisige Kälte" bedeutet, weil einige Philosophen (einschließlich Theophrastus ) anscheinend glaubten, das Mineral sei eine Form von unterkühltem Eis. [12] Heutzutage wird der Begriff Bergkristall manchmal als alternativer Name für die reinste Form von Quarz verwendet.

Kristallgewohnheit und -struktur [ Bearbeiten ]

In Kalkstein eingebettetes Quarzmineral (oben rechts in der Probe), leicht erkennbar an seiner sechseckigen Form. Es kann nicht mit Stahl zerkratzt werden (siehe Mohs-Skala ).

Quarz gehört zum trigonalen Kristallsystem . Die ideale Kristallform ist ein sechsseitiges Prisma , das an jedem Ende mit sechsseitigen Pyramiden endet. In der Natur sind Quarzkristalle oft Zwillinge(mit zwei rechts- und linkshändigen Quarzkristallen), verzerrt oder so mit benachbarten Quarzkristallen oder anderen Mineralien verwachsen, dass sie nur einen Teil dieser Form zeigen oder keine offensichtlichen Kristallflächen aufweisen und massiv erscheinen. Gut geformte Kristalle bilden sich typischerweise in einem "Bett", das ungehindert zu einem Hohlraum wächst. normalerweise sind die Kristalle am anderen Ende an eine Matrix gebunden, und es ist nur eine Abschlusspyramide vorhanden. Doppelt terminierte Kristalle treten jedoch dort auf, wo sie sich frei entwickeln, ohne sich zu binden, beispielsweise innerhalb von Gips . Eine Quarzgeode ist eine solche Situation, in der der Hohlraum ungefähr kugelförmig ist und mit einem nach innen zeigenden Kristallbett ausgekleidet ist.

α-Quarz kristallisiert je nach Chiralität im trigonalen Kristallsystem, Raumgruppe P 3 1 21 oder P 3 2 21. β-Quarz gehört zum hexagonalen System, Raumgruppe P 6 2 22 bzw. P 6 4 22. [13] Diese Raumgruppen sind wirklich chiral (sie gehören jeweils zu den 11 enantiomorphen Paaren). Sowohl α-Quarz als auch β-Quarz sind Beispiele für chirale Kristallstrukturen aus achiralen Bausteinen (SiO 4)Tetraeder im vorliegenden Fall). Die Umwandlung zwischen α- und β-Quarz beinhaltet nur eine vergleichsweise geringe Rotation der Tetraeder zueinander, ohne dass sich die Art und Weise ändert, in der sie miteinander verbunden sind.

Sorten (nach Mikrostruktur) [ bearbeiten ]

Obwohl viele der Sortennamen historisch aus der Farbe des Minerals entstanden sind, beziehen sich aktuelle wissenschaftliche Benennungsschemata hauptsächlich auf die Mikrostruktur des Minerals. Farbe ist eine sekundäre Kennung für die kryptokristallinen Mineralien, obwohl sie eine primäre Kennung für die makrokristallinen Sorten ist. [14]

Hauptsorten von Quarz
ArtFarbe & BeschreibungTransparenz
Herkimer DiamantFarblosTransparent
BergkristallFarblosTransparent
AmethystLila bis violett gefärbter QuarzTransparent
CitrinGelber Quarz bis rötlich-orange oder braun (Madera-Quarz) und gelegentlich grünlich-gelbTransparent
AmetrinEine Mischung aus Amethyst und Citrin mit violetten / violetten und gelben oder orange / braunen FarbtönenTransparent
RosenquarzPink, kann Diasterismus anzeigenTransparent
ChalzedonFaseriger, unterschiedlich durchscheinender, kryptokristalliner Quarz, der in vielen Sorten vorkommt.
Der Begriff wird häufig für weißes, trübes oder leicht gefärbtes Material verwendet, das mit Moganit verwachsen ist .
Andernfalls werden spezifischere Namen verwendet.
KarneolRötlich-orangefarbener ChalzedonDurchscheinend
AventurinQuarz mit winzigen Einschlüsse ausgerichtet ( in der Regel mica ) , dass mit Schimmern AventurisierenDurchscheinend bis undurchsichtig
AchatMehrfarbiger, gebogener oder konzentrisch gebänderter Chalzedon (vgl. Onyx)Halbtransparent bis durchscheinend
OnyxMehrfarbiger Chalcedon oder Chert mit geradem Band (vgl. Achat)Halbtransparent bis undurchsichtig
JaspisUndurchsichtiger kryptokristalliner Quarz, typischerweise rot bis braun, aber häufig für andere Farben verwendetUndurchsichtig
MilchquarzWeiß, kann Diasterismus anzeigenDurchscheinend bis undurchsichtig
RauchquarzHell bis dunkelgrau, manchmal bräunlichDurchscheinend bis undurchsichtig
TigeraugeFaseriges Gold, rotbrauner oder bläulich gefärbter Chalzedon, der Chatoyancy zeigt .
PrasiolithminzgrünTransparent
RutilquarzEnthält azikulären (nadelartige) Einschlüsse von Rutil
DumortieritquarzEnthält große Mengen an blauen dumortierite KristalleDurchscheinend

Sorten (nach Farbe) [ bearbeiten ]

Quarzkristall zeigt Transparenz

Reiner Quarz, traditionell Bergkristall oder klarer Quarz genannt, ist farblos und transparent oder durchscheinend und wurde häufig für Hartsteinschnitzereien wie den Lothair-Kristall verwendet . Übliche farbige Sorten sind Citrin, Rosenquarz, Amethyst, Rauchquarz, Milchquarz und andere. [15] Diese Farbdifferenzierungen entstehen durch das Vorhandensein von Verunreinigungen, die die Molekülorbitale verändern und dazu führen, dass im sichtbaren Spektrum einige elektronische Übergänge stattfinden, die Farben verursachen. Polymorphe von Quarz umfassen: α-Quarz (niedrig), β-Quarz, Tridymit , Moganit , Cristobalit , Coesit undStishovit .

Die wichtigste Unterscheidung zwischen Quarzarten ist die von makrokristallinen (einzelne Kristalle, die mit bloßem Auge sichtbar sind) und mikrokristallinen oder kryptokristallinen Sorten ( Aggregate von Kristallen, die nur bei starker Vergrößerung sichtbar sind). Die kryptokristallinen Sorten sind entweder durchscheinend oder größtenteils undurchsichtig, während die transparenten Sorten dazu neigen, makrokristallin zu sein. Chalcedon ist eine kryptokristalline Form von Kieselsäure, die aus feinen Verwachsungen beider Quarze und ihres monoklinen polymorphen Moganits besteht . [16]Andere undurchsichtige Edelsteinsorten von Quarz oder gemischte Gesteine, einschließlich Quarz, häufig mit kontrastierenden Bändern oder Farbmustern, sind Achat , Karneol oder Sard, Onyx , Heliotrop und Jaspis .

Amethyst [ bearbeiten ]

Amethyst ist eine Form von Quarz, die von einem hellen, lebendigen Violett bis zu einem dunklen oder matten Lavendelfarbton reicht. Die weltweit größten Amethystvorkommen befinden sich in Brasilien, Mexiko, Uruguay, Russland, Frankreich, Namibia und Marokko. Manchmal wachsen Amethyst und Citrin im selben Kristall. Es wird dann als Ametrin bezeichnet . Ein Amethyst leitet seine Farbe von Spuren von Eisen in seiner Struktur ab. [17]

Blauer Quarz [ Bearbeiten ]

Blau Quarz enthält Einschlüssen aus faserigem magnesio-Riebeckit oder Krokydolith . [18]

Dumortieritquarz [ Bearbeiten ]

Einschlüsse des Minerals Dumortierit in Quarzstücke führen häufig zu seidig erscheinenden Flecken mit einem blauen Farbton. Schattierungen von lila oder grau manchmal sind ebenfalls vorhanden. "Dumortierit-Quarz" (manchmal als "blauer Quarz" bezeichnet) weist manchmal kontrastierende helle und dunkle Farbzonen über das Material auf. [19] [20] "Blauer Quarz" ist ein kleiner Edelstein. [19] [21]

Citrin [ bearbeiten ]

Citrin ist eine Quarzsorte, deren Farbe aufgrund von Eisenverunreinigungen von hellgelb bis braun reicht . Natürliche Citrine sind selten; Die meisten handelsüblichen Citrine sind wärmebehandelte Amethyste oder Rauchquarze . Ein wärmebehandelter Amethyst weist jedoch kleine Linien im Kristall auf, im Gegensatz zum trüben oder rauchigen Aussehen eines natürlichen Citrins. Es ist nahezu unmöglich, visuell zwischen geschnittenem Citrin und gelbem Topas zu unterscheiden , aber sie unterscheiden sich in ihrer Härte . Brasilien ist der führende Hersteller von Citrin. Ein Großteil seiner Produktion stammt aus dem Bundesstaat Rio Grande do Sul . Der Name leitet sich vom lateinischen Wort citrina abwas "gelb" bedeutet und auch der Ursprung des Wortes " Zitrone " ist. Manchmal befinden sich Citrin und Amethyst zusammen im selben Kristall, der dann als Ametrin bezeichnet wird . [22] Citrin wurde aufgrund des Aberglaubens, dass es Wohlstand bringen würde, als "Kaufmannsstein" oder "Geldstein" bezeichnet. [23]

Citrin wurde erstmals in Griechenland zwischen 300 und 150 v. Chr. Während des hellenistischen Zeitalters als goldgelber Edelstein geschätzt. Der gelbe Quarz wurde zuvor zum Dekorieren von Schmuck und Werkzeugen verwendet, war aber nicht sehr gefragt. [24]

Milchquarz [ Bearbeiten ]

Milchquarz oder Milchquarz ist die häufigste Sorte von kristallinem Quarz. Die weiße Farbe wird durch winzige Flüssigkeitseinschlüsse von Gas, Flüssigkeit oder beidem verursacht, die während der Kristallbildung eingeschlossen werden [25], was sie für optische und hochwertige Edelsteinanwendungen von geringem Wert macht. [26]

Rosenquarz [ bearbeiten ]

Rosenquarz ist eine Art Quarz, die einen blassrosa bis rosaroten Farbton aufweist. Die Farbe wird normalerweise als Folge von Spuren von Titan , Eisen oder Mangan im Material angesehen. Einige Rosenquarze enthalten mikroskopisch kleine Rutilnadeln, die im Durchlicht einen Asterismus erzeugen . Neuere Röntgenbeugungsstudien legen nahe, dass die Farbe auf dünne mikroskopische Fasern von möglicherweise Dumortierit im Quarz zurückzuführen ist. [27]

Darüber hinaus gibt es eine seltene Art von rosa Quarz (auch häufig als kristalliner Rosenquarz bezeichnet) mit einer Farbe, die vermutlich durch Spuren von Phosphat oder Aluminium verursacht wird . Die Farbe in Kristallen ist anscheinend lichtempfindlich und kann verblassen. Die ersten Kristalle wurden in einem Pegmatit gefunden, der in der Nähe von Rumford , Maine , USA, und in Minas Gerais , Brasilien, gefunden wurde . [28]

Rauchquarz [ Bearbeiten ]

Rauchquarz ist eine graue, durchscheinende Version von Quarz. Die Klarheit reicht von fast vollständiger Transparenz bis zu einem bräunlich-grauen Kristall, der fast undurchsichtig ist. Einige können auch schwarz sein. Die Transluzenz resultiert aus natürlicher Bestrahlung, die auf winzige Spuren von Aluminium in der Kristallstruktur einwirkt. [29]

Prasiolite [ Bearbeiten ]

Prasiolith , auch Vermarin genannt , ist eine Quarzsorte mit grüner Farbe. Seit 1950 stammt fast der gesamte natürliche Prasiolit aus einer kleinen brasilianischen Mine, kommt aber auch in Niederschlesien in Polen vor . Natürlich vorkommender Prasiolit kommt auch in der kanadischen Thunder Bay vor . Es ist ein seltenes Mineral in der Natur; Der meiste grüne Quarz ist wärmebehandelter Amethyst. [30]

Synthetische und künstliche Behandlungen [ Bearbeiten ]

Ein synthetischer Quarzkristall, der nach der hydrothermalen Methode gezüchtet wurde , ungefähr 19 cm lang und ungefähr 127 Gramm schwer ist

Nicht alle Quarzsorten kommen natürlich vor. Einige klare Quarzkristalle können mit Wärme oder Gammabestrahlung behandelt werden , um eine Farbe zu induzieren, wo sie sonst nicht auf natürliche Weise aufgetreten wäre. Die Anfälligkeit für solche Behandlungen hängt von dem Ort ab, von dem aus der Quarz abgebaut wurde. [31]

Prasiolith , ein olivfarbenes Material, wird durch Wärmebehandlung hergestellt. natürlicher Prasiolith wurde auch in Niederschlesien in Polen beobachtet. Obwohl Citrin natürlich vorkommt, ist der Großteil das Ergebnis der Wärmebehandlung von Amethyst oder Rauchquarz. Karneol wird weitgehend wärmebehandelt, um seine Farbe zu vertiefen.

Da natürlicher Quarz häufig eine Partnerschaft eingeht , wird synthetischer Quarz zur Verwendung in der Industrie hergestellt. Große, makellose Einkristalle werden in einem Autoklaven über den hydrothermalen Prozess synthetisiert .

Wie andere Kristalle kann Quarz mit Metalldämpfen beschichtet werden , um ihm einen attraktiven Glanz zu verleihen.

Vorkommen [ bearbeiten ]

Granitfelsen in der Klippe von Gros la Tête auf Aride Island , Seychellen . Die dünnen (1–3 cm breiten) helleren Schichten sind Quarzadern, die in den späten Stadien der Kristallisation von Granitmagmen gebildet werden. Sie werden manchmal als "hydrothermale Venen" bezeichnet.

Quarz ist ein bestimmender Bestandteil von Granit und anderen felsischen magmatischen Gesteinen . Es ist sehr häufig in Sedimentgesteinen wie Sandstein und Schiefer . Es ist ein häufiger Bestandteil von Schiefer , Gneis , Quarzit und anderen metamorphen Gesteinen . Quarz hat das niedrigste Potential zur Verwitterung im Goldich Auflösungs Serie und folglich ist es sehr häufig als Reststrom in mineralischen Ablagerungen und Rest Böden . Im Allgemeinen deutet eine hohe Quarzpräsenz auf eine " Reife " hin"Gestein, da es anzeigt, dass das Gestein stark überarbeitet wurde und Quarz das primäre Mineral war, das starker Verwitterung standhielt.

Während die Mehrheit des Quarz aus geschmolzenem kristallisiert Magma , Quarz auch chemisch Niederschläge aus heißen hydrothermalen Adern als gangue , manchmal mit Erz Mineralien wie Gold, Silber und Kupfer. In magmatischen Pegmatiten finden sich große Quarzkristalle . Gut geformte Kristalle können mehrere Meter lang werden und Hunderte von Kilogramm wiegen .

Naturally Quarze von extrem hoher Reinheit vorkommendes, erforderlich , dass die Tiegel und andere Vorrichtungen für die verwendeten Siliziumwafer in der Halbleiterindustrie, sind teuer und selten. Ein wichtiger Abbauort für hochreinen Quarz ist die Spruce Pine Gem Mine in Spruce Pine, North Carolina , USA . [32] Quarz kann auch im Caldoveiro Peak in Asturien , Spanien, gefunden werden . [33]

Der größte dokumentierte Quarz-Einkristall wurde in der Nähe von Itapore , Goiaz , Brasilien, gefunden. es maß ungefähr 6,1 × 1,5 × 1,5 m und wog 39.916 kg . [34]

Bergbau [ Bearbeiten ]

Quarz wird aus extrahiert Tagebau . Bergleute verwenden gelegentlich Sprengstoff, um tiefe Quarztaschen freizulegen. Häufiger werden Bulldozer und Baggerlader verwendet, um Schmutz und Ton zu entfernen und Quarzadern freizulegen, die dann mit Handwerkzeugen bearbeitet werden. Es muss darauf geachtet werden, plötzliche Temperaturänderungen zu vermeiden, die die Kristalle beschädigen können. [35] [36]

Fast der gesamte industrielle Bedarf an Quarzkristallen (hauptsächlich in der Elektronik verwendet) wird mit synthetischem Quarz gedeckt, der im hydrothermalen Verfahren hergestellt wird. Synthetische Kristalle werden jedoch für die Verwendung als Edelsteine ​​weniger geschätzt [37] und von Praktikern der Kristallheilung abgelehnt . Dies hat die Nachfrage nach natürlichen Quarzkristallen erhöht, die heute in Entwicklungsländern häufig mit primitiven Bergbaumethoden abgebaut werden, manchmal auch mit Kinderarbeit . [38]

Verwandte Kieselsäuremineralien [ Bearbeiten ]

Tridymit und Cristobalit sind Hochtemperatur - Polymorphen von SiO 2 , das in hohem Silika auftreten vulkanischen Gesteinen. Coesit ist ein dichteres Polymorph von SiO 2, das an einigen Meteoriteneinschlagstellen und in metamorphen Gesteinen gefunden wird, die bei Drücken gebildet werden, die höher sind als die für die Erdkruste typischen. Stishovit ist ein noch dichteres und unter höherem Druck stehendes Polymorph von SiO 2, das an einigen Meteoriteneinschlagstellen gefunden wird. Lechatelierit ist ein amorphes Siliciumdioxid - Glas SiO 2 , die gebildet wird durch Blitzschläge in Quarz sand.

Sicherheit [ Bearbeiten ]

Da Quarz eine Form von Kieselsäure ist, kann er an verschiedenen Arbeitsplätzen Anlass zur Sorge geben. Durch Schneiden, Schleifen, Zerkleinern, Schleifen, Bohren und Polieren von Natur- und Steinprodukten können gefährliche Mengen sehr kleiner, kristalliner Quarzstaubpartikel in die Luft gelangen, die die Arbeiter atmen. [39] Kristalline Kieselsäure von alveolengängiger Größe ist ein anerkanntes menschliches Karzinogen und kann zu anderen Erkrankungen der Lunge wie Silikose und Lungenfibrose führen . [40] [41]

Geschichte [ bearbeiten ]

Das Wort „Quarz“ kommt aus dem deutschen Quarz , [42] , die slawischen Ursprungs ist (Tschechische Bergleute nannten es Kremen ). Andere Quellen schreiben den Ursprung des Wortes auf die sächsische Wort Querkluftertz , was bedeutet , Quer Vene Erz . [43] 

Quarz ist das häufigste Material, das in der Mythologie der australischen Aborigines als mystische Substanz Maban identifiziert wird . Es wird regelmäßig auf Friedhofsgräbern in Europa in einem Bestattungskontext wie Newgrange oder Carrowmore in Irland gefunden . Das irische Wort für Quarz ist Grianchloch , was "Sonnenstein" bedeutet. Quarz wurde auch im prähistorischen Irland sowie in vielen anderen Ländern für Steinwerkzeuge verwendet ; Sowohl Venenquarz als auch Bergkristall wurden als Teil der lithischen Technologie der prähistorischen Völker geknackt . [44]

Während Jade seit frühester Zeit der wertvollste Halbedelstein zum Schnitzen in Ostasien und im präkolumbianischen Amerika ist, wurden in Europa und im Nahen Osten die verschiedenen Quarzsorten am häufigsten für die verschiedenen Arten von Schmuck und Hartsteinschnitzereien verwendet Dazu gehören gravierte Edelsteine und Cameo-Edelsteine , Bergkristallvasen und extravagante Gefäße. Die Tradition produzierte weiterhin Objekte, die bis Mitte des 19. Jahrhunderts sehr hoch geschätzt wurden, als sie größtenteils von der Mode abfielen, außer bei Schmuck. Die Cameo-Technik nutzt die Farbbänder in Onyx und anderen Sorten.

Römische Natur Plinius der Ältere glaubten Quarz Wasser zu sein Eis , permanent nach dem großen Längen der Zeit eingefroren. [45] (Das Wort "Kristall" kommt vom griechischen Wort κρ .σταλλος , "Eis".) Er unterstützte diese Idee, indem er sagte, dass Quarz in der Nähe von Gletschern in den Alpen gefunden wird, aber nicht auf Vulkanbergen, und dass große Quarzkristalle hergestellt wurden in Kugeln, um die Hände abzukühlen. Diese Idee hielt mindestens bis zum 17. Jahrhundert an. Er wusste auch um die Fähigkeit von Quarz, Licht in ein Spektrum aufzuteilen .

Im 17. Jahrhundert ebnete Nicolas Stenos Quarzstudie den Weg für die moderne Kristallographie . Er entdeckte, dass unabhängig von der Größe oder Form eines Quarzkristalls seine langen Prismenflächen immer in einem perfekten Winkel von 60 ° verbunden waren. [46]

Die piezoelektrischen Eigenschaften von Quarz wurden 1880 von Jacques und Pierre Curie entdeckt. [47] [48] Der Quarzoszillator oder Resonator wurde erstmals 1921 von Walter Guyton Cady entwickelt. [49] [50] George Washington Pierce entwarf und patentierte Quarzkristalloszillatoren in 1923. [51] [52] [53] Warren Marrison schuf 1927 die erste Quarzoszillatoruhr, die auf der Arbeit von Cady und Pierce basiert. [54]

Die Versuche, Quarz zu synthetisieren, begannen Mitte des 19. Jahrhunderts, als Wissenschaftler versuchten, Mineralien unter Laborbedingungen herzustellen, die die Bedingungen nachahmten, unter denen sich die Mineralien in der Natur bildeten: Der deutsche Geologe Karl Emil von Schafhäutl (1803–1890) [55] war der erste, der dies tat Quarz synthetisieren, als er 1845 in einem Schnellkochtopf mikroskopisch kleine Quarzkristalle herstellte. [56] Die Qualität und Größe der Kristalle, die durch diese frühen Bemühungen hergestellt wurden, war jedoch schlecht. [57]

In den 1930er Jahren war die Elektronikindustrie von Quarzkristallen abhängig geworden. Die einzige Quelle für geeignete Kristalle war Brasilien; Der Zweite Weltkrieg störte jedoch die Versorgung Brasiliens, weshalb die Nationen versuchten, Quarz im kommerziellen Maßstab zu synthetisieren. Der deutsche Mineralogist Richard Nacken (1884–1971) erzielte in den 1930er und 1940er Jahren einige Erfolge. [58] Nach dem Krieg versuchten viele Labors, große Quarzkristalle zu züchten. In den Vereinigten Staaten beauftragte das Signal Corps der US-Armee Bell Laboratories und die Brush Development Company in Cleveland, Ohio, mit der Synthese von Kristallen nach Nacken. [59] [60] (Vor dem Zweiten Weltkrieg produzierte Brush Development piezoelektrische Kristalle für Plattenspieler.) Bis 1948 hatte Brush Development Kristalle mit einem Durchmesser von 3,8 cm (1,5 Zoll) gezüchtet, die bislang größten. [61] [62] In den 1950er Jahren wurden durch hydrothermale Synthesetechniken synthetische Quarzkristalle im industriellen Maßstab hergestellt, und heute ist praktisch der gesamte in der modernen Elektronikindustrie verwendete Quarzkristall synthetisch.

Piezoelektrizität [ Bearbeiten ]

Quarzkristalle haben piezoelektrische Eigenschaften; Sie entwickeln ein elektrisches Potential bei Anwendung mechanischer Beanspruchung . [64] Eine war früh Verwendung dieser Eigenschaft von Quarzen Phonograph Pickups. Eine der häufigsten piezoelektrischen Anwendungen von Quarz ist heute der Kristalloszillator . Die Quarzuhr ist ein bekanntes Gerät, das das Mineral verwendet. Die Resonanzfrequenz eines Quarzkristalloszillators wird durch mechanisches Laden geändert, und dieses Prinzip wird für sehr genaue Messungen sehr kleiner Massenänderungen in der Quarzkristall-Mikrowaage und in Dünnschichtdickenmonitoren verwendet .

Siehe auch [ Bearbeiten ]

  • Quarzglas
  • Liste der Mineralien
  • Quarzfaser
  • Quarzriffabbau
  • Quarzolith
  • Schockquarz

Referenzen [ bearbeiten ]

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Externe Links [ Bearbeiten ]

  • Quarzsorten, Eigenschaften, Kristallmorphologie. Fotos und Illustrationen
  • Gilbert Hart, "Nomenclature of Silica", amerikanischer Mineralogist , Band 12, S. 383–395. 1927
  • "Die Quarzuhr - Erfinder" . Das Lemelson Center, Nationales Museum für amerikanische Geschichte, Smithsonian Institution . Archiviert vom Original am 7. Januar 2009.
  • Terminologie zur Beschreibung der Eigenschaften von Quarzkristallen bei Verwendung als Oszillatoren
  • Verwendung von Quarz als Rohstoff für prähistorische Steinwerkzeuge