Quarz -Quartz

Quarz
Quarz, Tibet.jpg
Quarzkristall -Cluster aus Tibet
Allgemein
Kategorie Silikat Mineral
Formel
(Wiederholungseinheit)
SiO2 _
IMA-Symbol Qz
Strunz-Klassifikation 4.DA.05 ( Oxide )
Dana-Klassifizierung 75.01.03.01 ( Tectosilikate )
Kristallsystem α-Quarz: trigonal
β-Quarz: hexagonal
Klasse Kristall α-Quarz: Trapezoeder (Klasse 3 2)
β-Quarz: Trapezoeder (Klasse 6 2 2)
Raumgruppe α-Quarz: P3 2 21 (Nr. 154)
β-Quarz: P6 2 22 (Nr. 180) oder P6 4 22 (Nr. 181)
Einheitszelle a = 4,9133 Å , c = 5,4053 Å; Z=3
Identifikation
Formel Masse 60,083  g·mol −1
Farbe Farblos über verschiedene Farben bis hin zu Schwarz
Kristallgewohnheit 6-seitiges Prisma, das in 6-seitige Pyramide endet (typisch), drusig, feinkörnig bis mikrokristallin, massiv
Zwillinge Gemeinsames Dauphine-Recht, brasilianisches Recht und japanisches Recht
Dekollete {0110} Undeutlich
Fraktur Muschel
Beharrlichkeit Spröde
Härte nach Mohs-Skala 7 – niedriger in unreinen Sorten (definierendes Mineral)
Lüster Glasartig – wachsartig bis matt, wenn es massiv ist
Strähne Weiss
Diaphanität Transparent bis fast undurchsichtig
Spezifisches Gewicht 2,65; variabel 2,59–2,63 bei unreinen Sorten
Optische Eigenschaften Einachsig (+)
Brechungsindex nω = 1,543–1,545
nε = 1,552–1,554
Doppelbrechung +0,009 (BZ-Intervall)
Pleochroismus Keiner
Schmelzpunkt 1670 °C (β Tridymit ) 1713 °C (β Cristobalit )
Löslichkeit Unlöslich bei STP ; 1 ppm Masse bei 400 °C und 500 lb/in 2 bis 2600 ppm Masse bei 500 °C und 1500 lb/in 2
Andere Eigenschaften Gitter: hexagonal , piezoelektrisch , kann tribolumineszent sein , chiral (daher optisch aktiv, wenn nicht racemisch )
Verweise

Quarz ist ein hartes, kristallines Mineral , das aus Kieselerde ( Siliziumdioxid ) besteht. Die Atome sind in einem kontinuierlichen Gerüst aus SiO 4 -Silicium-Sauerstoff- Tetraedern verbunden , wobei jeder Sauerstoff zwischen zwei Tetraedern geteilt wird, was eine chemische Gesamtformel von SiO 2 ergibt . Quarz ist nach Feldspat das zweithäufigste Mineral in der kontinentalen Erdkruste .

Quarz existiert in zwei Formen, dem normalen α-Quarz und dem Hochtemperatur-β-Quarz, die beide chiral sind . Die Umwandlung von α-Quarz in β-Quarz erfolgt abrupt bei 573 ° C (846 K; 1.063 ° F). Da die Transformation von einer signifikanten Volumenänderung begleitet wird, kann sie leicht Mikrofrakturen von Keramiken oder Gesteinen hervorrufen, die diese Temperaturschwelle überschreiten.

Es gibt viele verschiedene Arten von Quarz, von denen einige als Edelsteine ​​klassifiziert werden . 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 7 auf der Mohs-Härteskala definiert , eine qualitative Kratzmethode zur Bestimmung der Abriebfestigkeit eines Materials.

Etymologie

Das Wort „Quarz“ leitet sich vom deutschen Wort „Quarz“ ab, das in der ersten Hälfte des 14. Jahrhunderts im Mittelhochdeutschen und im Ostmitteldeutschen die gleiche Form hatte und dem polnischen Dialektbegriff kwardy entsprach der tschechische Begriff tvrdý ("hart").

Die alten Griechen bezeichneten Quarz als κρύσταλλος ( krustallos ), abgeleitet vom altgriechischen κρύος ( kruos ), was „eiskalt“ bedeutet, weil einige Philosophen (einschließlich Theophrastus ) anscheinend glaubten, das Mineral sei eine Form von unterkühltem Eis. Heute wird der Begriff Bergkristall manchmal als Alternativbezeichnung für transparenten grobkristallinen Quarz verwendet.

Kristallgewohnheit und -struktur

Quarz gehört bei Raumtemperatur zum trigonalen Kristallsystem und oberhalb von 573 ° C (846 K; 1.063 ° F) zum hexagonalen Kristallsystem . Die ideale Kristallform ist ein sechsseitiges Prisma , das an jedem Ende mit sechsseitigen Pyramiden endet . In der Natur sind Quarzkristalle oft verzwillingt (mit rechtshändigen und linkshändigen Zwillingsquarzen), verzerrt oder so mit benachbarten Kristallen aus Quarz oder anderen Mineralien verwachsen, dass sie nur einen Teil dieser Form zeigen oder überhaupt keine offensichtlichen Kristallflächen aufweisen und erscheinen massiv. Gut geformte Kristalle bilden sich typischerweise als Druse (eine Kristallschicht, die einen Hohlraum auskleidet), wofür Quarzgeoden besonders schöne Beispiele sind. Die Kristalle sind an einem Ende am umschließenden Gestein befestigt, und es ist nur eine Abschlusspyramide vorhanden. Doppelendständige Kristalle treten jedoch dort auf, wo sie sich ohne Anhaftung frei entwickeln, beispielsweise in Gips .

Ein chirales Alpha-Quarz-Paar.

α-Quarz kristallisiert im trigonalen Kristallsystem, Raumgruppe P 3 1 21 oder P 3 2 21 (Raumgruppe 152 bzw. 154) je nach Chiralität. Über 573 ° C (846 K; 1.063 ° F) wird α-Quarz in P 3 1 21 zum symmetrischeren hexagonalen P 6 4 22 (Raumgruppe 181) und α-Quarz in P 3 2 21 geht in die Raumgruppe P 6 2 22 (Nr. 180). 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 ( im vorliegenden Fall SiO 4 -Tetraeder). Die Umwandlung zwischen α- und β-Quarz beinhaltet nur eine vergleichsweise geringe Rotation der Tetraeder gegeneinander, ohne dass sich ihre Verknüpfung ändert. Bei diesem Übergang kommt es jedoch zu einer erheblichen Volumenänderung, die zu erheblichen Mikrofrakturen in Keramiken und Gesteinen der Erdkruste führen kann.

Sorten (nach Mikrostruktur)

Obwohl viele der Sortennamen historisch aus der Farbe des Minerals entstanden sind, beziehen sich aktuelle wissenschaftliche Benennungsschemata hauptsächlich auf die Mikrostruktur des Minerals. Die Farbe ist ein sekundärer Identifikator für die kryptokristallinen Mineralien, obwohl sie ein primärer Identifikator für die makrokristallinen Sorten ist.

Hauptsorten von Quarz
Typ Farbe & Beschreibung Transparenz
Herkimer-Diamant Farblos Transparent
Bergkristall Farblos Transparent
Amethyst Purpur bis violett gefärbter Quarz Transparent
Citrin Gelber Quarz bis rötlich-orange oder braun (Madera-Quarz) und gelegentlich grünlich-gelb Transparent
Ametrin Eine Mischung aus Amethyst und Citrin mit Farbtönen von Lila/Violett und Gelb oder Orange/Braun Transparent
Rosenquarz Rosa, kann Diasterismus anzeigen Transparent
Chalzedon Faseriger, unterschiedlich durchscheinender, kryptokristalliner Quarz, der in vielen Varietäten vorkommt.
Der Begriff wird oft für weißes, trübes oder leicht gefärbtes Material verwendet, das mit Moganit verwachsen ist .
Ansonsten werden spezifischere Namen verwendet.
Karneol Rötlich-oranger Chalcedon Durchscheinend
Aventurin Quarz mit winzigen ausgerichteten Einschlüssen (normalerweise Glimmer ), die vor Aventureszenz schimmern Durchscheinend bis undurchsichtig
Achat Mehrfarbiger, gebogener oder konzentrisch gebänderter Chalcedon (vgl. Onyx) Halbdurchscheinend bis durchscheinend
Onyx Mehrfarbiger, gerade gebänderter Chalzedon oder Hornstein (vgl. Achat) Halbdurchscheinend bis undurchsichtig
Jaspis Undurchsichtiger kryptokristalliner Quarz, typischerweise rot bis braun, aber oft für andere Farben verwendet Undurchsichtig
Milchiger Quarz Weiß, kann Diasterismus anzeigen Durchscheinend bis undurchsichtig
Rauchquarz Hell- bis dunkelgrau, manchmal mit einem bräunlichen Farbton Durchscheinend bis undurchsichtig
Tigerauge Faseriger goldener, rotbrauner oder bläulicher Chalcedon, der Chatoyance aufweist .
Prasiolith Grün Transparent
Rutilquarz Enthält nadelförmige (nadelförmige) Einschlüsse von Rutil
Dumortierit-Quarz Enthält große Mengen blauer Dumortierit- Kristalle Durchscheinend

Sorten (nach Farbe)

Quarzkristall, der Transparenz zeigt

Reiner Quarz, traditionell als Bergkristall oder klarer Quarz bezeichnet, ist farblos und transparent oder durchscheinend und wurde oft für Hartsteinschnitzereien verwendet , wie z. B. der Lothair-Kristall . Übliche farbige Sorten sind Citrin, Rosenquarz, Amethyst, Rauchquarz, Milchquarz und andere. Diese Farbunterschiede entstehen durch das Vorhandensein von Verunreinigungen, die die Molekülorbitale verändern, wodurch einige elektronische Übergänge im sichtbaren Spektrum stattfinden, die Farben verursachen.

Die wichtigste Unterscheidung zwischen Quarzarten ist die von makrokristallinen (einzelne Kristalle, die mit bloßem Auge sichtbar sind) und den 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 eher makrokristallin sind. Chalcedon ist eine kryptokristalline Form von Kieselsäure , die aus feinen Verwachsungen von sowohl Quarz als auch seinem monoklinen polymorphen Moganit besteht . Andere undurchsichtige Edelsteinsorten aus Quarz oder gemischten Gesteinen einschließlich Quarz, die oft kontrastierende Bänder oder Farbmuster aufweisen, sind Achat , Karneol oder Sard, Onyx , Heliotrop und Jaspis .

Amethyst

Klarer (normaler) Quarz
Amethyst
Blauer Quarz
Dumortierit-Quarz
Citrinquarz (natürlich)
Citrinquarz (hitzeveränderter Amethyst)
Milchiger Quarz
Rosenquarz
Rauchquarz
Prasiolith

Amethyst ist eine Form von Quarz, die von einem hellen, lebendigen Violett bis zu einem dunklen oder matten Lavendelton 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 . Amethyst erhält seine Farbe von Spuren von Eisen in seiner Struktur.

Blauer Quarz

Blauquarz enthält Einschlüsse von faserigem Magnesio-Riebeckit oder Krokydolith .

Dumortierit-Quarz

Einschlüsse des Minerals Dumortierit in Quarzstücken führen oft zu seidig erscheinenden Flecken mit einem blauen Farbton. Manchmal sind auch Lila- oder Grautöne vorhanden . "Dumortierit-Quarz" (manchmal auch als "blauer Quarz" bezeichnet) weist manchmal kontrastierende helle und dunkle Farbzonen über das Material auf. "Blauer Quarz" ist ein kleiner Edelstein.

Citrin

Citrin ist eine Quarzvarietät, deren Farbe aufgrund einer submikroskopischen Verteilung von kolloidalen Eisenhydroxid -Verunreinigungen von blassgelb bis braun reicht. Natürliche Citrine sind selten; Die meisten kommerziellen 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 optisch fast unmöglich, zwischen geschliffenem Citrin und gelbem Topas zu unterscheiden , aber sie unterscheiden sich in der Härte . Brasilien ist der führende Zitrinproduzent, wobei ein Großteil seiner Produktion aus dem Bundesstaat Rio Grande do Sul stammt . Der Name leitet sich vom lateinischen Wort citrina ab , was „gelb“ bedeutet und auch der Ursprung des Wortes „ Zitrone “ ist. Manchmal findet man Citrin und Amethyst gemeinsam im selben Kristall, der dann als Ametrin bezeichnet wird . Citrin wurde aufgrund des Aberglaubens, dass es Wohlstand bringen würde, als „Kaufmannsstein“ oder „Geldstein“ bezeichnet.

Citrin wurde erstmals zwischen 300 und 150 v. Chr., während der hellenistischen Zeit , als goldgelber Edelstein in Griechenland geschätzt . Zuvor wurde gelber Quarz zur Dekoration von Schmuck und Werkzeugen verwendet, war aber nicht sehr begehrt.

Milchiger Quarz

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

Rosenquarz

Rosenquarz ist eine Quarzart, die einen blassrosa bis rosaroten Farbton aufweist. Die Farbe wird normalerweise auf Spuren von Titan , Eisen oder Mangan im Material zurückgeführt. Einige Rosenquarze enthalten mikroskopisch kleine Rutilnadeln , die im Durchlicht Asterismus erzeugen . Jüngste Röntgenbeugungsstudien deuten darauf hin, dass die Farbe auf dünne mikroskopische Fasern von möglicherweise Dumortierit im Quarz zurückzuführen ist.

Darüber hinaus gibt es eine seltene Art von rosa Quarz (häufig auch als kristalliner Rosenquarz bezeichnet), dessen Farbe vermutlich durch Spuren von Phosphat oder Aluminium verursacht wird . Die Farbe in Kristallen ist offensichtlich lichtempfindlich und verblasst. Die ersten Kristalle wurden in einem Pegmatit in der Nähe von Rumford , Maine , USA, und in Minas Gerais , Brasilien, gefunden .

Rauchquarz

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 Lichtdurchlässigkeit resultiert aus der natürlichen Bestrahlung, die auf kleinste Spuren von Aluminium in der Kristallstruktur einwirkt.

Prasiolith

Prasiolith , auch als Vermarin bekannt , ist eine Quarzsorte mit grüner Farbe. Seit 1950 stammt fast der gesamte natürliche Prasiolith aus einer kleinen brasilianischen Mine, aber er kommt auch in Niederschlesien in Polen vor . Natürlich vorkommender Prasiolith wird auch in der Gegend von Thunder Bay in Kanada gefunden . Es ist ein seltenes Mineral in der Natur; Die meisten grünen Quarze sind wärmebehandelte Amethyste.

Synthetische und künstliche Behandlungen

Ein synthetischer Quarzkristall, der durch die hydrothermale Methode gezüchtet wurde , etwa 19 cm lang und etwa 127 Gramm schwer

Nicht alle Quarzsorten kommen natürlich vor. Einige klare Quarzkristalle können mit Hitze oder Gammastrahlung behandelt werden , um dort Farbe zu induzieren, wo sie sonst auf natürliche Weise nicht aufgetreten wäre. Die Anfälligkeit für solche Behandlungen hängt von dem Ort ab, an dem der Quarz abgebaut wurde.

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 wurde seit prähistorischen Zeiten wärmebehandelt, um seine Farbe zu vertiefen.

Da natürlicher Quarz oft verzwillingt ist , wird synthetischer Quarz für den Einsatz in der Industrie hergestellt. Große, makellose Einkristalle werden in einem Autoklaven über das hydrothermale Verfahren synthetisiert .

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

Auftreten

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

Quarz ist ein bestimmender Bestandteil von Granit und anderen felsischen Eruptivgesteinen . Es kommt sehr häufig in Sedimentgesteinen wie Sandstein und Schiefer vor . Es ist ein häufiger Bestandteil von Schiefer , Gneis , Quarzit und anderen metamorphen Gesteinen . Quarz hat das geringste Verwitterungspotential in der Goldich-Auflösungsreihe und ist daher als Restmineral in Bachsedimenten und Restböden sehr verbreitet . Im Allgemeinen deutet ein hohes Vorhandensein von Quarz auf ein „ reifes “ Gestein hin, da es darauf hinweist, dass das Gestein stark überarbeitet wurde und Quarz das Hauptmineral war, das starker Verwitterung standgehalten hat.

Während der Großteil von Quarz aus geschmolzenem Magma kristallisiert , fällt Quarz auch chemisch aus heißen hydrothermalen Adern als Gangart aus , manchmal mit Erzmineralien wie Gold, Silber und Kupfer. Große Quarzkristalle werden in magmatischen Pegmatiten gefunden . Gut geformte Kristalle können mehrere Meter lang und Hunderte von Kilogramm wiegen .

Der Einbau elementarer Verunreinigungen beeinflusst stark die Fähigkeit, Quarz zu verarbeiten und zu verwenden. Natürlich vorkommende Quarzkristalle von extrem hoher Reinheit, die für die Tiegel und andere Geräte benötigt werden, die zum Züchten von Siliziumwafern in der Halbleiterindustrie verwendet werden , sind teuer und selten. Diese hochreinen Quarze enthalten laut Definition weniger als 50 ppm an Verunreinigungselementen. Ein wichtiger Bergbaustandort für hochreinen Quarz ist die Spruce Pine Gem Mine in Spruce Pine, North Carolina , USA . Quarz kann auch in der Caldoveiro-Spitze in Asturien , Spanien , gefunden werden .

Der größte dokumentierte Einkristall aus Quarz wurde in der Nähe von Itapore , Goiaz , Brasilien gefunden; es hat ungefähr gemessen6,1 m × 1,5 m × 1,5 m und wog 39.916 kg .

Bergbau

Quarz wird aus Tagebauminen gewonnen . Bergleute setzen gelegentlich Sprengstoff ein, um tiefe Quarztaschen freizulegen. Häufiger werden Bulldozer und Bagger eingesetzt, um Erde 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.

Nahezu der gesamte industrielle Bedarf an Quarzkristallen (hauptsächlich in der Elektronik verwendet) wird mit synthetischem Quarz gedeckt, der durch das Hydrothermalverfahren hergestellt wird. Synthetische Kristalle werden jedoch weniger für die Verwendung als Edelsteine ​​​​geschätzt. Die Popularität der Kristallheilung hat die Nachfrage nach natürlichen Quarzkristallen erhöht, die heute oft in Entwicklungsländern mit primitiven Bergbaumethoden abgebaut werden, manchmal unter Einbeziehung von Kinderarbeit .

Verwandte Silica-Mineralien

Tridymit und Cristobalit sind Hochtemperatur- Polymorphe von SiO 2 , die in siliziumreichen Vulkangesteinen vorkommen . Coesit ist ein dichteres Polymorph von SiO 2 , das an einigen Meteoriteneinschlagstellen und in metamorphen Gesteinen gefunden wird, die bei Drücken gebildet wurden, die größer sind als die für die Erdkruste typischen. Stishovite ist eine noch dichtere Polymorphie von SiO 2 mit höherem Druck, die an einigen Meteoriten-Einschlagsstellen gefunden wird. Lechatelierit ist ein amorphes Quarzglas SiO 2 , das durch Blitzeinschläge in Quarzsand entsteht .

Sicherheit

Da Quarz eine Form von Kieselsäure ist, ist er an verschiedenen Arbeitsplätzen ein möglicher Grund zur Besorgnis. Schneiden, Schleifen, Spanen, Schleifen, Bohren und Polieren von Natur- und Kunststeinprodukten können gefährliche Mengen an sehr kleinen, kristallinen Quarzstaubpartikeln in die Luft freisetzen, die Arbeiter atmen. Kristalline Kieselsäure von lungengängiger Größe ist ein anerkanntes menschliches Karzinogen und kann zu anderen Lungenerkrankungen wie Silikose und Lungenfibrose führen .

Geschichte

Das Wort „Quarz“ kommt vom deutschen Quarz , das slawischen Ursprungs ist ( tschechische Bergleute nannten es křemen ). Andere Quellen schreiben den Ursprung des Wortes dem sächsischen Wort Querkluftertz zu , was Erz durchqueren bedeutet .  

Quarz ist das häufigste Material, das in der Mythologie der australischen Aborigines als die mystische Substanz Maban identifiziert wurde . Es wird regelmäßig auf Grabgräberfriedhöfen in Europa in einem Bestattungskontext gefunden, wie z. B. in Newgrange oder Carrowmore in Irland . 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 Aderquarz als auch Bergkristall wurden als Teil der Steintechnologie der prähistorischen Völker bearbeitet .

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

Der römische Naturforscher Plinius der Ältere glaubte, Quarz sei Wassereis , das nach langer Zeit dauerhaft gefroren sei. (Das Wort "Kristall" kommt vom griechischen Wort κρύσταλλος , "Eis".) Er unterstützte diese Idee, indem er sagte, dass Quarz in der Nähe von Gletschern in den Alpen, aber nicht auf vulkanischen Bergen gefunden wird und dass große Quarzkristalle zu Kugeln geformt wurden kühle die Hände. Diese Idee blieb mindestens bis ins 17. Jahrhundert bestehen. Er wusste auch von der Fähigkeit von Quarz, Licht in ein Spektrum aufzuspalten .

Im 17. Jahrhundert ebnete Nicolas Stenos Studium des Quarzes 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 sind.

Die piezoelektrischen Eigenschaften von Quarz wurden 1880 von Jacques und Pierre Curie entdeckt. Der Quarzoszillator oder Resonator wurde erstmals 1921 von Walter Guyton Cady entwickelt . George Washington Pierce entwarf und patentierte 1923 Quarzkristalloszillatoren die Arbeit von Cady und Pierce im Jahr 1927.

Die Bemühungen, 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) war der erste, der Quarz synthetisierte als er 1845 mikroskopisch kleine Quarzkristalle in einem Schnellkochtopf herstellte . Die Qualität und Größe der Kristalle, die bei diesen frühen Bemühungen hergestellt wurden, waren jedoch schlecht.

In den 1930er Jahren war die Elektronikindustrie von Quarzkristallen abhängig geworden. Die einzige Quelle geeigneter Kristalle war Brasilien; Der Zweite Weltkrieg unterbrach jedoch die Lieferungen aus Brasilien, sodass die Nationen versuchten, Quarz im kommerziellen Maßstab zu synthetisieren. Der deutsche Mineraloge Richard Nacken (1884–1971) erzielte in den 1930er und 1940er Jahren einige Erfolge. Nach dem Krieg versuchten viele Labors, große Quarzkristalle zu züchten. In den Vereinigten Staaten schloss das US Army Signal Corps einen Vertrag mit Bell Laboratories und mit der Brush Development Company aus Cleveland, Ohio, um Kristalle nach Nackens Vorbild zu synthetisieren. (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, den bisher größten. In den 1950er Jahren produzierten hydrothermale Synthesetechniken synthetische Quarzkristalle im industriellen Maßstab, und heute sind praktisch alle Quarzkristalle, die in der modernen Elektronikindustrie verwendet werden, synthetisch.

Piezoelektrizität

Quarzkristalle haben piezoelektrische Eigenschaften; sie bauen bei mechanischer Beanspruchung ein elektrisches Potential auf . Eine frühe Verwendung dieser Eigenschaft von Quarzkristallen war in Phonographen- Tonabnehmern. Eine der heute am häufigsten verwendeten piezoelektrischen Verwendungen von Quarz ist die Verwendung als Kristalloszillator . Die Quarzuhr ist ein bekanntes Gerät, das das Mineral verwendet. Die Resonanzfrequenz eines Quarzoszillators wird durch mechanische Belastung verändert, und dieses Prinzip wird für sehr genaue Messungen sehr kleiner Massenänderungen in der Quarzkristall-Mikrowaage und in Dünnschichtdickenmonitoren verwendet .

Siehe auch

Verweise

Externe Links