Quarz

Quarz ist ein im trigonalen Kristallsystem kristallisierendes Silikat-Mineral mit Härte 7, sehr variabler Farbe (auch farblos) und weißer Strichfarbe. Es besteht wie das amorphe Quarzglas vollständig aus Siliziumdioxid (SiO₂).

Quarz wird gelegentlich mit dem Kalzit verwechselt, kann jedoch durch seine größere Härte, die niedrigere Doppelbrechung und die Reaktion des Kalzits mit verdünnter Salzsäure leicht von diesem unterschieden werden. Quarz ist ein häufiges gesteinsbildendes Mineral und sehr erosions- und verwitterungsbeständig.

Varietäten und Modifikationen

Verschiedene Einzelminerale und Schmucksteine werden zu den Quarzen gerechnet. Sie bestehen alle aus SiO₂, enthalten aber Verunreinigungen, unter anderem durch Eisen, Mangan, Titan oder Eisenhydrate, welche verschiedene Färbungen hervorrufen. Zu den Quarzen zählen unter anderem die Varietäten Achat, Amethyst, Bergkristall, Chrysopras, Citrin, Eisenkiesel, Heliotrop, Jaspis, Quarz-Katzenauge, Karneol (Carneol), Milchquarz, Moosachat, Onyx, Opal, Prasem, Rauchquarz, Rosenquarz, Saphierquarz, Sarder und Tigerauge

Die Modifikationen des Quarz haben dieselbe chemische Zusammensetzung wie Quarz, das Kristallgitter ist jedoch grundsätzlich anders aufgebaut. Man unterscheidet insbesondere den wasserhaltigen, mehr oder weniger amorphen Chalcedon und die Hochdruckmodifikationen Coesit, Cristobalit, Stishovit undTridymit.

Die meisten Modifikationen können selbst wieder in verwandte, aber kristallographisch verschiedene Kristallstrukturen unterteilt werden. Quarz selbst ist nur bei niedriger Temperatur in der trigonalen α-Quarz-Phase stabil. Bei 573 Grad Celsius findet eine Phasenumwandlung in die tetragonale 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. Diese beiden Orientierungen der α-Quarz Phase werden als Dauphiné-Zwillinge des Quarz bezeichnet.

Eigenschaften

Die piezoelektrischen Eigenschaften des Quarzes machen ihn zu einem aus der Elektronik nicht mehr wegzudenkenden Baustein.

Struktur

Der Quarz ist ein Gerüstsilikat das aus SiO₄-Tetraeder besteht. Über die Sauerstoffatome in den Ecken entsteht die Bindung, indem sich jedes Siliziumatom vier halbe Sauerstoffatome teilt und damit den Ladungshaushalt ausgleicht.

Vorkommen

Quarz findet sich häufig in Form sechsseitiger Kristalle, die im Einzelfall mehrere Tonnen schwer werden können. Das Mineral entsteht meist in der kontinentalen Kruste und findet sich dort in Form wohlentwickelter Kristalle, als Kruste auf Oberflächen und als Auskleidung natürlicher Höhlungen, so genannter Geoden.

Als sehr häufig vorkommendes Mineral, das einen Anteil von zwölf Prozent an der Mineralzusammensetzung der Erdkruste ausmacht, tritt Quarz sowohl in magmatischen und metamorphen Gesteinen als auch in Sandstein und Kreidekalken organischen Ursprungs auf: In magmatischen Gesteinen ist Quarz typisch für Granit, Rhyolith, Pegmatit oder Hydrothermaladern. Gabbro und Pyroxenit, die aus siliziumdioxidarmen Magmen entstanden sind, enthalten dagegen nur wenig Quarz. Ein wichtiges quarzhaltiges metamorphes Gestein ist Gneis, in dem das Mineral oft reine Adern bildet. Daneben ist Quarz auch wichtiger Bestandteil von Sedimentgesteinen: Viele Sande, sowie allgemeiner Fluss- und Meeresablagerungen enthalten wegen der hohen Erosionsbeständigkeit des Minerals Quarz. Aus komprimierten und zusammenzementierten Quarzkörnern entsteht der Quarzsandstein.

Bedeutung als Rohstoff

Quarz findet je nach Varietät zahlreiche verschiedene Anwendungen:

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

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. 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 dagegen zum Einsatz des Minerals als Eisenbahnschotterkörper. Quarz ist allerdings ungeeignet als Straßenschotter, da er zu hart ist, schlecht bindet und einen raschen Verschleiß bei den 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 wird durch Schwingquarze vorgegeben. Daneben ist Quarz auch geeignet für Druckmessungen und in der Hochfrequenztechnik.

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.

Quarz und Fossilisierung

Dringt siliziumreiches Grundwasser in das Gewebe abgestorbener, holziger Pflanzen ein, so können diese durch Auskristallisierung von Quarz 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.

Geschichte

Quarz war im Mittelalter eine Bezeichnung für das Bergwerk, sowie für alle Kristalle. Erst mit Georgius Agricola wurde der Begriff auf Bergkristalle eingeschränkt.

Siehe auch: Liste von Mineralen

Weblinks

• http://www.mineralienatlas.de/phpwiki/index.php/Quarz
• http://www.mineralien-basel.ch Quarzmodellbogen