Quarz

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.

Quartz gehört zum trigonalen Kristallsystem. Die ideale Kristallform ist ein sechsseitiges Prisma, das an jedem Ende mit sechsseitigen Pyramiden endet. In der Natur sind Quarzkristalle häufig Zwillinge (mit zwei rechts- und linkshändigen Quarzkristallen), verzerrt oder so mit benachbarten Quarzkristallen oder anderen Mineralien verwachsen, dass sie nur einen Teil dieser Form aufweisen oder keine offensichtlichen Kristallflächen aufweisen und erscheinen massiv. 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 P3121 oder P3221. β-Quarz gehört zum hexagonalen System, Raumgruppe P6222 bzw. P6422. 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 SiO4-Tetraeder). Die Umwandlung zwischen α- und β-Quarz beinhaltet nur eine vergleichsweise geringe Drehung der Tetraeder zueinander, ohne dass sich die Art und Weise ändert, in der sie miteinander verbunden sind.

Quartz 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 geringste Verwitterungspotential in der Goldich-Auflösungsreihe und ist daher als Restmineral in Flusssedimenten und Restböden sehr häufig. Im Allgemeinen deutet eine hohe Quarzpräsenz auf ein "reifes" Gestein hin, da dies darauf hinweist, dass das Gestein stark überarbeitet wurde und Quarz das Hauptmineral war, das starker Verwitterung standhielt. Während der Großteil des Quarzes aus geschmolzenem Magma kristallisiert, fällt Quarz auch chemisch aus heißen hydrothermalen Adern als Gangart aus, manchmal mit Erzmineralien 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. Natürlich vorkommende Quarzkristalle von extrem hoher Reinheit, die für die Tiegel und andere Geräte erforderlich sind, die zum Züchten von Siliziumwafern in der Halbleiterindustrie verwendet werden, sind teuer und selten. Ein wichtiger Abbauort für hochreinen Quarz ist die Spruce Pine Gem Mine in Spruce Pine, North Carolina, USA. Quarz kann auch in Caldoveiro Peak in Asturien, Spanien gefunden werden. 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.

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. 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 und Stishovit.

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. 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.