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Hydroquarz – Künstliche Kristalle



Die Mineralien der Quarzgruppe sind nach Feldspäten diejenigen Mineralien, die auf der Erde am häufigsten vorkommen und aus dem Alltag des Menschen nicht wegzudenken sind. Quarz ist nicht nur Rohstoff für die Herstellung von Glas jedweder Art. Sand besteht überwiegend aus Quarz. Quarz wird zur Fertigung von feuerfester und gegen diverse Chemikalien resistente Keramik verwendet. Quarzuhren setzen auf die Piezoelektrizität von Quarzen und nicht zuletzt ist Quarz ein beliebter Schmuckstein. Für bestimmte technische Zwecke ist Quarz in der reinsten Form mit einer perfekten Kristallgitterstruktur vonnöten – in diesem Fall kommen Hydroquarze zum Einsatz.

Hydroquarz

Hydroquarz ist kein Mineral 100 %-ig natürlichen Ursprungs.
Auch wenn der Name Hydroquarz die Vermutung aufkommen lässt, dass es sich um eine kristallwasserhaltige Quarzvarietät handelt (hydro = Wasser) handeln könnte, steht der Name Hydroquarz indirekt vielmehr für den Weg der Entstehung der Kristalle.


Reine Kristalle

Dass trotz weltweit enormer Ressourcen Quarze dennoch in Laboren gezüchtet werden, hängt mit der Reinheit der Kristalle zusammen. Nur ein Bruchteil aller Quarze erfüllt die Kriterien für die Verwendung in bestimmten technischen Einsatzgebieten.
Gitterbaufehler, Wachstumsformen wie Kristallzwillinge, Wachstumslinien, Einschlüsse von anderen Mineralien, Gasen oder Flüssigkeiten beeinträchtigen die Reinheit von Quarzen und damit auch die Nutzung für Feinelektronik. Ein Begriff, der mit Quarzen im Zusammenhang steht, ist der piezoelektrische Effekt, auf den u.a. Oszillatoren, Hochfrequenztechnik, Uhren und Messgeräte vertrauen.


Piezoelektrizität

Die Entdeckung der Piezoelektrizität geht auf Jacques und Pierre Curie zurück. Die beiden französischen Physiker fanden 1880 heraus, dass die Mineralien Quarz, Zinkblende und Turmalin bei Druckbelastungen oder anderen mechanischen Belastungen mit einer Änderung der elektrischen Ladung des Kristallgitters reagieren, die auf der Oberfläche der Kristalle messbar war.
In weiteren Experimenten entdeckten sie, dass der Effekt auch umgekehrt funktioniert. Mineralien, die elektrischer Spannung ausgesetzt werden, erzeugen messbare Schwingungen, daher auch der Name Schwingquarz. Quarze schwingen mit einer Frequenz von 32.768 Hz – d.h. der Regler einer Quarzuhr schwingt konstant 32.768 mal in einer Sekunde.
Spezielle Quarzoszillatoren erhalten die Schwingung gleichmäßig aufrecht, indem gegenpoligen Elektroden ein Quarz zwischengeschaltet wird. Die Spannung in den Elektroden verändert die Polarität der Kristalle, sodass der Quarz zu schwingen beginnt.
Unregelmäßige oder deformierte Kristallgitter und Einschlüsse wirken sich negativ auf die Piezoelektrizität aus.


Herstellung von Hydroquarz

Das Verfahren, mit dem Hydroquarze gewonnen werden, wird als Hydrothermalverfahren bezeichnet. Die ersten Versuche fanden zum Ende des 19. Jahrhunderts statt und wurden mit den Jahren technisch perfektioniert.
Die Herstellung von Hydroquarzen findet in einem Autoklav, Druckbehälter, statt, der in zwei Bereiche unterteilt ist. Der obere Teil ist kälter als der untere Teil und der Bereich, wo die Kristallisation stattfindet.
In den unteren Teil wird zu Beginn eine wässrige Lösung gegeben, in welche Quarzbruchstücke, und Alkalien hinzugefügt werden, um die Löslichkeit der Quarze zu erhöhen. Im Oberteil der Autoklav befinden sich weitere Quarzteilchen, die als Kristallisationskeim bzw. Starterkristalle fungieren, an denen sich die Kristalle aus der kristallisierenden Lösungen anlagern.
Die Temperaturen in dem Autoklav betragen ca. 350 bis 400 °C und simulieren somit die natürlichen Kristallisationstemperaturen echter, natürlicher Quarze. Der Druck betragt zwischen 100 und 120 MPa.
Im Vergleich zum natürlichen Kristallwachstum ist die Wachstumsgeschwindigkeit von Hydroquarzen deutlich höher. Was in der Natur Jahrhunderte bis -tausende dauern würde, erfolgt im Autoklav mit 1 mm pro Tag.


Neben der Größe variieren auch die Farben der synthetischen Quarzkristalle. Der Auswahl sind keine Grenzen gesetzt, sodass auch Farben kreiert werden können die nicht zum Repertoire natürlicher Quarze zählen, genauso wie die Kombination von zwei oder mehr Farben in einem Stein nach dem Vorbild Ametrin.


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Hydroquarz und Schmuck

Hydroquarz lässt sich ebenso wie natürlicher Quarz schleifen und in jede erdenkliche Form bringen.
Zum Teil werden echte Mineralien und Edelsteine in Schmuck durch Hydroquarz-Imitationen ersetzt. Die Herstellung ist oftmals günstiger als das natürliche Mineral. Lange Zeit galt Zirkonia - zunächst als Alternative zu Diamanten gezüchtet, mittlerweile als Imitation aller Mineralien etabliert - als die Lösung, wenn Mineralien natürlichen Ursprungs als zu teuer galten, nicht vorrätig waren oder den Vorstellungen der Verbraucher entsprachen. Derzeit halten Hydroquarze in der Schmuckwelt Einzug, zumal der Preis der künstlichen Kristalle oftmals unter dem vom Vorbild aus der Natur liegt und die Farbpalette der Steine breitgefächert ist.


Hydroquarze erkennen

Hydroquarze sind auf den ersten Blick von natürlichen Quarzen nicht zu unterscheiden.
Ein erster Anhaltspunkt ist die auffällige Reinheit – vor allem unter dem Mikroskop, wobei das sog. Brennen von Mineralien eine gängige Methode der Reinheitskorrektur ist. Beim Brennen von Mineralien werden unreine Steine auf eine individuell festgelegte Temperatur erhitzt. Infolge dessen verschwinden Einschlüsse. Tatsächlich ist die Steigerung der Reinheit mittels Brennen ein Nebeneffekt, denn ursprünglich damit die Korrektur ungleichmäßiger Farbverteilungen, Steigerung der Farbintensität oder die gänzliche Farbveränderung bezweckt.
Aufmerksam sollte man zudem bei Farbtönen und kräftigen Farben werden, die bei Quarzen nicht üblich sind: bspw. Das Blau von Blautopas, Tansanit und Saphir, das Grün wie Peridot und Smaragd oder Pink wie bei pinken Saphiren, oder schwarzen Quarzen – und die zusätzlich im Namen den Zusatz Quarz tragen, obwohl es kein Quarzmineral ist, bspw. Apatitquarz, Topasquarz oder Tansanitquarz.
Oftmals werden Hydroquarze, die zu Schmuck verarbeitet werden, mit Phantasienamen umschrieben, bspw. Lavendelquarz, Himbeerquarz, Peridotquarz, Smaragdquarz und Mondlichtquarz.


Siehe auch:
Industriediamanten - Natürliche und synthetische Industriediamanten
Gefälschte Edelsteine und Mineralien
Seeglas, Meerglas und Strandscherben


Quellen:
⇒ Schumann, W. (1992): Edelsteine und Schmucksteine: alle Edel- und Schmucksteine der Welt; 1500 Einzelstücke. BLV Bestimmungsbuch, BLV Verlagsgesellschaft mbH München
www.mineralienatlas.de - Synthetische Quarze
www.gia.edu - An Introduction to Synthetic Gem Materials

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Letzte Aktualisierung: 1. Mai 2019

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