Tetragonales System: Zirkon, Rutil und quadratische Kristalle
Im tetragonalen System sind zwei Achsen gleich lang und die dritte verschieden, alle stehen senkrecht aufeinander. Zirkon, Rutil, Vesuvianit, Wulfenit und Apophyllit sind Beispiele.
Das Wichtigste
| Achsen | a = b ≠ c |
|---|---|
| Winkel | α = β = γ = 90° |
| Anderer Name | Quadratisch (französisch: »quadratique«) |
| Charakteristische Symmetrie | Eine vierzählige Drehachse (Ordnung 4) |
| Symmetrieklassen | 7 von 32 |
| Bravais-Gitter | 2 (primitiv und raumzentriert) |
| Typische Minerale | Zirkon, Rutil, Zinnstein, Vesuvianit, Apophyllit, Wulfenit, Scheelit, Kupferkies |
| Optik | Einachsig: eine einzige Richtung ohne Doppelbrechung |
Ein gestreckter oder gestauchter Würfel
Stellen Sie sich einen Würfel vor, der in einer einzigen Richtung gedehnt wird: Sie erhalten einen Quader mit quadratischer Grundfläche. Das ist das Bild des tetragonalen Systems (auch quadratisch genannt). Zwei waagerechte Achsen, a und b, sind gleich lang; die dritte, c, senkrecht, hat eine andere Länge. Alle drei Achsen bleiben senkrecht zueinander.
Das eigentliche Kennzeichen des Systems ist eine Symmetrieachse der Ordnung 4: Dreht man den Kristall um eine Viertelumdrehung um die c-Achse, deckt er sich wieder mit sich selbst. Sie verleiht den Kristallen ihren quadratischen Querschnitt.
Die wichtigsten Werte
| Größe | Wert |
|---|---|
| Längen der Achsen | a = b ≠ c |
| Winkel zwischen den Achsen | 90°, 90°, 90° |
| Minimale Symmetrie | 1 vierzählige Achse (Ordnung 4) |
| Symmetrieklassen | 7 |
| Bravais-Gitter | 2: primitiv (P) und raumzentriert (I) |
Das Verhältnis c/a variiert von Mineral zu Mineral. Nach den veröffentlichten Gitterparametern beträgt es etwa 0,64 für Rutil (a = 4,594 Å, c = 2,959 Å) und etwa 0,91 für Zirkon (a = 6,607 Å, c = 5,982 Å). Das Ångström (Å) entspricht einem Zehnmilliardstel Meter. Diese Verhältnisse beschreiben die Elementarzelle, nicht die Form des sichtbaren Kristalls: Rutil, dessen c-Achse doch kurz ist, bildet meist Kristalle, die entlang c gestreckt sind, weil das Wachstum den Proportionen der Zelle nicht einfach folgt.
Formen und Habitus
Tetragonale Kristalle erkennt man oft an ihrem quadratischen Querschnitt. Die wichtigsten Formen sind:
- Das quadratische Prisma: vier Seitenflächen, paarweise senkrecht zueinander, wie ein quadratischer Stab (Zirkon, Vesuvianit, Rutil).
- Die quadratische Bipyramide: zwei quadratische Pyramiden, die mit ihren Grundflächen aneinanderstoßen; sie ähnelt einem »gestauchten« oder »gestreckten« Oktaeder (Zirkon, Wulfenit in spitzen Kristallen, Scheelit).
- Das Pinakoid: eine ebene Fläche an der Spitze, senkrecht zu c; sie ergibt quadratische Tafeln (Wulfenit, Apophyllit).
- Das Sphenoid: eine keilförmige Form, die dem Kupferkies das Aussehen kleiner verzerrter Tetraeder gibt.
Diese Ähnlichkeit mit dem kubischen System erklärt, warum Apophyllit mit seinen fast würfelförmigen Kristallen lange Zeit täuschte. Eine Untersuchung im polarisierten Licht oder eine Winkelmessung klärt die Frage.
Minerale zum Kennenlernen
| Mineral | Vereinfachte Formel | Mohs-Härte | Dichte | Bemerkung |
|---|---|---|---|---|
| Zirkon | ZrSiO4 | 6,5 bis 7,5 | 4,6 bis 4,7 | Diamantglanz; die ältesten bekannten Körner sind etwa 4,4 Milliarden Jahre alt |
| Rutil | TiO2 | 6 bis 6,5 | 4,2 bis 4,3 | Goldene Nadeln im Quarz |
| Zinnstein (Kassiterit) | SnO2 | 6 bis 7 | 6,8 bis 7,1 | Wichtigstes Zinnerz, sehr dicht |
| Vesuvianit (Idokras) | Silikat aus Calcium, Magnesium und Aluminium | 6,5 | 3,3 bis 3,4 | Grün bis braun, gestreifte Prismen |
| Kupferkies | CuFeS2 | 3,5 bis 4 | 4,1 bis 4,3 | Messinggelb, schillernd; Kupfererz |
| Apophyllit | wasserhaltiges Kalium-Calcium-Silikat | 4,5 bis 5 | 2,3 bis 2,4 | Durchsichtige Kristalle, perlmuttartiger Glanz auf der Oberseite |
| Wulfenit | PbMoO4 | 2,5 bis 3 | 6,5 bis 7 | Orangefarbene Tafeln, enthält Blei |
Der Zirkon verdient besondere Beachtung: Er kann ein wenig Uran und Thorium enthalten, deren Radioaktivität seine Struktur nach und nach schädigt. Ein sehr alter Zirkon kann »metamikt« werden, also nahezu amorph, mit geringerer Dichte und Härte. Gerade deshalb dient er auch zur Altersbestimmung von Gesteinen: Ein Zirkonkorn aus den Jack Hills in Westaustralien wurde auf etwa 4,404 Milliarden Jahre datiert (veröffentlicht 2001), was ihn zum ältesten datierten irdischen Material macht. Siehe unsere Seiten Zirkon, Idokras und Apophyllit.
Optik: ein einachsiger Kristall
In einem tetragonalen Kristall hat das Licht entlang der c-Achse eine andere Geschwindigkeit als in den dazu senkrechten Richtungen. Der Kristall ist einachsig: Er besitzt genau eine Richtung (die optische Achse), in der die Doppelbrechung verschwindet. In allen anderen Richtungen spaltet sich ein Lichtstrahl in zwei. Das führt bei farbigen Kristallen zu einem Dichroismus (zwei mögliche Farben je nach Blickwinkel) und beim Zirkon zu einer starken Doppelbrechung, die den Eindruck erweckt, die hintere Kante einer Facette sei unter der Lupe verdoppelt. Siehe Farbe und Pleochroismus.
Kniezwillinge und Fallen
Rutil und Zinnstein bilden Kniezwillinge: zwei aneinandergewachsene Kristalle, die wie ein Knie abgewinkelt sind. Rutil bildet außerdem durch wiederholte Verzwilligung sechs- oder achtstrahlige Sterne. Diese Figuren sind natürlich und kein Hinweis auf eine Imitation.
Häufige Fallen: Ein als Zirkon verkaufter Stein ist manchmal in Wirklichkeit kubisches Zirkonoxid (synthetisches ZrO2, kubisch statt tetragonal, Dichte etwa 5,6 bis 6). Und goldene Nadeln in einem Quarz sind Einschlüsse von Rutil, keine Quarzkristalle. Bei einem wertvollen Stück ist ein Laborzertifikat die einzig verlässliche Antwort; siehe Qualitätssiegel und Zertifikate.
Vorsicht bei Wulfenit: Er enthält Blei und Molybdän. Waschen Sie sich nach dem Umgang die Hände, stecken Sie ihn nicht in den Mund und schleifen Sie ihn nicht.
Häufige Fragen
Was ist der Unterschied zwischen quadratisch und tetragonal?
Keiner: Es sind zwei Bezeichnungen für dasselbe System. »Tetragonal« ist der international übliche Begriff, »quadratisch« der traditionelle französische Ausdruck.
Welche Minerale sind tetragonal?
Zirkon, Rutil, Kassiterit, Vesuvianit, Apophyllit, Scheelit, Wulfenit und Kupferkies, unter anderem.
Wie erkennt man einen tetragonalen Kristall mit bloßem Auge?
An seinem quadratischen Querschnitt und den rechtwinklig zueinander stehenden Flächen, mit einer Achse der Ordnung 4. Bestätigen kann dies aber nur eine Winkelmessung oder eine optische Analyse.
Ist Zirkon ein radioaktiver Stein?
Er kann sehr geringe Mengen Uran und Thorium enthalten. Für ein Schmuckstück hat das keine praktische Bedeutung. Diese natürliche Radioaktivität dient vor allem der Altersbestimmung von Gesteinen.
Warum bildet Rutil Nadeln im Quarz?
Es handelt sich um Rutilkristalle, die vor oder während des Quarzwachstums entstanden sind, oft entlang einer bestimmten Richtung. Sie sind entlang ihrer c-Achse gestreckt.
Auch lesenswert
Die genannten Bedeutungen gehören zu Tradition und Symbolik. Sie sind weder Erfolgsversprechen noch medizinische Ratschläge. Zurück zu Mineralogie für den Einstieg.