Chemie des Turmalins
A B C (OH)4−(BO3)33−(Si6O18)12−
Die Buchstaben A, B und C symbolisieren die verschiedenen Metall-Ionen im Turmalin:
A: In der Regel Na+ oder Ca2+
B: Li+, Mg2+ oder Fe2+
C: Al3+, Fe3+, Cr3+ oder Ti3+
statt (OH)4−: auch (OH)3−F− oder Einbau von O2−
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Turmalin-Längsschnitt in normalem und in polarisiertem Licht
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| Schörl | Elbait | Uvit grün |
Uvit rot |
Turmaline kommen in fast
allen Farben vor. Sie enthalten eine extrem komplizierte Kristallstruktur. Im Turmalinkristall haben sich jeweils sechs Sauerstoff-Atome mit 18 Silicium-Atomen zu einem Ringsilicat zusammengeschlossen, so dass ein Si6O1812−-Ion entsteht. Außerdem sind Borat-Ionen
BO33− und Hydroxid-Ionen OH− enthalten. Diese alle zusammen bilden
ein negativ geladenes Grundgerüst. In das Gerüst eingelagert
sind positiv geladene Metall-Ionen. Die chemische Formel für einen
Turmalin lässt sich etwas vereinfacht so angeben:
A B C (OH)4−(BO3)33−(Si6O18)12−
Die Buchstaben A, B und C symbolisieren die verschiedenen Metall-Ionen im Turmalin:
A: In der Regel Na+ oder Ca2+
B: Li+, Mg2+ oder Fe2+
C: Al3+, Fe3+, Cr3+ oder Ti3+
statt (OH)4−: auch (OH)3−F− oder Einbau von O2−
Je nach Besetzung der Ionen erhält
man dutzende verschiedene Turmalin-Minerale. Im Kristallgitter des Turmalins werden 25 negative Anionen-Ladungen durch 25 positive Kationen-Ladungen ausgeglichen:
| Name | Farben | chemische Formel |
| Schörl | schwarz | Na+Fe32+Al63+(OH)4−(BO3)33−(Si6O18)12− |
| Chromdravit | grün | Na+Mg32+Cr63+(OH)4−(BO3)33−(Si6O18)12− |
| Elbait | grün: Verdelith rot: Rubellit blau: Indigolith |
Na+(Li1,5+Al1,53+)Al63+(OH)4−(BO3)33−(Si6O18)12− |
| Fluor-Uvit | orange, gelb, grün | Ca2+Mg32+(Al53+Mg2+)(OH)3−F−(BO3)33−(Si6O18)12− |
Turmaline
sind praktisch unlöslich
in Säuren und sehr schwer schmelzbar. Der Schörl
schmilzt bei etwa 1100 °C, der Elbait erst bei 1500 °C. Daher ist
ein chemischer
Nachweis sehr schwierig. Auf der Härteskala nach
Mohs besitzt der Turmalin die Mohs-Härte 7. Er ist
damit etwa
so hart wie Quarz und kann von einem Topas der Härte 8
oder von einem Korund der Härte 9 geritzt werden. Der Turmalin
zeigt keine typische Spaltbarkeit,
der Bruch ist uneben und muschelig. Nur in seltenen
Fällen lässt
sich anhand des Bruches das trigonale Kristallsystem des Turmalins erkennen.
Bei einer Erwärmung laden sich die
Enden eines Turmalinkristalles elektrisch auf. Das Phänomen nennt
man auch Pyroelektrizität. Wie die Quarze besitzen Turmaline auch
Piezoelektrizität: Eine angelegte elektrische Spannung verändert
die Länge des Kristalls und umgekehrt bewirkt eine Druckausübung
eine elektrische Aufladung. Daher können Turmaline zur Herstellung
von Schwingquarzen für Uhren verwendet werden. Die Entdeckung der
Piezoelektrizität gelang Jacques Curie und Pierre
Curie (dem Nobelpreisträger und Ehemann von Marie Curie) im Jahr
1880 am Turmalin.
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Turmalin-Längsschnitt in normalem und in polarisiertem Licht
Wie der Calcit zeigt ein durchscheinender Turmalinkristall Doppelbrechung.
In Zusammenhang mit dieser Eigenschaft steht ein besonderes Phänomen:
Je nach Blickrichtung erscheinen manche farbigen Turmalinkristalle in unterschiedlichen
Farben. Man nennt das Phänomen auch Pleochroismus. Besonders schön
lässt sich das Phänomen beobachten, wenn man einen Längsschnitt
mit einem Polarisationsfilter betrachtet. Im polarisierten Licht werden
einige Farbzonen intensiver.