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[[Datei:Alexandrite 26.75cts.jpg|mini|Alexandrit: Links im Tageslicht, rechts im Kunstlicht]]

Unter dem '''Alexandrit-Effekt''', auch als '''[[Changieren]]''' bezeichnet, versteht man einen lichtquellebedingten Farbwechsel eines [[Mineral]]s. Der Effekt wurde nach dem [[Alexandrit]]-Edelstein ([[Chrysoberyll]] mit Farbwechsel) benannt, wird aber auch für [[#Ähnliche Effekte bei anderen Mineralien|andere Mineralien mit gleichem Effekt]] verwendet. Der Alexandrit erscheint im [[Sonnenstrahlung|Tageslicht]] [[Grün#Farblehre|smaragdgrün]], im Kerzen- oder [[Glühlampe#Optische Eigenschaften|Glühlampenlicht]] [[kirschrot]]. Der Effekt entsteht als eine kombinierte Wirkung durch den Charakter der [[Lichtquelle]], die spektrale [[Lichtabsorption|Absorption]] des Materials und die [[V-Lambda-Kurve#Hellempfindlichkeitsgrad|Empfindlichkeit des menschlichen Auges für verschiedene Spektralbereiche]] des Lichts.

== Chemisch-Physikalische Erklärung ==
=== Spektroskopische Eigenschaften ===
[[Datei:Alexandrit Effekt Absorptionsspektrum.svg|mini|Physikalische Erklärung des Farbwechsels anhand eines vereinfachten [[Absorptionsspektrum]]s von Alexandrit. Für den Effekt sind maßgeblich die Absorptionsbanden bei 420 nm (B) und 580 nm (A) verantwortlich.<ref name="Schmetzer-et-al" /><ref name="Trinidade-et-al" /><ref name="Derochette" /><ref name="Krzemnicki" />]]
Kennzeichnend für Stoffe mit Alexandrit-Effekt sind wenigstens zwei spektrale Bereiche mit geringer [[Absorption (Physik)|Absorption]] (hohe Lichtdurchlässigkeit) und ein Bereich dazwischen mit starker Absorption (geringe Lichtdurchlässigkeit).<ref name="Gübelin_1976" /> Im Fall des Alexandrit liegen erstere im blau-grünen (Bereich 1) und roten Spektralbereich (Bereich 2), letzteres im grün-gelben Spektralbereich (Band A) (siehe Abbildung des Absorptionsspektrums). Blau-grüne spektrale Anteile einer Lichtquelle werden vom Kristall zu einem größeren relativen Anteil zum Betrachter zurückgeworfen im Vergleich zu grün-gelben spektralen Anteilen.

=== Kristallchemische Grundlagen des optischen Effekts ===
[[Datei:Alexandrite structure.png|mini|Kristallgitter von Alexandrit: [BeO4]-[[Tetraeder]], dessen Ecken über oktaedrisch-[[Koordinationszahl|koordinierte]] Al3+-Ionen verknüpft sind (AlO6-[[Oktaeder]]). {{Farbe |gold |Kreis=1}} [[Beryllium|Be]]2+ {{0}} {{Farbe |silver |Kreis=1}} [[Aluminium|Al(1)]]3+ {{0}} {{Farbe |grey |Kreis=1}} [[Aluminium|Al(2)]]3+ {{0}} {{Farbe |blue |Kreis=1}} [[Sauerstoff|O]]2−]]

Ursache für die Eigenschaft Licht in bestimmten spektralen Bereichen zu absorbieren sind Atome von [[Übergangsmetalle]]n im Mineral. Beim Alexandrit ist es häufig gegen [[Aluminium]] [[Substitution (Mineralogie)|diadoch]] eingelagertes [[Chrom]] (im Bereich von 0,4 – 2,2 [[Massenanteil|% (m/m)]]), das als Cr3+-Ion im [[Chrysoberyll#Kristallstruktur|Kristall]] vorliegt.<ref name="Gübelin_1976" /> Es können prinzipiell zwei unterschiedliche Gitterplätze des durch [[Sauerstoff]] (O2−) oktaedrisch-[[Koordinationszahl|koordinierten]] Aluminium-Ions (Al3+) (siehe hellgraue und dunkelgraue Kugeln im Kristallgitter) durch Cr3+ ersetzt werden. Die [[Bindungslänge]] zwischen Al3+ und O2− (Cr–O) ist bei diesen beiden Gitterplätzen unterschiedlich (Al(1): 189 pm, Al(2): 193,7 pm), sodass letztere mit größerer Bindungslänge durch größere Metallionen energetisch günstiger besetzt werden können.<ref name="Trinidade-et-al" /><ref name="Gübelin_1976" /><ref name="Garcia-et-al" /> Der „geräumigere“ Gitterplatz ist in der Regel mit einer Selektivität von 66–78 % bevorzugt substituiert, da das Cr3+-Ion einen größeren [[Liste der Ionenradien|Ionenradius]] (''r'' [Cr3+] = 62 pm) als Aluminium (''r'' [Al3+] = 54 pm) besitzt.<ref name="Powell-et-al" /><ref name="Vinnik-et-al" /> Das Vorkommen von Cr3+ auf den beiden unterschiedlichen Gitterplätzen führt zur Verzerrung der oktaedrischen Symmetrie, wodurch maßgeblich die für die Kristallstruktur spezifischen [[Kristallfeld- und Ligandenfeldtheorie#Geometriebedingte Energieniveau-Aufspaltungen|geometriebedingten Energieniveau-Aufspaltungen]] (10Dq bzw. ΔO-Wert) für die A2g, Eg, T2g und T1g-Orbitale bestimmt werden.<ref name="Powell-et-al" /><ref name="Fritsch" /> Die Größe dieser Energiewerte haben erheblichen Einfluss auf die spektroskopischen Eigenschaften, was die Farbigkeit einschließt. Die dafür ursächliche Lage der zwei breiten Absorptionsbanden (A und B in der Abbildung) wird bei Beleuchtung im Wesentlichen durch die [[Angeregter Zustand|energetische Anhebung]] der Elektronen in den d-Orbitalen im Ligandenfeld von Cr3+ und O2− festgelegt ([[d-d-Übergang]] vom A2g-Grundzustand in den angeregten T1g und T2g-Zustand).<ref name="Trinidade-et-al" /><ref name="Powell-et-al" /><ref name="Woodward" /> Die mittlere Energie der [[Bandlücke]] für Cr3+ auf beiden Gitterplätzen liegt mit ΔO = 2,17 eV zwischen regulärem [[Rubin#Eigenschaften|Rubin]] (ΔO = 2,24 eV, rote Farbe)<ref name="Garcia-et-al" /> und [[Smaragd]] (ΔO = 2,05 eV, grüne Farbe). Rubin und Smaragd weisen ebenfalls [AlO6]-Oktaeder in der Kristallstruktur auf, zeigen aber keinen Alexandrit-Effekt.<ref name="Woodward" /><ref name="BlauchFlowers" /> Die sich aus den Energien der Ligandenfeldaufspaltung ergebenden Absorptionsbanden (A und B) müssen daher einen engen Toleranzbereich bezüglich Position und Breite aufweisen, damit der optische Farbwechsel zur vollen Entfaltung kommen kann.

=== Charakter der Lichtquelle ===
Die [[Kation#Metallionen|Metallionen]] im Kristallgitter absorbieren aus verschiedenen Spektren unterschiedliche Anteile bestimmter [[Licht]]wellenlängen (oder auch -frequenzen), wodurch der visuelle Eindruck des Farbwechsels entsteht. So ist zum Beispiel mit [[Leuchtstoffröhre]]n kein Farbwechsel von grün auf rot zu erzeugen, da die ausgesandten Lichtwellen zu sehr dem Tageslicht gleichen (siehe auch [[Lichtfarbe#Kennzeichnung der Lichtfarbe|Lichtfarben von Leuchtmitteln]]). [[Kerze]]nlicht oder Glühlampenlicht hingegen ist hervorragend geeignet, diesen herbeizuführen, es enthält einen hohen Anteil gelben und roten Lichts. Tageslicht, Glühlampenlicht und Kerzenlicht sind annähernd wie Strahlung eines [[Schwarzer Körper|schwarzen Körpers]], und der Charakter kann mit einer Temperatur angegeben werden: 6200, 2700 beziehungsweise 1500 [[Kelvin|K]]. Das Spektrum ist kontinuierlich, und je höher die Temperatur desto kürzer ist die Wellenlänge des Maximums. Das Licht einer [[Leuchtstofflampe]] ist diskontinuierlich und enthält Spektrallinien des Quecksilbers. Das Licht von [[LED-Leuchtmittel]]n ist ebenfalls diskontinuierlich. Das menschliche Auge ist am empfindlichsten auf grünes Licht. Das Auge ist weniger empfindlich auf Licht mit Wellenlängen von mehr als 650 nm (fernes Rot).

=== Einfluss verschiedener Übergangsmetalle ===
Mit steigender Cr3+-Konzentration verstärkt sich die breitbandige Absorption bei 420 nm, wodurch Alexandrite mit 1,5 % (m/m) Chromanteil bei Tageslicht und Kunstlicht intensiv rot gefärbt sein können und der Farbwechsel unterdrückt wird.<ref name="Schmetzer-et-al" /><ref name="Derochette" /><ref name="Vinnik-et-al" /> Andere natürlich eingelagerte Atome wie [[Vanadium]]<ref name="Nassau" />, [[Mangan]], [[Eisen]], [[Titan (Element)]] können den Farbwechsel des Alexandrits ebenfalls modifizieren.<ref name="Trinidade-et-al" /><ref name="Krzemnicki" />

== Ähnliche Effekte bei anderen Mineralien ==
[[Datei:Sapphire colourchanging 0.58cts.jpg|mini|Farbwechsel durch den Alexandrit-Effekt bei Saphir (siehe E. Gübelin & K. Schmetzer, 1982)]]
Der Alexandrit-Effekt ist in gewissen Fällen auch bei anderen Mineralien beobachtet worden. Darunter sind [[Fluorit]], [[Korund]] ([[Saphir]]), [[Kyanit]], [[Monazit]], [[Spinell]], einige [[Granat]]e und [[Turmalingruppe|Turmaline]] sowie auch [[Metalle der Seltenen Erden|Seltenerdmetall]]-[[Oxalat]]minerale wie [[Coskrenit-(Ce)]] und [[Zugshunstit-(Ce)]].

Der Alexandrit hat noch eine farbverändernde Eigenschaft, den Pleochroismus (richtungsabhängiger Farbwechsel). Dieser darf nicht<ref name="White-et-al" /> mit dem Alexandriteffekt verwechselt werden. In einem künstlich hergestellten Alexandrit ist [[Dravit#Eigenschaften|Dichromatismus]] (schichtdicken- bzw. konzentrationabhängiger Farbwechsel, auch Usambaraeffekt genannt) beobachtet worden.<ref name="GIA" />

== Siehe auch ==

* [[Pleochroismus]]

== Literatur ==

* E. Gübelin & K. Schmetzer, Gemstones with Alexandrite Effect, Gems & Gemology, Winter 1982, S. 197–203, PDF, https://www.gia.edu/doc/Gemstones-with-Alexandrite-Effect.pdf, abgerufen am 4. Juli 2016 (englisch).
* Alexandrite, The Tsarstone collection http://www.alexandrite.net/chapters/chapter5/index.html auf Englisch, gelesen 4. Juli 2016.
* Gemlab.UK Through my spectroscope http://www.gemlab.co.uk/Through%20my%20Spectroscope.html, danach unten "July 2012, The relationship between Colour Change, Pleochroism and Absorption Spectra in Alexandrite" finden, auf Englisch, gelesen 4. Juli 2016.

== Einzelnachweise ==

<references>
<ref name="GIA">
{{Internetquelle
|autor=Jennifer Stone-Sundberg
|url=http://www.gia.edu/gems-gemology/spring-2014-synthetic-alexandrite-stone-sundberg
|titel=Challenges in Orienting Alexandrite: The Usambara and Other Optical Effects in Synthetic HOC-Grown Russian Alexandrite
|werk=www.gia.edu
|hrsg=GIA (Gemological Institute of America Inc)
|abruf=2019-06-26}}
</ref>
<ref name="Nassau">
{{Literatur
|Autor=Kurt Nassau
|Titel=The origens of color in minerals
|Sammelwerk=American Mineralogist
|Band=63
|Nummer=3–4
|Datum=1978
|Seiten=221
|Sprache=en
|Online= [http://www.minsocam.org/ammin/AM63/AM63_219.pdf www.minsocam.org]
|Format=PDF
|KBytes=1270
|Abruf=2019-06-26}}
</ref>
<ref name="White-et-al">
{{Literatur
|Autor=W. B. White, R. Roy, J. McKay Crichton
|Titel=The ”alexandrite effect”: and optical study
|Sammelwerk=The American Mineralogist
|Band=52
|Nummer=5–6
|Datum=1967
|Seiten=867
|Sprache=en
|Online= [http://www.minsocam.org/ammin/AM52/AM52_867.pdf www.minsocam.org]
|Format=PDF
|KBytes=326
|Abruf=2024-08-15}}
</ref>
<ref name="Schmetzer-et-al">
{{Literatur
|Autor=K. Schmetzer, J. Hyršl, H. J. Bernhardt, T. Hainschwang
|Titel=Purple to Reddish Purple Chrysoberyl from Brazil
|Sammelwerk=The Journal of Gemmology
|Band=34
|Nummer=1
|Datum=2014
|Seiten=32–40
|Online=[https://gem-a.com/wp-content/uploads/2023/11/JoG-34-1-LR.pdf gem-a.com]
|Format=PDF
|KBytes=7977
|Abruf=2024-08-15
|DOI=10.15506/jog.2014.34.1.32}}
</ref>
<ref name="Krzemnicki">
{{Internetquelle
|autor=M. S. Krzemnicki
|url=https://www.ssef.ch/to-be-or-not-to-be-that-is-the-question-chrysoberyl-versus-alexandrite/
|titel=To be, or not to be, that is the question: chrysoberyl versus alexandrite
|hrsg=Schweizerisches Gemmologisches Institut (SSEF), CH-4051 Basel
|datum=2022
|sprache=en
|abruf=2024-08-08}}
</ref>
<ref name="Derochette">
{{Internetquelle
|autor=J. M. Derochette
|url=http://www.jm-derochette.be/Spectrometer2/alexandrite_spectra.htm
|titel=Alexandrite spectra
|werk=Minerals Microscopy and Spectroscopy
|hrsg=J. M. Derochette
|datum=2021-11-10
|sprache=en
|abruf=2024-08-08}}
</ref>
<ref name="Gübelin_1976">
{{Literatur
|Autor=Edward Gübelin
|Titel=Alexandrite From Lake Manyara, Tanzania
|Sammelwerk=Gems & Gemology
|Band=15
|Nummer=7
|Datum=1976
|Seiten=203–209
|Online=https://www.gia.edu/doc/fall_1976.pdf}}
</ref>
<ref name="Fritsch">
{{Literatur
|Autor=Emmanuel Fritsch, George R. Rossman
|Titel=An Update on Color in Gems. Part 1: Introduction and Colors Caused by Dispersed Metal Ions
|Sammelwerk=Gems & Gemology
|Band=23
|Nummer=3
|Datum=1987
|Seiten=126–139
|Online=https://www.gia.edu/doc/An-Update-on-Color-in-Gems-Part-1-Introduction-and-Colors-Caused-by-Dispersed-Metal-Ions.pdf
|Format=PDF
|KBytes=1123
|Abruf=2024-08-15}}
</ref>
<ref name="Powell-et-al">
{{Literatur
|Autor=Richard C. Powell, Lin Xi, Xu Gang, Gregory J. Quarles
|Titel=Spectroscopic properties of alexandrite crystals
|Sammelwerk=Physical Review B
|Band=32
|Nummer=5
|Datum=1985-09-01
|Seiten=2788–2797
|DOI=10.1103/PhysRevB.32.2788}}
</ref>
<ref name="Trinidade-et-al">
{{Literatur
|Autor=Neilo M. Trinidade, Rosa M. F. Scalvi, Luis V. A. Scalvi
|Titel=Cr+3 Distribution in Al1 and Al2 Sites of Alexandrite (BeAl2O4: Cr3+) Induced by Annealing, Investigated by Optical Spectroscopy
|Sammelwerk=Energy and Power Engineering
|Band=2
|Nummer=1
|Datum=2010
|Seiten=18-24
|Online=[https://www.scirp.org/pdf/EPE20100100004_47148936.pdf scirp.org]
|Format=PDF
|KBytes=209
|Abruf=2024-08-15
|DOI=10.4236/epe.2010.21004}}
</ref>
<ref name="Garcia-et-al">
{{Literatur
|Autor=J. M. García-Lastra, J. A. Aramburu, M. T. Barriuso, M. Moreno
|Titel=Optical properties of Cr3+–doped oxides: Different behavior of two centers in alexandrite
|Sammelwerk=Physical Review B
|Band=74
|Nummer=115118
|Datum=2006-09-21
|Seiten=1–5
|DOI=10.1103/PhysRevB.74.115118}}
</ref>
<ref name="Vinnik-et-al">
{{Literatur
|Autor=Denis A. Vinnik, Dmitry A. Zherebtsov, Sergey A. Archugov, Markus Bischoff, Rainer Niewa
|Titel=Crystal Growth and Characterization of Alexandrite
|Sammelwerk=Crystal Growth & Design
|Band=12
|Nummer=8
|Datum=2012-07-09
|Seiten=3954–3956
|DOI=10.1021/cg300344g}}
</ref>
<ref name="Woodward">
{{Internetquelle
|autor=Patrick Woodward
|url=https://www.uio.no/studier/emner/matnat/kjemi/nedlagte-emner/KJM3100/v06/undervisningsmateriale/optical1_lect21_pw.pdf
|titel=Optical Properties I: Color – Pigments and Gemstones
|werk=Chemistry 754 Solid State Chemistry Lecture 21, May 16, 2003
|hrsg=Ohio State University, Departement of Chemistry
|datum=2003-05-16
|seiten=6
|format=PDF
|sprache=en
|abruf=2024-08-12}}
</ref>
<ref name="BlauchFlowers">
{{Internetquelle
|autor=David Blauch, Paul Flowers
|url=https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry/Map%3A_General_Chemistry_(Petrucci_et_al.)/24%3A_Complex_Ions_and_Coordination_Compounds/24.07%3A_Color_and_the_Colors_of_Complexes
|titel=24.7: Color and the Colors of Complexes
|hrsg=LibreTexts (Delmar Larsen), OpenStax
|datum=2008
|sprache=en
|abruf=2024-08-12}}
</ref>
</references>

[[Kategorie:Mineralogie]]
[[Kategorie:Stoffeigenschaft]]
[[Kategorie:Optischer Effekt]]

Alexandrit-Effekt - Versionsgeschichte

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