cuarț -Quartz

Cuarţ
Cluster de cristale de cuarț din Tibet
General
Categorie	mineral silicat
Formula (unitate care se repetă)	SiO2 _
simbol IMA	Qz
Clasificarea Strunz	4.DA.05 ( oxizi )
Clasificare Dana	75.01.03.01 ( tectosilicați )
Sistem de cristal	α-quartz: trigonal β-quartz: hexagonal
Clasa cristal	α-quartz: trapezoedric (clasa 3 2) β-quartz: trapezoedric (clasa 6 2 2)
Grup spațial	α-quartz: P3 2 21 (nr. 154) β-quartz: P6 2 22 (nr. 180) sau P6 4 22 (nr. 181)
Celulă unitară	a = 4,9133 Å , c = 5,4053 Å; Z=3
Identificare
Masa formulei	60,083  g·mol -1
Culoare	Incolor prin diverse culori până la negru
Obiceiul de cristal	Prismă cu 6 laturi care se termină în piramidă cu 6 laturi (tipic), drusică, cu granulație fină până la microcristalină, masivă
Înfrățirea	Legea comună Dauphine, legea Braziliei și legea Japoniei
Clivaj	{0110} Indistinct
Fractură	Concoidal
Tenacitate	Fragil
Duritatea scalei Mohs	7 – mai scăzut în soiuri impure (minerale definitorie)
Luciu	Vitreos – ceros până la plictisitor când este masiv
Streak	alb
Diafaneitate	Transparent până la aproape opac
Gravitație specifică	2,65; variabilă 2,59–2,63 la soiurile impure
Proprietati optice	Uniaxial (+)
Indicele de refracție	n ω = 1,543–1,545 n ε = 1,552–1,554
Birefringență	+0,009 (interval BG)
Pleocroismul	Nici unul
Punct de topire	1670 °C (β tridimit ) 1713 °C (β cristobalit )
Solubilitate	Insolubil la STP ; 1 ppm masă la 400 °C și 500 lb/in 2 până la 2600 ppm masă la 500 °C și 1500 lb/in 2
Alte caracteristici	zăbrele: hexagonală , piezoelectrică , poate fi triboluminiscentă , chirală (deci activă optic dacă nu racemică )
Referințe

Cuarțul este un mineral dur, cristalin , compus din silice ( dioxid de siliciu ). Atomii sunt legați într-un cadru continuu de tetraedre de siliciu-oxigen SiO ₄ , fiecare oxigen fiind împărțit între două tetraedre, dând o formulă chimică generală a SiO ₂ . Cuarțul este al doilea cel mai abundent mineral din scoarța continentală a Pământului , după feldspat .

Cuarțul există în două forme, cuarțul α normal și cuarțul β la temperatură înaltă, ambele fiind chirale . Transformarea din α-quartz în β-quartz are loc brusc la 573 °C (846 K; 1.063 °F). Deoarece transformarea este însoțită de o modificare semnificativă a volumului, poate induce cu ușurință microfracturarea ceramicii sau a rocilor care trec prin acest prag de temperatură.

Există multe varietăți diferite de cuarț, dintre care multe sunt clasificate ca pietre prețioase . Încă din antichitate, soiurile de cuarț au fost cele mai frecvent utilizate minerale în realizarea de bijuterii și sculpturi în piatră tare , în special în Eurasia .

Cuarțul este mineralul care definește valoarea 7 pe scara Mohs a durității , o metodă calitativă de zgârietură pentru determinarea durității unui material la abraziune.

Etimologie

Cuvântul „quartz” este derivat din cuvântul german „Quarz”, care a avut aceeași formă în prima jumătate a secolului al XIV-lea în limba înaltă de mijloc și în estul Germaniei Centrale și care provine din termenul de dialect polonez kwardy , care corespunde cu termenul ceh tvrdý ( „ greu”).

Grecii antici s-au referit la cuarț ca κρύσταλλος ( krustallos ) derivat din grecescul antic κρύος ( kruos ) care înseamnă „rece de gheață”, deoarece unii filozofi (inclusiv Teofrastus ) se pare că au crezut că mineralul este o formă de gheață suprarăcită . Astăzi, termenul de cristal de stâncă este uneori folosit ca un nume alternativ pentru cuarțul transparent grosier cristalin.

Obiceiul și structura cristalului

Cuarțul aparține sistemului de cristal trigonal la temperatura camerei și sistemului de cristal hexagonal peste 573 °C (846 K; 1.063 °F). Forma ideală de cristal este o prismă cu șase laturi care se termină cu piramide cu șase laturi la fiecare capăt. În natură , cristalele de cuarț sunt adesea îngemănate (cu cristale de cuarț drepte și stângaci gemene), distorsionate sau atât de marite cu cristale adiacente de cuarț sau alte minerale încât să arate doar o parte din această formă sau să lipsească cu totul fețele de cristal evidente. și par masiv. Cristalele bine formate se formează de obicei ca o drusă (un strat de cristale care căptușește un gol), dintre care geodele de cuarț sunt exemple deosebit de bune. Cristalele sunt atașate la un capăt de roca care înconjoară și este prezentă o singură piramidă de terminare. Cu toate acestea, cristalele dublu terminate apar acolo unde se dezvoltă liber, fără atașare, de exemplu, în ghips .

O pereche chirală de cuarț alfa.

α-cuarțul cristalizează în sistemul cristalin trigonal, grupul spațial P 3 ₁ 21 sau P 3 ₂ 21 (grupul spațial 152 sau 154 resp.) în funcție de chiralitate. Peste 573 °C (846 K; 1.063 °F), cuarțul α din P 3 ₁ 21 devine hexagonalul mai simetric P 6 ₄ 22 (grupul spațial 181), iar cuarțul α din P 3 ₂ 21 merge în grupul spațial P 6 ₂ 22 (nr. 180). Aceste grupuri spațiale sunt cu adevărat chirale (fiecare aparțin celor 11 perechi enantiomorfe). Atât α-quartz, cât și β-quartz sunt exemple de structuri cristaline chirale compuse din blocuri de construcție achirale (tetraedre SiO ₄ în cazul de față). Transformarea dintre α- și β-quartz implică doar o rotație relativ minoră a tetraedrelor unul față de celălalt, fără o schimbare a modului în care sunt legate. Cu toate acestea, există o schimbare semnificativă a volumului în timpul acestei tranziții, iar acest lucru poate duce la microfracturare semnificativă în ceramică și în rocile scoarței terestre.

• 

  Structura cristalină a cuarțului α (bilele roșii sunt oxigen, gri sunt siliciu)

• 

  β-cuarț

Soiuri (în funcție de microstructură)

Deși multe dintre denumirile de soiuri au apărut istoric din culoarea mineralului, schemele actuale de denumire științifică se referă în primul rând la microstructura mineralului. Culoarea este un identificator secundar pentru mineralele criptocristaline, deși este un identificator primar pentru varietățile macrocristaline.

Soiuri (după culoare)

Cristal de cuarț care demonstrează transparență

Cuarțul pur, numit în mod tradițional cristal de stâncă sau cuarț limpede, este incolor și transparent sau translucid și a fost adesea folosit pentru sculpturi din piatră tare , cum ar fi cristalul Lothair . Soiurile colorate obișnuite includ citrin, cuarț trandafir, ametist, cuarț fumuriu, cuarț lăptos și altele. Aceste diferențieri de culoare apar din prezența impurităților care modifică orbitalii moleculari, determinând ca unele tranziții electronice să aibă loc în spectrul vizibil cauzând culori.

Cea mai importantă distincție între tipurile de cuarț este cea macrocristalină (cristale individuale vizibile cu ochiul liber) și soiurile microcristaline sau criptocristaline ( agregate de cristale vizibile doar la mărire mare). Varietățile criptocristaline sunt fie translucide, fie în mare parte opace, în timp ce soiurile transparente tind să fie macrocristaline. Calcedoniul este o formă criptocristalină de silice constând din intercreșteri fine atât de cuarț, cât și de moganit polimorf monoclinic . Alte soiuri opace de pietre prețioase de cuarț sau roci mixte, inclusiv cuarț, care includ adesea benzi contrastante sau modele de culoare, sunt agata , carneliană sau sardul, onixul , heliotropul și iaspul .

Ametist

Cuarț clar (regulat).

Ametist

Cuarț albastru

Cuarț dumortierit

Cuarț citrin (natural)

Cuarț citrin (ametist modificat la căldură)

Cuarț lăptos

Cuarț roz

Cuarț fumuriu

Prasiolit

Ametistul este o formă de cuarț care variază de la un violet viu strălucitor la o nuanță de lavandă închisă sau plictisitoare. Cele mai mari zăcăminte de ametist din lume se găsesc în Brazilia, Mexic, Uruguay, Rusia, Franța, Namibia și Maroc. Uneori, ametist și citrin se găsesc crescând în același cristal. Apoi se numește ametrină . Ametistul își trage culoarea din urmele de fier din structura sa.

Cuarț albastru

Cuarțul albastru conține incluziuni de magnezio-riebeckită fibroasă sau crocidolit .

Cuarț dumortierit

Includerea dumortieritului mineral în bucăți de cuarț are ca rezultat adesea pete cu aspect mătăsos, cu o nuanță albastră . Nuanțele de violet sau gri sunt uneori prezente. „Cuarțul dumortierit” (numit uneori „cuarț albastru”) va prezenta uneori zone contrastante de culoare deschisă și închisă de-a lungul materialului. „Cuarțul albastru” este o piatră prețioasă minoră.

Citrin

Citrinul este o varietate de cuarț a cărei culoare variază de la galben pal la maro datorită unei distribuții submicroscopice a impurităților de hidroxid feric coloidal . Citrinii naturali sunt rare; majoritatea citrinelor comerciale sunt ametiste tratate termic sau cuarțuri fumurii . Cu toate acestea, un ametist tratat termic va avea linii mici în cristal, spre deosebire de aspectul tulbure sau fumuriu al unui citrin natural. Este aproape imposibil să diferențiezi vizual între citrinul tăiat și topazul galben , dar acestea diferă ca duritate . Brazilia este cel mai mare producător de citrin, o mare parte din producția sa provenind din statul Rio Grande do Sul . Numele este derivat din cuvântul latin citrina , care înseamnă „galben” și este, de asemenea, originea cuvântului „ citron ”. Uneori, citrin și ametist pot fi găsite împreună în același cristal, care este apoi denumit ametrină . Citrinul a fost denumit „piatra negustorului” sau „piatra banilor”, din cauza superstiției că ar aduce prosperitate.

Citrinul a fost apreciat pentru prima dată ca o piatră prețioasă galben-aurie în Grecia între 300 și 150 î.Hr., în timpul epocii elenistice . Cuarțul galben a fost folosit anterior pentru a decora bijuterii și unelte, dar nu a fost foarte căutat.

Cuarț lăptos

Cuarțul din lapte sau cuarțul cu lapte este cea mai comună varietate de cuarț cristalin. Culoarea albă este cauzată de incluziuni minuscule de fluide de gaz, lichid sau ambele, prinse în timpul formării cristalelor, ceea ce o face de mică valoare pentru aplicații optice și pietre prețioase de calitate.

Cuarț roz

Cuarțul trandafir este un tip de cuarț care prezintă o nuanță de roz pal până la roșu trandafir. Culoarea este de obicei considerată ca fiind datorată unor urme de titan , fier sau mangan din material. Unele cuarț roz conține ace microscopice de rutil care produc asterism în lumina transmisă. Studii recente de difracție cu raze X sugerează că culoarea se datorează fibrelor microscopice subțiri de eventual dumortierit din cuarț.

În plus, există un tip rar de cuarț roz (numit frecvent și cuarț roz cristalin) cu culoare despre care se crede că este cauzată de urme de fosfat sau aluminiu . Culoarea cristalelor este aparent fotosensibilă și supusă decolorării. Primele cristale au fost găsite într-o pegmatită găsită în apropiere de Rumford , Maine , SUA și în Minas Gerais , Brazilia .

Cuarț fumuriu

Cuarțul fumuriu este o versiune gri, translucidă a cuarțului. Claritatea variază de la o transparență aproape completă până la un cristal maroniu-gri care este aproape opac. Unele pot fi și negre. Transluciditatea rezultă din iradierea naturală care acționează asupra urmelor minuscule de aluminiu din structura cristalină.

Prasiolit

Prasiolitul , cunoscut și sub numele de vermarin , este o varietate de cuarț de culoare verde. Din 1950, aproape tot prasiolitul natural provine dintr-o mică mină braziliană , dar este văzut și în Silezia Inferioară din Polonia . Prasiolitul natural se găsește și în zona Thunder Bay din Canada . Este un mineral rar în natură; majoritatea cuarțului verde este ametist tratat termic.

Tratamente sintetice și artificiale

Un cristal de cuarț sintetic crescut prin metoda hidrotermală , de aproximativ 19 cm lungime și cântărind aproximativ 127 de grame

Nu toate soiurile de cuarț sunt prezente în mod natural. Unele cristale de cuarț limpede pot fi tratate folosind căldură sau iradiere gamma pentru a induce culoarea acolo unde altfel nu ar fi apărut în mod natural. Susceptibilitatea la astfel de tratamente depinde de locația din care a fost extras cuarțul.

Prasiolitul , un material de culoare măsline, este produs prin tratament termic; prasiolit natural a fost observat și în Silezia Inferioară din Polonia. Deși citrinul apare în mod natural, majoritatea este rezultatul tratamentului termic cu ametist sau cuarț fumuriu. Carnelianul a fost tratat termic pentru a-și adânci culoarea încă din timpuri preistorice.

Deoarece cuarțul natural este adesea îngemănat , cuarțul sintetic este produs pentru utilizare în industrie. Cristalele mari, impecabile, simple sunt sintetizate într-o autoclavă prin procesul hidrotermal .

Ca și alte cristale, cuarțul poate fi acoperit cu vapori de metal pentru a-i conferi un strălucire atractivă.

Apariția

Stâncă de granit în stânca Gros la Tête de pe Insula Aride , Seychelles . Straturile subțiri (1–3 cm lățime) mai strălucitoare sunt vene de cuarț, formate în etapele târzii de cristalizare a magmelor granitice. Acestea sunt uneori numite „vene hidrotermale”.

Cuarțul este un constituent definitoriu al granitului și al altor roci magmatice felsice . Este foarte comună în rocile sedimentare precum gresie și șisturi . Este un constituent comun al șistului , gneisului , cuarțitului și altor roci metamorfice . Cuarțul are cel mai scăzut potențial de intemperii din seria de dizolvare Goldich și, în consecință, este foarte comun ca mineral rezidual în sedimentele cursurilor și solurile reziduale . În general, o prezență ridicată a cuarțului sugerează o rocă „ matură ”, deoarece indică că roca a fost puternic prelucrată și cuarțul a fost mineralul principal care a suportat intemperii grele.

În timp ce majoritatea cuarțului cristalizează din magma topită , cuarțul precipită și chimic din venele hidrotermale fierbinți sub formă de gangă , uneori cu minerale precum aurul, argintul și cuprul. Cristale mari de cuarț se găsesc în pegmatitele magmatice . Cristalele bine formate pot atinge câțiva metri lungime și cântăresc sute de kilograme.

Încorporarea impurităților elementare influențează puternic capacitatea de procesare și utilizare a cuarțului. Cristalele de cuarț naturale de puritate extrem de ridicată, necesare pentru creuzetele și alte echipamente utilizate pentru creșterea plachetelor de siliciu în industria semiconductoarelor , sunt scumpe și rare. Aceste cuarțuri de înaltă puritate sunt definite care conțin mai puțin de 50 ppm de elemente de impurități. O locație majoră de exploatare a cuarțului de înaltă puritate este Mina Spruce Pine Gem din Spruce Pine, Carolina de Nord , Statele Unite . Cuarțul poate fi găsit și în Vârful Caldoveiro , în Asturias , Spania .

Cel mai mare cristal unic de cuarț documentat a fost găsit lângă Itapore , Goiaz , Brazilia; a măsurat aproximativ6,1 m × 1,5 m × 1,5 m și cântărea 39.916 kilograme .

Minerit

Cuarțul este extras din minele deschise . Minerii folosesc ocazional explozibili pentru a expune buzunarele adânci de cuarț. Mai frecvent, buldozerele și buldoexcavatoarele sunt folosite pentru a îndepărta pământul și argila și pentru a expune venele de cuarț, care sunt apoi prelucrate cu unelte de mână. Trebuie avut grijă pentru a evita schimbările bruște de temperatură care pot deteriora cristalele.

Aproape toată cererea industrială de cristal de cuarț (utilizat în principal în electronică) este satisfăcută cu cuarț sintetic produs prin procesul hidrotermal. Cu toate acestea, cristalele sintetice sunt mai puțin apreciate pentru a fi folosite ca pietre prețioase. Popularitatea vindecării cu cristale a crescut cererea de cristale naturale de cuarț, care acum sunt adesea extrase în țările în curs de dezvoltare folosind metode primitive de exploatare, uneori implicând munca copiilor .

Minerale silice înrudite

Tridimita și cristobalitul sunt polimorfe la temperatură înaltă ai SiO ₂ care apar în rocile vulcanice cu conținut ridicat de silice. Coesitul este un polimorf mai dens al SiO ₂ găsit în unele locuri de impact de meteoriți și în rocile metamorfice formate la presiuni mai mari decât cele tipice scoarței terestre. Stishovitul este un polimorf încă mai dens și cu presiune mai mare de SiO ₂ găsit în unele locuri de impact de meteoriți. Lechatelierita este o sticlă _de silice amorfă SiO2 care se formează prin lovituri de fulger în nisip cuarțos .

Siguranță

Deoarece cuarțul este o formă de silice, este un posibil motiv de îngrijorare în diferite locuri de muncă. Tăierea, șlefuirea, ciobirea, șlefuirea, găurirea și lustruirea produselor din piatră naturală și manufacturată pot elibera în aerul pe care lucrătorii îl respiră niveluri periculoase de particule foarte mici de praf de silice cristalină. Siliciul cristalin de dimensiune respirabilă este un cancerigen uman recunoscut și poate duce la alte boli ale plămânilor, cum ar fi silicoza și fibroza pulmonară .

Istorie

Cuvântul „cuart” provine din germanul Quarz ( ajutor · info ) , care este de origine slavă (minerii cehi l-au numit křemen ). Alte surse atribuie originea cuvântului cuvântului saxon Querkluftertz , care înseamnă minereu cu vene încrucișate .  

Cuarțul este cel mai comun material identificat ca substanța mistică maban în mitologia aborigenă australiană . Se găsește în mod regulat în cimitirele de morminte de trecere din Europa într-un context de înmormântare, cum ar fi Newgrange sau Carrowmore în Irlanda . Cuvântul irlandez pentru cuarț este grianchloch , care înseamnă „piatră de soare”. Cuarțul a fost folosit și în Irlanda preistorică , precum și în multe alte țări, pentru unelte de piatră ; atât cuarțul filonat, cât și cristalul de stâncă au fost tăiate ca parte a tehnologiei litice a popoarelor preistorice.

În timp ce jadul a fost din cele mai vechi timpuri cea mai apreciată piatră semiprețioasă pentru sculptură în Asia de Est și America precolumbiană , în Europa și Orientul Mijlociu, diferitele soiuri de cuarț au fost cele mai frecvent utilizate pentru diferitele tipuri de bijuterii și sculptură în piatră tare . , inclusiv pietre prețioase gravate și geme cameo , vaze din cristal de stâncă și vase extravagante. Tradiția a continuat să producă obiecte care au fost foarte apreciate până la mijlocul secolului al XIX-lea, când a căzut în mare parte din modă, cu excepția bijuteriilor. Tehnica Cameo exploatează benzile de culoare în onix și alte soiuri.

Naturalistul roman Pliniu cel Bătrân credea că cuarțul este gheață de apă , înghețată permanent după o lungă perioadă de timp. (Cuvântul „cristal” provine din cuvântul grecesc κρύσταλλος , „gheață”.) El a susținut această idee spunând că cuarțul se găsește în apropierea ghețarilor din Alpi, dar nu pe munții vulcanici și că cristalele mari de cuarț au fost modelate în sfere pentru răcește mâinile. Această idee a persistat cel puțin până în secolul al XVII-lea. El știa, de asemenea, de capacitatea cuarțului de a împărți lumina într-un spectru .

În secolul al XVII-lea, studiul lui Nicolas Steno asupra cuarțului a deschis calea cristalografiei moderne . El a descoperit că, indiferent de dimensiunea sau forma unui cristal de cuarț, fețele lungi ale prismei se îmbină întotdeauna la un unghi perfect de 60°.

Proprietățile piezoelectrice ale cuarțului au fost descoperite de Jacques și Pierre Curie în 1880. Oscilatorul sau rezonatorul de cuarț a fost dezvoltat pentru prima dată de Walter Guyton Cady în 1921. George Washington Pierce a proiectat și patentat oscilatoare cu cristal de cuarț în 1923. Warren Marrison a creat primul ceas oscilator de cuarț bazat pe opera lui Cady și Pierce în 1927.

Eforturile de a sintetiza cuarțul au început la mijlocul secolului al XIX-lea, când oamenii de știință au încercat să creeze minerale în condiții de laborator care imitau condițiile în care mineralele s-au format în natură: geologul german Karl Emil von Schafhäutl (1803–1890) a fost prima persoană care a sintetizat cuarțul . când în 1845 a creat cristale microscopice de cuarț într-o oală sub presiune . Cu toate acestea, calitatea și dimensiunea cristalelor care au fost produse prin aceste eforturi timpurii au fost slabe.

Până în anii 1930, industria electronică a devenit dependentă de cristalele de cuarț. Singura sursă de cristale potrivite a fost Brazilia; cu toate acestea, al Doilea Război Mondial a întrerupt livrările din Brazilia, așa că națiunile au încercat să sintetizeze cuarț la scară comercială. Mineralogul german Richard Nacken (1884–1971) a obținut un oarecare succes în anii 1930 și 1940. După război, multe laboratoare au încercat să crească cristale mari de cuarț. În Statele Unite, US Army Signal Corps a contractat cu Bell Laboratories și cu Brush Development Company din Cleveland, Ohio, pentru a sintetiza cristale urmând exemplul lui Nacken. (Înainte de cel de-al Doilea Război Mondial, Brush Development producea cristale piezoelectrice pentru aparatele de discuri.) Până în 1948, Brush Development cultivase cristale care aveau 1,5 inchi (3,8 cm) în diametru, cele mai mari până în prezent. Până în anii 1950, tehnicile de sinteză hidrotermală produceau cristale de cuarț sintetice la scară industrială, iar astăzi practic tot cristalul de cuarț folosit în industria electronică modernă este sintetic.

• 

  Urcior din cristal de stâncă cu decor feston tăiat de atelierul Milano din a doua jumătate a secolului al XVI-lea, Muzeul Național din Varșovia . Orașul Milano, în afară de Praga și Florența , a fost principalul centru renascentist pentru tăierea cristalului.

• 

  Cristale de cuarț sintetice produse în autoclavul prezentat în instalația pilot hidrotermală de cuarț a Western Electric în 1959

• 

  Scurgă fatimidă în cristal de stâncă sculptat (cuarț limpede) cu capac de aur, c. 1000.

Piezoelectricitate

Cristalele de cuarț au proprietăți piezoelectrice ; ei dezvoltă un potenţial electric la aplicarea solicitărilor mecanice . O utilizare timpurie a acestei proprietăți a cristalelor de cuarț a fost în pickup-urile de fonograf . Una dintre cele mai comune utilizări piezoelectrice ale cuarțului astăzi este ca oscilator cu cristale . Ceasul cu cuarț este un dispozitiv familiar care folosește mineralul. Frecvența de rezonanță a unui oscilator cu cristal de cuarț este modificată prin încărcarea mecanică a acestuia, iar acest principiu este utilizat pentru măsurători foarte precise ale modificărilor de masă foarte mici în microbalanța cu cristal de cuarț și în monitoare de grosime a filmului subțire .

Vezi si

• Cuarț topit
• Lista mineralelor
• Fibră de cuarț
• Exploatarea recifului de cuarț
• Cuarzolit
• Cuarț șocat

Referințe

linkuri externe

• Soiuri de cuarț, proprietăți, morfologia cristalului. Fotografii și ilustrații
• Gilbert Hart, „Nomenclatura silicei”, American Mineralogist , volumul 12, pp. 383–395. 1927
• „Ceasul de cuarț – Inventatori” . Centrul Lemelson, Muzeul Național de Istorie Americană, Instituția Smithsonian . Arhivat din original la 7 ianuarie 2009.
• Terminologia folosită pentru a descrie caracteristicile cristalelor de cuarț atunci când sunt utilizate ca oscilatoare
• Utilizarea cuarțului ca materie primă pentru instrumente de piatră preistorice