Кварц это минерал, сложное вещество, химическая формула кварца SiO2, известно несколько разностей например горный хрусталь, аметист (фиолетовый кварц), раухтопаз (дымчатый кварц), цитрин (желтый кварц) и т.д.
Применяется для получения прозрачных и полупрозрачных камней, халцедон и его разности используются в ювелирном деле как абразивный материал и т.д.
Что такое минерал кварц
Кварц по сути дела является окислом, но от него и других модификаций кремнезема легко непосредственно перейти к структурным мотивам основных типов алюмосиликатов.
Такое положение кварца вошло уже во многие курсы и справочники по минералогии.
Минералы, относящиеся к группе кварца, являются полиморфными модификациями кремнезема.
Сейчас этих модификаций установлено семь.
Для четырех из них благодаря физико-химическим исследованиям определены температурные интервалы наибольшей устойчивости при атмосферном давлении.
Рис. 1. Кристаллическая структура различных модификаций SiO2: а — нив кварц, б — тридимит. в — кристобалит, г — коусит. д — стишовит
Это интервалы минимальной упругости пара данной модификации (рис. 1).
Из приведенной диаграммы видно, что при нормальном давлении устойчивыми являются такие модификации кремнезема:
Стабильная модификация — кварц: температурный интервал — 0—573° С
Стабильная модификация — кварц (в): температурный интервал — 573—870° С
Стабильная модификация — тридимит (в): температурный интервал — 870 —1470° С
Стабильная модификация — кристобалит (в): температурный интервал — 1470 —1710° С
Стабильная модификация — жидкий SiO2 (стекло): температурный интервал → 1710°С
В основе структуры приведенных модификаций кремнезема лежат кремнекислородные тетраэдры [SiO4]4-которые, соединяясь между собой, образуют кремнекислородный каркас (рис.2).
Кроме этих модификаций, экспериментальным путем были получены еще три: коусит (по фамилии американского исследователя Л. Коуса), стишовит (по фамилии советского исследователя С. М. Стишова) и китит (по фамилии американского исследователя Д. Д. Кита).
Коусит — моноклинная модификация SiO2 со структурой, близкой к полевому шпату, получена из кварца под давлением около 35 тыс. атм и температуре 500—800° С.
Стишовит — тетрагональная модификация SiO2 со структурой рутила, получена из кварца при давлении от 100 до 180 тыс. атм и температуре 1200—1400° С.
Китит — тетрагональная модификация синтезированная при температуре 380—585° С и давлении 350—1260 кг/см2.
Первые две модификации встречены в песчаниках метеорного кратера Каньон Дьявола в Аризоне (США).
Где образовались за счет кварца при мгновенном сверхвысоком давлении при ударе метеорита. Китит в природе не встречается.
Что такое кварц
Кварц — SiO2. Наиболее распространенная и лучше всего изученная модификация кремнезема — низкотемпературный кварц известен под названием просто кварца.
Происхождение этого названия неизвестно.
Сингония — тригональная, вид симметрии — тригонально-трапецоэдрический — D3-32(L33L2)
Кристаллическая структура
В основе структуры кварца лежат кремнекислородные тетраэдры, в которых вокруг каждого атома кремния приблизительно на одинаковых расстояниях находятся четыре атома кислорода.
А каждый атом кислорода соединяет два тетраэдра, т. е. размещается между двумя атомами кремния.
Тетраэдры соединены между собой вершинами. Структура высокотемпературного кварца несколько отличается от структуры кварца — она более симметрична (класс гексагонального трапецоэдра).
При переходе кварца (в) в кварц происходит незначительное смещение атомов кремния, нарушающее симметрию, причем ось шестого порядка при переходе к кварцу превращается в ось третьего порядка.
Габитус кристаллов кварца
Удлиненно призматический, реже — бипирамидальновидный (рис.3).
Главными формами на кристаллах являются гексагональная призма— {1010}, ромбоэдры—{1011}, {0111}, тригональная пирамида—{1121} и тригональный трапецоэдр — {5161}.
Гексагональная призма и ромбоэдры являются универсальными формами, определяющими габитус кристаллов кварца.
Грани призмы часто имеют горизонтальную штриховку. Преобладающее большинство кристаллов заканчивается только одной головкой — другим концом они прикрепляются к стенке пустот.
Кристаллы кварца с головками на обоих концах встречаются очень редко.
Они получаются в результате регенерации «хвоста» у отломанного кристалла или при свободном росте, когда кристалл кварца прикрепляется к субстрату гранью призмы.
Отсутствие у кварца центра симметрии обусловливает энантиоморфные формы кристаллов, что может быть установлено при наличии граней трапецоэдра.
В зависимости от положения этих граней различают правый и левый кварцы.
Для кварца очень характерны двойники, особенно дофинейские, когда оба индивида являются правыми или левыми.
А также бразильские, в которых один индивид правый, а второй — левый (рис.3), и японские, когда двойниковой плоскостью является грань бипирамиды, причем основные оси образуют угол, равный 84°31′ .
Физические свойства
Кварц бывает окрашенным в различные цвета. Чаще всего он водяно-прозрачный. Излом раковистый. Спайность отсутствует. Твердость — 7. Плотность — 2,65.
Очень важными являются оптические свойства кварца, поскольку они имеют большое значение для диагностики других минералов в прозрачных шлифах.
Вращает плоскость поляризации.
Характерной особенностью кварца являются пьезоэлектрические свойства, возникающие при сжатии и растяжении пластинки кварца в направлении, параллельном оси второго порядка.
Разновидности кварца
Из большого количества разностей кварца мы остановимся на минералогически чистых кварцах и кварцах с включениями других минералов.
Среди минералогически чистых кварцев выделяют:
1. Прозрачные,
2. Малопрозрачные,
3. Непрозрачные.
К прозрачным относятся горный хрусталь, аметист (фиолетовый кварц), раухтопаз (дымчатый кварц), цитрин (желтый кварц).
Малопрозрачными кварцами являются морион (черный), а также розовый и молочный кварцы.
К непрозрачным относятся железистый и обыкновенный кварцы.
Среди кварцев с включениями других минералов могут быть названы:
1) празем — зеленый кварц, окраска которого вызвана тонкими включениями актинолита или хлорита;
2) авантюрин — буро-красный кварц с мерцающим золотистым отливом от включений слюды, гетита или железной слюдки;
3) кошачий глаз — зеленоватый кварц с шелковистым отливом от включений асбеста;
4) тигровый глаз — темно-бурый кварц с золотистым отливом;
5) соколиный глаз — синеватый кварц с включениями крокидолита.
Халцедон
Волокнистой скрытокристаллической разностью кварца является халцедон.
Название происходит от древнего города Халцедон на побережье Мраморного моря.
Раньше считалось, что он не имеет полиморфного превращения при температуре 573° С.
Рентгенометрические исследования показали, что структура халцедона аналогична структуре кварца.
Халцедон благодаря своей тонкой дисперсности загрязняется посторонними примесями, образуя много разностей.
Он встречается в виде натеков и желваков радиально-концентрического строения серого цвета (обычный халцедон).
Реже встречается синеватый (сапфирин) и бледно-розовый до красного (карнеол, или сердолик) халцедон.
Зеленый халцедон называют плазмой, яблочно-зеленый — хризопразом.
Кроме того, выделяют моховики — халцедоны, пронизанные хлоритом; гелиотропы — зеленые халцедоны с ярко-красными пятнами.
Кахчолонг — белый халцедон, являющийся переходной формой от опала к безводному халцедону.
Отметим также агаты, яшмы, кремни и роговики.
Агат
Агат это полосчатая разность халцедона , грубополосчатая разность называется ониксом.
Халцедон с большим количеством примесей в виде тонкорассеянного окрашенного материала носит название яшмы.
Под названием роговиков выделяют окремнелые породы и халцедоновидные жильные массы скрытокристаллического кварца.
Среди осадочных горных пород часто встречаются стяжения и желваки халцедона, получившие название менилитов.
Считают, что большинство халцедонов образуется путем несовершенной кристаллизации кремнекислых гелей.
Это обстоятельство объясняет наличие в халцедонах следов остаточной воды и понижения их плотности и светопреломления в сравнении с кварцем (для халцедона ng= 1,539, nр=1,531, ng-np= 0,008).
Тридимит
Тридимит — SiО2. Название минерала происходит от греческого слова тридимос — тройной (встречается в виде тройников).
Различают две модификации тридимита: низкотемпературную ромбической сингонии и высокотемпературную гексагональной сингонии.
Тридимит со временем переходит в кварц; тридимит наблюдается в виде кристаллов псевдогексагонального габитуса, белого и серовато-белого цвета; иногда встречается бесцветный.
Образование и месторождения
Тридимит встречается главным образом в пустотах кислых эффузивных пород: в Сан-Кристобале в Мексике, на Везувии и в других местах.
Он известен также в дацитах и андезитах Закарпатья.
Кристобалит — SiО2. Кристобалит получил название по местности Сан-Кристобаль в Мексике.
Встречается он в виде двух полиморфных модификаций:
1. Низкотемпературная модификация,
2. Тетрагональная или псевдокубическая сингония,
3. Высокотемпературная модификация, кубическая сингония.
Высокотемпературный кристобалит обычно образует кристаллы октаэдрического габитуса. Цвет кристобалита белый, блеск стеклянный.
Встречается кристобалит вместе с тридимитом в эффузивных породах, в частности в андезитах Сан-Кристобаля в Мексике, в Рейн-ланде в Германии, в Западной Грузии и в вулканических породах Закарпатья.
Как определить кварц
Диагностические признаки. Кварц легко узнается по характеру габитуса кристаллов, а в плотных агрегатах — по отсутствию спайности, раковистому излому и стеклянному блеску.
Главные линии на рентгенограммах: 3,34; 1,813; 1,539.
В кислотах не растворяется. Исключением является лишь HF, с которой кварц реагирует следующим образом:
4HF + SiO2 = 2Н2O+SiF4.(газ)
Применение паяльной трубки: не плавится.
Как определить. Кварц похож на нефелин и кордиерит, от которых отличается оптическими свойствами.
Искусственное получение кварца
Искусственно кристаллы кварца получают в автоклавах из водно-щелочных растворов SiО2 при температуре 300—420° С и давлении 350—1200 атм.
Кроме того, кварц образуется при застывании кварцсодержащих расплавленных горных пород (в интервале температур 750—1000° С).
А также при действии водяного пара на SiF4 при красном калении.
Кварц образование
Кварц может образовываться в самых разнообразных условиях.
Он возникает в связи с магматическими процессами и является породообразующим минералом, ассоциирующим с другими минералами изверженных горных пород и пегматитов.
Большое количество кварца образуется гидротермальным путем за счет выделения из горячих растворов.
В этих случаях он является важным минералом многих рудных жил.
По сравнению с другими минералами кварц характеризуется прекрасной кристаллографической индивидуальностью (как микроскопические, так и очень большие кристаллы кварца хорошо огранены).
Из гигантских кристаллов следует отметить кристалл кварца, который сохраняется в Ленинградском горном музее (длина его — 90 см).
На Волыни найден кристалл кварца весом в 10 т, длина которого равна 2,7 м.
Наличие гигантских кристаллов кварца указывает на значительную продолжительность периода кристаллизации.
А неоднородность их строения свидетельствует о том, что рост кристаллов происходил с разной степенью интенсивности.
Однородность кристаллов кварца в основном зависит от концентрации растворов, которая отражается также и на габитусе.
Так, согласно исследованиям А. Е. Карякина, высокотемпературные кристаллы кварца из Приполярного Урала, образовавшиеся из пересыщенных растворов, имеют, как правило, короткопризматический габитус и симметричное развитие всех граней.
Низкотемпературные кристаллы, возникшие из растворов с незначительной концентрацией, имеют удлиненную обелисковидную форму и неравномерное развитие граней.
Кварц образуется также при метаморфических процессах. Распространен кварц гипергенного происхождения, выпадающий в осадочных породах из холодных растворов.
Гипергенный кварц образует хорошие кристаллы. В магматических породах, иногда в пегматитах наблюдаются параморфозы кварца по кварцу (в).
Кварц, возникший при температуре выше 573° С и претерпевший инверсию при охлаждении, обычно раздроблен вследствие изменения объема (при инверсии кварца объем его изменяется).
Месторождения кварца
Необычайно многочисленны. Среди них пользуются особой известностью месторождения Мурзинско-Алабашкинского района на Урале.
Горный хрусталь, аметисты и дымчатый кварц присутствуют здесь в кварцевых жилах и пегматитах. На Северном Урале месторождения прозрачного кварца связаны с жилами альпийского типа.
На Украине крупные месторождения мориона находятся в пегматитах Волыни.
Месторождения прозрачных кварцев известны в Минас-Жерайс Бразилия), где присутствуют все разности.
В Альпах (все разности), на Мадагаскаре (горный хрусталь), на Цейлоне и в Бирме (аметисты).
На земной поверхности кварц устойчив и переходит в россыпи.
Применение
Прозрачные и полупрозрачные разности кварца используются как цветные камни.
Благодаря своим пьезоэлектрическим свойствам эти разности находят применение также в радиотехнике.
По данным А. Е. Карякина, пьезоэлектрический кварц некоторых месторождений характеризуется резко выраженным тригональным внешним видом, развитием граней бипирамиды и трапецоэдра и четко выраженной горизонтальной штриховкой на гранях призм и острого ромбоэдра.
Непрозрачные разности кварца используются в металлургической, стекольно керамической и в других отраслях промышленности.
Халцедон и его разности используются в ювелирном деле, как абразивный материал, для изготовления агатовых ступок, а также точных лабораторных приборов.
Литотерапевты применяют розовый кварц и его магические свойства (в лечении некоторых болезней).