الكوارتز

الكوارتز عادة ما يكون غير سام إلا إذا كان في شكل مسحوق. قد يؤدي التعرض طويل الأمد لمسحوق الأرض إلى الإصابة بالسليكوز. لذا، عند تقطيع أو تلميع الكوارتز، تأكد من ارتداء قناع غبار لتجنب استنشاق غباره.

الكوارتز النقي ، المعروف تقليديا بالكريستال الصخري أو الكوارتز الصافي ، عديم اللون وشفاف أو شفاف ، وكثيرا ما يستخدم في المنحوتات الصلبة ، مثل كريستال لوثير. تشمل الأصناف الملونة الشائعة السترين ، والكوارتز الوردي ، والجمشت ، والكوارتز المدخن ، والكوارتز الحليبي ، وغيرها. تنشأ هذه الفروق اللونية من وجود الشوائب التي تغير المدارات الجزيئية ، مما يتسبب في حدوث بعض التحولات الإلكترونية في الطيف المرئي مسببة الألوان. تشمل الأشكال المتعددة من الكوارتز: α-quartz (منخفض) ، β-quartz ، tridymite ، moganite ، cristobalite ، coesite ، و stishovite.

أهم تمييز بين أنواع الكوارتز هو نوع البلورات الكبيرة (بلورات فردية مرئية للعين المجردة) والأصناف الجريزوفولفين أو الكريبتوكريستالين (تكتلات البلورات المرئية فقط تحت التكبير العالي). أصناف الكريبتوكريستالين إما شفافة أو معتمة في الغالب ، في حين أن الأنواع الشفافة تميل إلى أن تكون كبيرة البلورية. الكالسيدونى هو شكل كريبتوكريستالين من السيليكا يتكون من نواتج متداخلة دقيقة لكل من الكوارتز ، وموجانيت أحادي الميل متعدد الأشكال. أنواع أخرى من الأحجار الكريمة غير الشفافة من الكوارتز ، أو الصخور المختلطة بما في ذلك الكوارتز ، والتي غالبًا ما تشتمل على عصابات متباينة أو أنماط من الألوان ، هي العقيق ، والعقيق ، أو الزرد ، والعقيق ، ورصاص الهليوتروب ، واليشب.

Quartz لها خصائص كهرضغطية. يطورون إمكانات كهربائية عند تطبيق الضغط الميكانيكي. كان الاستخدام المبكر لهذه الخاصية من بلورات الكوارتز في التقاطات الفونوغراف.

Quartz هو أحد المكونات المحددة للجرانيت والصخور النارية الفلزية الأخرى. إنه شائع جدًا في الصخور الرسوبية مثل الحجر الرملي والصخر الزيتي. وهو مكون شائع للشست والجنيس والكوارتزيت والصخور المتحولة الأخرى. الكوارتز لديه أدنى احتمالية للتجوية في سلسلة انحلال Goldich ، وبالتالي فهو شائع جدًا كمعدن متبقي في رواسب التيار والتربة المتبقية. بشكل عام ، يشير الوجود العالي للكوارتز إلى صخرة "ناضجة" ، لأنها تشير إلى أن الصخور قد تم إعادة تشكيلها بشكل كبير وأن الكوارتز كان المعدن الأساسي الذي تحمل التجوية الشديدة. في حين أن غالبية الكوارتز يتبلور من الصهارة المنصهرة ، فإن الكوارتز أيضًا يترسب كيميائيًا من الأوردة الحرارية المائية الساخنة كشوائب ، أحيانًا مع المعادن الخام مثل الذهب والفضة والنحاس. تم العثور على بلورات كبيرة من الكوارتز في البغماتيت الصهاري. قد يصل طول البلورات جيدة التكوين إلى عدة أمتار وتزن مئات الكيلوجرامات. إن بلورات الكوارتز الطبيعية ذات النقاوة العالية للغاية والضرورية للبوتقات وغيرها من المعدات المستخدمة لزراعة رقائق السيليكون في صناعة أشباه الموصلات باهظة الثمن ونادرة. موقع التعدين الرئيسي لكوارتز عالي النقاء هو منجم أحجار التنوب الصنوبر في شجرة التنوب الصنوبر ، نورث كارولينا ، الولايات المتحدة. يمكن أيضًا العثور على الكوارتز في Caldoveiro Peak ، في أستورياس ، إسبانيا. تم العثور على أكبر بلورة منفردة موثقة من الكوارتز بالقرب من إيتابور ، جويياز ، البرازيل ؛ كان قياسها 6.1 × 1.5 × 1.5 متر ووزنها 39916 كجم.

Quartz ينتمي إلى نظام الكريستال الثلاثي. الشكل البلوري المثالي هو منشور سداسي الجوانب ينتهي بأهرامات سداسية الجوانب في كل طرف. غالبًا ما تكون بلورات الكوارتز في الطبيعة توأمة (مع بلورات كوارتز ثنائية اليد اليمنى واليسرى) أو مشوهة أو متداخلة مع بلورات مجاورة من الكوارتز أو معادن أخرى لإظهار جزء فقط من هذا الشكل ، أو تفتقر إلى الوجوه البلورية الواضحة تمامًا وتبدو ضخمة. تتشكل البلورات جيدة التكوين عادة في "طبقة" ذات نمو غير مقيد إلى فراغ ؛ عادة ما يتم توصيل البلورات في الطرف الآخر بمصفوفة ، ولا يوجد سوى هرم إنهاء واحد. ومع ذلك ، تحدث البلورات ذات النهايات المزدوجة حيث تتطور بحرية دون التعلق ، على سبيل المثال ، داخل الجبس. الجيود الكوارتز هو حالة يكون فيها الفراغ كروي الشكل تقريبًا ، مبطّنًا بطبقة من البلورات تشير إلى الداخل. تتبلور α-quartz في النظام البلوري ثلاثي الزوايا ، أو مجموعة الفضاء P3121 أو P3221 اعتمادًا على الانحراف. β-quartz ينتمي إلى النظام السداسي ، المجموعة الفضائية P6222 و P6422 ، على التوالي. هذه المجموعات الفضائية هي حقًا مراوان (تنتمي كل منها إلى 11 زوجًا متماثلًا). يعتبر كل من α-quartz و β-quartz أمثلة على الهياكل البلورية اللولبية المكونة من كتل بناء achiral (SiO4 رباعي السطوح في الحالة الحالية). يتضمن التحول بين α- و β-quartz فقط دورانًا طفيفًا نسبيًا لرباعي السطوح فيما يتعلق ببعضهم البعض ، دون تغيير في طريقة ارتباطهم.

للمرو خاصية مهمة تسمى التأثير الكهروإجهادي. انظر: الكهروإجهادية. فعندما تضغط صفيحة (شريحة) من المرو ميكانيكيا، فإنها تكتسب شحنة موجبة من جانب، وسالبة من جانب آخر. وهذه الظاهرة هي توليد كهربائي إجهادي للجهد الكهربائي عبر البلورة. وهي تمكن تيارا كهربائيا أو إشارة كهربائية من المرور عبر البلورة. وتستخدم بلورات المرو، في ناقلات الموجات الخاصة بأجهزة المذياع والتلفاز ومعظم الردارات. وفي مثل هذه الناقلات، تضخم الإشارة الكهربائية المولدة وتغير إلى موجة راديوية ذات تردد معين. وهذ الخاصية المسماة بالكهروإجهادية، التي يتمتع بها المرو، تتيح الأساس لتشغيل ساعات الحائط. والجهد الكهربائي الذي يسلط على شريحة بلورة المرو يجعل هذه الشريحة تتمدد وتنكمش، الأمر الذي يؤدي إلى إحداث ذبذبات بمعدل منتظم. ويحدد حجم الشريحة عدد الذبذبات في كل ثانية، ثم تحول الذبذبات إلى ثوان ودقائق وساعات. انظر: ساعة اليد. ولايتمدد المرو كثيرا، لدى تسخينه، كما أنه لايتصدع عندما يتم تبريده بسرعة، وهذه الخواص تجعل من المرو مادة مهمة في صنع الحاويات الزجاجية، التي يمكن أن تصمد في وجه درجات الحرارة الشديدة الارتفاع. وتستخدم البلورة الصخرية في صنع العدسات لبعض التلسكوبات والمجاهر، وكما تستخدم بلورات المرو الكبيرة كذلك في صنع نبائط بصرية أخرى. ومعظم بلورات المرو المستخدمة لأغراض صناعية تنتج بشكل اصطناعي بسبب الإمداد المحدود من البلورات الطبيعية. ويعد حجر المرو الرملي مادة مألوفة من مواد البناء. ويستخدم رمل المرو في صنع الورق الرملي وأوراق الصنفرة والرحي.

الكوارتز يُعتبر حجر الميلاد لأولئك الذين يولدون في شهر أبريل، وقد كان رمزاً لولاية أركنساس منذ عام 1967. تقليديًا، كان اليابانيون يؤكدون أن الكوارتز يمثل النقاء والفضاء اللامحدود، بينما كانت الثقافات القديمة في أمريكا الشمالية وبورما تعتبر هذا الحجر كائنًا حيًا، يقيمون له الطقوس ويقدمون له الطعام.

تأتي كلمة "كوارتز" من الألمانية Quarz (مساعدة·معلومات)، والتي هي من أصل سلافي (عمال المناجم التشيكيون أطلقوا عليه اسم křemen). تعزو مصادر أخرى أصل الكلمة إلى كلمة Saxon “Querkluftertz” وتعني العرق المتقاطع. يعتبر الكوارتز هو المادة الأكثر شيوعًا والتي تُعرف بأنها المادة السحرية maban في الأساطير الأبورجينية الأسترالية. يوجد بانتظام في مدافن المقابر الممرية في أوروبا في سياق الدفن، مثل Newgrange أو Carrowmore في أيرلندا. الكلمة الأيرلندية للكوارتز هي grianchloch، والتي تعني 'حجر الشمس'. تم استخدام الكوارتز أيضًا في أيرلندا ما قبل التاريخ، وكذلك في العديد من البلدان الأخرى، كأداة حجرية؛ تم نحت كلا من الكوارتز الوريدي وكريستال الصخور كجزء من التقنية الحجرية للشعوب ما قبل التاريخ. بينما كان اليشم منذ أقدم العصور هو الحجر شبه الكريم الأكثر قيمة للنحت في شرق آسيا وأمريكا قبل كولومبوس، في أوروبا والشرق الأوسط كانت الأنواع المختلفة من الكوارتز هي الأكثر استخدامًا في صناعة المجوهرات والمنحوتات الصلبة، بما في ذلك الأحجار المنقوشة والأحجار المطبوعة والأوعية البلورية الصخرية والزجاجات الباهظة الزخرفة. استمرت هذه التقليد في إنتاج أشياء كانت ذات قيمة عالية حتى منتصف القرن التاسع عشر، عندما تلاشى الاستخدام ما عدا في المجوهرات. تستغل تقنية النقش الأقسام اللونية في العقيق والأنواع الأخرى. اعتقد العالم الطبيعي الروماني بلينيوس الأكبر أن الكوارتز هو جليد ماء مجمد بشكل دائم بعد فترات طويلة من الزمن. (الكلمة "كريستال" تأتي من الكلمة اليونانية κρύσταλλος، "جليد".) دعم هذا الرأي بالإشارة إلى أن الكوارتز يُوجد بالقرب من الأنهار الجليدية في جبال الألب، ولكن ليس على الجبال البركانية، وأن البلورات الكبيرة من الكوارتز كانت تُصنع إلى كرات لتبريد الأيدي. استمر هذا الاعتقاد حتى القرن السابع عشر على الأقل. كان يعرف أيضًا بقدرة الكوارتز على تقسيم الضوء إلى طيف. في القرن السابع عشر، فتح دراسة نيكولاس ستينو عن الكوارتز الطريق أمام تكنولوجيا البلورات الحديثة. اكتشف أنه بغض النظر عن حجم أو شكل كريستال الكوارتز، فإن وجوه منشوراته الطويلة دائمًا ما تتجمع بزاوية 60° مثالية. تم اكتشاف خصائص الكوارتز البيزوالكهربائية بواسطة جاك وبيير كوري في عام 1880. تم تطوير مذبذب الكوارتز لأول مرة بواسطة والتر ج. كادي في عام 1921. صمم جورج واشنطن بيرس وابتكر مذبذبات كريستال الكوارتز في عام 1923. خلق وارن ماريسون أول ساعة مذبذب كريستال كوارتز بناءً على أعمال كادي وبيرس في عام 1927. بدأت الجهود لتخليق الكوارتز في منتصف القرن التاسع عشر عندما حاول العلماء إنشاء معادن في ظروف المختبر مشابهة لتلك التي تشكلت فيها المعادن في الطبيعة: الجيولوجي الألماني كارل إميل فون شافهوتل (1803-1890) كان أول شخص يقوم بتخليق الكوارتز عندما أنتج بلورات ميكروسكوبية من الكوارتز في وعاء ضغط في عام 1845. ومع ذلك، كانت جودة وحجم البلورات التي تم إنتاجها في هذه المحاولات الأولى ضعيفة. بحلول الثلاثينيات، أصبحت صناعة الإلكترونيات تعتمد على بلورات الكوارتز. كان المصدر الوحيد للبلورات المناسبة هو البرازيل؛ ولكن الحرب العالمية الثانية عطلت الإمدادات من البرازيل، لذا حاولت الدول تخليق الكوارتز على نطاق تجاري. حقق الجيولوجي الألماني ريتشارد ناكن (1884-1971) بعض النجاح خلال الثلاثينيات والأربعينيات. بعد الحرب، حاولت العديد من المختبرات زراعة بلورات الكوارتز الكبيرة. في الولايات المتحدة، تعاقدت هيئة الإشارة التابعة للجيش الأمريكي مع مختبرات بيل ومع شركة تطوير فرشاة كليفلاند، أوهايو لتخليق البلورات باتباع نهج ناكن. (قبل الحرب العالمية الثانية، كانت شركة تطوير الفرشاة تُنتج بلورات بيزوالكهربائية لأجهزة تشغيل الأسطوانات). بحلول عام 1948، تمكنت شركة تطوير الفرشاة من إنتاج بلورات قطرها 1.5 بوصات (3.8 سم)، وهي الأكبر حتى تاريخه. بحلول الخمسينيات، كانت تقنيات التخليق الحراري المائي تُنتج بلورات الكوارتز الاصطناعية على نطاق صناعي، واليوم تقريبًا كل بلورات الكوارتز المستخدمة في صناعة الإلكترونيات الحديثة تكون اصطناعية.

كلمة "كوارتز" مشتقة من الكلمة الألمانية "Quarz" ، والتي كان لها نفس الشكل في النصف الأول من القرن الرابع عشر في اللغة الألمانية الوسطى العليا وفي شرق وسط ألمانيا والتي جاءت من مصطلح اللهجة البولندية kwardy ، والذي يتوافق مع المصطلح التشيكي tvrdý ("صعب"). أشار الإغريق القدماء إلى الكوارتز باسم κρύσταλλος (krustallos) المشتق من الكلمة اليونانية القديمة κρύος (kruos) التي تعني "البرد الجليدي" ، لأن بعض الفلاسفة (بمن فيهم ثيوفراستوس) اعتقدوا على ما يبدو أن المعدن شكل من أشكال الجليد فائق البرودة. اليوم ، يستخدم مصطلح الكريستال الصخري أحيانًا كاسم بديل لأنقى أشكال الكوارتز.