Кварц

Кварц обычно нетоксичен, если только он не в форме порошка. Длительное воздействие мелко измельченного порошка может привести к силикозу. Поэтому, при резке или полировке кварц, обязательно надевайте маску, чтобы избежать вдыхания пыли.

Авантюрин — зеленоватый минерал со включением «искр» (из-за включения мелких кристаллов слюды поверхность авантюрина имеет тенденцию к мерцанию). Не путать с искусственным авантюрином — разновидностью муранского стекла — мерцающим буровато-красным искусственным «камнем» (мерцание обусловлено включениями металлических крупинок). Аметист — фиолетовый. Аметрин — жёлто-фиолетовый, кристаллы с зональной окраской аметистовых и цитриновых цветов. Бингемит — иризирующий кварц со включениями гётита. Волосатик — горный хрусталь со включениями тонкоигольчатых кристаллов рутила, турмалина и/или других минералов, образующих игольчатые кристаллы. Горный хрусталь — кристаллы бесцветного прозрачного кварца. Кремень — плотные массивные агрегаты кремнезёма непостоянного состава, состоящее из кристаллического (кварц, халцедон) и аморфного кремнезёма в осадочных горных породах. Часто окрашен окислами железа и марганца в разные цвета, с плавными переходами между ними. Морион — чёрный. Переливт — состоит из перемежающихся слоёв микрокристаллов кварца и халцедона, никогда не бывает прозрачным. Празем — зелёный (из-за включений актинолита). Празиолит — луково-зелёный, редко встречается в природе, также получается при прокаливании аметиста. Раухтопаз (дымчатый кварц) — светло-серый или светло-бурый. Розовый кварц — розовый. Халцедон — скрытокристаллическая тонковолокнистая разновидность. Полупрозрачен или просвечивает, цвет от белого до медово-жёлтого. Образует сферолиты, сферолитовые корки, псевдосталактиты или сплошные массивные образования. Цитрин — лимонно-жёлтый. Сапфировый кварц — синеватый, грубозернистый агрегат кварца. Кошачий глаз — белый, розоватый, серый кварц с эффектом светового отлива. Соколиный глаз — окварцованный агрегат синевато-серого амфибола. Тигровый глаз — аналогичен соколиному глазу, но золотисто-коричневого цвета. Оникс — коричневый с белыми и чёрными узорами, красно-коричневый, коричнево-жёлтый, медовый, белый с желтоватыми или розоватыми прослоями. Для оникса особо характерны плоско-параллельные слои разного цвета. Гелиотроп — непрозрачная тёмно-зелёная разновидность скрытокристалического кремнезёма, по большей части тонкозернистого кварца, иногда с примесью халцедона, оксидов и гидроксидов железа и других второстепенных минералов, с ярко-красными пятнами и полосами.

В чистом виде кварц бесцветен или имеет белую окраску из-за внутренних трещин и кристаллических дефектов. Элементы-примеси и микроскопические включения других минералов, преимущественно оксидов железа, придают ему самую разнообразную окраску. Имеет много разновидностей, среди которых — почти чёрный морион, фиолетовый аметист, жёлтый цитрин и т. д. Причины окраски некоторых разновидностей кварца имеют свою специфическую природу. Часто образует двойники. Растворяется в плавиковой кислоте и расплавах щелочей. Температура плавления 1713—1728 °C (из-за высокой вязкости расплава определение температуры плавления затруднено, существуют различные данные). Диэлектрик и пьезоэлектрик. Относится к группе стеклообразующих оксидов, то есть может быть главной составляющей стекла. Однокомпонентное кварцевое стекло из чистого оксида кремния получают плавлением горного хрусталя, жильного кварца и кварцевого песка. Диоксид кремния обладает полиморфизмом. Стабильная при нормальных условиях полиморфная модификация — α-кварц (низкотемпературный). Соответственно β-кварцем называют высокотемпературную модификацию. Переход α-кварца в β-кварц происходит при температуре 573 °C. Кварц имеет несколько полиморфных модификаций, являющихся самостоятельными минеральными видами: кристобалит тридимит коэсит стишовит (образуется при очень высоком давлении, впервые получен искусственно, затем обнаружен в Аризонском метеоритном кратере).

Quartz является определяющей составляющей гранита и других кислых магматических пород. Это очень распространено в осадочных породах, таких как песчаник и сланец. Это обычная составляющая сланцев, гнейсов, кварцитов и других метаморфических пород. Кварц имеет самый низкий потенциал выветривания в серии растворения Голдича, и, следовательно, он очень часто встречается в качестве остаточного минерала в отложениях ручьев и остаточных почвах. Как правило, высокое присутствие кварца предполагает «зрелую» породу, поскольку это указывает на то, что порода была сильно переработана, и кварц был основным минералом, который выдержал тяжелое выветривание. В то время как большая часть кварца кристаллизуется из расплавленной магмы, кварц также химически осаждается из горячих гидротермальных жил в виде пустой породы, иногда с рудными минералами, такими как золото, серебро и медь. Крупные кристаллы кварца встречаются в магматических пегматитах. Кристаллы правильной формы могут достигать нескольких метров в длину и весить сотни килограммов. Встречающиеся в природе кристаллы кварца чрезвычайно высокой чистоты, необходимые для тиглей и другого оборудования, используемого для выращивания кремниевых пластин в полупроводниковой промышленности, дороги и редки. Основным местом добычи кварца высокой чистоты является рудник Spruce Pine Gem Mine в Спрус-Пайн, Северная Каролина, США. Кварц также можно найти на пике Кальдовейро в Астурии, Испания. Самый крупный зарегистрированный монокристалл кварца был найден недалеко от Итапура, Гояза, Бразилия; он имел размеры примерно 6,1 × 1,5 × 1,5 м и весил 39 916 кг.

Quartz относится к тригональной кристаллической системе. Идеальная форма кристалла - это шестигранная призма, оканчивающаяся шестигранными пирамидами на каждом конце. В природе кристаллы кварца часто двойниковые (с двойными правосторонними и левосторонними кристаллами кварца), искажены или так срослись с соседними кристаллами кварца или других минералов, чтобы показать только часть этой формы или полностью лишить очевидных граней кристаллов. и кажутся массивными. Хорошо сформированные кристаллы обычно образуются в «слое», которое неограниченно растет в пустоту; обычно кристаллы прикреплены другим концом к матрице, и присутствует только одна оконечная пирамида. Однако кристаллы с двойным окончанием встречаются там, где они свободно развиваются без прикрепления, например, внутри гипса. Кварцевая жеода - это такая ситуация, когда пустота имеет приблизительно сферическую форму, выстланную слоем кристаллов, направленными внутрь. α-кварц кристаллизуется в тригональной кристаллической системе, пространственной группе P3121 или P3221 в зависимости от хиральности. β-кварц относится к гексагональной системе, пространственной группе P6222 и P6422 соответственно. Эти пространственные группы действительно киральны (каждая из них принадлежит к 11 энантиоморфным парам). И α-кварц, и β-кварц являются примерами хиральных кристаллических структур, состоящих из ахиральных строительных блоков (тетраэдров SiO4 в данном случае). Преобразование между α- и β-кварцем включает только сравнительно небольшой поворот тетраэдров относительно друг друга, без изменения способа их соединения.

Кварц используется в оптических приборах, в генераторах ультразвука, в телефонной и радиоаппаратуре (как пьезоэлектрик), в электронных приборах («кварцем» в техническом сленге иногда называют кварцевый резонатор — компонент устройств для стабилизации частоты электронных генераторов). В больших количествах потребляется стекольной и керамической промышленностью (горный хрусталь и чистый кварцевый песок). Также применяется в производстве кремнезёмистых огнеупоров и кварцевого стекла. Многие разновидности используются в ювелирном деле.

Кварц считается камнем, соответствующим тем, кто родился в апреле, и был государственным символом Арканзаса с 1967 года. Традиционно японцы утверждали, что кварц символизирует чистоту и бесконечное пространство, тогда как древние культуры Северной Америки и Бирмы считали этот камень живым существом, проводя для него ритуалы и давая ему еду.

Слово "кварц" происходит от немецкого слова Quarz, которое имеет славянское происхождение (чешские шахтеры называли его křemen). Другие источники приписывают происхождение слова к саксонскому слову Querkluftertz, что означает поперечная жила руда. Кварц является самым распространенным материалом, идентифицированным как мистическое вещество мабан в мифологии австралийских аборигенов. Он регулярно встречается на кладбищах проходных могил в Европе в погребальном контексте, таких как Ньюгрейндж или Карроуморе в Ирландии. Ирландское слово для обозначения кварца - grianchloch, что означает 'солнечный камень'. Кварц также использовался в доисторической Ирландии, а также во многих других странах, для изготовления каменных орудий; как жила кварца, так и горный хрусталь были расколоты в рамках литической технологии доисторических народов. В то время как нефрит с доисторических времен был самым ценным полудрагоценным камнем для резьбы в Восточной Азии и доколумбовой Америке, в Европе и на Ближнем Востоке разные виды кварца, включая гравированные камни и камеи, вазочки из горного хрусталя и экстравагантные сосуды, были наиболее часто используемыми для различных типов ювелирных изделий и твёрдокаменных резов. Эта традиция продолжала производить объекты, которые были очень высоко ценены до середины 19 века, когда она в значительной степени вышла из моды, за исключением ювелирных изделий. Техника камеи использует полосы цвета в ониксе и других разновидностях. Римский натуралист Плиний Старший считал кварц водным льдом, навсегда замерзшим спустя множество времени. (Слово "кристалл" происходит от греческого слова κρύσταλλος, "лёд".) Он поддержал эту идею, говоря, что кварц встречается рядом с ледниками в Альпах, но не на вулканических горах, и что крупные кварцевые кристаллы были сделаны в сферы для охлаждения рук. Эта идея сохранялась как минимум до XVII века. Он также знал о способности кварца разлагать свет в спектр. В XVII веке исследование кварца Николауса Стено проложило путь для современной кристаллографии. Он обнаружил, что независимо от размера или формы кварцевого кристалла, его длинные призматические грани всегда соединяются под идеальными углами в 60°. Пъезоэлектрические свойства кварца были открыты Жаком и Пьером Кюри в 1880 году. Кварцевый осциллятор или резонатор был впервые разработан Уолтером Гайтоном Кади в 1921 году. Джордж Вашингтон Пирс разработал и запатентовал кварцевые кристаллические осцилляторы в 1923 году. Уоррен Моррисон создал первые кварцевые осцилляторные часы на основе работы Кади и Пирса в 1927 году. Попытки синтезировать кварц начались в середине XIX века, когда ученые попытались создать минералы в лабораторных условиях, имитируя условия, при которых минералы образуются в природе: немецкий геолог Карл Эмиль фон Шафаутль (1803–1890) был первым, кто синтезировал кварц, когда в 1845 году он создал микроскопические кварцевые кристаллы в скороварке. Однако качество и размер кристаллов, полученных в этих ранних опытах, были плохими. К 1930-м годам электронная промышленность стала зависеть от кварцевых кристаллов. Единственным источником пригодных кристаллов была Бразилия; однако Вторая мировая война прервала поставки из Бразилии, и поэтому страны пытались синтезировать кварц в коммерческих масштабах. Немецкий минералог Ричард Накен (1884–1971) добился успеха в 1930-х и 1940-х годах. После войны многие лаборатории пытались выращивать крупные кварцевые кристаллы. В Соединенных Штатах Корпус связи армии США заключил контракт с лабораториями Bell и Brush Development Company из Кливленда, Огайо, на синтез кристаллов по методу Накена. (До Второй мировой войны компания Brush Development производила пъезоэлектрические кристаллы для проигрывателей.) К 1948 году Brush Development выращивала кристаллы диаметром 1,5 дюйма (3,8 см), крупнейшие на тот момент. К 1950-м годам гидротермальные методы синтеза позволяли производить синтетические кварцевые кристаллы в промышленных масштабах, и сегодня практически весь кварцевый кристалл, используемый в современной электронной промышленности, является синтетическим.

Слово «кварц» происходит от немецкого слова «Quarz», которое в первой половине XIV века в средневерхненемецком и восточно-центральном немецком имело такую же форму и произошло от польского диалектного термина kwardy, что соответствует чешский термин tvrdý («жесткий»). Древние греки называли кварц κρύσταλλος (krustallos), происходящим от древнегреческого κρύος (kruos), что означает «ледяной холод», потому что некоторые философы (в том числе Теофраст), очевидно, полагали, что этот минерал представляет собой форму переохлажденного льда. Сегодня термин горный хрусталь иногда используется в качестве альтернативного названия самой чистой формы кварца.