Кварц - описание минерала

Группа кварца

α -Кварц - эту устойчивую при низких температурах модификацию обычно называют просто кварцем.

На долю кремния приходится 27,7% веса земной коры, после кислорода это наиболее распространенный элемент. Основная масса кремния находится в связанном состоянии в силикатах, преимущественно полевых шпатах —главнейших минералах земной коры, а также в пироксенах и амфиболах. Остальная часть кремния существует в виде SiO2. Содержание этой формы кремния в литосфере в целом оценивается в 12%. В основном окисел кремния представлен кварцем. Минерал по распространённости в земной коре является вторым после полевых шпатов породообразующим минералом магматических, метаморфических и осадочных пород.

Другие полиморфные разновидности SiO2 более редки, причем среди них несколько большим распространением пользуются тридимит и кристобалит, ассоциирующий с опалом.

Формально по химическому составу кварц - окисел и традиционно рассматривается среди минералов класса окислов. Однако, в настоящее время к классу окислов он относится условно, так как по структуре принадлежит к классу силикатов.

Кварц морион в полевом шпате
Морион в полевом шпате (пегматит)

Содержание

 

Происхождение названия

Название получил от немецкого слова в связи с его изобилием в секущих рудных жилах. [Предполагают, что название минерала произошло от саксонского слова «Querkluftertz», что означает «руда секущих жил», которое могло видоизмениться в «Querertz», а затем в «quartz».

Формула кварца

SiO2

Химический состав

Теоретическому составу кварца, очевидно, отвечают бесцветные прозрачные разновидности. Из числа изоморфных примесей следует назвать Al3+, Fe3+, Ti4+. Разности, окрашенные в молочно=белый или другой цвет, в виде механических примесей в разных количествах могут содержать газообразные, жидкие и твердые вещества: СО2, Н2О, углеводороды, NaCl, CaCO3, в ряде случаев включения мельчайших кристалликов рутила, актинолита и других минералов, видимых на глаз.


 

Морион - черная разновидность кварца
Морион. Черная разновидность. Сросток кристаллов

Разновидности

Среди явнокристаллических кварцев по цвету выделяют следующие разновидности:
1. Горный хрусталь - водяно-прозрачный, бесцветный, обычно образует хорошие кристаллы;

2. Аметист - пурпурный до синевато-фиолетового;

3. Цитрин - желтый;

4. Дымчатый кварц (раухтопаз) -  (кейрнгорм, или шотландский топаз, это дымчатый кварц из известного месторождения на горе Кейрнгорм в Шотландии) - дымчато-коричневый или желтоватый, прозрачный, изменяющийся до почти черного (морион);  Он особенно ценится как декоративный камень.

5. Морион - черный кварц, непрозрачный.

6. Розовый кварц - светлый розово-красный;

 

Морфологическими разновидностями кристаллического кварца являются:

1. Скипетровидный кварц

2. Вавилонский кварц - лестничная структура нарастания;

3. "Кварц в шапке"

4. Звездчатый кварц

Разновидности по цвету связанные с включениями частиц крупной размерности:

1. Молочный кварц молочно-белый и почти непрозрачный;

2. "Жильный кварц" - с капельками включений маточного раствора;

3. Синий кварц - с тончайшими иголочками рутила, характерен для высоко метаморфизованных пород;

4. Железистый кремень -с окислами железа;

5 . Тигровый глаз - кварц с крокидолитом

6 . Соколиный глаз - кварц с крокидолитом

7. Празем - зелёный кварц, полупрозрачный с актинолитом

8 . Кошачий глаз - с асбестом

9. Авантюрин - мерцающий, с чешуйками золотисто-желтых или зеленых слюдистых минералов или гематита.

Скрытокристаллические разности кремнезема называется халцедон. От кварца отличается на рентгенограммах иной интенсивностью второстепенных пиков и более широким основанием основных пиков, Не термограммах отсутствует термоэффект альфа - бета перехода.

 

Кристаллографическая характеристика

Сингония. Более высокотемпературная модификация β- кварца кристаллизуется в гексагональной сингонии, гексагонально-трапецоэдрическом в. с. L66L2.

Более устойчивая при температурах ниже 573 °С (при атмосферном давлении) модификация α-кварца кристаллизуется в тригональной сингонии, тригонально-трапецоэдрическом в. с. L33L3. Пространственная группа P3121(D43) или P3221(D53) (правая и левая энантиоморфные модификации). a0 = 4,904, с0 = 5,397.

Кристаллическая структура

 
Кристаллические структуры довольно просты.
 
Кристаллическая структура β-кварца.  В каждом тетраэдре SiO4 два кислородных иона располагаются несколько выше, а другие два — несколько ниже, чем ион кремния. Группы тетраэдров лежат в трех слоях на различных высотах. Тетраэдры образуют спирали, каждая из которых закручивается в одну и ту же сторону. Так называемые правые и левые кварцы тем и отличаются, что заворот этих спиралей происходит в правую или в левую сторону. Поворот вокруг шестерной оси на 60° и перенос на одну треть высоты элементарной ячейки вдоль оси с приводят к совпадению с прежней позицией тетраэдров.
 
Низкотемпературная модификация α-кварца по своей кристаллической структуре лишь несколько отличается от β-кварца. При полиморфном превращении высокотемпературной модификации в низкотемпературную происходят небольшие смещения центров кремнекислородных тетраэдров, в результате чего имеет место уплотнение решетки и понижение ее симметрии: шестерные оси превращаются в тройные. При этом тип связи между тетраэдрическими группами не меняется. В процессе превращения не происходит изменений в направлениях заворота спиралей (в правую или левую сторону).

 

Форма нахождения в природе

Сросток кристаллов
Сросток кристаллов

 

Облик кристаллов. Кристаллы минерала удлинённые, призматического вида.

Кристаллы β-кварца, вернее, параморфозы α-кварца по нему, встречающиеся в богатых кремнеземом эффузивных по родах (риолитах, кварцевых порфирах и др.) как ранние выделения из жидкой магмы, имеют облик гексагональной дипирамиды, причем грани призмы сильно укорочены или отсутствуют вовсе. Они обычно очень мелки, но в некоторых породах достигают 1–2 см в поперечнике. Низкотемпературный α-кварц в хорошо образованных кристаллах встречается только в пустотах или рыхлых средах. Известны отдельные кристаллы очень крупных размеров, до 1 и даже 40 т весом. Формы кристаллов хотя и весьма разнообразны, но чрезвычайно характерны по присутствию граней призмы m (101–0), часто сгоризонтальной штриховкой, граней ромбоэдров r (101–1) и z (011–1), тригональной дипирамиды s {112–1}, тригонального трапецоэдрах {516–1} и др. Встречаются индивиды, в которых грани главных ромбоэдров одинаково развиты, и кристаллы в таких случаях принимают облик «гексагональной дипирамиды».
Будучи протравленными, грани одного ромбоэдра остаются блестящими, другого — становятся матовыми. Фигуры травления также неодинаковы. По положению граней тригонального трапецоэдра {516–1} и дипирамиды {112–1} различают правый и левый. Эти грани приурочены к ребрам призмы (через 120°), располагаясь вверху и внизу, но по разные стороны ребра.
Кроме явнокристаллических модификаций α-кварца и β-кварца известны скрытокристаллические плотные разности, обладающие волокнистым строением: халцедон (волокна вытянуты вдоль одной из осей L2) и кварцин (волокна вытянуты вдоль L3), надежно отличимые друг от друга только по оптическим свойствам (в частности, по знаку удлинения).

Двойники

 
Двойники минерала наблюдаются весьма часто и по разным законам.
1. Дофинейские двойники столь совершенно прорастают друг друга, что похожи на простые кристаллы, от которых они отличаются тем, что грани трапецоэдра х наблюдаются в удвоенном количестве и выводятся друг из друга поворотом вокруг вертикальной оси не на 120°, а на 60°. Грани призмы обоих индивидов сливаются, а грани ромбоэдра r совпадают с гранями ромбоэдра z. Оптические оси обоих индивидов параллельны, и потому двойниковое строение можно установить только путем травления. Двойниковые швы извилистые.
2. Бразильские двойники отличаются от дофинейских тем, что в них грани трапецоэдров, наблюдающиеся в двойном количестве, выводятся иначе: отражением в вертикальной плоскости. Двойниковое строение обнаруживается путем травления. В отличие от строения дофинейских двойников, здесь мы наблюдаем прямолинейные двойниковые швы. Кроме того, бразильские двойники могут быть обнаружены и оптически.
3. Японские двойники по тригональной дипирамиде {112–2}; индивиды наклонены друг к другу под углом 84°34′.
Излом массивных тонкозернистых разновидностей камня — плоскораковистый до шероховатого или занозистого. Волокнистые разновидности имеют шероховатый, зазубренный или занозистый излом.

Агрегаты

Встречается кварц в одиночных кристаллах, их сростках разного типа (друзах, щетках и др.), в зернистых массах, в виде зёрен неправильной формы, в виде сплошных масс и прожилков.

В пустотах широко распространены друзы кристаллов, иногда в срастании с кристаллами других минералов. Сплошные же массы представляют зернистые агрегаты. Строение плотных
агрегатов легко устанавливается в тонких шлифах под микроскопом при скрещенных николях. Халцедон, обладающий скрытоволокнистым строением, часто наблюдается в виде корок, почковидных форм или сферолитов, но чаще в виде желваков, носящих название кремней. Агаты (кремнистые жеоды) имеют концентрическизональное строение, обусловленное перемежаемостью различно окрашенных слоев халцедона, иногда кварца. Центральные части жеод нередко сложены кристаллическизернистым минералом, иногда в виде щеток кристаллов.

прожилки золота в кварце
Прожилки золота в кварце. Магаданская обл., Утинское месторождение

Физические свойства

Оптические

Цвет. Окраска различная. Чаще всего он бесцветный, белый, серый, но встречаются и окрашенные разности. 

Прозрачные или полупрозрачные красиво окрашенные разности минерала носят особые названия. Их названия и цвет приведены в разновидностях.
Кроме перечисленных прозрачных разностей минерала, наблюдаются явно аллохроматически окрашенные кристаллы кварца благодаря включениям посторонних минералов, также имеющие свои названия: празем — зеленоватый кварц с включениями иголочек зеленого актинолита: авантюрин — желтоватый или буровато-красный кварц с мерцающим отливом, обусловленным мельчайшими включениями слюды, железной слюдки Fe2O3 и др.

Широко распространенный в гидротермальных месторождениях камень молочно-белого цвета. Почти всегда в жидких включениях наблюдается подвижной пузырек газа, по которому легко знается жидкость, а иногда даже кристаллики NaCl  При нагревании при определенной температуре эти кристаллики растворяются, затем исчезают пузырьки газа и образуется однородная жидкая фаза. При охлаждении она вновь становится неоднородной. Таким путем можно примерно установить, при какой температуре мог произойти захват этих жидких фаз в процессе кристаллизации. В других случаях молочно-белый цвет кристаллов обусловлен сильной Добавить в словарь, возникшей при динамических воздействиях (подобно тому, как совершенно прозрачный лед при ударе молотком в поврежденном месте становится молочно-белым.

Черты не дает.

Блеск стеклянный на гранях кристалла,

Отлив жирный на изломе.

Прозрачность. Просвечивает, реже прозрачен.

Кварц оптически одноосный, положительный. Ng = 1,553 и Nm = 1,544. Он обладает способностью вращать плоскость поляризации в ту или другую сторону в зависимости от того, имеем ли
мы дело с правым или левым.

Механические

Твердость эталонная - 7.

Плотность 2,65.

 

Химические свойства

Стойкий по отношению к выветриванию (химически не разлагается). С кислотами не реагирует, за исключением HF, с которой легко образует летучее соединение — SiF4. Поддается влиянию щелочей.

Прочие свойства

Поперечная штриховка на гранях призматических кристаллов.

Кварц способен пропускать ультрафиолетовые лучи. Обладает свойством пьезоэлектризации: под влиянием механических напряжений в нем возникают электрические заряды. Электрическими осями являются двойные, причем тот конец каждой двойной оси, который упирается в ребро, срезанное гранями трапецоэдра, электризуется отрицательно, а противоположный конец — положительно. Температура плавления 1713 °С. При застывании расплава легко образуется кварцевое стекло, обладающее рядом особых свойств (кислотоупорностью, низким коэффициентом расширения, способностью пропускать ультрафиолетовые лучи и др.).

Диагностические признаки

Диагностика. Легко узнается по призматическим кристаллам с поперечной штриховкой, раковистому излому, высокой твердости (7), стеклянному или жирному блеску. Можно спутать с опалом, халцедоном, полевым шпатом или нефелином. Первые два отличаются восковым блеском и плотным строением. Для полевых шпатов характерна спайность (в двух направлениях). Нефелин имеет более низкую твердость (5,5).

Полиминеральный агрегат - халькопирит, кварц и галенит
Полиминеральный агрегат - халькопирит, кварц и галенит

Спутники. Полевые шпаты, слюды, роговая обманка, сульфиды, золото, кальцит и др.

Происхождение и нахождение

Кварц, будучи широко распространен в природе, входит в состав самых различных по генезису горных пород и рудных месторождений.

1. Во многих интрузивных и эффузивных кислых изверженных породах он, так же как и полевые шпаты и слюды, является существенной составной частью (в гранитах, гнейсах, кварцевых породах и др.). Порфировые кристаллы в кислых эффузивных породах обладают кристаллическизональным строением, часто содержат включения вулканического стекла.

2. В крупных кристаллах (раухтопаз, морион, аметист и др.) он встречается в пустотах среди пегматитов также в ассоциации с полевыми шпатами, мусковитом, иногда топазом, бериллом, турмалином и другими минералами. Часто наблюдаются закономерные срастания его с крупными индивидами калиевых полевых шпатов — ортоклаза или микроклина, напоминающие в приполированных штуфах еврейские письмена. Характерно, что все эти включения кварца в каждом данном кристалле полевого шпата оптически ориентированы одинаково.

3. Как постоянный жильный минерал, и притом в значительных массах, кварц распространен в чрезвычайно многочисленных на земном шаре гидротермальных месторождениях в ассоциации с самыми различными минералами: касситеритом, вольфрамитом, золотом, молибденитом, пиритом, халькопиритом, турмалином, кальцитом, хлоритами и др. Почти всегда он содержит микроскопические включения газов, жидкостей и твердых минеральных веществ. Агаты и ониксы в виде миндалин (секреций) самых различных форм и размеров широко распространены во многих эффузивных горных по родах — мелафирах, базальтах, андезитах и др. (измененных пузыристых лавах). Образование их связано с проникновением концентрированных водных растворов кремнезема в заключительный этап гидротермальной
деятельности среди этих пород.

4. При экзогенных процессах кварц и халцедон в виде тонкозернистых агрегатов образуются при просачивании и кристаллизации из холодноводных растворов кремнезема. При этом известны случаи образования в пустотах кристаллов, например в трещинах среди окремненных приповерхностных процессах тех или иных пород (известняков, серпентинитов и др.). Зато гораздо шире в этих условиях образуется халцедон. Наблюдались случаи его отложения после опала в пустотах между колломорфными выделениями последнего. Наиболее широко халцедон распространен в виде кремней в известняках, а также желваков в коре выветривания, напоминающих по внешнему виду миндалины и жеоды однородного халцедона гидротермального происхождения в изверженных эффузивных породах.

5. При метаморфических процессах кварц в значительных массах образуется при обезвоживании опалсодержащих осадочных пород с образованием так называемых яшм и слоистых роговиков (чрезвычайно тонкозернистых кварцевых и кварцевохалцедоновых пород).

Однако наибольший интерес как с минералогической, так и с практической точки зрения представляют жилы «альпийского» типа», образующиеся в линзовидных трещинах, возникающих при метаморфизме и рас сланцевании горных пород. В больших пустотах и трещинах («хрустальных погребах»), лишь частично выполненных минеральным веществом, стенки бывают усеяны наросшими прекрасно образованными, нередко крупными кристаллами в сопровождении хлоритов, полевого шпата, рутила, брукита, кальцита и др. Эти жилы и сами кристаллы обладают многими характерными особенностями. Кристаллы горного хрусталя имеют самую различную ориентировку по отношению к стенкам пустот. Установлено, что эта ориентировка находится в зависимости от ориентировки породообразующих зерен кварца, обнаженных в стенках боковой породы и явившихся затравками для крупных кристаллов, выросших в пустоте. Кристаллы горного хрусталя с ненарушенным деформациями монокристаллическим строением (моноблоки) обладают наилучшими пьезоэлектрическими свойствами.

При процессах выветривания кварц является химически стойким минералом и потому накапливается в виде обломочных зерен в россыпях и осадочных породах (песчаниках, кварцитах). Псевдоморфозы его были установлены по самым различным минералам: кальциту, бариту, гипсу, полевым шпатам, оливину и т. д., а так же по животным и растительным остаткам.

Практическое применение

Горный хрусталь, обладающий пьезооптическими свойствами (пьезокварц), применяется в радиотехнике и оптике. Аметист, дымчатый кварц употребляются в ювелирном деле как драгоценные и поделочные камни. Чистые кварцевые пески используются в стекольной промышленности; песчаники и кварциты - как строительный камень.

Mineralmarket

Галлерея