Топаз описание и свойства минерала

Английское название минерала Топаз - Topaz

Происхождение названия

Назван по острову Топазос в Красном море.
В древности топаз назывался хризолитом — chrysolithos, а оливин — топазом (Плиний и др.). Ошибочно топазом или раухтопазом называют дымчатый кварц. Название восточный топаз относится к желтому корунду, богемский, испанский и индийский топаз — к цитрину, топазолит — к желтовато-зеленому андрадиту; топазовый кошачий глаз — Topas-Katzenauge (по Хинце) — корунд с астеризмом. Уральское обозначение «тумпаз» относится к дымчатому кварцу.

 

Содержание

• Химический состав
• Кристаллографическая характеристика
• Форма нахождения в природе
• Физические свойства
• Химические свойства
• Диагностические признаки
• Определение в ювелирных изделиях
• Происхождение
• Месторождения
• Практическое применение
• Физические методы исследования
• Кристаллооптические свойства в тонких препаратах (шлифах)
• Обработка
• Купить топаз

Синонимы: Саксонский хризолит — chrysolithus f. Saxony (Линнэй, 1768), бразильский и саксонский топаз — topaze de Bresil, topaze de Saxe (де Лиль, 1772), сибирский алмаз (Аюи, по Ферсману), шорлит — schorlite (Клапрот, 1788). Пикнит — pycnite (Аюи, 1801) — столбчатый, радиально-лучистый; пирофизалит— pyrophysalite (Хизингер, Берцелиус, 1806) или физалит — physalite (Вернер, 1817) — непрозрачный, содержащий многочисленные включения жидкости и газов. Тяжеловес—- старое уральское название. Прозрачные ювелирного качества: переделль — peredell (по Кёхлину, 1928) — желтовато-зеленый, бразильский рубин (по Шубниковой, 1937) — красноватый, бразильский сапфир — голубой (по Шубниковой, частью бразильским сапфиром обозначался также турмалин), пинк — красно-оранжевый, иония — красноватый (по Медоеву, 1960).

Формула

Al₂[SiO₄](F,OH)₂

Химический состав

Химически минерал довольно постоянного состава; соотношение F и ОН подвержено колебаниям. Наибольшее известное содержание Н₂O — 3,25%; Аl замещается Fe³⁺ , Cr³⁺ , Mg, Ti и V; общее количество этих примесей обычно менее 1%; Са, Na и К, по-видимому, входят в состав включений. Характерно относительно повышенное содержание Ge

Кристаллографическая характеристика

Сингония. Ромбическая. 3L₂3PC

Кристаллическая структура

Основа структуры — мотив из Al-октаэдров, в которых Аl окружен четырьмя атомами О и двумя F или (ОН). Октаэдры частью имеют общие вершины (F), частью общие ребра (О — О). Между октаэдрами расположены изолированные тетраэдры SiO₄ . Атомы О октаэдров одновременно принадлежат кремнекислородным тетраэдрам; F или (ОН) связаны только с Аl. Инфракрасный спектр поляризованного света для топаза со значительным содержанием (ОН) показал, что группа (ОН) расположена в плоскости (010), а угол между связью О — Ни осью с приблизительно равен 37°. В структуре сочетаются плотнейшая кубическая и гексагональная упаковки кислорода.

Класс. Ромбо-дипирамидальный D2h — mmm. Отношение осей. 0,528 : 1 : 0,955.

Форма нахождения в природе

 

Облик кристаллов. Кристаллы призматические, в большей или меньшей степени вытянутые по оси с. Кристаллы с хорошо развитым базопинакоидом и без него и т. д. Известны двухконечные кристаллы с различными гранями на обоих концах.

 

Двойники по d (101) встречаются исключительно редко. В шлифах у топазов Урала наблюдались полисинтетические двойники по m(110). На гранях призматического пояса [001 ] обычна вертикальная штриховка. Кристаллы часто бывают разъедены с образованием на их гранях в зависимости от длительности и интенсивности растворения, разнообразных фигур. На гранях (110) и (120) первоначально образуются углубления с прямоугольными или квадратными основаниями, ограниченные гранями (010), (120), (130), (140), (230), (470), (100), (210), (111) и др.; на гранях (011) — треугольные и трапециевидные углубления с гранями (021), (155), (235) и др.; на гранях (001) при длительном растворении фигуры растворения приобретают конусовидную форму.
Известны зональные кристаллы, внутренняя часть которых представляет монокристалл, а внешняя состоит из нескольких рядов наросших друг на друга мельчайших кристалликов минерала. В минералах с Шерловой горы (Читинская обл.) наблюдаются непрозрачные зоны, повторяющие внешние очертания кристалла (фантомы); эти зоны сложены камнем с многочисленными, пересекающимися каналами, которые выполнены каолинитом, светлой слюдой, кварцем, сахаровидным топазом и биотитом.

 

Встречаются ориентированные срастания топаза с разными минералами. В кристаллах топаза из Ильменских гор наблюдались включения турмалина, расположенные в плоскости (001) топаза, частью ориентированные осью с параллельно осям а или b топаза, или наросшие перпендикулярно граням m (110),l (120) и d. (101) топаза. Известны ориентированные нарастания кристаллов биксбиита на грани (110) кристаллов топаза из Томас Рейндж (штат Юта, США): ось [100] биксбиита почти совпадает с осью [100] топаза, грани (001) биксбиита наклонены вправо или" влево под углом 32°53' (в среднем) к (001) топаза. В месторождении Давей в США обнаружены закономерные нарастания топаза на гранате: грань (010) топаза нарастает на грань (211) граната, ось с топаза параллельно ребру (111): (211) граната). На разъеденной поверхности кристаллов топаза иногда наблюдаются кристаллики кварца, очень редко — гердерита.
Кристаллы топаза часто содержат жидкие и газовые включения; иногда их количество так велико, что топаз становится мутным и непрозрачным молочно-белым (пирофизалит). У топаза с Шерловой горы часто молочно-белыми являются головки кристаллов («коневый зуб») с многочисленными твердыми и жидкими включениями. Изучение состава жидких включений показало, что в них содержатся К, Na, Са, Mg, Fe³⁺, Si, В, Cl, СО₂, SO₃. Твердая фаза этих включений бывает представлена кристалликами галита, сильвина, буры, эльпасолита, хлоридов алюминия и цинка, криолита, кварца, мусковита, флюорита и ряда ближе не определенных минералов. Газовые включения в минералее с Волыни содержат: СO₂ 73,20—89,35, H₂S + SO₂ + NH₃ + НСl + Cl₂ 6,28—19,70, N₂ + + редкие газы 4,37—7,10%; СО, O₂ и H₂ не обнаружены.

Жидкость включений в бразильских топазах Дана обозначил как брюстерлинит— brewsterlinite, брюстолин — brewstoline и криптолинит — cryptolinite.
В камне наблюдаются вростки кристалликов турмалина, гематита, биотита, полевого шпата, кварца, реже рутила, магнетита, ильменита, касситерита, ганита, флюорита, мусковита и фенакита; некоторые вростки приурочены к зонам роста (арсенопирит в топазе из Ингодинской рудной зоны в Забайкалье). В трещинках выделений минерала обнаруживаются каолинит, гидрогётит, гипс, вивианит, слюда и др.

Агрегаты. Хорошо образованные кристаллы и друзы, радиально-лучистые и сферические агрегаты, зерна неправильной формы, тонкозернистые и плотные агрегаты. Относительно часты крупные кристаллы; в месторождениях Норвегии весом до 60—80 кг, в Минас-Жераис (Бразилия) — до 238,4 кг, в пегматитах Волыни — до 100—150 кг (длина до 82 см).

 

Физические свойства

Оптические

Цвет  бесцветный, желтый, винно-желтый, зеленый, голубовато-зеленый, голубой, фиолетово-голубой, розовый, красно-бурый. Встречаются двухцветные зональные камни (зоны голубые и розовые, винно-красные, ярко-голубые и т. д). Отмечаются кристаллы, у которых концы имеют разную окраску. В некоторых кристаллах с Волыни розовато-желтая окраска характерна для пирамид нарастания граней (110), (111) и (021), а пирамиды нарастания граней (120), (011) и (112) окрашены в голубой цвет.  Изучение окраски топазов из различных месторождений показало, что ее причиной могут быть хромофоры и дефекты кристаллической решетки.
Розовые камни с р. Каменки на Урале окрашены Cr ³⁺ в шестерной координации (кривая поглощения имеет максимум—540 и 400 ммк); при нагревании до 800° окраска не изменяется. Желтая окраска топазов из этого же месторождения вызвана Cr ³⁺ и дефектами кристаллической решетки; при 750° желтая окраска исчезает. На кривой поглощения нагретого минерала имеются максимумы, характерные для хрома. Окраска камней из Оуро Прето в Бразилии вызвана Cr и V: в желтых топазах содержание Cr выше, чем V, в розовых содержится больше V. Окраска голубых минералов с Волыни, по-видимому, обусловлена содержанием Fe²⁺ и дефектами кристаллической решетки. В качестве причин розовой и розово-бурой окраски камней с Волыни указываются дефекты кристаллической решетки, F центры и Fe³⁺.

При нагревании они обесцвечиваются (розовые и голубые топазы Волыни, желтые камни с р. Каменки, из Шнекенштейна в Саксонии и с Цейлона) или изменяют окраску (желтые и красновато-бурые топазы Бразилии становятся розовыми с фиолетовым оттенком). Под действием рентгеновских лучей окраска обычно восстанавливается с некоторым изменением оттенка; исключением является голубой топаз с Волыни, окраска которого становится розовой и не восстанавливается. Зональные топазы с Волыни голубой и розовой окраски под действием рентгеновских лучей становятся одноцветными розовыми. В некоторые окрашенные топазы обесцвечиваются на свету. Двухцветный (голубой и розовато-коричневый) кристалл топаза из Каиргормса (Англия) под влиянием длительного (несколько десятилетий) воздействия дневного света стал целиком голубым. Облучение бесцветных топазов γ-лучами и рентгеновскими лучами вызывало появление темно-желтой до красновато-коричневой окраски; предположительно, окраска облученных топазов связана с ионами кислорода, потерявшими при облучении электроны. Кривые абсорбции у облученных камней из различных мест аналогичны и различаются только по интенсивности. Окрашенные γ-облучением топазы теряли окраску при нагревании до 250°, а также под действием дневного света, ультрафиолетовых лучей и света вольтовой дуги.
У голубого минерала с Волыни двойная поверхность поглощения света для лучей с колебаниями в вертикальной плоскости имеет форму круга, для колебаний в горизонтальной плоскости — форму овальных кривых; установлена коническая поверхность четвертого порядка, на четырех направлениях которой показатели преломления и показатели поглощения совпадают. 

• Черты нет из-за высокой твердости.
• Блеск стеклянный.
• Прозрачность. Прозрачен до просвечивающего.

Механические

• Твердость Тв. 8. Микротвердость 1920 кГ/мм². На плоскости спайности (001) топаза установлена большая микротвердость параллельно [100] и значительно меньшая параллельно [010]. 
• Хрупок.
• Плотность. 3,4—3,64.
• Спайность по (001) совершенная, по (101) и (011) неясная.
• Излом раковистый до неровного.

Химические свойства

В НСl не растворяется. В H₂SO4 при длительном нагревании выделяет немного HF. После сплавления с карбонатом кальция растворяется в HNO₃. Разлагается фосфорной солью с образованием скелета SiO₂.

Прочие свойства

Легко электризуется от трения, сжатия и нагревания. Диэлектрическая. Топаз относится к диамагнитным минералам, удельная магнитная восприимчивость его при нормальной температуре в слабых полях равна 0,42-106 см³/г.
Некоторые топазы люминесцируют в ультрафиолетовом свете и в катодных лучах.  А в ультрафиолетовых лучах наблюдалось красное, желтое и бледно-зеленое свечение, в катодных лучах— красное и голубое.
Топазы обнаруживают термолюминесценцию; ее интенсивность зависит от густоты окраски топазов. Розовые топазы Волыни термолюминесцируют в интервале 100—350° с максимумом около 230°; голубые волынские топазы обнаруживают слабую термолюминесценцию в интервале 150—350° и около 230°; бесцветные топазы с Волыни дают слабые максимумы термолюминесценции при 345 , 280 и 230°.
После радиоактивного облучения топазы при нагревании светятся голубовато-зеленым цветом; интенсивность свечения зависит от интенсивности окраски облученного камня: чем интенсивнее окрашиваются минералы после облучения, тем сильнее они термолюминесцируют.

Поведение при нагревании.

При нагревании выделяется SiF₄ . Топаз из шт. Южная Каролина показал значительную потерю веса при 850— 900°; при этом содержание F уменьшилось с 5,98 до 0,34%,а  плотность понизилася с 3,36 до 3,08. При нагревании до 1100° образовались муллит и кристобалит с небольшой примесью топаза, при температуре 1500° — практически чистый муллит. Нагревание до 1250° бесцветного топаза из Минас-Жераис (Бразилия) не привело к образованию муллита; около 300° происходило выделение воды, при 827° — выделение SiF₄, при 960° — образование γ-Аl₂O₃.
Характер кривых потери веса при нагревании до 800° голубого, розового и бесцветного топазов Волыни несколько различен, что объясняется неодинаковым количеством жидких и твердых включений. Камни из Финбо в Швеции (пирофизалит), содержащий многочисленные жидкие и газовые включения, при нагревании вспучивается.

Искусственное получение

Синтезирован разными путями: при нагревании смеси Si02, А1203 (или силикатов алюминия), HF и Н₂O до 500°; при нагревании в автоклаве смеси Na₂SiFe, аморфной Аl₂O₃, SnCl₂ и воды при температуре 500° и давлении 4000 кГ/см² в течение 9 дней (совместно с криолитом, хиолитом и кварцем), в течение 10 дней при тех же условиях — вместе с касситеритом, криолитом и небольшим количеством альбита.

Диагностические признаки

Сходные минералы. Фенакит, корунд, арагонит, датолит, берилл.

От андалузита отличается совершенной спайностью по (001) (у андалузита спайность по призме), меньшим углом оптических осей, знаком и оптической ориентировкой; от силлиманита — более слабым двупреломлением и иным направлением спайности; от полевого шпата — большей плотностью и твердостью, более высоким рельефом, отсутствием двойников непрямым погасанием; от кварца — спайностью, твердостью и плотностью; от апатита — двупреломлением, хорошо выраженной спайностью; от цоизита, мелилита и везувиана — отсутствием аномальной интерференционной окраски.

Спутники. Сопутствующие минералы. Турмалин, слюда, берилл, ро­зовый кварц,  флюорит, дымчатый кварц, полевой шпат, кассите­рит, вольфрамит и др.

Определение в ювелирных изделиях

Происхождение и нахождение

Генетически связан с гранитоидными породами. В некоторых гранитах является акцессорным минералом.

Обычен в гранитных пегматитах и грейзенах. Встречается также во вторичных кварцитах и в гидротермальных кварцевых жилах.

Изменение минерала

Описано замещение топаза (с образованием псевдоморфоз) тонко-чешуйчатым мусковитом (серицитом), Li-coдержащим мусковитом, гидромусковитом, мусковитом и слюдой парагонитового типа, маргародитом с небольшим количеством Маргарита, флюоритом, мусковитом и протолитионитом, каолинитом и флюоритом, каолинитом, диккитом и монтмориллонитом, опалом. Имеются указания на замещение его турмалином, биотитом, корундом и шпинелью.

 

Практическое применение

Прозрачные бесцветные и красиво окрашенные топазы — драгоценные камни. Топазовая порода применяется как хороший огнеупорный материал (при ее обжиге образуется муллит). Весьма изысканно могут смотреться и серьги с топазом, а так же другие ювелирные украшения.

Физические методы исследования

Старинные методы. Под паяльной трубкой не плавится, но при сильном прокаливании становится мутным.

Кристаллооптические свойства в тонких препаратах (шлифах)

В шлифах бесцветен. В толстых пластинках окрашенный топаз плеохроирует: по Ng — фиолетово-розовый, по Nm — желтовато-розовый, по Np — буровато-желтый. Двуосный (+). Плоскость оптических осей (010), Ng = с, Nm =b, Np —а. Удлинение (+); n_g = 1,638—1,616, n_m= 1,631—1,609; n_p = 1,629—1,606.

Обработка топаза