Kvarts Kategori IX : silikater | |
Kvarts - La Gardette-minen, Le Bourg-d'Oisans , Isère France (13 × 13 cm ). | |
Generel | |
---|---|
CAS-nummer |
(β) |
(α)
Strunz klasse |
4.DA.05
4 OXIDER (Hydroxider, V [5,6] vanadater, arsenitter, antimonitter, bismuthitter, sulfitter, selenitter, telluritter, iodater) |
Dana's klasse |
75.1.3.1
Tektosilikater 75.1.3.1 Kvarts SiO 2 |
Kemisk formel | Hvis O 2 |
Identifikation | |
Form masse | 60,0843 ± 0,0009 amu O 53,26%, Si 46,74%, |
Farve | varieret: farveløs, hvid (oftest), grå, gul, lilla, lyserød, brun, sort, grønlig, blålig, rød, grøn |
Krystalklasse og rumgruppe | trigonal-trapezformet, P 3 1 21 eller P 3 2 21 afhængigt af retningen for vikling af spiralerne af SiO 4 tetraeder |
Krystal system | trigonal |
Bravais-netværk | sekskantet |
Macle | jf. vare |
Spaltning | sjældent observerbar på [10 1 1], [01 1 1], [10 1 0] |
Pause | conchoidal |
Habitus | sekskantet prisme afsluttet af to romboeder (kvarts α) eller af en sekskantet bipyramid (kvarts β) |
Venskab | Ja |
Mohs skala | 7 (mindre for urene sorter) |
Linie | hvid |
Glimte | fedtet, glasagtig, hvid |
Optiske egenskaber | |
Brydningsindeks | n o = 1,5442 n e = 1,5533 |
Pleochroism | lav |
Dobbeltbrydning | A = 0,0091; uniaxial positiv |
Roterende kraft | 21,73 ° / mm ved 20 ° C og ved 589 nm |
Spredning | 2 v z ~ 0-10 ° |
Ultraviolet fluorescens | afhængigt af urenhederne |
Gennemsigtighed | gennemsigtig til uigennemsigtig |
Kemiske egenskaber | |
Massefylde | 2,65 konstant |
Smeltetemperatur | 1650 (± 75) ° C |
Smeltbarhed | smelter ikke, men knitrer kogepunkt : 2230 ° C |
Opløselighed | opløselig i HF |
Kemisk opførsel | meget stabil, med undtagelse den flussyre eller den natriumhydroxid stærkt koncentreret |
Fysiske egenskaber | |
Elektromekanisk koblingskoefficient | k = 10% |
Magnetisme | ingen |
Radioaktivitet | nogen |
Enheder af SI & STP, medmindre andet er angivet. | |
Den kvarts er en art mineral af gruppens silicater , undergruppe af tectosilikater sammensat af siliciumdioxid eller silica, kemisk formel SiO 2med spor af forskellige elementer, såsom Al , Li , B , Fe , Mg , Ca , Ti , Rb , Na , OH .
Den kommer i form af enten store farveløse, farvede eller røget krystaller eller mikroskopiske krystaller med gennemskinneligt udseende.
Ved udgørelse af 12% (i masse) af lithosfæren er kvarts det mest almindelige mineral (ilt og silicium er henholdsvis den første og den anden bestanddel i rækkefølge efter betydning af lithosfæren); det er en vigtig bestanddel af granit , hvormed den fylder de resterende rum, og af granitiske ( gnejs , kvartsit ) og sedimentære ( sand , sandsten ) metamorfe klipper .
Ordet kvarts etymologi er ikke indlysende. Den første hypotese stammer fra ordet "quaterz" eller "quaderz" som indtil det XVI th århundrede midler dårlige mineraler. En anden hypotese er sammentrækningen af det tyske ord "gewärz" (udvækst, kim).
Udtrykket kvarts i middelalderen anvendt på alle krystaller. Det var Georgius Agricola, der begrænsede betegnelsen til bjergkrystaller.
Kvartskrystaller forekommer ofte som glaslignende masser, mælkegrå i nuance og olieagtig glans uden en specifik krystallinsk form. Disse krystaller dannede sig sent og besatte rummet mellem de tidligere udviklede krystaller.
Kvartskrystaller, der voksede fra et underlag, viser prismatiske ansigter og ender i en pyramide (den anden ende er indlejret i klippen). Nogle kvarts, der er udviklet inden for sedimenter, kan vise pyramider i deres to ender (bipyramidkvarts fra hyacinterne i Compostela i Trias af Pyrenæerne og Asturien).
I uanalyseret polariseret lys:
I analyseret polariseret lys:
Det var i 1907, at den tyske krystallograf Otto Muegge (Mügge) viste forskellene mellem α kvarts, som er polymorfen beskrevet her, og β kvarts .
Den krystalstruktur er sekskantet ved høj temperatur (β kvarts, rumgruppe P 6 4 21 eller P 6 2 21), trigonale ved lav temperatur (α kvarts, rumgruppe P 3 1 21 eller P 3 2 21). Viklingen af helixerne af SiO 4 tetraeder kan gøres i begge retninger, til venstre eller højre, hvilket forklarer de to rumgrupper for hver af de polymorfe , β og α.
De parametre af den konventionelle α kvarts mesh er: = 4,913 3 Å , = 5,405 3 Å (Z = 3; V = 113.00 Å 3 ), dens beregnede massefylde er 2,65 g / cm 3 .
Selvom krystalstrukturen af alfakvarts er beskrevet i de fleste franske mineralogiske tekster som "sekskantet, rombohedralt system", hævder Massimo Nespolo, professor i mineralogi og krystallografi, at denne klassificering ville være forkert. Α-kvartset krystalliserer i rumgruppen P 3 1 21 (venstre kvarts) eller P 3 2 21 (højre kvarts) med et sekskantet gitter som angivet med symbolet " P ". Krystalsystemet af α kvarts er derfor trigonal, fordi α kvarts indeholder en akse af rækkefølge tre som det højeste orden i symmetri. Udtrykket "rhombohedral" gælder for gitteret, men kvartsgitteret er altid sekskantet. Ifølge denne forfatter må vi derfor ikke forveksle nomenklaturen for ”krystalsystemet”, hvorfra det rombohedriske udtryk er fraværende, med det ”retikulære system”, hvorfra det trigonale udtryk er fraværende. I det retikulære system vil en rhombohedral krystal svare til en trigonal krystal i krystalsystemet. Imidlertid kan en krystal, der hører til det trigonale krystalsystem, have enten et romboederalt eller sekskantet gitter, hvorfor muligheden for at tilhøre begge gittersystemer. Artiklen om krystalstruktur giver en mere komplet forklaring på problemet.
Kvarts har også det særlige ved at blive klassificeret blandt silicater og især i tektosilikater , hvis vi følger Dana-klassificeringen, men det er også klassificeret i oxider ( siliciumdioxid ), hvis vi følger klassificeringen af Strunz . I denne artikel er det bevidst klassificeret i klassen af silikater, mens Wikipedia har valgt Strunz-klassifikationen for mineralogi , idet silica faktisk er arketypen af silikater. Dette viser den vanskelighed, der undertiden eksisterer med at oprette en klassifikation inden for naturvidenskab.
Kvarts forekommer ofte tvillinger . Der kendes et stort antal kvarts tvillinger : de vigtigste er opsummeret i nedenstående tabel.
Efternavn | Tvillingelement | indeks | skråstilling | vinkel mellem c akser |
---|---|---|---|---|
Dauphiné eller schweizisk | [001] (π) | 1 | 0 ° | 0 ° |
Brasilien | (11 2 0) eller 1 | 1 | 0 ° | 0 ° |
Leydolt eller Liebisch (kombineret tvilling Dauphiné - Brasilien) |
(0001) | 1 | 0 ° | 0 ° |
Retvinklet twist (syntetisk) |
[210] (π / 2) | 2 | 5 ° 27 ' | 90 ° |
Japan eller Gardette (α) / Verespatak (β) |
(11 2 2) | 2 | 5 ° 27 ' | 84 ° 34 ' |
Esterel | (10 1 1) | 3 | 5 ° 48 ' | 76 ° 26 ' |
Sella (α) / Sardinien (β) | (10 1 2) | 3 | 5 ° 48 ' | 115 ° 50 ' |
Belowda Beacon | (30 3 2) | 4 | 4 ° 43 ' | 55 ° 24 ' |
Breithaupt | (11 2 1) | 5 | 4 ° 22 ' | 48 ° 54 ' |
Wheal Coates | (21 3 1) | 6 | 2 ° 55 ' | 33 ° 08 ' |
Cornwall | (20 2 1) | 7 | 1 ° 25 ' | 42 ° 58 ' |
Pierre-Levée | (21 3 3) | 7 | 6 ° 32 ' | 83 ° 30 ' |
Zinnwald | --- | --- | --- | enkelt periode tvilling |
Macle de la Gardette eller Japan - Vizille Isère Frankrig
Japansk Macle Huaron Peru
Meget hård (7 på Mohs-skalaen ) krystalliserer α-kvarts under 573 ° C og β-kvarts mellem 573 ° C og 870 ° C ved atmosfærisk tryk ved havoverfladen.
Ved 573 ° C ("kvartspunktet" ved keramikskydning) bliver α kvarts ( lav temperatur polymorf ) til β kvarts (høj temperatur polymorf). Det er en fortrængningstransformation - de relative forskydninger af atomerne der er ca. ti gange mindre end deres afstand mellem atomerne - med en stigning i volumen i størrelsesordenen 0,829%. I modsætning til α-fasen er β-fasen kun let piezoelektrisk .
Ved højere temperaturer bliver kvarts til tridymit og derefter til cristobalit . Andre polymorfe dannes ved høje tryk: coesit og stishovit .
Kvarts kan fluorescere afhængigt af urenhederne, der sammensætter det. Det kan også præsentere fænomenerne triboluminescens .
Kvarts absorberes ikke i ultraviolet lys , så kvartskuvetter bruges til at måle absorbansen af molekyler, der absorberer i UV ( f.eks. DNA ).
Kvartskrystaller er dobbeltbrydende og udviser optisk aktivitet .
Naturlige kvartskrystaller kan nå betydelige størrelser: den største kendte kvarts-enkeltkrystal blev fundet ved Manchõ Felipe, nær Itaporé ( Goiás , Brasilien ): 6,1 × 1,5 × 1,5 m til en anslået vægt på 40 tons .
I øjeblikket udnyttes naturligt kvarts, der findes over hele verden (de vigtigste aflejringer er i Brasilien ), ikke længere undtagen til at tjene som et frø i processen med fremstilling af syntetisk kvarts, idet denne syntese er blevet industrialiseret siden slutningen af Anden Verdenskrig .
I det nordvestlige Quebec er kvarts en af de vigtigste indikatorer for tilstedeværelsen af guld i sin masse. Dens farve præsenteres hovedsageligt i en mælkehvid eller lysegrå.
Kvartskrystaller fremstår ofte ret rene, men i virkeligheden indeholder de næsten altid mere eller mindre usynlige indeslutninger, der giver information om deres vækstbetingelser: "Pile of Love" eller "Amors pile", lige nåleformede krystaller med sorte nåle. Af turmalin udviklet. mere eller mindre anarkisk de brune nåle af goethit eller gul af rutil ; "Thetys hår", acikulære krystaller buet med de grønne fibre af actinote eller et andet mineral af den store familie af amfiboler ; "Venushår" med pile og rutilt gyldent gule hår; "Bull's øjne", med parallelle røde fibre, "bull's øjne" med røde fibre, "hawk øjne" med blå fibre, "jern øjne" med gule fibre, røde og metaldele, "øjne af tiger" med gule fibre.
Det crystallogenesis foregår ved hydrotermisk proces , gengive naturlige betingelser, som fødte rock krystaller. I en cylinder fyldt med vand er der en fin naturlig kvartskrystal, hvorpå den kunstige krystal vil vokse (frø) og silica i en let opløselig form. Det hele udsættes for et højt tryk ( 80 MPa ) og bringes til høj temperatur ( 400 ° C ), så den øverste del er lidt mindre varm. En mættet silica-opløsning dannes i den nedre del. Den drives af konvektion mod toppen af cylinderen, hvor den bliver overmættet . Derefter udfældes silica i form af kvarts ved kontakt med frøet. Dette er en meget langsom proces: det kan tage flere uger at opnå en 0,5 til 1 kg krystal . Verdens årlige produktion var omkring 300 tons i 1980.
Dette materiale bør ikke forveksles med betegnelsen "syntetisk kvarts" eller "rekonstitueret kvarts", der betegner et materiale, der er markedsført i 1990'erne . Dette materiale er en syntetisk harpiks fyldt med 70 til 90% krystallinsk silica og farvestoffer , især brugt som bordplade eller bord i køkkener. Efter en analyse, som i 2017 afslørede tungmetaller ( cadmium , kobber ved høje doser (33,7 mg / kg og 71 mg / kg i to prøver analyseres) samt 13,57 mg af zink pr kg), flygtige organiske forbindelser (VOC), polycyklisk aromatiske kulbrinter (PAH'er) og phthalater , uskadeligt af dette materiale for installatører og endda for brugere, er for nylig blevet sat spørgsmålstegn ved i Frankrig; Versailles appeldomstol beordret ifebruar 2018 en rapport til to uafhængige eksperter om dette emne.
I naturen forekommer kvarts sjældent i form af enkeltkrystaller af tilstrækkelig kvalitet til industrien, som bruger dets piezoelektriske egenskaber (tilstedeværelse af tvillinger ). Krystallerne kan også indeholde indeslutninger , som er flydende, luftformige (flydende kvarts) eller faste, for eksempel af amphibol, hornblende eller rutil.
Kvarts bruges på mange områder:
De piezoelektriske egenskaber ved kvarts gør det til et væsentligt element i moderne ure (se naturlig frekvens ); kvarts er en fremragende resonator, dens vakuum kvalitetsfaktor ofte overstiger 500.000 . Det bruges enten i oscillatorer med høj stabilitet (sekundære tidsreferencer) eller i filtre af høj kvalitet - for eksempel i SSB ( enkelt sidebånd ).
Der er flere kvartsskæringer med forskellige egenskaber: det mest almindelige er AT-snittet, som har god temperaturstabilitet (AT-snit er generelt specificeret, så kurvens bøjningspunkt er ved 25 ° C ); LV-cut tillader ret lave resonansfrekvenser (<1 MHz); SC-snit har den bedste kvalitetsfaktor Q og giver derfor de mest støjsvage oscillatorer.
Krystaller bruges enten i grundlæggende tilstand (under ca. 30 MHz ) eller i harmonisk tilstand ( overtone : op til ca. 150 MHz ), hvilket giver dem en højere kvalitetsfaktor, men udgør et startproblem.
Kvarts kan, som flint , bruges til at starte en ild: gnisten, der produceres ved percussion af et stålblad, gør det muligt at antænde et brændbart materiale såsom tinder.
Kvarts i keramikI keramik bruges kvarts som en "rygrad" til pastaen, hvilket sikrer god modstandsdygtighed over for fyring. Mange keramiske pastaer inkluderer indeslutninger af kvartskorn; med nogle undtagelser er det såkaldt “semi-fin” pasta.
Han er også involveret i fremstillingen af porcelæn (en ikke-porøs, forglasset, gennemskinnelig keramik fremstillet af en blanding af 50% kaolin , ler , feltspat og kvarts).
Det er også inkluderet i sammensætningen af glasuren , et forglasset fyringsgips, der hovedsageligt er lavet af feltspat og kvarts (i glasuren er kvartsens silica den komponent, der forglasses).
Ved keramikfyring er "kvartspunktet" temperaturen på 573 ° C, hvor α kvarts omdannes til β kvarts (se afsnittet " Fysiske egenskaber " ovenfor ). Fra et keramikperspektiv er dette det punkt, hvor krystallinsk silica bliver til glasagtigt silica, samtidig med at det når sit punkt med maksimal ekspansion. Denne pludselige fysiske modifikation har den virkning at svække delen; en effekt, der dæmpes ved at tilføje en affedtningsmiddel , talkum, sand eller chamotte til pastaen . Dette er også grunden til, at vi undgår at passere denne temperatur for hurtigt, når vi bager en cookie .
I det sydlige Kina kan knust kvarts bruges i stedet for sand til at udjævne overfladen af jorden af “ drageovne ” ( longyao ). Disse ovne, er særligt egnede til stykker kræver hurtig kogning (f.eks Longquan celadons ), er i form af tunneler bygget på bjergsiden og kan nå 60 m til 100 m i længde; de stykker, der skal fyres, placeres direkte på sandet eller knust kvarts.
Procentdelene af kvarts i den tidlige CE-keramik er ofte - men ikke altid - omtrent ens med dem i pre-fyrede pastaer. Visse senere keramik, fyret ved højere temperaturer; og mange keramikker, der indeholder en høj andel kalksten, er mindre rig på kvarts, fordi den stort set transformeres under fyring. Andelen af kvarts i antik keramik muliggør således etablering af en metode til klassificering og karakterisering af keramik. F.eks. Overstiger procentdelen af kvarts i regional sigillea-keramik (hvis glide er meget tynd) sjældent 15%, mens den for fin keramik med hvid slip (tykkere end glansen af sigillea) ofte er større end 30%. Dette punkt findes i valget af ler, der bruges til at fremstille stykkerne: ingen af værkstederne, der lavede fin keramik med en høj procentdel af kvarts, lavede en sigillea.
Kvarts i primitiv troMircea Eliade understreger, at bjergkrystal (hyalinkvarts) spiller en vigtig rolle i troen og den magiske praksis , eller shamanister , hos mange primitive folkeslag ( Aborigines of Australia , Negritos of the Malay Peninsula , Amerindians ...) Generelt betragtet som af himmelsk oprindelse , kvarts giver deres magt til shamaner og medicinmænd ; ved riter af initiering , kan kvarts stykker indføres i kroppen af den uerfarne, for eksempel ved at gøre det en drikkevand indeholdende krystaller. Forskellige myter refererer til overnaturlige steder foret med krystaller, eller til en krystal tronen anvendes af det højeste væsen. Andre traditioner fremkalder den magiske kraft i flyvning, der er givet af bjergkrystal. Kvarts i sig selv betragtes undertiden som "størknet lys". Et spor af disse overbevisninger er blevet opretholdt i visse traditionelle europæiske fortællinger , der fremkalder et "bjerg af glas" eller af krystal: se for eksempel den russiske fortælling med titlen Krystalbjerget og visse fortællinger om Grimm .
Modificeret kvarts - mystikMan finder ofte i handel med sten under betegnelsen "mystisk kvarts". Disse sten har en naturlig hyalinkvartsbase, men de er omgivet, når de er varme, med en tynd film af titaniumoxid, der giver dem et iriserende udseende. Denne kunstige behandling anvendes også til andre fine eller ædle sten, når deres farve er for diaphanøs til at forbedre deres farve og deres markedsværdi. Det er derfor et rent kommercielt navn, der absolut ikke ændrer stenens natur og ikke tilskriver den nogen "magt".
Tro på absorptionen af "skadelige bølger"Nogle mennesker bruger kvartssten (for det meste lyserøde eller røgfyldte) for at beskytte sig mod "dårlige elektromagnetiske bølger " udsendt af elektronisk udstyr. I virkeligheden, hvis kvartset i sig selv er let uigennemsigtigt for visse bølger, der passerer gennem det, "suger" det under ingen omstændigheder strålingen, der passerer omkring det, og udgør derfor ikke elektromagnetisk afskærmning .
Mystisk kvarts.
Relikvieskrin kvarts Stupaer Bhojpur , jeg st århundrede f.Kr.. AD .
Reliquaire kvarts formet gås Hamsa , Gandhara , jeg st århundrede.
Quartz Herkimer - Herkimer County , New York (USA) (2 × 1,3 cm ).
Kvarts "Ghost" - Minas Gerais - Brasilien (7,8 × 2,2 cm ).
Massivt "soul" kvarts fra L'Oisans France (10,2 × 4,7 cm ).
Rutilkvarts - Minas Gerais - Brasilien (6 × 6 cm ).
Rutile indeslutninger i kvarts - Minas Gerais - Brasilien (3,5 × 2,5 cm ).
Kvarts - Minas Gerais - Brasilien (18 × 14 mm ).
Jasper .