Рассказ про камень кварц

 
Кварц — один из самых распространённых минералов в земной коре, породообразующий минерал большинства магматических и метаморфических пород. Свободное содержание в земной коре 12%. Входит в состав других минералов в виде смесей и силикатов. В общей сложности массовая доля кварца в земной коре более 60%. Имеет множество разновидностей и как ни один другой минерал разнообразен и по цвету, и по формам нахождения, и по генезису. Встречается практически во всех типах месторождений.
Химическая формула: SiO₂ (диоксид кремния).

СТРУКТУРА

---

Тригональная сингония. Кремнезём, наиболее распространённой формой нахождения которого в природе является кварц, обладает развитым полиморфизмом.
Две основные полиморфные кристаллические модификации двуокиси кремния: гексагональный β-кварц, устойчивый при давлении в 1 атм. (или 100 кн/м²) в интервале температур 870-573°С, и тригональный α-кварц, устойчивый при температуре ниже 573°С. В природе широко распространён именно α-кварц, эту устойчивую при низких температурах модификацию обычно называют просто кварцем. Все гексагональные кристаллы кварца, находимые в обычных условиях, являются параморфозами α-кварца по β-кварцу. α-кварц кристаллизуется в классе тригонального трапецоэдра тригональной сингонии. Кристаллическая структура – каркасного типа, построена из кремне-кислородных тетраэдров, расположенных винтообразно (с правым или левым ходом винта) по отношению к главной оси кристалла. В зависимости от этого различают правые и левые структурно-морфологические формы кристаллов кварца, отличимые внешне по симметрии расположения некоторых граней (например, трапецоэдра и др.). Отсутствие плоскостей и центра симметрии у кристаллов α-кварца обусловливает наличие у него пьезоэлектрических и пироэлектрических свойств.

СВОЙСТВА

---

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. 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.

МОРФОЛОГИЯ

---

Обычны кристаллы в виде шестигранной призмы, с одного конца (реже с обоих) увенчанной шести- или трехгранной пирамидальной головкой. Часто по направлению к головке кристалл постепенно сужается. На гранях призмы характерна поперечная штриховка. Наиболее часто кристаллы имеют удлиненно-призматический облик с преимущественным развитием граней гексагональной призмы и двух ромбоэдров, образующих головку кристалла. Реже кристаллы принимают облик псевдогексагональной дипирамиды. Внешне правильные кристаллы кварца обычно сложно сдвойникованы, образуя наиболее часто двойниковые участки по т. н. бразильскому или дофинейскому законам. Последние возникают не только при росте кристаллов, но и в результате внутренней структурной перестройки при термических β-α полиморфных переходах, сопровождаемых сжатием, а также при механических деформациях.
В магматических и метаморфических горных породах кварц образует неправильные изометричные зерна, сросшиеся с зернами других минералов, его кристаллами часто инкрустированы пустоты и миндалины в эффузивах.
В осадочных породах – конкреции, прожилки, секреции(жеоды), щётки мелких короткопризматических кристаллов на стенках пустот в известняках и др. Также обломки различной формы и размеров, галька, песок.

РАЗНОВИДНОСТИ КВАРЦА

---

Авантюрин — желтоватый или мерцающий буровато-красный кварцит (в связи с включениями слюды и железной слюдки).
Агат— слоисто-полосчатая разновидность халцедона.
Аметист— фиолетовый.
Бингемит — иризирующий кварц с включениями гётита.
Бычий глаз – густо-малиновый, бурый
Волосатик — горный хрусталь с включениями тонкоигольчатых кристаллов рутила, турмалина и/или других минералов, образующих игольчатые кристаллы.
Горный хрусталь — кристаллы бесцветного прозрачного кварца.
Кремень — тонкозернистые скрытокристаллические агрегаты кремнезёма непостоянного состава, состоящие в основном из кварца и в меньшей степени халцедона, кристобалита, иногда с присутствием небольшого количества опала. Обычно находятся в виде конкреций или гальки, возникающей при их разрушении.
Морион — чёрный.
Переливт — cостоят из перемежающихся слоев микрокристаллов кварца и халцедона, никогда не бывают прозрачными.
Празем — зелёный (из-за включений актинолита).
Празиолит — луково-зелёный, получается искусственно прокаливанием жёлтого кварца.
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 кремнезема, по большей части тонкозернистого кварца, иногда с примесью халцедона, оксидов и гидроксидов железа и других второстепенных минералов, с ярко-красными пятнами и полосами.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

---

Кварц образуется при различных геологических процессах:
Непосредственно кристаллизуется из магмы кислого состава. Кварц содержат как интрузивные (гранит, диорит), так и эффузивные (риолит, дацит) породы кислого и среднего состава, может встречаться в магматических породах основного состава (кварцевое габбро).
В вулканических породах кислого состава нередко образует порфировые вкрапленники.
Кварц кристаллизуется из обогащенных флюидами пегматитовых магм и является одним из главных минералов гранитных пегматитов. В пегматитах кварц образует срастания с калиевым полевым шпатом (собственно пегматит), внутренние части пегматитовых жил нередко сложены чистым кварцем (кварцевое ядро). Кварц является главным минералов апогранитных метасоматитов – грейзенов.
При гидротермальном процессе образуются кварцевые и хрусталеносные жилы, особое значение имеют кварцевые жилы альпийского типа.
В поверхностных условиях кварц устойчив, накапливается в россыпях различного генезиса (прибрежно-морских, эоловых, аллювиальных и др.). В зависимости от различных условий образования кварц кристаллизуется в различных полиморфных модификациях.

ПРИМЕНЕНИЕ

---

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.

Монокристаллы кварца применяются в оптическом приборостроении для изготовления фильтров, призм для спектрографов, монохроматоров, линз для Уф-оптики. Плавленый кварц применяют для изготовления специальной химической посуды. Кварц также используется для получения химически чистого кремния. Прозрачные, красивоокрашенные разновидности кварца являются полудрагоценными камнями и широко применяются в ювелирном деле. Кварцевые пески и кварциты используются в керамической и стекольной промышленности

---

Кварц (англ. Quartz) – SiO₂

Молекулярный вес	60.08 г/моль
Происхождение названия	от стар. нем. “Querklufter” – “руда секущих жил”, или от нем “quarz”.
IMA статус	действителен, описан впервые до 1959 (до IMA)

КЛАССИФИКАЦИЯ

---

Strunz (8-ое издание)	4/D.01-10
Nickel-Strunz (10-ое издание)	4.DA.05
Dana (7-ое издание)	75.1.3.1
Dana (8-ое издание)	75.1.3.1
Hey’s CIM Ref.	7.8.1

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

---

Цвет минерала	сам по себе бесцветный или белый за счет трещиноватости, примесями может быть окрашен в любые цвета (пурпурный, розовый, чёрный, жёлтый, коричневый, зелёный, оранжевый, и т д.)
Цвет черты	белый
Прозрачность	полупрозрачный,прозрачный
Блеск	стеклянный
Спайность	весьма несовершенная ромбоэдрическая спайность по {1011} наблюдается наиболее часто, имеется по меньшей мере шесть других направлений
Твердость (шкала Мооса)	7
Излом	неровный, раковистый
Прочность	хрупкий
Плотность (измеренная)	2.65 г/см3
Радиоактивность (GRapi)	0

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

---

Тип	одноосный (+)
Показатели преломления	nω = 1.543 – 1.545 nε = 1.552 – 1.554
Максимальное двулучепреломление	δ = 0.009
Оптический рельеф	низкий
Плеохроизм	не плеохроирует
Рассеивание	низкое, 0,009
Люминесценция в ультрафиолетовом излучении	флюоресцентный и триболюминесценый, при УФ – желто-оранжевый

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

---

Точечная группа	3 2 – трапецоэдрический
Пространственная группа	P31 2 1
Сингония	Тригональная
Параметры ячейки	a = 4.9133Å, c = 5.4053Å
Двойникование	по дофинейскому закону, по бразильскому закону, по японскому закону

Как образуется, происхождение

Кварц известен людям с древнейших времён. Его легко обнаружить и добыть даже без применения специальной техники. Кроме того, он прочен и красив. Древние люди изготавливали из него не только украшения, но и орудия труда — топоры, ножи, отбойники.

Условия образования минерала различны. Он является породообразующим для большинства метаморфических и магматических пород. Может кристаллизоваться непосредственно из кислых магм. Встречается кварц и в составе осадочных пород: доломитов, известняков и пр. В них он имеет формы жеод (замкнутых полостей), конкреций (шаровидных минеральных агрегатов), прожилок и мелкокристаллических корок. В виде смесей и силикатов может сам входить в состав других минералов.

Относится к группе стеклообразующих оксидов, то есть стекло может состоять главным образом из этого минерала.

Состав, общие свойства

В переводе со средневерхненемецкого языка название кварц означает «твёрдый». Этот минерал представляет собой оксид кремния. Химическая формула кварца — SiO2 (оксид кремния). Температура плавления — около +1728 градусов. В разных источниках эти сведения могут отличаться, так как расплав минерала характеризуется повышенной вязкостью и в точности определить температуру сложно. Кварц — диэлектрик, то есть он не проводит или практически не проводит электрический ток. Плотность минерала — в пределах от 2,6 до 2,65 г/см³. Его твёрдость по 10-балльной шкале Мооса равна 7.

Кристаллы имеют характерное шестигранное псевдогексагональное призматическое строение. Они чаще всего бесцветны, но могут иметь белую окраску из-за большого количества трещин. Благодаря различным примесям, в том числе включениям других минералов (например, оксидов железа) могут приобретать и другие цвета.

Для кварца характерен полиморфизм, то есть при одной и той же химической формуле минерал может иметь различное строение кристаллической решётки. Благодаря её разной структуре в природе встречаются коэсит, тридимит, кристобалит.

Ещё одна полиморфная модификация, стишовит, была сначала получена искусственным путём при очень высоком давлении, а затем обнаружена в составе горных пород в Аризонском метеоритном кратере.

Для детей 2 класса описание минерала кварца должно быть более простым. Можно дать лишь его краткую характеристику, в соответствии с возрастными особенностями учащихся. Сведения о химической формуле и составе минерала для них ещё сложны, они изучаются в старших классах. В рамках курса «Окружающий мир» сообщение может включать, например, информацию о разновидностях полезного ископаемого. Этот минерал имеет много видов и внешне они довольно привлекательны. Поэтому у детей 7—8 лет такая информация вызывает большой интерес.

Разновидности, их разнообразие

Интересный факт: существует множество разновидностей кварца (более двух десятков), которые отличаются друг от друга прежде всего цветом. Так, этот минерал может выглядеть как бесцветные, прозрачные кристаллы (горный хрусталь), тёмный непрозрачный полудрагоценный камень коричневого или красно-коричневого цвета с белыми и чёрными или розоватыми и желтоватыми узорами соответственно (оникс).

И это далеко не все примеры. Дополнительный материал для детей 2 класса о свойствах камня кварца может включать краткие сведения о таких его разновидностях, как халцедон, цитрин, а также кошачий, тигровый и соколиный глаз. Названия последних видов вызывают живой интерес у учеников. В докладе могут содержаться сведения о том, что из многих разновидностей минерала делают ювелирные украшения. Дополнить информацию и сделать тему по-настоящему интересной для детей помогут тщательно подобранные иллюстрации.

Как и где добывают кварц

Это очень распространённый минерал, его месторождения не редкость. Залежи пока не обнаружены только в Антарктиде, но это лишь вопрос времени.

Однако далеко не все они имеют промышленное значение. На мировой рынок минерал в основном поставляют такие государства:

1. США.
2. Бразилия.
3. Австралия.
4. Шри-Ланка.
5. Мадагаскар.

Кроме того, многие страны являются признанными лидерами в добыче какой-то одной разновидности минерала. Так, в России на Южном Урале добывают самые качественные в мире авантюрины. Это разновидность кварца зеленоватого цвета без искр. Прекрасные кристаллы горного хрусталя добывают в Италии, Франции. Помимо австралийских и бразильских, востребованы у ювелиров и аметисты из Германии, Армении.

Добыча кварца может вестись тремя способами, в зависимости от особенностей месторождения:

1. Взрывным. Это наименее эффективный способ, который к тому же вредит окружающей среде. В результате получают, как правило, кристаллы невысокого качества, в виде обломков, с трещинами и сколами. Однако этот метод по-прежнему актуален из-за его дешевизны.
2. Методом воздушной подушки. Он заключается в том, что порода раскалывается под действием высокого давления. Оно образуется путём нагнетания воздуха в специальную ёмкость, помещённую в скважину месторождения. При таком способе повреждения породы незначительны.
3. Метод камнереза. Самый щадящий, но и наиболее дорогостоящий. Предусматривает использование специальной техники, стоимость которой довольно высока.

Кроме того, кварц синтезируют искусственным путём.

Применение минерала

Он относится к широко распространенным полезным ископаемым. Искусственный и натуральный кварц применение находят в следующих сферах:

1. Оптика (в различных приборах).
2. Производство (керамическая, стекольная промышленность). Благодаря пьезоэлектрическим свойствам они также используются в радио- и телефонной аппаратуре. Применяются в генераторах ультразвука. Большое количество кварцевого сырья используется для производства огнеупорных материалов, а также кварцевого стекла, из которого изготавливают изделия, стойкие к колебаниям температуры. Это лабораторная посуда, изоляторы, тигли и т. д. Из кварцевого стекла производят оптические волокна.
3. Ювелирное дело. В сфере повышения в последние годы интереса к эзотерическим знаниям большую популярность приобрели амулеты с разными видами кварца, которые подбираются исходя из даты рождения человека и других параметров.

Искусственные кристаллы

Искусственный кварц имеет ряд преимуществ перед природным: это и более высокая химическая чистота, и однородная структура, вызванная более равномерным распределением примесей. Кроме того, промышленным образом выращивают монокристаллы, в природе же распространены сдвойникованные. Монокристаллы более пригодны для использования в оптической и радиоэлектронной промышленности.

Для ювелирного дела искусственные кристаллы кварца тоже удобнее, так как в процессе выращивания им можно придать практически любой цвет и насыщенность оттенка. Можно также вырастить кристаллы с задуманными плавными переходами одного цвета в другой. Интересно, что промышленным образом можно получить и такие цвета, которые в природе не встречаются или очень редки. Это синий, голубой и зелёный кварц. Для детей 2 класса эта информация тоже, несомненно, будет интересной.

Интересные факты

С элементарными сведениями о минералах ученики знакомятся уже в начальных классах. Учитель может сообщить на уроке следующие интересные сведения о кварце:

1. Минерал может по-разному реагировать на колебания температуры. Так, чёрный кварц, нагретый до +300 градусов, приобретает золотистый цвет, а до +400 — прозрачность.
2. Многим известно выражение «кварцевые часы». Для контроля за точностью хода в них используются кристаллы этого минерала. Часы с кварцевыми кристаллами считаются самым точными.
3. Линзы из кварца намного прочнее, чем стеклянные.

Эти интересные факты вполне доступны для понимания детям 2 класса. Использование таких сведений на уроке поможет оживить восприятие и будет способствовать лучшему усвоению материала.

Кварц – один из самых распространенных на земле минералов. Он широко используется в быту и производстве и даже входит в состав человеческой крови.

Как выглядит кварц?

Услышав слово «кварц» чаще всего мы представляем себе прозрачный или почти прозрачный кристалл, похожий на сросшиеся кусочки стекла. И действительно – такой минерал является одним из распространенных видов кварца и называется он «горным хрусталем».

В природе, однако, можно найти другие виды кварца, совсем не похожие на горный хрусталь. «Горный хрусталь» — это чистый кварц, а остальные виды кварца получаются тогда, когда в массу, из которой образовался этот минерал, попадают посторонние вещества. В зависимости от состава камешки могут отличаться очень сильно: по размеру, форме, строению и цвету.

Цвета кварца могут быть самыми разнообразными – от совершенно прозрачного бесцветного, до насыщенного красного, желтого, синего оттенка. Встречается кварц и черного цвета.

Внутри кристаллы бывают прозрачными или испещренными сетью мелких трещинок, которые делают его мутным

Откуда берется кварц?

Кристаллы кварца образуются при остывании раскаленной магмы, вырывающейся из толщи земли при извержениях и разломах земной коры. Залежи кварца могут представлять из себя как хаотично разбросанные кристаллы разных размеров, так и целые прослойки (жилы) этого полупрозрачного минерала.

Кварц является очень распространенным камнем и места его промышленной добычи разбросаны по всему миру. Кварц в кристаллах может добываться как с поверхности земли, так и из специально вырытых шахт. А вот кварцевый — добывают только открытым способом.

Кварцевый песок — яркий пример повсеместного присутствия кварца в нашей жизни. Маленькие прозрачные песчинки, которые мы ежедневно видим вокруг – на земле, в песочнице, в аквариуме, на пляже – состоят из этого минерала. Каждая такая песчинка – крохотный кристаллик кварца, появившийся на свет из глубин земли.

История кварца

Кварц известен человеку с самых древних времен. Его легко найти и добыть даже без применения сложной техники, поэтому первобытные люди изготавливали из кварца многие предметы, которые использовали для охоты или приготовления пищи.

Столетиями люди совершенствовали свои навыки и со временем мастера научились вырезать из кварца тонкие резные бокалы, чаши и светильники удивительной красоты. Изделия из кварца высоко ценились и зачастую дополнялись деталями из драгоценных металлов – золота и серебра.

Современное применение кварца в быту

Прочность кварца позволяет использовать его при изготовлении ювелирных украшений. Ограненные особым образом камешки вставляют в брошки, серьги и браслеты.

Из крупных кусков кварца мастера давно научились изготавливать предметы для украшения дома: во многих домах сегодня можно увидеть кварцевые вазы, статуэтки или пепельницы.

Многие также слышали выражение «кварцевые часы». Кварцевыми некоторые виды часов называют не случайно – в часовом механизме таких часов кристаллы кварца используются для контроля за точностью хода.

Quartz
Quartz crystal cluster from Tibet
General
Category	silicate mineral[1]
Formula (repeating unit)	SiO2
IMA symbol	Qz[2]
Strunz classification	4.DA.05 (oxides)
Dana classification	75.01.03.01 (tectosilicates)
Crystal system	α-quartz: trigonal β-quartz: hexagonal
Crystal class	α-quartz: trapezohedral (class 3 2) β-quartz: trapezohedral (class 6 2 2)[3]
Space group	α-quartz: P3221 (no. 154)[4] β-quartz: P6222 (no. 180) or P6422 (no. 181)[5]
Unit cell	a = 4.9133 Å, c = 5.4053 Å; Z=3
Identification
Formula mass	60.083 g·mol−1
Color	Colorless through various colors to black
Crystal habit	6-sided prism ending in 6-sided pyramid (typical), drusy, fine-grained to microcrystalline, massive
Twinning	Common Dauphine law, Brazil law and Japan law
Cleavage	{0110} Indistinct
Fracture	Conchoidal
Tenacity	Brittle
Mohs scale hardness	7 – lower in impure varieties (defining mineral)
Luster	Vitreous – waxy to dull when massive
Streak	White
Diaphaneity	Transparent to nearly opaque
Specific gravity	2.65; variable 2.59–2.63 in impure varieties
Optical properties	Uniaxial (+)
Refractive index	nω = 1.543–1.545 nε = 1.552–1.554
Birefringence	+0.009 (B-G interval)
Pleochroism	None
Melting point	1670 °C (β tridymite) 1713 °C (β cristobalite)[3]
Solubility	Insoluble at STP; 1 ppmmass at 400 °C and 500 lb/in2 to 2600 ppmmass at 500 °C and 1500 lb/in2[3]
Other characteristics	lattice: hexagonal, Piezoelectric, may be triboluminescent, chiral (hence optically active if not racemic)
References	[6][7][8][9]

Quartz is a hard, crystalline mineral composed of silica (silicon dioxide). The atoms are linked in a continuous framework of SiO₄ silicon-oxygen tetrahedra, with each oxygen being shared between two tetrahedra, giving an overall chemical formula of SiO₂. Quartz is the second most abundant mineral in Earth’s continental crust, behind feldspar.^[10]

Quartz exists in two forms, the normal α-quartz and the high-temperature β-quartz, both of which are chiral. The transformation from α-quartz to β-quartz takes place abruptly at 573 °C (846 K; 1,063 °F). Since the transformation is accompanied by a significant change in volume, it can easily induce microfracturing of ceramics or rocks passing through this temperature threshold.

There are many different varieties of quartz, several of which are classified as gemstones. Since antiquity, varieties of quartz have been the most commonly used minerals in the making of jewelry and hardstone carvings, especially in Eurasia.

Quartz is the mineral defining the value of 7 on the Mohs scale of hardness, a qualitative scratch method for determining the hardness of a material to abrasion.

Etymology[edit]

The word «quartz» is derived from the German word «Quarz», which had the same form in the first half of the 14th century in Middle High German and in East Central German^[11] and which came from the Polish dialect term kwardy, which corresponds to the Czech term tvrdý («hard»).^[12]

The Ancient Greeks referred to quartz as κρύσταλλος (krustallos) derived from the Ancient Greek κρύος (kruos) meaning «icy cold», because some philosophers (including Theophrastus) apparently believed the mineral to be a form of supercooled ice.^[13] Today, the term rock crystal is sometimes used as an alternative name for transparent coarsely crystalline quartz.^[14][15]

Crystal habit and structure[edit]

Quartz belongs to the trigonal crystal system at room temperature, and to the hexagonal crystal system above 573 °C (846 K; 1,063 °F). The ideal crystal shape is a six-sided prism terminating with six-sided pyramids at each end. In nature quartz crystals are often twinned (with twin right-handed and left-handed quartz crystals), distorted, or so intergrown with adjacent crystals of quartz or other minerals as to only show part of this shape, or to lack obvious crystal faces altogether and appear massive.^[16][17] Well-formed crystals typically form as a druse (a layer of crystals lining a void), of which quartz geodes are particularly fine examples.^[18] The crystals are attached at one end to the enclosing rock, and only one termination pyramid is present. However, doubly terminated crystals do occur where they develop freely without attachment, for instance, within gypsum.^[19]

α-quartz crystallizes in the trigonal crystal system, space group P3₁21 or P3₂21 (space group 152 or 154 resp.) depending on the chirality. Above 573 °C (846 K; 1,063 °F), α-quartz in P3₁21 becomes the more symmetric hexagonal P6₄22 (space group 181), and α-quartz in P3₂21 goes to space group P6₂22 (no. 180).^[20] These space groups are truly chiral (they each belong to the 11 enantiomorphous pairs). Both α-quartz and β-quartz are examples of chiral crystal structures composed of achiral building blocks (SiO₄ tetrahedra in the present case). The transformation between α- and β-quartz only involves a comparatively minor rotation of the tetrahedra with respect to one another, without a change in the way they are linked.^[16][21] However, there is a significant change in volume during this transition, and this can result in significant microfracturing in ceramics^[22] and in rocks of the Earth’s crust.^[23]

• 

  Crystal structure of α-quartz (red balls are oxygen, grey are silicon)

• 

  β-quartz

Varieties (according to microstructure)[edit]

Although many of the varietal names historically arose from the color of the mineral, current scientific naming schemes refer primarily to the microstructure of the mineral. Color is a secondary identifier for the cryptocrystalline minerals, although it is a primary identifier for the macrocrystalline varieties.^[24]

Varieties (according to color)[edit]

Pure quartz, traditionally called rock crystal or clear quartz, is colorless and transparent or translucent, and has often been used for hardstone carvings, such as the Lothair Crystal. Common colored varieties include citrine, rose quartz, amethyst, smoky quartz, milky quartz, and others.^[25] These color differentiations arise from the presence of impurities which change the molecular orbitals, causing some electronic transitions to take place in the visible spectrum causing colors.

The most important distinction between types of quartz is that of macrocrystalline (individual crystals visible to the unaided eye) and the microcrystalline or cryptocrystalline varieties (aggregates of crystals visible only under high magnification). The cryptocrystalline varieties are either translucent or mostly opaque, while the transparent varieties tend to be macrocrystalline. Chalcedony is a cryptocrystalline form of silica consisting of fine intergrowths of both quartz, and its monoclinic polymorph moganite.^[26] Other opaque gemstone varieties of quartz, or mixed rocks including quartz, often including contrasting bands or patterns of color, are agate, carnelian or sard, onyx, heliotrope, and jasper.^[16]

Amethyst[edit]

Amethyst is a form of quartz that ranges from a bright vivid violet to a dark or dull lavender shade. The world’s largest deposits of amethysts can be found in Brazil, Mexico, Uruguay, Russia, France, Namibia, and Morocco. Sometimes amethyst and citrine are found growing in the same crystal. It is then referred to as ametrine. Amethyst derives its color from traces of iron in its structure.^[27]

Blue quartz[edit]

Blue quartz contains inclusions of fibrous magnesio-riebeckite or crocidolite.^[28]

Dumortierite quartz[edit]

Inclusions of the mineral dumortierite within quartz pieces often result in silky-appearing splotches with a blue hue. Shades of purple or grey sometimes also are present. «Dumortierite quartz» (sometimes called «blue quartz») will sometimes feature contrasting light and dark color zones across the material.^[29][30] «Blue quartz» is a minor gemstone.^[29][31]

Citrine[edit]

Citrine is a variety of quartz whose color ranges from pale yellow to brown due to a submicroscopic distribution of colloidal ferric hydroxide impurities.^[32] Natural citrines are rare; most commercial citrines are heat-treated amethysts or smoky quartzes. However, a heat-treated amethyst will have small lines in the crystal, as opposed to a natural citrine’s cloudy or smoky appearance. It is nearly impossible to differentiate between cut citrine and yellow topaz visually, but they differ in hardness. Brazil is the leading producer of citrine, with much of its production coming from the state of Rio Grande do Sul. The name is derived from the Latin word citrina which means «yellow» and is also the origin of the word «citron». Sometimes citrine and amethyst can be found together in the same crystal, which is then referred to as ametrine.^[33] Citrine has been referred to as the «merchant’s stone» or «money stone», due to a superstition that it would bring prosperity.^[34]

Citrine was first appreciated as a golden-yellow gemstone in Greece between 300 and 150 BC, during the Hellenistic Age. Yellow quartz was used prior to that to decorate jewelry and tools but it was not highly sought after.^[35]

Milky quartz[edit]

Milk quartz or milky quartz is the most common variety of crystalline quartz. The white color is caused by minute fluid inclusions of gas, liquid, or both, trapped during crystal formation,^[36] making it of little value for optical and quality gemstone applications.^[37]

Rose quartz[edit]

Rose quartz is a type of quartz that exhibits a pale pink to rose red hue. The color is usually considered as due to trace amounts of titanium, iron, or manganese, in the material. Some rose quartz contains microscopic rutile needles that produce asterism in transmitted light. Recent X-ray diffraction studies suggest that the color is due to thin microscopic fibers of possibly dumortierite within the quartz.^[38]

Additionally, there is a rare type of pink quartz (also frequently called crystalline rose quartz) with color that is thought to be caused by trace amounts of phosphate or aluminium. The color in crystals is apparently photosensitive and subject to fading. The first crystals were found in a pegmatite found near Rumford, Maine, US and in Minas Gerais, Brazil.^[39]

Smoky quartz[edit]

Smoky quartz is a gray, translucent version of quartz. It ranges in clarity from almost complete transparency to a brownish-gray crystal that is almost opaque. Some can also be black. The translucency results from natural irradiation acting on minute traces of aluminum in the crystal structure.^[40]

Prasiolite[edit]

Prasiolite, also known as vermarine, is a variety of quartz that is green in color. Since 1950, almost all natural prasiolite has come from a small Brazilian mine, but it is also seen in Lower Silesia in Poland. Naturally occurring prasiolite is also found in the Thunder Bay area of Canada. It is a rare mineral in nature; most green quartz is heat-treated amethyst.^[41]

Synthetic and artificial treatments[edit]

Not all varieties of quartz are naturally occurring. Some clear quartz crystals can be treated using heat or gamma-irradiation to induce color where it would not otherwise have occurred naturally. Susceptibility to such treatments depends on the location from which the quartz was mined.^[42]

Prasiolite, an olive colored material, is produced by heat treatment;^[43] natural prasiolite has also been observed in Lower Silesia in Poland.^[44] Although citrine occurs naturally, the majority is the result of heat-treating amethyst or smoky quartz.^[43] Carnelian has been heat-treated to deepen its color since prehistoric times.^[45]

Because natural quartz is often twinned, synthetic quartz is produced for use in industry. Large, flawless, single crystals are synthesized in an autoclave via the hydrothermal process.^[46][16][47]

Like other crystals, quartz may be coated with metal vapors to give it an attractive sheen.^[48][49]

Occurrence[edit]

Quartz is a defining constituent of granite and other felsic igneous rocks. It is very common in sedimentary rocks such as sandstone and shale. It is a common constituent of schist, gneiss, quartzite and other metamorphic rocks.^[16] Quartz has the lowest potential for weathering in the Goldich dissolution series and consequently it is very common as a residual mineral in stream sediments and residual soils. Generally a high presence of quartz suggests a «mature» rock, since it indicates the rock has been heavily reworked and quartz was the primary mineral that endured heavy weathering.^[50]

While the majority of quartz crystallizes from molten magma, quartz also chemically precipitates from hot hydrothermal veins as gangue, sometimes with ore minerals like gold, silver and copper. Large crystals of quartz are found in magmatic pegmatites.^[16] Well-formed crystals may reach several meters in length and weigh hundreds of kilograms.^[51]

Elemental impurity incorporation strongly influences the ability to process and utilize quartz. Naturally occurring quartz crystals of extremely high purity, necessary for the crucibles and other equipment used for growing silicon wafers in the semiconductor industry, are expensive and rare. These high-purity quartz are defined containing less than 50 ppm of impurity elements.^[52] A major mining location for high purity quartz is the Spruce Pine Gem Mine in Spruce Pine, North Carolina, United States.^[53] Quartz may also be found in Caldoveiro Peak, in Asturias, Spain.^[54]

The largest documented single crystal of quartz was found near Itapore, Goiaz, Brazil; it measured approximately 6.1×1.5×1.5 m and weighed 39,916 kilograms.^[55]

Mining[edit]

Quartz is extracted from open pit mines. Miners occasionally use explosives to expose deep pockets of quartz. More frequently, bulldozers and backhoes are used to remove soil and clay and expose quartz veins, which are then worked using hand tools. Care must be taken to avoid sudden temperature changes that may damage the crystals.^[56][57]

Almost all the industrial demand for quartz crystal (used primarily in electronics) is met with synthetic quartz produced by the hydrothermal process. However, synthetic crystals are less prized for use as gemstones.^[58] The popularity of crystal healing has increased the demand for natural quartz crystals, which are now often mined in developing countries using primitive mining methods, sometimes involving child labor.^[59]

[edit]

Tridymite and cristobalite are high-temperature polymorphs of SiO₂ that occur in high-silica volcanic rocks. Coesite is a denser polymorph of SiO₂ found in some meteorite impact sites and in metamorphic rocks formed at pressures greater than those typical of the Earth’s crust. Stishovite is a yet denser and higher-pressure polymorph of SiO₂ found in some meteorite impact sites.^[60] Lechatelierite is an amorphous silica glass SiO₂ which is formed by lightning strikes in quartz sand.^[61]

Safety[edit]

As quartz is a form of silica, it is a possible cause for concern in various workplaces. Cutting, grinding, chipping, sanding, drilling, and polishing natural and manufactured stone products can release hazardous levels of very small, crystalline silica dust particles into the air that workers breathe.^[62] Crystalline silica of respirable size is a recognized human carcinogen and may lead to other diseases of the lungs such as silicosis and pulmonary fibrosis.^[63][64]

History[edit]

The word «quartz» comes from the German Quarz (help·info),^[65] which is of Slavic origin (Czech miners called it křemen). Other sources attribute the word’s origin to the Saxon word Querkluftertz, meaning cross-vein ore.^[66]

Quartz is the most common material identified as the mystical substance maban in Australian Aboriginal mythology. It is found regularly in passage tomb cemeteries in Europe in a burial context, such as Newgrange or Carrowmore in Ireland. The Irish word for quartz is grianchloch, which means ‘sunstone’. Quartz was also used in Prehistoric Ireland, as well as many other countries, for stone tools; both vein quartz and rock crystal were knapped as part of the lithic technology of the prehistoric peoples.^[67]

While jade has been since earliest times the most prized semi-precious stone for carving in East Asia and Pre-Columbian America, in Europe and the Middle East the different varieties of quartz were the most commonly used for the various types of jewelry and hardstone carving, including engraved gems and cameo gems, rock crystal vases, and extravagant vessels. The tradition continued to produce objects that were very highly valued until the mid-19th century, when it largely fell from fashion except in jewelry. Cameo technique exploits the bands of color in onyx and other varieties.

Roman naturalist Pliny the Elder believed quartz to be water ice, permanently frozen after great lengths of time.^[68] (The word «crystal» comes from the Greek word κρύσταλλος, «ice».) He supported this idea by saying that quartz is found near glaciers in the Alps, but not on volcanic mountains, and that large quartz crystals were fashioned into spheres to cool the hands. This idea persisted until at least the 17th century. He also knew of the ability of quartz to split light into a spectrum.^[69]

In the 17th century, Nicolas Steno’s study of quartz paved the way for modern crystallography. He discovered that regardless of a quartz crystal’s size or shape, its long prism faces always joined at a perfect 60° angle.^[70]

Quartz’s piezoelectric properties were discovered by Jacques and Pierre Curie in 1880.^[71][72] The quartz oscillator or resonator was first developed by Walter Guyton Cady in 1921.^[73][74] George Washington Pierce designed and patented quartz crystal oscillators in 1923.^[75][76][77] Warren Marrison created the first quartz oscillator clock based on the work of Cady and Pierce in 1927.^[78]

Efforts to synthesize quartz began in the mid-nineteenth century as scientists attempted to create minerals under laboratory conditions that mimicked the conditions in which the minerals formed in nature: German geologist Karl Emil von Schafhäutl (1803–1890) was the first person to synthesize quartz when in 1845 he created microscopic quartz crystals in a pressure cooker.^[79] However, the quality and size of the crystals that were produced by these early efforts were poor.^[80]

By the 1930s, the electronics industry had become dependent on quartz crystals. The only source of suitable crystals was Brazil; however, World War II disrupted the supplies from Brazil, so nations attempted to synthesize quartz on a commercial scale. German mineralogist Richard Nacken (1884–1971) achieved some success during the 1930s and 1940s.^[81] After the war, many laboratories attempted to grow large quartz crystals. In the United States, the U.S. Army Signal Corps contracted with Bell Laboratories and with the Brush Development Company of Cleveland, Ohio to synthesize crystals following Nacken’s lead.^[82][83] (Prior to World War II, Brush Development produced piezoelectric crystals for record players.) By 1948, Brush Development had grown crystals that were 1.5 inches (3.8 cm) in diameter, the largest to date.^[84][85] By the 1950s, hydrothermal synthesis techniques were producing synthetic quartz crystals on an industrial scale, and today virtually all the quartz crystal used in the modern electronics industry is synthetic.^[47]

• 

  Synthetic quartz crystals produced in the autoclave shown in Western Electric’s pilot hydrothermal quartz plant in 1959

• 

  Fatimid ewer in carved rock crystal (clear quartz) with gold lid, c. 1000.

Piezoelectricity[edit]

Quartz crystals have piezoelectric properties; they develop an electric potential upon the application of mechanical stress.^[87] An early use of this property of quartz crystals was in phonograph pickups. One of the most common piezoelectric uses of quartz today is as a crystal oscillator. The quartz clock is a familiar device using the mineral. The resonant frequency of a quartz crystal oscillator is changed by mechanically loading it, and this principle is used for very accurate measurements of very small mass changes in the quartz crystal microbalance and in thin-film thickness monitors.^[88]

See also[edit]

• Fused quartz
• List of minerals
• Quartz fiber
• Quartz reef mining
• Quartzolite
• Shocked quartz

References[edit]

External links[edit]

• Quartz varieties, properties, crystal morphology. Photos and illustrations
• Gilbert Hart, «Nomenclature of Silica», American Mineralogist, Volume 12, pp. 383–395. 1927
• «The Quartz Watch – Inventors». The Lemelson Center, National Museum of American History, Smithsonian Institution. Archived from the original on 7 January 2009.
• Terminology used to describe the characteristics of quartz crystals when used as oscillators
• Quartz use as prehistoric stone tool raw material

Quartz
Quartz crystal cluster from Tibet
General
Category	silicate mineral[1]
Formula (repeating unit)	SiO2
IMA symbol	Qz[2]
Strunz classification	4.DA.05 (oxides)
Dana classification	75.01.03.01 (tectosilicates)
Crystal system	α-quartz: trigonal β-quartz: hexagonal
Crystal class	α-quartz: trapezohedral (class 3 2) β-quartz: trapezohedral (class 6 2 2)[3]
Space group	α-quartz: P3221 (no. 154)[4] β-quartz: P6222 (no. 180) or P6422 (no. 181)[5]
Unit cell	a = 4.9133 Å, c = 5.4053 Å; Z=3
Identification
Formula mass	60.083 g·mol−1
Color	Colorless through various colors to black
Crystal habit	6-sided prism ending in 6-sided pyramid (typical), drusy, fine-grained to microcrystalline, massive
Twinning	Common Dauphine law, Brazil law and Japan law
Cleavage	{0110} Indistinct
Fracture	Conchoidal
Tenacity	Brittle
Mohs scale hardness	7 – lower in impure varieties (defining mineral)
Luster	Vitreous – waxy to dull when massive
Streak	White
Diaphaneity	Transparent to nearly opaque
Specific gravity	2.65; variable 2.59–2.63 in impure varieties
Optical properties	Uniaxial (+)
Refractive index	nω = 1.543–1.545 nε = 1.552–1.554
Birefringence	+0.009 (B-G interval)
Pleochroism	None
Melting point	1670 °C (β tridymite) 1713 °C (β cristobalite)[3]
Solubility	Insoluble at STP; 1 ppmmass at 400 °C and 500 lb/in2 to 2600 ppmmass at 500 °C and 1500 lb/in2[3]
Other characteristics	lattice: hexagonal, Piezoelectric, may be triboluminescent, chiral (hence optically active if not racemic)
References	[6][7][8][9]

Quartz is a hard, crystalline mineral composed of silica (silicon dioxide). The atoms are linked in a continuous framework of SiO₄ silicon-oxygen tetrahedra, with each oxygen being shared between two tetrahedra, giving an overall chemical formula of SiO₂. Quartz is the second most abundant mineral in Earth’s continental crust, behind feldspar.^[10]

Quartz exists in two forms, the normal α-quartz and the high-temperature β-quartz, both of which are chiral. The transformation from α-quartz to β-quartz takes place abruptly at 573 °C (846 K; 1,063 °F). Since the transformation is accompanied by a significant change in volume, it can easily induce microfracturing of ceramics or rocks passing through this temperature threshold.

There are many different varieties of quartz, several of which are classified as gemstones. Since antiquity, varieties of quartz have been the most commonly used minerals in the making of jewelry and hardstone carvings, especially in Eurasia.

Quartz is the mineral defining the value of 7 on the Mohs scale of hardness, a qualitative scratch method for determining the hardness of a material to abrasion.

Etymology[edit]

The word «quartz» is derived from the German word «Quarz», which had the same form in the first half of the 14th century in Middle High German and in East Central German^[11] and which came from the Polish dialect term kwardy, which corresponds to the Czech term tvrdý («hard»).^[12]

The Ancient Greeks referred to quartz as κρύσταλλος (krustallos) derived from the Ancient Greek κρύος (kruos) meaning «icy cold», because some philosophers (including Theophrastus) apparently believed the mineral to be a form of supercooled ice.^[13] Today, the term rock crystal is sometimes used as an alternative name for transparent coarsely crystalline quartz.^[14][15]

Crystal habit and structure[edit]

Quartz belongs to the trigonal crystal system at room temperature, and to the hexagonal crystal system above 573 °C (846 K; 1,063 °F). The ideal crystal shape is a six-sided prism terminating with six-sided pyramids at each end. In nature quartz crystals are often twinned (with twin right-handed and left-handed quartz crystals), distorted, or so intergrown with adjacent crystals of quartz or other minerals as to only show part of this shape, or to lack obvious crystal faces altogether and appear massive.^[16][17] Well-formed crystals typically form as a druse (a layer of crystals lining a void), of which quartz geodes are particularly fine examples.^[18] The crystals are attached at one end to the enclosing rock, and only one termination pyramid is present. However, doubly terminated crystals do occur where they develop freely without attachment, for instance, within gypsum.^[19]

α-quartz crystallizes in the trigonal crystal system, space group P3₁21 or P3₂21 (space group 152 or 154 resp.) depending on the chirality. Above 573 °C (846 K; 1,063 °F), α-quartz in P3₁21 becomes the more symmetric hexagonal P6₄22 (space group 181), and α-quartz in P3₂21 goes to space group P6₂22 (no. 180).^[20] These space groups are truly chiral (they each belong to the 11 enantiomorphous pairs). Both α-quartz and β-quartz are examples of chiral crystal structures composed of achiral building blocks (SiO₄ tetrahedra in the present case). The transformation between α- and β-quartz only involves a comparatively minor rotation of the tetrahedra with respect to one another, without a change in the way they are linked.^[16][21] However, there is a significant change in volume during this transition, and this can result in significant microfracturing in ceramics^[22] and in rocks of the Earth’s crust.^[23]

• 

  Crystal structure of α-quartz (red balls are oxygen, grey are silicon)

• 

  β-quartz

Varieties (according to microstructure)[edit]

Although many of the varietal names historically arose from the color of the mineral, current scientific naming schemes refer primarily to the microstructure of the mineral. Color is a secondary identifier for the cryptocrystalline minerals, although it is a primary identifier for the macrocrystalline varieties.^[24]

Varieties (according to color)[edit]

Pure quartz, traditionally called rock crystal or clear quartz, is colorless and transparent or translucent, and has often been used for hardstone carvings, such as the Lothair Crystal. Common colored varieties include citrine, rose quartz, amethyst, smoky quartz, milky quartz, and others.^[25] These color differentiations arise from the presence of impurities which change the molecular orbitals, causing some electronic transitions to take place in the visible spectrum causing colors.

The most important distinction between types of quartz is that of macrocrystalline (individual crystals visible to the unaided eye) and the microcrystalline or cryptocrystalline varieties (aggregates of crystals visible only under high magnification). The cryptocrystalline varieties are either translucent or mostly opaque, while the transparent varieties tend to be macrocrystalline. Chalcedony is a cryptocrystalline form of silica consisting of fine intergrowths of both quartz, and its monoclinic polymorph moganite.^[26] Other opaque gemstone varieties of quartz, or mixed rocks including quartz, often including contrasting bands or patterns of color, are agate, carnelian or sard, onyx, heliotrope, and jasper.^[16]

Amethyst[edit]

Amethyst is a form of quartz that ranges from a bright vivid violet to a dark or dull lavender shade. The world’s largest deposits of amethysts can be found in Brazil, Mexico, Uruguay, Russia, France, Namibia, and Morocco. Sometimes amethyst and citrine are found growing in the same crystal. It is then referred to as ametrine. Amethyst derives its color from traces of iron in its structure.^[27]

Blue quartz[edit]

Blue quartz contains inclusions of fibrous magnesio-riebeckite or crocidolite.^[28]

Dumortierite quartz[edit]

Inclusions of the mineral dumortierite within quartz pieces often result in silky-appearing splotches with a blue hue. Shades of purple or grey sometimes also are present. «Dumortierite quartz» (sometimes called «blue quartz») will sometimes feature contrasting light and dark color zones across the material.^[29][30] «Blue quartz» is a minor gemstone.^[29][31]

Citrine[edit]

Citrine is a variety of quartz whose color ranges from pale yellow to brown due to a submicroscopic distribution of colloidal ferric hydroxide impurities.^[32] Natural citrines are rare; most commercial citrines are heat-treated amethysts or smoky quartzes. However, a heat-treated amethyst will have small lines in the crystal, as opposed to a natural citrine’s cloudy or smoky appearance. It is nearly impossible to differentiate between cut citrine and yellow topaz visually, but they differ in hardness. Brazil is the leading producer of citrine, with much of its production coming from the state of Rio Grande do Sul. The name is derived from the Latin word citrina which means «yellow» and is also the origin of the word «citron». Sometimes citrine and amethyst can be found together in the same crystal, which is then referred to as ametrine.^[33] Citrine has been referred to as the «merchant’s stone» or «money stone», due to a superstition that it would bring prosperity.^[34]

Citrine was first appreciated as a golden-yellow gemstone in Greece between 300 and 150 BC, during the Hellenistic Age. Yellow quartz was used prior to that to decorate jewelry and tools but it was not highly sought after.^[35]

Milky quartz[edit]

Milk quartz or milky quartz is the most common variety of crystalline quartz. The white color is caused by minute fluid inclusions of gas, liquid, or both, trapped during crystal formation,^[36] making it of little value for optical and quality gemstone applications.^[37]

Rose quartz[edit]

Rose quartz is a type of quartz that exhibits a pale pink to rose red hue. The color is usually considered as due to trace amounts of titanium, iron, or manganese, in the material. Some rose quartz contains microscopic rutile needles that produce asterism in transmitted light. Recent X-ray diffraction studies suggest that the color is due to thin microscopic fibers of possibly dumortierite within the quartz.^[38]

Additionally, there is a rare type of pink quartz (also frequently called crystalline rose quartz) with color that is thought to be caused by trace amounts of phosphate or aluminium. The color in crystals is apparently photosensitive and subject to fading. The first crystals were found in a pegmatite found near Rumford, Maine, US and in Minas Gerais, Brazil.^[39]

Smoky quartz[edit]

Smoky quartz is a gray, translucent version of quartz. It ranges in clarity from almost complete transparency to a brownish-gray crystal that is almost opaque. Some can also be black. The translucency results from natural irradiation acting on minute traces of aluminum in the crystal structure.^[40]

Prasiolite[edit]

Prasiolite, also known as vermarine, is a variety of quartz that is green in color. Since 1950, almost all natural prasiolite has come from a small Brazilian mine, but it is also seen in Lower Silesia in Poland. Naturally occurring prasiolite is also found in the Thunder Bay area of Canada. It is a rare mineral in nature; most green quartz is heat-treated amethyst.^[41]

Synthetic and artificial treatments[edit]

Not all varieties of quartz are naturally occurring. Some clear quartz crystals can be treated using heat or gamma-irradiation to induce color where it would not otherwise have occurred naturally. Susceptibility to such treatments depends on the location from which the quartz was mined.^[42]

Prasiolite, an olive colored material, is produced by heat treatment;^[43] natural prasiolite has also been observed in Lower Silesia in Poland.^[44] Although citrine occurs naturally, the majority is the result of heat-treating amethyst or smoky quartz.^[43] Carnelian has been heat-treated to deepen its color since prehistoric times.^[45]

Because natural quartz is often twinned, synthetic quartz is produced for use in industry. Large, flawless, single crystals are synthesized in an autoclave via the hydrothermal process.^[46][16][47]

Like other crystals, quartz may be coated with metal vapors to give it an attractive sheen.^[48][49]

Occurrence[edit]

Quartz is a defining constituent of granite and other felsic igneous rocks. It is very common in sedimentary rocks such as sandstone and shale. It is a common constituent of schist, gneiss, quartzite and other metamorphic rocks.^[16] Quartz has the lowest potential for weathering in the Goldich dissolution series and consequently it is very common as a residual mineral in stream sediments and residual soils. Generally a high presence of quartz suggests a «mature» rock, since it indicates the rock has been heavily reworked and quartz was the primary mineral that endured heavy weathering.^[50]

While the majority of quartz crystallizes from molten magma, quartz also chemically precipitates from hot hydrothermal veins as gangue, sometimes with ore minerals like gold, silver and copper. Large crystals of quartz are found in magmatic pegmatites.^[16] Well-formed crystals may reach several meters in length and weigh hundreds of kilograms.^[51]

Elemental impurity incorporation strongly influences the ability to process and utilize quartz. Naturally occurring quartz crystals of extremely high purity, necessary for the crucibles and other equipment used for growing silicon wafers in the semiconductor industry, are expensive and rare. These high-purity quartz are defined containing less than 50 ppm of impurity elements.^[52] A major mining location for high purity quartz is the Spruce Pine Gem Mine in Spruce Pine, North Carolina, United States.^[53] Quartz may also be found in Caldoveiro Peak, in Asturias, Spain.^[54]

The largest documented single crystal of quartz was found near Itapore, Goiaz, Brazil; it measured approximately 6.1×1.5×1.5 m and weighed 39,916 kilograms.^[55]

Mining[edit]

Quartz is extracted from open pit mines. Miners occasionally use explosives to expose deep pockets of quartz. More frequently, bulldozers and backhoes are used to remove soil and clay and expose quartz veins, which are then worked using hand tools. Care must be taken to avoid sudden temperature changes that may damage the crystals.^[56][57]

Almost all the industrial demand for quartz crystal (used primarily in electronics) is met with synthetic quartz produced by the hydrothermal process. However, synthetic crystals are less prized for use as gemstones.^[58] The popularity of crystal healing has increased the demand for natural quartz crystals, which are now often mined in developing countries using primitive mining methods, sometimes involving child labor.^[59]

[edit]

Tridymite and cristobalite are high-temperature polymorphs of SiO₂ that occur in high-silica volcanic rocks. Coesite is a denser polymorph of SiO₂ found in some meteorite impact sites and in metamorphic rocks formed at pressures greater than those typical of the Earth’s crust. Stishovite is a yet denser and higher-pressure polymorph of SiO₂ found in some meteorite impact sites.^[60] Lechatelierite is an amorphous silica glass SiO₂ which is formed by lightning strikes in quartz sand.^[61]

Safety[edit]

As quartz is a form of silica, it is a possible cause for concern in various workplaces. Cutting, grinding, chipping, sanding, drilling, and polishing natural and manufactured stone products can release hazardous levels of very small, crystalline silica dust particles into the air that workers breathe.^[62] Crystalline silica of respirable size is a recognized human carcinogen and may lead to other diseases of the lungs such as silicosis and pulmonary fibrosis.^[63][64]

History[edit]

The word «quartz» comes from the German Quarz (help·info),^[65] which is of Slavic origin (Czech miners called it křemen). Other sources attribute the word’s origin to the Saxon word Querkluftertz, meaning cross-vein ore.^[66]

Quartz is the most common material identified as the mystical substance maban in Australian Aboriginal mythology. It is found regularly in passage tomb cemeteries in Europe in a burial context, such as Newgrange or Carrowmore in Ireland. The Irish word for quartz is grianchloch, which means ‘sunstone’. Quartz was also used in Prehistoric Ireland, as well as many other countries, for stone tools; both vein quartz and rock crystal were knapped as part of the lithic technology of the prehistoric peoples.^[67]

While jade has been since earliest times the most prized semi-precious stone for carving in East Asia and Pre-Columbian America, in Europe and the Middle East the different varieties of quartz were the most commonly used for the various types of jewelry and hardstone carving, including engraved gems and cameo gems, rock crystal vases, and extravagant vessels. The tradition continued to produce objects that were very highly valued until the mid-19th century, when it largely fell from fashion except in jewelry. Cameo technique exploits the bands of color in onyx and other varieties.

Roman naturalist Pliny the Elder believed quartz to be water ice, permanently frozen after great lengths of time.^[68] (The word «crystal» comes from the Greek word κρύσταλλος, «ice».) He supported this idea by saying that quartz is found near glaciers in the Alps, but not on volcanic mountains, and that large quartz crystals were fashioned into spheres to cool the hands. This idea persisted until at least the 17th century. He also knew of the ability of quartz to split light into a spectrum.^[69]

In the 17th century, Nicolas Steno’s study of quartz paved the way for modern crystallography. He discovered that regardless of a quartz crystal’s size or shape, its long prism faces always joined at a perfect 60° angle.^[70]

Quartz’s piezoelectric properties were discovered by Jacques and Pierre Curie in 1880.^[71][72] The quartz oscillator or resonator was first developed by Walter Guyton Cady in 1921.^[73][74] George Washington Pierce designed and patented quartz crystal oscillators in 1923.^[75][76][77] Warren Marrison created the first quartz oscillator clock based on the work of Cady and Pierce in 1927.^[78]

Efforts to synthesize quartz began in the mid-nineteenth century as scientists attempted to create minerals under laboratory conditions that mimicked the conditions in which the minerals formed in nature: German geologist Karl Emil von Schafhäutl (1803–1890) was the first person to synthesize quartz when in 1845 he created microscopic quartz crystals in a pressure cooker.^[79] However, the quality and size of the crystals that were produced by these early efforts were poor.^[80]

By the 1930s, the electronics industry had become dependent on quartz crystals. The only source of suitable crystals was Brazil; however, World War II disrupted the supplies from Brazil, so nations attempted to synthesize quartz on a commercial scale. German mineralogist Richard Nacken (1884–1971) achieved some success during the 1930s and 1940s.^[81] After the war, many laboratories attempted to grow large quartz crystals. In the United States, the U.S. Army Signal Corps contracted with Bell Laboratories and with the Brush Development Company of Cleveland, Ohio to synthesize crystals following Nacken’s lead.^[82][83] (Prior to World War II, Brush Development produced piezoelectric crystals for record players.) By 1948, Brush Development had grown crystals that were 1.5 inches (3.8 cm) in diameter, the largest to date.^[84][85] By the 1950s, hydrothermal synthesis techniques were producing synthetic quartz crystals on an industrial scale, and today virtually all the quartz crystal used in the modern electronics industry is synthetic.^[47]

• 

  Synthetic quartz crystals produced in the autoclave shown in Western Electric’s pilot hydrothermal quartz plant in 1959

• 

  Fatimid ewer in carved rock crystal (clear quartz) with gold lid, c. 1000.

Piezoelectricity[edit]

Quartz crystals have piezoelectric properties; they develop an electric potential upon the application of mechanical stress.^[87] An early use of this property of quartz crystals was in phonograph pickups. One of the most common piezoelectric uses of quartz today is as a crystal oscillator. The quartz clock is a familiar device using the mineral. The resonant frequency of a quartz crystal oscillator is changed by mechanically loading it, and this principle is used for very accurate measurements of very small mass changes in the quartz crystal microbalance and in thin-film thickness monitors.^[88]

See also[edit]

• Fused quartz
• List of minerals
• Quartz fiber
• Quartz reef mining
• Quartzolite
• Shocked quartz

References[edit]

External links[edit]

• Quartz varieties, properties, crystal morphology. Photos and illustrations
• Gilbert Hart, «Nomenclature of Silica», American Mineralogist, Volume 12, pp. 383–395. 1927
• «The Quartz Watch – Inventors». The Lemelson Center, National Museum of American History, Smithsonian Institution. Archived from the original on 7 January 2009.
• Terminology used to describe the characteristics of quartz crystals when used as oscillators
• Quartz use as prehistoric stone tool raw material

Кварц – общее название одной из самых распространенных в Земной коре группы минералов (12%). Минералы, входящие в группу кварца различаются по своим физическим, механическим и другим свойствам, таким как твердость, цвет, форма, месторождение и т.д. У происхождения слова «кварц» немецкие корни, но несколько значений. Так, по одной из версий оно происходит от нем. «quarz» — твердый; согласно другой версии – от нем. «querklüfterz» или «quererz», что дословно переводится как «руда секущих жил».

Физические и химические свойства кварца

Кварц – минерал, обладающий кристаллическим строением. Кристаллическая решетка кварца представляет собой шестигранную псевдагексагональную призму, причем монокристаллы кварца имеют, как левую, так и правую форму. В зависимости от того, в горных породах какого происхождения (магматические, метаморфические, осадочные) присутствуют кристаллы кварца, в их составе могут присутствовать т.н. «зерна», «прожилки», «щётки» других минералов.

Если рассматривать кварц в «чистом» виде, т.е. без вкраплений других минералов или химических элементов, кварц – минерал без цвета или белого цвета. Если в составе кварца присутствуют вкраплений других минералов или химических элементов, то окраска кварца очень разнообразна – от желтого (цитрин) до черного (морион). Для кварца характерны неметаллический блеск, высокая твердость и отсутствие спайности.

С химической точки зрения кварц – оксид кремния (IV), химическая формула – SiO₂. Относится к группе кислотных оксидов. Температура плавления — 1713—1728° С. Устойчив к воздействию агрессивных сред; способен растворяться в расплавах щелочей, а также фтороводороде (плавиковая кислота). Оксид кремния (IV) проявляет свойства ди- и пьезоэлектриков. Является одним из основных составляющих стекла. Для оксида кремния (IV) характерно явление полиморфизма, т.е. существование в виде нескольких форм в зависимости от температуры. Так, различают α- и β-кварц, существующие при низкой и высокой температурах, соответсвенно. Известны модификации кварца представляющие собой самостоятельные минералы: кристобалит, тридимит, коэстит, стишовит.

Разновидности кварца

Говоря о «чистом» кварце, мы говорим о такой его разновидности, как горный хрусталь. Такая разновидность кварца не обладает цветом, прозрачная. Среди разновидностей кварца наиболее известны и нашли широкое применение (в производстве ювелирных украшений): авантюрин, агат, аметист, морион, розовый кварц, халцедон, цитрин, оникс, тигровый и кошачий глаз. Каждый из этих минералов, обладает характерным цветом и свойствами, так, аметист – минерал фиолетового цвета, что объясняется наличием в его составе красящего органического вещества не выявленного строения. Желтоватая окраска авантюрина обусловлена включениями слюды, гематита, а иногда и гидроксидами железа; наличие титана и железа обусловливают черную окраску мориона и т.д.

Добыча и производство кварца

Кварц образовывался в ходе различных геологических процессов, в основном из магмы. Кварц встречается в составе осадочных пород — известняки, доломиты и т.д. В прибрежных околоморских зонах кварц встречается в виде окатанной гальки. Кварц входит в состав песка. Месторождения кварцевого песка играют особую роль в промышленности.

Несмотря на широкую распространенность кварца в естественных условиях – природе, разработаны и запатентованы способы искусственного способа производства кварца. Одним из таких способов является гидротермальный метод. По мнению экспертов минералогии, искусственный кварц получается более однородным, распределение примесей в нем более однородное, чем в кварце естественного происхождения. Из кварца искусственного происхождения получают пьезооптический кварц, также он нашел широкое применение в производстве ювелирных украшений, поскольку в данном случае возможно получение кварца любого цвета и требуемой его насыщенности (зеленая, голубая, синяя). Наиболее крупное производство искусственного кварца в Российской Федерации находится в Гусь-Хрустальном и Южноуральске.

Искусственный кварц в Южноуральске производят на заводе «Кристалл» с 1962 года. Производимый на этом заводе кварц, в дальнейшем использовался для нужд радиоэлектронной промышленности, а также экспоритировали в другие станы. Основные промышленные масштабы производства листового стекла, стеклянной тары, хрусталя и др. стекольной продукции, изготовленной из искусственного кварца, производят также в Южноуральске на предприятии ОАО «Кварц».

Самый крупный самородный кварц, найденный в нашей стране, хранится в музее Санкт-Петербургского горного института. Минерал более 1 метра в высоту и первоначально использовался в качестве городской тумбы.

Кварц в истории человечества

В человеческой истории кварц известен еще до нашей эры. Так изделие из горного хрусталя – ваза (XVI в. до н.э.) — было обнаружена при раскопках в Микенах, изделие из мориона – солнцезащитные очки – были найдены в гробнице фараона Египта – Тутанхамона, при раскопках в Месопотамии были обнаружены бусы из кварца, при раскопках городов майя был обнаружен череп, изготовленный из кварца.

В России одно из самых уникальных изделий, выполненных из кварца (горный хрусталь) – это самовар, изготовленный специально для Петра I, в США — хрустальная печать. Первое из изделий находится в фонде Оружейной палаты РФ, а второе – в Национальном музее естественной истории США. В Национальном хранилище Франции имеются уникальные кубки для питья и урна, изготовленные из горного хрусталя и датируемые эпохой правления императора Нерона.

Применение кварца

Кварцевый песок используют при производстве стекла и различных изделий из него. Применяется в оптических приборах, в генераторах ультразвука, в телефонной и радиоаппаратуре (как пьезоэлектрик), в электронных приборах (кварцевый резонатор — компонент устройств для стабилизации частоты электронных генераторов). Широкое распространение кварц нашел в производстве ювелирных украшений. Его используют при производстве часов, а также линз. 

Способы, подтверждающие естественное происхождение кварца

Чтобы отличить натуральный кварц (кварц естественного происхождения) от искусственного или стекла (поскольку наиболее редко встречающиеся разновидности кварца часто подделывают) необходимо провести по поверхности кварца колюще-режущим или тупым предметом, например ножом или камнем, при этом, если кварц естественного происхождения, то следов на его поверхности не останется. Другой способ – если лизнуть поверхность натурального самоцвета и искусственного кварца языком, то по ощущениям поверхность самоцвета всегда будет более холодной. Существуют и другие способы, однако их обычно используют ювелиры.

Другие интересные факты, касающиеся кварца

Существует мнение, что кварц обладает лечебными и магическими свойствами. Так, существует даже методика лечения человека с помощью самоцветов – литотерапия. Некоторые считают, что кварц предотвращает простудные заболевания, а также другие заболевания дыхательных путей. В народной медицине используют воду, которую настаивают на кварце, т.н. «кварцевую воду» для омоложения, в качестве примочек и компрессов при ожогах и кожных заболеваниях.

По поверьям кварц, вне зависимости от своей разновидности, притягивает любовь, удачу, успех и материальные блага, а также, помимо этого, каждый минерал группы кварца также обладает и целым спектром магических свойств, присущих только ему.

Астрологи считают, что некоторые знаки Зодиака могут использовать изделия из кварца в качестве амулетов и оберегов, а некоторые нет. Так, изделия из кварца подходят Скорпионам, Весам, Водолеям, Тельцам, Овнам, Львам и Стрельцам и не подходят Девам и Близнецам.

Анна Архипова

Фотографии Павла Распопова

Читайте также: 

• Гора Хрустальная
• Самоцветная полоса Урала
• Как добывают селенит?

Категория	Окислы(минералы)
Название на англ.	Quartz
Формула	SiO2
Группа	Группа стеклообразующих оксидов
Цвет	Белый, Бесцветный, Жёлтый, Красный, Зеленый, Коричневый, Розовый, Оранжевый, Серый, Фиолетовый, Чёрный
Цвет черты	Белый
Блеск	Стеклянный, Жирный, Матовый
Прозрачность	Прозрачный
Сингония	Тригональная
Твёрдость	7
Спайность	Несовершенная
Плотность, г/см³	2,6 — 2,65
Излом	Раковистый
Происхождение названия	Слово кварц пришло к нам из немецкого языка, однако, существует два варианта его перевода. Согласно первому, для создания термани “кварц” использовали слово «quarz», что переводится, как твердый. Согласно второму варианту, использовали «querklüfterz», которое дословно переводится, как “руда сверкающих жил”.

Кварц, полиморфная модификация диоксида кремния, является одним из наиболее распространённых минералов на нашей планете, он служит породообразующим минералом для многих пород магматического и метаморфического происхождения. Земная кора содержит около 12% чистого кварца и более 60% в составе других камней.

Месторождения кварца

Несмотря на то, что земная кора содержит высокий процент кварца, месторождений ювелирных камней не так уж много. При этом каждая из залежей содержит разновидность определённого цвета. Так, кварц розового оттенка встречается в Карелии, Украине и Чехии. Дымчатый кварц и морионы добывают на Урал и Волыни.

История кварца

— Реклама —

Слово «кварц» немецкого происхождения, ему приписывают два перевода. Средневерхненемецкое «twarc» означает «твёрдый». А немецкие слова «Querklüfterz» и «Quererz» обозначают «руду секущих жил». Человеку кварц и его разновидности известны очень давно.

Физико-химические характеристики кварца

Чистый кварц бесцветный или окрашен в белый цвет, когда в нем есть трещинки и другие дефекты. По химическому составу он является диоксидом кремния. Кристаллы кварца, которые не наделены цветом и не содержат дефектов, известны как горный хрусталь и применяются как самостоятельный драгоценный камень.

Благодаря примесям других элементов, например, оксидов железа, кварц окрашивается в различные оттенки. Например, морион черного цвета, аметист окрашен в фиолетовый, цитрин обладает жёлтым оттенком.

— Реклама —

Для кварца характерен полиморфизм. В нормальных условиях стабилен α-кварц, еще известный как низкотемпературная модификация. Под β-кварцем имеют в виду его высокотемпературный подвид. К самостоятельным полиморфным модификациям кварца относятся кристобалиты, тридимиты, коэситы, стишовиты.

Кристаллы кварца представляют собой шестигранники продолговатой формы, которые похожи на заточенный карандаш. Часто образуют друзы. Из маленьких кристаллов образуются крупные щетки.

Кварц обладает тригональной сингонией и раковистым изломом. Твердость по шкале Мооса 7. Удельный вес 2,6 г/см3. Минерал растворим в щелочах и фтористоводородной кислоте. Его температура плавления от 1713 до 1728 °C. Обладает диэлектрическими и пьезоэлектрическими свойствами.

Виды кварца

• Авантюрины – окрашены в желтый или буро-красный цвет.

• Агаты – отличаются слоисто-полосчатой структурой.

— Реклама —

• Аметисты – наделены изысканным фиолетовым цветом.

• Бингемиты – иризирующие кварцы с примесью гётитов.

• Волосатики – разновидность горного хрусталя, которая содержит тонкоигольчатые кристаллы рутилов, турмалинов.

• Горный хрусталь – бесцветный и прозрачный кварц.

• Кремень – представляет собой тонкозернистый скрытокристаллический сросток кремнезёма с непостоянным составом, в который входит кварц, халцедон, кристобалит, изредка опал.

• Морионы – кварцы чёрного цвета.

• Переливты — непрозрачные камни, которые являются смесью кварца и халцедона.

• Праземы – содержат актинолит, из-за чего окрашены в зеленый цвет.

• Празиолиты – минералы луково-зелёного оттенка, которые получают при прокаливании кварца жёлтого цвета.

• Раухтопазы (дымчатые кварцы) – окрашен в серые или бурые светлые тона.

• Розовый кварц.

• Халцедоны – скрытокристаллические тонковолокнистые камни. Полупрозрачные или просвечивающие, окрашены в белый или медово-жёлтый цвет

• Цитрины – лимонно-жёлтые самоцветы.

• Сапфировые кварцы – окрашены в синий цвет, отличаются грубозернистой структурой.

• Кошачий глаз – камень белого, розоватого или серого цвета с переливами и необычным светоотражением.

• Соколиный глаз – сростки кварца с синевато-серым амфиболом.

• Тигровый глаз – окрашен в золотисто-коричневый цвет.

• Ониксы – минералы коричневого цвета с узорами из белого и чёрного, также встречается в оттенках красно-коричневого, коричнево-жёлтого, медового, белого с желтыми или розовыми слоями.

• Гелиотропы – непрозрачные тёмно-зелёные камни с красными полосками или пятнами, которые состоят из тонкозернистого кварца, халцедона, соединений железа.

Магические свойства кварца

Кварц притягивает к своему владельцу любовь, удачу, успехи и финансовое благополучие, помогает развить воображение и мыслить активно, творчески.

Из всех кварцев наиболее ценным в магическом плане является горный хрусталь. Этот камень обладает высоким энергетическим потенциалом и его можно запрограммировать на помощь в достижении любых целей. Молочный кварц используют для медитаций, с целью освобождения мыслей и углубления внутрь себя. Дымчатый кварц подходит людям деловым, становится отличным помощником в принятии важных решений. Аметисты и хризопразы дарят покой. Сердолик является символом верности.

Все кварцы обладают успокаивающим действием, избавляют от страхов и помогают справляться со стрессами. Также они хорошо очищают помещения от отрицательной энергетики.

Лечебные свойства кварца

Кварц хорошо воздействует на дыхательную систему. Кристаллы кварца способны облегчить протекание простудных болезней.

Народная медицина широко использует кварцевую воду, которую делают настаивая воду на кварце или пропуская обычную воду через специальный кварцевый фильтр. Считается, что такая вода наделена многими полезными свойствами, полезна в профилактике различных заболеваний, стимулирует и омолаживает организм. Применяется он также в косметологии. Умывание кварцевой водой придает коже эластичность, гладкость и упругость, разглаживает морщины, устраняет прыщи. Кроме того, примочки и компрессы с кварцевой водой используют для лечения ушибов, ожогов, порезов, воспалительных процессов на коже.

Отрасли применения кварца

Кварц нашел применение в конструировании оптических приборов, генераторов ультразвука, телефонной и радиоаппаратуры, электронных приборов, огнеупорных материалов. Он просто незаменим в производстве стекла и керамики. Как стеклообразующий оксид, он является основной стекла, которое получают на основе чистого оксида кремния, горного хрусталя, жильного кварца и кварцевого песка.

Разновидности кварца с красивой структурой, формой и необычной окраской очень популярны в ювелирном деле.

Цвета кварца

Чистый кварц бесцветен или окрашен в белый цвет, но для его разновидностей характерны все цвета радуги, палитра их возможных окрасок невероятно широкая.

Искусственный кварц

Сегодня искусственный кварц получают гидротермальным методом. Он широко используется в промышленных целях, так как является однородным и химически чистым. При этом выращиваются всегда монокристаллы, у которых пьезооптические свойства выражены лучше, чем у природных минералов.

Что касается ювелирного дела, то синтетические методы позволяют создавать кварцы разнообразных цветов. Например, очень редкие зеленые кварцы или и вовсе не существующую в природе чистую синюю разновидность. Производство синтетического кварца широко распространено в Роcсии.

Как отличить настоящий кварц от подделки

Подделки под кварц являются нечастыми, так как этот минерал довольно распространен. Имитации обычно делают под его редкие разновидности. Так, подделки под розовый кварц создаются окрашиванием дымчатого кварца железом и марганцем. Такие красящие вещества не могут проникнуть глубоко, дают неравномерный окрас, который к тому же легко окисляется и теряет внешнюю привлекательность.

Как ухаживать за кварцем

Кварц очень крепкий и прочный минерал, его сложно повредить, поцарапать, или испортить какими-либо моющими веществами. Очищают изделия из кварца обычно теплой проточной водой и дают им хорошо просыхать.

Кварц и знак зодиака

Кварц и все его многочисленные разновидности благосклонны к представителям всех знаков зодиака. Этот минерал подбирается индивидуально под каждого владельца.

Цены на изделия из кварца

Ограненные кристаллы натурального кварца весом от 10 карат оцениваются от 60 долларов и выше. Стоимость его разновидностей варьируется в широких пределах и зависит от свойств камня, огранки, цветовых характеристик.

Интересные факты о кварце

Кварц является практически первым минералом, который начали применять люди. И сегодня он остается популярным и незаменимым материалом во многих сферах жизни человека: от производства стекла до электроники и радиотехники.