Quarzo categoria IX : silicati | |
![]() Quarzo - Miniera La Gardette, Le Bourg-d'Oisans , Isère France (13 × 13 cm ). | |
Generale | |
---|---|
numero CAS |
(β) |
(α)
Classe di Strunz |
4.DA.05
4 OSSIDI (idrossidi, V [5,6] vanadati, arseniti, antimoniti, bismutiti, solfiti, seleniti, telluriti, iodati) |
La classe di Dana |
75.1.3.1
Tettosilicati 75.1.3.1 Quarzo SiO 2 |
Formula chimica | Se O 2 |
Identificazione | |
Forma massa | 60,0843 ± 0,0009 amu O 53,26%, Si 46,74%, |
Colore | vario: incolore, bianco (il più delle volte), grigio, giallo, viola, rosa, marrone, nero, verdastro, bluastro, rosso, verde |
Classe di cristallo e gruppo spaziale | trigonale-trapezoidale, P 3 1 21 o P 3 2 21 a seconda della direzione di avvolgimento delle eliche di SiO 4 tetraedri |
Sistema cristallino | trigonale |
Rete Bravais | esagonale |
Macle | cfr. articolo |
Scollatura | raramente osservabile su [10 1 1], [01 1 1], [10 1 0] |
Rompere | conchoidal |
Habitus | prisma esagonale terminato da due romboedri (quarzo α) o da una bipiramide esagonale (quarzo β) |
Gemellaggio | sì |
Scala di Mohs | 7 (meno per le varietà impure) |
Linea | bianca |
Sparkle | grasso, vitreo, bianco |
Proprietà ottiche | |
Indice di rifrazione | n o = 1.5442 n e = 1.5533 |
Pleocroismo | debole |
Birifrangenza | Δ = 0,0091; positivo monoassiale |
Potenza rotante | 21,73 ° / mm a 20 ° C ea 589 nm |
Dispersione | 2 v z ~ 0-10 ° |
Fluorescenza ultravioletta | a seconda delle impurità |
Trasparenza | trasparente a opaco |
Proprietà chimiche | |
Densità | 2,65 costante |
Temperatura di fusione | 1650 (± 75) ° C |
Fusibilità | non si scioglie ma scoppietta punto di ebollizione : 2230 ° C |
Solubilità | solubile in HF |
Comportamento chimico | molto stabile, salvo l' acido fluoridrico o l' idrossido di sodio ad alta concentrazione |
Proprietà fisiche | |
Coefficiente di accoppiamento elettromeccanico | k = 10% |
Magnetismo | no |
Radioattività | qualunque |
Unità di SI e STP se non diversamente specificato. | |
Il quarzo è una specie minerale del gruppo silicati , sottogruppo dei tettosilicati , composto da biossido di silicio o silice, formula chimica SiO 2, con tracce di diversi elementi come Al , Li , B , Fe , Mg , Ca , Ti , Rb , Na , OH .
Si presenta sotto forma di grandi cristalli incolori, colorati o affumicati o di cristalli microscopici dall'aspetto traslucido.
Costituendo il 12% (in massa) della litosfera , il quarzo è il minerale più diffuso (ossigeno e silicio sono rispettivamente il primo e il secondo costituente, in ordine di importanza, della litosfera); è una componente importante del granito , di cui riempie gli spazi residui, e delle rocce metamorfiche granitiche ( gneiss , quarzite ) e sedimentarie ( sabbia , arenaria ).
L'etimologia della parola quarzo non è evidente. La prima ipotesi deriva dalla parola "quaterz" o "quaderz" che fino al XVI esimo secolo mezzi cattivi minerali. Un'altra ipotesi è la contrazione della parola tedesca "gewärz" (escrescenza, germe).
Il termine quarzo nel Medioevo si applicava a tutti i cristalli. Fu Georgius Agricola a limitare il termine ai cristalli di rocca.
I cristalli di quarzo spesso appaiono come masse simili al vetro, di colore grigio latte e lucentezza oleosa, senza una forma cristallina specifica. Questi cristalli si sono formati tardi e hanno occupato lo spazio tra i cristalli sviluppati in precedenza.
I cristalli di quarzo che sono cresciuti da un substrato mostrano facce prismatiche e terminano in una piramide (l'altra estremità è incastonata nella roccia). Alcuni quarzi che si sono sviluppati all'interno dei sedimenti possono mostrare piramidi alle loro due estremità (quarzo bipiramidale dai giacinti di Compostela, nel Triassico dei Pirenei e delle Asturie).
In luce polarizzata non analizzata:
Nella luce polarizzata analizzata:
Fu nel 1907 che il cristallografo tedesco Otto Muegge (Mügge) mostrò le differenze tra il quarzo α, che è il polimorfo qui descritto, e il quarzo β .
La struttura cristallina è esagonale ad alta temperatura (quarzo β, gruppo spaziale P 6 4 21 o P 6 2 21), trigonale a bassa temperatura (quarzo α, gruppo spaziale P 3 1 21 o P 3 2 21). L'avvolgimento delle eliche dei tetraedri di SiO 4 può essere eseguito in entrambe le direzioni, sinistra o destra, il che spiega i due gruppi spaziali per ciascuno dei polimorfi , β e α.
I parametri della maglia di quarzo α convenzionale sono: = 4,913 3 Å , = 5,405 3 Å (Z = 3; V = 113,00 Å 3 ), la sua densità calcolata è 2,65 g / cm 3 .
Sebbene la struttura cristallina del quarzo alfa sia descritta nella maggior parte dei testi mineralogici francesi come "sistema esagonale romboedrico", Massimo Nespolo, professore di mineralogia e cristallografia, afferma che questa classificazione sarebbe sbagliata. Il quarzo α cristallizza nel gruppo spaziale P 3 1 21 (quarzo sinistro) o P 3 2 21 (quarzo destro), con un reticolo esagonale, come indicato dal simbolo " P ". Il sistema cristallino del quarzo α è quindi trigonale, perché il quarzo α contiene un asse di ordine tre come l'elemento di simmetria di ordine più elevato. Il termine "romboedrico" si applica al reticolo, ma il reticolo di quarzo è sempre esagonale. Secondo questo autore, quindi, non bisogna confondere la nomenclatura di “sistema cristallino”, da cui è assente il termine romboedrico, con quella di “sistema reticolare”, da cui è assente il termine trigonale. Nel sistema reticolare, un cristallo romboedrico corrisponderà a un cristallo trigonale nel sistema cristallino. Tuttavia, un cristallo che appartiene al sistema cristallino trigonale può avere un reticolo romboedrico o esagonale, da qui la possibilità di appartenere a entrambi i sistemi reticolari. L'articolo sulla struttura cristallina fornisce una spiegazione più completa del problema.
Il quarzo ha anche la particolarità di essere classificato tra i silicati e in particolare nei tettosilicati , se seguiamo la classificazione Dana, ma è anche classificato tra gli ossidi ( biossido di silicio ) se seguiamo la classificazione di Strunz . In questo articolo è stata volutamente classificata nella classe dei silicati mentre Wikipedia ha scelto la classificazione di Strunz per la mineralogia , essendo la silice l'archetipo dei silicati. Ciò mostra la difficoltà che talvolta esiste nell'impostare una classificazione nelle scienze naturali.
Il quarzo si presenta spesso gemellato . È noto un gran numero di gemelli al quarzo: i più importanti sono riassunti nella tabella seguente.
Nome | Elemento gemello | indice | obliquità | angolo tra gli assi c |
---|---|---|---|---|
Delfinato o svizzero | [001] (π) | 1 | 0 ° | 0 ° |
Brasile | (11 2 0) o 1 | 1 | 0 ° | 0 ° |
Leydolt o Liebisch (Dauphiné gemello combinato - Brasile) |
(0001) | 1 | 0 ° | 0 ° |
Torsione ad angolo retto (sintetico) |
[210] (π / 2) | 2 | 5 ° 27 ' | 90 ° |
Giappone o Gardette (α) / Verespatak (β) |
(11 2 2) | 2 | 5 ° 27 ' | 84 ° 34 ' |
Esterel | (10 1 1) | 3 | 5 ° 48 ' | 76 ° 26 ' |
Sella (α) / Sardegna (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 ' |
Cornovaglia | (20 2 1) | 7 | 1 ° 25 ' | 42 ° 58 ' |
Pierre-Levée | (21 3 3) | 7 | 6 ° 32 ' | 83 ° 30 ' |
Zinnwald | --- | --- | --- | gemello singolo periodo |
Macle de la Gardette o Giappone - Vizille Isère Francia
Giapponese Macle Huaron Perù
Molto duro (7 sulla scala di Mohs ), il quarzo α cristallizza al di sotto di 573 ° C e il quarzo β tra 573 ° C e 870 ° C alla pressione atmosferica al livello del mare.
A 573 ° C (il "punto di quarzo" nella cottura della ceramica), il quarzo α ( polimorfo a bassa temperatura) si trasforma in quarzo β (polimorfo ad alta temperatura). È una trasformazione spiazzante - gli spostamenti relativi degli atomi sono circa dieci volte inferiori alla loro distanza interatomica - con un aumento del volume dell'ordine dello 0,829%. A differenza della fase α, la fase β è solo leggermente piezoelettrica .
A temperature più elevate, il quarzo si trasforma in tridimite e quindi in cristobalite . Altri polimorfi si formano ad alte pressioni: coesite e stishovite .
Il quarzo può fluorescere a seconda delle impurità che lo compongono. Può anche presentare fenomeni di triboluminescenza .
Il quarzo non assorbe nell'ultravioletto , quindi le cuvette di quarzo vengono utilizzate per misurare l' assorbanza delle molecole che assorbono nell'UV ( DNA per esempio).
I cristalli di quarzo sono birifrangenti e mostrano attività ottica .
I cristalli di quarzo naturale possono raggiungere dimensioni considerevoli: il più grande monocristallo di quarzo conosciuto è stato trovato a Manchõ Felipe, vicino a Itaporé ( Goiás , Brasile ): 6,1 × 1,5 × 1,5 m , per un peso stimato di 40 tonnellate .
Attualmente, il quarzo naturale, che si trova in tutto il mondo (i giacimenti principali sono in Brasile ) non viene sfruttato più che per servire come seme nel processo di produzione del quarzo sintetico, questa sintesi essendo industrializzata dalla fine del Secondo Mondo Guerra .
Nel Quebec nordoccidentale, il quarzo è uno dei principali indicatori della presenza dell'oro nella sua massa. Il suo colore si presenta principalmente sotto un bianco latte o grigio chiaro.
I cristalli di quarzo spesso appaiono abbastanza puri ma in realtà contengono quasi sempre inclusioni più o meno invisibili che forniscono informazioni sulle loro condizioni di crescita: "frecce d'amore" o "frecce di Cupido", cristalli dritti a forma di ago con aghi neri. Di tormalina sviluppata di più o meno anarchicamente, gli aghi marroni di goethite o gialli di rutilo ; "Capelli di Thetys", cristalli aciculari curvati con le fibre verdi di actinote o altro minerale della grande famiglia degli anfiboli ; "Capelli di Venere", con frecce e capelli giallo dorato di rutilo; "Occhi di bue", con fibre rosse parallele, "occhi di tigre" con fibre rosse, "occhi di falco" con fibre blu, "occhi di ferro" con fibre gialle, parti rosse e metalliche, "occhi di tigre" con fibre gialle.
La cristallogenesi avviene per processo idrotermale , riproducendo le condizioni naturali che hanno dato vita ai cristalli di rocca. In un cilindro riempito d'acqua, c'è un finissimo cristallo di quarzo naturale su cui crescerà il cristallo artificiale (seme) e la silice in una forma facilmente solubile. Il tutto viene sottoposto ad alta pressione ( 80 MPa ) e portato ad alta temperatura ( 400 ° C ) in modo che la parte superiore risulti leggermente meno calda. Nella parte inferiore si forma una soluzione di silice satura. È guidato dalla convezione verso la parte superiore del cilindro, dove diventa sovrasaturo . La silice quindi precipita sotto forma di quarzo a contatto con il seme. Questo è un processo molto lento: potrebbero essere necessarie diverse settimane per ottenere un cristallo da 0,5 a 1 kg . La produzione mondiale annuale era di circa 300 tonnellate nel 1980.
Questo materiale non deve essere confuso con la designazione "quarzo sintetico" o "quarzo ricostituito" che designa un materiale immesso sul mercato negli anni '90 . Questo materiale è una resina sintetica caricata con il 70-90% di silice cristallina e coloranti , utilizzata in particolare come piano di lavoro o tavolo nelle cucine. A seguito di un'analisi che nel 2017 ha rivelato metalli pesanti ( cadmio , rame ad alte dosi (33,7 mg / kg e 71 mg / kg per due campioni analizzati) oltre a 13,57 mg di zinco per kg), composti organici volatili (COV), policiclici gli idrocarburi aromatici (IPA) e gli ftalati , l'innocuità di questo materiale per gli installatori, e anche per gli utenti, è stata recentemente messa in discussione in Francia; la corte d'appello di Versailles ordinata infebbraio 2018 una relazione a due esperti indipendenti in materia.
In natura , il quarzo si presenta raramente sotto forma di cristalli singoli di qualità sufficiente per l'industria, che utilizza le sue proprietà piezoelettriche (presenza di gemelli ). I cristalli possono anche contenere inclusioni , che sono liquide, gassose (quarzo aeroidro) o solide, ad esempio di anfibolo, orneblenda o rutilo.
Il quarzo è utilizzato in molti campi:
Le proprietà piezoelettriche del quarzo lo rendono un elemento essenziale degli orologi moderni (vedi frequenza naturale ); il quarzo è un eccellente risonatore, il suo fattore di qualità del vuoto spesso supera i 500.000 . Viene utilizzato in oscillatori ad alta stabilità (riferimenti temporali secondari) o in filtri di alta qualità, ad esempio in SSB ( banda laterale singola ).
Esistono diversi tagli al quarzo con proprietà differenti: il più comune è il taglio AT, che ha una buona stabilità della temperatura (i tagli AT sono generalmente specificati in modo che il punto di flesso della curva sia a 25 ° C ); il taglio LV consente frequenze di risonanza piuttosto basse (<1 MHz); il taglio SC ha il miglior fattore di qualità Q e quindi fornisce gli oscillatori più silenziosi.
I cristalli sono utilizzati sia in modo fondamentale (inferiore a circa 30 MHz ) o in modo armonico ( armonico : fino a circa 150 MHz )., Che dà loro un fattore di qualità superiore, ma pone un problema di partenza oscillatori.
Il quarzo può essere utilizzato, come la pietra focaia , per accendere un fuoco: la scintilla prodotta dalla percussione di una lama d'acciaio permette di accendere un materiale combustibile come l'esca.
Quarzo in ceramicaNella ceramica il quarzo funge da "spina dorsale" per le paste, garantendo una buona resistenza alla cottura. Molte paste ceramiche includono inclusioni di grani di quarzo; con alcune eccezioni si tratta di pasta cosiddetta “semifina”.
Partecipa anche alla produzione di porcellana (una ceramica non porosa, vetrificata e traslucida composta da una miscela di caolino al 50%, argilla , feldspato e quarzo).
Viene inoltre utilizzato nella composizione dello smalto , un intonaco vetrificato, costituito principalmente da feldspato e quarzo (nello smalto, la silice del quarzo è il componente che vetrifica).
Nella cottura della ceramica, il "punto di quarzo" è la temperatura di 573 ° C alla quale il quarzo α si trasforma in quarzo β (vedere la sezione " Proprietà fisiche " sopra ). Dal punto di vista della ceramica, questo è il punto in cui la silice cristallina si trasforma in silice vetrosa nello stesso momento in cui raggiunge il suo punto di massima espansione. Questa improvvisa modifica fisica ha l'effetto di indebolire la parte; effetto che si attenua aggiungendo alla pasta uno sgrassante , talco, sabbia o chamotte . Questo è anche il motivo per cui evitiamo di passare questa temperatura troppo velocemente quando cuociamo un biscotto .
Nella Cina meridionale, il quarzo frantumato può essere utilizzato al posto della sabbia per uniformare la superficie del suolo dei "forni del drago" ( longyao ). Questi forni, particolarmente adatti per pezzi che richiedono una cottura rapida (ad esempio Longquan celadons ), hanno la forma di tunnel costruiti sul fianco della montagna e possono raggiungere i 60 ma 100 m di lunghezza; i pezzi da cuocere vengono posti direttamente sulla sabbia o sul quarzo frantumato.
Le percentuali di quarzo nelle prime ceramiche CE sono spesso, ma non sempre, più o meno simili a quelle delle paste precotte. Certe ceramiche successive, cotte a temperature più elevate; e molte ceramiche contenenti un'elevata percentuale di calcare, sono meno ricche di quarzo perché si trasforma in gran parte durante la cottura. Pertanto la proporzione di quarzo nelle ceramiche antiche consente di stabilire un metodo di classificazione e caratterizzazione della ceramica. Ad esempio, la percentuale di quarzo nelle ceramiche regionali sigillea (la cui barbottina è molto sottile) raramente supera il 15%, mentre quella delle ceramiche fini con la barbottina bianca (più spessa della barbottina di sigillea) è spesso superiore al 30%. Questo punto si riflette nella scelta dell'argilla utilizzata per realizzare il corpo dei pezzi: nessuno dei laboratori che producevano ceramiche pregiate con un'alta percentuale di quarzo ha realizzato una sigillea.
Quarzo nelle credenze primitiveMircea Eliade sottolinea che il cristallo di rocca (quarzo ialino) svolge un ruolo importante nelle credenze e nelle pratiche magiche , o sciamanisti , di molti popoli primitivi ( aborigeni dell'Australia , negritos della penisola malese , amerindi ...) Generalmente considerati di origine celeste , il quarzo conferisce il loro potere a sciamani e uomini di medicina ; durante i riti di iniziazione , pezzi di quarzo possono essere introdotti nel corpo del novizio, ad esempio rendendolo un'acqua potabile contenente cristalli. Vari miti si riferiscono a luoghi soprannaturali rivestiti di cristalli o ad un trono di cristallo usato dall'Essere Supremo. Altre tradizioni evocano il potere magico del volo conferito dal cristallo di rocca. Il quarzo stesso viene talvolta definito "luce solidificata". Una traccia di queste credenze è stata mantenuta in alcuni racconti tradizionali europei, che evocano una "montagna di vetro" o di cristallo: si veda ad esempio il racconto russo intitolato La montagna di cristallo e alcuni racconti di Grimm .
Quarzo modificato - misticismoSi trova spesso nel commercio di pietre sotto la denominazione di "quarzo mistico". Queste pietre hanno una base di quarzo ialino naturale ma sono circondate, a caldo, da una sottile pellicola di ossido di titanio che conferisce loro un aspetto cangiante. Questo trattamento artificiale viene applicato anche ad altre pietre fini o preziose quando il loro colore è troppo diafano per esaltarne il colore e il loro valore di mercato. Si tratta quindi di un nome puramente commerciale, che non modifica assolutamente la natura della pietra e non le attribuisce alcun "potere".
Credenza nell'assorbimento di "onde dannose"Alcune persone usano pietre di quarzo (per lo più rosa o fumé) per proteggersi dalle "cattive onde elettromagnetiche " emesse da apparecchiature elettroniche. In realtà, se il quarzo stesso è leggermente opaco a certe onde che lo attraversano, non "risucchia" comunque la radiazione che lo circonda e quindi non costituisce schermatura elettromagnetica .
Quarzo mistico.
Reliquiario di quarzo Stupa Bhojpur , ho st secolo aC. AD .
Reliquaire quarzo oca a forma di Hamsa , Gandhara , ho st secolo.
Quartz Herkimer - Contea di Herkimer , New York (USA) (2 × 1,3 cm ).
Quarzo "Ghost" - Minas Gerais - Brasile (7,8 × 2,2 cm ).
Solido quarzo "soul" da L'Oisans France (10,2 × 4,7 cm ).
Quarzo rutilo - Minas Gerais - Brasile (6 × 6 cm ).
Inclusioni di rutilo in quarzo - Minas Gerais - Brasile (3,5 × 2,5 cm ).
Quarzo - Minas Gerais - Brasile (18 × 14 mm ).
Jasper .