Кварц

(нем. Quarz)

минерал; под названием К. известны две кристаллической модификации двуокиси кремния SiO₂: гексагональный К. (или α-К.), устойчивый при давлении в 1 атм (или 100 кн/м²) в интервале температур 870—573 °С, и тригональный (β-К.), устойчивый при температуре ниже 573 °С (см. Кремнезёма минералы). β-К. наиболее широко встречается в природе. Он кристаллизуется в классе тригонального трапецоэдра тригональной системы. Кристаллическая структура каркасного типа построена из кремне-кислородных тетраэдров (рис. 1), 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 (рис. 2), различающиеся внешне по симметрии расположения некоторых граней (например, трапецоэдра и др.). Отсутствие плоскостей и центра симметрии у кристаллов К. обусловливает наличие пьезоэлектрических и пироэлектрических свойств (см. Пьезоэлектричество).

Наиболее часто кристаллы К. имеют удлиненно-призматический облик с преимущественным развитием граней гексагональной призмы и двух ромбоэдров (головка кристалла). Реже кристаллы принимают облик псевдогексагональной дипирамиды. Внешне правильные кристаллы К. 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 α — β переходах, сопровождаемых сжатием, а также при механических деформациях (см. Двойникование). Цвет кристаллов, зёрен, агрегатов К. самый разнообразный: наиболее обычны бесцветные, молочно-белые или серые К. Прозрачные или полупрозрачные красивоокрашенные кристаллы, называются особо: бесцветные, прозрачные — горный хрусталь; фиолетовые — аметист; дымчатые — раухтопаз; чёрные —морион; золотисто-жёлтые — цитрин. Различные окраски обычно обусловлены структурными дефектами при замене Si⁴⁺ на Fe³⁺ или Al³⁺ с одновременным вхождением в решётку Na¹⁺, Li¹⁺ или (ОН)^1-. Встречаются также сложно окрашенные К. за счёт микровключений посторонних минералов: зелёный празем — включения микрокристалликов актинолита или хлорита; золотистый мерцающий авантюрин— включения слюды или гематита, и др. Скрытокристаллические разновидности К.— агат и халцедон — состоят из тончайших волокнистых образований. К. оптически одноосный, положительный (см. Кристаллооптика). Показатели преломления (для дневного света λ = 589,3): n_e = 1,553; n_o = = 1,544. Прозрачен для ультрафиолетовых и частично инфракрасных лучей. При пропускании светового плоскополяризованного луча по направлению оптической оси левые кристаллы К. вращают плоскость поляризации влево, а правые — вправо. В видимой части спектра значение угла вращения (на толщину пластинки К. в 1 мм) меняется от 32,7 (для λ 486 нм) до 13,9° (728 нм). Значение диэлектрической проницаемости (ε_ij), пьезоэлектрического модуля (d_jj) и упругих коэффицентов (S_ij) следующие (при комнатной температуре): ε₁₁ = 4,58; ε₃₃ = 4,70; d₁₁= —6,76․10^-8; d₁₄ = 2,56․10^-8; S₁₁= 1,279; S₁₂ = — 0,159; S₁₃ = —0,110; S₁₄ = —0,446; S₃₃ = 0,956; S₄₄ = 1,978. Коэффиценты линейного расширения составляют: перпендикулярно оси 3-го порядка 13,4․10^-6 и параллельно оси 8․10^-6. Теплота превращения β — α К. равна 2,5 ккал/моль (10,45 кдж/моль). Твёрдость по минералогической шкале 7; плотность 2650 кг/м³. Плавится при температуре 1710 °С и застывает при охлаждении в т. н. кварцевое стекло. Плавленный К.— хороший изолятор; сопротивление кубика с ребром в 1 см при 18 °С равно 5․10¹⁸ ом/см, коэффицент линейного расширения 0,57․10^-6 см/ °С. Разработана экономически выгодная технология выращивания монокристаллов синтетический К., который получают из водных растворов SiO₂ при повышенных давлениях и температурах (гидротермальный синтез). Кристаллы синтетического К. обладают стабильными пьезоэлектрическими свойствами, радиационной устойчивостью, высокой оптической однородностью и др. ценными техническими свойствами.

Природный К.— очень широко распространённый минерал, является существенной составной частью многих горных пород, а также месторождений полезных ископаемых самого разнообразного генезиса. Наиболее важные для промышленности кварцевые материалы— кварцевые пески, кварциты и кристаллический монокристальный К. Последний встречается редко и очень высоко ценится. В СССР главнейшие месторождения кристаллов К.— на Урале, в УССР (Волынь), на Памире, в бассейне р. Алдан; за рубежом — месторождения в Бразилии и Малагасийской Республике. Кварцевые пески — важное сырьё для керамической и стекольной промышленности. Монокристаллы К. находят применение в радиотехнике (пьезоэлектрические стабилизаторы частоты, фильтры, резонаторы, пьезопластинки в ультразвуковых установках и т.д.); в оптическом приборостроении (призмы для спектрографов, монохроматоров, линзы для ультрафиолетовой оптики и т.д.). Плавленый К. применяют для изготовления специальной химической посуды. К. также используется для получения химически чистого кремния. Прозрачные, красивоокрашенные разновидности К. являются полудрагоценными камнями и широко применяются в ювелирном деле.

Лит.: Шубников А. В., Кварц и его применение, М.— Л., 1940; Лазько Е. М., О генезисе хрусталеносных образований и промышленных типах месторождений пьезокварца, М., 1958 (Тр. Всесоюзного н.-и. ин-та минерального сырья, т. 2, в. 1).

В. П. Бутузов.

Рис. 1. Структура кварца.

Рис. 2. Левый и правый кварц.