Кварц

Кварц — это породообразующий минерал из класса оксидов, одна из кристаллических модификаций диоксида кремния (SiO₂). Является одним из самых распространённых минералов в земной коре, входя в состав многих магматических, метаморфических и осадочных горных пород. Кварц обладает высокой твёрдостью, химической стойкостью и пьезоэлектрическими свойствами, что обуславливает его широкое применение в науке, технике и ювелирном деле.

История

Кварц известен человеку с глубокой древности. Название минерала, вероятно, происходит от немецкого слова «Quarz» (средневерхненемецкое «twarc»), что означает «твёрдый». В русский язык термин вошёл через немецкое горное дело. Первые письменные упоминания о кварце встречаются у античных авторов — Плиния Старшего, который описывал горный хрусталь (прозрачный кварц) как «лёд, превращённый в камень».

В древности и средневековье кварц использовался для изготовления украшений, печатей, сосудов и линз. В Китае и Японии из горного хрусталя вытачивали шары и скипетры. В Европе в эпоху Возрождения кварц применялся в оптике для изготовления линз. В XIX веке с развитием минералогии и кристаллографии были изучены его физические свойства и разновидности. В XX веке открытие пьезоэлектрического эффекта в кварце привело к его массовому использованию в радиоэлектронике и часовой промышленности.

Физические и химические свойства

Кварц представляет собой кристаллическую модификацию диоксида кремния. Его химическая формула — SiO₂. В чистом виде кварц бесцветен и прозрачен, но примеси (железо, титан, марганец, алюминий) придают ему разнообразную окраску.

Основные характеристики

• Твёрдость по шкале Мооса: 7 (один из самых твёрдых распространённых минералов).
• Плотность: 2,65 г/см³.
• Спайность: отсутствует (излом раковистый).
• Излом: раковистый до неровного.
• Блеск: стеклянный, в изломе жирный.
• Прозрачность: от прозрачного до непрозрачного.
• Сингония: тригональная (кристаллы имеют форму шестигранной призмы, увенчанной пирамидой).
• Пьезоэлектрический эффект: способность генерировать электрический заряд при механическом воздействии (сжатии, растяжении).
• Химическая стойкость: не растворяется в большинстве кислот (кроме плавиковой), устойчив к выветриванию.

Разновидности кварца

Кварц имеет множество разновидностей, различающихся цветом, прозрачностью и структурой. Основные из них:

Происхождение и месторождения

Кварц образуется в самых разных геологических условиях. Основные генетические типы месторождений:

• Магматические: кристаллизуется из магмы в гранитах, пегматитах, кварцевых порфирах. В пегматитах встречаются крупные кристаллы горного хрусталя.
• Гидротермальные: образуется из горячих водных растворов в трещинах и пустотах. Это главный источник ювелирного и пьезоэлектрического кварца.
• Метаморфические: возникает при перекристаллизации кварцсодержащих пород (кварциты, гнейсы).
• Осадочные: образуется в результате химического выветривания и накопления обломков (пески, песчаники, кремни).

Крупнейшие месторождения

Кварц добывается во многих странах мира. Крупные месторождения горного хрусталя и пьезокварца известны в Бразилии, на Мадагаскаре, в России (Урал, Якутия, Карелия), на Украине (Волынь), в Казахстане, Китае, США (Арканзас). Ювелирные разновидности (аметист, цитрин, агат) добываются в Бразилии, Уругвае, Индии, России (Урал, Кольский полуостров), Намибии.

Применение

Благодаря уникальному сочетанию свойств, кварц используется в различных отраслях промышленности и ювелирном деле.

В промышленности и технике

• Пьезотехника: кварцевые пластины используются в генераторах стабильной частоты (кварцевые резонаторы) для часов, радиоприёмников, компьютеров, сотовых телефонов. Пьезоэлектрический эффект применяется в ультразвуковых излучателях, датчиках давления, микровесах.
• Оптика: горный хрусталь используется для изготовления линз, призм, окон для спектрометров и лазеров, так как он прозрачен в широком диапазоне длин волн (включая ультрафиолет).
• Стекольная промышленность: кварцевый песок является основным сырьём для производства стекла (оконного, лабораторного, оптического, кварцевого стекла).
• Керамическая промышленность: кварц входит в состав шихты для производства фарфора, фаянса, огнеупоров.
• Металлургия: кварциты используются в качестве флюса при выплавке металлов.
• Абразивы: кварцевый песок применяется для пескоструйной обработки, шлифовки и полировки.
• Строительство: кварцевый песок — компонент бетонов, строительных смесей, а также используется для производства силикатного кирпича.

В ювелирном деле и декоративно-прикладном искусстве

Прозрачные и окрашенные разновидности кварца (аметист, цитрин, горный хрусталь, раухтопаз, морион) используются как драгоценные и полудрагоценные камни. Из них изготавливают вставки в кольца, серьги, кулоны, бусы. Непрозрачные разновидности (агат, яшма, оникс, розовый кварц) применяются для изготовления кабошонов, резных изделий (камеи, геммы, шкатулки, пепельницы), а также для облицовки интерьеров.

В других областях

• Медицина: кварцевое стекло используется для изготовления лабораторной посуды, оптических приборов, а также в кварцевых лампах для дезинфекции помещений.
• Эзотерика и литотерапия: кварцу приписываются различные магические и целебные свойства (способность накапливать энергию, очищать ауру, лечить заболевания). Научного подтверждения эти свойства не имеют.

Интересные факты

• Кварц является одним из самых распространённых минералов на Земле. Его содержание в земной коре составляет около 12% по объёму.
• Кварц обладает свойством триболюминесценции — при трении или ударе о кристаллы кварца можно наблюдать слабое свечение (искры).
• Самый большой кристалл кварца (горного хрусталя) был найден в Бразилии и имел длину около 6 метров и вес более 40 тонн.
• В древности горный хрусталь считали окаменевшим льдом. Плиний Старший писал, что «хрусталь образуется из льда, который замерзает в течение многих лет».
• Кварцевые часы, использующие пьезоэлектрический эффект, являются одними из самых точных в мире (погрешность составляет несколько секунд в месяц).
• В СССР в 1930-1950-х годах велась активная разведка и добыча пьезокварца для нужд оборонной промышленности. Месторождения на Урале и в Карелии имели стратегическое значение.

Источники

• Минералогическая энциклопедия / Под ред. К. Фрея. — Л.: Недра, 1985.
• Бетехтин А. Г. Курс минералогии. — М.: КДУ, 2007.
• Шуман В. Мир камня. Драгоценные и поделочные камни. — М.: Мир, 1986.
• Геологический словарь. — М.: Недра, 1978.
• Данные Российского геологического общества (Росгео).