Вюрцит

Вюрцит — это минерал, сульфид цинка (ZnS), являющийся полиморфной (разновидностью по кристаллической структуре) модификацией сфалерита. В отличие от кубического сфалерита, вюрцит кристаллизуется в гексагональной сингонии. Назван в честь французского химика Шарля Адольфа Вюрца.

Физические и химические свойства

Вюрцит имеет химическую формулу ZnS, однако в его составе часто присутствуют примеси, которые замещают цинк в кристаллической решётке. Наиболее распространённые примеси — кадмий (Cd), железо (Fe), марганец (Mn), а также в меньших количествах индий (In), галлий (Ga), германий (Ge) и таллий (Tl). Содержание кадмия может достигать нескольких процентов, что иногда позволяет выделять кадмий как попутный компонент при переработке руд.

Кристаллическая структура вюрцита относится к гексагональной сингонии, пространственная группа P6₃mc. В структуре атомы серы образуют гексагональную плотнейшую упаковку, а атомы цинка занимают половину тетраэдрических пустот. Такое расположение атомов отличает вюрцит от сфалерита, где атомы серы упакованы по кубическому закону.

Основные физические свойства:

• Цвет: от тёмно-коричневого до чёрного, реже — красновато-бурый, оранжевый или бесцветный (редкие прозрачные разновидности).
• Черта: от светло-коричневой до жёлтой.
• Блеск: алмазный до жирного на изломе.
• Твёрдость по шкале Мооса: 3,5–4 (относительно мягкий минерал).
• Плотность: 3,98–4,09 г/см³ (немного выше, чем у сфалерита).
• Спайность: совершенная по призме {1120}.
• Излом: раковистый до неровного.
• Прозрачность: от непрозрачного до полупрозрачного (в тонких сколах).

Вюрцит является полупроводником. Его ширина запрещённой зоны составляет около 3,7 эВ при комнатной температуре. Минерал обладает пьезоэлектрическими свойствами, что связано с отсутствием центра симметрии в его кристаллической структуре.

История открытия и происхождение названия

Минерал был впервые описан в 1847 году немецким минералогом Густавом Розе. Он обнаружил образцы в месторождении Сент-Этьенн (Франция) и дал название в честь Шарля Адольфа Вюрца (1817–1884) — известного французского химика, одного из пионеров органической химии, автора реакции Вюрца. Вюрц также внёс вклад в изучение полиморфизма сульфидов цинка.

Морфология и агрегаты

Вюрцит встречается преимущественно в виде мелких кристаллов, реже — в виде плотных или зернистых агрегатов. Кристаллы имеют гексагональную форму: призматические, пирамидальные, таблитчатые. Характерны двойники по пирамиде {1122}. Размеры кристаллов обычно не превышают нескольких миллиметров, хотя описаны находки до 1–2 см.

В природе вюрцит часто образует тонкие волокнистые или игольчатые агрегаты, а также натёчные формы (почковидные, гроздевидные). В некоторых месторождениях встречается в виде колломорфных (гелеобразных) выделений.

Генезис и условия образования

Вюрцит образуется в гидротермальных условиях при относительно низких температурах (ниже 300 °C). Он является метастабильной модификацией сульфида цинка: при нагревании выше 1020 °C вюрцит необратимо переходит в сфалерит. Однако в природе вюрцит может сохраняться неопределённо долго при комнатной температуре благодаря кинетическим барьерам.

Основные условия образования:

• Низкотемпературные гидротермальные жилы — в ассоциации с сфалеритом, галенитом, пиритом, халькопиритом, кварцем, карбонатами.
• Зоны окисления сульфидных месторождений — как вторичный минерал, образующийся при выветривании сфалерита.
• Метаморфические породы — в скарнах и роговиках, где вюрцит может замещать сфалерит.
• Вулканические эксгаляции — в фумаролах и сольфатарах, где сульфиды цинка осаждаются из газов.

Месторождения

Вюрцит встречается значительно реже сфалерита. Крупные месторождения известны в следующих регионах:

• Россия: месторождения на Урале (Березовское, Дегтярское), в Забайкалье (Нерчинский район), на Камчатке (вулканические фумаролы).
• США: штат Оклахома (месторождение Питчер-Берч), Колорадо (месторождение Крипл-Крик), Невада.
• Мексика: штат Чиуауа (месторождение Санта-Эулалия).
• Боливия: месторождение Потоси.
• Чехия: месторождение Пршибрам.
• Румыния: месторождение Херья.
• Франция: историческое месторождение Сент-Этьенн (типовое).
• Италия: месторождение Монте-Понци (Сардиния).

Диагностика и отличия от сфалерита

В полевых условиях вюрцит трудно отличить от сфалерита без специального оборудования. Основные отличительные признаки:

Наиболее надёжный метод диагностики — рентгеноструктурный анализ (порошковая дифрактометрия). В шлифах под микроскопом вюрцит отличается от сфалерита по оптическим свойствам: он одноосный, положительный, тогда как сфалерит изотропен.

Практическое значение

Вюрцит не имеет самостоятельного промышленного значения как руда цинка из-за своей редкости. Однако он представляет интерес для:

• Минералогии и геологии — как индикатор условий образования рудных тел (низкотемпературные гидротермальные процессы).
• Физики твёрдого тела — как модельный объект для изучения полиморфизма и полупроводниковых свойств сульфидов.
• Электроники — синтетический вюрцит (в виде тонких плёнок или нанокристаллов) используется в оптоэлектронике, светодиодах, лазерах, фотодетекторах. Благодаря широкой запрещённой зоне и пьезоэлектрическим свойствам, вюрцит перспективен для создания пьезоэлектрических наногенераторов.

Интересные факты

• Вюрцит является одним из немногих природных минералов, обладающих пьезоэлектрическим эффектом.
• В 2010-х годах были синтезированы нанотрубки из вюрцита, обладающие уникальными механическими и электронными свойствами.
• В метеоритах вюрцит встречается крайне редко, но был обнаружен в некоторых углистых хондритах.
• Вюрцит и сфалерит — пример полиморфизма, когда одно и то же химическое вещество (ZnS) образует разные кристаллические структуры в зависимости от условий кристаллизации.

Источники

• Минералы: справочник. Том 1. Сульфиды. — М.: Наука, 1960.
• Deer W. A., Howie R. A., Zussman J. An Introduction to the Rock-Forming Minerals. — 2nd ed. — Longman, 1992.
• Anthony J. W. et al. Handbook of Mineralogy. Vol. 1. — Mineral Data Publishing, 1990.
• Бетехтин А. Г. Курс минералогии. — М.: КДУ, 2007.
• Рентгенографические данные минералов: справочник. — Л.: Недра, 1987.