Кварц - кристаллич. двуокись кремния SiO2, один из осн. минералов земной
коры. Природные кристаллы К. имеют размеры от песчинок до неск. десятков см,
но встречаются кристаллы размером 1 м и более. Про-мышленно производятся синтетич.
кристаллы К.
Осн. кристаллич. модификацией
SiO2, существующей при обычных темп-pax и давлениях, является -К.;
эту модификацию и наз. собственно К. Кристаллич. структура К. образована из
кремнекислородных тетраэдров SiO4: находящийся в центре их катион
Si окружён по тетраэдру четырьмя анионами О, а каждый ион
О, осуществляя сцепление тетраэдров, связан с двумя ионами кремния (рис. 1).
Заряд катионов Si - ок. +2е, анионов О - ок. -1е; связь между
Si и О носит ионноковалентный характер. Параметры элементарной ячейки
-К.:
а=0,4903 нм, с=0,5393 нм, точечная группа 32. Для
-К.
точечная группа 32 реализуется в атомной структуре в двух энантиоморфных (правой
и левой) пространственных группах. Поэтому в природе в равной мере встречаются
кристаллы правого и левого К. Тетраэдры SiO4 вдоль гл. оси с расположены
в структуре по винтовой линии, но закрутка винта соответственно правая или левая.
Кристаллы К.- удлинённо-
призматические или дипирами-дальные с гранями гексагональной призмы и двумя
ромбоэдрами. Кристаллы правого и левого К. различаются по расположению граней
трапецоэдра и тригональной дипирамиды (рис. 2). Часто К. сдвойни-кован (см.
Двойникование)и кажущиеся монокристаллы оказываются тесным срастанием
или прорастанием двух индивидов. Сростки левого К. с правым, в к-рых структура
одного является зеркальным изображением структуры другого в плоскости, нормальной
к оси 2-го порядка, наз. бразильскими двойниками (рис. 3, а). Двойники, сложенные
из одноимённых левых или правых индивидов, повёрнутых относительно друг друга
вокруг вертикальной оси на 180°, наз. д о ф и н е й-скими (рис. 3, б). Они возникают в результате внутр. перестройки кристаллич. структуры при
меха-нич. напряжениях, вызванных термич. сжатием или приложением внеш. сил.
Выше 573 °С -К.
переходит в др. кристаллич. модификацию -
-К.
Кристаллы
-К.
- гексагональные (точечная группа 62), структура их отличается от
-К. небольшим поворотом и более симметричным расположением тетраэдров SiO4.
Кроме-
и
-К. известны
и др. кристаллич. модификации SiO2 - в интервале 870-1470 °С
устойчив гексагональный тридимит, а выше 1470 °С - кубич. крис-таболит.
При высоких темп-pax Т и давлениях Р возникают ещё две модификации
- коэсит (при Р~2ГПа, Т~1000°С) и наиб. плотная - стишовит (Р~ ~10ГПа, Т~1500°С).
Рис. 1. Структура кварца.
Рис. 2. Правый (а) и левый
(б) кристаллы кварца. Рис.
3. Двойники кварца: бразильский (а) и дофинийский (б).
Чистый кристалл К. бесцветен;
ничтожные посторонние примеси вызывают разнообразную окраску К.; наиболее обычны
бесцветные, молочно-белые или серые К. Прозрачные или полупрозрачные красиво
окрашенные кристаллы наз. особо: бесцветные, прозрачные - горный хрусталь; фиолетовые
- аметист; дымчатые - раухтопаз; чёрные - марион; золотисто-жёлтые - цитрин;
добавка Со в синтетич. К. даёт красивую голубую окраску. Твёрдость К. по минералогич.
шкале 7; плотн. 2650 кг/м2. Плавится при температуре 1710 °С и застывает
при охлаждении в т. н. кварцевое стекло, в к-ром тетраэды Si04 сцеплены
беспорядочно. Плавленный кварц - хороший изолятор; сопротивление кубика с ребром
в 1 см при 18 °С равно 51018
Ом/см, коэф. линейного расширения 0,57
10-6
см/град.
К--оптически одноосный,
положительный (см. Кристаллооптика ).Показатели преломления для дневного
света с длиной волны =589,3
им: пе= 1,553; по=1,544. Неокрашенный К.
прозрачен для УФ- и частично ИК-лучей. При пропускании плоскополяризованного
луча по направлению оптич. оси левые и правые кристаллы К. вращают плоскость
поляризации в противоположные стороны. Значение угла вращения (на толщину пластинки
в 1 мм) меняется в зависимости от
и составляет для
=589
нм - 21,7°.
Оптич. свойства К. обусловили
широкое применение его в оптич. приборостроении - из него делают призмы для
спектрографов, монохроматоров, пластинки для вращения плоскости поляризации,
линзы для УФ-оптики и т. п.
Отсутствие плоскостей и
центра симметрии у кристаллов К. обусловливает наличие пьезоэлектрич. и пиро-электрич.
свойств (см. Пьезоэлектричество ).Значения диэлектрич. проницаемости
, пьезоэлектрич.
модуля dij и упругих коэф. Sij при комнатной
температуре следующие:
=4,58;
=4,70;
d11=-6,76-10-8; d14=2,56
10-8;
S11=1,279; Sl2=-0,159; S13=-0,110;
S14=-0,446; S33=0,956; S44=1,978.
Монокристаллы синтетич.
К. выращивают из водных щелочных растворов SiO2 при давлениях 40-200
МПа и температурах 360
°С. Кристаллы синтетич. К. обладают стабильными пьезоэлектрич. свойствами,
радиац. устойчивостью, высокой оптич. однородностью и др. ценными техн. свойствами.
Кристаллич. элементы из К. находят широчайшее применение в радиотехнике и электронике
- это пьезоэлектрич. стабилизаторы частоты (в т. ч. в кварцевых часах), фильтры,
резонаторы, пьезо-датчики, пьезопластинки в УЗ-установках и т. д. В техн. химии,
в технологии кристаллизации и др. широко используются тигли, сосуды и др. изделия
из плавленного К.
Б. К. Вайнштейн
|
![]() |