Что такое кварц: свойства и применение

Кварц – это общее название широкой группы минералов, по своему присутствию в природе эти минералы занимают около 1/8 части земной коры. Объединяющей основой для всех этих пород служит оксид кремния. В зависимости от температуры и давления, под действием которых образовались минералы, а также от количества содержащихся в них примесей - природа создала большое разнообразие видов кварцевых пород. Поэтому нет однозначного ответа на вопрос: “Что это за камень кварц?” К группе кварцевых минералов относятся и славящийся своей твердостью кремень, и кварцевый песок, и полудрагоценные, поделочные камни – например, аметист, агат, тигровый или кошачий глаз, оникс, цитрин, авантюрин, гелиотроп и многие-многие другие.

Свойства кварца

Чтобы составить наиболее точное представление о том, что такое кварц, в первую очередь следует рассматривать его физические свойства. Чистый кварц имеет кристаллическую структуру и является абсолютно прозрачным. В природе эта форма встречается в виде горного хрусталя. А вот мельчайшие трещины и дефекты кристаллической структуры уже нарушают прозрачность и часто придают природным “друзьям” горного хрусталя беловатый цвет.

Физические свойства кварца вносят вклад в его неоспоримо важное значение для мировой экономики. Он обладает следующими свойствами:

Для более объемного понимания того - что это такое кварц - следует упомянуть, что этот минерал обладает полиморфизмом, т. е. он меняет структуру своей кристаллической решетки в зависимости от температурных условий при его образовании в природе. Существуют низкотемпературная полиморфная модификация (α-кварц) и высокотемпературная (β-кварц), которые имеют несколько самостоятельных разновидностей, образующихся при разных условиях:

тридимит;
кристобалит;
коэсит;
стишовит.

Каждый из этих минералов синтезируется при определенном сочетании температуры и давления.

Разновидности кварца

Кварц в природе сравнительно редко встречается в чистом виде (горный хрусталь), чаще он содержит примеси различных веществ и включения других минералов. Каждая кварцевая порода имеет характерный внешний вид, физические свойства и название. Все эти минералы являются кварцем, но что это такое конкретно, зависит от вида примеси.

Некоторые примеси влияют только на цвет минерала, не препятствуя прохождению света через кристаллы кварца. Например: фиолетовый аметист, лимонно-желтый цитрин, двухцветный аметрин - все они ценятся в ювелирном деле благодаря своей чистоте и прозрачности. Другие примеси не только придают камню оттенок, но и могут делать его уже полупрозрачным, как, например, розовый агат или халцедон. Включения микрокристаллов слюды и других минералов совсем лишают кварц прозрачности, при этом они создают красивый переливчатый рисунок - как у авантюрина, кошачьего и тигрового глаза, агата, оникса, гелиотропа.

Добыча и производство кварца

Являясь одной из самых распространенных горных пород, кварц встречается практически повсеместно, поэтому его добыча не представляет особых сложностей. Обычно он встречается в природе:

в виде массивов и прослоек среди скальных магматических и метаморфических пород – гранита, доломита, базальта;
в осадочных горных породах – известняках, песчаниках;
на побережьях в виде больших залежей кварцевого песка и гальки.

Добывают этот минерал открытым способом — в карьерах. Во второй половине ХХ века было налажено массовое промышленное производство искусственного кварца путем выращивания кристаллов гидротермальным способом.

Искусственный кварц – что это такое? Это искусственно созданный материал, по составу, химическим и физическим свойствам идентичный природному. Он имеет идеальную кристаллическую решетку и однородный состав, что делает такой материал лучшим выбором для радиоэлектронной промышленности, а также позволяет синтезировать самоцветы для ювелирных производств. Такие камни имеют более равномерный и редко встречающийся в природе окрас.

Не следует путать искусственный кварц с кварцевым агломератом, который также называют искусственным камнем и используют для изготовления столешниц и подоконников. Искусственный кварц – это кристаллы, выращенные в специально созданных условиях, аналогичных природным. А искусственный камень, он же кварцевый агломерат - изготавливают из измельченного натурального кварца с добавлением небольшого количества синтетических смол - получая из этой смеси путем нагрева и вибропрессования - прочные монолитные плиты.

Роль кварца в развитии человечества

Кварц использовался людьми на всех этапах исторического развития общества:

Начиная с каменного века найденные кристаллы кварца древние люди использовали для обработки режущих инструментов, скребков для выделки кож, наконечников копий и стрел.
В бронзовом веке люди научились изготавливать стекло из кварцевого песка и соды, а уже с XV века до н. э. в Египте массово производилась стеклянная посуда. Тогда же начали изготавливать украшения из кварца.
С IX века до н. э. появилась технология изготовления бесцветного стекла. С I века до н. э. римляне начали стеклить окна. Считается, что впервые было застеклено окно в помещении греческой бани в Помпеях.
В раннем Средневековье повсеместно устанавливали окна и цветные витражи в соборах, в XIII столетии были изобретены очки.

Дальнейшее развитие науки, техники, искусства открывало все больше сфер для применения кварца, сейчас он является неотъемлемой частью научно-технического прогресса и повседневной жизни человека.

Применение кварца

Промышленное значение кварца очень велико, из него изготавливают:

Высокопрочное и жаростойкое кварцевое стекло, а также изделия из него, включая стекла наручных часов и лабораторную посуду.
Высококачественные линзы оптических приборов.
Стеклокерамику, огнеупорные материалы.
Генераторы ультразвука, резонаторы, фильтры, пьезодатчики и пьезоэлектрические преобразователи для электронных устройств.
Столешницы и подоконники из кварцевого агломерата.
Вставки ювелирных украшений, бусы, браслеты, камнерезные изделия и многое другое.

При этом искусственный материал применяется с такой же эффективностью, как и природный.

Как отличить натуральный кварц от искусственного

Искусственно выращенные кристаллы кварца отличаются от природных отсутствием природных дефектов, однородностью цвета за счет равномерного распределения примесей, а также окраской полудрагоценных камней - редко встречающейся или же не существующей в природе. Все остальные характеристики полностью совпадают с показателями натуральных аналогов. Это тот редкий случай, когда искусственный материал по своим свойствам совершенно не уступает натуральному.

Если говорить не о кварцевых камнях, а об имитациях кварцевых пород, изготовленных из обычного стекла, то их отличительными признаками будут: низкая твердость (имитированный камень можно поцарапать металлическим предметом), меньший удельный вес (изделие того же размера меньше весит). Имитированные камни ощущаются как более теплые на ощупь.

Интересные факты

В переводе с немецкого quarts означает «твердый».
Темно-синий цвет – прямое указание на искусственное происхождение халцедона, поскольку в природе встречаются только голубые камни.
Ученые обнаружили, что кварцевые породы входят в состав некоторых астероидов.
В гробнице Тутанхамона археологи нашли солнечные очки из черного кварца – мориона.
Для Петра I был изготовлен самовар из горного хрусталя, который при жизни царя использовался по предназначению. Сейчас он хранится в Оружейной палате московского Кремля.