Kvarts: Fysiska & Optiska Egenskaper
Linas JuozenasDela
Fysiska och optiska egenskaper
Kvarts: Det optiska ramverket av kiseldioxid
Kvarts är kristallin kiseldioxid, SiO2. Den är hård, utbredd, trigonal vid rumstemperatur, optiskt aktiv, piezoelektrisk och visuellt anpassningsbar nog att uppträda som bergkristall, ametist, citrin, rökig kvarts, rosenkvarts, mjölkig kvarts, prasiolit, ametrin och inkluderade varianter.
Översikt: Ett hållbart ramverksmineral
Kvarts är en tekto-silikat byggd av ett kontinuerligt ramverk av kisel-syre-tetraedrar. Vid normala ytförhållanden förekommer den som alfa-kvarts, ett trigonalt, kiralt mineral vars vänster- och högerhänta strukturer förklarar några av dess mest utmärkande optiska egenskaper.
I handprov kan kvarts se enkel ut: klar, vit, lila, rökig, gul, rosa, grön, bandad eller inkluderad. Under detta visuella spektrum finns en stabil uppsättning fysiska konstanter: Mohs hårdhet nära 7, specifik vikt nära 2,65, ingen verklig klyvning, konkoidal brott, glasglans och brytningsindex runt 1,54.
Kvarts är också ett av de sällsynta mineralen vars betydelse spänner över geologi, gemmologi, optik och teknik. Dess hårdhet gjorde det användbart som verktygssten i mikrokristallina former; dess klarhet gjorde det till ett material för snideri och optik; dess piezoelektriska egenskaper gjorde det centralt för frekvenskontroll och tidmätning.
Kristallin kiseldioxid
Kvarts är SiO2, en ramkiselat. Färgvarianter skiljer sig åt genom spårämnen, defekter, inklusioner eller behandlingshistoria snarare än grundläggande mineralart.
Hård men spröd
Mohs hårdhet 7 ger kvarts god reptålighet, men skarpa spetsar, tunna kanter och kristallförbindelser kan ändå flisa sig vid stötar.
Klar, måttlig, strukturerad
Kvarts har måttliga brytningsindex, låg spridning, måttlig dubbelbrytning och optisk aktivitet orsakad av dess kirala struktur.
Fysiska och optiska egenskaper
Värdena nedan beskriver makrokristallin kvarts. Mikrokristallin kvarts såsom kalcedon, agat, jaspis, flinta och flintkalk har samma kiseldioxidbas men kan uppvisa olika textur, genomskinlighet, porositet och brottmönster på grund av sin extremt fina struktur.
| Egenskap | Kvarts | Tolkning |
|---|---|---|
| Kemisk sammansättning | SiO2, kiseloxid | En ramverkssilikat vars kisel-syrestruktur är ansvarig för mycket av dess hållbarhet och kemiska motståndskraft. |
| Kristallsystem | Trigonalt vid normala förhållanden | Alfa-kvarts tillhör den hexagonala kristallfamiljen men är trigonalt och kiralt, med vänster- och högerhänta former. |
| Högtemperaturinversion | Alfa-kvarts inverterar till beta-kvarts nära 573 °C vid normalt tryck | Denna inversion är viktig inom geologi och keramik; det är inte en normal hanteringsfråga för färdiga prover. |
| Vanligt färgområde | Färglös, vit, lila, gul, brun, rökgrå, rosa, grön, tvåfärgad eller inkluderad | Färg kommer från defekter, färgcentra, spårelement, inklusioner, bestrålning, upphettning eller annan behandlingshistoria. |
| Streck | Vit | Streck är inte användbart för att skilja kvartsvarianter, men det är konsekvent med kvartsens ljusa pulver. |
| Glans | Glasartad | Färska ytor och god polering visar en glasaktig glans; granulära massor kan se vaxartade eller feta ut. |
| Transparens | Transparent till genomskinlig; massiv material kan vara ogenomskinligt | Bergkristall kan vara vattenklar, medan mjölkig kvarts, rosenkvarts och inkluderade stenar kan sprida eller avbryta ljus. |
| Hårdhet | Mohs 7 | Kvarts repar vanligt glas och är lämplig för många smycken och displayändamål, men den är fortfarande spröd. |
| Klyvning och brott | Ingen riktig klyvning; konkoidal till ojämn brott | Kvarts bryts i skalformade kurvor snarare än att spricka rent längs plana klyvningsplan. |
| Specifik vikt | Cirka 2,65 | Kvarts känns lättare än topas, många sulfider, barit och många oxidmineraler av liknande storlek. |
| Optisk karaktär | Uniaxial positiv | Den optiska axeln är relaterad till kristallens c-axel, en nyckelegenskap vid gemmologisk och petrografisk identifiering. |
| Brytningsindex | nω cirka 1,544–1,546; nε cirka 1,553–1,555 | Dessa måttliga värden ger kvarts ett rent utseende snarare än stark diamantlik briljans eller eldspel. |
| Dubbelbrytning | Cirka 0,009 | Kvarts kan visa svag fördubbling genom polerade bitar och interferensfärger av första ordningen i tunna snitt. |
| Pleokroism | Ingen till svag | Ametist kan visa subtil violett till rödviolett dikroism; de flesta kvartsvarianter visar lite pleokroism. |
| Fluorescens | Variabel, vanligtvis från ingen till svag | Fluorescens beror på spåraktiverare eller inklusioner och är normalt inte diagnostisk för kvarts. |
| Speciellt beteende | Piezoelektrisk, pyroelectrisk, optiskt aktiv; ibland triboluminescent | Kvarts kan producera elektrisk laddning under stress och kan rotera polariserat ljus på grund av sin kirala struktur. |
| Kemiskt motstånd | Olöslig i vatten; motståndskraftig mot många vanliga syror | Fluorvätesyra angriper kiseldioxid och bör aldrig användas för vanlig rengöring eller hantering. |
Optiskt beteende: Klarhet, kiralitet och subtil fördubbling
Kvarts ser visuellt ren ut eftersom dess brytningsindex är måttliga och dess spridning är låg. Den bryter inte vitt ljus i starkt spektralt eldspel; istället överför, böjer och fördubblar den ljuset tyst.
Dess trigonal alfa-kvartsstruktur är kiral. Enskilda kristaller kan vara vänster- eller högerhänta, och denna handighet ger optisk aktivitet: planet för polariserat ljus roterar när det passerar genom kristallen. Detta är en anledning till att kvarts länge varit användbar i optisk forskning.
Dubbelspridning i kvarts är måttlig men verklig. I en klar polerad bit kan en rad text som ses genom stenen visa svag dubblering om betraktningsriktningen och tjockleken är gynnsam. Under korsade polariserare visar tunna sektioner ofta låga interferensfärger av första ordningen. Deformerad kvarts i metamorfa bergarter kan visa vågformig extinction, där extinction sveper ojämnt över ett korn när mikroskopets scen roterar.
Hur man läser kvarts i ljus
- Neutralt genomsläppligt ljus avslöjar kroppsfärg, moln, slöjor, zonering och inklusioner utan att överdriva värme.
- Bakgrundsbelysning hjälper till att avslöja spöken, rökkant, tillväxtzonering, vätskeinklusioner och interna sprickor.
- Polariserat ljus kan visa optisk aktivitet, tvillingeffekter, spänning och vågformig extinction i tunna eller preparerade prover.
- Snedljus visar yttillstånd: repor, gropar, flisor, poleringskvalitet, etsade ytor och reparationer.
Färg och orsaker
Kvartsens färg är en registrering av gitterdefekter, spårelement, inklusioner, bestrålningshistoria och ibland behandling. De flesta namngivna färgvarianter förblir kvarts; varietetsnamnet beskriver utseende och orsak snarare än en annan mineralart.
| Varietet | Utseende | Huvudsaklig orsak eller sammanhang | Anteckningar |
|---|---|---|---|
| Bergkristall | Färglös, transparent kvarts | Lågt innehåll av föroreningar och begränsade spridande inklusioner | Bäst för att observera prismageometri, interna sprickor, bubblor och optisk klarhet. |
| Mjölkkvarts | Vit, grumlig, genomskinlig till ogenomskinlig | Rikligt med mycket små vätske- eller fasta inklusioner som sprider ljus | Vanlig i ådror och massiva fyndigheter; vitheten är vanligtvis spridning, inte pigment. |
| Ametist | Ljus violett till djup lila | Järnrelaterade färgcentra aktiverade av naturlig bestrålning | Kan visa färgzonering och subtil dikroism; värme kan förändra viss ametist till gul, orange, brun eller grönaktig färg. |
| Rökkvarts | Champagne, gråbrun, cognac, mörkbrun, nästan svart morion | Aluminiumrelaterade färgcentra framställda genom bestrålning | Värme kan ljusa upp eller bleka rökkvartsfärgen; konstgjord bestrålning kan också framkalla eller fördjupa rökkvartsfärger. |
| Citrin | Gul till orange kvarts | Naturliga färgcentra eller värmebehandlad ametist eller rökkvarts | Naturlig citrin är relativt ovanlig; mycket kommersiellt citrinliknande material är värmebehandlat. |
| Rosenkvarts | Mjuk rosa, vanligtvis genomskinlig och massiv | Mikroskopiska fiberrika inklusioner och färgcentrumeffekter, beroende på material | Vissa rosenkvarts visar stjärneffekt när de slipas korrekt; sällsynt kristallin rosenkvarts är en distinkt förekomstform. |
| Prasiolit | Grön kvarts | Sällsynt naturligt; ofta framställd genom värmebehandling eller bestrålning plus uppvärmning av lämpligt material | Korrekt beskrivning bör skilja naturlig förekomst från behandlingbaserad grön kvarts när det är känt. |
| Ametrin | Lila och gula zoner i en kristall | Olika oxidation och termiska historier över zoner | Mest känd i samband med bolivianskt material; zonering och färgkontrast är centrala för dess visuella kvalitet. |
| Innesluten kvarts | Klar eller genomskinlig kvarts som innehåller synliga gästmineral, fantomer, vätskor eller filmer | Kvarts växer över eller fångar in rutil, turmalin, klorit, hematit, lera, vätskeinneslutningar eller annat material | Inneslutningar kan skapa sceniska interiörer, kattögon, stjärnor, regnbågar eller fantomkonturer. |
Kristallvana, tvillingbildning och texturer
Kvarts bildas vanligtvis som sexsidiga prismor med romboedriska avslut, men dess tillväxtmiljöer ger ett brett spektrum av vanor: dubbelavslutningar, scepter, elestiala former, gwindlar, Japan-lag tvillingar, fantomer, druse och massiv ådringsmaterial.
Klassisk kvartsform
Välformade kristaller visar hexagonala prismor, romboedriska avslut och frekventa horisontella strimmor på prismans ytor.
Tillväxt i öppet utrymme
Kristaller som växer fritt utan fast fäste kan avslutas i båda ändar. ”Herkimer-diamant” är ett handelsnamn för exceptionellt klar dubbelavslutad kvarts från Herkimer County, New York, och liknande stilar från andra platser.
Symmetri med konsekvenser
Dauphiné-, Brasilien- och Japan-lag tvillingar kan påverka optiskt beteende, tillväxtmarkeringar och kristallform. Vissa tvillingar är subtila; andra skapar dramatisk geometri.
Tillväxt i steg
Scepter bildas när senare kvarts växer över en tidigare kristall. Fantomer bevarar äldre kristallytor inuti senare tillväxt som spöklika inre konturer.
Vridna alpina former
Gwindlar är vridna, tabulära kvartsformer kopplade till alpin-typ sprickor. De värderas för både geometri och bevis på ovanliga tillväxtförhållanden.
Från glans till struktur
Drusy kvarts bildar mattor av små kristaller på hålväggar. Massiv kvarts saknar individuella synliga avslut men kan bilda hållbara ådror, block och lapidärt material.
Identifiering och förväxlingar
Kvarts kan ofta identifieras genom kombinerade bevis av hårdhet, avsaknad av klyvning, kristallvana, brytningsindex, specifik vikt och brott. Färg ensam räcker inte, särskilt inte för gul, brun, färglös eller behandlad material.
| Fråga | Kvarts | Vanligt förväxlingsproblem |
|---|---|---|
| Är det topas? | Kvarts har Mohs hårdhet 7, SG cirka 2,65, ingen verklig klyvning och RI runt 1,544–1,553. | Topas är hårdare, tätare, ortorombisk och har perfekt basal klyvning. Termer som ”rökig topas” är missvisande när materialet är kvarts. |
| Är det glas? | Kvarts är hårdare än de flesta glas och kan visa naturliga tillväxtdrag, mineralinklusioner, läkta sprickor och konchoidala brott. | Glas kan innehålla runda bubblor, flödeslinjer, formade ytor eller lägre hårdhet; det saknar kvarts kristallstruktur. |
| Är det fluorit? | Kvarts är hårdare och saknar klyvning. | Fluorit är mjukare, har perfekt oktahedral klyvning och visar ofta starkare fluorescens. |
| Är det kalcit? | Kvarts är hårt, bubblar inte i kall utspädd syra och saknar rhombohedral klyvning. | Kalcit är mycket mjukare, har stark rhombohedral klyvning och bubblar vid kontakt med syra. |
| Är färgen naturlig? | Vissa kvartsfärger är naturliga; andra kan vara värmebehandlade, bestrålade, färgade, belagda eller syntetiska. | Behandlingshistorik kan inte alltid fastställas enbart genom utseende. Värmebehandlad citrinliknande kvarts, bestrålad rökkvarts, färgad agat och aura-belagda kvartsar bör beskrivas noggrant när det är känt. |
Pålitlig identifiering är kumulativ: hårdhet, sprickbildning, kristallform, densitet, brytningsindex, inklusioner, zonering och behandlingsinformation tillsammans ger en starkare slutsats än någon enskild synlig egenskap.
Att betrakta och fotografera kvarts
Kvarts ändrar karaktär under olika ljus. Klart material gynnas av bakgrundsljus; ametist och citrin behöver neutralt ljus för korrekt färg; rökkvarts drar nytta av kantljus; inklämd kvarts kan behöva sidoljus för att göra interna strukturer läsbara.
| Belysningsmetod | Avslöjar | Bäst för |
|---|---|---|
| Neutralt dagsljus eller balanserad LED | Exakt kroppsfärg, mättnad och ytspegling. | Ametist, citrin, rökkvarts, rosenkvarts och allmän färgbedömning. |
| Bakgrundsljus | Klarhet, spöken, inre sprickor, bubblor, rökzonering, klara kärnor och inklämda strukturer. | Bergkristall, rökkvarts, inklämd kvarts och mörka prover. |
| Snedljus | Polermärken, repor, etsning, flisor, gropar, ytreparationer och naturliga kontaktområden. | Skickkontroll och noggrann dokumentation. |
| Enkelpunktljus | Kattögon, stjärnor, rörliga band, ytspeglingar och fasettgeometri. | Stjärnrosenkvarts, rutilkvarts-kabochoner och polerad inklämd kvarts. |
| Polariserat ljus | Spänning, tvillingbildning, optisk aktivitet, interferensfärger och vågformig släckning. | Gemmologisk testning, undervisning och tunnskärmsarbete. |
Vård, visning och hantering
Kvarts är tåligt, men ömtåliga former kräver varsam hantering. Spetsar, druser, tunna geodkanter, inklämda stenar, belagda bitar, reparerade prover och matrisprover bör behandlas mer försiktigt än solida slipade kvartsar.
- Rengöring: de flesta obehandlade solida kvartsar kan rengöras med ljummet vatten, mild tvål och en mjuk trasa eller borste, och sedan torkas noggrant.
- Ömtåliga former: undvik ultraljuds- och ångtvätt för kluster, druser, sprucket kvarts, inklämt kvarts, aura-belagda kvarts, matrisprover och reparerat material.
- Ljus och värme: klar kvarts är generellt stabil, men ametist, rökig kvarts, rosenkvarts, behandlad citrin, färgad agat och belagd kvarts kan förändras vid långvarigt intensivt ljus eller värme.
- Stötar: skydda avslutningar, septer, gwindelsteg, geodkanter och polerade ytor från slag.
- Kemikalier: undvik starka rengöringsmedel och slipmedel. Flusssära löser kiseldioxid och är inte lämplig för vanlig skötsel.
- Förvaring: separera polerade bitar och kluster så att vassa kvarts spetsar inte repar eller flisar intilliggande stenar.
Vanliga frågor
Är kvarts alltid färglös?
Nej. Bergkristall är färglös kvarts, men kvarts kan också vara lila, gul, brun, rosa, grön, vit, rökig, tvåfärgad, bandad eller inkluderad. Färgen beror på spårkemikalier, defekter, inklusioner, bestrålning, uppvärmning och behandlingshistoria.
Vad betyder ”alfa-kvarts”?
Alfa-kvarts är den lågtemperaturform av kvarts som är stabil vid normala ytförhållanden. Vid cirka 573 °C vid normalt tryck omvandlas den till beta-kvarts, en högtemperaturform. Vid avkylning återgår beta-kvarts till alfa-kvarts.
Har kvarts klyvning?
Kvarts har ingen verklig klyvning. Den bryts med konkoidalt till ojämnt brott, vilket skapar böjda, glasliknande brottyta snarare än plana klyvningsplan.
Varför används kvarts i klockor?
Kvarts är piezoelektrisk. När den är korrekt skuren och elektriskt stimulerad vibrerar den med en stabil frekvens, vilket gör den användbar för frekvenskontroll och tidmätning.
Är ”Herkimer-diamant” en diamant?
Nej. ”Herkimer-diamant” är ett varumärke för klara, naturligt dubbelt avslutade kvarts kristaller från Herkimer County, New York, och liknande kvarts från andra källor. Det är kvarts, inte diamant.
Varför kan kvarts visa optisk aktivitet?
Alfa-kvarts är kiralt, vilket betyder att dess struktur kan vara vänster- eller högerhänt. Denna handighet gör att kvarts kan rotera planet för polariserat ljus som passerar genom den.
Kan kvarts behandlas?
Ja. Kvarts kan värmas, bestrålas, färgas, beläggas, stabiliseras, fyllas eller odlas syntetiskt. Dessa processer kan ge attraktivt material, men de bör beskrivas korrekt när de är kända.