Cuarzo Categoría IX : silicatos | |
Cuarzo - Mina La Gardette, Le Bourg-d'Oisans , Isère France (13 × 13 cm ). | |
General | |
---|---|
número CAS |
(β) |
(α)
Clase Strunz |
4.DA.05
4 OXIDOS (Hidróxidos, V [5,6] vanadatos, arsenitos, antimonitos, bismutitos, sulfitos, selenitos, teluritos, yodatos) |
La clase de Dana |
75.1.3.1
Tectosilicatos 75.1.3.1 Cuarzo SiO 2 |
Fórmula química | Si O 2 |
Identificación | |
Forma masa | 60,0843 ± 0,0009 amu O 53,26%, Si 46,74%, |
Color | variada: incolora, blanca (más a menudo), gris, amarilla, violeta, rosa, marrón, negra, verdosa, azulada, roja, verde |
Clase de cristal y grupo espacial | trigonal-trapezoidal, P 3 1 21 o P 3 2 21 dependiendo de la dirección de enrollamiento de las hélices de SiO 4 tetraedros |
Sistema de cristal | trigonal |
Red Bravais | hexagonal |
Macle | cf. Articulo |
Escote | raramente observable en [10 1 1], [01 1 1], [10 1 0] |
Rotura | concoidal |
Habitus | prisma hexagonal terminado por dos romboedros (cuarzo α) o por una bipirámide hexagonal (cuarzo β) |
Hermanamiento | sí |
Escala de Mohs | 7 (menos para variedades sucias) |
Línea | blanco, Blanca |
Brillar | graso, vidrioso, blanco |
Propiedades ópticas | |
Índice de refracción | n o = 1.5442 n e = 1.5533 |
Pleocroísmo | bajo |
Birrefringencia | Δ = 0,0091; positivo uniaxial |
Poder rotatorio | 21,73 ° / mm a 20 ° C y a 589 nm |
Dispersión | 2 v z ~ 0-10 ° |
Fluorescencia ultravioleta | dependiendo de las impurezas |
Transparencia | transparente a opaco |
Propiedades químicas | |
Densidad | 2,65 constante |
Temperatura de fusión | 1650 (± 75) ° C |
Fusibilidad | no se derrite pero crepita punto de ebullición : 2230 ° C |
Solubilidad | soluble en HF |
Comportamiento químico | muy estable, excepto en el ácido fluorhídrico o el hidróxido de sodio altamente concentrado |
Propiedades físicas | |
Coeficiente de acoplamiento electromecánico | k = 10% |
Magnetismo | No |
Radioactividad | alguna |
Unidades de SI y STP a menos que se indique lo contrario. | |
El cuarzo es una especie mineral del grupo de los silicatos , subgrupo de los tectosilicatos , compuesto por dióxido de silicio o sílice, fórmula química SiO 2, con trazas de diferentes elementos como Al , Li , B , Fe , Mg , Ca , Ti , Rb , Na , OH .
Viene en forma de cristales grandes incoloros, coloreados o ahumados, o cristales microscópicos de apariencia translúcida.
Constituyendo el 12% (en masa) de la litosfera , el cuarzo es el mineral más común (el oxígeno y el silicio son respectivamente el primer y segundo constituyentes, en orden de importancia, de la litosfera); es un componente importante del granito , con el que llena los espacios residuales, y de rocas metamórficas graníticas ( gneis , cuarcitas ) y sedimentarias ( arenas , areniscas ).
La etimología de la palabra cuarzo no es obvia. La primera hipótesis proviene de la palabra "quaterz" o "quaderz" que hasta el XVI th siglo medios malos minerales. Otra hipótesis es la contracción de la palabra alemana "gewärz" (excrecencia, germen).
El término cuarzo en la Edad Media se aplicaba a todos los cristales. Fue Georgius Agricola quien restringió el término a cristales de roca.
Los cristales de cuarzo a menudo se presentan como masas vítreas, de color gris lechoso y brillo aceitoso, sin una forma cristalina específica. Estos cristales se formaron tarde y ocuparon el espacio entre los cristales desarrollados antes.
Los cristales de cuarzo que crecieron a partir de un sustrato muestran caras prismáticas y terminan en una pirámide (el otro extremo está incrustado en la roca). Algunos cuarzos que se han desarrollado dentro de los sedimentos pueden mostrar pirámides en sus dos extremos (cuarzo bipirámide de los jacintos de Compostela, en el Triásico de los Pirineos y Asturias).
En luz polarizada no analizada:
En luz polarizada analizada:
Fue en 1907 cuando el cristalógrafo alemán Otto Muegge (Mügge) mostró las diferencias entre el cuarzo α, que es el polimorfo descrito aquí, y el cuarzo β .
La estructura cristalina es hexagonal a alta temperatura (cuarzo β, grupo espacial P 6 4 21 o P 6 2 21), trigonal a baja temperatura (cuarzo α, grupo espacial P 3 1 21 o P 3 2 21). El devanado de las hélices de los tetraedros de SiO 4 se puede realizar en ambas direcciones, izquierda o derecha, lo que explica los dos grupos espaciales para cada uno de los polimorfos , β y α.
Los parámetros de la malla de cuarzo α convencional son: = 4.913 3 Å , = 5.405 3 Å (Z = 3; V = 113.00 Å 3 ), su densidad calculada es 2.65 g / cm 3 .
Aunque la estructura cristalina del cuarzo alfa se describe en la mayoría de los textos mineralógicos franceses como "sistema hexagonal, romboédrico", Massimo Nespolo, profesor de mineralogía y cristalografía, afirma que esta clasificación sería incorrecta. El cuarzo α cristaliza en el grupo espacial P 3 1 21 (cuarzo izquierdo) o P 3 2 21 (cuarzo derecho), con una red hexagonal, como lo indica el símbolo " P ". El sistema cristalino del cuarzo α es, por tanto, trigonal, porque el cuarzo α contiene un eje de orden tres como elemento de simetría de orden superior. El término "romboédrico" se aplica a la celosía, pero la celosía de cuarzo es siempre hexagonal. Por tanto, según este autor, no debemos confundir la nomenclatura del “sistema cristalino”, del que está ausente el término romboédrico, con la del “sistema reticular”, del que está ausente el término trigonal. En el sistema reticular, un cristal romboédrico corresponderá a un cristal trigonal en el sistema cristalino. Sin embargo, un cristal que pertenece al sistema de cristal trigonal puede tener una red romboédrica o hexagonal, de ahí la posibilidad de pertenecer a ambos sistemas de red. El artículo sobre estructura cristalina proporciona una explicación más completa del problema.
El cuarzo también tiene la particularidad de estar clasificado entre los silicatos y particularmente en los tectosilicatos , si seguimos la clasificación de Dana, pero también se clasifica en óxidos ( dióxido de silicio ) si seguimos la clasificación de Strunz . En este artículo se ha clasificado deliberadamente en la clase de silicatos, mientras que Wikipedia ha elegido la clasificación de Strunz para la mineralogía , siendo la sílice el arquetipo de los silicatos. Esto muestra la dificultad que a veces existe para establecer una clasificación en las ciencias naturales.
El cuarzo se presenta a menudo maclados . Se conocen un gran número de gemelos de cuarzo: los más importantes se resumen en la siguiente tabla.
apellido | Elemento gemelo | pista | oblicuidad | ángulo entre ejes c |
---|---|---|---|---|
Dauphiné o suizo | [001] (π) | 1 | 0 ° | 0 ° |
Brasil | (11 2 0) o 1 | 1 | 0 ° | 0 ° |
Leydolt o Liebisch (gemelo combinado Dauphiné - Brasil) |
(0001) | 1 | 0 ° | 0 ° |
Giro en ángulo recto (sintético) |
[210] (π / 2) | 2 | 5 ° 27 ' | 90 ° |
Japón o Gardette (α) / Verespatak (β) |
(11 2 2) | 2 | 5 ° 27 ' | 84 ° 34 ' |
Esterel | (10 1 1) | 3 | 5 ° 48 ' | 76 ° 26 ' |
Sella (α) / Cerdeña (β) | (10 1 2) | 3 | 5 ° 48 ' | 115 ° 50 ' |
Baliza de Belowda | (30 3 2) | 4 | 4 ° 43 ' | 55 ° 24 ' |
Breithaupt | (11 2 1) | 5 | 4 ° 22 ' | 48 ° 54 ' |
Wheal Coates | (21 3 1) | 6 | 2 ° 55 ' | 33 ° 08 ' |
Cornualles | (20 2 1) | 7 | 1 ° 25 ' | 42 ° 58 ' |
Pierre-Levée | (21 3 3) | 7 | 6 ° 32 ' | 83 ° 30 ' |
Zinnwald | --- | --- | --- | gemelo de un solo período |
Macle de la Gardette o Japón - Vizille Isère France
Macle japonés Huaron Perú
Muy duro (7 en la escala de Mohs ), el cuarzo α cristaliza por debajo de 573 ° C y el cuarzo β entre 573 ° C y 870 ° C a presión atmosférica al nivel del mar.
A 573 ° C (el “punto de cuarzo” en la cocción de cerámica), el cuarzo α ( polimorfo de baja temperatura) se convierte en cuarzo β (polimorfo de alta temperatura). Es una transformación desplazadora - los desplazamientos relativos de los átomos allí son unas diez veces más pequeños que su distancia interatómica - con un aumento de volumen del orden del 0,829%. A diferencia de la fase α, la fase β es solo ligeramente piezoeléctrica .
A temperaturas más altas, el cuarzo se convierte en tridimita y luego en cristobalita . Otros polimorfos se forman a altas presiones: coesita y stishovita .
El cuarzo puede emitir fluorescencia dependiendo de las impurezas que lo componen. También puede presentar los fenómenos de triboluminiscencia .
El cuarzo no absorbe la luz ultravioleta , por lo que las cubetas de cuarzo se utilizan para medir la absorbancia de las moléculas que absorben en los rayos ultravioleta ( ADN, por ejemplo).
Los cristales de cuarzo son birrefringentes y exhiben actividad óptica .
Los cristales de cuarzo natural pueden alcanzar tamaños considerables: el monocristal de cuarzo más grande conocido se encontró en Manchõ Felipe, cerca de Itaporé ( Goiás , Brasil ): 6,1 × 1,5 × 1,5 m , para un peso estimado de 40 toneladas .
Actualmente, el cuarzo natural, que se encuentra en todo el mundo (los principales yacimientos están en Brasil ) ya no se explota excepto para servir como semilla en el proceso de fabricación del cuarzo sintético, siendo esta síntesis industrializada desde el final de la Segunda Guerra Mundial. .
En el noroeste de Quebec, el cuarzo es uno de los principales indicadores de la presencia de oro en su masa. Su color se presenta principalmente bajo un blanco lechoso o gris pálido.
Los cristales de cuarzo a menudo parecen bastante puros, pero en realidad casi siempre contienen inclusiones más o menos invisibles que proporcionan información sobre sus condiciones de crecimiento: "flechas de amor" o "flechas de Cupido", cristales rectos en forma de aguja con agujas negras. De turmalina desarrollada más o menos anárquicamente, las agujas marrones de goethita o amarillas de rutilo ; "Thetys hair", cristales aciculares curvados con las fibras verdes de actinote u otro mineral de la gran familia de los anfíboles ; "Cabello de Venus", con flechas y cabello amarillo dorado de rutilo; "Ojos de toro", con fibras rojas paralelas, "ojos de toro" con fibras rojas, "ojos de halcón" con fibras azules, "ojos de hierro" con fibras amarillas, partes rojas y metálicas, "ojos de tigre" con fibras amarillas.
La cristalogénesis se realiza por proceso hidrotermal , reproduciendo las condiciones naturales que dieron origen a los cristales de roca. En un cilindro lleno de agua, hay un fino cristal de cuarzo natural en el que crecerá el cristal artificial (semilla) y sílice en una forma fácilmente soluble. El conjunto se somete a alta presión ( 80 MPa ) y se lleva a alta temperatura ( 400 ° C ) para que la parte superior esté un poco menos caliente. Se forma una solución saturada de sílice en la parte inferior. Es impulsado por convección hacia la parte superior del cilindro, donde se sobresatura . La sílice luego precipita en forma de cuarzo al entrar en contacto con la semilla. Este es un proceso muy lento: puede llevar varias semanas obtener un cristal de 0,5 a 1 kg . La producción anual mundial fue de alrededor de 300 toneladas en 1980.
Este material no debe confundirse con la denominación "cuarzo sintético" o "cuarzo reconstituido" que designa un material comercializado en la década de los noventa . Este material es una resina sintética cargada de 70 a 90% de sílice cristalina y tintes , que se utiliza en particular como encimera o mesa en cocinas. Tras un análisis que en 2017 reveló metales pesados ( cadmio , cobre a altas dosis (33,7 mg / kg y 71 mg / kg para dos muestras analizadas) así como 13,57 mg de zinc por kg), compuestos orgánicos volátiles (COV), policíclicos hidrocarburos aromáticos (HAP) y ftalatos , la inocuidad de este material para los instaladores, e incluso para los usuarios, ha sido cuestionada recientemente en Francia; el Tribunal de Apelación de Versalles ordenó enfebrero 2018 un informe a dos expertos independientes sobre este tema.
En la naturaleza , el cuarzo rara vez se presenta en forma de monocristales de calidad suficiente para la industria, que utiliza sus propiedades piezoeléctricas (presencia de gemelos ). Los cristales también pueden contener inclusiones , que son líquidas, gaseosas (cuarzo aerohidro) o sólidas, por ejemplo de anfíbol, hornblenda o rutilo.
El cuarzo se utiliza en muchos campos:
Las propiedades piezoeléctricas del cuarzo lo convierten en un elemento esencial de los relojes modernos (ver frecuencia natural ); El cuarzo es un resonador excelente, su factor de calidad de vacío a menudo supera los 500.000 . Se utiliza en osciladores de alta estabilidad (referencias temporales secundarias) o en filtros de alta calidad, por ejemplo, en SSB ( banda lateral única ).
Existen varios cortes de cuarzo con diferentes propiedades: el más común es el corte AT, que tiene una buena estabilidad de temperatura (los cortes AT generalmente se especifican para que el punto de inflexión de la curva sea de 25 ° C ); el corte LV permite frecuencias de resonancia bastante bajas (<1 MHz); el corte SC tiene el mejor factor de calidad Q y, por lo tanto, proporciona los osciladores más silenciosos.
Los cristales se utilizan en modo fundamental (por debajo de aproximadamente 30 MHz ) o en modo armónico ( sobretono : hasta aproximadamente 150 MHz ), lo que les da un factor de calidad más alto, pero plantea un problema inicial.
El cuarzo se puede utilizar, como el pedernal , para iniciar un fuego: la chispa producida por la percusión de una hoja de acero permite encender un material combustible como la yesca.
Cuarzo en alfareríaEn alfarería, el cuarzo se utiliza como "columna vertebral" de las pastas, lo que garantiza una buena resistencia a la cocción. Muchas pastas cerámicas incluyen inclusiones de granos de cuarzo; con algunas excepciones, se trata de las denominadas pastas “semifinas”.
También está involucrado en la fabricación de porcelana (una cerámica no porosa, vitrificada y translúcida hecha de una mezcla de 50% de caolín , arcilla , feldespato y cuarzo).
También se utiliza en la composición del esmalte , una escayola de cocción vitrificada, compuesta principalmente de feldespato y cuarzo (en el esmalte, la sílice del cuarzo es el componente que vitrifica).
En la cocción de cerámica, el “punto de cuarzo” es la temperatura de 573 ° C a la que el cuarzo α se transforma en cuarzo β (consulte la sección “ Propiedades físicas ” más arriba ). Desde la perspectiva de la cerámica, este es el punto en el que la sílice cristalina se convierte en sílice vítrea al mismo tiempo que alcanza su punto de máxima expansión. Esta repentina modificación física tiene el efecto de debilitar la pieza; efecto que se atenúa añadiendo un desengrasante , talco, arena o chamota a la pasta . Esta es también la razón por la que evitamos pasar esta temperatura demasiado rápido al hornear una galleta .
En el sur de China, se puede usar cuarzo triturado en lugar de arena para nivelar la superficie del suelo de los “hornos de dragón” ( longyao ). Estos hornos, particularmente adecuados para piezas que requieren de cocción rápida (por ejemplo Longquan celadones ), son en forma de túneles construidos en la ladera de la montaña, y puede alcanzar 60 m a 100 m de longitud; las piezas a cocer se colocan directamente sobre la arena o el cuarzo triturado.
Los porcentajes de cuarzo en las cerámicas de principios de la era común son a menudo, pero no siempre, aproximadamente similares a los de las pastas precocidas. Ciertas cerámicas posteriores, cocidas a temperaturas más altas; y muchas cerámicas que contienen una alta proporción de piedra caliza son menos ricas en cuarzo porque se transforma en gran medida durante la cocción. Así, la proporción de cuarzo en la cerámica antigua permite establecer un método de clasificación y caracterización de la cerámica. Por ejemplo, el porcentaje de cuarzo en las cerámicas regionales de sigillea (cuyo deslizamiento es muy fino) rara vez supera el 15%, mientras que el de las cerámicas finas con deslizamiento blanco (más grueso que el deslizamiento de sigillea) suele ser superior al 30%. Este punto se encuentra en la elección de la arcilla utilizada para hacer el cuerpo de las piezas: ninguno de los talleres que elaboraban cerámica fina con un alto porcentaje de cuarzo hizo una sigillea.
Cuarzo en creencias primitivasMircea Eliade destaca que el cristal de roca (cuarzo hialino) juega un papel importante en las creencias y prácticas mágicas , o chamanistas , de muchos pueblos primitivos ( aborígenes de Australia , negritos de la península malaya , amerindios ...) generalmente considerados de origen celeste. , el cuarzo confiere su poder a los chamanes y curanderos ; en los ritos de iniciación , se pueden introducir pedazos de cuarzo en el cuerpo del novicio, por ejemplo convirtiéndolo en un agua potable que contiene cristales. Varios mitos se refieren a lugares sobrenaturales revestidos de cristales o a un trono de cristal utilizado por el Ser Supremo. Otras tradiciones evocan el poder mágico del vuelo conferido por el cristal de roca. El propio cuarzo a veces se considera "luz solidificada". Un rastro de estas creencias se ha mantenido en ciertos cuentos tradicionales europeos, evocando una "montaña de vidrio" o de cristal: ver por ejemplo el cuento ruso titulado La montaña de cristal y ciertos Cuentos de Grimm .
Cuarzo modificado - misticismoA menudo se encuentra en el comercio de piedras bajo la denominación de "cuarzo místico". Estas piedras tienen una base de cuarzo hialino natural pero están rodeadas, cuando están calientes, de una fina película de óxido de titanio que les da un aspecto iridiscente. Este tratamiento artificial también se aplica a otras piedras finas o preciosas cuando su color es demasiado diáfano para potenciar su color y su valor de mercado. Por tanto, es un nombre puramente comercial, que no modifica en absoluto la naturaleza de la piedra y no le atribuye ningún "poder".
Creencia en la absorción de "ondas nocivas"Algunas personas usan piedras de cuarzo (en su mayoría rosas o ahumadas) para protegerse de las " ondas electromagnéticas malas " emitidas por equipos electrónicos. En realidad, si el cuarzo es él mismo ligeramente opaco a determinadas ondas que lo atraviesan, no "succiona" en ningún caso la radiación que pasa a su alrededor y, por tanto, no constituye un blindaje electromagnético .
Cuarzo místico.
Relicario de cuarzo Estupas Bhojpur , I er siglo antes de Cristo. AD .
Ganso en forma de cuarzo Reliquaire Hamsa , Gandhara , I er siglo.
Quartz Herkimer - Condado de Herkimer , Nueva York (EE. UU.) (2 × 1,3 cm ).
Cuarzo "Fantasma" - Minas Gerais - Brasil (7,8 × 2,2 cm ).
Cuarzo macizo "alma" de L'Oisans France (10,2 × 4,7 cm ).
Cuarzo rutilo - Minas Gerais - Brasil (6 × 6 cm ).
Inclusiones de rutilo en cuarzo - Minas Gerais - Brasil (3,5 × 2,5 cm ).
Cuarzo - Minas Gerais - Brasil (18 × 14 mm ).
Jasper .