kwarcowy -Quartz

Kwarc
Kwarc, Tybet.jpg
Ogólny
Kategoria minerał krzemianowy
Formuła
(powtarzająca się jednostka)
SiO2 _
Symbol IMA Qz
Klasyfikacja Strunza 4.DA.05 ( tlenki )
Klasyfikacja Dany 75.01.03.01 ( tektokrzemiany )
Układ kryształów α-kwarc: trygonalny
β-kwarc: sześciokątny
Kryształowa klasa Kwarc α: trapezowy (klasa 3 2)
Kwarc β: trapezowy (klasa 6 2 2)
Grupa kosmiczna α-kwarc: P3 2 21 (nr 154)
β-kwarc: P6 2 22 (nr 180) lub P6 4 22 (nr 181)
Komórka elementarna a = 4,9133 A , c = 5,4053 A; Z=3
Identyfikacja
Masa formuły 60,083  g · mol -1
Kolor Bezbarwny poprzez różne kolory do czarnego
Kryształowy zwyczaj 6-kątny pryzmat zakończony 6-ścienną piramidą (typowy), druzowy, drobnoziarnisty do mikrokrystalicznego, masywny
Bliźniacze Wspólne prawo Dauphine, prawo brazylijskie i prawo japońskie
Łupliwość {0110} Niewyraźne
Pęknięcie muszlowy
Wytrwałość Kruchy
Twardość w skali Mohsa 7 – niższy w odmianach nieczystych (definiujący minerał)
Połysk Szkliste - woskowe do matowych, gdy są masywne
Pasemko Biały
Przezroczystość Przezroczysty do prawie nieprzezroczystego
Środek ciężkości 2,65; zmienna 2,59–2,63 w odmianach nieczystych
Właściwości optyczne Jednoosiowy (+)
Współczynnik załamania światła n ω = 1,543–1,545
n ε = 1,552–1,554
Dwójłomność +0,009 (przedział stężenia glukozy we krwi)
pleochroizm Nic
Temperatura topnienia 1670 °C (β trydymit ) 1713 °C (β krystobalit )
Rozpuszczalność Nierozpuszczalny w STP ; 1 ppm masy w 400°C i 500 lb/in 2 do 2600 ppm masy w 500°C i 1500 lb/in 2
Inne cechy sieć: sześciokątna , piezoelektryczna , może być tryboluminescencyjna , chiralna (stąd optycznie aktywna, jeśli nie racemiczna )
Bibliografia

Kwarc to twardy, krystaliczny minerał złożony z krzemionki ( dwutlenek krzemu ). Atomy są połączone w ciągłą strukturę czworościanów krzemowo-tlenowych SiO 4 , przy czym każdy tlen jest dzielony między dwa czworościany, co daje ogólny wzór chemiczny SiO 2 . Kwarc jest drugim najbardziej rozpowszechnionym minerałem w skorupie kontynentalnej Ziemi , po skaleniu .

Kwarc występuje w dwóch postaciach: normalnego α-kwarcowego i wysokotemperaturowego β-kwarcowego, z których oba są chiralne . Przemiana z kwarcu α w kwarc β zachodzi gwałtownie w temperaturze 573 ° C (846 K; 1063 ° F). Ponieważ przemianie towarzyszy znaczna zmiana objętości, łatwo może ona wywołać mikropęknięcia ceramiki lub skał przechodzących przez ten próg temperaturowy.

Istnieje wiele różnych odmian kwarcu, z których kilka jest klasyfikowanych jako kamienie szlachetne . Od starożytności odmiany kwarcu były najczęściej używanymi minerałami do wyrobu biżuterii i rzeźb z twardego kamienia , zwłaszcza w Eurazji .

Kwarc jest minerałem określającym wartość 7 w skali twardości Mohsa , jakościowej zarysowania metodą określania twardości materiału na ścieranie.

Etymologia

Słowo „kwarc” pochodzi od niemieckiego słowa „Quarz”, które miało taką samą formę w pierwszej połowie XIV wieku w średnio-wysoko-niemieckim i wschodnio-środkowo-niemieckim i które pochodziło z polskiego dialektu termin kwardy , co odpowiada czeski termin tvrdý ( „twardy”).

Starożytni Grecy nazywali kwarc κρύσταλλος ( krustallos ) wywodzącym się ze starożytnego greckiego κρύος ( kruos ) oznaczającego „lodowaty zimno”, ponieważ niektórzy filozofowie (w tym Teofrasta ) najwyraźniej wierzyli, że minerał jest formą przechłodzonego lodu. Obecnie termin kryształ górski jest czasami używany jako alternatywna nazwa przezroczystego, grubokrystalicznego kwarcu.

Kryształowy pokrój i struktura

Kwarc należy do trygonalnego układu kryształów w temperaturze pokojowej i do sześciokątnego układu kryształów powyżej 573 ° C (846 K; 1063 ° F). Idealny kształt kryształu to sześcioboczny pryzmat zakończony sześciobocznymi piramidami na każdym końcu. W naturze kryształy kwarcu są często bliźniacze (z bliźniaczymi kryształami kwarcu prawoskrętnymi i lewoskrętnymi), zniekształcone lub tak przerośnięte z sąsiednimi kryształami kwarcu lub innych minerałów, że pokazują tylko część tego kształtu lub w ogóle nie mają oczywistych twarzy kryształu i wydają się masywne. Dobrze uformowane kryształy zazwyczaj tworzą druzę ( warstwę kryształów wyściełającą pustkę), której szczególnie dobrymi przykładami są geody kwarcowe. Kryształy są przymocowane jednym końcem do otaczającej skały i występuje tylko jedna piramida końcowa. Jednak podwójnie zakończone kryształy występują tam, gdzie rozwijają się swobodnie bez przyczepiania, na przykład w gipsie .

Chiralna para kwarcu alfa.

Kwarc α krystalizuje w układzie kryształów trygonalnych, grupa przestrzenna P 3 1 21 lub P 3 2 21 (odpowiednio grupa przestrzenna 152 lub 154) w zależności od chiralności. Powyżej 573 ° C (846 K; 1063 ° F) kwarc α w P 3 1 21 staje się bardziej symetrycznym sześciokątnym P 6 4 22 (grupa przestrzenna 181), a kwarc α w P 3 2 21 przechodzi do grupy przestrzennej P 6 2 22 (nr 180). Te grupy przestrzenne są naprawdę chiralne (każda z nich należy do 11 par enancjomorficznych). Zarówno α-kwarc, jak i β-kwarc są przykładami chiralnych struktur krystalicznych złożonych z achiralnych bloków budulcowych ( w tym przypadku tetraedry SiO4) . Transformacja między kwarcem α i β obejmuje jedynie stosunkowo niewielki obrót czworościanów względem siebie, bez zmiany sposobu ich połączenia. Jednak podczas tego przejścia następuje znaczna zmiana objętości, co może skutkować znacznymi mikropęknięciami w ceramice i skałach skorupy ziemskiej.

Odmiany (według mikrostruktury)

Chociaż wiele nazw odmian powstało w przeszłości na podstawie koloru minerału, obecne schematy nazewnictwa naukowego odnoszą się głównie do mikrostruktury minerału. Kolor jest drugorzędnym identyfikatorem minerałów kryptokrystalicznych, chociaż jest głównym identyfikatorem odmian makrokrystalicznych.

Główne odmiany kwarcu
Typ Kolor i opis Przezroczystość
Herkimerski diament Bezbarwny Przezroczysty
Kryształ górski Bezbarwny Przezroczysty
Ametyst Kwarc o barwie fioletowej do fioletowej Przezroczysty
Cytryn Żółty kwarc w zakresie od czerwonawo-pomarańczowego lub brązowego ( kwarc Madera ), a czasami zielonkawo-żółty Przezroczysty
Ametryna Mieszanka ametystu i cytrynu z odcieniami fioletu/fioletu i żółci lub pomarańczy/brązu Przezroczysty
Kwarc różowy Różowy, może wykazywać diasteryzm Przezroczysty
Chalcedon Włóknisty, różnie przeświecający, kryptokrystaliczny kwarc występujący w wielu odmianach.
Termin ten jest często używany w odniesieniu do białego, mętnego lub lekko zabarwionego materiału przerośniętego moganitem .
W przeciwnym razie używane są bardziej szczegółowe nazwy.
Karneol Chalcedon czerwono-pomarańczowy Przeświecający
awenturyn Kwarc z drobnymi wyrównanymi inkluzjami (zwykle miki ), które mienią się awanturnictwem Przezroczysty do nieprzezroczystego
Agat Wielobarwny, zakrzywiony lub koncentrycznie paskowany chalcedon (por. Onyks) Półprzezroczysty do półprzezroczystego
Onyks Wielobarwny chalcedon lub chert z prostymi paskami (por. Agat) Półprzezroczysty do nieprzezroczystego
Jaspis Nieprzezroczysty kwarc kryptokrystaliczny, zwykle czerwony do brązowego, ale często używany do innych kolorów Nieprzejrzysty
Mleczny kwarc Biały, może wykazywać diasteryzm Przezroczysty do nieprzezroczystego
Kwarc dymny Jasny do ciemnoszarego, czasem z brązowawym odcieniem Przezroczysty do nieprzezroczystego
oko tygrysa Włóknisty złoty, czerwono-brązowy lub niebieskawy chalcedon, wykazujący gadatliwość .
Prasiolit Zielony Przezroczysty
Kwarc rutylowy Zawiera igiełkowate (igiełkowate ) inkluzje rutylu
Kwarc dumortierytowy Zawiera duże ilości niebieskich kryształów dumortierytu Przeświecający

Odmiany (według koloru)

Kryształ kwarcu wykazujący przezroczystość

Czysty kwarc, tradycyjnie nazywany kryształem górskim lub czystym kwarcem, jest bezbarwny i przezroczysty lub półprzezroczysty i często był używany do rzeźbienia w twardym kamieniu , takim jak kryształ Lothair . Typowe kolorowe odmiany obejmują cytryn, kwarc różowy, ametyst, kwarc dymny, kwarc mleczny i inne. Te zróżnicowania kolorów wynikają z obecności zanieczyszczeń, które zmieniają orbitale molekularne, powodując pewne przejścia elektroniczne w widmie widzialnym, powodując kolory.

Najważniejszym rozróżnieniem między typami kwarcu jest makrokrystaliczny ( pojedyncze kryształy widoczne gołym okiem) i mikrokrystaliczny lub kryptokrystaliczny ( agregaty kryształów widoczne tylko przy dużym powiększeniu). Odmiany kryptokrystaliczne są albo półprzezroczyste, albo w większości nieprzezroczyste, podczas gdy odmiany przezroczyste są zwykle makrokrystaliczne. Chalcedon to kryptokrystaliczna forma krzemionki składająca się z drobnych przerostów zarówno kwarcu, jak i jego jednoskośnego, polimorficznego moganitu . Inne nieprzezroczyste odmiany kwarcu lub mieszane skały, w tym kwarc, często zawierające kontrastujące pasma lub wzory kolorów, to agat , karneol lub sard, onyks , heliotrop i jaspis .

Ametyst

Czysty (zwykły) kwarc
Ametyst
Niebieski kwarc
Kwarc dumortierytowy
Kwarc cytrynowy (naturalny)
Kwarc cytrynowy (ametyst pod wpływem ciepła)
Mleczny kwarc
Kwarc różowy
Kwarc dymny
Prasiolit

Ametyst to odmiana kwarcu, która waha się od jasnego, żywego fioletu do ciemnego lub matowego odcienia lawendy. Największe na świecie złoża ametystu znajdują się w Brazylii, Meksyku, Urugwaju, Rosji, Francji, Namibii i Maroku. Czasami ametyst i cytryn rosną w tym samym krysztale. Nazywa się go wtedy ametryną . Ametyst zawdzięcza swój kolor śladom żelaza w swojej strukturze.

Niebieski kwarc

Kwarc niebieski zawiera inkluzje włóknistego magnezio-riebekitu lub krokidolitu .

Kwarc dumortierytowy

Inkluzje mineralnego dumortierytu w kawałkach kwarcu często powodują jedwabiście wyglądające plamy o niebieskim odcieniu. Czasami występują również odcienie fioletu lub szarości . „Kwarc dumortierytowy” (czasami nazywany „niebieskim kwarcem”) będzie czasami zawierał kontrastujące jasne i ciemne strefy kolorów w całym materiale. „Niebieski kwarc” to pomniejszy kamień szlachetny.

Cytryn

Cytryn to odmiana kwarcu, którego kolor waha się od bladożółtego do brązowego z powodu submikroskopowego rozmieszczenia zanieczyszczeń w postaci koloidalnego wodorotlenku żelazowego . Naturalne cytryny są rzadkie; większość komercyjnych cytryn to poddane obróbce cieplnej ametysty lub kwarce dymne . Jednak ametyst poddany obróbce cieplnej będzie miał małe linie w krysztale, w przeciwieństwie do mętnego lub dymnego wyglądu naturalnego cytrynu. Wizualne odróżnienie szlifowanego cytrynu od żółtego topazu jest prawie niemożliwe , ale różnią się one twardością . Brazylia jest wiodącym producentem cytrynu, a większość jego produkcji pochodzi ze stanu Rio Grande do Sul . Nazwa pochodzi od łacińskiego słowa citrina , które oznacza „żółty” i jest również źródłem słowa „ cytron ”. Czasami cytryn i ametyst można znaleźć razem w tym samym krysztale, który jest wtedy określany jako ametryn . Cytryn nazywany jest „kamieniem kupca” lub „kamieniem pieniędzy”, ze względu na przesąd, że przyniesie dobrobyt.

Cytryn został po raz pierwszy doceniony jako złotożółty kamień szlachetny w Grecji między 300 a 150 rokiem pne, w epoce hellenistycznej . Żółty kwarc był wcześniej używany do ozdabiania biżuterii i narzędzi, ale nie był bardzo poszukiwany.

Mleczny kwarc

Kwarc mleczny lub kwarc mleczny jest najczęstszą odmianą kwarcu krystalicznego. Biały kolor jest spowodowany drobnymi płynnymi wtrąceniami gazu, cieczy lub obu, uwięzionymi podczas tworzenia kryształów, co czyni go niewielką wartością dla zastosowań optycznych i kamieni szlachetnych.

Kwarc różowy

Kwarc różowy to rodzaj kwarcu, który ma odcień od bladoróżowego do różowo-czerwonego. Kolor jest zwykle uważany za wynik śladowych ilości tytanu , żelaza lub manganu w materiale. Niektóre kwarce różowe zawierają mikroskopijne igły rutylu , które w świetle przechodzącym wytwarzają asteryzm . Niedawne badania dyfrakcji rentgenowskiej sugerują, że kolor jest spowodowany cienkimi mikroskopijnymi włóknami prawdopodobnie dumortierytu w kwarcu.

Ponadto istnieje rzadki rodzaj różowego kwarcu (często nazywany również krystalicznym kwarcem różowym) o kolorze, który, jak się uważa, jest spowodowany śladowymi ilościami fosforanu lub glinu . Kolor w kryształach jest najwyraźniej światłoczuły i podlega blaknięciu. Pierwsze kryształy znaleziono w pegmatycie znalezionym w pobliżu Rumford w stanie Maine w USA oraz w Minas Gerais w Brazylii .

Kwarc dymny

Kwarc dymny to szara, półprzezroczysta wersja kwarcu. Jego przejrzystość waha się od prawie całkowitej przezroczystości do brązowo-szarego kryształu, który jest prawie nieprzezroczysty. Niektóre mogą być również czarne. Przezroczystość wynika z naturalnego napromieniowania działającego na drobne ślady aluminium w strukturze krystalicznej.

Prasiolit

Prasiolit , znany również jako vermarine , to odmiana kwarcu o zielonym kolorze. Od 1950 prawie cały naturalny prasiolit pochodzi z małej brazylijskiej kopalni, ale spotyka się go również na Dolnym Śląsku w Polsce . Naturalnie występujący prasiolit występuje również w obszarze Thunder Bay w Kanadzie . Jest to rzadki minerał z natury; większość zielonego kwarcu to ametyst poddany obróbce cieplnej.

Zabiegi syntetyczne i sztuczne

Syntetyczny kryształ kwarcu wyhodowany metodą hydrotermalną , o długości około 19 cm i wadze około 127 gramów

Nie wszystkie odmiany kwarcu występują naturalnie. Niektóre przezroczyste kryształy kwarcu można poddać obróbce za pomocą ciepła lub promieniowania gamma w celu wywołania koloru tam, gdzie inaczej nie wystąpiłyby naturalnie. Podatność na takie zabiegi zależy od miejsca wydobycia kwarcu.

Prasiolit , materiał w kolorze oliwkowym, jest wytwarzany przez obróbkę cieplną; naturalny prasiolit zaobserwowano również na Dolnym Śląsku w Polsce. Chociaż cytryn występuje naturalnie, większość jest wynikiem obróbki cieplnej ametystu lub kwarcu dymnego. Karneol był poddawany obróbce cieplnej w celu pogłębienia jego koloru od czasów prehistorycznych.

Ponieważ naturalny kwarc jest często bliźniaczy , syntetyczny kwarc jest produkowany do użytku w przemyśle. Duże, nieskazitelne monokryształy są syntetyzowane w autoklawie w procesie hydrotermalnym .

Podobnie jak inne kryształy, kwarc może być pokryty oparami metali, aby nadać mu atrakcyjny połysk.

Występowanie

Granitowa skała w klifie Gros la Tête na wyspie Aride , Seszele . Cienkie (1–3 cm szerokości) jaśniejsze warstwy to żyły kwarcu, powstałe w późnych fazach krystalizacji magm granitowych. Czasami nazywane są „żyłami hydrotermalnymi”.

Kwarc jest definiującym składnikiem granitu i innych felsowych skał magmowych . Występuje bardzo często w skałach osadowych, takich jak piaskowiec i łupek . Jest częstym składnikiem łupków , gnejsów , kwarcytów i innych skał metamorficznych . Kwarc ma najniższy potencjał wietrzenia w szeregu rozpuszczania Goldicha iw konsekwencji jest bardzo powszechny jako minerał szczątkowy w osadach rzecznych i glebach resztkowych . Ogólnie wysoka obecność kwarcu sugeruje „ dojrzałą ” skałę, ponieważ wskazuje, że skała została mocno przerobiona, a kwarc był głównym minerałem, który przetrwał ciężkie warunki atmosferyczne.

Podczas gdy większość kwarcu krystalizuje ze stopionej magmy , kwarc również wytrąca się chemicznie z gorących żył hydrotermalnych w postaci skały płonnej , czasami z minerałami rudy , takimi jak złoto, srebro i miedź. Duże kryształy kwarcu znajdują się w pegmatytach magmowych . Dobrze uformowane kryształy mogą osiągać długość kilku metrów i wagę setek kilogramów.

Włączenie zanieczyszczeń pierwiastkowych silnie wpływa na zdolność przetwarzania i wykorzystania kwarcu. Naturalnie występujące kryształy kwarcu o niezwykle wysokiej czystości, niezbędne w tyglach i innym sprzęcie używanym do hodowli płytek krzemowych w przemyśle półprzewodnikowym , są drogie i rzadkie. Te kwarce o wysokiej czystości zawierają mniej niż 50 ppm pierwiastków zanieczyszczających. Głównym miejscem wydobycia kwarcu o wysokiej czystości jest Spruce Pine Gem Mine w Spruce Pine w Karolinie Północnej w Stanach Zjednoczonych . Kwarc można również znaleźć na szczycie Caldoveiro w Asturii w Hiszpanii .

Największy udokumentowany pojedynczy kryształ kwarcu został znaleziony w pobliżu Itapore , Goiaz , Brazylia; mierzono w przybliżeniu6,1 m × 1,5 m × 1,5 m i ważył 39 916 kilogramów .

Górnictwo

Kwarc wydobywa się z kopalni odkrywkowych . Górnicy od czasu do czasu używają materiałów wybuchowych, aby odsłonić głębokie pokłady kwarcu. Częściej spycharki i koparki są używane do usuwania ziemi i gliny oraz odsłaniania żył kwarcowych, które są następnie obrabiane przy użyciu narzędzi ręcznych. Należy zachować ostrożność, aby uniknąć nagłych zmian temperatury, które mogą uszkodzić kryształy.

Prawie całe zapotrzebowanie przemysłu na kryształ kwarcu (stosowany głównie w elektronice) jest zaspokajane przez kwarc syntetyczny wytwarzany w procesie hydrotermalnym. Jednak syntetyczne kryształy są mniej cenione jako kamienie szlachetne. Popularność uzdrawiania kryształami zwiększyła zapotrzebowanie na naturalne kryształy kwarcu, które są obecnie często wydobywane w krajach rozwijających się przy użyciu prymitywnych metod wydobywczych, czasami z udziałem dzieci .

Powiązane minerały krzemionkowe

Trydymit i krystobalit to wysokotemperaturowe polimorfy SiO 2 występujące w skałach wulkanicznych o wysokiej zawartości krzemionki . Koesyt to gęstszy polimorf SiO 2 występujący w niektórych miejscach uderzeń meteorytów oraz w skałach metamorficznych powstałych pod ciśnieniem większym niż ciśnienie typowe dla skorupy ziemskiej. Stiszowit to jeszcze gęstszy polimorf SiO2 o wyższym ciśnieniu, występujący w niektórych miejscach uderzenia meteorytów. Lechatelieryt to bezpostaciowe szkło krzemionkowe SiO2 , które powstaje w wyniku uderzenia pioruna w piasek kwarcowy .

Bezpieczeństwo

Ponieważ kwarc jest formą krzemionki, może być powodem do niepokoju w różnych miejscach pracy. Cięcie, szlifowanie, dłutowanie, piaskowanie, wiercenie i polerowanie produktów z kamienia naturalnego i sztucznego może uwalniać niebezpieczne poziomy bardzo małych cząstek pyłu krzemionki krystalicznej do powietrza, którym oddychają pracownicy. Krzemionka krystaliczna o wielkości respirabilnej jest uznanym czynnikiem rakotwórczym dla ludzi i może prowadzić do innych chorób płuc, takich jak krzemica i zwłóknienie płuc .

Historia

Słowo „kwarc” pochodzi od niemieckiego kwarcu , który jest pochodzenia słowiańskiego (czescy górnicy nazywali go křemen ). Inne źródła przypisują pochodzenie tego słowa saksońskiemu słowu Querkluftertz , oznaczającemu rudę z żył krzyżowych .  

Kwarc jest najczęstszym materiałem identyfikowanym jako mistyczna substancja maban w mitologii australijskich Aborygenów . Występuje regularnie na cmentarzach grobowców przejściowych w Europie w kontekście pochówku, takich jak Newgrange czy Carrowmore w Irlandii . Irlandzkie słowo oznaczające kwarc to grianchloch , co oznacza „kamień słoneczny”. Kwarc był również używany w prehistorycznej Irlandii , a także w wielu innych krajach, do narzędzi kamiennych ; zarówno kwarc żyłkowy, jak i kryształ górski były wytwarzane jako część technologii litowej ludów prehistorycznych.

Podczas gdy jadeit był od najdawniejszych czasów najbardziej cenionym kamieniem półszlachetnym do rzeźbienia w Azji Wschodniej i Ameryce Prekolumbijskiej , w Europie i na Bliskim Wschodzie różne odmiany kwarcu były najczęściej używane do różnych rodzajów biżuterii i rzeźbienia w twardym kamieniu , w tym grawerowane klejnoty i kamee , wazony z kryształów górskich i ekstrawaganckie naczynia. Tradycja kontynuowała wytwarzanie przedmiotów, które były bardzo cenione, aż do połowy XIX wieku, kiedy to w dużej mierze wypadła z mody, z wyjątkiem biżuterii. Technika kamea wykorzystuje pasma koloru w onyksie i innych odmianach.

Rzymski przyrodnik Pliniusz Starszy uważał kwarc za lód wodny , trwale zamarznięty po długim czasie. (Słowo „kryształ” pochodzi od greckiego słowa κρύσταλλος , „lód”.) Poparł ten pomysł, mówiąc, że kwarc znajduje się w pobliżu lodowców w Alpach, ale nie w górach wulkanicznych, i że duże kryształy kwarcu zostały ukształtowane w kule, aby ochłodzić ręce. Idea ta przetrwała co najmniej do XVII wieku. Wiedział również o zdolności kwarcu do rozszczepiania światła na widmo .

W XVII wieku badania nad kwarcem prowadzone przez Nicolasa Steno utorowały drogę nowoczesnej krystalografii . Odkrył, że niezależnie od wielkości lub kształtu kryształu kwarcu, jego długie pryzmaty zawsze łączyły się pod idealnym kątem 60°.

Właściwości piezoelektryczne kwarcu zostały odkryte przez Jacquesa i Pierre'a Curie w 1880 r. Oscylator kwarcowy lub rezonator został po raz pierwszy opracowany przez Waltera Guytona Cady'ego w 1921 r. George Washington Pierce zaprojektował i opatentował oscylatory kwarcowe w 1923 r. Warren Marrison stworzył pierwszy kwarcowy zegar oscylatorowy oparty na praca Cady'ego i Pierce'a w 1927 roku.

Wysiłki mające na celu syntezę kwarcu rozpoczęły się w połowie XIX wieku, kiedy naukowcy próbowali stworzyć minerały w warunkach laboratoryjnych naśladujących warunki, w których minerały tworzyły się w przyrodzie: niemiecki geolog Karl Emil von Schafhäutl (1803–1890) był pierwszą osobą, która zsyntetyzowała kwarc kiedy w 1845 stworzył mikroskopijne kryształy kwarcu w szybkowarze . Jednak jakość i rozmiar kryształów, które powstały w wyniku tych wczesnych wysiłków, były słabe.

W latach trzydziestych XX wieku przemysł elektroniczny stał się zależny od kryształów kwarcu. Jedynym źródłem odpowiednich kryształów była Brazylia; Jednak II wojna światowa zakłóciła dostawy z Brazylii, więc narody próbowały zsyntetyzować kwarc na skalę komercyjną. Niemiecki mineralog Richard Nacken (1884–1971) odniósł pewien sukces w latach trzydziestych i czterdziestych XX wieku. Po wojnie wiele laboratoriów próbowało wyhodować duże kryształy kwarcu. W Stanach Zjednoczonych Korpus Sygnałowy Armii Stanów Zjednoczonych podpisał kontrakt z Bell Laboratories i Brush Development Company z Cleveland w stanie Ohio na syntezę kryształów pod przewodnictwem Nackena. (Przed II wojną światową firma Brush Development produkowała kryształy piezoelektryczne dla gramofonów.) Do 1948 r. Firma Brush Development wyhodowała największe jak dotąd kryształy o średnicy 1,5 cala (3,8 cm). W latach pięćdziesiątych XX wieku techniki syntezy hydrotermalnej dawały syntetyczne kryształy kwarcu na skalę przemysłową, a dziś praktycznie wszystkie kryształy kwarcu używane we współczesnym przemyśle elektronicznym są syntetyczne.

Piezoelektryczność

Kryształy kwarcu mają właściwości piezoelektryczne ; rozwijają potencjał elektryczny po przyłożeniu naprężenia mechanicznego . Wczesne zastosowanie tej właściwości kryształów kwarcu miało miejsce w przetwornikach fonograficznych . Jednym z najpowszechniejszych zastosowań piezoelektrycznych kwarcu jest obecnie jego oscylator kwarcowy . Zegar kwarcowy to znane urządzenie wykorzystujące minerał. Częstotliwość rezonansowa oscylatora kwarcowego zmienia się poprzez mechaniczne obciążenie, a zasada ta jest wykorzystywana do bardzo dokładnych pomiarów bardzo małych zmian masy w mikrowadze kwarcowej i monitorach cienkowarstwowych .

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne