ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2021
Просмотров: 10846
Скачиваний: 9
Описательная часть
356
в расположении их различны. В целом упа
ковка ионов кислорода не плотная: в карка
сах имеются «пустоты» между тетраэдрами.
В низкотемпературных модификациях они
обладают малыми размерами, а в высоко
температурных, более «рыхло» построен
ных модификациях они крупнее. В прямой
зависимости от этого находятся и удельные
веса, а также показатели преломления.
Так как каждый ион кислорода явля
ется «мостиковым» — общим для двух
смежных тетраэдров SiO
4
, то он всюду рас
полагается между двумя ионами кремния,
тогда как каждый ион Si
4+
находится в чет
верной координации ионов кислорода. Отсюда и координационные чис
ла 2 и 4. При рассмотрении тетраэдров SiO
4
в рамках второго правила
Полинга легко видеть, что каждый положительный ион Si
4+
погашает
лишь половину отрицательных валентных усилий каждого окружающе
го его иона О
2–
, но так как каждый ион кислорода одновременно принад
лежит другому тетраэдру, одновременно погашается и вторая половина
его заряда. Таким образом, легко убедиться, что в целом химическая фор
мула соединения будет SiO
2
.
α
αα
α
α
jКВАРЦ
— SiO
2
. Эту устойчивую при низких температурах моди
фикацию обычно называют просто кварцем; происхождение названия
остается неизвестным. Кварц является одним из наиболее распростра
ненных в земной коре и лучше всего изученных минералов.
Химический состав.
Теоретическому составу, очевидно, отвечают бес
цветные прозрачные разновидности. Из числа изоморфных примесей
следует назвать Al
3+
, Fe
3+
, Ti
4+
. Разности, окрашенные в молочнобелый
или другой цвет, в виде механических примесей в разных количествах
могут содержать газообразные, жидкие и твердые вещества: СО
2
, Н
2
О,
углеводороды, NaCl, CaCO
3
, в ряде случаев включения мельчайших кри
сталликов рутила, актинолита и других минералов, видимых на глаз.
Сингония.
Более высокотемпературная модификация
β
кварца кри
сталлизуется в гексагональной сингонии, гексагональнотрапецоэдриче
ском в. с.
L
6
6
L
2
. Более устойчивая при температурах ниже 573 °С (при ат
мосферном давлении) модификация
α
кварца кристаллизуется в
тригональной сингонии, тригональнотрапецоэдрическом в. с.
L
3
3
L
3
.
Пр.
гр.
P
3
1
21(
D
4
3
) или
P
3
2
21(
D
5
3
) (правая и левая энантиоморфные модифика
ции).
a
0
= 4,904,
с
0
= 5,397.
Кристаллические структуры
довольно просты
по структурной схеме. На рисунках 182 и 183 в одинаковом масштабе изоб
ражена кристаллическая структура
β
кварца и проекции вдоль оси
с
на
плоскость (0001). В каждом тетраэдре SiO
4
два кислородных иона распо
Рис. 181.
Кристаллическая струк
тура.
а
— тетраэдр, поставленный на
ребро; вершины его являются
центрами ионов кислорода в
тетраэдрической группе SiO
4
(
б
),
внутри которой располагается ион
Si
4+
. Масштаб для
а
и
б
один и тот же
а
б
Раздел IV. Окислы (оксиды)
357
лагаются несколько выше, а другие два — несколько ниже, чем ион крем
ния. Группы тетраэдров лежат в трех слоях на различных высотах; их от
носительное положение над плоскостью чертежа показано линиями раз
ной жирности и цифрами при кружках (рис. 182). Как можно заметить на
рис. 183, тетраэдры образуют спирали, каждая из которых закручивается в
одну и ту же сторону. Так называемые правые и левые кварцы тем и отли
чаются, что заворот этих спиралей происходит в правую или в левую сто
рону. Поворот вокруг шестерной оси на 60° и перенос на одну треть высо
ты элементарной ячейки вдоль оси
с
приводят к совпадению с прежней
позицией тетраэдров (рис. 183).
Низкотемпературная моди
фикация
α
кварца по своей кри
сталлической структуре лишь
несколько отличается от
β
квар
ца. На рисунке 184 изображены
их соотношения в проекции на
плоскость (0001), причем пока
заны лишь ионы кремния. Как
видим, при полиморфном пре
вращении высокотемператур
ной модификации в низко
температурную происходят
небольшие смещения центров
Рис. 183.
Та же кристаллическая структура, что
и на рис. 182, но в изображении в виде тетраэд
ров. Линиями различной степени жирности (на
затененной стороне тетраэдров) показано
относительное положение этих тетраэдров над
плоскостью чертежа. Легко видеть, что тетраэд
ры, примыкающие к внутреннему шестиуголь
нику, расположены по винтовой оси шестого
порядка (по двухходовому винту)
Рис. 182.
Кристаллическая структу
ра более высокотемпературной
модификации
β
кварца в проекции
на плоскость (0001). Цифры
означают относительные высоты
ионов над плоскостью чертежа
Рис. 184.
Соотношения в кристаллических
структурах
β
кварца (
а
)
и
α
кварца (
б
).
Показаны только ионы кремния,
высотное положение которых
отмечено различной степенью
затененности кружков
а
б
Описательная часть
358
кремнекислородных тетраэдров, в результате чего имеет место уплотне
ние решетки и понижение ее симметрии: шестерные оси превращаются в
тройные. При этом тип связи между тетраэдрическими группами не ме
няется. В процессе превращения не происходит изменений в направле
ниях заворота спиралей (в правую или левую сторону).
Облик кристаллов.
Кристаллы
β
кварца,
вернее, параморфозы
α
кварца по нему, встреча
ющиеся в богатых кремнеземом эффузивных по
родах (риолитах, кварцевых порфирах и др.) как
ранние выделения из жидкой магмы, имеют об
лик гексагональной дипирамиды, причем грани
призмы сильно укорочены или отсутствуют во
все (рис. 185). Они обычно очень мелки, но в не
которых породах достигают 1–2 см
в поперечни
ке. Низкотемпературный
α
кварц в хорошо
образованных кристаллах встречается только в
пустотах или рыхлых средах. Известны отдель
ные кристаллы очень крупных размеров, до 1 и
даже 40 т
весом. Формы кристаллов хотя и весь
ма разнообразны, но чрезвычайно характерны по
присутствию граней призмы
m
(101
–
0), часто с
горизонтальной штриховкой, граней ромбоэд
ров
r
(101
–
1) и z (011
–
1), тригональной дипира
миды
s
{112
–
1}, тригонального трапецоэдра
х
{516
–
1} и др. (рис. 186). Встречаются индивиды,
в которых грани главных ромбоэдров одинако
во развиты, и кристаллы в таких случаях при
нимают облик «гексагональной дипирамиды».
Будучи протравленными, грани одного ромбо
эдра остаются блестящими, другого — становят
ся матовыми. Фигуры травления также неоди
наковы. По положению граней тригонального
трапецоэдра {516
–
1} и дипирамиды {112
–
1} разли
чают правый и левый кварц (рис. 186). Эти грани приурочены к ребрам приз
мы (через 120°), располагаясь вверху и внизу, но по разные стороны ребра.
Кроме явнокристаллических модификаций
α
'
и
β
кварца известны
скрытокристаллические плотные разности, обладающие волокнистым
строением:
халцедон
(волокна вытянуты вдоль одной из осей L
2
) и
квар'
цин
(волокна вытянуты вдоль
L
3
), надежно отличимые друг от друга толь
ко по оптическим свойствам (в частности, по знаку удлинения).
Двойники наблюдаются весьма часто и по разным законам.
1.
Дофинейские
двойники (рис. 187) столь совершенно прорастают
друг друга, что похожи на простые кристаллы, от которых они отличают
Рис. 185.
Кристаллы
β
кварца. Гексагональная
дипирамида (справа) в
комбинации с гексагональ
ной призмой (слева)
Рис. 186.
Левый (
а
)
и правый
(
б
) кварц:
m
{101
–
0},
r
{101
1
–
1},
z
{011
–
1},
s
{112
–
1},
х
{516
–
1}
Раздел IV. Окислы (оксиды)
359
ся тем, что грани трапецоэдра
х
наблюдаются в уд
военном количестве (рис. 188) и выводятся друг из
друга поворотом вокруг вертикальной оси не на
120°, а на 60°. Грани призмы обоих индивидов сли
ваются, а грани ромбоэдра
r
совпадают с гранями
ромбоэдра
z
(рис. 187). Оптические оси обоих ин
дивидов параллельны, и потому двойниковое стро
ение можно установить только путем травления
(рис. 189
а
). Двойниковые швы извилистые.
2.
Бразильские
двойники (рис. 188) отличаются
от дофинейских тем, что в них грани трапецоэдров,
наблюдающиеся в двойном количестве, выводятся
иначе: отражением в вертикальной плоскости. Двой
никовое строение обнаруживается путем травления
(рис. 189
б
).
В отличие от строения дофинейских
двойников, здесь мы наблюдаем прямолинейные
двойниковые швы. Кроме того, бразильские двой
ники могут быть обнаружены и оптически.
3.
Японские
двойники по тригональной ди
пирамиде {112
–
2}; индивиды наклонены друг к
другу под углом 84°34
′
.
Агрегаты.
В пустотах широко распростра
нены друзы кристаллов кварца (см. рис. 45),
иногда в срастании с кристаллами других ми
нералов. Сплошные же массы кварца представ
ляют зернистые агрегаты. Строение плотных
агрегатов легко устанавливается в тонких шли
фах под микроскопом при скрещенных нико
лях. Халцедон, обладающий скрытоволокнис
Рис. 187.
Дофинейский
двойник (схема).
Границы между двумя
индивидами заметны по
сутурной линии
Рис. 189.
Протравленные сечения кристаллов кварца (перпендикулярно оптической
оси):
а
— дофинейский двойник; границы индивидов очень неправильные;
б
— бразильский двойник с прямыми границами двойниковых индивидов
а
б
Рис. 188.
Дофинейский (
а
)
и бразильский
(б)
двойники
(схема)
а
б
Описательная часть
360
тым строением, часто наблюдается в виде корок, почковидных форм или
сферолитов, но чаще в виде желваков, носящих название кремней. Агаты
(кремнистые жеоды) имеют концентрическизональное строение, обус
ловленное перемежаемостью различно окрашенных слоев халцедона,
иногда кварца. Центральные части жеод нередко сложены кристалличе
скизернистым кварцем (см. рис. 47), иногда в виде щеток кристаллов.
Цвет
кварца может быть самый различный, но обычно распростране
ны бесцветные, молочнобелые и серые окраски. Прозрачные или полу
прозрачные красиво окрашенные разности носят особые названия: 1)
гор'
ный хрусталь
— бесцветные водянопрозрачные кристаллы; 2)
аметист
—
фиолетовые разности; 3)
раухтопаз
— дымчатые прозрачные разности, ок
рашенные в сероватые или буроватые тона; 4)
морион
— кристаллы квар
ца, окрашенные в черный цвет; 5)
цитрин
— золотистожелтые или ли
монножелтые кристаллы. Розовый кварц, не имеющий специального
названия, окрашен, по всей вероятности, примесью Ti.
Кроме перечисленных прозрачных разностей кварца, наблюдаются явно
аллохроматически окрашенные кристаллы кварца благодаря включениям
посторонних минералов, также имеющие свои названия:
празем
— зеленова
тый кварц с включениями иголочек зеленого актинолита:
авантюрин
— жел
товатый или буроватокрасный кварц с мерцающим отливом, обусловлен
ным мельчайшими включениями слюды, железной слюдки Fe
2
O
3
и др.
Широко распространенный в гидротермальных
месторождениях молочнобелый цвет кварцевых
масс в одних случаях обязан содержанию в них боль
шого количества микроскопических жидкостей и
газов. Почти всегда в жидких включениях наблюда
ется подвижной пузырек газа, по которому легко
узнается жидкость, а иногда даже кристаллики NaCl
(рис. 190). При нагревании при определенной тем
пературе эти кристаллики растворяются, затем ис
чезают пузырьки газа и образуется однородная жид
кая фаза. При охлаждении она вновь становится неоднородной. Таким
путем можно примерно установить, при какой температуре мог произойти
захват этих жидких фаз в процессе кристаллизации кварца. В других слу
чаях молочнобелый цвет кристаллов кварца обусловлен сильной трещи
новатостью, возникшей при динамических воздействиях (подобно тому,
как совершенно прозрачный лед при ударе молотком в поврежденном ме
сте становится молочнобелым).
Халцедон чаще, чем кристаллический кварц, бывает окрашен в самые
различные цвета и оттенки: молочносерый, синеваточерный (сапфирин),
желтый, красный, оранжевый (сердолик), коричневый, бурый (сардер),
зеленый (плазма), яблочнозеленый от соединений никеля (хризопраз),
зеленый с красными пятнышками (гелиотроп) и др. Агаты или ониксы
Рис. 190.
Газовый
пузырек и кристаллик
галита в капельке
жидкости, включенной
в кварц. Увеличено