Kwarts

Kwarts is een vorm van siliciumdioxide, SiO2. Het vormt meer dan 12% van het volume van de aardkorst. Kwarts is daarmee een van de meest voorkomende mineralen in de aardkorst. Zand en graniet bestaan voor een groot deel uit kwarts.

Kwarts
Mineraal
Chemische formuleSiO2
TweelingenZeer algemeen
KleurKleurloos indien zuiver, verder alle kleuren mogelijk.
StreepkleurWit
Hardheid7 (per definitie)
Gemiddelde dichtheid2,65 kg/dm3
GlansGlasglans
OpaciteitDoorzichtig tot opaak
BreukSchelpvormig
SplijtingGeen
HabitusZeszijdig prisma met uiteinden van zeszijdige piramides
Kristaloptiek
KristalstelselTrigonaal (α), Hexagonaal (β)
RuimtegroepP3121 (α), P6422 (β)
Eenheidscela=491,36pm c=540,51(α)
Brekingsindices1,4585
Dubbele breking+ 0,00910
Overige eigenschappen
Radioactiviteitgeen
Magnetismegeen
Bijzondere kenmerkenPiëzo-elektrisch
Lijst van mineralen
Portaal    Aardwetenschappen

Eigenschappen

Structuur

Kwarts heeft de chemische formule SiO2. De bindingen tussen de silicium- en zuurstofatomen zijn polair covalent van aard. Een kwartskristal bestaat echter niet uit moleculen SiO2; het is geen moleculaire stof maar een zogenoemd covalent netwerk. Alleen in de gasfase (bij een temperatuur boven 2230°C) komen moleculen met de formule SiO2 voor.

Elk siliciumatoom is met vier zuurstofatomen verbonden, en elk zuurstof-atoom met twee silicium-atomen. Elk silicium-atoom 'deelt' dus vier keer een half zuurstof-atoom = twee zuurstof-atomen. Op deze manier ontstaat een driedimensionaal netwerk van SiO4-tetraëders. Vanwege het driedimensionale netwerk wordt kwarts tot de tectosilicaten ("netwerksilicaten") gerekend.

Kwarts heeft twee fasen, waarbij de configuratie van de silica-tetraëders verschillend is. Dit verschil in oriëntatie van de atomen geeft de twee fasen een verschillend kristalrooster:

Kwarts kan zowel heel grote kristallen vormen als microscopisch kleine. De grootst bekende kwartskristallen komen voor in Farm Verloren in Namibië. Deze kristallen zijn tot 20 meter groot, mogelijk 50 meter.

Onzuiverheden

Zeer zuiver kwarts komt voor in bergkristal. Onzuiverheden komen echter vaak voor. De onzuiverheden bestaan uit verschillende ionen. Tijdens de groei van het kristal worden zij in het kristalrooster opgenomen. In onderstaande tabel staan de meest voorkomende elementen vermeld:

IonOndergrens (ppm)Bovengrens (ppm)
Al3+1315.000
Na+91400
K+3300
Fe3+, Ti4+, P5+, H+, Li+sporen

Het aluminium en ijzer zijn verantwoordelijk voor de kleur van een aantal kwartsvariëteiten. Vooral in combinatie met ioniserende straling treedt het kleureffect op. Kwartskristallen kunnen over andere mineralen heen groeien zoals bij rutielkwarts het geval is.

Polymorfen

Daarnaast komt siliciumdioxide nog voor in vele andere structuren zoals

Ontstaan

Kwarts is een belangrijk mineraal in stollingsgesteenten, zoals graniet.

Kwarts ontstaat bij het afkoelen van een gesmolten silicaatmassa. Ook het afkoelen van een hete oplossing van orthokiezelzuur kan tot kwarts leiden. Het afkoelen moet traag verlopen. Dan ontstaan (grote) kristallen. Omdat het kristalliseren vrij traag gaat, ontstaat bij snelle afkoeling van gesmolten silica vaak een glas.

De grootste kristallen ontstaan door de invloed van heet water op gesteenten. Hierbij lost SiO2-houdend gesteente op in de vorm van orthokiezelzuur. Bij afkoeling van de oplossing slaat het zuur neer in holtes (geoden) en scheuren.

Kwarts is chemisch vrij inert. Onder atmosferische condities lost het slecht op in water. De oplosbaarheid in water is bij 25 °C tussen de 6 en 11 mg/l. Dit betekent dat bij verwering van kwartshoudende gesteenten kwarts nauwelijks oplost. Hierdoor is de meest voorkomende vorm van kwarts zand en zandsteen.

Industriële toepassing

Het blazen van kwartsglas is moeilijker dan glas, doordat het verwekingspunt veel hoger ligt en veel abrupter. Het vereist ook goede ventilatie omdat er gasvormig SiO2 bij ontstaat; dit kan de longen aantasten.

  • Kwartsglas wordt veel toegepast.
    • Het is sterk, zet weinig uit en kan dus grote temperatuurverschillen doorstaan.
    • Het is chemisch vrij inert en het verwekingspunt ligt hoog (1665°C). De sterke covalente bindingen tussen de atomen zorgen hiervoor.
    • Het is transparant voor ultraviolette straling, in tegenstelling tot de meeste andere vormen van glas. Het wordt daarom toegepast als cuvetmateriaal in de spectroscopie van het ultraviolette deel van het spectrum.
  • Kwarts is ook de bron van silicium voor de halfgeleiderindustrie en de siliciumchemie.
  • Kwarts is een piëzo-elektrisch materiaal. De trillingen die men in het kristal kan opwekken worden gebruikt in elektronische apparatuur zoals kristaloscillator in kwartsuurwerken en radio's.

Geschiedenis

De kristallen zijn reeds bekend vanuit de oudheid; de oude Grieken gebruikten stukken kwarts om hun handen in de zomer af te koelen. De naam kwarts komt van het Duitse Quarz (van Slavische oorsprong).

De Romeinen dachten dat kwarts permanent gestold water (ijs) was omdat kwarts vooral in gletsjers werd gevonden.

Schematische weergave van de chemische structuur van kwarts. Rood is zuurstof en grijs is silicium.
SEM-afbeelding van kwartsgroei op zand
Amethist
Natuurlijke citrien

Kwartsvariëteiten

Hieronder is een lijst met de meest bekende kwartsvariëteiten te zien. Vaak worden deze ingedeeld in twee hoofdgroepen. De macrokristallijne variëteiten bestaan uit kristallen die met het blote oog te zien zijn. De kristalvorm zelf hoeft niet altijd zichtbaar te zijn. Rozenkwarts is hiervan een voorbeeld. De cryptokristallijne variëteiten bestaan uit, voor het oog, onzichtbaar kleine kristallen. Het onderscheid tussen verschillende kwartsvariëteiten is vaak vaag. Zo is het scheidingspunt tussen een donkere rookkwarts en een lichte morion eigenlijk niet te bepalen.

Macrokristallijne variëteiten

  • Amethist is de paarse variëteit van kwarts.
  • Ametrien is een vergroeiing van amethist en citrien.
  • Aventurien is kwarts met insluitsels van plaatvormige mineralen zoals fuchsiet.
  • Bergkristal is helder en kleurloos.
  • Blauwkwarts is een blauwe variëteit van kwarts.
  • Citrien is de gele variëteit. Het wordt ook geproduceerd door het verhitten van amethist.
  • IJzerkwarts is kwarts met insluitingen van ijzermineralen en daardoor roodgekleurd.
  • Melkkwarts is wit.
  • Morion is een zeer donkerbruine tot zwarte variëteit.
  • Kattenoog is kwarts dat het chattoyance-effect bezit.
  • Praas is groene kwarts met insluitingen van bijvoorbeeld actinoliet of hedenbergiet.
  • Prasioliet in een groene, ijzerhoudende kwarts. Het wordt soms geproduceerd door verhitten van amethist.
  • Rookkwarts is lichtbruine tot donkerbruine kwarts. Het kan door bestraling van bergkristal gemaakt worden.
  • Rozenkwarts is een massieve roze variëteit van kwarts.
  • Roze kwarts werd oorspronkelijk voor een duidelijk gekristalliseerde variant van rozenkwarts aangezien, maar de kleur blijkt door een ander mechanisme te ontstaan.
  • Rutielkwarts bestaat meestal uit bergkristal met insluitingen van rutielkristallen.
  • Tijgeroog is een pseudomorfose van kwarts en goethiet na riebeckiet.
  • Tijgerijzer bestaat uit hematiet, jaspis en tijgeroog.
  • Valkenoog is kwarts met riebeckietvezels.

Cryptokristallijne variëteiten

  • Agaat bestaat uit gebande chalcedoon.
  • Carneool is helderoranje tot dieprode chalcedoon.
  • Chalcedoon is een vezelige, doorschijnende cryptokristallijne variëteit van kwarts.
  • Chrysopraas is groene chalcedoon.
  • Heliotroop is groene jaspis met rode vlekken.
  • Jaspis is opake cryptokristallijne kwarts.
  • Onyx is zwart-wit gebande agaat.
  • Sardonyx is rood-zwart-wit gebande agaat.
  • Plasma is groene jaspis.
  • Sarder is bruine chalcedoon.
  • Vuursteen bestaat uit cryptokristallijne kwarts en chemisch gebonden water.
Gesteentevormende mineralen (stollingsgesteenten)

felsisch--------------------------------------------------mafisch
kwarts - veldspaat - mica - amfibool - pyroxeen - olivijn

 
Zie de categorie Quartz van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.