Kvarts — mineralet SiO2: egenskaper, varianter och användningar

Upptäck kvarts (SiO2): egenskaper, varianter som ametist och rosenkvarts, och användningar från smycken och sniderier till kvartsklockor, halvledare och högteknologiskt glas.

Kvarts är ett tektosilikatmineral som är det näst vanligaste mineralet i jordens kontinentala skorpa. Dess kristallstruktur är ett ramverk av SiO ₄ kisel-oxygen-tetraeder. Var och en delar en syreatom med en annan tetraeder, så den övergripande kemiska formeln är SiO₂ eller kiseldioxid. Kvarts kristalliserar i trigonal (ibland beskrivet som hexagonalt) system och bildar ofta sexhörniga prismor med spetsiga ändytor. Fysikaliska egenskaper som kännetecknar kvarts är bland annat en Mohs-hårdhet på 7, specifik vikt omkring 2,65, ingen äkta klyvning (men en konchoidal brottyta) samt god kemisk motståndskraft mot de flesta syror (förutom vissa fluorföreningar).

Varianter och utseende

Det finns många olika sorters kvarts, varav vissa är halvädelstenar. De har använts länge för att göra smycken och sniderier i hårdsten. Agat, ametist och rosenkvarts är alla former av kvarts.

• Klart bergkristall (rock crystal) – genomskinlig, används i optik och smycken.
• Ametist – violett färg orsakad av spår av järn och irradiation.
• Citrin – gul till orange, antingen naturlig eller framställd genom värmebehandling.
• Rosenkvarts – rosa färg, ofta orsakad av mikroskopiska inklusioner eller defekter i gitterstrukturen.
• Rökkvarts – brun till svart, färgad av strålning och aluminiumspår.
• Kryptokristallina former – chalcedon, agater och onyx, där kristallerna är så små att de inte kan ses med blotta ögat.

Bildning och förekomst

Kvarts förekommer i många geologiska miljöer: i magmatiska bergarter som graniter och pegmatiter, i metamorfa bergarter samt i sedimentära bildningar (t.ex. sandsten). Kvartsgångar och hydrotermala avlagringar är vanliga källor till välutvecklade, ofta prismatiska kristaller. Sand som används industriellt består till stor del av kvartskorn.

Polymorfer och temperatur-/tryckformer

Kvarts är en av flera polymorfer av SiO₂. Andra varianter bildas under särskilda temperatur- och tryckförhållanden, exempelvis tridymit och kristobalit (hög temperatur), samt höghastighets- eller högt tryck- former som coesit och stishovit. Dessa polymorfer har samma kemiska sammansättning men annan kristallstruktur.

Användningar

Kvartskristaller används i oscillatorer, till exempel i kvartsklockor. Kvarts har piezoelektriska egenskaper vilket innebär att mekanisk deformation ger upphov till en elektrisk spänning (och vice versa). Det gör kristallerna lämpliga för frekvensstabilisering i klockor, radio- och telekomkomponenter, filter och sensorer.

Man utvinner också kisel för att tillverka halvledare. För att få elektroniskt kisel krävs mycket hög renhet; processen börjar ofta med kvarts (kiseldioxid) som reduceras till metalliskt kisel och därefter raffineras till elektroniskt graderat material. Merparten av sanden består av små kvartsbitar, och kvarts används i glas- och keramitframställning, byggmaterial, slipmedel, gjutformssand och som frackningssand inom olje- och gasindustrin.

Tekniskt används även smält kvarts inom optik och högteknologi tack vare dess renhet och termiska egenskaper. Optiska egenskaper inkluderar brytningsindex ungefär 1,544–1,553 och en svag dubbelbrytning (birefringens) för naturlig kvarts; detta är viktigt i vissa optiska och geologiska tillämpningar.

Smält kvarts och industriellt glas

"Smält kvarts" är glas som består av kiseldioxid i icke-kristallin form. Det innehåller inga andra ingredienser som tillsätts till annat glas för att sänka smältpunkten. Smält kvarts har höga arbets- och smälttemperaturer (ren SiO₂ smälter vid ungefär 1 710 °C) och mycket låg termisk expansionskoefficient, vilket gör materialet mycket beständigt mot snabba temperaturväxlingar. För vissa ändamål är smält kvarts bättre än andra typer av glas på grund av dess renhet. Glaset används i ett antal högteknologiska produkter, bland annat för optiska komponenter, UV-transparenta fönster, fiberoptiska preformer, laboratorieutrustning och kiselbearbetningskärl i halvledarindustrin.

Språk och historia

Ordet "kvarts" kommer från det tyska ordet "quarz". Kvarts har använts av människor sedan forntiden för verktyg, dekoration och i rit- och mätinstrument, och dess industriella betydelse ökade kraftigt med utvecklingen av glas-, elektronik- och telekomindustrin.

Säkerhet och miljö

Malning, skärning eller annan mekanisk bearbetning av kvarts kan frigöra fin andningsbar kiseldioxid-damm. Inandning av respirabel kristallin kiseldioxid kan leda till silikos, en allvarlig lungsjukdom, och ökar risken för lungcancer. Arbetsmiljöåtgärder inkluderar dammbegränsning, lokalutsug, andningsskydd och god hygien för att minimera exponering.

Sammanfattningsvis är kvarts ett mycket utbrett och mångsidigt mineral med viktiga geologiska, tekniska och kommersiella roller — från sand och byggmaterial till högteknologiska komponenter och smycken.

Chockad kvarts

Chockad kvarts är en form av kvarts som har en mikroskopisk struktur som skiljer sig från normal kvarts. Under intensivt tryck (men begränsad temperatur) deformeras kvartsens kristallina struktur längs plan inuti kristallen. Dessa plan syns som linjer i ett mikroskop.

Stötkvarts finns över hela världen, särskilt i nedslagskratrar och i det tunna gränsskiktet mellan krita och paleogen. Detta är vid kontakten mellan krit- och paleogena bergarter. Det är ytterligare ett bevis (utöver iridiumberikningen) för att övergången mellan de två geologiska perioderna orsakades av en stor nedslag. Eugene Shoemaker upptäckte den i byggnadsstenar i den bayerska staden Nördlingen. Stenarna kom från chockade metamorfa bergarter, t.ex. breccia, från en meteorkrater.

Fotomikrografi av chockad kvarts.

Frågor och svar

F: Vad är kvarts?

F: Varifrån kommer namnet "kvarts"?

F: Vilka är några sorter av kvarts?

F: Hur hårt är kvarts?

F: Vad är smält kvarts?

F: Vilka produkter kan smält kvarts användas till?

F: Hur länge har människor använt olika typer av kvarts för smycken och sniderier?

Sök med bokstav