Kvarts: Struktur, typer og anvendelser – ametyst, glas & elektronik

Lær om kvarts: struktur, typer (ametyst, rosenkvarts, agat) og anvendelser i glas, elektronik og halvledere. Fra naturkrystaller til smeltet silica — videnskab, teknologi og smykker.

Kvarts er et tektosilikatmineral, der er det næstmest almindelige mineral i Jordens kontinentale skorpe. Dets krystalstruktur er en ramme af SiO ₄ silicium-oxygen-tetraedre. Hvert tetraeder deler et oxygenatom med et andet tetraeder, så den samlede kemiske formel er SiO₂ eller silica. Krystallen vokser ofte som sekskantede prismatiske korn med spidse afsætninger; kvarts hører til den trigone krystallsystem og eksisterer i flere polymorfer af SiO₂ (f.eks. tridymit, cristobalit, coesit og stishovit under særlige tryk-/temperaturforhold). Ved ca. 573 °C gennemgår kvarts en reversibel omdannelse mellem alfa- og beta-former, som påvirker dens termiske og mekaniske egenskaber.

Struktur og fysiske egenskaber

Kvarts har flere karakteristiske fysiske egenskaber:

• Hardhed: Mohs-hårdhed på 7, hvilket gør den relativt hård og modstandsdygtig overfor ridser.
• Specifik vægt: cirka 2,65 g/cm³.
• Brud: konkoidal (skalskørt) brudmønster; kvarts har ingen ægte kløvning.
• Optiske egenskaber: brydningsindeks omkring 1,544–1,553; mange varianter er gennemsigtige til transluscente.
• Piezoelektricitet: kvarts er piezoelektrisk, hvilket betyder, at den genererer en elektrisk spænding under mekanisk belastning — en egenskab der er afgørende for elektroniske oscillatorer og sensorer.

Typer og farvevarianter

Der findes både makrokrystallinsk og mikrokristallinsk/cryptokrystallinsk kvarts. Nogle velkendte varianter er:

• Agat — ofte bandet, en form for chalcedon (mikrokristallinsk kvarts).
• Ametyst — violet farve fremkaldt af spor af jern og efterfølgende bestråling.
• Rosenkvarts er — rosa farve, ofte tilskrevet finfordelte inklusioner eller farvecentre; nogle stykker kan fås som gennemsigtige krystaller, andre er mere mælkehvide.
• Andre varianter: citrin (gul til orange, ofte jernrelateret), røgkvarts (brun til sort pga. irradiation eller aluminium-jern komplekser), jaspis, onyx og chalcedon.

Forekomst og dannelse

Kvarts findes i et bredt udvalg af bjergarter — fra magmatiske (f.eks. granit og pegmatit) over metamorfe (f.eks. gnejs) til sedimentære (sandsten). Kvarts dannes både som primær krystal i magmatiske eller hydrotermale omgivelser og sekundært som udfældning i sprækker og geoder. Sand er for størstedelens vedkommende små korn af kvarts, hvilket skyldes kvarts’ modstandsdygtighed over for forvitring.

Anvendelser

Kvarts bruges i mange industrielle, tekniske og dekorative sammenhænge:

• Smykker og ornamenter: halvædelsten som ametyst, rosenkvarts og agat bruges til udskæringer, perler og særlige ædelstene.
• Tids- og frekvenskontrol: kvarts krystaller anvendes i oscillatorer, f.eks. i kvartsure og elektroniske frekvensstandarder, på grund af deres stabile piezoelektriske egenskaber.
• Elektronik og sensorer: højrent silicium fremstillet fra siliciumoxider udvundet af kvarts er grundlag for halvledere; kvarts anvendes også i SAW-filtre, resonatorer og tryktransducere.
• Bygge- og slibemateriale: sand og knust kvarts bruges som byggemateriale, i beton, som slibemiddel og i sandblæsning.
• Optik og præcisionsglas: klar kvarts anvendes til linser, prisme og optiske vinduer, særligt hvor høj termisk stabilitet og UV-transmission er nødvendigt.
• Industriel kemi: kvarts er råmateriale til fremstilling af glas, herunder specialglas og glas med høj renhed.

Smeltet kvarts (fused silica)

"Smeltet kvarts" er glas fremstillet af silica i ikke-krystallinsk form. Det indeholder ikke nødvendigvis de tilsætningsstoffer, som ofte bruges i kommercielt glas for at sænke smeltepunktet. Fused silica (smeltet kvarts) har meget lave termiske ekspansionskoefficienter, høj temperaturbestandighed og fremragende kemisk og optisk renhed.

• Temperatur: smeltet kvarts har høje arbejds- og smeltetemperaturer (smeltepunkt omkring 1700–1725 °C afhængigt af renheden); dets fremragende termiske stabilitet gør det egnet til høje temperaturprocesser.
• Anvendelser: højteknologiske produkter som halvlederfabrikation, UV-optik, laboratorieapparater, fibre og rør til højtemperaturanvendelse samt komponenter til teleskoper og lasere.

Praktiske bemærkninger

Ved vurdering af kvarts til smykker eller tekniske formål er det nyttigt at kende variantens oprindelse, bearbejdning og eventuelle behandlinger (f.eks. varmebehandling eller bestråling, som kan ændre farver). Kvarts er forholdsvis hårdfør, men kan knække ved kraftige slag eller kolde chok; derfor anbefales forsigtig håndtering og opbevaring af finere stykker.

Ordet "kvarts" kommer fra det tyske ord "quarz".

Størstedelen af sandet består af små kvartskrystaller. Kvarts har en mineralhårdhed på 7. (Mohs-skalaen).

Chokeret kvarts

Chokkvarts er en form for kvarts, der har en mikroskopisk struktur, som er forskellig fra normal kvarts. Under stærkt tryk (men begrænset temperatur) deformeres kvarts' krystalstruktur langs planer inde i krystallet. Disse planer kan ses som linjer i et mikroskop.

Stødkvarts findes over hele verden, især i nedslagskratere og i det tynde grænsefladelag mellem kridt og paleogen. Dette er ved kontakten mellem kridt- og palæogene bjergarter. Det er endnu et bevis (ud over iridiumberigelsen) på, at overgangen mellem de to geologiske perioder blev forårsaget af et stort nedslag. Eugene Shoemaker opdagede det i byggesten i den bayerske by Nördlingen. Stenene var fra chokerede metamorfe bjergarter, såsom breccia, fra et meteorkrater.

fotomikroskopi af chokket kvarts

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvad er kvarts?

Spørgsmål: Hvor kommer navnet "kvarts" fra?

Spørgsmål: Hvilke sorter af kvarts findes der?

Spørgsmål: Hvor hårdt er kvarts?

Spørgsmål: Hvad er smeltet kvarts?

Spørgsmål: Hvilke produkter kan smeltet kvarts anvendes til?

Spørgsmål: Hvor længe har folk brugt forskellige typer kvarts til smykker og udskæringer?

Søg efter bogstav