Kremeň (kvarc): vlastnosti, odrody a využitie

Komplexný prehľad kremeňa (kvarc): vlastnosti, odrody a využitie v šperkoch, priemysle, elektronike a stavebníctve — od ametystu po polovodiče.

Kremeň je tektosilikátový minerál, ktorý je druhým najbežnejším minerálom v kontinentálnej zemskej kôre. Jeho kryštálovú štruktúru tvorí kostra kremíkovo-kyslíkových tetraédrov SiO4. Každý z nich zdieľa atóm kyslíka s iným tetraédrom, takže celkový chemický vzorec je SiO2 alebo kremík.

Kremeň sa vyskytuje v rôznych kryštálových formách: bežný kryštalický kremeň (alfa-kremeň) má trigónnu sústavu a dobre vyvinuté šesthranné (šesťhranné) prizmatické kryštály. Kremeň nemá pravú štiepateľnosť, láme sa na ihlicovité, hladké (konchoidné) lomové plochy. Jeho hustota je asi 2,65 g/cm³ a tvrdosť je 7 na mohsova stupnica). Pri ohreve nad približne 573 °C prechádza alfa-kremeň na beta-kremeň — táto zmena súvisí so zmenou kryštálovej sústavy a má vplyv na technologické použitie materiálu. Kremeň je chemicky veľmi odolný voči väčšine kyselín (okrem fluórvodíkovej) a známy je svojou stabilitou pri vysokých teplotách.

Odrody a formy

Existuje mnoho rôznych odrôd kremeňa, z ktorých niektoré sú polodrahokamy. Už dlho sa používajú na výrobu šperkov a rezbárskych prác z tvrdého kameňa. Achát, ametyst, ruženín sú všetky formy kremeňa.

• Ametyst – fialová odroda, sfarbenie spôsobené stopovým obsahom železa a následným ožiarením.
• Citrín – žltohnedá až oranžová variácia vznikajúca tepelnými zmenami alebo prísadou kovových iónov.
• Ruženín – ružové sfarbenie spôsobené stopovým obsahom titánu, železa alebo mikroskopickými inklúziami.
• Achát a chalcedón – mikrokrystalické formy kremeňa s páskovanými alebo matnými vzormi, často využívané v šperkárstve a dekoráciách.
• Záhneda (smoky quartz) – šedohnedé až čierne sfarbenie spôsobené prirodzeným ožiarením a prítomnosťou hliníka.
• Priehľadný kryštalický kremeň (rock crystal) – číry a bezfarebný, obľúbený v optike a pre brúsené drahokamy.

Kde a ako vzniká

Kremeň vzniká v širokej škále geologických podmienok. Bežne sa tvorí v hydrotermálnych žilách, v puklinách vyplnených roztokom bohatým na kremičitany, v pegmatitoch, ako výplň dutín v lávových a vyvrelých horninách a ako hlavná zložka pieskovcov. Kremeň je tiež hlavným komponentom bežného piesku — malé zrnká kremeňa sú odolné proti zvetrávaniu a akumulujú sa v sedimentoch.

Vlastnosti, optika a elektrické efekty

Kremeň má sklenený lesk a refrakčný index približne 1,544–1,553. Okrem piezoelektrického efektu, pri ktorom mechanické napätie vyvoláva elektrické napätie (a naopak), vykazuje aj pyroelectricitu (zmeny elektrickej polarity pri zmene teploty) v určitých orientáciách kryštálov. Tieto vlastnosti ho robia cenným pre presné oscilátory a elektronické súčiastky.

Využitie

Kremenné kryštály sa používajú v oscilátoroch, napríklad v kremenných hodinách. Ľudia tiež získavajú kremík na výrobu polovodičov. Väčšinu piesku tvoria malé kúsky kremeňa. Kremeň má minerálnu tvrdosť 7 (mohsova stupnica).

V širšom technickom využití sa kremeň a jeho deriváty používajú:

• v elektronike (kremeňové rezonátory, frekvenčné filtre),
• v skorých a moderných hodinových strojčekoch a meracích prístrojoch vďaka stabilite oscilácií,
• ako surovina pre výrobu vysokočistého kremíka pre polovodičový priemysel (nosné ingoty, monokryštály),
• v optike a spektroskopii (priezory, šošovky z vysokočistého kremeňa),
• v stavebníctve a priemysle skla ako surovina na sklo a ako plnivo v kompozitoch,
• ako dekoračný a gemologický materiál v šperkoch a umeleckom kameňoreze.

Tavený kremeň (fused silica)

Tavený kremeň je sklo vyrobené z oxidu kremičitého v nekryštalickej forme. Neobsahuje iné zložky, ktoré sa pridávajú do iných skiel na zníženie teploty topenia. Tavený kremeň má vysoké pracovné teploty a teploty tavenia. Na niektoré účely je tavený kremeň lepší ako iné druhy skla vďaka svojej čistote. Toto sklo sa používa v mnohých high-tech výrobkoch.

Vlastnosti taveného kremeňa zahŕňajú veľmi nízky koeficient teplotnej rozťažnosti, vysokú priehľadnosť v UV a širokom spektre, vysokú chemickú čistotu a odolnosť voči tepelným šokom. Preto sa používa v optických vláknach, v zariadeniach pre polovodičovú výrobu (napr. kryštálové tyče, zváracie chrbtice) a v presnej optike pre vedecké prístroje.

Etymológia a historické poznámky

Slovo "quartz" pochádza z nemeckého slova "quarz". Kremeň bol známy a využívaný už v staroveku na výrobu nástrojov, šperkov a obradných predmetov. V rôznych kultúrach sa mu pripisovali magické či liečivé vlastnosti — dnes je jeho hodnota väčšinou praktická a vedecká.

Pestovanie a starostlivosť o šperky

Vďaka tvrdosti 7 je kremeň pomerne odolný proti oderu, no môže sa poškriabať tvrdšími materiálmi (ako diamant, korund). Na čistenie kremeňových šperkov postačí teplá voda, jemné mydlo a mäkká kefka; vyvarujte sa agresívnych chemikálií a prudkých tepelných šokov, ktoré môžu spôsobiť prasknutie alebo zmenu farby u niektorých odrôd.

Zhrnutie

Kremeň je všestranný a hojny minerál s dôležitými fyzikálnymi, chemickými a technickými vlastnosťami. Od jedinečných farebných odrôd využívaných v šperkárstve až po vysokocisté formy používané v polovodičovom a optickom priemysle — kremeň patrí medzi kľúčové materiály v prírode aj priemysle.

Šokovaný kremeň

Šokovaný kremeň je forma kremeňa, ktorá má mikroskopickú štruktúru odlišnú od normálneho kremeňa. Pod silným tlakom (ale pri obmedzenej teplote) sa kryštalická štruktúra kremeňa deformuje pozdĺž rovín vo vnútri kryštálu. Tieto roviny sa pod mikroskopom zobrazujú ako čiary.

Nárazový kremeň sa nachádza na celom svete, najmä v impaktných kráteroch a v tenkej vrstve na rozhraní kriedy a paleogénu. Tá sa nachádza na kontakte medzi kriedovými a paleogénnymi horninami. Je to ďalší dôkaz (okrem obohatenia irídiom), že prechod medzi týmito dvoma geologickými obdobiami bol spôsobený veľkým nárazom. Eugene Shoemaker ho objavil v stavebných kameňoch v bavorskom meste Nördlingen. Kamene pochádzali zo šokovaných metamorfovaných hornín, ako sú brekcie, z meteorického krátera.

fotomikrofotografia šokovaného kremeňa

Otázky a odpovede

Otázka: Čo je to kremeň?

Otázka: Odkiaľ pochádza názov "kremeň"?

Otázka: Aké sú niektoré odrody kremeňa?

Otázka: Aký tvrdý je kremeň?

Otázka: Čo je to tavený kremeň?

Otázka: Na aké výrobky možno použiť tavený kremeň?

Otázka: Ako dlho ľudia používajú rôzne druhy kremeňa na výrobu šperkov a rezbárskych výrobkov?

Hľadajte podľa písmena