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.