Quartzo
Quartzo é um mineral duro e cristalino composto de sílica (dióxido de silício). Os átomos estão ligados em uma estrutura contínua de SiO4 tetraedros de silício-oxigênio, com cada oxigênio sendo compartilhado entre dois tetraedros, dando uma fórmula química geral de SiO2. O quartzo é o segundo mineral mais abundante na crosta continental da Terra, atrás do feldspato.
O quartzo existe em duas formas, o α-quartz normal e o β-quartz de alta temperatura, ambos quirais. A transformação de α-quartz para β-quartz ocorre abruptamente a 573 °C (846 K; 1.063 °F). Como a transformação é acompanhada por uma mudança significativa no volume, ela pode induzir facilmente a microfratura de cerâmicas ou rochas que passam por esse limite de temperatura.
Existem muitas variedades diferentes de quartzo, várias das quais são classificadas como pedras preciosas. Desde a antiguidade, variedades de quartzo têm sido os minerais mais comumente usados na fabricação de joias e esculturas em pedra dura, especialmente na Eurásia.
O quartzo é o mineral que define o valor de 7 na escala de dureza de Mohs, um método de arranhão qualitativo para determinar a dureza de um material à abrasão.
Etimologia
A palavra "quartzo" é derivado da palavra alemã "Quarz", que tinha a mesma forma na primeira metade do século 14 no alto alemão médio e no centro-leste alemão e que veio do termo do dialeto polonês kwardy, que corresponde ao termo tcheco tvrdý ("hard").
Os gregos antigos se referiam ao quartzo como κρύσταλλος (krustallos) derivado do grego antigo κρύος (kruos) que significa "gelo frio", porque alguns filósofos (incluindo Teofrasto) entenderam que o mineral era uma forma de gelo super-resfriado. Hoje, o termo cristal de rocha às vezes é usado como um nome alternativo para o quartzo grosseiramente cristalino transparente.
Hábito e estrutura do cristal
O quartzo pertence ao sistema de cristal trigonal à temperatura ambiente e ao sistema de cristal hexagonal acima de 573 °C (846 K; 1.063 °F). A forma ideal do cristal é um prisma de seis lados terminando com pirâmides de seis lados em cada extremidade. Na natureza, os cristais de quartzo são frequentemente geminados (com cristais de quartzo gêmeos destros e canhotos), distorcidos ou tão integrados com cristais adjacentes de quartzo ou outros minerais que mostram apenas parte dessa forma ou carecem completamente de faces cristalinas óbvias e parecer maciço. Cristais bem formados normalmente se formam como uma drusa (uma camada de cristais que revestem um vazio), dos quais os geodos de quartzo são exemplos particularmente bons. Os cristais estão presos em uma extremidade à rocha envolvente e apenas uma pirâmide de terminação está presente. No entanto, cristais duplamente terminados ocorrem onde se desenvolvem livremente sem ligação, por exemplo, dentro do gesso.
α-quartzo cristaliza no sistema de cristal trigonal, grupo espacial P3121 ou P3221 (grupo espacial 152 ou 154 respectivamente) dependendo da quiralidade. Acima de 573 °C (846 K; 1.063 °F), o α-quartz em P3121 torna-se o hexagonal mais simétrico P6422 (grupo espacial 181), e α-quartz em P3221 vai para o grupo espacial P6 222 (nº 180). Esses grupos espaciais são verdadeiramente quirais (cada um deles pertence aos 11 pares enantiomórficos). Ambos α-quartzo e β-quartzo são exemplos de estruturas cristalinas quirais compostas de blocos de construção aquirais (SiO4 tetraedros no presente caso). A transformação entre α- e β-quartzo envolve apenas uma rotação comparativamente menor dos tetraedros entre si, sem uma mudança na forma como eles estão ligados. No entanto, há uma mudança significativa de volume durante essa transição, e isso pode resultar em microfraturamento significativo em cerâmicas e em rochas da crosta terrestre.
Estrutura de cristal de α-quartz (as bolas vermelhas são oxigênio, cinza são silício)
β-quartz
Variedades (de acordo com a microestrutura)
Embora muitos dos nomes varietais tenham surgido historicamente da cor do mineral, os atuais esquemas de nomenclatura científica referem-se principalmente à microestrutura do mineral. A cor é um identificador secundário para os minerais criptocristalinos, embora seja um identificador primário para as variedades macrocristalinas.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Variedades (de acordo com a cor)
O quartzo puro, tradicionalmente chamado de cristal de rocha ou quartzo claro, é incolor e transparente ou translúcido e tem sido frequentemente usado para esculturas em pedra dura, como o Cristal Lotário. Variedades coloridas comuns incluem citrino, quartzo rosa, ametista, quartzo fumê, quartzo leitoso e outros. Essas diferenciações de cores surgem da presença de impurezas que alteram os orbitais moleculares, fazendo com que algumas transições eletrônicas ocorram no espectro visível causando cores.
A distinção mais importante entre os tipos de quartzo é a de macrocristalino (cristais individuais visíveis a olho nu) e as variedades microcristalinas ou criptocristalinas (agregados de cristais visíveis apenas sob alta ampliação). As variedades criptocristalinas são translúcidas ou principalmente opacas, enquanto as variedades transparentes tendem a ser macrocristalinas. A calcedônia é uma forma criptocristalina de sílica que consiste em intercrescimentos finos de quartzo e seu polimorfo monoclínico moganita. Outras variedades de pedras preciosas opacas de quartzo, ou rochas mistas, incluindo quartzo, geralmente incluindo faixas ou padrões de cores contrastantes, são ágata, cornalina ou sardão, ônix, heliotrópio e jaspe.
Ametista
_10.jpg)
.jpg)
.jpg)
A ametista é uma forma de quartzo que varia de um violeta vívido brilhante a um tom lavanda escuro ou opaco. Os maiores depósitos de ametistas do mundo podem ser encontrados no Brasil, México, Uruguai, Rússia, França, Namíbia e Marrocos. Às vezes, ametista e citrino são encontrados crescendo no mesmo cristal. É então referido como ametrino. Ametista deriva sua cor de traços de ferro em sua estrutura.
Quartzo azul
O quartzo azul contém inclusões de magnesio-riebeckita ou crocidolita fibrosa.
Quartzo dumortierita
As inclusões do mineral dumortierita em peças de quartzo geralmente resultam em manchas de aparência sedosa com um tom azul. Tons de roxo ou cinza às vezes também estão presentes. "Quartzo Dumortierita" (às vezes chamado de "quartzo azul") às vezes apresenta zonas de cores claras e escuras contrastantes em todo o material. "Quartzo azul" é uma pedra preciosa menor.
Citrino
O citrino é uma variedade de quartzo cuja cor varia do amarelo pálido ao marrom devido a uma distribuição submicroscópica de impurezas de hidróxido férrico coloidal. Os citrinos naturais são raros; a maioria dos citrinos comerciais são ametistas tratadas termicamente ou quartzos fumê. No entanto, uma ametista tratada termicamente terá pequenas linhas no cristal, em oposição à aparência turva ou esfumaçada de um citrino natural. É quase impossível diferenciar entre citrino cortado e topázio amarelo visualmente, mas eles diferem em dureza. O Brasil é o maior produtor de citrino, sendo grande parte de sua produção proveniente do estado do Rio Grande do Sul. O nome é derivado da palavra latina citrina que significa "amarelo" e é também a origem da palavra "cidra". Às vezes, citrino e ametista podem ser encontrados juntos no mesmo cristal, que é então referido como ametrino. O citrino tem sido referido como a "pedra do mercador" ou "pedra do dinheiro", devido a uma superstição de que traria prosperidade.
O citrino foi apreciado pela primeira vez como uma pedra preciosa amarelo-ouro na Grécia entre 300 e 150 aC, durante a Era Helenística. O quartzo amarelo era usado anteriormente para decorar joias e ferramentas, mas não era muito procurado.
Quartzo leitoso
O quartzo leitoso ou quartzo leitoso é a variedade mais comum de quartzo cristalino. A cor branca é causada por minúsculas inclusões fluidas de gás, líquido ou ambos, aprisionadas durante a formação do cristal, tornando-o de pouco valor para aplicações ópticas e de pedras preciosas de qualidade.
Quartzo rosa
O quartzo rosa é um tipo de quartzo que exibe uma tonalidade rosa pálido a vermelho rosa. A cor é geralmente considerada devido a vestígios de titânio, ferro ou manganês no material. Alguns quartzos rosa contêm agulhas microscópicas de rutilo que produzem asterismo na luz transmitida. Estudos recentes de difração de raios-X sugerem que a cor é devida a finas fibras microscópicas de possivelmente dumortierita dentro do quartzo.
Além disso, existe um tipo raro de quartzo rosa (também freqüentemente chamado de quartzo rosa cristalino) com cor que se acredita ser causada por vestígios de fosfato ou alumínio. A cor nos cristais é aparentemente fotossensível e sujeita a desbotamento. Os primeiros cristais foram encontrados em um pegmatito encontrado perto de Rumford, Maine, EUA e em Minas Gerais, Brasil. Os cristais encontrados são mais transparentes e euédricos, devido às impurezas de fosfato e alumínio que formaram o quartzo rosa cristalino, ao contrário do ferro e das fibras microscópicas de dumortierita que formaram o quartzo rosa.
Quartzo fumê
O quartzo fumê é uma versão cinza e translúcida do quartzo. Ele varia em clareza de transparência quase completa a um cristal cinza-acastanhado que é quase opaco. Alguns também podem ser pretos. A translucidez resulta da irradiação natural agindo sobre vestígios minúsculos de alumínio na estrutura cristalina.
Oração
Prase é uma variedade verde de quartzo. A cor verde é causada por inclusões de anfibólio.
Prasiolita
A prasiolita, também conhecida como vermarine, é uma variedade de quartzo de cor verde. O verde é causado pelos íons Fe. É um mineral raro na natureza e normalmente é encontrado com ametista; mais "prasiolita" não é natural – foi produzido artificialmente pelo aquecimento da ametista. Desde 1950, quase toda a prasiolita natural veio de uma pequena mina brasileira, mas também é vista na Baixa Silésia, na Polônia. A prasiolita de ocorrência natural também é encontrada na área de Thunder Bay, no Canadá.
Tratamentos sintéticos e artificiais
Nem todas as variedades de quartzo ocorrem naturalmente. Alguns cristais de quartzo claros podem ser tratados usando calor ou radiação gama para induzir cor onde, de outra forma, não ocorreria naturalmente. A suscetibilidade a tais tratamentos depende do local de onde o quartzo foi extraído.
A prasiolita, um material de cor oliva, é produzida por tratamento térmico; A prasiolita natural também foi observada na Baixa Silésia, na Polônia. Embora o citrino ocorra naturalmente, a maioria é resultado do tratamento térmico de ametista ou quartzo fumê. Carnelian foi tratado termicamente para aprofundar sua cor desde os tempos pré-históricos.
Como o quartzo natural geralmente é geminado, o quartzo sintético é produzido para uso na indústria. Monocristais grandes e perfeitos são sintetizados em autoclave por meio do processo hidrotérmico.
Como outros cristais, o quartzo pode ser revestido com vapores de metal para dar um brilho atraente.
Ocorrência
O quartzo é um constituinte definidor do granito e outras rochas ígneas félsicas. É muito comum em rochas sedimentares como arenito e xisto. É um constituinte comum de xisto, gnaisse, quartzito e outras rochas metamórficas. O quartzo tem o menor potencial de intemperismo na série de dissolução de Goldich e, conseqüentemente, é muito comum como mineral residual em sedimentos de correntes e solos residuais. Geralmente, uma alta presença de quartzo sugere um "maduro" rocha, uma vez que indica que a rocha foi fortemente retrabalhada e o quartzo foi o principal mineral que resistiu ao intemperismo pesado.
Enquanto a maioria do quartzo cristaliza a partir do magma fundido, o quartzo também precipita quimicamente de veios hidrotermais quentes como ganga, às vezes com minerais de minério como ouro, prata e cobre. Grandes cristais de quartzo são encontrados em pegmatitos magmáticos. Cristais bem formados podem atingir vários metros de comprimento e pesar centenas de quilos.
A incorporação de impurezas elementares influencia fortemente a capacidade de processar e utilizar o quartzo. Os cristais de quartzo de ocorrência natural de pureza extremamente alta, necessários para os cadinhos e outros equipamentos usados para o cultivo de pastilhas de silício na indústria de semicondutores, são caros e raros. Esses quartzos de alta pureza são definidos contendo menos de 50 ppm de elementos impuros. Um importante local de mineração de quartzo de alta pureza é a mina de joias Spruce Pine em Spruce Pine, Carolina do Norte, Estados Unidos. O quartzo também pode ser encontrado no Pico do Caldoveiro, nas Astúrias, Espanha.
O maior monocristal de quartzo documentado foi encontrado perto de Itaporé, Goiás, Brasil; media aproximadamente 6,1 m × 1,5 m × 1,5 m e pesava 39.916 kg.
Mineração
O quartzo é extraído de minas a céu aberto. Mineiros ocasionalmente usam explosivos para expor bolsões profundos de quartzo. Mais frequentemente, escavadeiras e retroescavadeiras são usadas para remover o solo e a argila e expor os veios de quartzo, que são então trabalhados com ferramentas manuais. Deve-se tomar cuidado para evitar mudanças bruscas de temperatura que possam danificar os cristais.
Quase toda a demanda industrial por cristal de quartzo (usado principalmente em eletrônica) é atendida com quartzo sintético produzido pelo processo hidrotérmico. No entanto, os cristais sintéticos são menos valorizados para uso como pedras preciosas. A popularidade da cura com cristais aumentou a demanda por cristais de quartzo naturais, que agora são frequentemente extraídos em países em desenvolvimento usando métodos de mineração primitivos, às vezes envolvendo trabalho infantil.
Minerais de sílica relacionados
Tridimita e cristobalita são polimorfos de alta temperatura de SiO2 que ocorrem em rochas vulcânicas com alto teor de sílica. A coesita é um polimorfo mais denso de SiO2 encontrado em alguns locais de impacto de meteoritos e em rochas metamórficas formadas a pressões maiores do que as típicas da crosta terrestre. Stishovite é um polimorfo ainda mais denso e de alta pressão de SiO2 encontrado em alguns locais de impacto de meteoritos. Lechatelierite é um vidro de sílica amorfa SiO2 que é formado por descargas atmosféricas em areia de quartzo.
Segurança
Como o quartzo é uma forma de sílica, é um possível motivo de preocupação em vários locais de trabalho. Cortar, esmerilhar, lascar, lixar, perfurar e polir produtos de pedra naturais e manufaturados pode liberar níveis perigosos de partículas de pó de sílica cristalina muito pequenas no ar que os trabalhadores respiram. A sílica cristalina de tamanho respirável é um carcinógeno humano reconhecido e pode levar a outras doenças dos pulmões, como silicose e fibrose pulmonar.
História
A palavra "quartz" vem do alemão 
Quarz.(help·info), que é de origem eslava (Czech miners chamado Como?). Outras fontes atribuem a origem da palavra à palavra saxônica Produtos de plástico, significado minério de ferro.
O quartzo é o material mais comum identificado como a substância mística maban na mitologia aborígine australiana. É encontrado regularmente em cemitérios de tumbas de passagem na Europa em um contexto de enterro, como Newgrange ou Carrowmore na Irlanda. A palavra irlandesa para quartzo é grianchloch, que significa 'pedra do sol'. O quartzo também foi usado na Irlanda pré-histórica, assim como em muitos outros países, para ferramentas de pedra; tanto o veio de quartzo quanto o cristal de rocha foram lapidados como parte da tecnologia lítica dos povos pré-históricos.
Enquanto o jade tem sido desde os primórdios a pedra semipreciosa mais valorizada para esculpir no leste da Ásia e na América pré-colombiana, na Europa e no Oriente Médio, as diferentes variedades de quartzo eram as mais comumente usadas para os vários tipos de joias e escultura em pedra dura, incluindo gemas gravadas e camafeus, vasos de cristal de rocha e vasos extravagantes. A tradição continuou a produzir objetos muito valorizados até meados do século 19, quando caiu em grande parte da moda, exceto em joias. A técnica Cameo explora as bandas de cor em ônix e outras variedades.
O naturalista romano Plínio, o Velho, acreditava que o quartzo era gelo de água, permanentemente congelado após longos períodos de tempo. (A palavra "cristal" vem da palavra grega κρύσταλλος, "gelo".) Ele apoiou essa ideia dizendo que o quartzo é encontrado perto de geleiras nos Alpes, mas não em montanhas vulcânicas, e que grandes cristais de quartzo foram moldados em esferas para refrescar as mãos. Essa ideia persistiu pelo menos até o século XVII. Ele também conhecia a capacidade do quartzo de dividir a luz em um espectro.
No século XVII, o estudo de Nicolas Steno sobre o quartzo abriu caminho para a cristalografia moderna. Ele descobriu que, independentemente do tamanho ou forma de um cristal de quartzo, suas longas faces prismáticas sempre se unem em um ângulo perfeito de 60°.
As propriedades piezoelétricas do quartzo foram descobertas por Jacques e Pierre Curie em 1880. O oscilador ou ressonador de quartzo foi desenvolvido pela primeira vez por Walter Guyton Cady em 1921. George Washington Pierce projetou e patenteou os osciladores de cristal de quartzo em 1923. Warren Marrison criou o primeiro relógio oscilador de quartzo baseado no trabalho de Cady e Pierce em 1927.
Os esforços para sintetizar o quartzo começaram em meados do século XIX, quando os cientistas tentaram criar minerais em condições de laboratório que imitavam as condições em que os minerais se formavam na natureza: o geólogo alemão Karl Emil von Schafhäutl (1803–1890) foi a primeira pessoa para sintetizar quartzo quando em 1845 ele criou cristais microscópicos de quartzo em uma panela de pressão. No entanto, a qualidade e o tamanho dos cristais produzidos por esses primeiros esforços eram ruins.
Na década de 1930, a indústria eletrônica tornou-se dependente de cristais de quartzo. A única fonte de cristais adequados era o Brasil; no entanto, a Segunda Guerra Mundial interrompeu os suprimentos do Brasil, então as nações tentaram sintetizar o quartzo em escala comercial. O mineralogista alemão Richard Nacken (1884–1971) obteve algum sucesso durante as décadas de 1930 e 1940. Após a guerra, muitos laboratórios tentaram cultivar grandes cristais de quartzo. Nos Estados Unidos, o U.S. Army Signal Corps contratou a Bell Laboratories e a Brush Development Company de Cleveland, Ohio, para sintetizar cristais seguindo o exemplo de Nacken. (Antes da Segunda Guerra Mundial, a Brush Development produzia cristais piezoelétricos para toca-discos.) Em 1948, a Brush Development havia cultivado cristais com 1,5 polegadas (3,8 cm) de diâmetro, os maiores da época. Na década de 1950, as técnicas de síntese hidrotérmica produziam cristais de quartzo sintéticos em escala industrial, e hoje praticamente todo o cristal de quartzo usado na indústria eletrônica moderna é sintético.
![Rock crystal jug with cut festoon decoration by Milan workshop from the second half of the 16th century, National Museum in Warsaw. The city of Milan, apart from Prague and Florence, was the main Renaissance centre for crystal cutting.[89]](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b9/Milan_Jug_with_cut_festoon_decoration.jpg/146px-Milan_Jug_with_cut_festoon_decoration.jpg)
jarro de cristal de rocha com decoração de festa de corte por oficina de Milão da segunda metade do século XVI, Museu Nacional em Varsóvia. A cidade de Milão, além de Praga e Florença, foi o principal centro renascentista para o corte de cristais.
Cristais de quartzo sintéticos produzidos na autoclave mostrada na usina de quartzo hidrotérmico piloto da Western Electric em 1959
Fatimid ewer em cristal de rocha esculpida (quartzo claro) com tampa de ouro, c. 1000.
![Rock crystal jug with cut festoon decoration by Milan workshop from the second half of the 16th century, National Museum in Warsaw. The city of Milan, apart from Prague and Florence, was the main Renaissance centre for crystal cutting.[89]](https://en.wikipedia.org/wiki/File:Milan_Jug_with_cut_festoon_decoration.jpg)
Piezoeletricidade
Os cristais de quartzo têm propriedades piezoelétricas; eles desenvolvem um potencial elétrico mediante a aplicação de estresse mecânico. Um dos primeiros usos dessa propriedade dos cristais de quartzo foi em captadores fonográficos. Um dos usos piezoelétricos mais comuns do quartzo hoje é como um oscilador de cristal. O relógio de quartzo é um dispositivo familiar que usa o mineral. A frequência de ressonância de um oscilador de cristal de quartzo é alterada ao carregá-lo mecanicamente, e esse princípio é usado para medições muito precisas de mudanças de massa muito pequenas na microbalança de cristal de quartzo e em monitores de espessura de filme fino.