Кварц
Характеристики и физические свойства кварца
Он слагает около 13% земной коры, т.е. по распространенности в ней является вторым после полевых шпатов минералом. Кристаллизуется в тригональной сингонии. Структура представляет собой бесконечный трехмерный каркас, образованный вязью кремнекислотных тетраэдров (SiO4)4-. Тетраэдры располагаются спиралями, при этом кремний и кислород связаны между собой ионно-ковалентными связями, тетраэдры соединяются друг с другом через вершины (через атомы кислорода).
Окраска кварца различна и по цвету, и по своей природе. Идеально чистый кварц в крупных бездефектных кристаллах бесцветен и издревле называется горным хрусталем (рис. 1а). Кварц с изоморфной примесью Fe3+ и внедрившимися в межузельное пространство катионами щелочных металлов имеет фиолетовый цвет и называется аметистом (рис. 1б), а кварц с такой же примесью Al3+ и катионов R+ имеет буро-коричневый цвет и называется морином (рис. 1в). Бесцветная, фиолетовая, дымчатая – все это собственные окраски кварца, обусловленные его составом и структурой. Из числа разновидностей кварца с ложной окраской назовем лишь две: молочный кварц и зеленый кварц (празем).
Рис. 1. Кварц: а) горный хрусталь; б) аметист; в) морин.
Образуется кварц в разных условиях: как продукт кристаллизации кислых магм; как гидротермальный минерал в скарнах, рудных и нерудных жилах и других минеральных выделениях; как составная часть метаморфических горных пород; как минерал осадочных горных пород и т.д.
Промышленное значение для разработки кварца какпьезосырья и ограночного материала для ювелирного дела имеют гранитные пегматиты (их называют по местам первых находок жилами альпийского типа), в них иногда добывают прозрачные хорошие кристаллы кварца массой до 500 кг. Кварц из отбросов этого производства используют для выплавки жаростойкого стекла и в качестве сырья для выращивания искусственных (бездефектных) кристаллов пьезокварца. Промышленное значение для стекольной промышленности имеют белые кварцевые пески. Халцедон как поделочный камень добываю/т в миароловых и других минерализованных полостях в эффузивах (базальтах и др.).
Кварц легко узнается по призматическим кристаллам с поперечной штриховкой, раковинчатому излому, твердости, стеклянному или жирному блеску.
Примеры решения задач
Задание | Какая масса оксида кремния (IV), содержащего 25% примесей,потребуется для получения силиката калия массой 10 г по реакции с карбонатом калия? |
Решение | Запишем уравнение реакции взаимодействия оксида кремния (IV) с карбонатом калия с образованием силиката калия:
SiO2 + K2CO3 = K2SiO3 + CO2↑. Рассчитаем количество моль силиката калия (молярная масса равна 154 г/моль): n = m / M; n(K2SiO3) = m (K2SiO3) / M (K2SiO3); n (K2SiO3) = 10 / 154 = 0,06 моль. Согласно уравнению реакции n (K2SiO3) :n (SiO2) = 1: 1. Значит, n(SiO2) = n(K2SiO3) = 0,06 моль. Тогда масса оксида кремния (IV) будет равна (молярная масса – 60 г/моль): m = n × M; m (SiO2) = n (SiO2)× M (SiO2); m (SiO2) = 0,06× 60 = 3,6г. Учитывая наличие примесей в составе оксида кремния (IV) его масса будет равна: m (SiO2) =3,6 × 0,25 = 0,9 г. |
Ответ | Масса оксида кремния (IV) равна 0,9 г. |
Задание | Какая масса оксида кремния (IV), содержащего 25% примесей,потребуется для получения силиката натрия массой 5,6 г по реакции с карбонатом натрия? |
Решение | Запишем уравнение реакции взаимодействия оксида кремния (IV) с карбонатом натрия с образованием силиката натрия:
SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2↑. Рассчитаем количество моль силиката натрия (молярная масса равна 122 г/моль): n = m / M; n(Na2SiO3) = m (Na2SiO3) / M (Na2SiO3); n (Na2SiO3) = 5,6 / 122 = 0,05 моль. Согласно уравнению реакции n (Na2SiO3) :n (SiO2) = 1: 1. Значит, n(SiO2) = n(Na2SiO3) = 0,05 моль. Тогда масса оксида кремния (IV) будет равна (молярная масса – 60 г/моль): m = n × M; m (SiO2) = n (SiO2)× M (SiO2); m (SiO2) = 0,05× 60 = 3г. Учитывая наличие примесей в составе оксида кремния (IV) его масса будет равна: m (SiO2) =3 × 0,25 = 0,75 г. |
Ответ | Масса оксида кремния (IV) равна 0,75 г. |