Все о минерале кварц.

Прохождение через кристалл интенсивных ударных волн вызывает образование дефектов. Возникающие в кристалле дефекты могут в ряде случаев обусловливать термолюминесценцию. Это явление применительно к кварцу рассматривается в статье Серебренникова и др. (1982). При самых низких импульсных давлениях большая часть образующихся дефектов имеет структурный характер (к ним относятся вакансии и ионы с измененной валентностью). Авторы исследовали образцы кварца из взрывной брекчии метеоритного кратера методами термолюминесценции, рентгенолюминесценции и электронного парамагнитного резонанса. Для термолюминесценции наблюдались максимумы при 365, 470 и 610-680 нм. Изучение методом ЭПР показало присутствие электронных центров типа Е, и дырочных центров. Считается, что они вызваны вакансиями, в том числе образующимися при замещении Si4+ на Al31 и (или) Fe3 + .

Статья Макларена и др. (McLaren et al., 1983) посвящена исследованию водяных пузырьков в синтетическом кварце. Эти пузырьки выявляются с помощью измерений интенсивности рассеянного света; об их появлении можно также судить по степени возрастания объема кристалла в зависимости от температуры и времени нагревания. Микроструктуры исследовались под трансмиссионным электронным микроскопом. Предложенное автором объяснение механизма основано на допущении вхождения водорода в структуру кварца в виде дефектов. При нагревании кристалла дефекты диффундируются с образованием кластеров. Кластер, состоящий из п (4Н)5(, вызывает образование водяною пузырька с (п — 1) Н20 без какого-либо изменения объема кристалла. При некоторой температуре Г имеется некоторый критический диаметр пузырька, выше которого давление пара Р превышает давление р, соответствующее механическому равновесию пузырька с вмещающим его кристаллом. Если Р становится больше р, пузырек увеличивается в объеме вплоть до Р = р, причем рост объема достигается путем диффузии Б1 и О по каналам из пузырька в связанную с ним ловушку на краевой дислокации. Такой процесс сопровождается заметным увеличением объема кристалла. Два диффузионных процесса протекают одновременно до тех пор, пока все дефекты (4Н)5, не будут поглощены пузырьками.

Энергия излучения поглощается и переходит в энергию колебаний молекул твердого тела. Спектрометр непрерывно регистрирует поглощение образцом, подвергающимся облучению, и сканирование происходит по всему интервалу частот, который может оказаться полезным при исследовании. Положение и интенсивность линий поглощения позволяют получить информацию о составе образца (поскольку определенные группы молекул имеют характеристические частоты), а также сведения о способе вхождения некоторых молекул в данный материал.

Исследовать кварц с помощью инфракреной спектроскопии совсем просто. При этом нет необходимости в какой-либо мере разрушать образец; для исследования вполне достаточно иметь монокристаллы. Линд и Шмецер показали, что отличить синтетический аметист от натурального можно по инфракрасному спектру в области 3800-3000 см-1. Еще не вполне точно установлена взаимосвязь между содержанием элементов-примесей и интенсивностью спектральных линий (в особенности это относится к аметисту). Измерения на отражение непригодны для определения связанной воды или гидроксида, так как излучение недостаточно проникает в глубь образца.

Халцедоны содержат 90 99% кремнезема, некоторое количество воды, а также примеси оксидов AI и Fe. Более высокие содержания кремнезема характерны для светлоокрашенных или молочных разностей, красноватые и коричневые имеют высокое содержание Fc203. Обнаружено присутствие гидроксила (ОН), которые может входить во внутреннюю структуру волокон: большая часть воды может быть удалена при нагревании до 100°С. Потеря воды сопровождается снижением показателя преломления и удельного веса.

В статье Фрондела (Frondel, 1982) обсуждается вопрос о структурном характере гидроксила в халцедоне. Как показали исследования методами инфракрасной спектроскопии и рентгенографии, халцедоны, а также природные стекла, кремни и агаты содержат (ОН) в определенных позициях атомной структуры; кроме того, установлено несколько типов неструктурной воды, которая может сохраняться на поверхности волокон и в порах. Было обнаружено, что концентрическая зональность халцедонов сопровождается изменением межплоскостных расстояний, измеренных по рентгенограммам, что указывает на вариации состава. Содержание структурного (ОН) в волокнах халцедонов изменяется от зоны к зоне; это наблюдается как в природных, так и в синтетических кристаллах, характеризующихся такими же типами спектров, что и халцедон. Зоны, богатые (ОН), быстрее протравливаются, дают линии с меньшими дифракционными углами на рентгенограммах, имеют пониженные показатели преломления и белеют при прокаливании до температур 550 600°С. Такие разновидности халцедона, а также образующиеся при низких температурах вместе с халцедоном кристаллы горного хрусталя и аметиста, а также кристаллы синтетического кварца имеют специфические инфракрасные спектры поглощения в интервале от 3200 до 3600 см-1 (2778-3125 нм). Для природного кварца, образовавшегося при более высоких температурах, спектр в этом интервале имеет другой вид. Механизм вхождения структурного (ОН) различен для этих двух типов кварца, что, по-видимому, зависит от содержания в них алюминия. Волокнистая природа низкотемпературного кварца может определяться содержанием (ОН) и его влиянием на дислокации.