MORPHOLOGY AND SURFACE. Here morphology and habit of quartz crystals are related to the conditions of its paragenesis.
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LA SILICE Pag. 2 -- MORFOLOGIA E SUPERFICIE

 

Lo studio dell'aspetto di un cristallo di quarzo, cioè della sua morfologia, risulta molto complesso poichè dipende direttamente da parametri variabili, interdipendenti , non sempre conosciuti a fondo. Alcune considerazioni di tali parametri ci daranno un'idea della complessità delle interazioni .

La base principale di tutte le considerazioni è quel " modulo quarzo" che abbiamo già visto e che è rappresentato dalla cella elementare (Si3 O6) simile per le due fasi del quarzo, tessera iniziale di nucleazione, con tutte le caratteristiche del quarzo sia di alta che di bassa temperatura, di un reticolo tridimensionale che nei cristalli è ripetuto miliardi di volte .

La sua morfologia può essere interpretata come un frammento di spirale formata dai nove atomi che la compongono, combinati in modo da assumere l'aspetto di un aggregato tondeggiante di sfere ( gli atomi ), ognuno caricato elettricamente in modo diverso e in relazione con gli altri . La cella elementare può essere considerata a buon diritto un germe cristallino e contiene in potenza tutte le forme possibili delle fasi quarzo, fra l'altro determina il senso del cristallo.

structure of quartz crystal

  La cella elementare delle fasi quarzo ( Si3 O6) , con piccole differenze degli angoli di legame dovute alla temperatura passa dalla fase alfa alla beta . A sinistra è schematizzata una cella senza riportare gli atomi di ossigeno. A destra è riprodotta una cella completa rispettando le dimensioni atomiche. Le sfere nere sono di silicio, le bianche di ossigeno. Si deve ricordare che ogni atomo di silicio è legato a quattro mezzi atomi di ossigeno.

Se le condizioni fisiche e chimiche ( temperatura , pressione , pH , salinità , ecc.) sono tali da favorirne la riunione, otterremo un continuo flusso delle molecole intorno al nucleo iniziale: esse si orienteranno tutte nello stesso preciso modo per affinità chimica ed elettrica e il cristallo aumenterà la capacità di attrazione degli ioni in relazione alla massa raggiunta .

beta quartz crystal

Disegno della fase beta esagonale , sono conosciuti cristalli a botticella con un aspetto meno geometrico

 
 alpha quartz crystal

Disegno di cristallo della fase alfa, tipico delle fessure alpine


  Se tutto avvenisse in condizioni ideali, otterremmo un cristallo modello, cioè un cristallo equidimensionale, "statistico" con tutte le facce alla stessa distanza dal centro. A questo punto possiamo introdurre delle variabili .

Il nucleo iniziale ha gli atomi in relazione geometrica fissa e ogni atomo in teoria può dar luogo a una faccia, ad uno spigolo o a un vertice; saranno le condizioni esistenti durante la cristallizzazione che previlegeranno una forma o l'altra, facendo sì che le molecole al pari di calamite si sistemeranno stabilmente in un punto preferenziale del cristallo, dando luogo ad una o più forme caratteristiche di quel preciso ambiente, determinando l'abito del quarzo.

I cristalli sono corpi solidi geometrici tridimensionali. Per descrivere i solidi geometrici si utilizzano gli indici, (gli indici sono coordinate spaziali costruite sugli assi cristallografici che descrivono dei solidi geometrici semplici). Queste forme semplici associate compongono il cristallo. In letteratura per semplicità, gli indici sono sostituiti con lettere dell'alfabeto.

quartz symmetry three polar axes

  Esemplificazione dell'appartenenza delle facce principali del quarzo. Per somma e compenetrazione dei due romboedri di base "z" e "r" si dà luogo alla forma "troncata " pseudoesagonale bipiramidata ; la rigatura ci ricorda la diversità delle facce contigue che compongono la bipiramide e per questo definita trigonale. L'esagono è stato sviluppato dalla ripetizione in senso verticale della bipiramide, è anch'esso trigonale, perciò denominato "m1" e " m2 ", da notare la rigatura del disegno che chiarisce la relazione fra le facce di esagono contigui.

 

LA CRESCITA CRISTALLINA

Il quarzo è un solido risultante dalla unione ( addizione ) di forme geometriche semplici che si troncano a vicenda nella compenetrazione; in altre parole, dall'unione di due o più solidi semplici si ottiene un solido che è il risultato dell'addizione, questo solido complesso mostra solo ciò che fa parte del volume comune ad essi, il resto dei solidi semplici viene "tagliato" e scompare .

dauphinè  quartz habit

  Cristallo con abito del Delfinato, così chiamati perchè caratterizzati per la prima volta su cristalli di quella zona ; sono detti anche "a becco di flauto".

 
 
Muzo habit quartz crystal

 Cristallo di quarzo con abito di Muzo, dal nome del primo riconoscimento.

 Le facce più frequenti sono le superfici dove la densità strutturale è maggiore, le altre facce sono subordinate a condizioni particolari, compaiono nelle zone possibili del cristallo dove è minore ( localmente ) la concentrazione della silice che nutre l'accrescimento del cristallo .

E' rilevante notare che la cristallizzazione libera calore , ed in quantità uguale a quella che era necessaria a tenere in soluzione (in quelle condizioni chimiche ) le molecole ormai facenti parte dell'individuo cristallino; perciò se per cambiamenti avvenuti nel sistema si è somministrato calore, il processo si inverte solubilizzando
il cristallo in tutto od in parte.

Le variazioni di concentrazione, di velocità di flusso, di temperatura, di pressione, di chimismo, di materiale in sospensione, di adsorbimento, di diffusione, di capillarità ed altri ancora, sono tutti fattori che influenzeranno la crescita o la dissoluzione di ogni singolo punto della superficie .

La lunga storia del cristallo potrebbe essere letta nella sua morfologia se avessimo potuto fotografarne i vari stadi di crescita, però anche con qualche frammento di "fotogramma" possiamo raccogliere molte informazioni utili. Tutte le variabili sopra elencate, ed altre ancora , oltre alla crescita, influenzeranno anche gli errori cristallini.

Torniamo al nostro cristallo modello, Le condizioni ideali dovrebbero essere di lenta ma continua deposizione degli ioni presenti vicino alla superficie cristallina, essi, attratti da questa, ne fanno ormai parte. Tali ioni dovrebbero arrivare nelle vicinnze del cristallo senza flussi di direzione, ma per lenta e continua diffusione.


Nel depositarsi sulle superfici le molecole si orientano in modo da conservare la stessa disposizione caratteristica e diversa per ogni faccia " agganciando " le singole molecole in file ordinate .Il risultato sarà una superficie statisticamente perfetta, avente le stesse caratteristiche chimico-fisiche iniziali ( perciò osservando un cristallo modello dovremmo "vedere" ingrandita proprio la cella elementare del quarzo !).

quartz crystals habit

Lo sviluppo di facce che appuntiscono il cristallo formano cristalli di "abito alpino"; si formano nelle zone ricche di anidride carbonica con alte pressioni.

 
quartz crystals habit

 Esempio di cristallo a mosaico ,cioè formato da isole cristalline con diverso orientamento reciproco.

In questo continuo aumentare per aggregazione di "tessere" , gli spigoli e i vertici sono privilegiati per la maggiore vicinanza alle particelle in movimento, ma l'ordine con cui queste si allineano e la maggiore forza di "aggancio" delle cavità, tendono a livellare le superfici, formando un edificio cristallino statisticamente senza difetti .

Le superfici del cristallo sono piani o spigoli di maggior densità atomica, formati da innumerevoli atomi dello stesso tipo, caricati elettricamente in modo uniforme sulle facce equivalenti e di tipo diverso sulle diverse facce. Perciò, se non intervengono fattori perturbanti, tutte le facce di uno stesso tipo si accresceranno nella stessa misura in funzione delle caratteristiche ambientali.

quartz skeletal crystal
quartz sceptre crystal

Cristallo a tramoggia , provocato da crescita discontinua e da adsorbimenti superficiali di sostanze estranee .

Cristallo a scettro provocato dall'interruzione di alimentazione a causa di sostanze che avvolgevano la parte inferiore del cristallo .

 

  Fattori perturbanti possono essere per esempio ioni estranei che per adsorbimento selettivo su alcune forme impediscono alla silice di accrescere quella faccia . Oppure che per ragioni chimico-fisiche possono "assomigliare " alla silice e quindi prenderne il posto in misura tanto maggiore quanto più tumultuosa e veloce è la crescita, creando dei difetti nel reticolo .
Questi difetti a loro volta, possono provocare tensioni strutturali tali da determinare le geminazioni, magari con la complicità degli sbalzi di temperatura. Altro esempio può essere il repentino (relativo !) abbassamento della temperatura che determinerà la formazione di cristalli sottili in grande numero e con molti atomi spuri nell'edificio cristallino .

quartz crystals habit

  Cristallo "modello " idealizzato del quarzo di bassa temperatura di senso destro . Costruito con angoli razionali semplici mostra la simmetria trigonale .

 
 
quartz divergent crystal

  Esempio di cristallo divergente " a covone ". Hanno una forma caratteristica che può variare secondo la località di provenienza

L'interno del cristallo è stabile, formato da atomi disposti con ordine e reciprocamente saturati dalle forze di legame; non è così invece per la superficie che è la fine del cristallo e, come tutte le superfici di separazione in senso stretto,
è dotata di caratteristiche particolari che variano secondo la disposizione degli atomi sulla superficie del cristallo .

Così adsorbimento selettivo, solubilità, cristallizzazione epitattica, geminazione possono essere specificità di una determinata faccia .

 


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