STRUCTURE. The internal structures of alpha quartz and of beta quartz are here investigated. Twinned quartz shows distorted lattice, but there still is structural continuity between the twins.
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IL CRISTALLO Pag. 2-- STRUTTURA

 

STRUTTURA

La molecola del quarzo chimicamente è Si O2 , comune a tutte le modificazioni della silice .Infatti Coesite ,Keatite , Tridimite, Cristobalite,Stishovite nelle varie fasi di bassa, media o alta temperatura, hanno la stessa composizione chimica del Quarzo , la differenza è dovuta al modo spaziale di combinarsi del tetraedro -Si O2 - a formare un "modulo " o cella elementare che è un multiplo della molecola ed è specifico per ogni fase ; questo modulo per ripetizione enormemente grande formerà il cristallo .

Nella silice il silicio è sempre in coordinazione quattro con l'ossigeno ed è al centro di un tetraedro formato da quattro atomi di ossigeno ( vedi figura a lato) , ciascuno dei quali messo in comune con il silicio adiacente (condiviso con una valenza ciascuno) fino a formare un reticolo tridimensionale specifico e diverso per ogni fase, che potremmo chiamare modulo.Il "modulo quarzo" è la cella elementare Si3 O6, comune come formula chimica ai due tipi di quarzo alfa e beta ma avente le celle elementari diverse fra loro per il diverso angolo formato dai tetraedri che le compongono . Le altre modificazioni della silice, avendo la cella elementare diversa , formano cristalli di diversa simmetria .

low-quartz high-quartz structure

A sinistra è schematizzata una cella elementare del quarzo riproducente i soli atomi di silicio , in pratica è un frammento di spirale trigonale vista dall'alto . A destra è completata annerendo il silicio e aggiungendo anche gli atomi di ossigeno ,anzi i mezzi atomi di ossigeno per chiarire l'appartenenza dell'ossigeno agli atomi di silicio disegnati .

Per esempio , le principali fasi sono le seguenti: ( con la rispettiva cella elementare)

- La tridimite che è esagonale e la cui cella è Si4 O8 .

- La cristobalite che è cubica e la cui cella è Si8 O16.

- La coesite che è monoclina e la cui cella è Si16 O32.

La struttura del quarzo è caratterizzata da un edificio cristallino molto compatto : motivo principale della sua durezza e scarsa sfaldabilità .

low-quartz high-quartz structure
 Disegno delle dimensioni relative degli atomi ossigeno (bianchi )e silicio (neri ) che formano il tetraedro SiO2 , (tratteggiato) della silice e della loro reciproca relazione ; naturalmente gli atomi di ossigeno ,qui sopra riprodotti come appartenenti ad un solo atomo , sono in realtà condivisi fra gli atomi di silicio adiacenti e concatenati ai vertici del tetraedro come riprodotti nel disegno a lato.
 
 
 
 

 Schematizzando , si potrebbe rappresentarlo formato da un insieme giustapposto e ordinato di sfere di dimensioni maggiori dell'ossigeno nei cui spazi vuoti si annidano sfere di dimensioni minori costituite dagli atomi del silicio.
Disposizione dei moduli quarzo nelle rispettive fasi :alfa (disegno a sinistra) e beta (a destra ) . Unendo con una linea gli atomi di silicio si ottiene il disegno di una stella simile a quella riprodotta alla base dell'altro disegno qui a destra .

Tale struttura ha un andamento a spirali doppie e semplici , compenetrate in modo tale da essere contemporaneamente destre e sinistre .L'edificio cristallino nella direzione dell'asse ottico è formato da spirali triangolari semplici di un senso che danno luogo , compenetrandosi , a spirali esagonali a doppio passo di senso inverso che determinano il senso del cristallo.

In altre parole la sezione di una di tali spirali doppie , formata dalla associazione di sei spirali semplici , potrebbe assomigliare ad una stella a sei punte , in cui la parte centrale esagonale a doppia spirale di tetraedri di Si O2 che si svolgono in un senso , è formata dall'unione di sei spirali semplici triangolari di senso contrario.

La struttura trigonale del quarzo alfa è caratterizzata dalla possibilità di tramutarsi in struttura esagonale del quarzo beta,semplicemente somministrando energia sotto forma di calore ,che provoca piccole ma significative variazioni dell'angolo di legame silicio-ossigeno. Infatti a differenza delle altre fasi della silice in cui si verificano rotture dei ponti silicio-ossigeno( dovute al cambiamento della densità ) nella trasformazione del quarzo da beta ad alfa e viceversa si ha solo una leggera modifica degli
angoli di legame .
Disegno che riproduce la struttura del quarzo .Per motivi di chiarezza sono stati disegnati solo gli atomi di silicio . La proiezione sul piano mostra l'andamento di un cristallo destro ; al centro è schematizzata la proiezione di una spirale esagonale a doppio passo formata dall'unione di sei spirali semplici di senso contrario .

 Il passaggio è quasi istantaneo a 573°C con assorbimento di calore e si mantiene tale finchè la temperatura resta fra i 573° e gli 870 °C . Al raffreddamento la struttura riassume la simmetria trigonale del quarzo alfa , restituendo il calore di legame ed assumendo la stessa polarità assiale in tutto o in parte, oppure quella contraria (la polarità, non il senso del cristallo! ) in funzione di un nuovo equilibrio cristallino . Pertanto da un cristallo geminato del Delfinato , dopo riscaldamento in opportune condizioni , si potrà ottenere sia un cristallo non geminato sia un geminato della stessa legge con aspetto di geminazione diverso dall'iniziale (geminazione secondaria ).

 low-quartz high-quartz structure

 Disegno riproducente il confine di geminazione della legge del Delfinato.In due "stelle trigonali " della struttura sono schematizzate le polarità ;come si può osservare la posizione reciproca della polarità positiva è spostata di 60°con lo stesso senso di rotazione.


esso tipo di geminazione si può ottenere anche per deformazione del reticolo , causata da pressione prolungata su di un cristallo o su di una sua sezione .Come tutti i minerali ,il quarzo ospita nell'edificio cristallino atomi spuri, cioè atomi estranei entrati in soluzione solida a causa delle dimensioni e delle affinità chimiche possedute . Tali atomi, se sono "accettati" dal reticolo cristallino, si annidano in esso provocando discontinuità nel reticolo . Questi difetti possono provocare geminazioni , dislocazioni , ed anche essere la causa iniziale del colore.

 

 

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