Jména
křemen
Úvod
Křemen je definitivní nízkoteplotní trigonální polymorf oxidu křemičitého (SiO₂), stabilní až do 573 °C za běžných tlaků. Jako definující měřítko tvrdosti 7 na Mohsově stupnici a jeden z nejhojnějších horninotvorných tektosilikátů v kontinentální kůře Země je křemen proslulý silnou piezoelektřinou, chemickou odolností, absencí štěpnosti a rozsáhlou řadou barevných makrokrystalických a mikrokrystalických (chalcedonových) odrůd.
Základní informace Zobrazit Skrýt
Identifikace minerálu
křemen
Běžné synonyma / aliasy
Alfa-křemen, nízkoteplotní křemen, křišťál (makrokrystalický bezbarvý), oxid křemičitý, křemen
Chemie Zobrazit Skrýt
Chemický vzorec
SiO₂
Prvky
Křemík (Si), Kyslík (O)
Vedlejší prvky / Nečistoty
Fe, Al, Ti, Mn, Li, Na, K, H₂O
Empirický vzorec
SiO₂
Molekulová hmotnost (g/mol)
60.08
rozpustnost
Nerozpustný ve vodě a běžných organických rozpouštědlech; velmi málo rozpustný v čisté vodě za superkritických hydrotermálních podmínek; rozpouštěný vodnou kyselinou fluorovodíkovou (HF) a horkými koncentrovanými roztoky hydroxidů alkalických kovů (KOH, NaOH).
Reakce na kyselinu
Žádná (Zcela inertní vůči kyselině chlorovodíkové (HCl), dusičné (HNO₃) a sírové (H₂SO₄) při okolní teplotě a teplotě varu; reaguje výhradně s kyselinou fluorovodíkovou (HF)).
Klasifikace Zobrazit Skrýt
Typ minerálu
Minerální druhy
IMA Stav
Výjimka
IMA Symbol
Qtz
Strunzova klasifikace
04.DA.05
Dana klasifikace
75.01.03.01
Skupina minerálů
Skupina křemene (křemičitany / oxidy)
Krystalová struktura Zobrazit Skrýt
krystalová soustava
Trigonal (nízký/alfa křemen); hexagonální symetrie pro vysoký/beta křemen nad 573 °C
Krystalický habit
Prizmatické šestiboké krystaly s pyramidami, vodorovným rýhováním, drúzovými povlaky, masivními agregáty, mikrokrystalickým chalcedonem a geodovými výplněmi.
Krystalová třída
Trigonální trapezoedrická, 32 (P3₁21 nebo P3₂21)
Prostorová grupa
P3₁21 nebo P3₂21
Parametr buňky A (Angström)
4.913
Parametr buňky B (Angstrom)
4.913
Parametr buňky C (Angström)
5.405
Úhel alfa buňky (stupně)
90
Úhel buňky Beta (stupně)
90
Úhel buňky Gama (Stupně)
120
Elementární buňka Z
3
Dvojčatění krystalů
Mimořádně časté; zahrnuje Dauphiné dvojčata (prorůstavé dvojče s osou c jako dvojčetnou osou), brazilská dvojčata (opticky kontaktní dvojče na {11-20}), dvojčata podle japonského zákona (kontaktní dvojče na {11-22} s úhlem 84°33') a dvojčata podle esterelského zákona.
Obvyklé krystalové plochy
{10-10} hranol, {10-11} kladný klenec, {01-11} záporný klenec
Fyzikální vlastnosti Zobrazit Skrýt
Primární barva
bezbarvýfialová (P)růžovážlutá (Y)Zelená (G)bíláŠedáHnědáČerná
Běžné barvy
Bezbarvá, bílá, šedá, fialová, žlutá, růžová, hnědá, černá a zelená
Série
bílá
Lesk
Skelný (sklovitý); mastný na lomných plochách; voskový až matný v mikrokrystalických formách.
Průhlednost / Průsvitnost
Průhledný až průsvitný (neprůhledný u masivních, silně inkluzemi zatížených nebo kryptokrystalických odrůd).
Tvrdost (Mohs)
7
dekolt
Chudý
Směr odlučnosti
Málo zřetelný na {0111} a {1011}
Úhel štěpnosti / Kvalita odlučnosti
Žádná pravá štěpnost; nezřetelná odlučnost se může vyskytovat na dvojčatných rovinách podle brazilského zákona.
zlomenina
Lasturnatý až sublasturnatý.
Houževnatost
Křehký
Relativní hustota
2.65 - 2.66
Magnetismus
Nemagnetické (diamagnetické).
Teplota tání
1713 °C
Tepelná stabilita
Prochází reverzibilní, displacivní fázovou přeměnou na vysokoteplotní hexagonální beta-křemen (β-SiO₂) při 573 °C (1063 °F) za 1 atm, doprovázenou strukturální expanzí objemu; přeměňuje se na tridymit nad 870 °C a na cristobalit nad 1470 °C.
Optické vlastnosti Zobrazit Skrýt
Index lomu
1.544 - 1.553
Index lomu Alfa
1.544
Index lomu Beta
1.544
Index lomu gama
1.553
Úhel optických os (2V)
0° (jednoosý)
Optická značka / Zánik
Pozitivní (+)
Dvojlom
0.009
Disperze
0.013
Optický znak
Jednoosý+
pleochroismus
Žádný až slabý (u barevných makrokrystalických odrůd, jako je ametyst, citrín a záhněda).
Podrobnosti pleochroismu
Slabý dichroismus u tmavého ametystu (fialový / červenofialový) a záhnědy (žlutohnědý / červenohnědý); žádný u čirého bezbarvého křišťálu.
Optické jevy
Asterismus (šestipaprsková hvězda způsobená orientovanými inkluzemi rutilu), chatoyance (křemen s kočičím okem, tygří oko), iridescence (irisový křemen / duhový křemen v důsledku tenkovrstvé interference na lomových plochách), optická kruhová polarizace (stáčí lineárně polarizované světlo podél osy c).
Fluorescence
Inertní až slabě fluorescenční pod UV zářením; diagnostické barvy katodové luminiscence (CL) odhalují zónování růstu (modré, červené nebo žlutozelené v závislosti na [AlO₄] a centrech strukturních defektů).
Luminiscence / Fosforescence / Termoluminiscence
Obecně nefluoreskující; některé specifické variety nebo vzorky s uzavřeninami vykazují slabou zelenou, žlutou nebo modrou fluorescenci při krátkovlnném UV (254 nm) nebo dlouhovlnném UV (365 nm); silně triboluminiscenční (vyzařuje záblesky světla, když jsou krystaly udeřeny nebo o sebe třeny ve tmě).
Absorpční spektrum
Vysoce transparentní v UV, viditelné a blízké infračervené oblasti; diagnostické vibrační infračervené absorpční pásy při 1080 cm⁻¹, 798 cm⁻¹, 778 cm⁻¹ (valenční dvojpás Si-O-Si) a 460 cm⁻¹ (deformační vibrace Si-O).
Výskyt a vznik Zobrazit Skrýt
Proces formace
Krystalizuje v magmatických horninách a pegmatitech, hydrotermálních žilách, metamorfovaných kvarcitech a sedimentárních prostředích.
Geologické prostředí
Magmatické, metamorfované a sedimentární prostředí včetně křemenných žil, geod, pegmatitů a detritických písků.
Doprovodné minerály
Živec, Muskovit, Biotit, Turmalín, Kalcit, Fluorit, Pyrit, Hematit
typová lokalita
Neexistuje jediné typové naleziště; křemen byl historicky uznán a je nadále platný.
Hlavní producentské země / lokality
AustrálieRakouskoBrazilKanadaChinaFrancieNěmeckoIndiaItálieJaponskoMadagascarMexikoNamibiaNorskoPákistánPeruRussiaJižní AfrikaŠpanělskoŠvýcarskoSpojené královstvíSpojené státy
Typ ekonomického vkladu
Hydrotermální žíly, granitové pegmatity, rýžovištní ložiska, kvarcity a vrstvy křemičitého písku.
Historie a název Zobrazit Skrýt
Rok objevu
Ancient / Prehistoric (Documented in classical Greek mineral treatises by Theophrastus in ~300 BCE as κρύσταλλος (krýstallos)).
Původ jména
Odvozeno z německého slova Quarz, původem ze středohornoněmčiny / slovanštiny (z polského kwardy, což znamená "tvrdý").
Úložiště typových exemplářů
Žádný neurčen; nerost se zachovanou platností
Bezpečnost a související informace Zobrazit Skrýt
Nošitelnost
Výborně.
Zdravotní rizika
Zcela netoxický a inertní v pevné formě ručních vzorků a šperků; dlouhodobé pracovní vdechování respirabilního krystalického oxidu křemičitého (RCS) prachu vznikajícího při suchém řezání, drcení nebo těžbě představuje závažná zdravotní rizika (způsobuje silikózu a je klasifikován jako karcinogen pro člověka skupiny 1 IARC).
Bezpečnostní pokyny při manipulaci
Bezpečné pro ultrazvukové, parní a chemické čištění; vždy dodržujte mokré řezání a při řezání, broušení nebo leštění velkých křemenných vzorků noste certifikované respirátory N95/FFP3 proti částicím.
Odrůdy
Křišťál, ametyst, citrín, záhněda, růženín, praziolit, ametrin, mléčný křemen, rutilovaný křemen, turmalinovaný křemen, morion, chalcedon (kryptokrystalické variety: achát, jaspis, karneol, onyx, chryzopras).
Polytypy
Žádné (Polymorfy zahrnují beta-křemen, tridymit, kristobalit, coesit, stishovit, moganit, seifertit).
Související minerály
Tridymit (SiO₂), Cristobalit (SiO₂), Coezit (SiO₂), Stišovit (SiO₂), Moganit (SiO₂), Opál (SiO₂·nH₂O), skupina živců.
Komerce a gemologie Zobrazit Skrýt
Běžné léčby
Barevný a komerční křemen může být tepelně upravován, ozařován, barven, potahován nebo vyplňován v trhlinách; přírodní křišťál je obvykle neošetřený.
Vylepšení
Ozařování může vytvářet kouřový křemen; tepelné zpracování může upravit ametyst nebo citrín; povlaky a barvení se používají pro dekorativní materiál.
Běžné kusy
Briliantový výbrusstupňovitý/smaragdový brusfantazijní zakázkové fasetováníKabošonyKorálkysférické sférysložité kamenické řezbyoptické vlnové destičkya oscilátorové destičky.
Vzácnost / Tržní stupeň
Extrémně běžné (Vysoce čiré obří krystaly bez inkluzí, estetické muzejní shluky a vzácné přírodní neohřívané barevné fáze, jako je přírodní ametrin nebo prasiolit, jsou vzácné až muzejní kvality).
