El cuarzo es un mineral duro y cristalino compuesto de sílice ( dióxido de silicio ). Los átomos están unidos en una estructura continua de tetraedros de silicio-oxígeno de SiO 4 , y cada oxígeno se comparte entre dos tetraedros, lo que da una fórmula química general de SiO 2 . Por lo tanto, el cuarzo se clasifica estructuralmente como un mineral de silicato estructural y composicionalmente como un mineral de óxido . El cuarzo es el segundo mineral más abundante en la corteza continental de la Tierra , detrás del feldespato . [10]
El cuarzo existe en dos formas, el cuarzo α normal y el cuarzo β de alta temperatura, ambos quirales . La transformación de cuarzo α a cuarzo β tiene lugar abruptamente a 573 °C (846 K; 1063 °F). Dado que la transformación va acompañada de un cambio significativo de volumen, puede inducir fácilmente la microfractura de cerámicas o rocas que pasan por este umbral de temperatura.
Existen muchas variedades diferentes de cuarzo, varias de las cuales se clasifican como piedras preciosas . Desde la antigüedad, las variedades de cuarzo han sido los minerales más utilizados en la elaboración de joyas y tallas en piedra dura , especialmente en Europa y Asia.
El cuarzo es el mineral que define el valor 7 en la escala de dureza de Mohs , un método de rayado cualitativo para determinar la dureza de un material a la abrasión.
La palabra "cuarzo" se deriva de la palabra alemana Quarz , [11] que tenía la misma forma en la primera mitad del siglo XIV en el alto alemán medio y en el alemán central oriental [12] y que provenía del término dialectal polaco kwardy. , que corresponde al término checo tvrdý ("duro"). [13] Algunas fuentes, sin embargo, atribuyen el origen de la palabra a la palabra sajona Querkluftertz , que significa mineral de veta cruzada . [14] [15]
Los antiguos griegos se referían al cuarzo como κρύσταλλος ( krustallos ), derivado del griego antiguo κρύος ( kruos ), que significa "frío como el hielo", porque algunos filósofos (incluido Teofrasto ) entendían que el mineral era una forma de hielo sobreenfriado . [16] Hoy en día, el término cristal de roca se utiliza a veces como nombre alternativo para el cuarzo transparente de cristal grueso. [17] [18]
El naturalista romano Plinio el Viejo creía que el cuarzo era hielo de agua , congelado permanentemente después de mucho tiempo. [19] Apoyó esta idea diciendo que el cuarzo se encuentra cerca de los glaciares de los Alpes, pero no en las montañas volcánicas, y que se formaban esferas con grandes cristales de cuarzo para enfriar las manos. Esta idea persistió al menos hasta el siglo XVII. También conocía la capacidad del cuarzo para dividir la luz en un espectro . [20]
En el siglo XVII, el estudio del cuarzo de Nicolas Steno allanó el camino para la cristalografía moderna . Descubrió que, independientemente del tamaño o la forma de un cristal de cuarzo, las largas caras del prisma siempre se unían en un ángulo perfecto de 60°. [21]
El cuarzo pertenece al sistema cristalino trigonal a temperatura ambiente y al sistema cristalino hexagonal por encima de 573 °C (846 K; 1063 °F). La forma de cristal ideal es un prisma de seis lados que termina en romboedros en forma de pirámide de seis lados en cada extremo. En la naturaleza, los cristales de cuarzo a menudo están maclados (con cristales de cuarzo gemelos diestros y zurdos), distorsionados o tan entrelazados con cristales adyacentes de cuarzo u otros minerales que solo muestran parte de esta forma o carecen de caras cristalinas obvias. en conjunto y parecen masivos . [22] [23]
Los cristales bien formados suelen formarse como una drusa (una capa de cristales que recubre un vacío), de las cuales las geodas de cuarzo son ejemplos particularmente buenos. [24] Los cristales están unidos en un extremo a la roca circundante, y solo está presente una pirámide de terminación. Sin embargo, los cristales biterminados se encuentran donde se desarrollan libremente sin unión, por ejemplo, dentro del yeso . [25]
El cuarzo α cristaliza en el sistema cristalino trigonal, grupo espacial P 3 1 21 o P 3 2 21 (grupo espacial 152 o 154 respectivamente), dependiendo de la quiralidad. Por encima de 573 °C (846 K; 1063 °F), el cuarzo α en P 3 1 21 se convierte en el hexagonal más simétrico P 6 4 22 (grupo espacial 181), y el cuarzo α en P 3 2 21 va al grupo espacial P 6 2 22 (núm. 180). [26]
Estos grupos espaciales son verdaderamente quirales (cada uno pertenece a los 11 pares enantiomorfos). Tanto el cuarzo α como el cuarzo β son ejemplos de estructuras cristalinas quirales compuestas de bloques de construcción aquirales (tetraedros de SiO 4 en el presente caso). La transformación entre cuarzo α y β implica únicamente una rotación relativamente pequeña de los tetraedros entre sí, sin que se modifique la forma en que están unidos. [22] [27] Sin embargo, hay un cambio significativo en el volumen durante esta transición, [ se necesita aclaración ] y esto puede resultar en una microfracturación significativa en la cerámica [28] y en las rocas de la corteza terrestre. [29]
Aunque muchos de los nombres varietales surgieron históricamente del color del mineral, los esquemas de denominación científica actuales se refieren principalmente a la microestructura del mineral. El color es un identificador secundario de los minerales criptocristalinos, aunque es un identificador primario de las variedades macrocristalinas. [30]
El cuarzo puro, tradicionalmente llamado cristal de roca o cuarzo transparente, es incoloro y transparente o translúcido y se ha utilizado a menudo para tallas en piedras duras , como el cristal de Lotario . Las variedades de colores comunes incluyen citrino, cuarzo rosa, amatista, cuarzo ahumado, cuarzo lechoso y otras. [31] Estas diferenciaciones de color surgen de la presencia de impurezas que cambian los orbitales moleculares, provocando que se produzcan algunas transiciones electrónicas en el espectro visible provocando colores.
La distinción más importante entre los tipos de cuarzo es la de macrocristalino (cristales individuales visibles a simple vista) y las variedades microcristalina o criptocristalina ( agregados de cristales visibles sólo con un gran aumento). Las variedades criptocristalinas son translúcidas o en su mayoría opacas, mientras que las variedades transparentes tienden a ser macrocristalinas. La calcedonia es una forma criptocristalina de sílice que consiste en finos intercrecimientos de cuarzo y su moganita polimorfa monoclínica . [32] Otras variedades de piedras preciosas opacas de cuarzo, o rocas mixtas que incluyen el cuarzo, que a menudo incluyen bandas o patrones de color contrastantes, son el ágata , la cornalina o sarda, el ónix , el heliotropo y el jaspe . [22]
La amatista es una forma de cuarzo que varía desde un violeta intenso y brillante hasta un tono lavanda oscuro o opaco. Los depósitos de amatistas más grandes del mundo se pueden encontrar en Brasil, México, Uruguay, Rusia, Francia, Namibia y Marruecos. A veces se encuentran amatista y citrino creciendo en el mismo cristal. Entonces se le conoce como ametrina . La amatista obtiene su color de los restos de hierro en su estructura. [33]
El cuarzo azul contiene inclusiones de magnesio-riebeckita o crocidolita fibrosas . [34]
Las inclusiones del mineral dumortierita dentro de piezas de cuarzo a menudo dan como resultado manchas de apariencia sedosa con un tono azul . A veces también están presentes tonos de púrpura o gris . El "cuarzo dumortierita" (a veces llamado "cuarzo azul") a veces presenta zonas de colores claros y oscuros contrastantes en todo el material. [35] [36] El "cuarzo azul" es una piedra preciosa menor. [35] [37]
El citrino es una variedad de cuarzo cuyo color varía del amarillo pálido al marrón debido a una distribución submicroscópica de impurezas de hidróxido férrico coloidal . [38] Los citrinos naturales son raros; la mayoría de los citrinos comerciales son amatistas o cuarzos ahumados tratados térmicamente . Sin embargo, una amatista tratada térmicamente tendrá pequeñas líneas en el cristal, a diferencia de la apariencia turbia o ahumada de un citrino natural. Es casi imposible diferenciar visualmente entre el citrino cortado y el topacio amarillo , pero difieren en su dureza . Brasil es el principal productor de citrino y gran parte de su producción proviene del estado de Rio Grande do Sul . El nombre se deriva de la palabra latina citrina que significa "amarillo" y es también el origen de la palabra " cidra ". A veces, el citrino y la amatista se pueden encontrar juntos en el mismo cristal, que entonces se denomina ametrina . [39] Se ha hecho referencia al citrino como la "piedra del comerciante" o "piedra del dinero", debido a la superstición de que traería prosperidad. [40]
El citrino fue apreciado por primera vez como una piedra preciosa de color amarillo dorado en Grecia entre el 300 y el 150 a.C., durante la época helenística . El cuarzo amarillo se utilizaba antes para decorar joyas y herramientas, pero no era muy buscado. [41]
El cuarzo lechoso o cuarzo lechoso es la variedad más común de cuarzo cristalino. El color blanco es causado por diminutas inclusiones fluidas de gas, líquido o ambos, atrapadas durante la formación de cristales, [42] lo que lo hace de poco valor para aplicaciones ópticas y de piedras preciosas de calidad. [43]
El cuarzo rosa es un tipo de cuarzo que exhibe un tono de rosa pálido a rojo rosado. Generalmente se considera que el color se debe a trazas de titanio , hierro o manganeso en el material. Algunos cuarzos rosas contienen agujas microscópicas de rutilo que producen asterismo con luz transmitida. Estudios recientes de difracción de rayos X sugieren que el color se debe a finas fibras microscópicas de posiblemente dumortierita dentro del cuarzo. [44]
Además, existe un tipo raro de cuarzo rosa (también llamado frecuentemente cuarzo rosa cristalino) cuyo color se cree que es causado por trazas de fosfato o aluminio . El color de los cristales es aparentemente fotosensible y está sujeto a decoloración. Los primeros cristales se encontraron en una pegmatita encontrada cerca de Rumford , Maine , EE. UU., y en Minas Gerais , Brasil. [45] Los cristales encontrados son más transparentes y euhédricos, debido a las impurezas de fosfato y aluminio que formaron el cuarzo rosa cristalino, a diferencia del hierro y las fibras microscópicas de dumortierita que formaron el cuarzo rosa. [46]
El cuarzo ahumado es una versión gris y translúcida del cuarzo. Su claridad varía desde una transparencia casi completa hasta un cristal gris pardusco que es casi opaco. Algunos también pueden ser negros. La translucidez resulta de la irradiación natural que actúa sobre diminutas trazas de aluminio en la estructura cristalina. [47]
Prase es una variedad verde de cuarzo. [48] El color verde es causado por inclusiones de anfíbol . [49]
La prasiolita , también conocida como vermarina , es una variedad de cuarzo que presenta un color verde. [50] El verde es causado por iones de hierro. [49] Es un mineral raro en la naturaleza y normalmente se encuentra con la amatista; La mayor parte de la "prasiolita" no es natural: se ha producido artificialmente calentando amatista. Desde 1950 [ cita requerida ] , casi toda la prasiolita natural proviene de una pequeña mina brasileña , pero también se ve en la Baja Silesia en Polonia . La prasiolita natural también se encuentra en el área de Thunder Bay en Canadá . [50]
Los cristales de cuarzo tienen propiedades piezoeléctricas ; Desarrollan un potencial eléctrico tras la aplicación de tensión mecánica . [51] Las propiedades piezoeléctricas del cuarzo fueron descubiertas por Jacques y Pierre Curie en 1880. [52] [53]
El cuarzo es un constituyente definitorio del granito y otras rocas ígneas félsicas . Es muy común en rocas sedimentarias como areniscas y esquistos . Es un constituyente común de esquistos , gneis , cuarcitas y otras rocas metamórficas . [22] El cuarzo tiene el potencial más bajo de meteorización en la serie de disolución de Goldich y, en consecuencia, es muy común como mineral residual en sedimentos de corrientes y suelos residuales . Generalmente una alta presencia de cuarzo sugiere una roca " madura ", ya que indica que la roca ha sido muy reelaborada y que el cuarzo fue el mineral principal que soportó una fuerte erosión. [54]
Si bien la mayoría del cuarzo cristaliza a partir de magma fundido , el cuarzo también precipita químicamente de vetas hidrotermales calientes como ganga , a veces con minerales como oro, plata y cobre. En las pegmatitas magmáticas se encuentran grandes cristales de cuarzo . [22] Los cristales bien formados pueden alcanzar varios metros de longitud y pesar cientos de kilogramos. [55]
El monocristal de cuarzo más grande documentado se encontró cerca de Itapore , Goiaz , Brasil; medía aproximadamenteMedía 6,1 m × 1,5 m × 1,5 m y pesaba 39.916 kilogramos . [56]
El cuarzo se extrae de minas a cielo abierto . Los mineros ocasionalmente utilizan explosivos para exponer profundas bolsas de cuarzo. Con mayor frecuencia, se utilizan excavadoras y retroexcavadoras para retirar tierra y arcilla y exponer las vetas de cuarzo, que luego se trabajan con herramientas manuales. Se debe tener cuidado para evitar cambios bruscos de temperatura que puedan dañar los cristales. [57] [58]
La tridimita y la cristobalita son polimorfos de SiO 2 de alta temperatura que se encuentran en rocas volcánicas con alto contenido de sílice . La coesita es un polimorfo más denso de SiO 2 que se encuentra en algunos sitios de impacto de meteoritos y en rocas metamórficas formadas a presiones mayores que las típicas de la corteza terrestre. La stishovita es un polimorfo de SiO 2 aún más denso y de mayor presión que se encuentra en algunos sitios de impacto de meteoritos. [59] La moganita es un polimorfo monoclínico. La lechatelierita es un vidrio de sílice amorfo SiO 2 que se forma por la caída de un rayo en arena de cuarzo . [60]
Como el cuarzo es una forma de sílice, es posible que sea motivo de preocupación en diversos lugares de trabajo. Cortar, moler, picar, lijar, perforar y pulir productos de piedra natural y manufacturada puede liberar niveles peligrosos de partículas muy pequeñas de polvo de sílice cristalina al aire que respiran los trabajadores. [61] La sílice cristalina de tamaño respirable es un carcinógeno humano reconocido y puede provocar otras enfermedades de los pulmones como silicosis y fibrosis pulmonar . [62] [63]
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No todas las variedades de cuarzo son naturales. Algunos cristales de cuarzo transparentes se pueden tratar mediante calor o irradiación gamma para inducir un color que de otro modo no se habría producido de forma natural. La susceptibilidad a tales tratamientos depende del lugar de donde se extrajo el cuarzo. [64]
La prasiolita, un material de color oliva, se produce mediante tratamiento térmico; [65] También se ha observado prasiolita natural en la Baja Silesia en Polonia. [66] Aunque el citrino se produce de forma natural, la mayoría es el resultado del tratamiento térmico de la amatista o el cuarzo ahumado. [65] La cornalina ha sido tratada térmicamente para intensificar su color desde tiempos prehistóricos. [67]
Debido a que el cuarzo natural suele estar maclado , se produce cuarzo sintético para su uso en la industria. Los monocristales grandes e impecables se sintetizan en un autoclave mediante el proceso hidrotermal . [68] [22] [69]
Al igual que otros cristales, el cuarzo puede recubrirse con vapores metálicos para darle un brillo atractivo. [70] [71]
El cuarzo es el material más común identificado como la sustancia mística maban en la mitología aborigen australiana . Se encuentra regularmente en cementerios de tumbas de paso en Europa en un contexto funerario, como Newgrange o Carrowmore en Irlanda . El cuarzo también se utilizó en la Irlanda prehistórica , así como en muchos otros países, para herramientas de piedra ; Tanto el cuarzo vetado como el cristal de roca fueron tallados como parte de la tecnología lítica de los pueblos prehistóricos. [72]
Mientras que el jade ha sido desde la antigüedad la piedra semipreciosa más preciada para tallar en el este de Asia y la América precolombina , en Europa y Medio Oriente las diferentes variedades de cuarzo fueron las más utilizadas para los distintos tipos de joyería y tallado en piedra dura . , incluidas gemas grabadas y camafeos , jarrones de cristal de roca y vasijas extravagantes. La tradición continuó produciendo objetos muy valorados hasta mediados del siglo XIX, cuando pasó de moda en gran medida, excepto en joyería. La técnica del cameo explota las bandas de color en ónix y otras variedades.
Los esfuerzos para sintetizar cuarzo comenzaron a mediados del siglo XIX cuando los científicos intentaron crear minerales en condiciones de laboratorio que imitaran las condiciones en las que los minerales se formaban en la naturaleza: el geólogo alemán Karl Emil von Schafhäutl (1803-1890) fue la primera persona en sintetizar cuarzo. cuando en 1845 creó cristales microscópicos de cuarzo en una olla a presión . [73] Sin embargo, la calidad y el tamaño de los cristales que se produjeron mediante estos primeros esfuerzos eran pobres. [74]
La incorporación de impurezas elementales influye fuertemente en la capacidad de procesar y utilizar el cuarzo. Los cristales de cuarzo naturales de pureza extremadamente alta, necesarios para los crisoles y otros equipos utilizados para cultivar obleas de silicio en la industria de los semiconductores , son caros y raros. Estos cuarzos de alta pureza se definen por contener menos de 50 ppm de elementos impuros. [75] Una importante ubicación minera de cuarzo de alta pureza es la mina de gemas Spruce Pine en Spruce Pine, Carolina del Norte , Estados Unidos. [76] También se puede encontrar cuarzo en el pico Caldoveiro , en Asturias , España. [77]
En la década de 1930, la industria electrónica se había vuelto dependiente de los cristales de cuarzo. La única fuente de cristales adecuados era Brasil; sin embargo, la Segunda Guerra Mundial interrumpió los suministros de Brasil, por lo que las naciones intentaron sintetizar cuarzo a escala comercial. El mineralogista alemán Richard Nacken (1884-1971) logró cierto éxito durante las décadas de 1930 y 1940. [78] Después de la guerra, muchos laboratorios intentaron cultivar grandes cristales de cuarzo. En los Estados Unidos, el Cuerpo de Señales del Ejército de EE. UU. contrató a Bell Laboratories y a Brush Development Company de Cleveland, Ohio, para sintetizar cristales siguiendo el ejemplo de Nacken. [79] [80] (Antes de la Segunda Guerra Mundial, Brush Development producía cristales piezoeléctricos para tocadiscos). En 1948, Brush Development había cultivado cristales de 1,5 pulgadas (3,8 cm) de diámetro, los más grandes en ese momento. [81] [82] En la década de 1950, las técnicas de síntesis hidrotermal producían cristales de cuarzo sintéticos a escala industrial, y hoy en día prácticamente todo el cristal de cuarzo utilizado en la industria electrónica moderna es sintético. [69]
Uno de los primeros usos de la piezoelectricidad de los cristales de cuarzo fue en las pastillas de fonógrafo . Uno de los usos piezoeléctricos más comunes del cuarzo en la actualidad es como oscilador de cristal . El oscilador o resonador de cuarzo fue desarrollado por primera vez por Walter Guyton Cady en 1921. [83] [84] George Washington Pierce diseñó y patentó osciladores de cristal de cuarzo en 1923. [85] [86] [87] El reloj de cuarzo es un dispositivo familiar que utiliza el mineral. Warren Marrison creó el primer reloj oscilador de cuarzo basado en el trabajo de Cady y Pierce en 1927. [88] La frecuencia de resonancia de un oscilador de cristal de cuarzo se cambia cargándolo mecánicamente, y este principio se utiliza para mediciones muy precisas de masas muy pequeñas. Cambios en la microbalanza de cristal de cuarzo y en monitores de espesor de película delgada . [89]
Casi toda la demanda industrial de cristal de cuarzo (utilizado principalmente en electrónica) se satisface con cuarzo sintético producido mediante el proceso hidrotermal. Sin embargo, los cristales sintéticos son menos apreciados para su uso como piedras preciosas. [91] La popularidad de la curación con cristales ha aumentado la demanda de cristales de cuarzo naturales, que ahora se extraen a menudo en países en desarrollo utilizando métodos de minería primitivos, que a veces implican trabajo infantil . [92]
Aparte de Praga y Florencia, el principal centro renacentista para la talla de cristal fue Milán.
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![Jarra de cristal de roca con decoración de festón tallada del taller de Milán de la segunda mitad del siglo XVI, Museo Nacional de Varsovia. La ciudad de Milán, además de Praga y Florencia, fue el principal centro renacentista de talla de cristal.[90]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b9/Milan_Jug_with_cut_festoon_decoration.jpg/1280px-Milan_Jug_with_cut_festoon_decoration.jpg)
