Kvarc – Az ezerszínű és ezerarcú

A szilícium névadója

Ha az ásványfajoknak lenne személyi igazolványa, abban két azonosítóadatnak feltétlenül szerepelnie kellene. Az egyik a vegyi összetétel, mely a kvarc esetében elég szimpla: SiO₂, azaz szilícium-dioxid. Ezt az egyszerű formulát viszont csak az 1860-as években sikerült megbízhatóan megállapítani. Ha már a képletnél tartunk, érdemes megjegyezni, hogy magát a szilíciumelemet a kvarc egyik finomszemcsés változata, a tűzkő latin nevéről (silex, silicis) keresztelték el 1817-ben.

HEGYIKRISTÁLY-TISZTASÁGÚ KVARCOK – nemcsak az úgynevezett alpi típusú telérekben, de olykor a forró vizes érctelérekben is találhatók, ám ezek jóval kisebbek az „igazi” hegyikristályoknál (Lelőhely: Telkibánya)

fotó: Tóth László

Sok múlik a kapcsolatokon (is)

Az egyértelmű azonosításhoz szükséges másik adat a szerkezet, tehát az, hogy az adott ásvány kristályrácsában a kémiai alkotóelemek milyen szabályszerűséget követve helyezkednek el. A kvarcnak nemcsak a képlete, de szerkezeti alapmotívuma is egyszerű: minden szilíciumatomot négy, tőle egyforma távolságban és szögben elhelyezkedő oxigénatom vesz körül. Másként megfogalmazva: minden szilíciumatom egy oxigéncsúcsú tetraéder közepén üldögél. Minden egyes oxigénatom viszont két, szomszédos szilíciumhoz kötődik, tehát a tetraéderek közös csúcsaikkal összekapcsolódva egy erős, kovalens kötések által összetartott rácsot alkotnak.
A szerkezet érdekes sajátossága, hogy az SiO₄-tetraéderek a kristály hossztengelyének irányában – a DNS-hez hasonlóan – spirálisan sora-koznak egymás alatt. Attól függően, hogy a spirálok merre csavarodnak, a kristály „jobbkezes” vagy „balkezes” lesz (jobbvagy balkvarc). A kvarcok szerencsére nem politizálnak, az egymás tükörképi párját jelentő két orientáció békésen megfér egymással. Olyannyira, hogy az egyik gyakori kvarc-ikerkristály – az úgynevezett brazíliai iker – egy jobb- és egy balkvarc szabályos összenövéséből áll!
A különböző hőmérsékleti és nyomástartományokban az SiO₄-tetraéderek eltérő kapcsolódással érik el a legkedvezőbb konfigurációt, ezért a szilícium-dioxidnak számos szerkezeti módosulata létezik. A kvarc a Földön eddig megtalált 11(!) SiO₂-módosulat közül csak az egyik – bár a leginkább elterjedt. A kvarc név két, egymáshoz szerkezetileg nagyon hasonló módosulatot jelöl: a háromszöges szimmetriájú alfa-kvarc (vagy „alacsonykvarc”) 573 °C-ig stabil, felette a hatszöges szimmetriájú béta-kvarccá (vagy „magaskvarccá”) alakul. A szilícium-dioxid azonban nem kristályos ásványként is előfordul: ez az opál.

A kristályok kristálya

E jelmondat olvasható az „Év ásványa” program reklámtablóján a kvarc mellett – és méltán. A „kristály” szó ugyanis eredetileg kizárólag a kvarcra vonatkozott, mégpedig a színtelen, víztiszta hegyikristályra! Ennek alpokbeli lelőhelyeit már a római korban ismerték, a keresett drágakőből dísztárgyakat faragtak és csiszoltak. A strahlereknek hívott svájci kristályvadászok manapság is bejárják a zord hegyoldalakat, ahol a szüntelen erózió – és újabban a gleccserek visszahúzódása – évről évre új zsákmánynyal kecsegteti őket.
A hó és jég alól előkerülő, a jégre emlékeztetően tiszta és átlátszó, de néha ahhoz hasonlóan légbuborékokat vagy zárványokat is tartalmazó, csillogó képződményeket az ókor természettudósai örökre megfagyott jégnek hitték. Innen ered a hegyikristály neve, ugyanis krüsztallosz ógörögül jeget jelent – ezért magyarították a kristályt jegecre a nyelvújítás lázában. A magyar koronázási jogar fejében is egy vésett hegyikristálygömb van, ez azonban valószínűleg nem alpi nyersanyagból készült. A három oroszlánt ábrázoló faragványt ugyanis 10. századi egyiptomi munkának tartják, és e műhelyek afrikai, arábiai és indiai hegyikristályból dolgoztak.

AZ ERDŐHORVÁTI ACHÁT – A különböző vegyértékű vasionokat tartalmazó ásványok apró szemcséi okozta, változatos színezésről híres (lelőhely: erdőhorváti)

Fotó: Körmendy Regina – Lévai Zsolt-gyűjtemény

A kristálytan nemcsak a nevét köszönheti a kvarcnak, hanem legelső alaptételét, az úgynevezett szögállandósági törvényt is. Nikolaus Steno (1638–1686), aki rövid tudományos tevékenysége alatt számos, korát megelőző megállapítást tett, eltérő megjelenésű hegyikristályokat tanulmányozva jutott arra a felismerésre, hogy a különböző egyedek azonos kristálylapjai által bezárt szög állandó. A kristályok megfigyelése alapján azt is leszögezte, hogy azok a lapjaikra lerakódó új anyag által növekednek, és nem a növényekhez hasonlóan, az alapkőzetükből felszívott anyagoknak köszönhetően.

Hibátlan színek – színes hibák

A hegyikristály mellett a hegyek pompásan színezett kvarcokat is rejtegetnek sziklaüregeikben és -hasadékaikban. A „vegytiszta” állapotában színtelen kvarc sokszínűségét okozó tényezőknek még csak egy részét sikerült az utolsó évtizedekben felderíteni, és a pontos mechanizmus gyakran vitatott.
A jókristályos kvarc színeit zömükben úgynevezett színcentrumok okozzák. Ezek olyan kristályszerkezeti hibák, amelyekben a látható fény elnyelésére képes párosítatlan elektronok vannak. E szerkezeti hibák létrejöttéhez (természetes) radioaktív sugárzás és a szilíciumot helyettesítő „idegen” kationok kellenek. A színt hozó „idegen” a barnás füstkvarcban a vas(III), a lila ametisztben az alumínium, a sárga citrinben szintén az alumínium (bár mesterséges citrint vasas oldatokból is sikerült előállítani), a rózsaszín kvarcban titán, alumínium és foszfor.
E színek azonban módosíthatók: egyes ametisztek még a napsütés hatására is kifakulnak. A drágakőpiacon lévő citrineket csaknem kivétel nélkül ametiszt hevítésével állítják elő, ezeknek az eredeti lila színét besugárzással és óvatos hőkezeléssel vissza lehet állítani.

Kvarcba zárt színek

Az önálló kristályok formájában ismeretlen rózsakvarcot egy dumortierit nevű ásvány rózsaszínű, igen finom szálas zárványai színezik. Hasonlóképpen, a sárgás-vörösesbarnás vaskvarc különböző vasásványok, a zöld prázem az aktinolit nevű amfibol sűrű zárványait tartalmazza. A kvarcba zárt goethitszálak felelősek a sárgásbarna tigrisszem, míg az azbesztszerű riebeckit a kékesfekete sólyomszem színéért és a csiszolt példányokon fellépő macskaszemhatásért.
Egészen sajátos viszont az íriszkvarc (szivárványkvarc) színének az oka: leggyakrabban a változó vastagságú (illetve inkább vékonyságú) repedések faláról visszaverődő és interferálódó fény hozza létre az irizálást, ritkább esetben a sűrű ikresedés létrehozta párhuzamos ikerlemezkék működnek optikai rácsként.

RENDHAGYÓ PÉLDÁNY – Az általában kékes színű kalcedonnak a képen szereplő gyöngyöstarjáni példányát hematit színezi vörösre

Fotó: Pécsi Tivadar

Láthatatlan kristályok, látható színek

A kvarc korántsem mindig jól láthatóan kristályos. Amikor kovás oldatokban vagy átkristályosodó kovaanyagban egyszerre sok helyen indul meg a kvarckristályok képződése, a végeredmény egy olyan kőzetszerű ásványhalmaz lesz, mely csak mikroszkóppal – vagy még azzal is csak alig – látható méretű kristályokból áll. A mikrokristályos kvarc két fő fajtája a szálas felépítésű kalcedon és a szemcsés jáspis.
E képződményekben keletkezési viszonyaik miatt gyakran más SiO₂ módosulatok és további finom szemcsés ásványok is megtalálhatók. Ezek egy része színes: a kalcedonban mindez még a ritmusos kiválás és átkristályosodás, illetve a szemcseméret-változás okozta sávos mintázatokkal kombinálódhat (achátváltozatok). A „közönséges” kalcedon gyakori kékes színe egyébként a finom szemcsék okozta fényszóródás következménye.
A különleges színek és formák számos (drágakő-) változatnevet ihlettek. Ezek olykor több száz vagy több ezer évesek: ilyen az ókori keleti nyelvekből átvett jáspis és a görög kalcedon is, mely először az Újtestamentumban bukkan fel. Az achátot Theophrasztosz már 2300 évvel ezelőtt is e néven említette „A kövekről” írt művében.

A szegény ember gyémántja

A kvarcnak és változatainak drágakőként való felhasználása sokat változott az évezredek során. Az ókorban igen magas fokot ért el a színezett vagy sávozott mikrokristályos változatok művészi megmunkálása. A középkorban inkább a már a Római Birodalomban is divatos hegyikristályfaragványokat készítettek. A jókristályos kvarcot az eljárás középkori feltalálása után fazettált (lapokra csiszolt) ékkőnek használták. Részben saját színüket kihasználva, vagy a foglalat színes festésével, alábélelésével más drágakövek helyettesítőjeként is alkalmazták.
A víztiszta kvarccal azonban nemcsak utánozták a gyémántot, hanem bizonyos megjelenési változatait vele azonosnak is hitték: ilyen volt például a késő középkorban megismert máramarosi gyémánt. Ez a zömök, jóformán kettős piramis alakú kifejlődés szépen csillogó kristálylapjaival valamennyire a gyémánt oktaéderes kristályaira emlékeztet. A hasonló megjelenésű kvarcokat a lelőhelyükről szokás elnevezni (hazánkban ilyen a „mecseki gyémánt”, az USA-ban a „herkimeri gyémánt” stb.).