石英

石英族矿物包括SiO₂的数个同质多像变体，它们是α-石英、β-石英、α-鳞石英、β₁-鳞石英、β₂-鳞石英、α-方石英、β-方石英、柯石英、斯石英，以及产于陨石坑中的两个 “后斯石英”相的高压变体，分别具α- PbO₂结构和ZrO₂结构。此外，蛋白石也归入本族中。

热膨胀性质是影响矿物的稳定性的极为重要的因素。当温度升高时，矿物中随着每个原子或离子振动的振幅的增加，原子间距增大，所以体积随温度增加而增大，即矿物产生膨胀。这 种使离子彼此分开的倾向和相互作用的引力之间存在着一种平衡。 一旦动能超过了引力，则矿物或形成另一种结构(变体)或熔化。α-石英的膨胀性如果达到一定程度就变成β-石英。

在SiO₂的各种天然同质多像变体中，除斯石英(属金红石型)中硅离子为八面体配位外，在其余各变体中硅离子均为四面体配位，即每个硅离子均被四个氧离子包围而构成硅氧四面体。各硅氧四面体彼此均以角顶相连，构成三维的架状结构。由于不同的变体中硅氧四面体在排布方式和紧密程度上有所差异，从而反映在形态和某些物理性质上(如密 度、折射率等)有所不同。如鳞石英的结构由四面体组成的双六元环，相互连接呈层状排布，其紧密程度低于a-石英和β-石英。因此，鳞石英的密度的折射率都较α一石英和β-石英低。方石英呈单六元环，其排列的紧密程度略高于鳞石英。因此， 密度和折射率高于鳞石英。柯石英的结构，除斯石英外，较其他变体堆积紧密得多，因此相应地有较大的密度和较高的折射率。斯石英是最高压力下的同质多像变体，为金红石结构。硅占据八面体空隙，是所有变体中结构紧密程度最高的变体。密度和折射率也是最大的。

在石英(Quartz)、鳞石英(triymite)及方石英(cristobalite)自的高、低温变体之间，其同质多像转变均不涉及晶体结构中键的破裂和重建，转变过程迅速且是可逆的。但石英与鳞石英间及鳞石英与方石英间的转变，都涉及键的破裂和重建，其过程相当缓慢，并且当降温时，往往过冷却而并不发生转变，继续以准稳定状态存在，直至最后转变为本身的低温变体。

在所存的变体中，α-石英在自然界分布最广泛。

α-石英（左）和β石英（右）的晶体结构

鳞石英（A）、方石英（B）、柯石英（C）和斯石英（D）晶体结构

α-石英

晶体参数： 三方晶系:对称型32。空间群P3₁2或P3₂2；a0 =0.491mm， c0 = 0. 540m；Z=3。

成分与结构：Si 46.7%，O 53.3%。 在所有矿物中，石英的化学成分是相对较固定的。晶体结构中具有平行c轴的螺旋轴3₁(右旋)或3₂(左旋)，所形成的晶体分别称为右形晶体或左形晶体。但结构上的左右形与习惯上按晶体外形区分的左右形正好相反，亦即按惯例认为右形的晶体在结构上却是左旋的，左形的晶体则是右旋的。硅氧四面体绕螺旋轴呈螺旋状分布，其硅原子在(0001 )投影图上连接成复三方形。

形态：常见六方柱 和菱面体、的聚形。柱面上常具横纹。有时还出现三方双锥或和三方偏方面体或。单体由三方偏方面体(x面)的分布可区分出左形晶和右形晶，以分布在柱面左上角的x面为左形晶，分布在柱面右上角的x面则为右形晶。常见的双晶有道芬双晶和巴西双晶；偶见日本双晶，双晶面为，二单体的c轴成84°33′斜交。道芬双晶以c轴为双晶轴，由两个右形晶或两个左形晶组成的贯穿双晶；巴西双晶是以为双晶面，由一个左形晶和一个右形品组成的贯穿双晶。两个双晶的区别以x面的分布方位来确定。当柱面上 的x面绕c轴，每隔60°就出现一次的为道芬双晶。其双晶缝合线一般呈曲线； 若在柱面上有 两个x面成左右对称分布时，应为巴西双晶，其双晶缝合线-般为折线。 集合体呈粒状、致密块状或晶簇状。

物理性质：因含微量色素离子或细分散包裹体，或因存在色心而呈各种颜色，并使透明度降低；玻璃光泽，断口油脂光泽。硬度7；无解理；贝壳状断口。密度2.65g/cm3。具压电性。显晶质石英的亚种:

(1) 无色透明的石英，称水晶( rock crystal)。

(2) 烟黄至黑色的石英，称烟水晶( smoky quartz)。

(3) 紫色的石英，称紫水晶( amethys)。

以上呈色是由色心引起的颜色，当加热至230 – 260℃以上可褐色，受高能射线辐照后则又重新呈色。色心的产生与品体结构中微量的Al³⁺成Fe³⁺对Si⁴⁺的异价类质同像置换有关。

(4) 浅红色的石英称蔷薇石英( ruse quartz)。

(5) 乳白色的石英称乳石英( milky quartz)， 由细分散的气态或液态包裹体所致。若石英 中的包裹体由液体和气泡共同组成，并且其中液体约占气泡总体积的一半。 “一瓶不满，半瓶晃荡"，轻轻揭动，水珠分合，称水胆水晶( water drop quartz)。

(6) 含纤维状金红石、电气石等包裹体的水晶称发晶( rutilated quartz)。

隐晶质石英的品种：

(1)石髓(玉髓chalcedony)：隐晶质的石英称石髓(玉髓)。外形常呈肾状、钟乳状，葡萄状、皮壳状等。一般为淡黄、灰蓝、乳白色等。星红色的王储称红玉髓，草果绿的玉糖称绿玉随，绿色中夹红色斑点称血滴玉髓。蜡状光泽。微透明。硬度6.5。由于有孔隙存在，密度略小于石英，为2. 57 -2.64g/cm³

(2)玛瑙(agate)：具有不同额色条带的或花纹相间分布的石髓称为玛瑙。按其花纹和颜色的不同，分为截子玛瑙、缠丝玛瑙、苔纹玛瑙等。

石英中含云母、赤铁矿等细小包裹体，星浅黄或福红色，称砂金石。含密集定向排列的包裹体面量猫眼效应者，称石英猫眼石。

鉴定特征：以共晶形 、无解理、贝壳状断口、硬度为特征。如由β-石英转变面成，可保留六方双锥的假象。

成因与产状：α- 石英是三大类岩石中的造岩矿物，也是大多数热液脉中的主要矿物成分，在伟晶岩晶洞和变质岩系中的石英脉内，α-石英是天然压电水晶的重要来源。有些石英的亚种形成于一定的条件或特定的产状。如烟水晶只能形成于较高温度下；紫水晶形成于相当低的温压条件下；蔷薇石英总是呈块状产于伟晶岩脉的核心部位；玛瑙和石髓为低温热液的胶体成因产物，主要产于喷出岩的孔洞中；而风化沉积成因的玛瑙和石髓见于风化壳碎屑沉积物中。

主要用途：α-石英的用途很广。石英砂是重要的工业矿物原料，广泛用于玻璃、铸造、陶瓷及耐火材料、冶金、建筑、化工、塑料、橡胶、磨料等工业。还用于制作石英谐振器、滤波器和透镜等。无裂院、无缺陷的水晶单晶用作压电材料；熔炼石英用于制造石英灯泡、耐酸耐高温等化学器材；蔷薇石英和玛瑙为雕刻工艺美术的材料。