Kvartsi

Kvartsi eli ukonkivi on hyvin yleinen hohkasilikaattimineraali maankuoressa, ja se on tärkeä kivilajeja muodostava mineraali. Kemialliselta koostumukseltaan se on piidioksidia (SiO2).

Esiintyminen 
Kvartsi on hyvin yleinen mineraali felsisissä syväkivissä. Hiekkakivi ja kvartsiitti ovat pääasiassa kvartsia, ja sitä esiintyy rakeina muiden mineraalien seassa myös muun muassa graniitissa, gneississä ja kiilleliuskeessa. Kivissä kvartsi esiintyy anhedrisinä eli vierasmuotoisina rakeina, joille tunnusomainen piirre on rasvakiilto. Kvartsi voi esiintyä euhedrisinä eli omamuotoisina kiteinä erilaisissa onkaloissa ja raoissa. Sana kvartsi on peräisin saksalaisilta kaivostyöntekijöiltä.

Mineralogia ja ominaisuudet 
Kvartsi kuuluu hohkasilikaattien ryhmään, ja sillä on kaksi eri olomuotoa: normaali α-kvartsi ja korkean lämpötilan β-kvartsi. Muodonmuutos α-kvartsista β-kvartsiin tapahtuu noin 573 °C:n lämpötilassa (846 K; 1,063 °F). Se koostuu pii-happi-tetraedrien muodostamasta verkkomaisesta rakenteesta. Rakenne on hyvin väljä, minkä vuoksi kvartsin tiheys on varsin alhainen (2,65 g/cm3). Kvartsin sidokset ovat hyvin lujia, mikä antaa sille sen tyypillisen kovuuden (Mohsin kovuus 7) ja simpukkamurroksen. Kvartsin kirkkaus, lasimainen kiilto ja alhainen taitekerroin (n. 1,5) johtuvat myös sen kiderakenteesta. Kvartsin pietso­sähköiset ominaisuudet johtuvat siitä, että sen rakenteesta puuttuvat peilitasot ja symmetriakeskus. Kvartsilla on myös pyrosähköisiä ominaisuuksia.

Muunnokset  
Kvartsia esiintyy monina erilaisina muunnoksina. Ideaali, puhdas kvartsi eli vuorikide tai vuorikristalli on kirkasta ja läpinäkyvää. Muinaiset kreikkalaiset uskoivat tällaisen kirkkaan ja puhtaan kvartsin olevan kovassa paineessa muodostunutta jäätä. Itse asiassa sana kristalli on peräisin kreikan kielen jäätä tarkoittavasta sanasta. 
Valkoista muunnosta kutsutaan maito- eli lumikvartsiksi. Valkoisen värin aiheuttavat mikroskooppisen pienet fluidisulkeumat, jotka ovat jääneet kiteen sisään sen kasvaessa. Fe3+-pitoiset muunnokset ovat väriltään joko violetteja (ametisti) tai keltaisia (sitriini). Sitriini on väriskaala, joka muuttuu keltaisesta kalpean ruskeaan. Luonnollisesti sitriinit ovat harvinaisia.

Ruskeat muunnokset (savukvartsi ja morion) sisältävät epäpuhtauksina alumiinia. Näissä muunnoksissa osa kvartsin piiatomeista on korvautunut alumiinilla. Vihreä muunnos tunnetaan nimellä krysopraasi, ja sitä esiintyy muuttuneissa ultramafisissa eli ultraemäksisissä kivissä. Se sisältää sulkeumina pieniä määriä hapettunutta nikkeliä. Aventuriini puolestaan sisältää sulkeumina rutiilia. Vaaleanpunainen kvartsin muunnos on nimeltään ruusukvartsi, ja sen värin aiheuttaa hyvin pienikiteinen ja kuituinen materiaali, joka on sukua dumortieriitti-nimiselle mineraalille. Kalsedoni on yleisnimi kaikille krypto- eli piilokiteisille kvartsin muunnoksille. Nämä muunnokset ovat usein vyöhykkeellisiä ja raitaisia. Esimerkkejä erityyppisistä kalsedoneista ovat akaatti, onyksi, jaspis, aventuriinikvartsi ja karneoli.

Käyttö 
Kvartsilla on monia käyttötarkoituksia, sitä käytetään esimerkiksi lasin, optisten kuitujen ja pietsosähköisten kiteiden valmistuksessa. Kvartsin värikkäitä muunnoksia käytetään korukivinä.

Kivikaudella kvartsia on käytetty pienikokoisten työkalujen ja tarve-esineiden, kuten kaapimien, naskalien, nuolenkärkien yms. valmistamiseen. Tyypillisesti kvartsikappaleessa olevat säröt rajoittavat siitä valmistettavien esineiden kokoa. Kvartsia on käytetty myös tuluksissa yhdessä karkun eli tulusraudan kanssa. Todennäköisesti tämä käyttö on antanut kvartsille sen vanhan, suomenkielisen nimen ukonkivi – "Iski tulta Ilmarinen, välähytti Väinämöinen...". 
 
Eräs tärkeä puhtaan kvartsin lähde on Minas Geraisin alue Brasiliassa, jossa on paljon karkearakeisia pegmatiitteja. Yksi tärkeimmistä kvartsilähteistä sijaitsee Spruce Pine nimisessä kaupungissa Pohjois-Carolinassa Yhdysvalloissa, josta louhitaan lähes kaikki piikiekkoihin käytetty kvartsi.

Lähteet

Aiheesta muualla 
 Handbook of Mineralogy: Quartz (pdf) 

Seulonnan keskeiset artikkelit