هل يتشكل الكوارتز في درجات حرارة عالية؟ كشف أسرار تعدد أشكال الكوارتز

نعم، يتشكل الكوارتز بالتأكيد في درجات حرارة عالية، ولكن النوع المحدد من الكوارتز يعتمد على النطاق الحراري الدقيق. بينما يمكن أن يتبلور في درجات حرارة تصل إلى 870 درجة مئوية، فإن الكوارتز الشائع الذي نجده في درجة حرارة الغرفة هو تقنيًا نسخة متحولة من شكله الأصلي ذي درجة الحرارة العالية.

المفهوم الحاسم الذي يجب فهمه هو أن الكوارتز موجود في شكلين أساسيين: نسخة عالية الحرارة (كوارتز بيتا) ونسخة منخفضة الحرارة (كوارتز ألفا). يحدث التبديل بينهما عند 573 درجة مئوية، مما يعني أن جميع الكوارتز تقريبًا الموجود على سطح الأرض تشكل في الأصل كوارتز عالي الحرارة وانقلب مع برودته.

الشكلان الرئيسيان للكوارتز

الكوارتز هو متعدد الأشكال، مما يعني أنه يمكن أن يوجد في هياكل بلورية مختلفة على الرغم من امتلاكه نفس الصيغة الكيميائية (SiO₂). يعتمد الهيكل الذي يتخذه بالكامل على درجة الحرارة والضغط أثناء تكوينه.

الكوارتز المنخفض (كوارتز ألفا)

هذا هو الشكل المستقر والشائع للكوارتز الذي نراه ونتعامل معه في حياتنا اليومية.

يتشكل في درجات حرارة أقل من 573 درجة مئوية (1063 درجة فهرنهايت) عند الضغط الجوي. هيكله البلوري ثلاثي الزوايا.

الكوارتز العالي (كوارتز بيتا)

هذه هي النسخة من الكوارتز التي تتبلور مباشرة من الصهارة أو في عروق حرارية مائية عالية الحرارة.

يتشكل في نطاق درجة حرارة من 573 درجة مئوية إلى 870 درجة مئوية (1063 درجة فهرنهايت إلى 1598 درجة فهرنهايت). يتميز الكوارتز العالي بهيكل بلوري سداسي، وهو أكثر تناظرًا بقليل.

الانتقال الحرج: انقلاب الكوارتز

درجة حرارة 573 درجة مئوية ليست مجرد خط فاصل؛ إنها نقطة انتقال أساسية تُعرف بانقلاب الكوارتز.

ماذا يحدث عند 573 درجة مئوية؟

عندما يبرد الكوارتز العالي إلى أقل من 573 درجة مئوية، يعيد هيكله الذري الداخلي ترتيب نفسه على الفور إلى تكوين الكوارتز المنخفض.

هذا ليس تغييرًا كيميائيًا. إنه تحول فيزيائي، في الحالة الصلبة، حيث تغير ذرات السيليكون والأكسجين مواقعها وروابطها بشكل طفيف.

لماذا هذا الانقلاب حاسم

هذا الانقلاب مهم جدًا لأنه يحدث على الفور وهو قابل للعكس.

بسبب هذا، لا يمكن أن يوجد الكوارتز العالي في درجة حرارة الغرفة. أي بلورة كوارتز تشكلت في الأصل فوق 573 درجة مئوية ستكون قد انقلبت إلى كوارتز منخفض بحلول الوقت الذي تبرد فيه بما يكفي لنجدها.

المزالق والفروق الدقيقة الشائعة

يساعد فهم هذه العملية على تجنب المفاهيم الخاطئة الشائعة حول تكوين المعادن.

الحد الأعلى لدرجة الحرارة

للكوارتز سقف لدرجة حرارة تشكله. فوق 870 درجة مئوية عند الضغط الجوي، ستتشكل معادن السيليكا الأخرى مثل الترايديميت بدلاً من الكوارتز.

بصمة الكوارتز العالي

على الرغم من أننا لا نجد سوى الكوارتز المنخفض، إلا أنه غالبًا ما يحتفظ بالشكل البلوري السداسي لماضيه ذي درجة الحرارة العالية. يمكن لعلماء الجيولوجيا تحديد هذا الشكل الأصلي ("شكل كاذب") لفهم الظروف الحرارية التي تشكلت فيها الصخرة في الأصل.

الدور المهمل للضغط

نقطة انقلاب 573 درجة مئوية صحيحة للضغط الجوي. في أعماق قشرة الأرض، يمكن للضغط الهائل أن يغير درجة حرارة هذا الانتقال، وهو عامل حاسم لعلماء الجيولوجيا الذين يصممون تكوين المعادن.

كيفية تطبيق هذا على هدفك

يعتمد تفسيرك لتكوين الكوارتز على هدفك.

• إذا كان تركيزك الأساسي هو تحديد المعادن: ستتعامل دائمًا مع الكوارتز المنخفض (كوارتز ألفا)، حيث أن الشكل عالي الحرارة غير مستقر في الظروف السطحية.
• إذا كان تركيزك الأساسي هو الجيولوجيا أو علم الصخور: فإن التعرف على الشكل البلوري الأصلي للكوارتز العالي في عينة كوارتز منخفضة يوفر دليلًا قويًا، يشير إلى أن الصخرة يجب أن تكون قد بردت من درجة حرارة أعلى من 573 درجة مئوية.

في النهاية، تحدد درجة الحرارة الهيكل البلوري الأساسي لهذا المعدن المنتشر والأساسي.

جدول الملخص:

نوع الكوارتز	درجة حرارة التكوين	الهيكل البلوري	الاستقرار في درجة حرارة الغرفة
الكوارتز العالي (بيتا)	573 درجة مئوية إلى 870 درجة مئوية	سداسي	لا (ينقلب عند التبريد)
الكوارتز المنخفض (ألفا)	أقل من 573 درجة مئوية	ثلاثي الزوايا	نعم (مستقر)

هل تحتاج إلى تحكم دقيق في درجة الحرارة لأبحاثك الجيولوجية أو المواد؟ تتخصص KINTEK في معدات المختبرات عالية الحرارة، بما في ذلك الأفران التي يمكنها تكرار الظروف اللازمة لدراسة تكوين الكوارتز وتحولات المعادن الأخرى بدقة. تساعد حلولنا علماء الجيولوجيا وعلماء الصخور وعلماء المواد على تحقيق نتائج موثوقة. اتصل بنا اليوم لمعرفة كيف يمكن لمعداتنا دعم أهدافك البحثية!