Křemen

Rozbalit box

Obsah boxu

Křemen je minerál s chemickým vzorcem SiO₂ (oxid křemičitý). Patří mezi nejrozšířenější minerály v zemské kůře, kde tvoří přibližně 12 % jejího objemu. Je klíčovou složkou mnoha hornin, jako jsou žuly, pískovce a pegmatity. Vyskytuje se v mnoha odrůdách, které se liší barvou, průhledností a strukturou. Jeho název pochází ze starého slovanského slova "křesat", což odkazuje na jeho historické využití k rozdělávání ohně. Anglický název "quartz" je odvozen z německého "quarz", které má původ ve slovanském slově "twardy" (tvrdý).

💎 Vlastnosti

Fyzikální vlastnosti

Křemen krystalizuje v klencové (trigonální) soustavě. Jeho krystaly mají typicky tvar šestibokého hranolu zakončeného dvěma klenci. Na Mohsově stupnici tvrdosti dosahuje stupně 7, což znamená, že je tvrdší než sklo a většina běžných ocelí. Je poměrně křehký, neštěpný a má lasturnatý až nerovný lom. Lesk křemene je skelný, na lomných plochách až mastný. Hustota se pohybuje kolem 2,65 g/cm³.

Jednou z nejvýznamnějších vlastností křemene je jeho piezoelektrický jev. Při stlačení nebo mechanickém namáhání krystalu se na jeho povrchu generuje elektrické napětí. Tento jev je i vratný – přiložením elektrického napětí se krystal deformuje. Tato vlastnost je klíčová pro jeho využití v elektronice.

Chemické vlastnosti

Chemicky je křemen velmi stálý a odolný vůči zvětrávání a většině kyselin. Jedinou běžnou kyselinou, která jej rozpouští, je kyselina fluorovodíková. Tvoří ho tetraedry SiO₄, které jsou vzájemně propojeny a vytvářejí pevnou trojrozměrnou strukturu.

Modifikace

Křemen existuje ve dvou základních modifikacích v závislosti na teplotě:

α-křemen (nižší křemen): Je stabilní za běžných teplot a tlaků, až do 573 °C. Krystalizuje v klencové soustavě.
β-křemen (vyšší křemen): Vzniká přeměnou z α-křemene při teplotách nad 573 °C. Má šesterečnou (hexagonální) soustavu.

Při dalším zvyšování teploty a tlaku se křemen může měnit na další modifikace, jako jsou coesit a stišovit.

🌈 Odrůdy křemene

Křemen vytváří velké množství odrůd, které se liší především barvou způsobenou příměsemi jiných prvků nebo mikroskopickými inkluzemi. Dělí se na dvě hlavní skupiny: makrokrystalické a mikrokrystalické (kryptokrystalické).

Makrokrystalické odrůdy

Tyto odrůdy tvoří viditelné krystaly.

Křišťál: Čirá a bezbarvá odrůda, chemicky nejčistší forma SiO₂.
Ametyst: Fialová odrůda, zbarvená příměsí železa a radioaktivním zářením.
Citrín: Žlutá až žlutooranžová odrůda. Většina citrínů na trhu vzniká vypalováním ametystu.
Záhněda: Hnědá až kouřově šedá odrůda. Zbarvení je způsobeno přirozeným ozářením hliníku v krystalové mřížce.
Morion: Téměř černá, neprůhledná varianta záhnědy.
Růženín: Růžová odrůda, jejíž barvu způsobují mikroskopické vrostlice dumortieritu nebo příměsi titanu a manganu.
Mléčný křemen: Bílý, průsvitný až neprůhledný, zakalený mikroskopickými bublinkami plynů nebo tekutin.
Železitý křemen (Hematoid): Zbarvený červeně, oranžově nebo žlutě inkluzemi hematitu nebo limonitu.

Mikrokrystalické (kryptokrystalické) odrůdy

Tyto odrůdy jsou tvořeny mikroskopickými zrnky křemene a patří sem především chalcedon a jeho varianty.

Chalcedon: Obecný termín pro vláknité mikrokrystalické odrůdy. Bývá poloprůsvitný, s voskovým leskem, nejčastěji modrošedý.
Achát: Proužkovaná odrůda chalcedonu s vrstvami různých barev.
Jaspis: Neprůhledná odrůda, zbarvená příměsemi (nejčastěji oxidy železa) do červena, žluta, hněda nebo zelena.
Onyx: Černobíle proužkovaný achát.
Karneol: Oranžovo-červená odrůda chalcedonu.
Chryzopras: Zelená odrůda chalcedonu zbarvená niklem.
Pazourek: Tmavá, celistvá odrůda, známá pro své využití v pravěku.
Tygří oko: Odrůda s proměnlivým leskem, vzniklá prokřemeněním modrého krokydolitu.

🌍 Výskyt a naleziště

Křemen je jedním z nejběžnějších minerálů a nachází se po celém světě. Vzniká v širokém rozmezí geologických podmínek. Krystalizuje z magmatu v hlubinných vyvřelinách (např. žula), tvoří výplně hydrotermálních žil a dutin (geod) a díky své odolnosti je hlavní složkou písků, štěrků a pískovců.

Světová naleziště: Mezi nejvýznamnější producenty drahokamových odrůd křemene patří a (obří ametystové geody), (růženín, křišťál), (Arkansas - křišťál), Alpy (křišťál, záhněda) a (Ural - křišťál, záhněda).
Naleziště v Česku: V České republice se křemen vyskytuje hojně. Mezi známé lokality patří Českomoravská vrchovina (ametyst, záhněda, růženín), Krušné hory (acháty, jaspisy) a Podkrkonoší (acháty, ametysty, hvězdovec). Křemenný písek pro sklářský průmysl se těží například v oblasti Střelče u Jičína.

💡 Využití

Křemen a jeho odrůdy mají mimořádně široké využití v mnoha oborech.

Sklářství: Křemenný písek je základní surovinou pro výrobu všech druhů skla. Z velmi čistého křemene se vyrábí křemenné sklo, které je odolné vůči vysokým teplotám a propouští UV záření, proto se používá pro laboratorní nádobí a speciální optiku.
Stavebnictví: Písky a štěrky, tvořené převážně křemenem, jsou nezbytnou součástí betonu, malty a omítek.
Elektronika a optika: Díky piezoelektrickým vlastnostem se synteticky vyráběné krystaly křemene používají jako oscilátory pro řízení frekvence v hodinkách, počítačích, mobilních telefonech a radiotechnice. Z křemene se také vyrábí čočky, hranoly a další optické součástky.
Polovodičový průmysl: Vysoce čistý křemen je zdrojem křemíku, který je základním materiálem pro výrobu polovodičových součástek, integrovaných obvodů a solárních panelů.
Šperkařství: Barevné a čiré odrůdy jako ametyst, citrín, růženín, achát a křišťál jsou po staletí oblíbené drahokamy a ozdobné kameny.
Hutnictví: Křemen se používá jako struskotvorná přísada a pro výrobu žáruvzdorných materiálů a licích forem.
Historické využití: V pravěku se z pazourku a jiných odrůd vyráběly nástroje a zbraně díky jeho tvrdosti a ostrému lomu. Používal se také k rozdělávání ohně (křesání).

⏳ Historie

Využívání křemene sahá až do doby kamenné, kdy lidé z pazourku, rohovce a dalších odrůd vyráběli ostré nástroje, hroty šípů a škrabky. Ve starověkých civilizacích, jako byl Egypt, Řecko a Řím, byly drahokamové odrůdy jako ametyst a křišťál ceněny pro výrobu šperků, amuletů, pečetidel a luxusních nádob. Křišťálu byly připisovány magické a léčivé vlastnosti.

V 19. století objevili bratři Pierre a Jacques Curieovi piezoelektrický jev právě u krystalů křemene. Tento objev otevřel cestu k jeho masivnímu využití v moderní elektronice ve 20. a 21. století. Během druhé světové války vzrostla poptávka po křemenných krystalech pro radiostanice, což vedlo k rozvoji metod pro syntetickou výrobu krystalů.

🔬 Pro laiky

Představte si křemen jako základní stavební kostku zemského povrchu, podobně jako je cihla základem pro dům. Je to vlastně jen velmi čistý písek (oxid křemičitý), který se za správných podmínek v přírodě uspořádá do krásných, pravidelných krystalů.

Tvrdý a odolný: Křemen je velmi tvrdý. Kdybyste vzali krystal křemene, snadno byste s ním rýpli do skla. Právě proto, že je tak odolný vůči poškrábání a chemikáliím, zůstává v přírodě po miliony let a tvoří většinu písku na plážích a v pouštích.
Chameleon mezi kameny: I když je v základu bezbarvý (jako čistý křišťál), drobné "nečistoty" jiných prvků ho dokáží obarvit do všech možných odstínů. Trocha železa z něj udělá fialový ametyst, hliník a radiace zase hnědou záhnědu.
Srdce moderní techniky: Nejúžasnější vlastností křemene je jeho schopnost "tik-tak". Když ho zmáčknete, vytvoří malý elektrický impuls. A když do něj naopak pustíte elektřinu, začne vibrovat neuvěřitelně pravidelnou rychlostí. Právě tento přesný "tikot" se využívá v téměř každé elektronice – od náramkových hodinek přes počítače až po mobilní telefony, kde udává přesný rytmus pro všechny operace.

Zdroje