1054
.pdf
Стеклообразные материалы (стекла) являются самыми распространенными оптическими материалами.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
однородностью структуры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Оптические |
|
высокой прозрачностью в различных |
|||
|
|
спектральных диапазонах |
||||
|
стекла |
|
||||
|
характеризуются |
|
|
|
||
|
|
|
|
|||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
хорошими конструкционными свойст- |
|
|
|
|
|
|
вами |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
великолепной коррозионной |
|
|
|
|
|
|
стойкостью |
|
|
|
относительно простой технологией из- |
|
|
|
|
|
|
готовления |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кварцевое |
|
|
|
|
|
Силикатные (на |
|
|
|
|
Боросиликатные |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
основе SiO2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Свинцовосиликатные |
|||
|
|
Стекла |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Многокомпонентные |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На основе Р2О5, В2О3, GeO2, ТеО2 |
|
|
|||||||
|
|
Несиликатные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На основе галогенидов Ag, Tl |
|
|
|
||||||
|
|
Халькогенидные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
51
7.1. Oксид кремния
Oксид кремния (диоксид кремния, кремнезем – SiO2) – основа подавляющего большинства оптических стекол. Природный минерал – кварц – бесцветные кристаллы, tпл = 1713…1728 °C, обладают высокой твердостью и прочностью. Название минерала восходит к старой горняцкой традиции; предполагается, что оно происходит либо от старонемецкого quererz – «поперек руды» (кварцевые прожилки часто занимают секущее положение к рудным жилам), либо от славянского «твардд» – твердый.
В природе встречается в виде монокристаллов горного хрусталя (хрусталь – от греческого crystal – лед) и его разновидностей.
На долю кварца приходится примерно 30–35 % среднего состава гранитов и гранито-гнейсов, слагающих около 90 % объема земной коры.
Свойства кварца
Относится к группе кислотных стеклообразующих оксидов, т.е. склонен к образованию переохлажденного расплава – стекла.
Растворяется в плавиковой кислоте, при нагревании взаимодействует с основными оксидами и щелочами.
Плотность горного хрусталя 2,651·103 кг/м3. Плотность окрашенных разновидностей кварца колеблется в интервале от 2,647...2,656·103 кг/м3.
Твердость кварца по шкале Мооса равна 7 (не царапается стальным ножом и устойчив к абразивному воздействию обычной пыли).
Один из лучших диэлектриков (электрический ток не проводит). 
52
Химически чистый кварц прозрачен и лишен окраски. 
Кварц превосходит стекло по прозрачности для ультрафиолетовых лучей, к которым обычно наиболее чувствительна фотопленка, поэтому его применяют для изготовления линз, используемых при тонких фотографических работах. Вследствие высокой твердости кварцевые линзы сохраняют полировку очень длительное время.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В соответствии с видом симметрии кварц яв- |
|
|
|
Вращение |
плоскости |
|
|
|
ляется оптически одноосным минералом и |
|
|
|
поляризации в |
кварце |
|
|
|
имеет два главных показателя преломления – |
|
|
|
достигает |
15° |
37' 40" |
|
|
обыкновенный (1,544) и необыкновенный |
|
|
|
для линии В спектра в |
|
||
|
(1,553); величина максимального двупрелом- |
|
|
|
пластинке толщиною в |
|
||
|
ления равна 0,009. |
|
|
|
1 мм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Полиморфизм
Кристаллический диоксид кремния имеет несколько полиморфных модификаций.
Самая распространенная модификация на поверхности земли –
α-кварц.
При нормальных условиях α-кварц при температуре выше 573 °C обратимо переходит в β-кварц.
При повышении температуры β-кварц переходит в тридимит и кристобалит, устойчивые при высоких температурах и низких давлениях.
При высоких температуре и давлении диоксид кремния сначала превращается в коэсит, а затем в стишовит (впервые обнаружен на месте эпицентра ядерного взрыва).
Предполагается, что стишовит составляет значительную часть мантии Земли.
53
Диаграмма состояния кремнезема
Оксид кремния имеет кристаллическую решетку, состоящую из тетраэдров SiO4/2 с валентным углом \/ O–Si–O = 109,5°, что в точности соответствует симметрии гибридных sp3-орбиталей.
Низкотемпературная модификация кварца – α-кварц – принадлежит к ромбоэдрической системе с винтовым расположением кремнекислородных тетраэдров вдоль оси третьего порядка.
Валентный угол \/ Si–O–Si = 144° легко изменяется под действием деформационных колебаний и либраций (вращений атома кислорода вокруг оси Si–Si).
Легкость изменения валентного угла Si–O–Si при сохранении валентных углов О–Si–О внутри тетраэдра SiO4/2 объясняет образование стеклообразного состояния при охлаждении с сохранением ближнего порядка в пределах тетраэдра.
54
Морфология
Кварц относится к тригональной кристаллической системе, но гексагональной сингонии, точечная группа 32 (в международном обозначении).
Кристаллы кварца представляют собой шестигранные призмы, с одного конца (реже с обоих) увенчанные шестиили трехгранной пирамидальной головкой, сочетающей грани двух ромбоэдров.
Монокристаллы кварца могут иметь правую и левую формы. 
В магматических и метаморфических горных породах кварц образует неправильные изометричные зерна, сросшиеся с зернами других минералов, его кристаллами часто инкрустированы пустоты и миндалины в эффузивах.
В осадочных породах – конкреции, прожилки, секреции (жеоды), щетки мелких призматических кристаллов на стенках пустот в известняках и др. Также обломки различной формы и размеров, галька, песок.
Диоксид кремния помимо кристаллической имеет и аморфную модификацию –
кварцевое стекло (природная разновидность – обсидиан).
Кристаллическая
модификация
Аморфная
модификация
55
7.2. Минеральные разновидности кварца
Горный хрусталь — кристаллы бесцветного прозрачного кварца. 
56
Розовый кварц 
57
Аметист – фиолетовый
58
Цитрин – лимонно-желтый
59
Морион – черный
60