Đá thạch anh là gì sao lại được mệnh danh là đá quý? Đây được xem là một khoáng vật được thiên nhiên phổ biến trong vỏ trái đất. Khoát lên mình những màu sắc khác nhau, đẹp lung linh mang nét đẹp huyền diệu của thiên nhiên. Với vẻ đẹp ấy, đá thạch anh dần trở thành những món đồ trang xuất quý giá và sang trọng. Với nhiều màu sắc, hình dạng và cấu trúc khác nhau, thạch anh ngày càng được ưa chuộng, dần trở thành món trang sức thu hút được nhiều người sử dụng.
1. Đá thạch anh là gì?
Là một loại đá qúy, được hình thành của thiên nhiên. Trong thiên nhiên, được hình thành của nhiều hợp phần khác nhau của nhiều loại đá như axit xâm nhập và phun trào ở dạng hạnh nhân như mã não hay onix. Ngoài ra còn một số loại đá được biến chất từ thạch anh như là quartzit, opal, ngọc bích, các tinh thể lớn của thạch anh trong các hỗng pegmatit cộng sinh với fenspat, muscovit, topaz, beryl và một số khoáng vật khác.
Đá thạch anh là gì?
Đá thạch anh được phun lên từ các lớp mắc ma nằm sâu dưới lòng đất khoảng 4 – 10km.Thạch anh có cấu trúc gồm silic và oxy được sắp xếp theo quy luật và tỷ lệ 2:1. Cấu trúc này tạo nên sự chồng khít vào nhau và có hình lục phương. Riêng thạch anh hốc có sự hình thành từ chất khí của dung nham. Khi dung nham phun, chất khí chui vào các hốc đá, qua hàng chục nghìn năm chất khí này nguội tạo nên tinh thể thạch anh.
Đá thạch anh vàng
2. Phân bố của đá thạch anh
Với nhiều mỏ thạch anh có độ tinh khiết cao như những mỏ đá quý ở Spruce Pine, Bắc Carolina. Ở Việt Nam tinh thể thạch anh có nhiều ở Thanh Hóa, Kontum, Bảo Lộc, Gia Nghĩa.
3. Các loại đá thạch anh
- Thạch anh trắng (tên khoa học là Clear quartz)
- Thạch anh tím (tên khoa học là Amethyst)
- Thạch anh hồng (tên khoa học là Rose quartz)
- Thạch anh vàng (tên khoa học là Citrine)
- Thạch anh ám khói (tên khoa học là Smoky quartz): chia thành 2 loại Ám đen và ám vàng
- Thạch anh đen (tên khoa học Morion)
- Thạch anh xanh (tên khoa học là Green Aventurine)
- Thạch anh tóc (tên khoa học là Rutilated Quartz): bao gồm thạch anh tóc vàng, tóc đen, tóc xanh, tóc đỏ…
- Thạch anh ưu linh (ám rêu) (tên khoa học là Scenic Quartz, Landscape Quartz hay Garden Quartz.
- Thạch anh đá mắt hổ (tên khoa học là tiger’s eye)
Các loại đá thạch anh
4. Thành phần cấu tạo của đá thạch anh
Tính chất hóa – lý của đá thạch anh bị ảnh hưởng bởi nhiều thành phần và cấu trúc tinh thể. Đá thạch anh (Quartz) là khoáng vật phổ biến nhất trên thế giới được hình thành từ nhóm Silica có công thức hóa học Silicon & Oxy (SiO2). Nhưng thường lẫn chứa các thành phần nguyên tử Nhôm (al) thay thế cho các nguyên tử Silicon (Si) cùng với sự cân bằng điện tích được duy trì bởi sự kết hợp các nguyên tử nhỏ, như Hydrogen, Lithium, Natri, Titan, Magiê hoặc Sắt…các tạp chất này, chúng chỉ chiếm một tỉ trọng rất nhỏ không đáng kể trong cả một kết cấu và kết quả không ảnh hưởng quá nhiều đến việc thay đổi màu sắc của các đồ vật.
Đá thạch anh
Thành phần nguyên tử Nhôm (al) thay thế cho các nguyên tử Silicon (Si), các thay thế cho các nguyên tử Silicon (Si) làm cho thạch anh hình thành nên các loại tinh thể có nhiều màu sắc với chỉ số năng lượng Bovis cũng khác nhau. Trong thành phần của thạch anh ngoài thành phần chính là tinh thể SiO2, còn có thể chứa một số chất: CO2, H2O, NaCl, CaCO3,… là một loạt biến thể đa hình gồm 3 biến thể độc lập: thạch anh, tridimit và cristobalit và tuỳ thuộc vào nhiệt độ, chúng sẽ tồn tại ở các dạng nhất định.
4.1. Cấu trúc tinh thể của đá thạch anh
Biến thể nhiệt độ cao của thạch anh kết tinh trong hệ lục phương, biến thể thạch anh vững bền ở nhiệt độ dưới 573 °C kết tinh trong hệ tam phương. Dạng tinh thể thường hay gặp là dạng lưỡng tháp lục phương với các mặt lăng trụ rất ngắn hoặc không có. Dạng tinh thể của thạch anh khá đa dạng nhưng đặc trưng là thường gặp các mặt m [0111], và có vết khía ngang trên mặt, mặt khối thoi r [1011] và z [0111], lưỡng tháp phức tam phương s [1121], khối mặt thang x [5161][1] …
Dạng tinh thể lý tưởng của thạch anh là dạng tinh thể lăng trụ sáu phương với các mặt lưỡng tháp ở hai đầu. Tuy nhiên khi được thành tạo trong môi trường địa chất chúng thường gắn một đầu vào đá vây quanh do vậy chúng ta thường gặp hơn cả là dạng lăng trụ sáu phương với mặt tháp ở phía trên. Ngoài hai biến thể kết tinh thạch anh còn có loại ẩn tinh có kiến trúc tóc: canxedon và thạch anh khác nhau chỉ do quang tính.
4.2. Hai dạng cấu trúc của đá thạch anh
Thạch anh có cấu trúc Alpha (thấp), cấu trúc này sẽ bị phá vỡ khi nhiệt độ lên đến 573 °C (1.063 °F).
thạch anh có cấu trúc Alpha
Thạch anh có cấu trúc Beta: Là cấu trúc tinh thể giải thích vì sao đá thạch anh có hình lục giác với công thức SiO4 ổn định với mức nhiệt độ trên 573 °C.
Thạch anh trắng cấu trúc beta
Cả hai cấu trúc thạch anh Alpha và Beta đều liên quan chặt chẽ nhiệt độ chuyển đổi alpha và beta là 573 ° C. Ở nhiệt độ trên 867 ° C (1.593 ° F), thạch anh có cấu trúc beta chuyển thành Tridymite nhưng quá trình biến đổi rất chậm do phá vỡ liên kết xảy ra để tạo thành một cấu trúc mở. Ở áp suất rất cao cấu trúc alpha biến đổi thành Coesite và ở áp suất cao hơn nữa biến đổi thành Stishovite. Các giai đoạn như vậy đã khoa học nghiên cứu trong quá trình quan sát các tác động của các miệng núi lửa. Đá thạch anh được hình thành ở hầu hết các loại đá lửa, đá trầm tích và các đá biến chất. Nó cũng đã được tìm thấy trong đá thiên thạch.
5. Tính chất của đá thạch anh
5.1. Tính chất vật lý của đá thạch anh
– Độ cứng: ở mức 7 của thang đo độ cứng Mohs, nằm trong khoảng khá cao của thang đo từ 1-10, vì vậy có thể nói đá thạch anh có độ cứng cao.
– Phản ứng với điện năng: dưới những tác động đến từ điện năng, các thanh đá tinh thể thạch anh bị biến dạng…Các phân tử được nạp vào điện tích âm sẽ chuyển dần sang đầu cực dương và ngược lạ. Sau đó, các tinh thể dãn nở rồi co lại tùy thuộc hoàn toàn vào cơ trục định hướng của cấu trúc cắt của các thanh đá.
– Tính phát quang: các biến thể của loại đá này luôn tồn tại tính phát quang. Nếu đặt chúng dưới ánh sáng sẽ cho ra màu sắc bắt mắt như thạch anh tóc vàng, thạch anh tóc đỏ, thạch anh nâu đỏ.
– Cấu trúc lục phương đã tạo nên tính chất kỳ diệu của thạch anh là tính áp điện. Tức khi ép vào đá thạch anh sẽ tạo nên nguồn điện nhỏ, hoặc cho một dòng điện nhỏ chạy qua cũng sinh ra nguồn điện mới.
5.2. Tính chất quang học của đá thạch anh
– Chiết suất: 1.53-1.54
– Lưỡng chiết suất 0.009
– Tính đa sắc: thay đổi tùy thuộc vào màu của viên đá, màu sắc rất đa dạng. Các yếu tố phân tử như sắt, nhôm, Magiê, titan, hydro, và các nguyên tử kiềm nhỏ lithium và natri cộng hưởng dưới nhiệt độ biến đổi cấu trúc silicon oxy (SiO2) có thể là nguyên nhân khiến cho thạch anh tồn tại trong tự nhiên dưới nhiều biến thể và màu sắc khác nhau.
– Các biến thể của thạch anh có tính phát quang, dưới ánh sáng sẽ cho ra màu sắc bắt mắt. Phản ứng khi có tác động từ ánh sáng: tinh thể vật chất hấp thu tất cả các vạch quang phổ và lan tràn chúng trải khắp hầu hết các bước sóng, tần số cũng như các màu sắc khác biệt của 7 sắc cầu vòng.
– Hiệu ứng mắt mèo và hiệu ứng mắt hổ: Đá thạch anh cũng có những hiệu ứng giống như đá mắt mèo và đá mắt hổ.
– Hiệu ứng ánh sao: thạch anh hồng có hiệu ứng ánh sao giống như Ruby, nhưng loại này được cho là cực hiếm và có giá thành cao hơn hẳn so với loại bình thường.
Màu sắc của đá thạch anh
5.3. Tính chất hóa học của đá thạch anh
Tính tan của SiO2 trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, cấu trúc bề mặt của nó và sự biến đổi cấu trúc. Ở nhiệt độ trên 100°C và áp suất cao, tính tan của thạch anh tăng nhanh. Ở khoảng , nó ở giữa 700 và 1200 mg/l, phụ thuộc vào áp suất. SiO2 tan trong nước do hình thành axit orthosilicic,
H4SiO4 : SiO2 + 2 H2O → H4SiO4
Ở nhiệt độ trong phòng, SiO2 trong sự biến thể hầu như đều trơ và không phản ứng với các chất khác. Là thạch cao khan của một axit (axit orthosilicic, H4SiO4), thạch anh nhìn chung không bị tấn công bởi axit. Ngoại lệ nổi bật của axit hydroflourix, (HF) sẽ phân hủy thạch anh để hình thành silicon fluoride đầu tiên SiF4, sau đó tới axit hydroflourosilicic:
SiO2 + 6 HF → H2SiF6 + 2 H2O
SiO2 phản ứng chậm trong dung dịch kiềm (như là KOH). Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào sự biến đổi và kích cỡ tinh thể: Thạch anh kết tinh sẽ hòa tan rất chậm trong dung dịch kiềm nóng, trong khi SiO2 tinh thể sẽ hòa tan dễ dàng ở nhiệt độ trong phòng:
SiO2 + 2 KOH → K2SiO3 + H2O
Một phản ứng tương tự dẫn đến sự hình thành chất gel silica trong bê tông, khi hợp chất kiềm của bê tông, đặc biệt Ca(OH)2 phản ứng với silica không kết tinh và thạch anh tinh thể kín (đó là, opal và chalcedony). Gel silica hút nước, sung và làm nứt bê tông trong vài thập kỷ.
Tất cả các dạng silica hòa tan trong natron nấu chảy (Na2CO3) hoặc (K2CO3) để hình thành silicat.
SiO2 + K2CO3 → K2SiO3 + CO2
Ở nhiệt độ cao trong nhiều môi trường địa chất, thạch anh đóng vai trò như một axit, và phản ứng với các khoáng kiềm. Một ví dụ nổi bật đó là sự hình thành khoáng wollastonite Ca3Si3O9 từ thạch anh và canxit trong quy trình biến chất đá trong nhiệt độ khoảng từ 600°C trở lên:
3 SiO2 + 3 CaCO3 → Ca3Si3O9 + 3 CO2
Phản ứng đối lập xảy ra trong quá trình phong hóa đá silicat, ví dụ ở đây có axit carbonic H2CO3 trong dung dịch khí tượng thải rag axit silicic và hình thành carbonates.
Thạch anh là một kim loại silicon. Silicon được bù lại ở nhiệt độ khoảng 2000°C trong phản ứng thu nhiệt dưới đây:
SiO2 + 2 C → Si + 2 CO
6. Tác dụng của đá thạch anh
Ngày nay Đá Thạch Anh được ứng dụng rộng rãi trong đời sống con người do mang đến nhiều ý nghĩa và công dụng. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến:
6.1. Ứng dụng của đá thạch anh trong đời sống
Đồ trang sức: có vẻ đẹp tự nhiên, sở hữu nhiều màu sắc rực rỡ cuốn hút và đẹp mắt nên chúng được ứng dụng làm trang sức vòng tay, vòng cổ, nhẫn, quả cầu,…
Vòng tay đá thạch anh tóc
Phong thủy: cấu tạo về địa chất đặc biệt nên Đá Thạch Anh thu hút năng lượng dương cực mạnh, đem đến sự may mắn trong công việc, tình yêu, cuộc sống, giúp chống tà khí, tăng vượng khí cho gia chủ và người dùng,…
6.2. Ứng dụng của đá thạch anh trong y học
Dùng để chữa bệnh: các biến thể của đá thạch anh được ứng dụng trong y học giúp giải độc, trị chứng mất ngủ, trị nghiện rượu, làm dịu tinh thần, lọc máu tốt, điều hòa huyết áp, kháng viêm, giải trừ mệt mỏi, tăng khả năng miễn dịch, phòng chống các tia bức xạ,…
Mỗi một tinh hốc hội tụ điện trường của hàng nghìn tinh thể thạch anh riêng lẻ. Do vậy, mỗi một tinh hốc có tính năng như một tụ điện khổng lồ. Nếu tác động bằng năng lượng ánh sáng sẽ làm phát sinh một trường ion lan tỏa chung quanh tinh hốc. Trường ion đó lan truyền có tính chất sóng êm dịu vào cơ thể con người, có thể xem như một biện pháp vật lý trị liệu.
6.3. Ứng dụng của đá thạch anh trong công nghiệp
Tính chất áp điện của thạch anh, cũng là cách phát hiện thạch anh thật thông qua thiết bị kiểm tra tính áp điện hoặc phải có nguồn gốc xuất xứ.
Được sử dụng rộng rãi trong các kỹ thuật điện-điện tử để thực hiện các thao tác cộng hưởng áp điện, các máy siêu âm, các bộ ổn áp có trong các máy phát tần số bởi vì khi rung động các tinh thể sẽ áp đặt một tần số ổn định của bản thân nó lên bộ nguồn ở trường điện năng…
Dùng để lọc nước: theo các nhà khoa học thì loại đá này sở hữu một nguồn năng lượng dương nên nó có khả năng làm cho nước trở nên sạch sẽ và vệ sinh hơn.
