CRISTALLOCHIMICA
POLIMORFISMO

Prof. ETTORE ONORATO
Guida al Corso di Mineralogia; pag 305
III Edizione Riveduta e Ampliata
1965 - V. Ferri - Roma

Le fasi della silice
La silice anidra costituisce uno degli esempi più complessi e più importanti di Polimorfismo.
Le modificazioni cristalline di SiO₂ sono 7 e le loro possibili trasformazioni sono date dal diagramma di stato schematicamente riprodotto nella figura 289.
In prima linea vanno considerate le trasformazioni:

Il quarzo β è la fase trapezoedrica trigonale, stabile a temperatura ordinaria, il quarzo α è la fase trapezoedrica esagonale; l’una e l’altra presentano il fenomeno della polarizzazione rotatoria.
La trasformazione quarzo β in quarzo α avviene con molta facilità a 575° e con perfetta Enantiotropia.
La trasformazione a 870° del quarzo α in tridimite α è molto lenta, anzi, secondo Fenner, può ottenersi solo per aggiunta di fondenti (Nota 1) ed in modo particolare di wolframato di sodio.
La trasformazione inversa avviene invece con minore difficoltà.
La tridimite α è ancora esagonale, ma non ha polarizzazione rotatoria.
La trasformazione a 1470° della tridimite α in cristobalite α richiede, se non vi sono fondenti, un riscaldamento molto prolungato; ancora più difficile è la trasformazione inversa, tanto che, senza l’aggiunta di particolari sostanze, l’Enantiotropia del sistema non si verifica.
La cristobalite α, monometrica, a 1713° fonde.
Data la lentezza delle trasformazioni quarzo - tridimite - cristobalite, esistono già nel sistema stesso le condizioni che favoriscono la realizzazione di punti metastabili di trasformazione.
Le possibilità che possono aversi si ricavano dalla figura 289 prolungando, come è stato fatto per lo zolfo, le curve relative ad ogni fase oltre il campo di stabilità.
Così, per esempio, si può raggiungere la fusione, invece che a 1713° a 1670° oppure a 1600° (punti di fusione metastabili della tridimite e del quarzo α), la tridimite e la cristobalite possono continuare ad esistere, in falso equilibrio, anche al di sotto di 575°, la silice fusa può consolidare senza cristallizzarsi (vetro di silice) ecc.
Nei campi di metastabilità della tridimite e della cristobalite, si originano le trasformazioni, anch’esse Enantiotropiche:

e

Quarzo α, tridimite α e vetro di silice hanno i pesi specifici 2,65, 2,35 e 2,21.
La differenza di volume specifico tra quarzo e tridimite è quindi più forte che fra tridimite e vetro.
Ciò induce a ritenere che, a pressioni molto elevate, vi debba essere un punto in cui quarzo e silice fusa coesistano in perfetto equilibrio così come accade per lo zolfo alla pressione di 1288 atmosfere.
Se ne trae pertanto la conseguenza che, sotto forti pressioni, la silice fusa deve consolidare direttamente come quarzo.

Mentre l’aumento di pressione favorisce la formazione della fase e a minor volume specifico, l’aumento di temperatura favorisce la formazione della fase a maggior volume specifico.
Perciò la tridimite si deve soprattutto formare negli ambienti in cui la solidificazione avviene a temperatura elevata ed a pressioni non molto forti.
Difatti le masse rocciose che si ottengono per consolidamento di magmi a grandi profondità (rocce intrusive) non contengono mai tridimite ma quarzo, per quanto molte di esse si siano consolidate a temperature sicuramente superiori agli 800°.

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Nota 1: sostanze che facilitano il passaggio di una fase in un'altra perchè la loro presenza abbassa il punto di trasformazione.