Кристаллы — это все твердые тела, имеющие форму многогранника, возникающую в результате упорядоченного расположения атомов. Кристаллографию называют наукой о кристаллах, кристаллических природных телах. Она изучает форму, внутреннее строение, происхождение, распространение и свойства кристаллических веществ. Кристаллами называют все твердые тела, имеющие форму многогранника, возникающую в результате упорядоченного расположения атомов. Примерами хорошо образованных кристаллов могут служить кубики пирита, двенадцатигранники граната, заостренные на концах призмы горного хрусталя, восьмигранники (октаэдры) важнейшей железной руды – , многие драгоценные камни: алмаз, рубин, топаз и др. подобные образования иногда достигают огромных размеров.
В 1958 г. в СССР был найден гигантский кристалл массой около 70 т, длиной 7,5 м и шириной 1,6 м. у отдельных кристаллов длина достигает 5 м, масса – 18 т. Обычно встречаются мелкие, чаще всего микроскопические кристаллики. В Восточном Оренбуржье в бассейне р. Джаман-Акжар найден кристалл горного хрусталя длиной 170 см, 80 см в поперечнике и весом 784 кг. Он назван «Малюткой». Там же обнаружены еще 11 крупных кристаллов весом не менее 500 кг. Кристалл «Малютка» установлен перед входом в Уральский геологический музей в Екатеринбурге.
Большинство горных пород и минералов состоит из кристаллов. Правильная геометрическая форма кристаллов в природных кристаллах нарушается либо в связи с условиями образования (например, при медленном застывании магмы возникают зерна кварца с криволинейными и неправильными контурами), либо под влиянием разрушения коренных пород и сноса водой их обломков (в песках легко можно увидеть под лупой окатанные кристаллы кварца, граната, магнетита). Поэтому кристаллы могут приобрести уродливые формы, ненормально развитые, обломанные или окатанные грани. Геометрическая правильность присуща не только поверхности кристалла, но распространяется и на его внутренне строение. Частицы, составляющие кристаллы, не заполняют пространство сплошь, а находятся на некотором расстоянии друг от друга, т.е. располагаются в строго определенном для данного вещества порядке.
Если каждую частицу (ион, атом) заменить точкой, то строение кристалла представится в виде пространства, заполненного правильно и закономерно расположенными точками. Расстояния между точками обозначают линиями. Получается так называемая пространственная решетка , элементами которой являются узлы, ряды и плоские сетки.
Узлы решетки соответствуют либо нейтральным атомам, либо заряженным атомам (ионам), либо группам атомов (молекулам) или ионов (радикалам) в кристалле.
Ряд – это совокупность узлов, лежащих вдоль прямой и периодически повторяющихся через равные промежутки.
Промежуток , или период, ряда – расстояние между двумя равнозначными узлами. Эти расстояния ничтожны и измеряются ангстремами: 1 Å = 10 -8 см.
Плоская (гранная) сетка – совокупность узлов и рядов, расположенных в одной плоскости.
Три построенные системы плоских сеток, взаимно пересекаясь, образуют совокупность параллелепипедов, которые принято называть элементарными ячейками пространственной решетки . Форма элементарной ячейки зависит от ее параметров, т.е. от размеров отрезков a, b, c и углов между ними α, β, γ.
Для решетки поваренной соли (NaCl) a = b = c и α = β = γ = 90⁰. При таком соотношении параметров форма элементарной ячейки представляет собой куб.
Однако в природе встречаются и такие твердые тела, в которых частицы (ионы, атомы, молекулы) расположены беспорядочно. Эти тела называются аморфными .
Образуются они в условиях быстрого охлаждения, при котором резко уменьшается подвижность частиц, которые не успевают закономерно расположиться относительно друг друга. К аморфным образованиям относятся стекла, пластмассы, смолы, клей и др.
Аморфное вещество не является устойчивым и с течением времени обнаруживает тенденцию к кристаллизации. Это проявляется в процессах закристаллизовывания стекла (явление засахаривания карамели, каучук теряет эластичность и т.д.).
Кристаллическое состояние твердого тела по сравнению с аморфным более устойчиво.
Натуральные кристаллы... Их еще называют красивыми, редко встречающимися камнями или твердыми телами. Мы представляем себе камень кристалл в виде крупного, яркого, прозрачного или бесцветного многогранника, имеющего идеальные блестящие грани. В жизни нам чаще встречаются такие твердые вещества в виде зернышек неправильной формы, песчинок, обломков. Но свойства у них такие же, как и у совершенных крупных кристаллов. Окунитесь вместе с нами в волшебный мир натуральных камней кристаллов, познакомьтесь с их строением, формами, видами. Что ж, в путь...
Таинство кристаллов
Мир кристаллов - прекрасный и таинственный. Разноцветные камушки еще с детства манят и притягивают нас своей красотой. Их загадочность мы чувствуем на интуитивном уровне и любуемся их естественной природной красотой. Людям всегда хотелось узнать как можно больше о натуральных твердых веществах, о свойствах кристаллов, становлении их форм, росте и структуре.
Мир этих камней такой необычный, что хочется заглянуть к ним внутрь. Что же увидим мы там? Перед глазами откроется картина бесконечно тянущихся, строго упорядоченных рядов атомов, молекул и ионов. Все они строго подчиняются законам, правящим в мире камней кристаллов.
Кристаллические вещества распространены в природе очень широко, ведь все горные породы состоят из них. А из горных пород состоит вся земная кора. Оказывается, эти необычные вещества можно даже вырастить дома самому. Важно отметить, что "кристалл" на древнегреческом языке обозначал "лед" или "горный хрусталь".
Что собой представляет камень кристалл?
Что говорят школьные учебники о кристаллах? В них говорится, что это твердые тела, которые образуются под влиянием природных или лабораторных условий и имеют вид многогранников. Геометрическое строение данных тел непогрешимо строгое. Поверхность кристаллических фигур составляют совершенные плоскости - грани, которые пересекаются по прямым линиям, которые называется ребрами. В точках пересечения ребер возникают вершины.
Твердое состояние вещества и есть кристалл. У него существует определенная форма, конкретное количество граней, зависящее от расположения атомов. Итак, твердые тела, в которых молекулы, атомы, ионы располагаются в строгой закономерности в виде узлов пространственных решеток.
Мы чаще всего ассоциируем кристаллы с редкими и красивыми драгоценными камнями. И это не зря, алмазы тоже являются кристаллами. Но не все твердые тела отличаются редкостью и красотой. Ведь частички соли и сахара - тоже кристаллики. Вокруг нас сотни веществ в виде них. Одним из этих тел считается замерзшая вода (лед или снежинки).
Образование различных форм кристаллов
В природе минералы образуются в результате породообразующих процессов. Растворы минералов в виде горячих и расплавленных пород лежат глубоко под землей. При выталкивании этих раскаленных пород на поверхность земли происходит их остывание. Охлаждаются вещества очень медленно. Из минералов образуются кристаллы в форме твердых тел. Например, в граните присутствуют минералы кварца, полевого шпата и слюды.
В каждом кристаллике находится миллион отдельных элементов (монокристаллов). Ячейку кристаллической решетки можно представить в виде квадрата с атомами по углам. Это могут быть атомы кислорода или других элементов. Известно, что кристаллы могут реагировать на различные энергии, запоминать отношение к ним людей. Вот почему их используют для исцеления и очищения. Кристаллы могут быть всевозможных форм. В зависимости от этого их делят на 6 больших видов.
Разные типы и виды природных твердых тел
Размеры кристаллов тоже могут быть разными. Все твердые тела делят на идеальные и реальные. К идеальным относятся тела с гладкими гранями, строгим дальним порядком, определенной симметрией кристаллической решетки и прочими параметрами. К реальным кристаллам зачисляют те, которые встречаются в реальной жизни. В них могут быть примеси, понижающие симметрию кристаллической решетки, гладкость граней, оптические свойства. Оба вида камней объединяет правило расположения атомов в вышеописанной решетке.
Еще по одному критерию деления их распределяют на природные и искусственные. Для роста природных кристаллов нужны естественные условия. Искусственные твердые тела выращиваются в лабораторных или домашних условиях.
По эстетико-экономическому критерию их делят на драгоценные и недрагоценные камни. Драгоценные минералы обладают редкостью и красотой. К ним относятся изумруд, алмаз, аметист, рубин, сапфир и другие.
Строение и формы скоплений твердых веществ
Одновершинные кристаллы относятся к шестигранным камням с пирамидальной вершиной. Основание таких генераторных минералов более широкое. Встречаются кристаллы с двумя вершинами - Инь и Ян. Их используют в медитации для равновесия материального и духовного начал.
Минералы, у которых 2 из 6 граней сбоку шире всех остальных, называются пластинчатыми. Они применяются для телепатического исцеления.
Образованные в результате ударов или трещин кристаллы, раскладывающиеся после этого на 7 оттенков, называются радужными. Они снимают депрессию и разочарование.
Минералы с различными включениями других элементов называются кристаллами-призраками. Сначала они перестают расти, потом на них оседают другие материалы, а затем опять возобновляется рост вокруг них. Таким образом, заметны контуры минерала, который прекратил рост, поэтому он кажется призрачным. Такие кристаллы используют для привлечения урожая на садовых участках.
Необычные друзы
Очень красивым зрелищем являются друзы. Это собрание множества кристаллов на одном основании. Они имеют положительную и отрицательную полярность. С их помощью очищается воздух и перезаряжается атмосфера. В природе встречаются друзы кварца, изумруда, топаза. Человеку они несут спокойствие и гармонию.
Друзами еще называют сросшиеся кристаллы. Чаще всего такому явлению подвержены гранаты, пириты, флюориты. Они часто выставляются в виде экспонатов музеев.
Мелкие сросшиеся кристаллики называют щеткой, большие минералы именуют цветком. Очень красивой разновидностью друз являются жеоды. Они растут на стенках. Друзы могут быть совсем маленькими и большими. Это очень ценные находки. Высоко ценятся друзы агата, селенита, аметиста, цитрина, мориона.
Как кристаллы хранят информацию и знания?
Ученые установили, что на гранях кристаллов находятся треугольнички, указывающие на наличие в них знаний. Эти сведения может получить только определенный человек. Если такой человек появится, то камни отдадут ему свое истинное нутро.
Кристаллы способны передавать вибрации, пробуждать высшие силы сознания, уравновешивать душевные силы. Поэтому их часто используют в медитациях. Предыдущие цивилизации хранили информацию именно в камнях. Например, горный хрусталь считали драгоценным камнем богов. Кристаллы почитали, как живых существ. Даже у "космоса" первоначальным значением было "драгоценный камень".
Драгоценные камни
Важно отметить, что в необработанной форме - не такие уж красивые. Их еще называют камнями или минералами. Драгоценными они называются, потому что очень красивы в огранке и используются в ювелирном деле. Многим знакомы драгоценные камни аметисты, бриллианты, сапфиры, рубины.
Самым твердым камнем считается алмаз. Хрупкий кристалл травянисто-зеленого цвета - изумруд. Разновидностью минерала корунда красного цвета является рубин. Месторождения этого кристалла существуют почти на всех континентах. Что считается неоспоримым его идеалом? Бирманские рубины. Месторождения рубинов в РФ находятся в Челябинской и Свердловской областях.
Какие еще есть дорогостоящие минералы? Прозрачными драгоценными кристаллами различной окраски - от бледно-голубой до темно-синей - являются сапфиры. Это хоть и редкий минерал, но ценится ниже рубина.
Дорогой разновидностью кварца является прекрасный драгоценный камень аметист. Когда-то он был вставлен первосвященником Аароном в число 12 камней его пекторали. Аметисты имеет красивый фиолетовый или лиловый отлив.
Российские алмазы
Итак, самый твердый кристалл - алмаз - добывают из кимберлитовых трубок, образовавшихся в результате извержений подземных вулканов. Кристаллическая решетка этого камня образуется под воздействием высокой температуры и высокого давления углерода.
Добыча алмазов в России началась в Якутии только в середине прошлого века. Сегодня РФ уже находится в лидерах по добыче этих драгоценных камней. Ежегодно на добычу алмазов в России выделяются миллиарды рублей. Стоит отметить, что на тонну кимберлитовых трубок приходится несколько карат алмазов.
КРИСТАЛЛЫ (от греч. krystallos - кристалл; первоначально - лед), твердые тела , обладающие трехмерной периодич. атомной (или молекулярной) структурой и, при определенных условиях образования, имеющие естеств. форму правильных симметричных многогранников (рис. 1). Каждому хим. в-ву, находящемуся при данных термодинамич. условиях (т-ре, давлении) в кристаллическом состоянии , соответствует определенная кристаллическая структураРис. 1: а - некоторые синтетические монокристаллы и изделия из них (кварц , гранат, КН 2 РО 4 , алюмокалиевые квасцы и др., стержни рубина для лазеров , сапфировые пластинки); б - кристалл аспартат-трансаминазы (длина ~1 мм); в - микромонокристалл Ge (размер ~5 мкм).
и определяемая ею внеш. огранка. Кристалл, выросший в неравновесных условиях и не имеющий правильной огранки (или потерявший ее в результате обработки), сохраняет кристаллич. структуру и все определяемые ею св-ва. На макроуровне, т.е. при измерении участков кристалла, существенно превышающих расстояния между атомами и размеры элементарных ячеек, кристалл можно рассматривать как сплошную однородную твердую среду, физ., физ.-хим. и др. св-ва к-рой обладают анизотропией и симметрией .
Большинство твердых материалов является поликристаллическими; они состоят из множества отдельных беспорядочно ориентированных мелких кристаллич. зерен (кристаллитов), напр. мн. горные породы , техн. металлы и сплавы . Крупные отдельные однородные кристаллы с непрерывной кристаллич. решеткой называют монокристаллами . Таковы кристаллы минералов , напр. громадные (до сотен кг) кристаллы кварца (горного хрусталя), флюорита , кальцита , полевого шпата или относительно мелкие кристаллы берилла, алмаза и др. Кристаллы образуются и растут чаще всего из жидкой фазы - р-ра или расплава ; возможно получение кристаллов из газовой фазы или при фазовом превращ. в твердой фазе (см. Кристаллизация , Монокристаллов выращивание). Существуют пром. и лаб. методы выращивания синтетич. кристаллов - аналогов прир. кристаллов (кварц , рубин, алмаз и др.) и разл. техн. кристаллов, напр. Si, Ge, лейкосапфира, гранатов. Кристаллы образуются и из таких прир. в-в, как белки , нуклеиновые к-ты, а также из вирусов . При определенных условиях можно получить кристаллы синтетич. полимеров .
Осн. методы исследования кристаллов, их атомной структуры и ее дефектов - рентгенография , нейтронография , электронография , электронная микроскопия ; используют также оптич. и спектроскопич. методы, в т.ч. ЭПР , ЯМР , электронную и мёссбауэровскую спектроскопии и др.
Рис. 2. Графическое изображение расположения граней в кристалле.
Атомная структура кристаллов описывается как совокупность повторяющихся в пространстве одинаковых элементарных ячеек, имеющих форму параллелепипедов с ребрами а, b, с (периоды кристаллич. решетки). Расположение атомных плоскостей кристаллич. решетки (к-рым могут соответствовать и грани кристалла) характеризуется кристаллографич. индексами (или индексами Миллера). Они связаны с отсекаемыми соответствующей плоскостью на трех осях кристаллографич. системы координат отрезками, длины к-рых p 1 , р 2 и p 3 выражены в постоянных решетки а, b, с. Если величины, обратные p 1 , р 2 и р 3 , привести к общему знаменателю, а затем отбросить его, то полученные три целых числа h=р 2 p 3 , k=p 1 p 3 , l=p 1 p 2 и естъ индексы Миллера. Они записываются в круглых скобках (hkl). Как правило, кристалл имеет грани с малыми значениями индексов, напр. (100), (110), (311). Равенство нулю одного или двух индексов означает, что плоскости параллельны одной из кристаллографич. осей (осей координат). Если грань пересекает отрицат. направление оси, то над индексом ставится знак минус, напр. (121). Периоды ячеек а, b, с и углы между ребрами
a
,
b
, у измеряют рентгенографически.
Симметрия кристаллов.
При нек-рых геом. преобразованиях g i кристалл способен совмещаться с самим собой, оставаясь инвариантным (неизменным). На рис. 3, а изображен кристалл кварца . Внеш. его форма такова, что поворотом на 120° вокруг оси 3 он м. б. совмещен сам с собой (совместимое равенство). Кристалл Na 2 SiO 3 (рис. 3,6) преобразуется сам в себя отражением в плоскости симметрии т (зеркальное равенство). Преобразования (операции) симметрии любого кристалла g i - повороты, отражения, параллельные переносы или комбинации этих преобразований -составляют мат. группы G(g 0 , g 1 ,..., g n-1). Число п операций, образующих группу G, наз. порядком группы. Группы преобразований кристаллов обозначают G 3 m , где m - число измерений, в к-ром объект периодичен, верх.
индекс 3 означает три измерения пространства, в. к-рых эти группы определены. Кристаллич. многогранник макроскопически непериодичен, группы симметрии таких многогранников (точечные группы) обозначают G 3 0 . Микроструктура кристаллов на атомном уровне - трехмерно-периодическая, т.е.
Рис. 3. Примеры кристаллов разной симметрии : а кристалл кварца (3 - ось симметрии 3-го порядка; 2 x , 2 y , 2 w - оси 2-го порядка); б - кристалл водного Na 2 SiO, (m - плоскость симметрии).
описывается как кристаллич. решетка, соответствующие группы симметрии G 3 3 . После преобразования симметрии части объекта, находившиеся в одном месте, совпадают с частями, находящимися в др. месте. Это означает, что симметричный объект состоит из равных - совместимо и (или) зеркально - частей.
Симметрия кристаллов проявляется не только в их структуре и св-вах в реальном трехмерном пространстве, но также и при описании энергетич. спектра электронов кристалла, при анализе дифракции рентгеновских лучей и электронов в кристаллах в обратном пространстве и т.п.
Пример кристалла, к-рому присущи неск. операций симметрии , -кристалл кварца ; он совмещается сам с собой при поворотах вокруг оси 3 на 120° (операция g 1), на 240° (операция g 2), а также при поворотах на 180° вокруг осей 2 x , 2 y , 2 w (операции g 3 , g 4 , g 5). Каждой операции симметрии м. б. сопоставлен элемент симметрии - прямая, плоскость или точка, относительно к-рой производится данная операция. Напр., оси 3, 2 x , 2 y , 2 w - ocи симметрии , плоскость m - плоскость зеркальной симметрии и т.п. Последоват. проведение двух операций симметрии также является операцией симметрии . Всегда существует операция идентичности (отождествление) g 0 =1, ничего не изменяющая в кристалле, геометрически соответствующая неподвижности объекта или повороту его на 360° вокруг любой оси.
Точечные группы симметрии . Операции точечной симметрии кристалла- повороты вокруг оси симметрии порядка N
на угол, равный 360 o /N (рис. 4, а), отражение в плоскости симметрии т (зеркальное отражение; рис. 4,6), инверсия I (симметрия относительно точки; рис. 4, в) инверсионные повороты N (комбинация поворота на угол 360°/N с одновременной инверсией ; рис. 4, г). Геометрически возможные сочетания этих операций определяют ту или иную точечную группу симметрии . При преобразованиях точечной симметрии по крайней мере одна точка объекта остается неподвижной. В ней пересекаются
Рис. 4. Простейшие операции симметрии : а - поворот; б - отражение; в - инверсия ; г - инверсионный поворот; д - винтовой поворот; е - скользящее отражение.
каются все элементы симметрии . Число точечных групп симметрии G 0 3 бесконечно. Однако в кристаллах, ввиду наличия кристаллич. решетки, возможны только операции и соотв. оси симметрии до 6-го порядка, кроме 5-го (в кристаллич.
Примечание. Точечные группы симметрия чаще моего в лит. обозначают их международными символами.
решетке такая ось невозможна), к-рые обозначаются символами 1, 2, 3, 4. 6, а также инверсионные оси (она же центр симметрии), 2 (она же плоскость симметрии т), 3, 5, 6. Поэтому число точечных групп симметрии кристаллов, иначе наз. кристаллографи ч. классами кристаллов, ограниченно, их всего 32 (см. табл.). В международные обозначения точечных групп входят символы порождающих их операций симметрии . Эти группы объединяются по симметрии формы элементарной ячейки в 7 сингоний - триклинную, моноклинную, ромбическую, тетрагональную, тригональную, гексагональную, кубическую.
Рис. 5. Простые формы (а) кристаллов и нек-рые их комбинации (б).
Совокупность кристаллографически одинаковых граней (т. е. совмещающихся друг с другом при операциях симметрии данной группы) образует т. наз. простую форму кристалла. Всего существует 47 простых форм кристаллов, но в каждом классе могут реализоваться лишь нек-рые из них. Кристалл может быть огранен гранями одной простой формы (рис. 5, а), но чаще комбинацией этих форм (рис. 5,5). Огранка каждого кристалла подчиняется описывающей его точечной группе симметрии при равномерном развитии кристаллич. многогранника, когда он имеет идеальную форму (рис. 6). Группы, содержащие лишь повороты, описывают кристаллы, состоящие только из совместимо равных частей (группы 1-го рода; примеры таких операций даны на рис 4, a, д). Группы, содержащие отражения или инверсионные повороты, описывают кристаллы, в к-рых есть зеркально равные части (группы 2-го рода; примеры на рис. 4,6, г, е). Кристаллы, описываемые группами 1-го рода, напр. кварца , винной к-ты, могут кристаллизоваться в двух энантиоморфиых формах (правой и левой), каждая из к-рых не содержит элементов симметрии 2-го рода (см. Энантиоморфизм).
Мн. св-ва кристаллов, принадлежащих к определенным точечным группам симметрии , описываются т. наз. предельными точечными группами, содержащими оси симметрии бесконечного порядка
:
. Наличие оси
:
означает, что
Рис. 6. Примеры огранки кристаллов, принадлежащих к разным точечным группам симметрии (классам): a - класс 2 (одна ось симметрии 2-го порядка, левая и правая формы); б - класс m (одла плоскость симметрии); в - класс (центр симметрии); г - класс 6 (одна инверсионная ось 6-го порядка); д - класс 432 (оси 4-го, 3-го и 2-го порядков).
объект совмещается сам с собой при повороте на любой, в т. ч. бесконечно малый, угол (изотропные твердые тела , текстуры). Таких групп 7 (рис. 7). Т. обр., всего имеется 39 точечных групп, описывающих симметрию св-в кристаллов.
Рис. 7. Фигуры, иллюстрирующие предельные группы симметрии .
пространств. групп антисимметрии G 3,а 0 (шубниковские группы). Если добавочная переменная приобретает не два значения, а несколько (возможны числа 3, 4, 6, 8, ..., 48), то возникает цветная симметрия Белова. Так, известна 81 точечная группа G 3,и 0 и 2942 группы С 3,и 3 . Развит и аппарат симметрии в пространстве 4, 5 измерений, позволяющий описывать сверхпериодичные, т. наз. соразмерные и несоразмерные структуры сегнетоэлектриков , магн. и иных структур.
Рис. 10. Фигура, описываемая точечной группой антисимметрии.
Строение реальных кристаллов. Неравновесные условия кристаллизации приводят к разл. отклонениям формы кристаллов от плоских граней - к округлым граням и ребрам (вициналям), возникновению пластинчатых, игольчатых, нитевидных (см. Нитевидные кристаллы), ветвистых (дендритных), кристаллов типа снежинок. Если в объеме расплава образуется сразу большое число центров кристаллизации , то разрастающиеся кристаллы, встречаясь друг с другом, приобретают форму неправильных зерен. Нередко возникают микроскопии , двойники и др. сростки. При выращивании кристаллов не стремятся обязательно получить их в правильной кристаллографич. огранке, главный критерий качества - однородность и совершенство атомной структуры, отсутствие ее дефектов . Нек-рым кристаллам при выращивании придается форма требуемого изделия - трубы, стержня, пластинки. Вследствие нарушения равновесных условий роста и захвата примесей при кристаллизации , а также под влиянием разл. рода внеш. воздействий идеальная трехмерно-периодич. атомная структура кристалла всегда имеет те или иные нарушения. К ним относят точечные дефекты - вакансии, замещения
Натуральные кристаллы... Их еще называют красивыми, редко встречающимися камнями или твердыми телами. Мы представляем себе камень кристалл в виде крупного, яркого, прозрачного или бесцветного многогранника, имеющего идеальные блестящие грани. В жизни нам чаще встречаются такие твердые вещества в виде зернышек неправильной формы, песчинок, обломков. Но свойства у них такие же, как и у совершенных крупных кристаллов. Окунитесь вместе с нами в волшебный мир натуральных камней кристаллов, познакомьтесь с их строением, формами, видами. Что ж, в путь...
Таинство кристаллов
Мир кристаллов - прекрасный и таинственный. Разноцветные камушки еще с детства манят и притягивают нас своей красотой. Их загадочность мы чувствуем на интуитивном уровне и любуемся их естественной природной красотой. Людям всегда хотелось узнать как можно больше о натуральных твердых веществах, о свойствах кристаллов, становлении их форм, росте и структуре.
Мир этих камней такой необычный, что хочется заглянуть к ним внутрь. Что же увидим мы там? Перед глазами откроется картина бесконечно тянущихся, строго упорядоченных рядов атомов, молекул и ионов. Все они строго подчиняются законам, правящим в мире камней кристаллов.
Кристаллические вещества распространены в природе очень широко, ведь все горные породы состоят из них. А из горных пород состоит вся земная кора. Оказывается, эти необычные вещества можно даже вырастить дома самому. Важно отметить, что "кристалл" на древнегреческом языке обозначал "лед" или "горный хрусталь".
Что собой представляет камень кристалл?
Что говорят школьные учебники о кристаллах? В них говорится, что это твердые тела, которые образуются под влиянием природных или лабораторных условий и имеют вид многогранников. Геометрическое строение данных тел непогрешимо строгое. Поверхность кристаллических фигур составляют совершенные плоскости - грани, которые пересекаются по прямым линиям, которые называется ребрами. В точках пересечения ребер возникают вершины.
Твердое состояние вещества и есть кристалл. У него существует определенная форма, конкретное количество граней, зависящее от расположения атомов. Итак, твердые тела, в которых молекулы, атомы, ионы располагаются в строгой закономерности в виде узлов пространственных решеток.
Мы чаще всего ассоциируем кристаллы с редкими и красивыми драгоценными камнями. И это не зря, алмазы тоже являются кристаллами. Но не все твердые тела отличаются редкостью и красотой. Ведь частички соли и сахара - тоже кристаллики. Вокруг нас сотни веществ в виде них. Одним из этих тел считается замерзшая вода (лед или снежинки).
Образование различных форм кристаллов
В природе минералы образуются в результате породообразующих процессов. Растворы минералов в виде горячих и расплавленных пород лежат глубоко под землей. При выталкивании этих раскаленных пород на поверхность земли происходит их остывание. Охлаждаются вещества очень медленно. Из минералов образуются кристаллы в форме твердых тел. Например, в граните присутствуют минералы кварца, полевого шпата и слюды.
В каждом кристаллике находится миллион отдельных элементов (монокристаллов). Ячейку кристаллической решетки можно представить в виде квадрата с атомами по углам. Это могут быть атомы кислорода или других элементов. Известно, что кристаллы могут реагировать на различные энергии, запоминать отношение к ним людей. Вот почему их используют для исцеления и очищения. Кристаллы могут быть всевозможных форм. В зависимости от этого их делят на 6 больших видов.
Разные типы и виды природных твердых тел
Размеры кристаллов тоже могут быть разными. Все твердые тела делят на идеальные и реальные. К идеальным относятся тела с гладкими гранями, строгим дальним порядком, определенной симметрией кристаллической решетки и прочими параметрами. К реальным кристаллам зачисляют те, которые встречаются в реальной жизни. В них могут быть примеси, понижающие симметрию кристаллической решетки, гладкость граней, оптические свойства. Оба вида камней объединяет правило расположения атомов в вышеописанной решетке.
Еще по одному критерию деления их распределяют на природные и искусственные. Для роста природных кристаллов нужны естественные условия. Искусственные твердые тела выращиваются в лабораторных или домашних условиях.
По эстетико-экономическому критерию их делят на драгоценные и недрагоценные камни. Драгоценные минералы обладают редкостью и красотой. К ним относятся изумруд, алмаз, аметист, рубин, сапфир и другие.
Строение и формы скоплений твердых веществ
Одновершинные кристаллы относятся к шестигранным камням с пирамидальной вершиной. Основание таких генераторных минералов более широкое. Встречаются кристаллы с двумя вершинами - Инь и Ян. Их используют в медитации для равновесия материального и духовного начал.
Минералы, у которых 2 из 6 граней сбоку шире всех остальных, называются пластинчатыми. Они применяются для телепатического исцеления.
Образованные в результате ударов или трещин кристаллы, раскладывающиеся после этого на 7 оттенков, называются радужными. Они снимают депрессию и разочарование.
Минералы с различными включениями других элементов называются кристаллами-призраками. Сначала они перестают расти, потом на них оседают другие материалы, а затем опять возобновляется рост вокруг них. Таким образом, заметны контуры минерала, который прекратил рост, поэтому он кажется призрачным. Такие кристаллы используют для привлечения урожая на садовых участках.
Необычные друзы
Очень красивым зрелищем являются друзы. Это собрание множества кристаллов на одном основании. Они имеют положительную и отрицательную полярность. С их помощью очищается воздух и перезаряжается атмосфера. В природе встречаются друзы кварца, изумруда, топаза. Человеку они несут спокойствие и гармонию.
Друзами еще называют сросшиеся кристаллы. Чаще всего такому явлению подвержены гранаты, пириты, флюориты. Они часто выставляются в виде экспонатов музеев.
Мелкие сросшиеся кристаллики называют щеткой, большие минералы именуют цветком. Очень красивой разновидностью друз являются жеоды. Они растут на стенках. Друзы могут быть совсем маленькими и большими. Это очень ценные находки. Высоко ценятся друзы агата, селенита, аметиста, цитрина, мориона.
Как кристаллы хранят информацию и знания?
Ученые установили, что на гранях кристаллов находятся треугольнички, указывающие на наличие в них знаний. Эти сведения может получить только определенный человек. Если такой человек появится, то камни отдадут ему свое истинное нутро.
Кристаллы способны передавать вибрации, пробуждать высшие силы сознания, уравновешивать душевные силы. Поэтому их часто используют в медитациях. Предыдущие цивилизации хранили информацию именно в камнях. Например, горный хрусталь считали драгоценным камнем богов. Кристаллы почитали, как живых существ. Даже у "космоса" первоначальным значением было "драгоценный камень".
Драгоценные камни
Важно отметить, что драгоценные кристаллы в необработанной форме - не такие уж красивые. Их еще называют камнями или минералами. Драгоценными они называются, потому что очень красивы в огранке и используются в ювелирном деле. Многим знакомы драгоценные камни аметисты, бриллианты, сапфиры, рубины.
Самым твердым камнем считается алмаз. Хрупкий кристалл травянисто-зеленого цвета - изумруд. Разновидностью минерала корунда красного цвета является рубин. Месторождения этого кристалла существуют почти на всех континентах. Что считается неоспоримым его идеалом? Бирманские рубины. Месторождения рубинов в РФ находятся в Челябинской и Свердловской областях.
Какие еще есть дорогостоящие минералы? Прозрачными драгоценными кристаллами различной окраски - от бледно-голубой до темно-синей - являются сапфиры. Это хоть и редкий минерал, но ценится ниже рубина.
Дорогой разновидностью кварца является прекрасный драгоценный камень аметист. Когда-то он был вставлен первосвященником Аароном в число 12 камней его пекторали. Аметисты имеет красивый фиолетовый или лиловый отлив.
Российские алмазы
Итак, самый твердый кристалл - алмаз - добывают из кимберлитовых трубок, образовавшихся в результате извержений подземных вулканов. Кристаллическая решетка этого камня образуется под воздействием высокой температуры и высокого давления углерода.
Добыча алмазов в России началась в Якутии только в середине прошлого века. Сегодня РФ уже находится в лидерах по добыче этих драгоценных камней. Ежегодно на добычу алмазов в России выделяются миллиарды рублей. Стоит отметить, что на тонну кимберлитовых трубок приходится несколько карат алмазов.
Расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку - кристаллическую решётку .
Кристаллы - это твёрдые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников, основанную на их внутренней структуре, то есть на одном из нескольких определённых регулярных расположений, составляющих вещество частиц (атомов , молекул , ионов).
Кристаллическая структура
Кристаллическая структура, будучи индивидуальной для каждого вещества, относится к основным физико-химическим свойствам этого вещества.
Кристаллическая решётка
Составляющие данное твёрдое вещество частицы образуют кристаллическую решётку. Если кристаллические решётки стереометрически (пространственно) одинаковы или сходны (имеют одинаковую симметрию), то геометрическое различие между ними заключается, в частности, в разных расстояниях между частицами, занимающими узлы решётки. Сами расстояния между частицами называются параметрами решётки. Параметры решётки, а также углы геометрических многогранников определяются физическими методами структурного анализа, например, методами рентгеновского структурного анализа.
Часто твёрдые вещества образуют (в зависимости от условий) более чем одну форму кристаллической решётки; такие формы называются полиморфными модификациями. Например, среди простых веществ известны ромбическая и моноклинная сера , графит и алмаз , которые являются гексагональной и кубической модификациями углерода , среди сложных веществ - кварц , тридимит и кристобалит представляют собой различные модификации диоксида кремния.
Виды кристаллов
Следует разделить идеальный и реальный кристалл.
Идеальный кристалл
Является, по сути, математическим объектом, имеющим полную, свойственную ему симметрию, идеализированно ровные гладкие грани.
Реальный кристалл
Всегда содержит различные дефекты внутренней структуры решетки, искажения и неровности на гранях и имеет пониженную симметрию многогранника вследствие специфики условий роста, неоднородности питающей среды, повреждений и деформаций. Реальный кристалл не обязательно обладает кристаллографическими гранями и правильной формой, но у него сохраняется главное свойство - закономерное положение атомов в кристаллической решётке.
Анизотропия кристаллов
Многим кристаллам присуще свойство анизотропии , то есть зависимость их свойств от направления, тогда как в изотропных веществах (большинстве газов, жидкостей, аморфных твёрдых телах) или псевдоизотропных (поликристаллы) телах свойства от направлений не зависят. Процесс неупругого деформирования кристаллов всегда осуществляется по вполне определённым системам скольжения, то есть лишь по некоторым кристаллографическим плоскостям и лишь в некотором кристаллографическом направлении. В силу неоднородного и неодинакового развития деформации в различных участках кристаллической среды между этими участками возникает интенсивное взаимодействие через эволюцию полей микронапряжений.
В то же время существуют кристаллы, в которых анизотропия отсутствует.
В физике мартенситной неупругости накоплен богатый экспериментальный материал, особенно по вопросам эффектов памяти формы и пластичности превращения. Экспериментально доказано важнейшее положение кристаллофизики о преимущественном развитии неупругих деформаций почти исключительно посредством мартенситных реакций. Но принципы построения физической теории мартенситной неупругости неясны. Аналогичная ситуация имеет место в случае деформации кристаллов механическим двойникованием.
Значительные успехи достигнуты в изучении дислокационной пластичности металлов. Здесь не только понятны основные структурно-физические механизмы реализации процессов неупругой деформации, но и созданы эффективные способы расчёта явлений.
Физические науки, изучающие кристаллы
- кристаллография изучает идеальные кристаллы c позиций законов симметрии и сопоставляет их с кристаллами реальными.
- структурная кристаллография занимается определением внутренней структуры кристаллов и классификацией кристаллических решеток.
- кристаллооптика изучает оптические свойства кристаллов.
- кристаллохимия изучает закономерности образования кристаллов из различных веществ и в разных средах.
Вообще свойства реальных кристаллов - огромная научная отрасль, достаточно сказать, что все полупроводниковые свойства некоторых кристаллов (на основе которых создаётся точная электроника и, в частности, компьютеры) возникают именно за счет дефектов.
См. также
Примечания
Литература
- Химия: Справ. изд./ В. Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др.: Пер. с нем. - М.: Химия, 1989.
- Курс общей физики, книга 3, И. В. Савельев: Астрель, 2001, ISBN 5-17-004585-9 .
- Кристаллы / М. П. Шаскольская , 208 с ил. 20 см, 2-е изд., испр. - М.: Наука, 1985.
- Лихачёв В. А., Малинин В. Г. Структурно-аналитическая теория прочности. - СПб: Наука. - 471 с.
- Зоркий П.М. Симметрия молекул и кристаллических структур. М.: изд-во МГУ, 1986. - 232 с.
Ссылки
- Кристаллы минералов , Формы природного растворения кристаллов
- Определение понятия «Кристалл» в Большом Энциклопедическом словаре
- Единственный с своём роде завод, производящий Кристаллы
Wikimedia Foundation . 2010 .
- Легенда
- Рау, Йоханнес
Смотреть что такое "Кристаллы" в других словарях:
КРИСТАЛЛЫ - (от греч. krystallos, первоначальное значение лёд), твёрдые тела, обладающие трёхмерной периодич. ат. структурой и, при равновесных условиях образования, имеющие естеств. форму правильных симметричных многогранников (рис. 1). К. равновесное… … Физическая энциклопедия
КРИСТАЛЛЫ - (от греч. crystallos лед), однородные твердые тела, которые имеют закономерное внутреннее строение. Схемой такого строения является так называемая пространственная решот ка (см. рисунок), которую надо понимать как геометрический образ… … Большая медицинская энциклопедия
КРИСТАЛЛЫ - (от греч. krystallos первонач. лед), твердые тела, атомы или молекулы которых образуют упорядоченную периодическую структуру (кристаллическую решетку). Кристаллы обладают симметрией атомной структуры, соответствующей ей симметрией внешней формы,… … Большой Энциклопедический словарь
Кристаллы - I Кристаллы (от греч. krýstallos, первоначально лёд, в дальнейшем горный хрусталь, кристалл) твёрдые тела, имеющие естественную форму правильных многогранников (рис. 1). Эта форма следствие упорядоченного расположения в К. атомов,… … Большая советская энциклопедия
кристаллы - (от греч. krýstallos, первоначально лёд), твёрдые тела, атомы или молекулы которых образуют упорядоченную периодическую структуру (кристаллическую решётку). Кристаллы обладают симметрией атомной структуры, соответствующей ей симметрией внешней… … Энциклопедический словарь
