Kapag tumitingin sa mga kristal at hiyas, gustong maunawaan kung paano lumitaw ang mahiwagang kagandahang ito, kung paano nalikha ang gayong kamangha-manghang mga gawa ng kalikasan. May pagnanais na matuto nang higit pa tungkol sa kanilang mga ari-arian. Pagkatapos ng lahat, ang espesyal, wala kahit saan sa kalikasan na paulit-ulit na istraktura ng mga kristal ay nagbibigay-daan sa mga ito na magamit kahit saan: mula sa alahas hanggang sa pinakabagong mga siyentipiko at teknikal na imbensyon.
Pag-aaral ng mga kristal na mineral
Ang istraktura at katangian ng mga kristal ay napakarami na ang isang hiwalay na agham, mineralogy, ay nakikibahagi sa pag-aaral at pag-aaral ng mga penomena na ito. Ang sikat na akademikong Ruso na si Alexander Evgenievich Fersman ay labis na nasisipsip at nagulat sa pagkakaiba-iba at kawalang-hanggan ng mundo ng mga kristal na sinubukan niyang maakit ang maraming mga isip hangga't maaari sa paksang ito. Sa kanyang aklat na Entertaining Mineralogy, masigasig at mainit niyang hinimok na kilalanin ang mga lihim ng mga mineral at sumabak sa mundo ng mga hiyas:
Gusto talaga kitamabihag. Nais kong magsimula kang maging interesado sa mga bundok at quarry, minahan at minahan, upang magsimula kang mangolekta ng mga koleksyon ng mga mineral, upang gusto mong sumama sa amin mula sa lungsod na mas malayo, hanggang sa daanan ng ilog, kung saan naroon ay matataas na mabatong pampang, sa tuktok ng mga bundok o sa mabatong dalampasigan, kung saan nabasag ang bato, minahan ng buhangin, o sumasabog ang mineral. Doon, saanman ikaw at ako ay makakahanap ng gagawin: at sa mga patay na bato, buhangin at bato, matututo tayong magbasa ng ilang dakilang batas ng kalikasan na namamahala sa buong mundo at ayon sa kung saan binuo ang buong mundo.
Pisika ay nag-aaral ng mga kristal, na nangangatwiran na anumang talagang solidong katawan ay isang kristal. Sinisiyasat ng Chemistry ang molekular na istraktura ng mga kristal, na nagtatapos sa konklusyon na ang anumang metal ay may kristal na istraktura.
Ang pag-aaral ng mga kamangha-manghang katangian ng mga kristal ay may malaking kahalagahan para sa pagpapaunlad ng modernong agham, teknolohiya, industriya ng konstruksiyon at marami pang ibang industriya.
Mga pangunahing batas ng mga kristal
Ang unang napapansin ng mga tao kapag tumitingin sa isang kristal ay ang perpektong multifaceted na hugis nito, ngunit hindi ito ang pangunahing katangian ng isang mineral o metal.
Kapag ang isang kristal ay nahahati sa maliliit na fragment, walang mananatili sa perpektong anyo, ngunit anumang fragment, tulad ng dati, ay mananatiling isang kristal. Ang isang natatanging katangian ng isang kristal ay hindi ang hitsura nito, ngunit ang mga katangiang katangian ng panloob na istraktura nito.
Simmetrical
Ang unang bagay na dapat tandaan at tandaan kapag nag-aaral ng mga kristal ay ang phenomenonsimetriya. Ito ay laganap sa pang-araw-araw na buhay. Ang mga pakpak ng butterfly ay simetriko, isang imprint ng isang blot sa isang piraso ng papel na nakatiklop sa kalahati. Mga simetrikal na kristal ng niyebe. Ang hexagonal snowflake ay may anim na eroplano ng simetrya. Sa pamamagitan ng pagbaluktot ng larawan sa anumang linya na naglalarawan sa plane ng symmetry ng snowflake, maaari mong pagsamahin ang dalawang hati nito sa isa't isa.
Ang axis ng symmetry ay may katangian na, sa pamamagitan ng pag-ikot ng figure sa ilang kilalang anggulo sa paligid nito, posibleng pagsamahin ang mga angkop na bahagi ng figure sa isa't isa. Depende sa laki ng angkop na anggulo kung saan kailangang paikutin ang figure, ang mga axes ng ika-2, ika-3, ika-4 at ika-6 na pagkakasunud-sunod ay tinutukoy sa mga kristal. Kaya, sa mga snowflake, mayroong isang solong axis ng symmetry ng ikaanim na order, na patayo sa drawing plane.
Ang sentro ng simetrya ay isang punto sa eroplano ng figure, sa parehong distansya mula sa kung saan sa kabilang direksyon ay ang parehong mga elemento ng istruktura ng figure.
Ano ang nasa loob?
Ang panloob na istraktura ng mga kristal ay isang uri ng kumbinasyon ng mga molekula at atomo sa isang pagkakasunod-sunod na kakaiba lamang sa mga kristal. Paano nila malalaman ang panloob na istraktura ng mga particle kung hindi sila nakikita kahit na may mikroskopyo?
X-ray ang ginagamit para dito. Gamit ang mga ito sa translucent crystals, ang German physicist na si M. Laue, ang English physicist na mag-ama na si Bragg, at ang Russian professor na si Yu. Wolf ang nagtatag ng mga batas kung saan pinag-aaralan ang structure at structure ng crystals.
Lahat ay nakakagulat at hindi inaasahan. Samoang konsepto ng istraktura ng molekula ay naging hindi naaangkop sa mala-kristal na estado ng bagay.
Halimbawa, ang isang kilalang substance bilang table s alt ay may kemikal na komposisyon ng molekula ng NaCl. Ngunit sa isang kristal, ang mga indibidwal na atomo ng chlorine at sodium ay hindi nagdaragdag ng hanggang sa magkahiwalay na mga molekula, ngunit bumubuo ng isang tiyak na pagsasaayos na tinatawag na spatial o kristal na sala-sala. Ang pinakamaliit na particle ng chlorine at sodium ay electrically bonded. Ang kristal na sala-sala ng asin ay nabuo bilang mga sumusunod. Ang isa sa mga valence electron ng panlabas na shell ng sodium atom ay ipinakilala sa panlabas na shell ng chlorine atom, na hindi ganap na napuno dahil sa kawalan ng ikawalong electron sa ikatlong shell ng chlorine. Kaya, sa isang kristal, ang bawat ion ng parehong sodium at chlorine ay hindi nabibilang sa isang molekula, ngunit sa buong kristal. Dahil sa katotohanan na ang chlorine atom ay monovalent, maaari itong mag-attach lamang ng isang electron sa sarili nito. Ngunit ang mga tampok na istruktura ng mga kristal ay humahantong sa katotohanan na ang chlorine atom ay napapalibutan ng anim na sodium atoms, at imposibleng matukoy kung alin sa mga ito ang magsasalo ng isang electron na may chlorine.
Lumalabas na ang kemikal na molekula ng table s alt at ang kristal nito ay hindi magkapareho. Ang buong solong kristal ay parang isang higanteng molekula.
Grille - modelo lang
Dapat na iwasan ang error kapag ang spatial na sala-sala ay kinuha bilang isang tunay na modelo ng istrukturang kristal. Lattice - isang uri ng kondisyon na imahe ng isang halimbawa ng koneksyon ng elementarya na mga particle sa istraktura ng mga kristal. Mga punto ng koneksyon ng grid sa anyo ng mga bolabiswal na nagbibigay-daan sa iyong ilarawan ang mga atom, at ang mga linyang nagkokonekta sa kanila ay isang tinatayang larawan ng mga puwersang nagbubuklod sa pagitan ng mga ito.
Sa katotohanan, ang mga gaps sa pagitan ng mga atom sa loob ng isang kristal ay mas maliit. Ito ay isang siksik na pag-iimpake ng mga bumubuong particle nito. Ang isang bola ay isang maginoo na pagtatalaga ng isang atom, ang paggamit nito ay ginagawang posible upang matagumpay na maipakita ang mga katangian ng malapit na pag-iimpake. Sa katotohanan, walang isang simpleng kontak ng mga atomo, ngunit ang kanilang mutual na bahagyang magkakapatong sa isa't isa. Sa madaling salita, ang imahe ng bola sa istraktura ng kristal na sala-sala ay, para sa kalinawan, ang inilalarawang globo ng naturang radius na naglalaman ng pangunahing bahagi ng mga electron ng atom.
Pangako ng lakas
May electric force of attraction sa pagitan ng dalawang magkasalungat na singil na ion. Ito ay isang binder sa istraktura ng mga ionic na kristal tulad ng table s alt. Ngunit kung ilapit mo ang mga ion, kung gayon ang kanilang mga orbit ng elektron ay magkakapatong sa isa't isa, at lilitaw ang mga salungat na puwersa ng mga particle na katulad ng sisingilin. Sa loob ng kristal, ang pamamahagi ng mga ions ay tulad na ang mga salungat at kaakit-akit na pwersa ay nasa balanse, na nagbibigay ng mala-kristal na lakas. Ang istrakturang ito ay tipikal para sa mga ionic na kristal.
At sa mga kristal na sala-sala ng brilyante at grapayt ay may koneksyon ng mga atomo sa tulong ng mga karaniwang (collective) na electron. Ang mga atomo na malapit sa pagitan ay may mga karaniwang electron na umiikot sa nucleus ng isa at kalapit na mga atomo.
Ang isang detalyadong pag-aaral ng teorya ng mga puwersa na may ganitong mga bono ay medyo mahirap at nasa larangan ng quantum mechanics.
Mga Pagkakaiba sa Metal
Ang istraktura ng mga metal na kristal ay mas kumplikado. Dahil sa ang katunayan na ang mga metal na atom ay madaling mag-donate ng magagamit na mga panlabas na electron, maaari silang malayang gumagalaw sa buong dami ng kristal, na bumubuo ng tinatawag na electron gas sa loob nito. Salamat sa naturang "wandering" na mga electron, ang mga puwersa ay nilikha na tinitiyak ang lakas ng metal ingot. Ang pag-aaral ng istraktura ng mga tunay na metal na kristal ay nagpapakita na, depende sa paraan ng paglamig ng isang metal ingot, maaari itong maglaman ng mga imperpeksyon: ibabaw, punto at linear. Ang laki ng naturang mga depekto ay hindi lalampas sa diameter ng ilang mga atom, ngunit pini-distort nila ang crystal lattice at nakakaapekto sa mga proseso ng diffusion sa mga metal.
Crystal Growth
Para sa isang mas maginhawang pag-unawa, ang paglaki ng isang mala-kristal na substansiya ay maaaring katawanin bilang pagtayo ng isang istraktura ng ladrilyo. Kung ang isang ladrilyo ng isang hindi natapos na pagmamason ay ipinakita bilang isang mahalagang bahagi ng isang kristal, kung gayon posible na matukoy kung saan lalago ang kristal. Ang mga katangian ng enerhiya ng kristal ay tulad na ang brick na inilagay sa unang brick ay makakaranas ng pagkahumaling mula sa isang gilid - mula sa ibaba. Kapag naglalagay sa pangalawa - mula sa dalawang panig, at sa pangatlo - mula sa tatlo. Sa proseso ng pagkikristal - ang paglipat mula sa isang likido hanggang sa isang solidong estado - ang enerhiya (init ng pagsasanib) ay pinakawalan. Para sa pinakamalaking lakas ng system, ang posibleng enerhiya nito ay dapat na may pinakamababa. Samakatuwid, ang paglaki ng mga kristal ay nangyayari sa bawat layer. Una, makukumpleto ang isang hilera ng eroplano, pagkatapos ay ang buong eroplano, at pagkatapos lamang magsisimulang itayo ang susunod na isa.
Agham ngmga kristal
Ang pangunahing batas ng crystallography - ang agham ng mga kristal - ay nagsasabi na ang lahat ng mga anggulo sa pagitan ng iba't ibang mga eroplano ng mga kristal na mukha ay palaging pare-pareho at pareho. Gaano man kagulo ang lumalagong kristal, ang mga anggulo sa pagitan ng mga mukha nito ay nagpapanatili ng parehong halaga na likas sa ganitong uri. Anuman ang laki, hugis, at numero, ang mga mukha ng parehong kristal na eroplano ay palaging nagsasalubong sa parehong paunang natukoy na anggulo. Ang batas ng katatagan ng mga anggulo ay natuklasan ni M. V. Lomonosov noong 1669 at gumanap ng malaking papel sa pag-aaral ng istruktura ng mga kristal.
Anisotropy
Ang kakaibang proseso ng pagbuo ng kristal ay dahil sa hindi pangkaraniwang bagay ng anisotropy - iba't ibang pisikal na katangian depende sa direksyon ng paglaki. Ang mga nag-iisang kristal ay nagdudulot ng kuryente, init at liwanag sa iba't ibang direksyon at may hindi pantay na lakas.
Kaya, ang parehong elemento ng kemikal na may parehong mga atom ay maaaring bumuo ng iba't ibang mga kristal na sala-sala. Halimbawa, ang carbon ay maaaring mag-kristal sa brilyante at maging grapayt. Kasabay nito, ang brilyante ay isang halimbawa ng pinakamataas na lakas sa mga mineral, at madaling umalis ang graphite sa kaliskis nito kapag nagsusulat gamit ang lapis sa papel.
Ang pagsukat ng mga anggulo sa pagitan ng mga mukha ng mga mineral ay may malaking praktikal na kahalagahan para sa pagtukoy ng kanilang kalikasan.
Mga Pangunahing Tampok
Natutunan ang mga tampok na istruktura ng mga kristal, maikli nating mailalarawan ang kanilang mga pangunahing katangian:
- Anisotropy - hindi pantay na katangian sa iba't ibang direksyon.
- Uniformity - elementaryaang mga nasasakupan ng mga kristal, na pantay ang pagitan, ay may parehong mga katangian.
- Ang kakayahang mag-self-cutting - anumang fragment ng isang kristal sa isang medium na angkop para sa paglaki nito ay magkakaroon ng multifaceted na hugis at tatakpan ng mga mukha na tumutugma sa ganitong uri ng mga kristal. Ang property na ito ang nagbibigay-daan sa kristal na mapanatili ang symmetry nito.
- Ang invariance ng melting point. Ang pagkasira ng spatial na sala-sala ng isang mineral, iyon ay, ang paglipat ng isang mala-kristal na sangkap mula sa isang solido patungo sa isang likidong estado, ay palaging nangyayari sa parehong temperatura.
Ang mga kristal ay mga solido na nagkaroon ng natural na hugis ng isang simetriko polyhedron. Ang istraktura ng mga kristal, na nailalarawan sa pamamagitan ng pagbuo ng isang spatial na sala-sala, ay nagsilbing batayan para sa pag-unlad sa pisika ng teorya ng elektronikong istraktura ng isang solid. Ang pag-aaral ng mga katangian at istraktura ng mga mineral ay may malaking praktikal na kahalagahan.
