Kristallere ve değerli taşlara bakıldığında, bu gizemli güzelliğin nasıl ortaya çıktığını, doğanın bu kadar şaşırtıcı eserlerinin nasıl yaratıldığını anlamak ister. Özellikleri hakkında daha fazla bilgi edinme arzusu var. Sonuçta, kristallerin özel, doğada hiçbir yerde tekrar eden yapısı, kristallerin mücevherden en son bilimsel ve teknik buluşlara kadar her yerde kullanılmasına izin verir.
Kristal minerallerin incelenmesi
Kristallerin yapısı ve özellikleri o kadar çok yönlüdür ki, ayrı bir bilim olan mineraloji, bu fenomenlerin incelenmesi ve incelenmesiyle uğraşmaktadır. Ünlü Rus akademisyen Alexander Evgenievich Fersman, kristaller dünyasının çeşitliliği ve sonsuzluğuna o kadar dalmış ve şaşırmıştı ki, bu konuyla mümkün olduğu kadar çok zihni cezbetmeye çalıştı. Entertaining Mineralogy adlı kitabında, minerallerin sırlarını tanımaya ve mücevher dünyasına dalmaya hevesli ve sıcak bir şekilde teşvik etti:
seni gerçekten istiyorumbüyülemek. Dağlar ve taş ocakları, madenler ve madenlerle ilgilenmeye başlamanızı istiyorum, böylece mineral koleksiyonları toplamaya başlarsınız, böylece bizimle şehirden daha uzaklara, nehrin akıntısına, oradaki yere gitmek istersiniz. yüksek kayalık bankalar, dağların tepelerine veya taşın kırıldığı, kumun çıkarıldığı veya cevherin patladığı kayalık deniz kıyısına kadardır. Orada, her yerde sen ve ben yapacak bir şeyler bulacağız: ve ölü kayalarda, kumlarda ve taşlarda, tüm dünyayı yöneten ve tüm dünyanın ona göre inşa edildiği bazı büyük doğa yasalarını okumayı öğreneceğiz.
Fizik, herhangi bir gerçekten katı cismin bir kristal olduğunu savunarak kristalleri inceler. Kimya, kristallerin moleküler yapısını araştırır ve herhangi bir metalin kristal bir yapıya sahip olduğu sonucuna varır.
Kristallerin şaşırtıcı özelliklerinin incelenmesi, modern bilimin, teknolojinin, inşaat endüstrisinin ve diğer birçok endüstrinin gelişimi için büyük önem taşımaktadır.
Kristallerin temel yasaları
İnsanların bir kristale baktığında ilk fark ettiği şey, onun ideal çok yönlü şeklidir, ancak bu bir mineral veya metalin ana özelliği değildir.
Bir kristal küçük parçalara ayrıldığında, ideal formda hiçbir şey kalmayacak, ancak daha önce olduğu gibi herhangi bir parça kristal olarak kalacaktır. Bir kristalin ayırt edici özelliği görünüşü değil, iç yapısının karakteristik özellikleridir.
Simetrik
Kristalleri incelerken hatırlanması ve not edilmesi gereken ilk şey fenomendir.simetri. Günlük yaşamda yaygındır. Kelebek kanatları simetriktir, ikiye katlanmış bir kağıt parçası üzerindeki leke izi. Simetrik kar kristalleri. Altıgen kar tanesinin altı simetri düzlemi vardır. Resmi, kar tanesinin simetri düzlemini gösteren herhangi bir çizgi boyunca bükerek, iki yarısını birbiriyle birleştirebilirsiniz.
Simetri ekseni öyle bir özelliğe sahiptir ki, bir şekli çevresinde bilinen bir açıyla döndürerek şeklin uygun kısımlarını birbiriyle birleştirmek mümkündür. Şeklin döndürülmesi gereken uygun açının boyutuna bağlı olarak, kristallerde 2., 3., 4. ve 6. sıradaki eksenler belirlenir. Böylece, kar tanelerinde, altıncı dereceden, çizim düzlemine dik olan tek bir simetri ekseni vardır.
Simetri merkezi, şeklin düzleminde, şeklin aynı yapısal elemanlarının zıt yönde olduğu aynı uzaklıkta bulunan bir noktadır.
İçinde ne var?
Kristallerin iç yapısı, sadece kristallere özgü bir düzende molekül ve atomların bir tür kombinasyonudur. Mikroskopla bile görülemeyen parçacıkların iç yapısını nasıl bilebilirler?
Bunun için X-ışınları kullanılır. Bunları yarı saydam kristaller için kullanan Alman fizikçi M. Laue, İngiliz fizikçiler baba ve oğul Bragg ve Rus profesör Yu. Wolf, kristallerin yapı ve yapısının incelendiği yasaları oluşturdular.
Her şey şaşırtıcı ve beklenmedikti. Samoamolekülün yapısı kavramının maddenin kristal hali için geçerli olmadığı ortaya çıktı.
Örneğin sofra tuzu gibi iyi bilinen bir madde, NaCl molekülünün kimyasal bileşimine sahiptir. Ancak bir kristalde, ayrı ayrı klor ve sodyum atomları ayrı moleküller oluşturmaz, uzaysal veya kristal kafes adı verilen belirli bir konfigürasyon oluşturur. En küçük klor ve sodyum parçacıkları elektriksel olarak bağlanır. Tuzun kristal kafesi aşağıdaki gibi oluşturulur. Sodyum atomunun dış kabuğunun değerlik elektronlarından biri, klor atomunun üçüncü kabuğunda sekizinci elektronun olmaması nedeniyle tamamen dolmayan klor atomunun dış kabuğuna verilir. Bu nedenle, bir kristalde, hem sodyum hem de klorun her iyonu bir moleküle değil, tüm kristale aittir. Klor atomu tek değerli olduğu için kendisine sadece bir elektron bağlayabilir. Ancak kristallerin yapısal özellikleri, klor atomunun altı sodyum atomu ile çevrili olmasına yol açar ve bunlardan hangisinin klorla bir elektronu paylaşacağını belirlemek imkansızdır.
Sofra tuzunun kimyasal molekülü ve kristalinin hiç de aynı şey olmadığı ortaya çıktı. Tek kristalin tamamı dev bir molekül gibidir.
Izgara - yalnızca model
Uzaysal kafes kristal yapının gerçek bir modeli olarak alındığında hatadan kaçınılmalıdır. Kafes - kristallerin yapısındaki temel parçacıkların bağlantısının bir örneğinin bir tür koşullu görüntüsü. Top şeklinde ızgara bağlantı noktalarıatomları görsel olarak göstermenize izin verir ve onları birbirine bağlayan çizgiler, aralarındaki bağlama kuvvetlerinin yaklaşık bir görüntüsüdür.
Gerçekte, bir kristalin içindeki atomlar arasındaki boşluklar çok daha küçüktür. Kurucu parçacıklarının yoğun bir ambalajıdır. Bir top, kullanımı yakın paketleme özelliklerini başarılı bir şekilde yansıtmayı mümkün kılan bir atomun geleneksel bir tanımıdır. Gerçekte, atomların basit bir teması değil, karşılıklı kısmi örtüşmeleri vardır. Başka bir deyişle, kristal kafes yapısındaki bir topun görüntüsü, açıklık için, atomun elektronlarının ana bölümünü içeren böyle bir yarıçapın tasvir edilen küresidir.
Güç yemini
Zıt yüklü iki iyon arasında elektriksel bir çekim kuvveti vardır. Sofra tuzu gibi iyonik kristallerin yapısında bağlayıcıdır. Ancak iyonları çok yakına getirirseniz, elektron yörüngeleri üst üste gelecek ve benzer yüklü parçacıkların itici kuvvetleri ortaya çıkacaktır. Kristalin içinde iyonların dağılımı, itici ve çekici kuvvetler dengede olacak ve kristalin güç sağlayacak şekildedir. Bu yapı iyonik kristaller için tipiktir.
Ve elmas ve grafitin kristal kafeslerinde, ortak (kolektif) elektronların yardımıyla atomların bir bağlantısı vardır. Yakın aralıklı atomlar, hem bir hem de komşu atomların çekirdeği etrafında dönen ortak elektronlara sahiptir.
Bu tür bağlara sahip kuvvetler teorisinin ayrıntılı bir çalışması oldukça zordur ve kuantum mekaniği alanındadır.
Metal Farkları
Metal kristallerin yapısı daha karmaşıktır. Metal atomlarının mevcut dış elektronları kolayca bağışlamaları nedeniyle, kristalin tüm hacmi boyunca serbestçe hareket ederek içinde elektron gazı denilen şeyi oluşturabilirler. Bu tür "gezinen" elektronlar sayesinde, metal külçenin gücünü sağlayan kuvvetler yaratılır. Gerçek metal kristallerinin yapısının incelenmesi, bir metal külçenin soğutulma yöntemine bağlı olarak kusurlar içerebileceğini göstermektedir: yüzey, nokta ve doğrusal. Bu tür kusurların boyutu birkaç atomun çapını aşmaz, ancak kristal kafesini bozar ve metallerdeki difüzyon işlemlerini etkiler.
Kristal Büyüme
Daha uygun bir anlayış için, kristal bir maddenin büyümesi bir tuğla yapının dikilmesi olarak temsil edilebilir. Bitmemiş bir duvarın bir tuğlası, bir kristalin ayrılmaz bir parçası olarak sunulursa, kristalin nerede büyüyeceğini belirlemek mümkündür. Kristalin enerji özellikleri öyledir ki, ilk tuğlanın üzerine yerleştirilen tuğla bir taraftan - aşağıdan - çekicilik yaşayacaktır. İkinci - iki taraftan ve üçüncü - üç taraftan uzanırken. Kristalleşme sürecinde - sıvıdan katı hale geçiş - enerji (füzyon ısısı) açığa çıkar. Sistemin en büyük gücü için, olası enerjisi minimuma yönelmelidir. Bu nedenle, kristallerin büyümesi katman katman gerçekleşir. İlk önce uçağın bir sırası tamamlanacak, ardından tüm uçak ve ancak o zaman bir sonraki inşa edilmeye başlanacak.
Bilimkristaller
Kristalografinin temel yasası - kristal bilimi - kristal yüzlerin farklı düzlemleri arasındaki tüm açıların her zaman sabit ve aynı olduğunu söyler. Büyüyen bir kristal ne kadar çarpık olursa olsun, yüzleri arasındaki açılar bu tipte bulunan aynı değeri korur. Boyut, şekil ve sayıdan bağımsız olarak, aynı kristal düzlemin yüzleri her zaman aynı önceden belirlenmiş açıda kesişir. Açıların sabitliği yasası M. V. Lomonosov tarafından 1669'da keşfedildi ve kristallerin yapısının incelenmesinde önemli bir rol oynadı.
Anizotropi
Kristal oluşum sürecinin özelliği, anizotropi olgusundan kaynaklanır - büyüme yönüne bağlı olarak farklı fiziksel özellikler. Tek kristaller elektriği, ısıyı ve ışığı farklı yönlerde farklı şekilde iletir ve eşit olmayan güce sahiptir.
Böylece, aynı atomlara sahip aynı kimyasal element farklı kristal kafesler oluşturabilir. Örneğin, karbon elmas ve grafite kristalleşebilir. Aynı zamanda elmas, mineraller arasında maksimum mukavemetin bir örneğidir ve grafit, kağıda kalemle yazarken pullarını kolayca bırakır.
Minerallerin yüzleri arasındaki açıları ölçmek, onların doğasını belirlemek için büyük pratik öneme sahiptir.
Temel Özellikler
Kristallerin yapısal özelliklerini öğrendikten sonra, ana özelliklerini kısaca tanımlayabiliriz:
- Anizotropi - farklı yönlerde düzensiz özellikler.
- Tekdüzelik - temeleşit aralıklarla yerleştirilmiş kristallerin bileşenleri aynı özelliklere sahiptir.
- Kendini kesme yeteneği - büyümesi için uygun bir ortamdaki bir kristalin herhangi bir parçası çok yönlü bir şekil alacak ve bu tür kristallere karşılık gelen yüzlerle kaplanacaktır. Kristalin simetrisini korumasını sağlayan bu özelliktir.
- Erime noktasının değişmezliği. Bir mineralin uzamsal kafesinin yok edilmesi, yani kristal bir maddenin katı halden sıvı hale geçişi her zaman aynı sıcaklıkta gerçekleşir.
Kristaller, simetrik bir çokyüzlülüğün doğal şeklini almış katılardır. Mekansal bir kafes oluşumu ile karakterize edilen kristallerin yapısı, bir katının elektronik yapısı teorisinin fiziğindeki gelişimin temelini oluşturdu. Minerallerin özelliklerinin ve yapısının incelenmesi büyük pratik öneme sahiptir.
