Какие бывают кристаллы названия


В недрах нашей планеты скрыты несметные сокровища. Большая часть драгоценных и полудрагоценных камней имеют гладкую поверхность с четкими гранями, которые придают им определенные очертания симметрии. С XVIII века такие тела называют кристаллами, хотя у древних римлян и греков этот термин применялся по отношению к горному хрусталю. В буквальном переводе, слово «кристаллус» означает «замерзший». В те времена считалось, что это уплотненный лед. Развенчал этот миф Роберт Бойль, доказав, что горный хрусталь тяжелее воды, поэтому никак не может быть замерзшей водой.

Что такое кристалл

Кристаллы – это твердые тела с атомами, расположенными в определенном порядке, образуя трехмерно-периодическую пространственную укладку. Внешне такие тела имеют правильные и симметричные множественные грани.

Первым, кто придал более широкое понятие слову «кристалл», был Капеллер. Хотя понимание и закон постоянств углов был установлен еще Нильсом Стенсеном в 1669 году.

Современное понятие сформировано в Международном союзе кристаллографов, и трактуется как тело, имеющее преимущественно острую дифракционную форму.

В понятие кристалл входит не только алмаз и другие минералы с определенной структурой, но и сахар, даже замерзающая вода.

Классификация

Какие бывают кристаллы? В современном мире все кристаллы разделены на 32 типа и сгруппированы в 6 видов. Также такие твердые тела разделяют на:


  • натуральные, то есть извлеченные из недр земли;
  • искусственные, то есть созданные руками человека (самый яркий пример – кристаллы Сваровски).

Выделяют также реальные и идеальные кристаллы. Последний вид имеет идеальную симметрию, без дефектов. У реального кристалла обязательно есть какой-либо дефект, то есть, наблюдаются неровности и деформации.

Существует классификация, разделяющая кристаллы на уровне атомов и групп молекул. В данном случае выделяют монокристаллы, которые имеют многогранную форму и не состоят из отдельных частей. Поликристаллы – это несколько монокристаллов, сросшихся вместе.

Какие бывают кристаллы еще? Драгоценные и недрагоценные, то есть, классифицируемые по эстетико-экономическому критерию.

Алмаз

Самый известный и дорогой кристалл в мире. При нормальных условиях этот минерал может существовать вечно, но если его поместить в инертный газ или вакуум, то он превратится в графит.

Добыча алмазов на промышленном уровне ведется на всех континентах. Хотя их происхождение и возраст так и не удалось установить. Известны даже минералы внеземного происхождения, которые попали на землю, сформировавшись при ударном метаморфизме в процессе падения метеоритов.


В подавляющем большинстве алмазы, добываемые на нашей планете, имеют желтый или коричневый цвет. Но встречаются и достаточно уникальные – зеленые, розовато-лиловые и голубые, даже черные. Самые известные – «Портер-Родс» голубого цвета и Дрезденский зеленый. Самыми ценными считаются те, которые имеют уникальный окрас, в особенности рубиново-красные, вишневые, голубые и золотистые.

В природной среде алмазы встречаются всевозможных форм: от круглых и овальных до пятигранных.

Одним из самых дорогих считается красный алмаз, которых в мире насчитывается всего лишь 50 (с идеальной чистотой). Самый дорогой весом в 5,11 каратов называется «Красный щит». Наименование дано по форме кристалла, в начале нашего века он был продан с аукциона за 8 миллионов долларов.

Аквамарин

Какие бывают кристаллы, очень похожие на лед? Это аквамарин. Минерал является разновидностью берилла, и его название переводится как «морская вода». По форме кристаллы напоминают длинностолбчатые и шестигранные призмы с сильным стеклянным блеском. Минерал очень хрупкий и его легко раздавить.

В ювелирном искусстве аквамарин получил популярность только в начале XX века, когда в моду пришел стиль – арт-деко. Месторождения этого минерала есть на всей планете, добывают его из пегматитов, которые расположены в крупнозернистых гранитах.

Самый огромный минерал был найден в 1910 году, его вес составлял 110,5 килограммов.

Аметист


Какие виды кристаллов бывают еще? Аметист относят к полудрагоценным камням или поделочным, в зависимости от цвета. Если окрас непрозрачный, то это поделочный камень, соответственно, прозрачный ценится у ювелиров.

Бывает фиолетового, вишневого, синего, красного цвета. Уникальная особенность этого кварца в том, что оттенок меняется в зависимости от освещения. Некоторые аметисты, найденные в осадочных породах, выцветают под воздействием солнечных лучей.

Бирюза

Какие бывают кристаллы? Название этого минерала знают все – бирюза или камень счастья. Он пользуется популярностью с древних времен.

По форме минерал представлен в виде скрытокристаллической плотной массы. В камне присутствуют мелкие вкрапления округлой формы. На срезе видны жилки бурого или черного цвета. Окрас минерала варьируется от небесно-голубого до блекло-зеленого.

Изумруд

Какие кристаллы бывают в природе еще? Изумруд – драгоценный минерал из берилловой группы, относится к самоцветам первого порядка. Крупные (от 5 карат) и не имеющие дефектов изумруды стоят дороже алмазов.

У минерала цвет варьируется от желтовато-зеленого до травянисто-зеленоватого, главное условие – наличие зеленого оттенка. Камни, добываемые в Южноафриканских странах, имеют примесь оксида железа, поэтому имеют синеватый оттенок.

Один из самых известных в мире – «Девонширский изумруд», его вес составляет 304 грамма. А самый известный в России – «Коковинский» изумруд весом немного более 400 граммов. Добыт на Урале в 1833 году.

Малахит


Какие бывают кристаллы в мире еще, кроме перечисленных? Малахит — это ценный поделочный минерал зеленого цвета. Формы камня в природе разнообразны. Ярко выраженную кристаллическую форму имеют редкие экземпляры минерала, в больших количествах очень редко встречается в одном месте. На территории России практически все запасы минерала исчерпаны. На протяжении длительного времени малахитовую руду использовали для получения меди.

Горный хрусталь

Какого цвета бывают кристаллы? Существуют даже бесцветные, со стеклянным блеском, и речь в данном случае идет о горном хрустале. Это чистый диоксид кремния – бесцветная разновидность кварца. Форма у минерала может быть трапециевидной или призматической.

В эту группу включено несколько разновидностей: волосатик, раухтопаз, аметист, цитрин и морион.

Минерал пользуется спросом не только у ювелиров, но также используется в радиотехнике. Крупные размеры природного материала достаточно дорого стоят. Главное — не путать горный хрусталь с тем, что продается в магазинах. Для получения стеклянного блеска при изготовлении «хрустальной» посуды в стекло добавляется барий и оксид свинца.

Крокоит


Какие формы кристаллов бывают? К самым уникальным можно отнести крокоит. Внешне он напоминает высушенные лепестки шафрана. Относится к красной свинцовой руде из класса хроматов.

Минерал отнесен к коллекционным материалам, так как имеет уникальный цвет, форму и очень редко встречается, является спутником свинцовых руд.

Самые редкие виды кристаллов

Мусгравит. Обнаружили его примерно 50 лет назад в Австралии. На сегодняшний день нашли только 14 экземпляров. Расцветки у него разнообразные: от светло-желтого с зеленым оттенков до фиолетово-пурпурного. Один карат зеленого мусгравита стоит 6 тысяч долларов.

Грандидьерит. Очень редкий кристалл с голубым или зеленым оттенком. Уникальная особенность камня – способность менять окрас. На сегодняшний день в мире огранили только 20 минералов, соответственно и цена на такие изделия очень высокая – 30 000 долларов/1,8 млн руб. за 1 карат.

Танзанит. Какие бывают кристаллы? Фото этого камня можно увидеть в фильме «Титаник», где он был представлен в виде голубого бриллианта. Ценность минерала в его окраске, которая изменяется в зависимости от освещения, во-вторых, на сегодняшний день найдено только одно месторождение – в Африке, запасы которого иссякнут через 20 лет.

Тааффеит. Очень редкий кристалл, стоимость за карат составляет от 500 до 20 000 долларов (30 000 — 1,2 млн руб.). На сегодняшний день существует только 4 месторождения: в Танзании, на Шри-Ланке и в России (Восточная Сибирь и Карелия). Цвет камня варьируется от бледно-розового до лавандового.

Кристаллы искусственного происхождения


Пожалуй, самые известные и дорогие камни искусственного происхождения продаются под маркой Swarovski. На сегодняшний день в компании широкий ассортимент, представленный более чем 100 тысячами позиций. Кристаллами этого производителя инкрустируют не только ювелирные изделия, но и украшают предметы гардероба, обувь и интерьер.

Какие бывают кристаллы Сваровски? Согласно линейке производителя, большая часть кристаллов представлена в виде конусов, внутренние грани которого максимально раскрывают яркость, блеск и цвет камня. Компания предлагает самую широкую палитру цветов, представлены практически все цвета в чистом виде, некоторые имеют сатиновый или радужный эффект.

На втором месте по полярности идут кристаллы Прециоза (Чехия). Они не уступают по качеству, цвету и форме Сваровски. Из них получаются красивейшие ювелирные изделия.

Корейские кристаллы несколько уступают двум предыдущим, так как механической шлифовке подвергаются только две грани – нижняя и верхняя, остальные формируются в процессе стекольного литься. Цветовая палитра не очень широкая, но основные цвета присутствуют.

На рынке также представлены кристаллы китайского производства. Они не дорогие, но и качество у них достаточно низкое, основной материал не отличается высокой степенью прозрачности.


Источник: FB.ru

Кристаллы — это удивительные создания природы, в большинстве своем, имеющие четкую геометрическую форму и ровные грани…

Что же мы знаем о ? Откуда появляются и как получаются эти удивительные творения природы, имеющие ровные грани и похожие на всевозможные геометрические фигуры?

Прежде всего, кристаллические тела () — это твердые тела, в которых атомы расположены в соответствии с определенным правилом и образуют дальний порядок. Это значит, что в кристаллах атомы образуют периодически повторяющуюся последовательность вдоль направлений пространственных осей. У аморфных тел дальний порядок отсутствует. В отличие от газов, жидкостей и аморфных веществ, могут обладать анизотропией свойств, т.е. их свойства зависят от направления самого кристалла. Например, в некоторых кристаллах в трех взаимно перпендикулярных направления их упругие свойства различны.

В нашем мире существуют различные виды , однако, говоря о кристаллах натуральных камней и минералов, стоит выделить лишь те, которые мы можем ощущать материально, а также те, которые мы можем наблюдать в природе и которые получаются после шлифовки (придания формы камню) того или иного натурального камня.

Реальные кристаллы – это те кристаллы, с которыми мы сталкиваемся в реальной жизни. Они имеют различные примеси, которые могут понижать симметрию кристаллической решетки, шероховатые грани, может иметь не правильную форму, дефекты оптических свойств (если кристалл прозрачный). Но есть одно свойство, которое присуще всем кристаллам — это дальний порядок, правило, по которому атомы располагаются в кристаллической решетке.


Природные кристаллы () вырастают в недрах нашей планеты в естественных для роста условиях. Искусственные кристаллы выращиваются в лабораториях или в домашних условиях. Многие кристаллы могут быть выращены как самой природой, так и людьми, но существует множество примеров кристаллов, которые в природе «не произрастают». Единственный способ получить их — это вырастить в лаборатории.

При выборе стоит учесть ряд моментов, помогающих определить, подходит вам камень или нет:

1. Интуиция. Порой бывает, что мы смотрим на ту или иную вещь и чувствуем особенное к ней притяжение. Мысль, конечно, в основном мимолетная, но в плане интуиции – это первый признак того, что вещь вам подходит. Что касается кристаллов натуральных камней, здесь особенно важно прислушаться к своим ощущениям. Когда вы держите камень в руке, вы можете почувствовать внутреннее спокойствие, полную уверенность в своих силах, почувствовать себя полным сил и здоровья или просто ощутить радость от того, что держите в руках такую красоту. Доверьтесь интуиции и постарайтесь ощутить, какие чувства пробуждает в вашем теле и духе тот или иной . Если подобные положительные ощущения присутствуют – можно с полной уверенностью сказать: это ваш камень и он станет вам надежным и верным спутником жизни.


2. коллекционного камня, соответствующий вашему знаку Зодиака, всегда будет действовать на вас сильнее.

3. Каждый кристалл натурального камня служит проводником энергии к определенным энергетическим центрам организма – чакрам.

4. Форма кристалла тоже важна, она влияет на возможность использования его в различных целях – для лечения, подзарядки энергией, просто для украшения или гадания.

– Для гадания подходят камни сферической формы.

– Для проведения лечебных сеансов применяют овальной и плоской формы, цвет выбирают в зависимости от органа или части тела, подлежащей лечению.

– Для подзарядки энергией используются кристаллы различных форм, главное чтобы человек вошел с ним в гармонию. Однако специалисты считают, что лучше использовать для этих целей природные ( натуральных камней).

– Ну, а для украшения форма кристалла подбирается специально для каждого человека.

Дорогие друзья, мирочень многогранен и велик, в природе можно встретить не только единичные кристаллы, но также сростки из двух и более кристаллов, а также друзы кристаллов различных коллекционных камней, такие формы редких минералов, как кристалл в кристалле… В дальнейшем в нашем блоге мы подробнее расскажем Вам о кристаллах горного хрусталя, аметиста, окунемся в удивительный мир кристаллов (и не только!) розового кварца.


Мы также покажем и расскажем вам о кристаллах турмалина, (удивительный минерал с примесями сурьмы) и апофиллита, покажем вам друзы кристаллов эпидота и галенита… И покажем вам какому знаку Зодиака, чакре и даже имени соответствует тот или иной коллекционный камень! Не пропустите, ведь будет, несомненно, очень интересно!

В нашем магазине на представлен широкий ассортимент коллекционных камней и минералов и изделий из них, Здесь вы можете купить все камни и минералы, представленные в нашем каталоге товаров.

Источник: www.livemaster.ru

Этимология

Примечательно, что название кристаллов происходит от греческих слов «застывать» и «холод», и во времена Гомера этим словом называли горный хрусталь, который тогда считался «застывшим льдом». Сперва данным термином называли лишь ограненные прозрачные образования. Но позже, кристаллами стали звать также непрозрачные и не ограненные тела природного происхождения.

Кристаллическая структура и решетка

Идеальный кристалл представляется в виде периодически повторяющихся одинаковых структур – так называемых элементарных ячеек кристалла. В общем случае, форма такой ячейки – косоугольный параллелепипед.

Следует различать такие понятия как кристаллическая решетка и кристаллическая структура. Первая – это математическая абстракция, изображающая регулярное расположение неких точек в пространстве. В то время как кристаллическая структура – это реальный физический объект, кристалл, в котором с каждой точкой кристаллической решетки связана определенная группа атомов или молекул.

Основным фактором, определяющим электромагнитные и механические свойства кристалла, является строение элементарной ячейки и атомов (молекул), связанных с ней.

Анизотропия кристаллов

Главное свойство кристаллов, отличающее их от аморфных тел – это анизотропия. Это означает, что свойства кристалла различны, в зависимости от направления. Так, например, неупругая (необратимая) деформация осуществляется лишь по определенным плоскостям кристалла, и в определенном направлении. В связи с анизотропией кристаллы по-разному реагируют на деформацию в зависимости от ее направления.

Однако, существуют кристаллы, которые не обладают анизотропией.

Виды кристаллов

Кристаллы разделяют на монокристаллы и поликристаллы. Монокристаллами называют вещества, кристаллическая структура которых распространяется на все тело. Такие тела являются однородными и имеют непрерывную кристаллическую решетку. Обычно, такой кристалл обладает ярко выраженной огранкой. Примерами природного монокристалла являются монокристаллы каменной соли, алмаза и топаза, а также кварца.

Немало веществ имеют кристаллическую структуру, хотя обычно не имеют характерной для кристаллов формы. К таким веществам относятся, например, металлы. Исследования показывают, что такие вещества состоят из большого количества очень маленьких монокристаллов — кристаллических зерен или кристаллитов. Вещество, состоящее из множества таких разноориентированных монокристаллов, называется поликристаллическим. Поликристаллы зачастую не имеют огранки, а их свойства зависят от среднего размера кристаллических зерен, их взаимного расположения, а также строения межзеренных границу. К поликристаллам относятся такие вещества как металлы и сплавы, керамики и минералы, а также другие.

Возможные способы роста и образования

  1. Кристаллизация путем возгонки. Подобный метод кристаллизации подразумевает переход вещества из газообразного состояния к твердому, минуя жидкую фазу. Подобный процесс в природе имеет место в вулканических трещинах или кратерах, когда вещество быстро остывает. Однако простейший пример – образование зимой снежинок из воды.
  2. Раскристаллизация – переход вещества из твердого в твердое состояние, который может происходить по двум сценариям.
    1. Первый – переход вещества из аморфного твердого тела в кристаллическое. Так, например, происходит кристаллизация стекла, в том числе кристаллизация вулканических пород, содержащих стекло.
    2. Второй – перекристаллизация вещества с разрушением старой структуры и образованием новой. Большинство горных пород образуются именно таким способом. Известные примеры перекристаллизации: переход известняка в мрамор, кварцевых песчаников в кварциты или глинистых пород в филлиты.
  3. Кристаллизация из растворов и расплавов. Наиболее распространенный природный способ образования. Так на дне водоемов «откладываются» кристаллы солей. Этим же способом искусственно выращивают алмаз, сапфир или рубин.

 

Другие факты

  • Имеет место такое явление как прорастание кристаллов. Это означает процесс, когда индивиды взаимно пересекаются и прорастают друг друга.
  • Существуют так называемые ионные кристаллы, которые состоят в основном из ионов, связь которых образуется за счет электростатического притяжения. К таким телам относят фторид калия и натрия, хлорид и бромид калия и др.
  • Существует 47 простых форм, из которых может состоять кристалл. Среди них: призма, пирамида, тетраедр, трапецоедр, ромбоедр и т.п.
  • Одни из наибольших кристаллов в мире были обнаружены в Мексике, в Пещере кристаллов. Так найденный кристалл селенита (прозрачный гипс) имел в ширину около метра, а в длину – пятнадцати метров.
  • Согласно сообщению, опубликованному в 1914-м году, в шахте Южной Дакоты был обнаружен кристалл сподумена (силикат лития и алюминия) длиной 12,8 метров и весом – 90 тонн.

Источник: SpaceGid.com

Строение кристаллов.

В зависимости от строения, кристаллы делятся на ионные, ковалентные, молекулярные и металлические. Ионные кристаллы построены из чередующихся катионов и анионов, которые удерживаются в определенном порядке силами электростатического притяжения и отталкивания. Электростатические силы ненаправленные: каждый ион может удержать вокруг себя столько ионов противоположного знака, сколько помещается. Но при этом силы притяжения и отталкивания должны быть уравновешены и должна сохраняться общая электронейтральность кристалла. Все это с учетом размеров ионов приводит к различным кристаллическим структурам. Так, при взаимодействии ионов Na+ (их радиус 0,1 нм) и Cl (радиус 0,18 нм) возникает октаэдрическая координация: каждый ион удерживает около себя шесть ионов противоположного знака, расположенных по вершинам октаэдра. При этом все катионы и анионы образуют простейшую кубическую кристаллическую решетку, в которой вершины куба попеременно заняты ионами Na+ и Cl. Аналогично устроены кристаллы KCl, BaO, CaO, ряда других веществ.

Ионы Cs+ (радиус 0,165 нм) по размерам близки ионам Cl, и возникает кубическая координация: каждый ион окружен восемью ионами противоположного знака, расположенными в вершинах куба. При этом образуется объемноцентрированная кристаллическая решетка: в центре каждого куба, образованного восемью катионами, расположен один анион, и наоборот. (Интересно, что при 445°С CsCl переходит в простую кубическую решетку типа NaCl.) Более сложно устроены кристаллические решетки CaF2 (флюорита), многих других ионных соединений. В некоторых ионных кристаллах сложные многоатомные анионы могут соединяться в цепи, слои или образовывать трехмерный каркас, в полостях которого располагаются катионы. Так, например, устроены силикаты. Ионные кристаллы образуют большинство солей неорганических и органических кислот, оксиды, гидроксиды, соли. В ионных кристаллах связи между ионами прочные, поэтому такие кристаллы имеют высокие температуры плавления (801°С для NaCl, 2627°С для СаО).

В ковалентных кристаллах (их еще называют атомными) в узлах кристаллической решетки находятся атомы, одинаковые или разные, которые связаны ковалентными связями. Эти связи прочные и направлены под определенными углами. Типичным примером является алмаз; в его кристалле каждый атом углерода связан с четырьмя другими атомами, находящимися в вершинах тетраэдра. Ковалентные кристаллы образуют бор, кремний, германий, мышьяк, ZnS, SiO2, ReO3, TiO2, CuNCS. Поскольку между полярной ковалентной и ионной связью нет резкой границы, то же справедливо и для ионных и ковалентных кристаллов. Так, заряд на атоме алюминия в Al2O3 равен не +3, а лишь +0,4, что свидетельствует о большом вкладе ковалентной структуры. В то же время в алюминате кобальта CoAl2O4 заряд на атомах алюминия увеличивается до +2,8, что означает преобладание ионных сил. Ковалентные кристаллы, как правило, твердые и тугоплавкие.

Рис. 1. СТРУКТУРА КРИСТАЛЛОВ. а – галит NaCl; б – алмаз; в – флюорит CaF2. Составленные из разных атомов, по-разному расположенных, все они образуют куб, т.е. относятся к одной и той же пространственной группе.

Молекулярные кристаллы построены из изолированных молекул, между которыми действуют сравнительно слабые силы притяжения. В результате такие кристаллы имеют намного меньшие температуры плавления и кипения, твердость их низка. Так, кристаллы благородных газов (они построены из изолированных атомов) плавятся уже при очень низких температурах. Из неорганических соединений молекулярные кристаллы образуют многие неметаллы (благородные газы, водород, азот, белый фосфор, кислород, сера, галогены), соединения, молекулы которых образованы только ковалентными связями (H2O, HCl, NH3, CO2 и др.). Этот тип кристаллов характерен также почти для всех органических соединений. Прочность молекулярных кристаллов зависит от размеров и сложности молекул. Так, кристаллы гелия (радиус атома 0,12 нм) плавятся при –271,4°С (под давлением 30 атм), а ксенона (радиус 0,22 нм) – при –111,8°С; кристаллы фтора плавятся при –219,6°С, а иода – при +113,6°С; метана СН4 – при –182,5°С, а триаконтана С30Н62 – при +65,8°С.

Металлические кристаллы образуют чистые металлы и их сплавы. Такие кристаллы можно увидеть на изломе металлов, а также на поверхности оцинкованной жести. Кристаллическая решетка металлов образована катионами, которые связаны подвижными электронами («электронным газом»). Такое строение обусловливает электропроводность, ковкость, высокую отражательную способность (блеск) кристаллов. Структура металлических кристаллов образуется в результате разной упаковки атомов-шаров. Щелочные металлы, хром, молибден, вольфрам и др. образуют объемноцентрированную кубическую решетку; медь, серебро, золото, алюминий, никель и др. – гранецентрированную кубическую решетку (в ней помимо 8 атомов в вершинах куба имеются еще 6, расположенные в центре граней); бериллий, магний, кальций, цинк и др. – так называемую гексагональную плотную решетку (в ней 12 атомов расположены в вершинах прямоугольной шестигранной призмы, 2 атома – в центре двух оснований призмы и еще 3 атома – в вершинах треугольника в центре призмы).

Рис. 2. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ РЕШЕТКИ. 7 разных способов упорядоченного расположения в пространстве одинаковых точек.

Все кристаллические соединения можно разделить на моно- и поликристаллические. Монокристалл представляет собой монолит с единой ненарушенной кристаллической решеткой. Природные монокристаллы больших размеров встречаются очень редко. Большинство кристаллических тел являются поликристаллическими, то есть состоят из множества мелких кристалликов, иногда видных только при сильном увеличении.

Рост кристаллов.

Многие видные ученые, внесшие большой вклад в развитие химии, минералогии, других наук, начинали свои первые опыты именно с выращивания кристаллов. Помимо чисто внешних эффектов, эти опыты заставляют задумываться на тем, как устроены кристаллы и как они образуются, почему разные вещества дают кристаллы разной формы, а некоторые вовсе не образуют кристаллов, что надо сделать, чтобы кристаллы получились большими и красивыми.

Вот простая модель, поясняющая суть кристаллизации. Представим, что в большом зале укладывают паркет. Легче всего работать с плитками квадратной формы – как ни поверни такую плитку, она все равно подойдет к своему месту, и работа пойдет быстро. Именно поэтому легко кристаллизуются соединения, состоящие из атомов (металлы, благородные газы) или небольших симметричных молекул. Такие соединения, как правило, не образуют некристаллических (аморфных) веществ.

Труднее выложить паркет из прямоугольных дощечек, особенно если у них с боков имеются пазы и выступы – тогда каждую дощечку можно уложить на свое место одним единственным способом. Особенно трудно выложить паркетный узор из дощечек сложной формы.

Если паркетчик очень торопится, то плитки будут поступать к месту укладки слишком быстро. Понятно, что правильного узора теперь не получится: если хотя бы в одном месте плитку перекосит, то дальше все пойдет криво, появятся пустоты (как в старой компьютерной игре «Тетрис», в которой «стакан» заполняется деталями слишком быстро). Ничего хорошего не получится и в том случае, если в большом зале начнут укладывать паркет сразу десяток мастеров – каждый со своего места. Даже если они будут работать не спеша, крайне сомнительно, чтобы соседние участки оказались хорошо состыкованными, и в целом, вид у помещения получится весьма неприглядным: в разных местах плитки расположены в разном направлении, а между отдельными участками ровного паркета зияют дыры.

Примерно те же процессы происходят и при росте кристаллов, только сложность здесь еще и в том, что частички должны укладываться не в плоскости, а в объеме. Но ведь никакого «паркетчика» здесь нет – кто же укладывает частички вещества на свое место? Оказывается, они укладываются сами, потому что непрерывно совершают тепловые движения и «ищут» самое подходящее для себя место, где им будет наиболее «удобно». В данном случае «удобство» подразумевает также и наиболее энергетически выгодное расположение. Попав на такое место на поверхности растущего кристалла, частица вещества может там остаться и через некоторое время оказаться уже внутри кристалла, под новыми наросшими слоями вещества. Но возможно и другое – частица вновь уйдет с поверхности в раствор и снова начнет «искать», где ей удобнее устроиться.

Каждое кристаллическое вещество имеет определенную свойственную ему внешнюю форму кристалла. Например, для хлорида натрия эта форма – куб, для алюмокалиевых квасцов – октаэдр. И даже если сначала такой кристалл имел неправильную форму, он все равно рано или поздно превратится в куб или октаэдр. Более того, если кристалл с правильной формой специально испортить, например, отбить у него вершины, повредить ребра и грани, то при дальнейшем росте такой кристалл начнет самостоятельно «залечивать» свои повреждения. Происходит это потому, что «правильные» грани кристалла растут быстрее, «неправильные» – медленнее. Чтобы убедиться в этом, был проведен такой опыт: из кристалла поваренной соли выточили шар, а потом поместили его в насыщенный раствор NaCl; через некоторое время шар сам постепенно превратился в куб! Рис. 6 Формы кристаллов некоторых минералов

Если процесс кристаллизации идет не слишком быстро, а частицы обладают удобной для укладки формой и высокой подвижностью, они легко находят свое место. Если же резко снизить подвижность частиц с низкой симметрией, то они «застывают» как попало, образуя прозрачную массу, похожую на стекло. Такое состояние вещества так и называют – стеклообразным. Примером может служить обычное оконное стекло. Если стекло долго держать сильно нагретым, когда частицы в нем достаточно подвижны, в нем начнут расти кристаллы силикатов. Такое стекло теряет прозрачность. Стеклообразными могут быть не только силикаты. Так, при медленном охлаждении этилового спирта он кристаллизуется при температуре –113,3°С, образуя белую снегообразную массу. Но если охлаждение вести очень быстро (опустить тонкую ампулу со спиртом в жидкий азот с температурой –196°С), спирт застынет так быстро, что его молекулы не успеют построить правильный кристалл. В результате получится прозрачное стекло. То же происходит и с силикатным стеклом (например, оконным). При очень быстром охлаждении (миллионы градусов в секунду) даже металлы можно получить в некристаллическом стеклообразном состоянии.

Трудно кристаллизуются вещества с «неудобной» формой молекул. К таким веществам относятся, например, белки и другие биополимеры. Но и обычный глицерин, который имеет температуру плавления +18°С, при охлаждении легко переохлаждается, постепенно застывая в стеклообразную массу. Дело в том, что уже при комнатной температуре глицерин очень вязкий, а при охлаждении становится совсем густым. При этом несимметричным молекулам глицерина очень трудно выстроиться в строгом порядке и образовать кристаллическую решетку.

Способы выращивания кристаллов.

Кристаллизацию можно вести разными способами. Один из них – охлаждение насыщенного горячего раствора. При каждой температуре в данном количестве растворителя (например, в воде) может раствориться не более определенного количества вещества. Например, в 100 г воды при 90°С может раствориться 200 г алюмокалиевых квасцов. Такой раствор называется насыщенным. Будем теперь охлаждать раствор. С понижением температуры растворимость большинства веществ уменьшается. Так, при 80°С в 100 г воды можно растворить уже не более 130 г квасцов. Куда же денутся остальные 70 г? Если охлаждение вести быстро, избыток вещество просто выпадет в осадок. Если этот осадок высушить и рассмотреть в сильную лупу, то можно увидеть множество мелких кристалликов.

При охлаждении раствора частички вещества (молекулы, ионы), которые уже не могут находиться в растворенном состоянии, слипаются друг с другом, образуя крошечные кристаллы-зародыши. Образованию зародышей способствуют примеси в растворе, например пыль, мельчайшие неровности на стенках сосуда (химики иногда специально трут стеклянной палочкой по внутренним стенкам стакана, чтобы помочь кристаллизации вещества). Если раствор охлаждать медленно, зародышей образуется немного, и, обрастая постепенно со всех сторон, они превращаются в красивые кристаллики правильной формы. При быстром же охлаждении образуется много зародышей, причем частички из раствора будут «сыпаться» на поверхность растущих кристалликов, как горох из порванного мешка; конечно, правильных кристаллов при этом не получится, потому что находящиеся в растворе частицы могут просто не успеть «устроиться» на поверхности кристалла на положенное им место. Кроме того, множество быстро растущих кристалликов так же мешают друг другу, как несколько паркетчиков, работающих в одной комнате. Посторонние твердые примеси в растворе также могут играть роль центров кристаллизации, поэтому чем чище раствор, тем больше шансов, что центров кристаллизации будет немного.

Охладив насыщенный при 90° С раствор квасцов до комнатной температуры, мы получим в осадке уже 190 г, потому что при 20°С в 100 г воды растворяется только 10 г квасцов. Получится ли при этом один большой кристалл правильной формы массой 190 г? К сожалению, нет: даже в очень чистом растворе вряд ли начнет расти один-единственный кристалл: масса кристалликов может образоваться на поверхности остывающего раствора, где температура немного ниже, чем в объеме, а также на стенках и дне сосуда.

Метод выращивания кристаллов путем постепенного охлаждения насыщенного раствора неприменим к веществам, растворимость которых мало зависит от температуры. К таким веществам относятся, например, хлориды натрия и алюминия, ацетат кальция.

Другой метод получения кристаллов – постепенное удаление воды из насыщенного раствора. «Лишнее» вещество при этом кристаллизуется. И в этом случае чем медленнее испаряется вода, тем лучше получаются кристаллы.

Третий способ – выращивание кристаллов из расплавленных веществ при медленном охлаждении жидкости. При использовании всех способов наилучшие результаты получаются, если используется затравка – небольшой кристалл правильной формы, который помещают в раствор или расплав. Таким способом получают, например, кристаллы рубина. Выращивание кристаллов драгоценных камней проводят очень медленно, иногда годами. Если же ускорить кристаллизацию, то вместо одного кристалла получится масса мелких.

Кристаллы могут также расти при конденсации паров – так получаются снежинки и узоры на холодном стекле. При вытеснении металлов из растворов их солей с помощью более активных металлов также образуются кристаллы. Например, если в раствор медного купороса опустить железный гвоздь, он покроется красным слоем меди. Но образовавшиеся кристаллы меди настолько мелкие, что их можно разглядеть только под микроскопом. На поверхности гвоздя медь выделяется очень быстро, поэтому и кристаллы ее слишком мелкие. Но если процесс замедлить, кристаллы получатся большими. Для этого медный купорос надо засыпать толстым слоем поваренной соли, положить на него кружок фильтровальной бумаги, а сверху – железную пластинку диаметром чуть поменьше. Осталось налить в сосуд насыщенный раствор поваренной соли. Медный купорос начнет медленно растворяться в рассоле (растворимость в нем меньше, чем в чистой воде). Ионы меди (в виде комплексных анионов CuCl42– зеленого цвета) будут очень медленно, в течение многих дней, диффундировать вверх; за процессом можно наблюдать по движению окрашенной границы.

Достигнув железной пластинки, ионы меди восстанавливаются до нейтральных атомов. Но так как процесс этот происходит очень медленно, атомы меди выстраиваются в красивые блестящие кристаллы металлической меди. Иногда эти кристаллы образуют разветвления – дендриты. Меняя условия опыта (температура, размер кристаллов купороса, толщина слоя соли и т.п.), можно менять условия кристаллизации меди.

Переохлажденные растворы.

Иногда насыщенный раствор при охлаждении не кристаллизуется. Такой раствор, который содержит в определенном количестве растворителя больше растворенного вещества, чем это «положено» при данной температуре, называется пересыщенным раствором. Пересыщенный раствор невозможно получить даже очень длительным перемешиванием кристаллов с растворителем, он может образоваться только путем охлаждения горячего насыщенного раствора. Поэтому такие растворы называют также переохлажденными. В них что-то мешает началу кристаллизации, например, раствор слишком вязкий или для роста кристаллов требуются большие зародыши, которых в растворе нет.

Легко переохлаждаются растворы тиосульфата натрия Na2S2O3.5H2O. Если осторожно нагреть кристаллы этого вещества примерно до 56°С, они «расплавятся». В действительности это не плавление, а растворение тиосульфата натрия в «собственной» кристаллизационной воде. С повышением температуры растворимость тиосульфата натрия, как и большинства других веществ, увеличивается, и при 56°С его кристаллизационной воды оказывается достаточно, чтобы растворить всю имеющуюся соль. Если теперь осторожно, избегая резких толчков, охладить сосуд, кристаллы не образуются и вещество останется жидким. Но если в переохлажденный раствор внести готовый зародыш – маленький кристаллик этого же вещества, то начнется быстрая кристаллизация. Интересно, что ее вызывает кристалл только этого вещества, а к постороннему раствор может быть совершенно безразличен. Поэтому если прикоснуться небольшим кристалликом тиосульфата к поверхности раствора, произойдет настоящее чудо: от кристаллика побежит фронт кристаллизации, который быстро дойдет до дна сосуда. Так что уже через несколько секунд жидкость полностью «затвердеет». Сосуд можно даже перевернуть – из него не выльется ни одной капли! Твердый тиосульфат можно снова расплавить в горячей воде и повторить все сначала.

Если пробирку с переохлажденным раствором тиосульфата поставить в ледяную воду, кристаллы будут расти медленнее, а сами будут крупнее. Кристаллизация пересыщенного раствора сопровождается его нагреванием – это выделяется тепловая энергия, полученная кристаллогидратом при его плавлении.

Тиосульфат натрия – не единственное вещество, образующее переохлажденный раствор, в котором можно вызвать быструю кристаллизацию. Подобным свойством обладает, например, и ацетат натрия CH3COONa (его легко получить действием уксусной кислоты на соду). С ацетатом натрия опытные лекторы демонстрируют такое «чудо»: на небольшую горку ацетата в блюдце они медленно льют пересыщенный раствор этой соли, который, соприкасаясь с кристаллами, немедленно кристаллизуется, образуя столбик твердой соли!

Кристаллы широко применяются в науке и технике: полупроводники, призмы и линзы для оптических приборов, твердотельные лазеры, пьезоэлектрики, сегнетоэлектрики, оптические и электрооптические кристаллы, ферромагнетики и ферриты, монокристаллы металлов высокой чистоты…

Рентгеноструктурные исследования кристаллов позволили установить строение многих молекул, в том числе и биологически активных – белков, нуклеиновых кислот.

Ограненные кристаллы драгоценных камней, в том числе выращенных искусственно, используются как украшения.

Илья Леенсон

Источник: www.krugosvet.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.