Твердые тела разделяют на аморфные тела и кристаллы. Отличие вторых от первых состоит в том, что атомы кристаллов располагаются согласно некоторому закону, образуя тем самым трехмерную периодическую укладку, что называется - кристаллическая решетка.
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.
Кристаллическая структура граната — ромб и додекаэдр
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.
Изначально кристаллами называли горный хрусталь - безупречный в своей холодной красоте прозрачный кварц. В прежние времена, когда ученые еще не могли объяснить причину и принцип их образования, кристаллам приписывали всевозможные волшебные свойства, свидетельство тому - многочисленные легенды и сказания, в которых упоминаются магические кристаллы, способные исцелять больных или показывать будущее. Современная кристаллофизика развеяла весь этот романтический туман, издавна окутывающий кристаллы, и дала четкое определение, что такое кристалл с научной точки зрения.
Кристалл - что это такое
Кристалл - это твердое тело природного происхождения либо образованное в лабораторных условиях, имеющее форму правильного многогранника. Правильность формы кристалла основана на его внутренней структуре - частицы вещества, из которых слагается кристалл (молекулы, атомы и ионы), располагаются в нем в определенной закономерности и образуют периодично-повторяющуюся трехмерную пространственную укладку, иначе называемую «кристаллической решеткой».
Виды и типы кристаллов
Ученые, занимающиеся изучением кристаллов, различают такие понятия, как «кристалл идеальный» и «кристалл реальный».
Идеальный кристалл
Идеальный кристалл - это некая абстрактная математическая модель кристалла, в которой ему приписывается абсолютно правильная форма, соответствующая его кристаллической решетке, полная симметрия и идеально ровные грани. Проще говоря, идеальный кристалл - это кристалл с полным набором всех качеств, свойств и характеристик, присущих данному виду кристаллов.
Реальный кристалл
Реальный кристалл - это тот кристалл, что существует в действительности. В отличие от идеального, у него имеются некоторые дефекты внутренней структуры, грани его не безупречны, а симметрия понижена. Но при всех этих недостатках в реальном кристалле сохраняется то главное свойство, которое и делает его кристаллом - частицы в нем располагаются в закономерном порядке.
Происхождение кристаллов
- Природные (натуральные) кристаллы зарождаются и вырастают в недрах Земли в течение длительного времени в условиях сверхвысоких температур и огромного давления.
- Искусственные кристаллы люди научились выращивать не только в лабораториях, но даже в домашних условиях. Кстати, о том, как самому вырастить соляной кристалл из раствора обычной поваренной соли, вы можете узнать из нашей статьи .
Вещества, образующие кристаллы
Кристаллы - это не только алмазы, аметисты, изумруды, сапфиры и прочие драгоценные и полудрагоценные камни, как некоторые из нас привыкли считать. Помимо этих самых известных и красивых кристаллов в природе существует множество других веществ, имеющих кристаллическое строение. Самым распространенным веществом, обладающим способностью образовывать кристаллы, является обычная вода. Как выглядят кристаллы воды, знают даже дети -льдинки и снежинки хорошо всем известны.
Выйди на улицу в тихий зимний день, когда медленно падает снег; подставь рукав и присмотрись к снежинкам. Это звёздочки, составленные из тонких ледяных иголочек. Лишь изредка попадаются сплошные шестиугольные пластинки.
У звёздочек всегда шесть лучей. И тем не менее они разные: ледяные иголки всякий раз сложены в новый причудливый узор. Один учёный фотографировал снежинки. Он сделал 2500 разных снимков. Но в этой огромной коллекции ещё далеко не все формы.
Вода может замерзать и по-другому. Толстый лёд на реке составлен из шестиугольных столбиков, похожих на карандаши. Они бывают видны весной во время таяния льда.
И снежинки, и пластинки, и «карандашики»- это кристаллы замёрзшей воды.
Слово «кристаллос» по-гречески означает «лёд». Но этим словом обозначают не только кристаллы воды. Почти все камни, почти все состоят из кристаллов. Руды металлов и сами металлы, выплавляемые из этих руд, соль, сахар и многое другое вокруг нас - это всё кристаллические вещества. Самые красивые среди кристаллов - драгоценные камни.
Кристаллы обладают особыми свойствами, которые зависят не только от того, какие их составляют, но и от того, как они расположены. Проникнуть во внутренний мир кристаллов помогли рентгеновские лучи - те самые, которыми тебя просвечивали в поликлинике. Оказалось, каждый атом в кристалле связан с определённым числом соседних атомов, и располагаются они опять-таки в определённом порядке. Для каждого кристалла это число и порядок всегда постоянны.
Сделай такой опыт. В банке с горячей водой раствори столько соли, чтобы она уже перестала растворяться. На тонкую шелковинку привяжи кристаллик соли покрупнее и, когда раствор остынет, опусти этот кристаллик в банку. Через несколько дней ты увидишь, что кристаллик увеличился. Может быть, на шелковинке появится даже красивая гирлянда кристалликов. И все они будут всегда одинаковой формы, сколько раз ты ни делал бы этот опыт.
У каждого вещества своя форма кристаллов. И никакой другой формы они принять не могут. Правда, некоторые вещества имеют не одну, а две, три или даже больше кристаллических форм (как, например, у воды), но, конечно, тоже строго определённых.
Таков и . В зависимости от того, как расположены его атомы, он становится либо алмазом - красивым, прозрачным, самым твёрдым на свете камнем, либо серовато-чёрным мягким графитом.
Кристаллы обладают ещё и другими свойствами. Тепло неодинаково передаётся вдоль кристалла и поперёк. При нагревании он расширяется в разных направлениях по-разному.
Вот какую важную роль играет порядок расположения атомов, именно он определяет свойства кристаллических твёрдых тел.
В янтаре или в стекле частицы расположены без всякого порядка. Это некристаллические тела, и свойства у них другие. Они не имеют, например, определённой точки плавления, как кристаллы. Лёд тает при 0°. А стекло, если его нагревать, размягчается постепенно - от 500 до 1000°.
Учёные настойчиво исследуют кристаллы. Теперь уже, кроме микроскопа и рентгеновских лучей, есть много других способов их изучения. Всё полнее раскрываются законы роста кристаллов, различные их свойства. Это делает человека умнее и сильнее: ведь почти всё, что создаёт и чем пользуется человек, состоит из кристаллов.
| <-- | --> |
Расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку - кристаллическую решётку .
Если кристаллические решетки стереометрически (пространственно) одинаковы или сходны (имеют одинаковую симметрию), то геометрическое различие между ними заключается, в частности, в разных расстояниях между частицами, занимающими узлы решетки. Сами расстояния между частицами называются параметрами решетки. Параметры решетки, а также углы геометрических многогранников определяются физическими методами структурного анализа, например методами рентгеновского структурного анализа.
Источники
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
См. также
Ссылки
- Кристаллы минералов , Формы природного растворения кристаллов
- Единственный с своём роде завод, производящий Кристаллы
Wikimedia Foundation . 2010 .
Синонимы :Смотреть что такое "Кристалл" в других словарях:
Кристалл (ПО, Смоленск) ОАО «Производственное объединение «Кристалл» Тип Открытое акционерное общество Год основания 1963 Расположение … Википедия
- (греч. krystallos, от krystaino замерзаю, и kryos холод). Твердое тело, ограниченное прямолинейными равными плоскостями, смыкающимися под известными углами. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. КРИСТАЛЛ… … Словарь иностранных слов русского языка
кристалл - а, м. cristal m., нем. Kristal <лат. crystallus <гр. krystallos лед. 1. Стекловидный минерал, имеющий форму естественного многогранника. Сл. 18. Примечания достойны были кремни, имеющия внутри пустоты наполненныя кристалями, из коих иные… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
Кристалл - (Енакиево,Украина) Категория отеля: Адрес: Проспект Горняков 15 а, Енакиево, 86405, Украина … Каталог отелей
- [κρύσταλλος (кристаллёс) лед, горный хрусталь] твердое тело, в котором элементарные частицы (атомы, ионы, молекулы) расположены закономерно по геометрическим законам пространственных гр. и… … Геологическая энциклопедия
Друза, кристаллит, кристаллик, вискер, микролит, периморфоза, рафид, хрусталь Словарь русских синонимов. кристалл см. хрусталь Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. М.: Русский язык. З. Е. Александрова … Словарь синонимов
кристалл - 1. Твердая композиция атомов ионов, молекул, существующая в трехмерном пространстве. 2. Такая форма частицы или части вещества, атомы которой распределены в одинаковом геометрическом порядке. Кристалл имеет оптические и другие свойства и растет… … Справочник технического переводчика
КРИСТАЛЛ, твердое вещество с определенным химическим составом, имеющее правильную геометрическую форму и постоянные углы между гранями. Структура кристаллов, например, обыкновенной соли, основывается на правильном трехмерном расположении атомов,… … Научно-технический энциклопедический словарь
См. Драгоценные камни … Библейская энциклопедия Брокгауза
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.