Виды кристаллов и их названия. Удивительные кристаллы

21.09.2019Рубрика: Личностный рост

Кристаллы – это твёрдые тела с определенным химическим составом, которые имеют правильное, симметричное и закономерное расположение в кристаллической решётке составляющих их атомов, молекул, ионов. Многие кристаллические структуры ‒ это самые обычные для нас вещества, например, сахар и соль. В переводе с греч. krystallos означает «прозрачный лед». И действительно, необычными и удивительными кристаллами по праву считаются снежинки.

Кристаллические структуры в природе «рождаются» из множества веществ. Самая распространённая из них – вода, которая при воздействии низких температур переходит из жидкого в твёрдое состояние, превращаясь в лёд или снежинки. Каждую зиму, особенно во время суровых морозов, сложные симметричные объекты в форме звездочек и 6-тиугольных пластинок, покрывают поверхность земли слоем мягкого и пушистого снега. Они состоят из тоненьких ледяных кристалликов, собранных вместе.

Известный немецкий астроном Иоганн Кеплер еще в XVII столетие написал работу, которую посвятил шестиугольным снежинкам, тем самым оказал значительное влияние на развитие кристаллографии – науки о возникновении, структуре и свойствах кристаллических структур. Через два столетия выдающийся фотограф У. Бентли подарил миру возможность любоваться этими прекрасными творениями природы. Ему удалось сделать фотографии тысячи снежинок, где ни одна не повторяет другую. Для этого фотограф ловил снежинки на черный бархат и делал удивительные снимки.

Цветы мира камней

В результате процессов породообразования, происходящих в неизведанных земных недрах из расплавленных горных пород, выталкиваемых к поверхности и начинающих остывать, образуются минералы с кристаллической структурой. Просто не верится, что невероятная красота и правильность внешней огранки этих кристаллических минералов созданы самой природой. С первого взгляда кажется, что кто-то специально выпиливал плоские грани, а потом полировал их до безупречности.

Кристаллические структуры из минеральных растворов могут быть бесконечно разнообразными. Большинство представляет собой сложные правильные многогранники ‒ куб, параллелепипед, пирамиду, которые во все времена поражали людей совершенством геометрических форм и безукоризненно гладкой поверхностью. Встречаются они и в виде столбиков, пластин, звезд, острых игл, создаваемых лучистые шары – сферолиты.

Размеры варьируют от очень маленьких до огромных колонн, а толщина может быть меньше листа бумаги или, напротив, достигать несколько сотен сантиметров. Кристаллы могут быть как бесцветными, так и сверкать, искриться, играя разными красками. Многие из них идеально прозрачны, подобно кристально чистой воде, хотя встречаются бурые и практически черные экземпляры.

Горный хрусталь

Это прозрачная разновидность кристаллического кварца (природный диоксид кремния), встречающегося в пустотах гидротермальных жил. В вечных снегах Альп много веков назад найдены бесцветные камушки, визуально очень похожие на обычный лед, блеск которых приковывал и завораживал. Еще античные ученые сделали вывод, что при длительном воздействии низких температур вода замерзает до такого состояния, что утрачивает способность таять, навсегда окаменев.

Когда минерал появился в Европе, он сразу получил название «богемный алмаз». Из него вырезали украшения, посуду, зажигательные линзы и стекла для очков, а также украшали шикарные королевские дворцы и замки представителей высшего сословия. Для минерала характеры грани-призмы, часто с горизонтальной штриховкой. Прозрачные кристаллы горного хрусталя могут причудливо срастаться друг с другом в друзы или представлять собой «щётки», а также заполнять жеоды. На территории России большие месторождения, так называемые «хрустальные погреба», обнаружены на Урале, в Якутии, Забайкалье и Приморье. Крупный идеальный горный хрусталь без дефектов встречается достаточно редко, поэтому имеет высокую ценность.

В Санкт-Петербургском музее, основанном в 1773 г. при Горном институте, собрано более 230 тыс. образцов, в том числе и уникальное собрание сокровищ, извлечённых из недр земли. Здесь хранится горный хрусталь, высота которого почти 1 м, а вес более 1 тыс. кг.

Король кристаллов

Алмаз как один из самых редких, но повсеместно распространённых природных минералов, получил своё название благодаря исключительной твердости. Минерал представляет собой кристаллическую модификацию чистого углерода. В кристаллической решётке в виде гранецентрированного куба атомы находятся очень плотно и связаны прочнейшей ковалентной связью. О точном происхождении алмаза нет точных научных данных, а возраст большинства алмазов более 3 млрд. лет.

Несмотря на то, что в необработанном виде алмаз достаточно несовершенен и невзрачен, с древних времен его использовали как изысканное украшение, особенно прозрачные виды. Почти 500 лет назад мастера ювелирного дела научились огранять кристалл и в результате трудоёмкого процесса превращать его в драгоценный камень – бриллиант, который стал синонимом богатства и роскоши. Самыми редкими считаются красные алмазы, но вероятность найти их в природных условиях минимальна.

Сегодня ввиду того, что большинство природных алмазов не подходят для огранки, их широко применяются во многих отраслях промышленности. Самые крупные месторождения находятся в Африке и в России, причем у нас первые алмазы обнаружены еще в XIX веке на Урале и в Сибири.

Крупнейший в мире алмаз «Куллинан», найденный 100 лет назад в Южной Африке, имел вес более 3 000 карат. Виртуозные ювелиры сделали из него 105 бриллиантов, общий весом более 1 000 карат.

Драгоценные кристаллы

Продолжая тему удивительных драгоценных кристаллов, нельзя не отметить красивые и достаточно редкие разновидности минерала корунда (оксид Al) – рубин и сапфир. Корунд всегда различали по высокой твердости, которая уступает лишь алмазам. В европейские страны камни завозили из Азии. Месторождения корундов часто встречается в магматических породах. Их также находят гнёздами, жилами, вкраплениями, а драгоценные разновидности ‒ в россыпях. Ювелирный минерал по свойствам прозрачный, отличается блеском, насыщенной цветовой гаммой и широким спектром оттенков.

В музее в Санкт-Петербурге хранится коллекция корунда более 40 различных цветовых оттенков.

Самими ценными являются красный – рубин и синий – сапфир. Красивые оттенки обеспечивают примеси: в рубине – это хром, а в сапфире – вкрапления железа и титана. После придания минералам достойной ювелирной обработки, они выглядят также же шикарно, как и бриллианты.

Существует предположение, что рубины добывались в Бирме еще в бронзовом веке. В XIX ст. король Бирмы продал два драгоценных камня за баснословные, на те времена, деньги и обеспечил себе полноценное королевское правление. Рубины всегда считались элитной драгоценностью и аксессуаром богатых представителей аристократии. Сегодня рубины высокого качества поступают из Мьянмы, Таиланда, Шри-Ланки. В России месторождения известны на Урале и в Карелии.

В 1800 г. в Европе открыли родственность рубина и сапфира, который издревле украшал символы королевской власти правящих династий Азии и Европы. Красивый минерал добывали еще древние жители Юго-Восточной Азии. Самый крупный сапфир, весом более 3 тыс. карат, был найден в США в середине прошлого века. Месторождение минерала встречается практически на всех материках.

Волшебный каменный мир удивляется многими удивительными фактами о кристаллах.

Природные кристаллы в виде величественных колонн применялись в древних цивилизациях для удержания тяжелых ворот храмов или как постаменты.

Минерал сподумен, длиной почти 13 м и весом 90 т, известен необычными кристаллами-гигантами. При этом хорошо образованные минералы считаются ценными коллекционными материалами.
Одни из самых больших кристаллов селенита найдены в 2 000 г. в уникальной пещере, возраст которой около миллиона лет, в шахтовом комплексе Найка (Мексика). Наибольший имеет размеры: длина – 4 м, ширина – 4 м и вес – 55 т.
Кристаллы «произрастают» не только в естественной среде, но и выращиваются в специальных лабораториях, а некоторые ‒ даже в домашних условиях. Человечество научилось получать искусственным путем очень многие драгоценные камни, которые не уступают по красоте натуральным, а оцениваются в разы ниже. Причем сегодня известно много видов, которых в природе не существует.
Кристаллы бывают «посланниками» звездного мира. Достаточно часто кристаллические структуры внеземного происхождения встречаются в метеоритах, упавших на Землю.
В Австрии к 100-летнему юбилею компании Swarovski открыт музей «Хрустальных миров». Здесь можно увидеть самый большой (40 см в диаметре) и самый маленький кристаллик (0,8 мм) Сваровски, которые занесены в Книгу рекордов Гиннеса.
В Московском Минералогическом музее хранится более 4 800 образцов кристаллов 7 кристаллических систем.

Испокон веков отмечалось благотворное влияние кристаллов на судьбу и здоровье человека, а также приписывались им магические и целебные свойства. Причем у каждого знака зодиака есть свой камень-талисман, который должен улучшать энергетику в доме, а также помогать владельцу в трудных жизненных ситуациях, приносить блага, защищать и излечивать от болезней. В чем же заключается огромная сила минералов с точки зрения науки пока трудно объяснимо, но то что литотерапия, как один из видов нетрадиционной медицины, становиться сегодня очень популярной остается фактом.

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.

Яна Соловьёва (Туркова)
Проект ученика 4 класса «Ужасно интересно всё то, что неизвестно! Удивительный мир кристаллов»

Здравствуйте!

Представляю Вашему вниманию презентацию "Ужасно интересно всё то, что не известно! " по изучению мира кристаллов.

Презентация составлена моим сыном, учеником 4 класса Алексинской школы ЛО Турковым Даниилом.

Гипотеза: Кристалл- драгоценный камень .

Цель: Найти опровержение тому, что кристаллы это только драгоценные камни.

Задачи:

1. Узнать, что такое кристалл.

2. Узнать, что вокруг нас является кристаллами.

3. Узнать интересные факты о кристаллах.

4. Вырастить кристаллы в домашних условиях.

Что такое кристалл?

Кристаллы – это поразительные создания природы. Нас восхищают их яркие цвета и прозрачность, ровные, гладкие грани и, самое главное, правильная форма. Кристаллы выглядят таким образом, словно их кто-то специально вырезал, отшлифовал и раскрасил. Именно этому «чуду» и посвящена работа…

Кристалл от греческого krystallos, первоначально – лёд, однако позже кристалл приобрел и еще одно название - горный хрусталь.

Это твёрдые тела, имеющие естественную форму правильных многогранников. Эта форма - следствие упорядоченного расположения в кристаллах атомов, образующих трёхмерно-периодическую пространственную укладку - кристаллическую решётку.

Что вокруг нас является кристаллами?

В природе существуют сотни веществ, образующих кристаллы. Вода - одно из самых распространенных из них. Замерзающая вода превращается в кристаллы льда или снежинки.

Вокруг нас кристаллом является и самые обычные вещи такие как сахар и соль.

Минеральные кристаллы тоже образуются в ходе определенных породообразующих процессов. Огромные количества горячих и расплавленных горных пород глубоко под землей в действительности представляют из себя растворы минералов. Когда массы этих жидких или расплавленных горных пород выталкиваются к поверхности земли, они начинают остывать. Они охлаждаются очень медленно. Минералы превращаются в кристаллы, когда переходят из состояния горячей жидкости в холодную твердую форму. Миллионы лет тому назад гранит был расплавленной массой минералов в жидком состоянии. В настоящее время в земной коре имеются массы расплавленных горных пород, которые медленно охлаждаются и образуют кристаллы различных видов.

Драгоценные камни тоже являются кристаллами! Это минералы, обладающие двумя основными характеристиками «драгоценности»: красота и редкость. Названия многих вам известны: алмаз, аметист, рубин, сапфир, изумруд, топаз и т. д.

1. Знаете ли вы, что кристаллы воспроизводят сами себя и таким образом растут? Их по праву можно называть "живыми" существами природы.

Самые большие кристаллы были обнаружены в 2000 году в Пещере кристаллов в шахтовом комплексе Найка, в мексиканском штате Чиуауа. Некоторые из найденных там кристаллов гипса достигают 15 метров в длину, а в ширину - 1 метр.

2. Известен и своими гигантскими, метровыми, кристаллами минерал сподумен.

3. Музей «Хрустальных миров» в Австрии.

Удивительный музей хрусталя открыт в 1995 году к столетнему

юбилею компании Swarovski. Музей представляет собой интерактивную экспозицию изделий из хрусталя, где экспонаты можно рассмотреть, почувствовать, услышать и даже понюхать. Помещение музея представляет собой подземный лабиринт, где коридорами и лестницами связаны между собой экспозиционные залы. На входе посетителей встречает голова великана, глаза которой выполнены из зеленых кристаллов, а изо рта льется водопад. Согласно легенде в этих краях жил великан, который бережно хранил свои несметные сокровища, а теперь охраняет богатства Хрустальных миров Swarovski. В музее хранятся самый большой и самый маленький кристалл в мире занесенные в Книгу рекордов Гиннеса. Самый большой кристалл Сваровски имеет диаметр 40 см и весит 310 тысяч карат. Диаметр же самого маленького кристалла составляет всего-навсего 0,8 мм и увидеть его можно только через микроскоп. Сейчас Хрустальные миры Swarovski являются вторым по своей популярности музеем в Австрии.

4. Торбернит.

Сколь завораживающе красив этот минерал, столь же он и смертельно опасен. Призмы кристаллов торбернита содержат уран и способны вызвать у человека рак. Кроме того, при нагревании эти камни начинают медленно испускать опаснейший для здоровья газ радон.

5. Клиноклаз.

Редкий кристалл клиноклаз имеет один небольшой секрет – при нагревании этот изысканно красивый минерал выделяет чесночный запах.

6. Белый барит, усыпанный кристаллами ванадинита.

Свое имя ванадинит получил в честь скандинавской богини красоты Ванадис. Этот минерал – один из самых тяжелых на планете, поскольку он отличается высоким содержанием свинца. Хранить кристаллы ванадинита стоит подальше от солнечных лучей, так как они склонны темнеть под их воздействием.

7. Серебристый стибнит с баритом.

Стибнит является сульфидом сурьмы, однако кажется, что он состоит из серебра высокой пробы. Благодаря этому сходству однажды кто-то решил делать из этого материала элитные столовые приборы. И это была очень плохая идея… Кристаллы сурьмы вызывают сильнейшее отравление, даже после контакта с кожей необходимо тщательно промыть ее с мылом.

8. Халькантит.

Очаровывающая красота этих кристаллов скрывает смертельную опасность: оказавшись в жидкой среде, медь, содержащаяся в этом минерале, начинает стремительно растворяться, грозя всему живому, оказавшемуся на ее пути. Всего один небольшой синий камешек способен погубить целый пруд со всей его флорой и фауной, так что стоит относиться к нему крайне осторожно.

9. Купросклодовскит.

Игольчатые кристаллы купросклодовскита привлекают восхищенное внимание глубиной и разнообразием своей зеленой расцветки, а также занятной формой. Однако этот минерал добывается в урановых месторождениях и отличается высокой радиоактивностью и его следует держать подальше не только от живых существ, но и даже от других минералов.

10. Метеорит палласит.

Немецкий ученый Паллас в 1777 году доставил в музей Кунсткамера образцы редкого металла, обнаруженного в Красноярске на месте падения метеорита. Вскоре в Петербург была переправлена вся глыба внеземного происхождения весом 687 кг. Этот материал получил название «палласово железо» или палласит. Аналогичного ему вещества из тех, что добываются на нашей планете, не найдено. По оценкам специалистов этот метеорит представляет собой железно-никелевую основу с многочисленными вкраплениями кристаллов оливина.

11. Болеит.

Небольшие кубические кристаллы синего цвета – болеиты – особенно ценятся в странах Южной и Северной Америки. В России пока что этот редкий минерал в ходу замечен не был.

12. Крокоит.

Название «крокоит» происходит от древнегреческого слова, означающего «шафран», поскольку сходство поверхности кристалла с этой пряностью заметна невооруженным взглядом. Красная свинцовая руда, коей является этот минерал, представляет особую ценность для коллекционеров и знатоков.

13. Байлдонит.

Своим цветом редкий кристалл байлдонит обязан содержащейся в его составе меди, а блеском – высокому проценту свинца.

14. Висмут.

Искусственно выращиваемые кристаллы висмута имеют узнаваемый радужный блеск на своей темной поверхности. Такой эффект возникает из-за покрывающей ее оксидной пленки. Кстати, оксид-хлорид висмута применяется при создании лаков для ногтей как средство для придания им блеска. Так что искусственно выращенные кристаллы ещё и помогают женщинам быть красивыми и ухоженными.

15. Какоксенит.

Выполняя роль включения, этот редкий минерал способен придать кварцу и аметисту неповторимую расцветку и более высокую стоимость. Как представитель игольчатых кристаллов, какоксенит невероятно хрупок.

Выращивание кристаллов в домашних условиях.

Вам понадобится: вода, соль, сахар, стаканчики, картон, палочки, краски.

Для изготовления кристаллов палочки предварительно обмакиваются в воду, затем в соль/сахар и высушиваются в течении суток.

Приготовление раствора для изготовления кристаллов из соли/сахара. В подогретой воде растворяем соль/сахар, делаем насыщенный солевой раствор (который подкрашиваем голубой акварелью) и сахарный сироп.

Разливаем получившиеся растворы по стаканчикам.

Заранее приготовленные палочки аккуратно помещаем в приготовленные растворы. Сверху, проткнув картон палочкой накрываем им стаканчики. Картон на палочке необходим для предотвращения быстрого испарения жидкости.

Оставляем заготовки в тихим спокойном месте на неделю для выращивания кристаллов.

Итоги эксперимента

Кристалл из сахара получился удачно!

Но вот кристалл из соли не вышел, но почему?

Из-за чего не получился кристалл соли!

В ходе данного эксперимента не получились кристаллы из соли, а краска просто осела на дне стаканчика. Самостоятельно решить вопрос я не смог и обратился к интернету. Вот такие сведенья я нашёл:

«Да, не следует раскрашивать раствор, где растёт ваш кристалл, например красками или чем -нибудь подобным, - это лишь испортить сам раствор, а кристалл всё же не покрасит! Лучший способ получить цветные кристаллы - это подобрать нужную по цвету соль! Кристалл он так

устроен что каждый атом встает на свое место.. так и

получается кристалл. Если его покрасить то сама по

себе затея провалится- во первых вы его покроете

краской и он не сможет расти. во вторых, если

использовать пигмент в чистом виде то вы привнесете

в кристалл дефекты и он не будет красивым. В

принципе. многие природные кристаллы имеют цвет

благодаря таким дефектам но надо точно знать какие

вещества окрасят кристалл не нарушая его

кристаллическую решетку, ну или достаточно

гармонично в нее впишутся.»

КРИСТАЛЛЫ И КРИСТАЛЛОГРАФИЯ
Кристаллом (от греч. krystallos - "прозрачный лед") вначале называли прозрачный кварц (горный хрусталь), встречавшийся в Альпах. Горный хрусталь принимали за лед, затвердевший от холода до такой степени, что он уже не плавится. Первоначально главную особенность кристалла видели в его прозрачности и это слово употребляли в применении ко всем прозрачным природным твердым телам. Позднее стали изготавливать стекло, не уступавшее в блеске и прозрачности природным веществам. Предметы из такого стекла тоже называли "кристальными". Еще и сегодня стекло особой прозрачности называется хрустальным, "магический" шар гадалок - хрустальным шаром. Удивительной особенностью горного хрусталя и многих других прозрачных минералов являются их гладкие плоские грани. В конце 17 в. было подмечено, что имеется определенная симметрия в их расположении. Было установлено также, что некоторые непрозрачные минералы также имеют естественную правильную огранку и что форма огранки характерна для того или иного минерала. Возникла догадка, что форма может быть связана с внутренним строением. В конце концов кристаллами стали называть все твердые вещества, имеющие природную плоскую огранку. Заметной вехой в истории кристаллографии явилась книга, написанная в 1784 французским аббатом Р. Гаюи. Он выдвинул предположение, что кристаллы возникают в результате правильной укладки крохотных одинаковых частиц, которые он назвал "молекулярными блоками". Гаюи показал, каким образом можно получить гладкие плоские грани кальцита, укладывая такие "кирпичики". Различия в форме разных веществ он объяснил разницей как в форме "кирпичиков", так и в способе их укладки. Со времен Гаюи было принято как гипотеза, что в правильной форме кристалла находит отражение упорядоченное внутреннее расположение частиц, но это было подтверждено лишь в 1912, когда М.фон Лауэ в Мюнхене установил, что рентгеновские лучи дифрагируют на атомных плоскостях внутри кристалла. Падая на фотографическую пластинку, дифрагированные лучи создают на ней геометрический узор из темных пятен. По положению и интенсивности таких пятен можно рассчитать размеры структурной единицы и определить расположение атомов в ней. Имея в виду возможность прямого исследования внутренней структуры, многие занимающиеся кристаллографией стали употреблять термин "кристалл" в применении ко всем твердым веществам с упорядоченной внутренней структурой. Нужны лишь благоприятные условия, полагали они, чтобы внутренняя упорядоченность проявилась в виде правильной наружной огранки. Некоторые ученые предпочитают называть твердые вещества с внешне не проявляющейся внутренней упорядоченностью "кристаллическими", а под "кристаллами" понимать, как это было когда-то, твердые вещества с природной огранкой.
КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ
Атомы, из которых состоят газы, жидкости и твердые вещества, имеют разную степень упорядоченности. В газе атомы и небольшие группы атомов, соединенные в молекулы, находятся в постоянном беспорядочном движении. Если охлаждать газ, то достигается температура, при которой молекулы сближаются друг с другом, насколько это возможно, и образуется жидкость. Но атомы и молекулы жидкости все-таки могут скользить относительно друг друга. При охлаждении некоторых жидкостей, например воды, достигается температура, при которой молекулы застывают в относительной неподвижности кристаллического состояния. Эта температура, разная для всех жидкостей, называется температурой замерзания. (Вода замерзает при 0° С; при этом молекулы воды упорядоченно соединяются друг с другом, образуя правильную геометрическую фигуру.) У каждой частицы вещества (атома или молекулы), находящегося в кристаллическом состоянии, окружение точно такое же, как и у любой другой частицы того же типа во всем кристалле. Другими словами, ее окружают вполне определенные частицы, находящиеся на вполне определенных расстояниях от нее. Именно это упорядоченное трехмерное расположение характерно для кристаллов и отличает их от других твердых веществ.
ОБРАЗОВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ
Вообще говоря, кристаллы образуются тремя путями: из расплава, из раствора и из паров. Примером кристаллизации из расплава может служить образование льда из воды, так как вода, в сущности, не что иное, как расплавленный лед. К кристаллизации из расплава относится и процесс образования вулканических пород. Магма, проникающая в трещины земной коры или вытесняемая в виде лавы на ее поверхность, содержит многие элементы в разупорядоченном состоянии. При охлаждении магмы или лавы атомы и ионы разных элементов притягиваются друг к другу, образуя кристаллы различных минералов. В таких условиях возникает много зародышей кристаллов. Увеличиваясь в размере, они мешают друг другу расти, а поэтому гладкие наружные грани у них образуются редко.

Кристаллы в природе образуются также из растворов, примером чему могут служить сотни миллионов тонн соли, выпавшей из морской воды. Такой процесс можно продемонстрировать в лаборатории с водным раствором хлорида натрия. Если дать воде возможность медленно испаряться, то в конце концов раствор станет насыщенным и дальнейшее испарение приведет к выделению соли. Положительно заряженные ионы натрия притягивают отрицательно заряженные ионы хлора, в результате чего образуется зародыш кристалла хлорида натрия, который выделяется из раствора. При дальнейшем испарении другие ионы пристраиваются к образовавшемуся ранее зародышу, и постепенно растет кристалл с характерной внутренней упорядоченностью и гладкими наружными гранями.

Кристаллы образуются также непосредственно из пара или газа. При охлаждении газа электрические силы притяжения объединяют атомы или молекулы в кристаллическое твердое вещество. Так образуются снежинки; воздух, содержащий влагу, охлаждается, и прямо из него вырастают снежинки той или иной формы.
СТРУКТУРА КРИСТАЛЛА
Кристалл представляет собой правильную трехмерную решетку, составленную из атомов или молекул. Структура кристалла - это пространственное расположение его атомов (или молекул). Геометрия такого расположения подобна рисунку на обоях, в которых основной элемент рисунка повторяется многократно. Одинаковые точки можно расположить на плоскости пятью разными способами, допускающими бесконечное повторение. Для пространства же имеется 14 способов расположения одинаковых точек, удовлетворяющих требованию, чтобы у каждой из них было одно и то же окружение. Это пространственные решетки, называемые также решетками Браве по имени французского ученого О.Браве, который в 1848 доказал, что число возможных решеток такого рода равно 14 (рис. 1-1, 1-2).

Требование того, чтобы каждый узел решетки имел одинаковое атомное окружение, применительно к кристаллам налагает ограничения на сам основной элемент рисунка. При повторении он должен заполнять все пространство, не оставляя пустых узлов. Было установлено, что существует лишь 32 варианта расположения объектов вокруг некоторой точки (например, атомов вокруг узла решетки), удовлетворяющих этому требованию. Это так называемые 32 пространственные группы. В сочетании с 14 пространственными решетками они дают 230 возможных вариантов расположения объектов в пространстве, называемых пространственными группами. Поскольку структура кристалла определяется не только пространственным расположением атомов, но и их типом, число структур очень велико. Три кристаллические структуры, представленные на рис. 2, неодинаковы, хотя и относятся к одной и той же пространственной группе.

Общими для всех кристаллов являются 14 пространственных решеток, наименьшие формообразующие ячейки которых показаны на рис. 1. Элементарная ячейка любого кристалла подобна одной из них, но ее размеры определяются размерами, числом и расположением атомов. Элементарная ячейка в виде параллелепипеда, вообще говоря, аналогична "кирпичику" Гаюи, т.е. базисному элементу, при повторении которого образуется кристалл. Рентгеновский анализ позволяет с большой точностью определять длину сторон ячейки и углы между сторонами. Элементарные ячейки очень малы и имеют порядок нанометра (10-9 м). Сторона кубической элементарной ячейки хлорида натрия равна 0,56 нм. Таким образом, в крохотной крупинке обычной поваренной соли содержится примерно миллион элементарных ячеек, уложенных одна к другой. Методом дифракции рентгеновских лучей (рентгенография) можно определить не только абсолютные размеры элементарной ячейки, но также пространственную группу и даже расположение атомов в пространстве, т.е. структуру кристалла. Важную роль в исследовании кристаллических структур сыграли также методы дифракции электронов (электронография), дифракции нейтронов (нейтронография) и инфракрасной спектроскопии.
МОРФОЛОГИЯ КРИСТАЛЛОВ
Кристаллы имеют некую внутреннюю симметрию, которая не обнаруживается в бесформенной крупинке. Симметрия кристаллов получает наружное выражение только тогда, когда они имеют возможность свободно расти без каких-либо помех. Но даже хорошо организованные кристаллы редко имеют совершенную форму, и нет двух кристаллов, которые были бы совершенно одинаковы. Форма кристалла зависит от многих факторов, один из которых - форма элементарной ячейки. Если такой "кирпичик" повторить одинаковое число раз параллельно каждой из его сторон, то получится кристалл, форма и относительные размеры которого точно такие же, как у элементарной ячейки. Близкая к этому картина характерна для многих кристаллических веществ. Но на форму оказывают влияние и такие факторы, как температура, давление, чистота, концентрация и направление движения раствора. Поэтому кристаллы одного и того же вещества могут обнаруживать большое разнообразие форм. Различие форм связано с тем, как именно укладываются одинаковые "кирпичики". Аналогия между элементарными ячейками и кирпичами очень полезна (рис. 3). Укладывая кирпичи так, чтобы их соответствующие стороны были параллельны, можно построить стену (рис. 3,а), длина, высота и толщина которой будут зависеть только от числа кирпичей, уложенных в данном направлении. Если же в определенном порядке удалять кирпичи, то можно получить миниатюрные лестничные марши (рис. 3,б,в) с наклоном, зависящим от соотношения чисел кирпичей в подступенке и наступи ступеньки лестницы. Если на такую лестницу наложить линейку, то она образует угол, определяемый размерами кирпича и способом укладки. Углы наклона x и y симметричны независимо от относительных длин s и f (рис. 3,г).

Точно так же и кристалл может принимать ту или иную форму, если в строго определенном порядке пропускаются некоторые ряды или группы элементарных ячеек (рис. 4). Косые грани кристалла подобны лестницам, сложенным из кирпичей, но "кирпичики" здесь столь малы, что грани кристалла выглядят, как гладкие поверхности. Углы между соответствующими гранями кристалла постоянны, независимо от его размера. Это установил в 1669 датчанин Н.Стено на примере кристаллов кварца. Тем самым он показал, что форма является характеристикой кристаллического вещества. Ныне известно, что форма кристалла зависит от размеров и формы элементарной ячейки, и положение Стено приняло обобщенную форму закона, согласно которому углы между соответствующими гранями кристаллов одного и того же вещества постоянны.

Размеры и форма граней изменяются от кристалла к кристаллу. Тем не менее, имеется некая внешняя симметрия, присущая всем хорошо ограненным кристаллам. Она обнаруживается в повторении углов и похожести граней, одинаковых в смысле внешнего вида, дефектов травления и особенностей роста. Если кристалл имеет почти совершенную форму, то его симметричные грани тоже подобны по размерам и форме. До появления рентгеновской кристаллографии самым важным делом занимавшихся кристаллографией было измерение углов между гранями кристаллов. Вычерчивая на основе таких угловых измерений грани кристалла в стереографической или гномонической проекции, можно выявить симметричное расположение граней независимо от размера и формы. По такой проекции можно вычислить отношения осей, а затем выполнить чертеж кристалла.
Элементы симметрии. Задолго до того, как 32 типа симметричных расположений точечных групп были определены рентгеновскими методами, они были выявлены путем исследования морфологии, т.е. формы и структуры кристаллов. На основании вида и расположения граней, а также углов между ними кристаллы приписывались одному из 32 кристаллографических классов. Поэтому пространственные группы и кристаллографические классы - это как бы синонимы, и существуют три основных элемента симметрии: плоскость, ось и центр (рис. 5).

Плоскость симметрии. Многие хорошо известные нам предметы обладают симметрией относительно плоскости. Например, стул или стол можно представить себе разделенными на две одинаковые части. Точно так же плоскость симметрии делит кристалл на две части, каждая из которых является зеркальным отображением другой. (Плоскость симметрии иногда называют плоскостью зеркального отображения.)
Ось симметрии. Ось симметрии - это воображаемая прямая, поворотом вокруг которой на часть полного оборота можно привести объект к совпадению с самим собой. В кристаллах возможны только пять видов осевой симметрии: 1-го порядка (эквивалентная отсутствию вращения), 2-го порядка (повторение через 180°), 3-го порядка (повторение через 120°), 4-го порядка (повторение через 90°) и 6-го порядка (повторение через 60°).
Центр симметрии. Кристалл имеет центр симметрии, если любая прямая, мысленно проведенная через него, на противоположных сторонах поверхности кристалла проходит через одинаковые точки. Таким образом, на противоположных сторонах кристалла находятся одинаковые грани, ребра и углы. Имеются 32 возможные комбинации плоскостей, осей и центров симметрии в кристаллах; каждой такой комбинацией определяется кристаллографический класс. Один класс не имеет симметрии; говорят, что он имеет одну ось вращения 1-го порядка.
Кристаллографические системы. На рис. 1 представлены семь базисных ячеек решеток разной формы. Ромбоэдрическая и гексагональная решетки определяются одними и теми же осями. Таким образом, при наличии 32 симметрий точечных групп имеются только шесть основных форм элементарных ячеек. Соответственно форме основной "строительной" единицы 32 кристаллографических класса разделяются на шесть кристаллографических систем. Каждая кристаллографическая система имеет собственную систему координат, которыми определяются элементарная ячейка, а следовательно, и грани кристалла. На рис. 1 это стороны a, b и c элементарной ячейки. Принято через c обозначать вертикальную сторону, через b - горизонтальную в плоскости чертежа и через a - горизонтальную сторону, перпендикулярную плоскости чертежа. Прямые, на которых лежат эти стороны, служат линиями отсчета и называются кристаллографическими осями. Угол между b и c обозначается a, между a и c - b, а между a и b - g. Названия кристаллографических систем, относительные длины и угловые соотношения между соответствующими кристаллографическими осями таковы: Триклинная: a не равно b не равно c, a не равно b не равно g. Моноклинная: a не равно b не равно c, a = g = 90°, b > 90°. Орторомбическая: a не равно b не равно c, a = b = g = 90°. Тетрагональная: a = b не равно c, a = b = g = 90°. Поскольку a и b в этой системе равны и равноценны, их обычно обозначают через a1, a2. Сторона c может быть больше либо меньше a. Гексагональная: a = b не равно c, a = b = 90°, g = 120°. Элементарная ячейка гексагональных кристаллов обычно рассматривается как тройная и определяется тремя горизонтальными осями a1, a2, a3, составляющими угол 120° друг с другом и 90° с условно вертикальной осью c. Кубическая (изометрическая): a = b = c, a = b = g = 90°. На рис. 6 показаны разнообразные формы, которые могут иметь кристаллы, относящиеся к разным кристаллографическим системам.

Формы кристаллов. Хотя с первого взгляда все грани, определяющие форму кристалла, могут показаться одинаковыми, при тщательном исследовании обнаруживаются небольшие различия. Это могут быть различия в блеске, нерегулярностях роста, дефектах травления или полосчатости. Тем не менее, некоторые грани оказываются совершенно одинаковыми. Такие грани состоят из одинаковых и одинаково расположенных атомов и соответствуют определенной форме кристаллов. Распределение граней разных форм выявляет симметрию, так как все грани одной формы имеют одинаковое отношение к элементу симметрии. Некоторые кристаллы имеют грани только одной формы, а другие - грани многих форм. На рис. 7,а,б,в показаны три различные формы кубической системы, а на рис. 7,г - комбинация этих трех форм.

ОПТИЧЕСКАЯ КРИСТАЛЛОГРАФИЯ
Важное значение в описании и идентификации кристаллов имеют их оптические свойства. Когда свет падает на прозрачный кристалл, он частично отражается, а частично проходит внутрь кристалла. Свет, отражающийся от кристалла, придает ему блеск и цвет, а свет, проходящий внутрь кристалла, создает эффекты, которые определяются его оптическими свойствами.
Показатель преломления. При переходе наклонного луча света из воздуха в кристалл его скорость распространения уменьшается; падающий луч отклоняется, или преломляется. Чем больше плотность кристалла и чем больше угол падения луча (i), тем больше угол преломления (r). Отношение sin i к sin r есть величина постоянная. Это обычно записывают в виде равенства sin i/sin r = n; константа n называется показателем преломления. Это самая важная из оптических характеристик кристалла, и ее можно очень точно измерить. См. также ОПТИКА. С позиций оптики все прозрачные вещества можно разделить на две группы: изотропные и анизотропные. К изотропным относятся кристаллы кубической системы и некристаллические вещества, например стекло. В изотропных веществах свет распространяется во всех направлениях с одинаковой скоростью, и поэтому такие вещества характеризуются одним показателем преломления. Группу анизотропных веществ составляют кристаллы всех других кристаллографических систем. В веществах этой группы скорость света, а следовательно, и показатель преломления непрерывно изменяются при переходе от одного кристаллографического направления к другому. Когда свет входит в анизотропный кристалл, он разделяется на два луча, колеблющихся под прямым углом друг к другу и распространяющихся с разными скоростями. Такое явление называется двойным лучепреломлением; всякий анизотропный кристалл характеризуется двумя показателями преломления. Для гексагональных и тетрагональных кристаллов указывают максимальный и минимальный, т.е. "главные" показатели преломления. Один из этих главных показателей преломления соответствует лучу света, колеблющемуся параллельно оси c, а с другой - лучу света, колеблющемуся под прямым углом к этой оси. В орторомбических, моноклинных и триклинных кристаллах имеются три главных показателя преломления: максимальный, минимальный и промежуточный, определяемые лучами света, колеблющимися в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Поскольку показатели преломления зависят от химического состава и строения материала, они являются характеристическими величинами для каждого кристаллического твердого вещества, и их измерение служит эффективным методом его идентификации. Пользуясь простым рефрактометром, ювелир или специалист по драгоценным камням может измерить показатель преломления драгоценного камня, не вынимая его из оправы. С помощью поляризационного микроскопа минералог без особого труда определяет тип минерала, измеряя его показатели преломления и другие оптические характеристики на мелких крупинках.
См. также ДРАГОЦЕННЫЕ КАМНИ .
Плеохроизм. В анизотропных кристаллах свет, колеблющийся в разных кристаллографических направлениях, может поглощаться по-разному. Одно из возможных следствий такого явления, называемого плеохроизмом, - изменение цвета кристалла при изменении направления колебаний. В других кристаллах свет, колеблющийся в одном кристаллографическом направлении, может распространяться почти без потерь интенсивности, а под прямым углом к нему почти полностью поглощаться. На различиях в поглощении света тонкими ориентированными кристаллами основано действие таких поляризационных светофильтров, как поляроид.
ПРИМЕНЕНИЕ КРИСТАЛЛОВ
Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями. Позднее, когда те же самые минералы стали разрезать и полировать, как драгоценные камни, многие суеверия сохранились в талисманах "на счастье" и "своих камнях", соответствующих месяцу рождения. Все природные драгоценные камни, кроме опала, являются кристаллическими, и многие из них, такие, как алмаз, рубин, сапфир и изумруд, попадаются в виде прекрасно ограненных кристаллов. Украшения из кристаллов сейчас столь же популярны, как и во время неолита. Опираясь на законы оптики, ученые искали прозрачный бесцветный и бездефектный минерал, из которого можно было бы шлифованием и полированием изготавливать линзы. Нужными оптическими и механическими свойствами обладают кристаллы неокрашенного кварца, и первые линзы, в том числе и для очков, изготавливались из них. Даже после появления искусственного оптического стекла потребность в кристаллах полностью не отпала; кристаллы кварца, кальцита и других прозрачных веществ, пропускающих ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, до сих пор применяются для изготовления призм и линз оптических приборов. Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках 20 в. Некоторые кристаллы генерируют электрический заряд при деформации. Первым их значительным применением было изготовление генераторов радиочастоты со стабилизацией кварцевыми кристаллами. Заставив кварцевую пластинку вибрировать в электрическом поле радиочастотного колебательного контура, можно тем самым стабилизировать частоту приема или передачи. Полупроводниковые приборы, революционизировавшие электронику, изготавливаются из кристаллических веществ, главным образом кремния и германия. При этом важную роль играют легирующие примеси, которые вводятся в кристаллическую решетку. Полупроводниковые диоды используются в компьютерах и системах связи, транзисторы заменили электронные лампы в радиотехнике, а солнечные батареи, помещаемые на наружной поверхности космических летательных аппаратов, преобразуют солнечную энергию в электрическую. Полупроводники широко применяются также в преобразователях переменного тока в постоянный.
См. также
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ ;
ТРАНЗИСТОР . Кристаллы используются также в некоторых мазерах для усиления волн СВЧ-диапазона и в лазерах для усиления световых волн. Кристаллы, обладающие пьезоэлектрическими свойствами, применяются в радиоприемниках и радиопередатчиках, в головках звукоснимателей и в гидролокаторах. Некоторые кристаллы модулируют световые пучки, а другие генерируют свет под действием приложенного напряжения. Перечень видов применения кристаллов уже достаточно длинен и непрерывно растет.
См. также
ЛАЗЕР ;
КВАНТОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И УСИЛИТЕЛИ .
Искусственные кристаллы. С давних пор человек мечтал синтезировать камни, столь же драгоценные, как и встречающиеся в природных условиях. До 20 в. такие попытки были безуспешны. Но в 1902 удалось получить рубины и сапфиры, обладающие свойствами природных камней. Позднее, в конце 1940-х годов были синтезированы изумруды, а в 1955 фирма "Дженерал электрик" и Физический институт АН СССР сообщили об изготовлении искусственных алмазов. Многие технологические потребности в кристаллах явились стимулом к исследованию методов выращивания кристаллов с заранее заданными химическими, физическими и электрическими свойствами. Труды исследователей не пропали даром, и были найдены способы выращивания больших кристаллов сотен веществ, многие из которых не имеют природного аналога. В лаборатории кристаллы выращиваются в тщательно контролируемых условиях, обеспечивающих нужные свойства, но в принципе лабораторные кристаллы образуются так же, как и в природе - из раствора, расплава или из паров. Так, пьезоэлектрические кристаллы сегнетовой соли выращиваются из водного раствора при атмосферном давлении. Большие кристаллы оптического кварца выращиваются тоже из раствора, но при температурах 350-450° C и давлении КРИСТАЛЛЫ И КРИСТАЛЛОГРАФИЯ140 МПа. Рубины синтезируют при атмосферном давлении из порошка оксида алюминия, расплавляемого при температуре 2050° C. Кристаллы карбида кремния, применяемые в качестве абразива, получают из паров в электропечи.
См также АБРАЗИВЫ ; ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА .
ЛИТЕРАТУРА
Современная кристаллография. М., 1979-1981

Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .

15:30 Anush 0 Comments

Тест: Выбери кристалл и получи жизненно-важное послание

Посмотрите на кристаллы, которые мы для вас собрали ниже. Выберите любой. Пусть ваш выбор будет интуитивным, не выбирайте только на основании цвета, который вам нравится больше всего.

Теперь, обратившись к трактовке ниже, вы можете узнать, что выбранный камень говорит о вас, и какое послание вам уготовано. После теста можете прочесть несколько интересных фактов о кристаллах, их происхождении и роли в современном мире.

1. Голубой говлит

Этот камень связан с общением. Если вы выбрали этот камень, возможно, это означает, что у вас есть какие-то трудности с общением с окружающими вас людьми. Подумайте, может быть есть что-то, что вас беспокоит, и о чем вы хотите поговорить, может быть кто-то не слышит вас, не понимает ваши потребности, или может быть в последнее время вы слишком много внимания уделяли чужому мнению.

Этот камень также связан с горловой чакрой, в том числе и с ушами. Если у вас есть боль в горле, то это может быть вызвано непроговоренной эмоцией обиды или расстройства, а также грубого общения с окружающими. Также дело может быть в том, что вы не чувствуете, что ваши слова доходят до адресата.

Возможно, вам следует больше внимания уделить этим вопросам и найти путь, чтобы преодолеть трудности.

Если у вас бывают частые проблемы с ушами, это может быть признаком того, что вы, возможно, не слышите свой внутренний голос и не следуете ему, возможно, вы блокируете сами себя от окружающих вас людей, или возможно вам следует больше прислушиваться к своей интуиции.

Обратитесь к себе: вы игнорируете свои собственные желания и потребности, или, возможно, кто-то в вашем окружении слишком критичен к вам, или вы получаете в свой адрес много негатива?

Другая важная особенность камня заключается в том, что синий цвет, как правило, получается с помощью искусственных добавок. Подумайте, не пытаетесь ли вы пустить пыль в глаза окружающим, произвести впечатление человека, которым вы в действительности не являетесь?

Может быть вам следует перестать прятать свою личность от окружающего мира, стать немного более уверенным в своих силах и в сильных сторонах своей личности.

Необычный тест

2. Зеленый авантюрин

Зеленый цвет представляет собой сердечную чакру, расположенную в центре нижней и высшей чакр, и представляющую баланс, гармонию, исцеление и любовь. Если вы выбрали этот камень, то вам, скорее всего, необходимо обратить больше внимания на свои эмоциональные нужды.

Выбор вами этого камня говорит о том, что вы должны работать над достижением эмоционального баланса и немного больше внимания уделять себе любимому. Иногда мы закрываем себя от получения поддержки и любви от окружающих людей из-за плохого прошлого опыта, тем самым блокируя эту чакру.

Из-за этого становится невероятно сложно быть социальным человеком, общаться и быть близким с окружающими. Воспитывая в себе эмоциональное исцеление, вы разрешите себе признать свою настоящую цену. То же самое сделают и окружающие.

Зеленый цвет – это цвет роста и исцеления. Время, проведенное на природе, поможет вам сбалансировать сердечную чакру, поможет вам чувствовать себя лучше.

Если вы выбрали этот камень, ваш выбор может также свидетельствовать о том, что у вас слабое сердце или легкие, и вам следует заняться своим здоровьем. Проверьте эти органы.

3. Цитрин

Если говорить о воле и силе, которые вы держите над своей жизнью, то данный камень представляет собой солнечное сплетение. Возможно, вы чувствуете, что у других людей слишком много власти над вами, что вам необходимо восстановить контроль над своей жизнью.

Также дело может быть и в том, что недостаток самооценки не позволяет вам в должном объеме брать на себя инициативу, когда необходимо принять важные в жизни решения.

Сосредоточьте свое внимание на том, что вы хотите достичь, и признайте свои способности, чтобы стать менее зависимым от мнения окружающих и быстрее двигаться по направлению к своим целям.

Визуализируйте свои мечты, их достижение, поставьте перед собой цели, которые помогут вам в достижении ваших мечт, обязательно верьте в себя и в свои силы, пока предпринимаете соответствующие действия.

Не забывайте о том, что ошибки – это естественный процесс обучения, это не знак провала, вы можете достичь гораздо большего, чем вам кажется. Цитрин также является символом изобилия, поэтому вы вполне можете столкнуться с удачей, к примеру, может разрешиться вопрос финансового плана, который вас давно беспокоил, вы можете получить хороший подарок.

Чувствуя себя достойным подарка, вы позволяете удаче войти в вашу жизнь.

Интересные факты о кристаллах

1. Если переводить слово «кристалл» с греческого языка, то получаем слово «лед». Однако позднее, кристаллы стали называть также и горным хрусталем. Ученые думали, что при повышении температуры горный хрусталь будет таять, но этого не случилось. У горного хрусталя есть и еще одна особенность: у него плоские грани, и он невероятно гладкий. Такого больше нигде не найдешь.