კრისტალების ქიმიური თვისებები. სხვადასხვა კრისტალური ფორმების ფორმირება

: a (100), o (111), d 110)

1.დიპირამიდები,იმათ. ფორმები, რომლებსაც აქვთ ძირებში დაკეცილი ორი პირამიდის ხასიათი. ასეთი დიპირამიდები განსხვავდებიან სახეების რაოდენობით და უწოდებენ იგივე, რაც მარტივი პირამიდები. მაგალითად, ორექვსკუთხა დიპირამიდა არის მარტივი ფორმა დაკეცილი 24 სახეებით და ეს სახეები ქმნიან ორ თორმეტგვერდ პირამიდას, რომლებიც დაკეცულნი არიან თავიანთ ფუძეებზე (ცხრილი 2, 14).

2. სკალენოჰედრადა ტრაპეზოედრები- მარტივი ფორმები, დიპირამიდების მსგავსი, მაგრამ გვერდითი ნეკნებით, რომლებიც არ დევს იმავე სიბრტყეში (ცხრილი 2, 32, 33 და 28-30).

3.რომბოედონი- მარტივი ფორმა, რომელიც შედგება ექვსი რომბისგან და წარმოადგენს დახრილ კუბს (ცხრილი. 2, 31).

4.ტეტრაედონი- მარტივი ფორმა დაკეცილი ოთხი სამკუთხა არაპარალელური სახეებით.

ამ შემთხვევაში, სამკუთხა სახის ფორმა შეიძლება იყოს სკალენური (რომბული ტეტრაედონი), ტოლგვერდა (ტეტრაგონალური ტეტრაედონი) და ტოლგვერდა (კუბური ან, სიტყვის ვიწრო გაგებით, ტეტრაედონი) (ცხრილი 2, 25-27).

მარტივი კუბური ფორმები ხასიათდება სივრცის სრული დახურვით (დახურული ფორმები). მათგან ყველაზე გავრცელებული

1.კუბი- ფორმა, რომელიც შედგება ექვსი კვადრატული სახისგან - სიმბოლო (100) (ცხრილი 2, 34).

2. ოქტაედონი- ფორმა, რომელიც შედგება. რვა ტოლგვერდა სამკუთხა სახე - სიმბოლო (111) (ცხრილი 2, 35).

3.რომბოდოდეკაედონი- ფორმა, რომელიც შედგება თორმეტი რომბის ფორმისგან - სიმბოლო (110) (ცხრილი 2, 39).

4.ტეტრაედონი- ფორმა, რომელიც შედგება ოთხი ტოლგვერდა სამკუთხა სახისგან - სიმბოლო (111) ან (111) (ცხრილი 2, SCH..

5.პენტაგონდოდეკაედონი- ფორმა, რომელიც შედგება თორმეტი ხუთკუთხა სახისგან. სიმბოლო (210) ან საერთოდ (ჰკო)(მაგიდა 2,40).

კრისტალიზაციის პირობებიდან გამომდინარე, თითოეულ კრისტალიზებელ ნივთიერებას შეუძლია მიიღოს მარტივი ფორმის ან კომბინაციის ფორმა, თუ ერთი მარტივი ფიგურის სახეების გარდა, ერთდროულად გამოჩნდება სხვა ან რამდენიმე სხვა მარტივი ფორმის სახეები.

იმის გათვალისწინებისას, თუ რა მარტივი ფორმებისგან შედგება მოცემული კომბინაცია, უნდა გავითვალისწინოთ, რომ კომბინაციის ნაწილია, ყოველი მარტივი ფორმის სახეებს აღარ აქვთ ისეთივე ტიპი, როგორიც მათ აქვთ, ქმნიან მხოლოდ ამას. მარტივი ფორმა. კოლიში და ერში შემავალი ყოველი მარტივი ფორმის დასახელების დადგენისას, ძალაუნებურად უნდა გაგრძელდეს ამ ფორმის ყველა კიდე, სანამ ისინი ერთმანეთს არ გადაკვეთენ. მხოლოდ მაშინ შეიძლება წარმოიდგინოთ, რა არის ეს განსაზღვრული მარტივი ფორმა.

ნახ. 12 ნაჩვენებია: ა- კუბისა და ოქტაედრის კომბინაცია, ბ- ოქტაედრისა და კუბის კომბინაცია, რომლის ძირითადი ფორმაა ოქტაედონი და ბოლოს, ვ- ოქტაედრის, კუბის და რომბის დოდეკედრის კომბინაცია.

ბროლის დალაგება მისი გარკვეული სიმეტრიის შედეგია. შიდა სტრუქტურა. აქედან გამომდინარეობს, რომ მხოლოდ ის სახეები, რომლებიც შეესაბამება მოცემულ კლასს ან სიმეტრიის ტიპს, შეიძლება გამოჩნდეს კრისტალზე.

ზემოაღნიშნულიდან ირკვევა, თუ რა დიდ როლს თამაშობს მინერალის კრისტალოგრაფიული ფორმის ცოდნა მის დიაგნოზში.

გარდა ამისა, ძალზე მნიშვნელოვანია, რომ ამა თუ იმ მარტივი ფორმის სახეების შეღავათიან განვითარებაზე ასევე გავლენას ახდენს კრისტალების წარმოქმნის გარე პირობები: ტემპერატურა, სხვა კომპონენტების კონცენტრაცია ხსნარში ან დნობაში, კრისტალიზაციის საშუალების მჟავე ან ტუტე რეაქცია. , გაგრილების სიჩქარე და ა.შ. აქედან გამომდინარეობს, რომ კონკრეტული მინერალის ტიპი ან გარეგნობა (მისი ჩვევა) ზოგჯერ შეიძლება ემსახურებოდეს კარგი კრიტერიუმიგარკვეული ანაბრის ფორმირების პირობები. ასეთი დასკვნების გაკეთების საშუალებას ტიპომორფული ეწოდება.

ასე, მაგალითად, (CaCO 3), კრისტალიზაცია კლასში L 3 3L 2 3РСტრიგონალური, შეიძლება ჰქონდეს სრულიად განსხვავებული გარეგნობა, ფორმირების პირობებიდან გამომდინარე: მას ასევე შეუძლია ძლიერად გაბრტყელებული რომბოედრონები (ცხრილი 2, 31) და რომბოედრონები უფრო წაგრძელებული არიან ღერძის გასწვრივ L"და ბოლოს, ძალიან წაგრძელებული სკალენოჰედრა (ცხრილი 2, 33).

კრისტალების გარეგნობაზე გარემოს გავლენის შესწავლა გენეტიკური მინერალოგიის ერთ-ერთი ყველაზე საინტერესო და მნიშვნელოვანი ამოცანაა, რაც შესაძლებელს ხდის გამოავლინოს კონკრეტული საბადოს მახასიათებლები, ხშირად დიდი რაოდენობით. პრაქტიკული მნიშვნელობა.

მეორე მაგალითი იქნება ფტორიტის კრისტალები (CaF 2). მაღალ ტემპერატურაზე ისინი წარმოიქმნება ოქტაედრების სახით (ცხრილი 2, ), და დაბალი ტემპერატურის პირობებში კრისტალიზაციის დროს კუბების სახით (ცხრილი 2, ).

ბრინჯი. 13. თაბაშირის კრისტალები.

ბუნებრივ პირობებში მუდმივად შეინიშნება კრისტალების შერწყმა. ამრიგად, კლდის ბროლის ან ამეთვისტოს დრუზები („ფუნჯები“) ძალიან ხშირად გვხვდება - კრისტალების ჯგუფები საერთო ფუძეზე (სურ. 28). დრუზენში კრისტალები ერთად იზრდებიან შემთხვევით მდგომარეობაში, ფორმირების პირობებიდან გამომდინარე. მაგრამ, გარდა შემთხვევითი აკრეციისა, შეინიშნება კრისტალების რეგულარული აკრეცია, რომლებსაც ტყუპებს უწოდებენ.

მიზეზი, რომელიც აიძულებს კრისტალურ სხეულს დაარსების მომენტიდან მიიღოს ტყუპების ფორმა, შეიძლება იყოსან კრისტალიზაციის პირობები, ან წნევის და ტემპერატურის ცვლილებები.

არსებობს ტყუპების ორი ძირითადი ტიპი: ურთიერთგაზრდილი ტყუპები, რომელთა მაგალითია ძალიან გავრცელებული თაბაშირის ტყუპები (სურ. 13).

ბრინჯი. 14. ფტორსპარის (ფტორიტის) გაღივების ტყუპი

ხშირად შეიმჩნევა სხვა ტიპის ტყუპები, ეგრეთ წოდებული აღმოცენების ტყუპები. ამის მაგალითია ფტორსპარის ტყუპი ზრდა (სურ. 14), რომელშიც ორი კუბი, როგორც ჩანს, ერთმანეთს ტყუპის მდგომარეობაში ზრდიან, ხოლო ტყუპი სიბრტყე (შერწყმის სიბრტყე) არის რვაედრონის სიბრტყე.

ტყუპი შერწყმის გარეგანი სიმეტრია ყოველთვის განსხვავდება ცალკეული ინდივიდების სიმეტრიისგან, რომლებიც ქმნიან ამა თუ იმ შერწყმას, რადგან ტყუპის შერწყმა იწვევს სიმეტრიის ელემენტების გაჩენას, რომლებსაც ცალკეული ინდივიდები არ ფლობდნენ.

კრისტალების ოპტიკური თვისებები

როგორც ზემოთ აღინიშნა, კრისტალურ (ანიზოტროპულ) ნივთიერებებში, ამორფული (იზოტროპული)გან განსხვავებით, ფიზიკური და, შესაბამისად, ოპტიკური თვისებები არ არის იგივე სხვადასხვა მიმართულებით.

ნომერამდე ოპტიკური თვისებებიკრისტალები, მათი ანიზოტროპიის შედეგად, ასევე მოიცავს ორმაგ რეფრაქციას, რომელიცრომელიც პირველად აღმოაჩინა გამჭვირვალე კალციტის კრისტალებზე (ისლანდიური სპარი) დანიელმა მეცნიერმა ერასმუს ბარტოლინმა ჯერ კიდევ 1670 წელს.

ეს ფენომენი შემდეგია. თუ აიღებთ ისლანდიური სპარის გამჭვირვალე რომბოედრონს და დადებთ ქაღალდზე რაიმე წარწერით, ბროლის მეშვეობით გამოჩნდება ორი წარწერა, ერთი მეორის ზემოთ (სურ. 15) და ერთი წარწერის ასოები მეორეზე ნაკლებად ჩანს. რაც უფრო სქელია კრისტალი, მით უფრო სანახაობრივია ეს ფენომენი.

ბრინჯი. 15. ორმაგი შეფერხება ისლანდიურ სპარ კრისტალში

ეს გასაოცარი თვისება, რომელიც ასე ნათლად არის გამოხატული ისლანდიურ სპარში, ფაქტობრივად დამახასიათებელია გამჭვირვალე კრისტალების უმეტესობისთვის (გარდა კუბური კრისტალებისა), მაგრამ, როგორც წესი, გაცილებით ნაკლებად გამოხატულია. თუ ისლანდიური სპარის კრისტალს ქაღალდზე დადებთ, რომელსაც ფანქრით ან მელნით დამზადებული შავი წერტილი აქვს, ბროლის მეშვეობით ორი წერტილი გამოჩნდება. თუ თქვენ ახლა ატრიალებთ კრისტალს ქაღალდზე აღნიშნული წერტილის გარშემო, უფრო მკაფიო წერტილი დარჩება უმოძრაოდ, ხოლო მეორე, როგორც ბროლი ბრუნავს, აღწერს წრეს პირველის გარშემო. სინათლის თითოეული სხივი, რომელიც გადის ისლანდიის სპარის კრისტალში ჩვენს თვალში ამ ექსპერიმენტში იყოფა ორ სხივად, რომლებსაც უწოდებენ: ჩვეულებრივი სხივი (ჩვენს გამოცდილების სტაციონარული წერტილი) და არაჩვეულებრივი სხივი (წერტილი, რომელიც მოძრაობს კრისტალთან ერთად, როგორც ის ბრუნავს).

ამრიგად, ყოველი სხივი, რომელიც შედის ოპტიკურად ანისოტროპულ კრისტალში, იყოფა ორ სხივად, რომელიც მოდის. სხვადასხვა სიჩქარითდა პოლარიზებულია ორმხრივ პერპენდიკულარულ სიბრტყეში.

ეს ფენომენები აიხსნება იმით, რომ სინათლის ვიბრაციები, რომლებიც წარმოიქმნება ოპტიკურად ანისოტროპულ გარემოში ორი ურთიერთ პერპენდიკულარული მიმართულებით, ხვდება სხვადასხვა წინააღმდეგობას კრისტალში მათი მოძრაობის მიმართ. შედეგად, ორივე სხივი გაივლის კრისტალში სხვადასხვა სიჩქარით და, შესაბამისად, ექნება სხვადასხვა რეფრაქციული ინდექსი, რაც, როგორც

ბრინჯი. 16. პოლარიზებული მიკროსკოპი MP-2 რუსული ძვირფასი ქვების ქარხნიდან

ცნობილია, რომ იგი უკუპროპორციულია ნებისმიერ გარემოში გამავალი სინათლის სიჩქარისა. ამ ფენომენს ორმაგი რეფრაქცია ეწოდება და დამახასიათებელია ყველა კრისტალის სხვადასხვა ხარისხით, გარდა იმ კრისტალებისა, რომლებიც მიეკუთვნებიან კუბურ სისტემას და იქცევიან ოპტიკურად, როგორც იზოტროპული სხეულები.

ორმხრივი შეფერხების ფენომენი, ისევე როგორც კრისტალების სხვა ოპტიკური თვისებები, ფართოდ გამოიყენება პეტროგრაფიასა და მინერალოგიაში კვლევისთვის. მინერალოგიური შემადგენლობაქანები და აგრეგატები.

ამ კვლევის ყველაზე გავრცელებული ინსტრუმენტია პოლარიზებული მიკროსკოპი, რომელიც წარმოადგენს ერთ-ერთ ყველაზე მძლავრ იარაღს ქანებისა და მინერალების შესასწავლად (ნახ. 16). კვლევა ტარდება ან სწავლობს პატარა კრისფოლადის მარცვლები ან შესასწავლი წვრილი (0.03 მმ)წებოვანი კლდის ფირფიტები (თხელ მონაკვეთზე). გაუმჭვირვალე და მადნები ასევე შესწავლილია სპეციალური მიკროსკოპის გამოყენებით, რომელიც დაკვირვების საშუალებას იძლევა ნიმუშის გაპრიალებული ზედაპირიდან არეკლილი სინათლის გამოყენებით (დაფქვა).

კრისტალების წარმოქმნა

კრისტალების გამოჩენა დაკავშირებულია სივრცეში ნაწილაკების განლაგების მოწესრიგებასთან და ფორმირებასთან. ბროლის გისოსი.

როგორც კი კრისტალი წარმოიქმნება, ის არ რჩება უცვლელი. თუ მას აკრავს გარემო, რომელსაც შეუძლია იგივე ნივთიერების შემცველობა, მაშინ ის გაიზრდება ზომით - იზრდება ან, პირიქით, იშლება. პროცესის ერთი ან მეორე მიმართულება დამოკიდებული იქნება იმაზე, თუ რომელი საპირისპიროა პროცესები წავაუფრო სწრაფად. თუ ნაწილაკები იშლება კრისტალში მეტივიდრე მას შეუერთდეს, კრისტალი დაიშლება. თუ მასზე ნაწილაკები უფრო დიდი რაოდენობით მიემაგრება, ვიდრე მისგან იშლება, მაშინ კრისტალი გაიზრდება. ბუნებაში ზოგიერთი კრისტალები აღწევს გიგანტური ზომა. ამრიგად, ვოლინში 1945 წელს, კვარცის კრისტალი, რომლის წონაა 9 თ.მისი სიგრძე იყო დაახლოებით 2,7 მ,ხოლო სიგანე დაახლოებით 1.5 მ.ყველაზე ხშირად, კრისტალები წარმოიქმნება ცივი და ცხელი ხსნარებისგან. ბევრი კრისტალები წარმოიქმნება, როდესაც მდნარი მასები გაცივდება მაღალ ტემპერატურაზე. ნაკლებად ხშირად, კრისტალები წარმოიქმნება გაზებისგან (ყინვა, ამიაკის სეკრეცია ვულკანებში). ასევე ფართოდ არის გავრცელებული კრისტალების წარმოქმნა მყარ გარემოში - "პრეკრისტალიზაცია".

პატარა კოჭა, მაგრამ ძვირფასი

(წაიკითხეთ ტორიჩელის კვლევის შესახებ

შესანიშნავი ფრანგი მოაზროვნე, მწერალი და მეცნიერი ბლეზ პასკალი, ტორიჩელის თანამედროვე, გააცნობიერა, რომ ასეთი კომუნიკაციური გემების საფუძველზე ადვილი იყო ძლიერი "თხევადი" ამწე ან ჰიდრავლიკური პრესის შექმნა.

ამისათვის, ერთი საკომუნიკაციო მილის დიამეტრი უნდა გაკეთდეს ბევრად უფრო მცირე, ვიდრე მეორე. შემდეგ, მცირე მილზე დაყენებული შედარებით მცირე წნევის დახმარებით, შეგიძლიათ სითხის მძიმე მასა სხვა ჭურჭელში გადაიტანოთ!

პასკალის მიერ შემოთავაზებული პრინციპი საფუძვლად უდევს ყველაზე თანამედროვე ჰიდრავლიკურ მანქანებსა და აპარატებს, რომლებიც შესაძლებელს ხდის ძალიან მაღალი წნევის მიღებას, რაც აუცილებელია, კერძოდ, წყალბადის "იძულებითი" კომბინაციისთვის მეტალებთან.

ამრიგად, ჯერ კიდევ არ იცოდნენ სხეულების ატომური და მოლეკულური სტრუქტურა, წარსულის მეცნიერებმა აღმოაჩინეს ნივთიერებების ქცევის საოცარი თვისებები, რომელთა ახსნა მხოლოდ მე-20 საუკუნეში შეიძლებოდა...

მასალის მექანიკური თვისებების შესამოწმებლად რთული სტრუქტურები, დაჭიმულია ცხელ მდგომარეობაში.

მყარში ატომები ძლივს იცვლიან ადგილს, თუ, რა თქმა უნდა, არ გაცხელებთ მას. გათბობა მნიშვნელოვნად ზრდის ატომების მოძრაობის სიჩქარეს და დიაპაზონს წონასწორობის პოზიციებთან ახლოს. ზე მაღალი ტემპერატურამყარი შეიძლება დნება ან თუნდაც აორთქლდეს.

მყარი ნივთიერებების განსაკუთრებული ჯგუფია კრისტალები, სადაც ატომები განაწილებულია მკაცრი გეომეტრიული თანმიმდევრობით. ატომების რეგულარულ რიგებში, რიგებში მოწყობის და მათგან სხვადასხვა გეომეტრიული ფიგურების დალაგების მრავალი შესაძლებლობა არსებობს, თუმცა, როგორც რუსმა მეცნიერმა ე. ფედოროვის თეორიის შემდგომმა ტესტებმა აჩვენა, რომ ბუნებაში არ არსებობს სხვა სტაბილური კრისტალური სტრუქტურები, რომლებიც არ იწინასწარმეტყველა ფედოროვის მიერ.

კრისტალების შიდა სტრუქტურის მკაცრი პერიოდულობა თანამედროვე ტექნოლოგიებისთვის ძალიან სასარგებლო აღმოჩნდა.

კრისტალში შექმნილ თავისუფალ ელექტრონს ტემპერატურის ან სინათლის გავლენის ქვეშ შეუძლია გაიაროს ბევრად უფრო დიდი მანძილი, ვიდრე ჩვეულებრივი მყარი, რაც ძალიან მნიშვნელოვანია რადიოინჟინერიისთვის მოწყობილობების შექმნისას.

ბუნებაში არსებობს მრავალფეროვანი კრისტალები! ზამთრის დასაწყისში ბუჩქებსა და ხეებს შორის მოფენილი თოვლი ასევე შედგება პატარა კრისტალებისაგან.

სინათლე უფრო ღრმად აღწევს კრისტალში, ვიდრე მის მყარ სხეულში ქიმიური შემადგენლობა, მაგრამ შედგება მრავალი შემთხვევითი ატომური ჯგუფისგან, რომლებიც შემთხვევით განლაგებულია ერთმანეთთან მიმართებაში. და ეს თვისება ფართოდ გამოიყენება ოპტიკაში - საუკეთესო ლინზები და პრიზმები მზადდება, რა თქმა უნდა, კრისტალებისგან.

აღმოჩენილია კრისტალები, რომლებშიც ზეწოლის შემდეგ სხვადასხვა სახეზე წარმოიქმნება საპირისპირო ნიშნების ელექტრული მუხტები. და პირიქით - გავლის შემდეგ ელექტრო დენიამ კრისტალებს შეუძლიათ ძლიერად შეკუმშვა ან გაფართოება.

ასეთი საოცარი კრისტალები, ე.წ პიეზო კრისტალები, ახლა ფართოდ გამოიყენება ელექტრონულ ტექნოლოგიაში - ბოლოს და ბოლოს, ზეწოლაც კი ბგერითი ტალღაიწვევს მათში ელექტრული მუხტების გაჩენას და დენს, რომელთა ამოცნობა და მავთულის საშუალებით ადვილად გადაცემა შესაძლებელია...

კრისტალების თვისებები

ასეთი სასარგებლო კრისტალების თვისებების ღრმა შესწავლამ აჩვენა, რომ მათში შესაძლებელია ატომების საკმაოდ თავისუფალი მოძრაობა. უფრო მეტიც, კრისტალებში აღმოჩენილია სხვადასხვა ნაკლოვანებები, ბროლის გისოსების სწორი აგებულების დარღვევა, სიცარიელეები და ატომური ძვრები. ამ სტრუქტურული დარღვევების გამოყენებით, უცხო მინარევები, უცხო ლითონის ან აირის ჩანართები შეიძლება საკმაოდ ღრმად შეაღწიონ კრისტალში, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც ის მიიღება ორიგინალური ნივთიერების დნობის ან ხსნარისგან.

ამიტომ რეალური კრისტალების სიძლიერე ყველაზე ხშირად ათობით ან თუნდაც ასეულჯერ ნაკლებია, ვიდრე თეორიული გამოთვლების მიხედვით.

150-ჯერ გადიდებულმა ბროლის ულვაშებმა გრაფიტის, მინის და პოლიმერების ბოჭკოებით ნაქსოვი ახალი მასალების მიღება შესაძლებელი გახადა.

დაახლოებით ოცი წლის წინ, მსოფლიოს რამდენიმე ლაბორატორიაში, ფრთხილად მკვლევარებმა მიკროსკოპის ქვეშ აღმოაჩინეს, რომ პატარა „ანტენები“ სპონტანურად იზრდება მრავალი კრისტალის ზედაპირზე. მაგრამ ატომური მასშტაბით, ეს არის ცათამბჯენები, სადაც სიმაღლე ათობით და ასეულჯერ აღემატება ბაზის სიგანეს.

პაწაწინა ანტენების ფორმირება (ან, როგორც მათ ახლა უწოდებენ, ულვაშები) ხდება ატომების დახვეწილი მოძრაობების გამო კრისტალის ზედაპირის გასწვრივ. ყოველივე ამის შემდეგ, ზედაპირული ატომები ელექტრონულ ბმებთან არის ჩახლართული მხოლოდ ერთ მხარეს - ბროლის სიღრმიდან და ეს ზოგჯერ აძლევს მათ შესაძლებლობას დაშორდნენ მეზობლებს და გადავიდნენ. ასეთი მოხეტიალე ატომები იწყებენ მიმაგრებას ზედაპირზე შემთხვევით გამონაყარზე და აკრავს მას. პროტრუზიის აღმავალი ზრდა ხდება, როგორც წესი, სპირალურად. იქმნება კოშკის კონუსი, რომელიც მოგვაგონებს ცისკენ მიმავალს ძეგლი IIIსაერთაშორისო, ხალხთა ძმობის სიმბოლო, რომლის დიზაინი შესრულდა ჩვენი საუკუნის ოციან წლებში გამოჩენილმა მხატვარმა და დიზაინერმა ვლადიმერ ტატლინმა ხელოვნება. პუშკინი მოსკოვში.

ზრდის საინტერესო მექანიზმი ანტენის კრისტალები, მაგრამ ყველაზე უჩვეულო აღმოჩნდა... მათში რაიმე დეფექტის სრული არარსებობა. პაწაწინა კრისტალების სიძლიერე ასჯერ აღემატებოდა იმ მასიური კრისტალების სიძლიერეს, რომლებზეც ისინი იზრდებოდნენ და სრულად შეესაბამებოდა თეორიულს.

მახსოვს, როდესაც, სამოციანი წლების დასაწყისში, ერთ-ერთ ჟურნალში გამოჩნდა ჩემი მიმოხილვა ულვაშის მსგავს ულვაშის კრისტალებზე მუშაობის შესახებ, ჩვენს ლაბორატორიაში უამრავი ვიზიტორი დაიწყო. ზოგს აინტერესებდა ახალი მასალების უნიკალური თვისებები, სხვები შეშფოთებულნი იყვნენ რადიო სქემებში კრისტალების "დაუგეგმავი" ზრდის შესაძლებლობით, სადაც ასეთმა ღეროებმა შეიძლება გამოიწვიოს ელექტრონული მოწყობილობების უეცარი უკმარისობა.

ულვაშის კრისტალების აღმოჩენამ დიდი სიხარული მოუტანა ყველას, ვისაც სჭირდება ძლიერი და მსუბუქი სტრუქტურული მასალები. ძაფის მსგავსი კრისტალების ქსოვა დაიწყეს პოლიმერულ ბოჭკოებად და ლითონებთან შერწყმა, რათა გამოეღოთ უპრეცედენტო სიმტკიცის და გამძლეობის თოკები, ლენტები და მილები.

კრისტალები ბუნების ერთ-ერთი ყველაზე ლამაზი და იდუმალი ქმნილებაა. ახლა ძნელია დაასახელო ის შორეული წელი კაცობრიობის განვითარების გარიჟრაჟზე, როდესაც ჩვენი წინაპრის ყურადღებიანი მზერა დედამიწის კლდეებს შორის აღმოაჩინა პატარა მბზინავი ქვები, რთული გეომეტრიული ფიგურების მსგავსი, რომლებიც მალევე დაიწყეს ძვირფასი სამკაულების ფუნქცია.

გავა რამდენიმე ათასი წელი და ხალხი მიხვდება, რომ ბუნებრივი ძვირფასი ქვების სილამაზესთან ერთად მათ ცხოვრებაში კრისტალებიც შემოვიდა.

კრისტალები ყველგან გვხვდება. ჩვენ დავდივართ კრისტალებზე, ვაშენებთ კრისტალებით, ვამუშავებთ კრისტალებს, ვზრდით კრისტალებს ლაბორატორიაში, ვქმნით მოწყობილობებს, ფართოდ ვიყენებთ კრისტალებს მეცნიერებასა და ტექნოლოგიაში, ვმკურნალობთ კრისტალებით, ვპოულობთ მათ ცოცხალ ორგანიზმებში, შევდივართ კრისტალების სტრუქტურის საიდუმლოებებში.

დედამიწაზე ნაპოვნი კრისტალები უსაზღვროდ მრავალფეროვანია. ბუნებრივი პოლიედრების ზომები ზოგჯერ აღწევს ადამიანის სიმაღლეს ან მეტს. არის ქაღალდზე თხელი ფურცლების კრისტალები და რამდენიმე მეტრის სისქის ბროლის ფენები. არის კრისტალები, რომლებიც პატარაა, ვიწრო, ბასრი, ნემსებივით და არის უზარმაზარი, სვეტებივით. ესპანეთის ზოგიერთ რაიონში, ასეთი ბროლის სვეტები დამონტაჟებულია კარიბჭეებისთვის. სანქტ-პეტერბურგის სამთო ინსტიტუტის მუზეუმში განთავსებულია კლდის ბროლის კრისტალი (კვარცი) მეტრზე მეტი სიმაღლისა და ტონაზე მეტი წონის. ბევრი კრისტალი იდეალურად სუფთა და გამჭვირვალეა, როგორც წყალი.

ყინულისა და თოვლის კრისტალები

გაყინული წყლის კრისტალები, ანუ ყინული და თოვლი, ყველასთვის ცნობილია. ეს კრისტალები თითქმის ექვსი თვის განმავლობაში ფარავს დედამიწის უზარმაზარ სივრცეს, დევს მთების მწვერვალებზე და მყინვარებში სრიალებს მათგან და აისბერგებივით ცურავს ოკეანეებში. მდინარის ყინულის საფარი, მყინვარის მასივი ან აისბერგი, რა თქმა უნდა, არ არის ერთი დიდი კრისტალი. ყინულის მკვრივი მასა ჩვეულებრივ პოლიკრისტალურია, ანუ შედგება მრავალი ცალკეული კრისტალებისაგან; თქვენ ყოველთვის ვერ განასხვავებთ მათ, რადგან ისინი პატარები არიან და ყველა ერთად გაიზარდნენ. ზოგჯერ ეს კრისტალები შეიძლება გამოირჩეოდეს ყინულის დნობით. ყინულის თითოეული კრისტალი, თითოეული ფიფქი მყიფე და პატარაა. ხშირად ამბობენ, რომ თოვლი ბუმბულივით ცვივა. მაგრამ ეს შედარებაც კი, შეიძლება ითქვას, ძალიან "მძიმეა": ფიფქი უფრო მსუბუქია ვიდრე ბუმბული. ათიათასობით ფიფქი ერთი პენის წონას შეადგენს. მაგრამ, შეერთება უზარმაზარი რაოდენობითთოვლის კრისტალებს ერთად შეუძლიათ მატარებლის შეჩერება და თოვლის გროვების ფორმირება.

ყინულის კრისტალებს შეუძლიათ თვითმფრინავის განადგურება რამდენიმე წუთში. ყინული, თვითმფრინავების საშინელი მტერი, ასევე ბროლის ზრდის შედეგია.

აქ საქმე გვაქვს სუპერგაციებული ორთქლისგან კრისტალების ზრდასთან. IN ზედა ფენებიატმოსფერო, წყლის ორთქლი ან წყლის წვეთები შეიძლება ინახებოდეს დიდი ხნის განმავლობაში ზეგაცივებულ მდგომარეობაში. ღრუბლებში ჰიპოთერმია -30-ს აღწევს. მაგრამ როგორც კი მფრინავი თვითმფრინავი იფეთქებს ამ სუპერგრილ ღრუბლებში, იწყება სწრაფი კრისტალიზაცია. მყისიერად, თვითმფრინავი იფარება სწრაფად მზარდი კრისტალების გროვით.

ძვირფასი ქვები

უძველესი დროიდან ადამიანის კულტურახალხი აფასებდა ძვირფასი ქვების სილამაზეს. ბრილიანტი, ლალი, საფირონი და ზურმუხტი ყველაზე ძვირადღირებული და საყვარელი ქვებია. მათ მოსდევს ალექსანდრიტი, ტოპაზი, კლდის ბროლი, ამეთვისტო, გრანიტი, აკვამარინი და პერიდოტი. ზეციური ლურჯი ფირუზი, დელიკატური მარგალიტი და მოლურჯო ოპალი ძალიან ფასდება.

სამკურნალო და სხვადასხვა ზებუნებრივ თვისებებს დიდი ხანია მიაწერენ ძვირფას ქვებს და მათთან მრავალი ლეგენდაა დაკავშირებული.

ძვირფასი ქვები ემსახურებოდა მთავრებისა და იმპერატორების სიმდიდრის საზომს.

მოსკოვის კრემლის მუზეუმებში შეგიძლიათ აღფრთოვანებულიყავით ძვირფასი ქვების მდიდარი კოლექციით, რომელიც ერთ დროს ეკუთვნოდა. სამეფო ოჯახიდა მდიდარი ადამიანების მცირე ჯგუფი. ცნობილია, რომ უფლისწული პოტიომკინის - ტაურიდის ქუდი ისე იყო მოჭედილი ბრილიანტებით და ამის გამო ის იმდენად მძიმე იყო, რომ პატრონს არ შეეძლო თავზე აეტანა ქუდი პრინცის უკან;

რუსული ალმასის ფონდის საგანძურს შორის არის მსოფლიოში ერთ-ერთი უდიდესი და ულამაზესი ბრილიანტი "შაჰი".

ბრილიანტი სპარსეთის შაჰმა გაუგზავნა რუსეთის მეფე ნიკოლოზ I-ს, როგორც გამოსასყიდი რუსეთის ელჩის ალექსანდრე სერგეევიჩ გრიბოედოვის, კომედიის "ვაი ჭკუის" ავტორის მკვლელობისთვის.

ჩვენი სამშობლო უფრო მდიდარია თვლებით, ვიდრე მსოფლიოს ნებისმიერ სხვა ქვეყანაში.

კრისტალები სამყაროში

დედამიწაზე არც ერთი ადგილი არ არის, სადაც კრისტალები არ იყოს. სხვა პლანეტებზე, შორეულ ვარსკვლავებზე, კრისტალები მუდმივად ჩნდებიან, იზრდებიან და ანადგურებენ.

კოსმოსურ უცხოპლანეტელებში - მეტეორიტებში, არის დედამიწაზე ცნობილი კრისტალები და არ არის ნაპოვნი დედამიწაზე. უზარმაზარ მეტეორიტში, რომელიც დაეცა 1947 წლის თებერვალში Შორეული აღმოსავლეთიაღმოაჩინეს ნიკელის რკინის კრისტალები რამდენიმე სანტიმეტრის სიგრძის, ხოლო ხმელეთის პირობებში ამ მინერალის ბუნებრივი კრისტალები იმდენად მცირეა, რომ მათი დანახვა მხოლოდ მიკროსკოპითაა შესაძლებელი.

2. კრისტალების აგებულება და თვისებები

2. 1 რა არის კრისტალები, ბროლის ფორმები

კრისტალები წარმოიქმნება საკმაოდ დაბალ ტემპერატურაზე, როდესაც თერმული მოძრაობა იმდენად ნელია, რომ არ ანადგურებს გარკვეულ სტრუქტურას. დამახასიათებელი თვისება მყარი მდგომარეობანივთიერება არის მისი ფორმის მუდმივობა. ეს ნიშნავს, რომ მისი შემადგენელი ნაწილაკები (ატომები, იონები, მოლეკულები) მყარად არის დაკავშირებული ერთმანეთთან და მათი თერმული მოძრაობა ხდება რხევების სახით ფიქსირებული წერტილების გარშემო, რომლებიც განსაზღვრავენ წონასწორობის მანძილს ნაწილაკებს შორის. წონასწორობის წერტილების ფარდობითი პოზიცია მთელ ნივთიერებაში უნდა უზრუნველყოფდეს მთელი სისტემის მინიმალურ ენერგიას, რაც რეალიზდება, როდესაც მათ აქვთ გარკვეული მოწესრიგებული განლაგება სივრცეში, ანუ კრისტალში.

კრისტალი, G. Wulf-ის განმარტებით, არის სხეული, რომელიც შემოიფარგლება, მისი შინაგანი თვისებების გამო, ბრტყელი ზედაპირით - სახეებით.

ნაწილაკების ფარდობითი ზომებიდან, რომლებიც ქმნიან კრისტალს და მათ შორის ქიმიური კავშირის ტიპს, კრისტალებს აქვთ განსხვავებული ფორმები, რომლებიც განისაზღვრება ნაწილაკების შეერთების გზით.

კრისტალების გეომეტრიული ფორმის მიხედვით არსებობს შემდეგი კრისტალური სისტემები:

1. კუბური (ბევრი ლითონი, ბრილიანტი, NaCl, KCl).

2. ექვსკუთხა (H2O, SiO2, NaNO3),

3. ტეტრაგონალი (S).

4. ორთორმბული (S, KNO3, K2SO4).

5. მონოკლინიკი (S, KClO3, Na2SO4*10H2O).

6. ტრიკლინიკი (K2C2O7, CuSO4*5 H2O).

2. 2 კრისტალების ფიზიკური თვისებები

ბროლისთვის ამ კლასისშეიძლება მიუთითოთ მისი თვისებების სიმეტრია. ამრიგად, კუბური კრისტალები იზოტროპულია სინათლის გავლის, ელექტრული და თბოგამტარობისა და თერმული გაფართოების მიმართ, მაგრამ ისინი ანისოტროპულია დრეკადობის მიმართ, ელექტრული თვისებები. დაბალი კრისტალური სისტემების ყველაზე ანიზოტროპული კრისტალები.

კრისტალების ყველა თვისება ურთიერთკავშირშია და განისაზღვრება ატომურ-კრისტალური სტრუქტურით, ატომებს შორის შემაკავშირებელი ძალებით და ელექტრონების ენერგეტიკული სპექტრით. ზოგიერთი თვისება, მაგალითად: ელექტრო, მაგნიტური და ოპტიკური, მნიშვნელოვნად არის დამოკიდებული ელექტრონების განაწილებაზე ენერგიის დონეებზე. კრისტალების მრავალი თვისება გადამწყვეტადდამოკიდებულია არა მხოლოდ სიმეტრიაზე, არამედ დეფექტების რაოდენობაზე (სიძლიერე, ელასტიურობა, ფერი და სხვა თვისებები).

იზოტროპია (ბერძნულიდან isos - თანაბარი, იდენტური და tropos - ბრუნვა, მიმართულება) არის საშუალო თვისებების დამოუკიდებლობა მიმართულებისგან.

ანისოტროპია (ბერძნულიდან anisos - არათანაბარი და tropos - მიმართულებიდან) არის ნივთიერების თვისებების დამოკიდებულება მიმართულებაზე.

კრისტალები დასახლებულია მრავალი სხვადასხვა დეფექტით. როგორც ჩანს, დეფექტები აცოცხლებს კრისტალს. დეფექტების არსებობის წყალობით, კრისტალი აღმოაჩენს „მეხსიერებას“ იმ მოვლენების შესახებ, რომლებშიც იგი გახდა ან იყო მონაწილე, კრისტალს ეხმარება „მოერგოს“ თავის გარემოს. დეფექტები ხარისხობრივად ცვლის კრისტალების თვისებებს. ძალიან მცირე რაოდენობითაც კი, დეფექტები დიდ გავლენას ახდენს მათზე ფიზიკური თვისებები, რომლებიც მთლიანად ან თითქმის არ არის იდეალურ კრისტალში, როგორც წესი, როგორც „ენერგიულად ხელსაყრელი“, დეფექტები ქმნიან გაზრდილი ფიზიკური და ქიმიური აქტივობის სფეროებს მათ გარშემო.

3. მზარდი კრისტალები

კრისტალების გაშენება არის მომხიბლავი საქმიანობა და, ალბათ, ყველაზე მარტივი, ყველაზე ხელმისაწვდომი და იაფი დამწყები ქიმიკოსებისთვის და ყველაზე უსაფრთხო ტუბერკულოზის თვალსაზრისით. შესრულებისთვის ფრთხილად მომზადება აძლიერებს თქვენს უნარებს ნივთიერებების ფრთხილად დამუშავებისა და სამუშაო გეგმის სწორად ორგანიზების უნარში.

ბროლის ზრდა შეიძლება დაიყოს ორ ჯგუფად.

3. 1 კრისტალების ბუნებრივი წარმოქმნა ბუნებაში

ბუნებაში კრისტალების წარმოქმნა (კრისტალების ბუნებრივი ზრდა).

ყველა 95%-ზე მეტი კლდეები, რომლისგანაც იგი შედგება დედამიწის ქერქი, წარმოიქმნება მაგმის კრისტალიზაციის დროს. მაგმა მრავალი ნივთიერების ნაზავია. ყველა ეს ნივთიერება სხვადასხვა ტემპერატურაკრისტალიზაცია. ამიტომ, გაციებისას, მაგმა იყოფა ნაწილებად: პირველი, ვინც ჩნდება მაგმაში და იწყებს ზრდას, არის ნივთიერების კრისტალები უმაღლესი კრისტალიზაციის ტემპერატურის მქონე.

კრისტალები ასევე წარმოიქმნება მარილის ტბებში. ზაფხულში ტბების წყალი სწრაფად აორთქლდება და მისგან მარილის კრისტალები ცვენას იწყებს. ასტრახანის სტეპში მდებარე ბასკუნჩაკის ტბა მხოლოდ 400 წლის განმავლობაში ბევრ სახელმწიფოს მარილის მიწოდებას შეეძლო.

ზოგიერთი ცხოველური ორგანიზმი არის კრისტალების "ქარხნები". მარჯნები ქმნიან კირის კარბონატის მიკროსკოპული კრისტალებისგან დამზადებულ მთელ კუნძულებს.

მარგალიტის ძვირფასი ქვა ასევე მზადდება მარგალიტის ხამანწკის მოლუსკის მიერ წარმოებული კრისტალებისგან.

ნაღვლის ბუშტის ქვები ღვიძლში, თირკმელებში და შარდის ბუშტში ქვები, რომლებიც ადამიანებში სერიოზულ დაავადებას იწვევს, არის კრისტალები.

3. 2 ხელოვნური ბროლის ზრდა

კრისტალების ხელოვნური ზრდა (კრისტალების გაზრდა ლაბორატორიებში, ქარხნებში).

კრისტალების გაზრდა ფიზიკური და ქიმიური პროცესია.

ნივთიერებების ხსნადობა სხვადასხვა გამხსნელებში შეიძლება მივაწეროთ ფიზიკურ მოვლენებს, ვინაიდან ბროლის ბადე განადგურებულია და სითბო შეიწოვება (ეგზოთერმული პროცესი).

ასევე ხდება ქიმიური პროცესი - ჰიდროლიზი (მარილების რეაქცია წყალთან).

ნივთიერების არჩევისას მნიშვნელოვანია გავითვალისწინოთ შემდეგი ფაქტები:

1. ნივთიერება არ უნდა იყოს ტოქსიკური

2. ნივთიერება უნდა იყოს სტაბილური და საკმარისად ქიმიურად სუფთა

3. ნივთიერების ხელმისაწვდომ გამხსნელში დაშლის უნარი

4. მიღებული კრისტალები უნდა იყოს სტაბილური

კრისტალების ზრდის რამდენიმე მეთოდი არსებობს.

1. ზეგაჯერებული ხსნარების მომზადება შემდგომი კრისტალიზაციით ღია ჭურჭელში (ყველაზე გავრცელებული ტექნიკა) ან დახურულ. დახურული არის სამრეწველო მეთოდი, რომელიც იყენებს უზარმაზარ მინის ჭურჭელს წყლის აბაზანის სიმულაციის მქონე თერმოსტატით. ჭურჭელი შეიცავს ხსნარს მზა თესლით და ყოველ 2 დღეში ტემპერატურა მცირდება 0,1 C-ით ეს მეთოდი საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ ტექნოლოგიურად სწორი და სუფთა ერთკრისტალები. მაგრამ ეს მოითხოვს ენერგიის მაღალ ხარჯებს და ძვირადღირებულ აღჭურვილობას.

2. აორთქლება გაჯერებული ხსნარიღია მეთოდი, როდესაც გამხსნელის თანდათანობითი აორთქლება, მაგალითად, თავისუფლად დახურული ჭურჭლიდან მარილის ხსნარით, შეიძლება სპონტანურად წარმოქმნას კრისტალები. დახურული მეთოდიგულისხმობს გაჯერებული ხსნარის შენახვას დეზიკატორში ძლიერ საშრობ აგენტზე (ფოსფორის (V) ოქსიდი ან კონცენტრირებული გოგირდის მჟავა).

II. პრაქტიკული ნაწილი.

1. კრისტალების გაზრდა გაჯერებული ხსნარებიდან

კრისტალების ზრდის საფუძველი არის გაჯერებული ხსნარი.

აღჭურვილობა და მასალები: 500 მლ მინა, ფილტრის ქაღალდი, ადუღებული წყალი, კოვზი, ძაბრი, მარილები CuSO4 * 5H2O, K2CrO4 (კალიუმის ქრომატი), K2Cr2O4 (კალიუმის დიქრომატი), კალიუმის ალუმი, NiSO4 (ნიკელის სულფატი), ნაქლორიდი (ნაქლორიდი), C12H22O11 (შაქარი).

მარილის ხსნარის მოსამზადებლად აიღეთ სუფთა, კარგად გარეცხილი 500 მლ ჭიქა. დაასხით 300 მლ ცხელი (t=50-60C) ადუღებული წყალი. ჩაასხით ნივთიერება ჭიქაში მცირე ულუფებით, აურიეთ სანამ მთლიანად არ დაიშლება. როდესაც ხსნარი "გაჯერებულია", ანუ ნივთიერება რჩება ბოლოში, დაამატეთ მეტი ნივთიერება და დატოვეთ ხსნარი ოთახის ტემპერატურაზე ერთი დღის განმავლობაში. იმისათვის, რომ ხსნარში მტვერი არ მოხვდეს, დააფარეთ ჭიქა ფილტრის ქაღალდით. ხსნარი უნდა აღმოჩნდეს გამჭვირვალე, ჭარბი ნივთიერებით იშლება კრისტალების სახით შუშის ძირში.

მომზადებული ხსნარი გადაწურეთ ბროლის ნალექიდან და მოათავსეთ სითბოს მდგრად კოლბაში. მოათავსეთ იქ ცოტაოდენი ქიმიურად სუფთა ნივთიერება (ნალექი კრისტალები). გაათბეთ კოლბა წყლის აბაზანაში, სანამ მთლიანად არ დაიშლება. მიღებული ხსნარი გაათბეთ კიდევ 5 წუთის განმავლობაში t=60-70C ტემპერატურაზე, ჩაასხით სუფთა ჭიქაში, შემოახვიეთ პირსახოცში და დატოვეთ გასაცივებლად. ერთი დღის შემდეგ შუშის ძირში პატარა კრისტალები წარმოიქმნება.

2. პრეზენტაციის შექმნა „კრისტალები“

ვიღებთ მიღებულ კრისტალებს და ინტერნეტის გამოყენებით ვამზადებთ პრეზენტაციას და კრებულს „კრისტალები“.

კრისტალების გამოყენებით ნახატის დახატვა

კრისტალები ყოველთვის გამოირჩეოდა თავისი სილამაზით, რის გამოც მათ სამკაულად იყენებენ. ისინი ამშვენებს ტანსაცმელს, კერძებს და იარაღს. კრისტალები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნახატების შესაქმნელად. პეიზაჟი "მზის ჩასვლა" დავხატე. გაზრდილი კრისტალები გამოიყენებოდა როგორც მასალა ლანდშაფტის შესაქმნელად.

დასკვნა

ამ ნაშრომში აღწერილია მხოლოდ მცირე ნაწილი იმისა, რაც ამჟამად ცნობილია კრისტალების შესახებ, თუმცა, ამ ინფორმაციამ ასევე აჩვენა, თუ რამდენად არაჩვეულებრივი და იდუმალი კრისტალები არიან თავიანთი არსით.

ღრუბლებში, მთის მწვერვალებზე, ქვიშიან უდაბნოებში, ზღვებსა და ოკეანეებში, შიგნით სამეცნიერო ლაბორატორიები, მცენარეთა უჯრედებამდე, ცოცხალ და მკვდარ ორგანიზმებში - კრისტალებს ყველგან ვიპოვით.

მაგრამ იქნებ მატერიის კრისტალიზაცია ხდება მხოლოდ ჩვენს პლანეტაზე? არა, ჩვენ ახლა ვიცით, რომ სხვა პლანეტებზე და შორეულ ვარსკვლავებზე კრისტალები მუდმივად ჩნდებიან, იზრდებიან და ნადგურდებიან. მეტეორიტები, კოსმოსური მესინჯერები, ასევე შედგება კრისტალებისაგან და ზოგჯერ ისინი შეიცავს კრისტალურ ნივთიერებებს, რომლებიც დედამიწაზე არ არის ნაპოვნი.

კრისტალები ყველგანაა. ადამიანებს სჩვევიათ კრისტალების გამოყენება, მისგან სამკაულების დამზადება და მათით აღფრთოვანება. ახლა, როდესაც ხელოვნურად მზარდი კრისტალების მეთოდები შეისწავლეს, მათი ფარგლები გაფართოვდა და შესაძლოა მომავალში უახლესი ტექნოლოგიებიმიეკუთვნება კრისტალებს და კრისტალურ აგრეგატებს.

ლექცია 16

კრისტალების ფიზიკური თვისებები

ფიზიკა არის მყარი ნივთიერებების სტრუქტურისა და ფიზიკური თვისებების შესწავლა. მყარი. იგი ადგენს ფიზიკური თვისებების დამოკიდებულებას ნივთიერების ატომურ სტრუქტურაზე, შეიმუშავებს მეთოდებს ახალი კრისტალური მასალების მოპოვებისა და შესწავლის სპეციფიკური მახასიათებლებით.

კრისტალების ფიზიკური თვისებები განისაზღვრება:

1) ქიმიური ელემენტების ბუნება, რომლებიც ქმნიან კრისტალებს;

2) ქიმიური ბმის ტიპი;

3) სტრუქტურის გეომეტრიული ბუნება, ანუ ატომების შედარებითი განლაგება კრისტალურ სტრუქტურაში;

4) სტრუქტურის არასრულყოფილება, ანუ დეფექტების არსებობა.

მეორეს მხრივ, კრისტალების ფიზიკური თვისებების მიხედვით ჩვენ ჩვეულებრივ ვმსჯელობთ ქიმიური ბმის ტიპზე.

კრისტალების სიძლიერე ყველაზე მარტივად შეიძლება შეფასდეს მათი მექანიკური და თერმული თვისებებით. რაც უფრო ძლიერია კრისტალი, მით მეტია მისი სიმტკიცე და უფრო მაღალია დნობის წერტილი. თუ შეისწავლით სიხისტის ცვლილებას შემადგენლობის ცვლილებით იმავე ტიპის ნივთიერებების სერიაში და შეადარებთ მიღებულ მონაცემებს დნობის ტემპერატურის შესაბამის მნიშვნელობებთან, შეგიძლიათ შეამჩნიოთ "პარალელიზმი" ამ თვისებების ცვლილებაში.

ნება მომეცით შეგახსენოთ, რომ ყველაზე მეტად დამახასიათებელი თვისებაკრისტალების ფიზიკური თვისებები არის მათი სიმეტრია და ანიზოტროპია. ანისოტროპული გარემო ხასიათდება გაზომილი თვისების დამოკიდებულებით გაზომვის მიმართულებაზე.

ჩვენ უკვე ვთქვით, რომ კრისტალური ქიმია მჭიდრო კავშირშია კრისტალოგრაფიასა და ფიზიკასთან. Ამიტომაც, ბროლის ფიზიკის მთავარი ამოცანა(კრისტალოგრაფიის ფილიალი, რომელიც სწავლობს კრისტალების ფიზიკურ თვისებებს) არის კრისტალების ფიზიკური თვისებების ნიმუშების შესწავლა მათ სტრუქტურაზე, ისევე როგორც ამ თვისებების დამოკიდებულებაზე. გარე გავლენები.

ნივთიერებების ფიზიკური თვისებები შეიძლება დაიყოს ორ ჯგუფად: სტრუქტურისადმი მგრძნობიარე და სტრუქტურისადმი მგრძნობიარე თვისებები. პირველი დამოკიდებულია კრისტალების ატომურ სტრუქტურაზე, მეორე ძირითადად ელექტრონულ სტრუქტურასა და ქიმიური ბმის ტიპზე. პირველის მაგალითია მექანიკური თვისებები (მასა, სიმკვრივე, სითბოს სიმძლავრე, დნობის წერტილი და ა.შ.), ამ უკანასკნელის მაგალითია თერმული და ელექტრული გამტარობა, ოპტიკური და სხვა თვისებები.

ამრიგად, ლითონების კარგი ელექტროგამტარობა, თავისუფალი ელექტრონების არსებობის გამო, შეინიშნება არა მხოლოდ კრისტალებში, არამედ გამდნარ ლითონებშიც.

ბმის იონური ბუნება გამოიხატება, კერძოდ, იმაში, რომ ბევრი მარილი, მაგალითად, ჰალოიდები ტუტე ლითონებიიხსნება პოლარულ გამხსნელებში, იშლება იონებად. თუმცა, ხსნადობის ნაკლებობის ფაქტი ჯერ კიდევ არ შეიძლება გახდეს ნაერთში არაპოლარული ბმის არსებობის მტკიცებულება. ამრიგად, ოქსიდების შეკვრის ენერგია იმდენად დიდია ტუტე ჰალოიდების შეკავშირების ენერგიაზე, რომ წყლის დიელექტრიკული მუდმივი საკმარისი აღარ არის ბროლის იონების გამოსაყოფად.

გარდა ამისა, ზოგიერთ ნაერთს, ძირითადად ჰომეოპოლარული ტიპის ბმასთან, პოლარული გამხსნელის დიდი დიელექტრიკული მუდმივის გავლენის ქვეშ, შეუძლია ხსნარში იონებად დაშლა, თუმცა კრისტალურ მდგომარეობაში ისინი შეიძლება არ იყოს იონური ნაერთები (მაგალითად, HCl, HBr).

ჰეტეროდემულ კავშირებში ზოგიერთი თვისება, როგორიცაა კავშირების მექანიკური სიმტკიცე, დამოკიდებულია მხოლოდ ერთ (ყველაზე სუსტ) ტიპზე.

მაშასადამე, კრისტალი შეიძლება ჩაითვალოს, ერთი მხრივ, როგორც წყვეტილი (დისკრეტული) საშუალება. მეორეს მხრივ, კრისტალური ნივთიერება შეიძლება ჩაითვალოს უწყვეტი ანიზოტროპული გარემო. ამ შემთხვევაში, ფიზიკური თვისებები, რომლებიც ჩნდება გარკვეული მიმართულებით, არ არის დამოკიდებული თარგმანებზე. ეს შესაძლებელს ხდის ფიზიკური თვისებების სიმეტრიის აღწერას წერტილოვანი სიმეტრიის ჯგუფების გამოყენებით.

ბროლის სიმეტრიის აღწერისას ვითვალისწინებთ მხოლოდ გარეგნულ ფორმას, ანუ ვითვალისწინებთ სიმეტრიას. გეომეტრიული ფორმები. პ.კიურიმ აჩვენა, რომ აღწერილია მატერიალური ფიგურების სიმეტრია უსასრულო რიცხვიწერტილოვანი ჯგუფები, რომლებიც ლიმიტში მიდრეკილია ადრე განხილული შვიდი ლიმიტის სიმეტრიის ჯგუფებისკენ (მბრუნავი კონუსის, ფიქსირებული კონუსის, მბრუნავი ცილინდრის, გრეხილი ცილინდრის, ფიქსირებული ცილინდრის, ბურთის ოჯახი ზედაპირზე მბრუნავი წერტილებით. , ფიქსირებული ბურთის ოჯახი).

ლიმიტი ქულების ჯგუფები - კიური ჯგუფები -უსასრულო რიგის ღერძების შემცველი წერტილოვანი ჯგუფები ეწოდება. არსებობს მხოლოდ შვიდი ლიმიტის ჯგუფი: ¥, ¥მმ, ¥/მ, ¥22, ¥/მმ, ¥/¥, ¥/¥მმ.

კავშირი ბროლის წერტილოვანი სიმეტრიის ჯგუფსა და მისი ფიზიკური თვისებების სიმეტრიას შორის ჩამოაყალიბა გერმანელმა ფიზიკოსმა ფ.ნეუმანმა: მასალა, მისი ფიზიკური თვისებების მიხედვით, ავლენს იმავე სახის სიმეტრიას, როგორც მისი კრისტალოგრაფიული ფორმა.ეს პოზიცია ცნობილია როგორც ნეუმანის პრინციპი.

ფ.ნემანის სტუდენტმა, გერმანელმა ფიზიკოსმა ვ.ვოიგტმა, მნიშვნელოვნად განმარტა ეს პრინციპი და ჩამოაყალიბა შემდეგნაირად: ნებისმიერი ფიზიკური თვისების სიმეტრიის ჯგუფი უნდა შეიცავდეს ბროლის წერტილის სიმეტრიის ჯგუფის ყველა ელემენტს.

განვიხილოთ კრისტალების ზოგიერთი ფიზიკური თვისება.

ბროლის სიმკვრივე.

ნივთიერების სიმკვრივე დამოკიდებულია კრისტალური სტრუქტურანივთიერება, მისი ქიმიური შემადგენლობა, ატომური შეფუთვის კოეფიციენტი, მისი შემადგენელი ნაწილაკების ვალენტობა და რადიუსი.

სიმკვრივე იცვლება ტემპერატურისა და წნევის ცვლილებით, რადგან ეს ფაქტორები იწვევს ნივთიერების გაფართოებას ან შეკუმშვას.

სიმკვრივის დამოკიდებულება სტრუქტურაზე შეიძლება გამოვლინდეს Al2SiO5-ის სამი მოდიფიკაციის მაგალითის გამოყენებით:

· ანდალუზიტი (r = 3,14 – 3,16 გ/სმ3);

· სილიმანიტი (r = 3,23 – 3,27 გ/სმ3);

· კიანიტი (r = 3,53 – 3,65 გ/სმ3).

კრისტალური სტრუქტურის შეფუთვის კოეფიციენტის მატებასთან ერთად, ნივთიერების სიმკვრივე იზრდება. მაგალითად, გრაფიტის ალმასში პოლიმორფული გადასვლის დროს ნახშირბადის ატომების კოორდინაციის რაოდენობის ცვლილებით 3-დან 4-მდე, სიმკვრივე შესაბამისად იზრდება 2,2-დან 3,5 გ/სმ3-მდე).

რეალური კრისტალების სიმკვრივე ჩვეულებრივ ნაკლებია გამოთვლილ სიმკვრივეზე (იდეალური კრისტალების) მათ სტრუქტურებში დეფექტების არსებობის გამო. ალმასის სიმკვრივე, მაგალითად, 2,7 – 3,7 გ/სმ3 მერყეობს. ამრიგად, კრისტალების რეალური სიმკვრივის შემცირებით, შეიძლება ვიმსჯელოთ მათი დეფექტის ხარისხზე.

სიმკვრივე ასევე იცვლება ნივთიერების ქიმიური შემადგენლობის ცვლილებით იზომორფული ჩანაცვლების დროს - იზომორფული სერიის ერთი წევრიდან მეორეზე გადასვლისას. მაგალითად, ოლივინის სერიაში (მგ, ფე2+ )2[ SiO4 ] სიმკვრივე იზრდება, როდესაც Mg2+ კათიონები იცვლება Fe2+-ით r = 3.22 გ/სმ3 ფორსტერიტისთვის მგ2 [ SiO4 ] მდე r = 4,39 გ/სმ3 ფაიალიტისთვის.

სიხისტე.

სიმტკიცე ეხება კრისტალის წინააღმდეგობის ხარისხს გარე გავლენის მიმართ.სიმტკიცე არ არის ფიზიკური მუდმივი. მისი ღირებულება დამოკიდებულია არა მხოლოდ შესასწავლ მასალაზე, არამედ გაზომვის პირობებზეც.

სიმტკიცე დამოკიდებულია:

· სტრუქტურის ტიპი;

შეფუთვის ფაქტორი ( სპეციფიკური სიმძიმე);

· ბროლის წარმომქმნელი იონების მუხტი.

მაგალითად, CaCO3-ის პოლიმორფებს - კალციტს და არაგონიტს - აქვთ შესაბამისად 3 და 4 სიმკვრივე და გამოირჩევიან მათი სტრუქტურების სხვადასხვა სიმკვრივით:

· კალციტის სტრუქტურისთვის CSFa = 6 - r = 2.72;

· არაგონიტის სტრუქტურისთვის CSFa = 9 - r = 2,94 გ/სმ3).

იდენტური აგებულების კრისტალების სერიაში სიხისტე იზრდება მუხტების მატებასთან და კათიონების ზომების შემცირებით. საკმაოდ დიდი ანიონების სტრუქტურებში არსებობა, როგორიცაა F-, OH- და H2O მოლეკულები, ამცირებს სიმტკიცეს.

სხვადასხვა კრისტალური ფორმის სახეებს აქვთ სხვადასხვა რეტიკულური სიმკვრივე და განსხვავდება მათი სიმტკიცე. ამრიგად, ოქტაედრულ სახეებს (111), რომლებსაც აქვთ უფრო მაღალი რეტიკულური სიმკვრივე კუბის სახეებთან შედარებით (100), აქვთ ყველაზე დიდი სიმტკიცე ალმასის სტრუქტურაში.

დეფორმაციის უნარი.

ბროლის უნარი განიცადოს პლასტიკური დეფორმაცია, პირველ რიგში, განისაზღვრება მის სტრუქტურულ ელემენტებს შორის ქიმიური კავშირის ბუნებით.

Კოვალენტური ბმა, რომელსაც აქვს მკაცრი მიმართულება, მკვეთრად სუსტდება ატომების ერთმანეთთან შედარებით უმნიშვნელო გადაადგილებითაც კი. ამიტომ კოვალენტური ტიპის ბმის მქონე კრისტალები (Sb, Bi, As, se და სხვ.) არ ამჟღავნებენ პლასტიკური დეფორმაციის უნარს.

ლითონის კავშირიარ აქვს მიმართულების ხასიათი და სუსტად იცვლება ატომების ერთმანეთის მიმართ გადაადგილებისას. ეს განსაზღვრავს მაღალი ხარისხილითონების პლასტიურობა (მოქნილობა). ყველაზე ელასტიური ლითონებია ის ლითონები, რომელთა სტრუქტურები აგებულია კუბური შეფუთვის კანონის მიხედვით, რომელსაც აქვს მჭიდროდ შეფუთული ფენების ოთხი მიმართულება. ნაკლებად მოქნილი ლითონები ექვსკუთხა მჭიდრო შეფუთვით - მკვრივი ფენების ერთი მიმართულებით. ამრიგად, რკინის პოლიმორფულ მოდიფიკაციებს შორის, a-Fe და b-Fe-ს თითქმის არ გააჩნიათ ელასტიურობა (ტიპი I გისოსი), ხოლო g-Fe კუბური დახურვით (სახეზე ორიენტირებული კუბური გისოსებით) არის ელასტიური ლითონი, როგორიცაა Cu, Pt, აუ, აგ და ა.შ.

იონური ბმაარ აქვს მიმართულების ხასიათი. ამიტომ, ტიპიური იონური კრისტალები (NaCl, CaF2, CaTe და ა.შ.) ისეთივე მყიფეა, როგორც კრისტალები კოვალენტური ბმა. მაგრამ ამავე დროს, მათ აქვთ საკმაოდ მაღალი პლასტიურობა. მათში სრიალი ხდება გარკვეული კრისტალოგრაფიული მიმართულებების გასწვრივ. ეს აიხსნება იმით, რომ ბროლის სტრუქტურაში შეიძლება განვასხვავოთ (110) ქსელები, რომლებიც წარმოიქმნება მხოლოდ Na+ იონებით ან Cl- იონებით. პლასტიკური დეფორმაციის დროს ერთი ბრტყელი ბადე მეზობელთან შედარებით ისე მოძრაობს, რომ Na+ იონები სრიალებენ Cl- იონების გასწვრივ. მეზობელ ქსელებში იონების მუხტების განსხვავება ხელს უშლის რღვევას და ისინი რჩებიან თავდაპირველი პოზიციის პარალელურად. ამ ფენების გასწვრივ სრიალი ხდება მინიმალური დარღვევაატომების განლაგებაში და არის ყველაზე მსუბუქი.

კრისტალების თერმული თვისებები.

თბოგამტარობა მჭიდროდ არის დაკავშირებული სიმეტრიასთან. ეს ყველაზე ნათლად შეიძლება გამოვლინდეს შემდეგ ექსპერიმენტში. მოდით დავფაროთ სამი კრისტალის სახე პარაფინის თხელი ფენით: კუბი, ექვსკუთხა პრიზმა, მარჯვენა პარალელეპიპედი. თხელი ცხელი ნემსის წვერით ვეხებით ამ კრისტალების თითოეულ სახეს. დნობის ლაქების მონახაზებიდან გამომდინარე, შეიძლება ვიმსჯელოთ სითბოს გავრცელების სიჩქარეზე სახეების სიბრტყეებზე სხვადასხვა მიმართულებით.

კუბურ კრისტალზე დნობის ლაქების კონტურებს ყველა სახეზე ექნება წრის ფორმა, რაც მიუთითებს სითბოს გავრცელების ერთსა და იმავე სიჩქარეზე ყველა მიმართულებით ცხელ ნემსთან შეხების წერტილიდან. კუბური ბროლის ყველა სახეზე წრეების იდეაში ლაქების ფორმა დაკავშირებულია მის სიმეტრიასთან.

ექვსკუთხა პრიზმის ზედა და ქვედა სახეებზე ლაქების ფორმას ასევე ექნება წრის ფორმა (სითბოს გავრცელების სიჩქარე საშუალო კატეგორიის ბროლის მთავარ ღერძზე პერპენდიკულარულ სიბრტყეში ერთნაირია ყველა მიმართულებით). ექვსკუთხა პრიზმის სახეებზე, დნობის ლაქებს ექნებათ ელიფსის ფორმა, რადგან მე-2 რიგის ღერძები ამ სახეების პერპენდიკულარულად გადის.

მარჯვენა პარალელეპიპედის ყველა სახეზე (ორთოგონალური სისტემის კრისტალი) დნობის ლაქებს ექნებათ ელიფსის ფორმა, რადგან მე-2 რიგის ღერძები გადის ამ სახეების პერპენდიკულარულად.

ამრიგად, სითბოს გავრცელების სიჩქარე ბროლის სხეულში პირდაპირ არის დამოკიდებული იმაზე, თუ რომელ წრფივ სიმეტრიულ ელემენტზე ვრცელდება იგი. კუბურ კრისტალებშისითბოს განაწილების ზედაპირს ექნება სფეროს ფორმა. შესაბამისად, თბოგამტარობასთან დაკავშირებით, კუბური კრისტალები იზოტროპულია, ანუ თანაბარი ყველა მიმართულებით. თბოგამტარობის ზედაპირი საშუალო კატეგორიის კრისტალებიგამოიხატება რევოლუციის ელიფსოიდით (მთავარი ღერძის პარალელურად). IN ყველაზე დაბალი კატეგორიის კრისტალებიდა ყველა თბოგამტარობის ზედაპირს აქვს ელიფსოიდის ფორმა.

თბოგამტარობის ანიზოტროპია მჭიდროდ არის დაკავშირებული სტრუქტურასთან კრისტალური ნივთიერება. ამრიგად, ყველაზე მკვრივი ატომური ქსელები და რიგები შეესაბამება დიდი ღირებულებებითბოგამტარობა. მაშასადამე, ფენოვან და ჯაჭვურ კრისტალებს დიდი განსხვავებები აქვთ თერმული გამტარობის მიმართულებებში.

თბოგამტარობა ასევე დამოკიდებულია ბროლის დეფექტურობის ხარისხზე - უფრო დეფექტური კრისტალებისთვის ის უფრო დაბალია, ვიდრე სინთეზურისთვის. ნივთიერებაში ამორფული მდგომარეობააქვს დაბალი თბოგამტარობა, ვიდრე იგივე შემადგენლობის კრისტალები. მაგალითად, კვარცის მინის თბოგამტარობა მნიშვნელოვნად დაბალია, ვიდრე კვარცის კრისტალების თბოგამტარობა. ამ ქონებაზე დაყრდნობით ფართო აპლიკაციაკვარცის მინის ჭურჭელი.

ოპტიკური თვისებები.

სპეციფიკური კრისტალური სტრუქტურის მქონე თითოეულ ნივთიერებას ახასიათებს უნიკალური ოპტიკური თვისებები. ოპტიკური თვისებები მჭიდროდ არის დაკავშირებული მყარი ნივთიერებების კრისტალურ სტრუქტურასთან და მის სიმეტრიასთან.

ოპტიკურ თვისებებთან დაკავშირებით, ყველა ნივთიერება შეიძლება დაიყოს ოპტიკურად იზოტროპულ და ანისოტროპულებად. პირველი მოიცავს ამორფულ სხეულებს და უმაღლესი კატეგორიის კრისტალებს, მეორე მოიცავს ყველა დანარჩენს. ოპტიკურად იზოტროპულ მედიაში, სინათლის ტალღა, რომელიც წარმოადგენს განივი კომპლექტს ჰარმონიული ვიბრაციებიელექტრომაგნიტური ბუნება, ვრცელდება ერთი და იგივე სიჩქარით ყველა მიმართულებით. ამ შემთხვევაში, ელექტრული და მაგნიტური ველის სიძლიერის ვექტორის რხევები ასევე ხდება ყველა შესაძლო მიმართულებით, მაგრამ სხივის მიმართულების პერპენდიკულარულ სიბრტყეში. მისი მიმართულებით სინათლის ენერგია გადადის. ამ სახის სინათლეს ე.წ ბუნებრივი ან არაპოლარიზებული(სურათი ა, ბ).

ოპტიკურად ანისოტროპულ მედიაში ტალღის გავრცელების სიჩქარე სხვადასხვა მიმართულებით შეიძლება იყოს განსხვავებული. გარკვეულ პირობებში ე.წ პოლარიზებული შუქი, რომლისთვისაც ელექტრული და მაგნიტური ველის ვექტორის ყველა რხევა ხდება მკაცრად განსაზღვრული მიმართულებით (სურათი c, d). ასეთების ქცევაზე პოლარიზებული შუქიკრისტალების ოპტიკური კვლევის ტექნიკა პოლარიზებული მიკროსკოპის გამოყენებით დაფუძნებულია კრისტალებზე.

სინათლის ორმხრივი შეფერხება კრისტალებში.

სწორხაზოვნად პოლარიზებული რხევის ურთიერთ პერპენდიკულარული სიბრტყეებით. სინათლის ორ პოლარიზებულ სხივად დაშლას უწოდებენ ორმხრივი შეფერხება ან ორმხრივი შეფერხება.

სინათლის ორმხრივი შეფერხება შეინიშნება ყველა სისტემის კრისტალებში, გარდა კუბურისა. ყველაზე დაბალი და საშუალო კატეგორიის კრისტალებში ორმხრივი შეფერხება ხდება ყველა მიმართულებით, გარდა ერთი ან ორი მიმართულებისა, ე.წ. ოპტიკური ღერძები.

ორმხრივი შეფერხების ფენომენი დაკავშირებულია კრისტალების ანიზოტროპიასთან. კრისტალების ოპტიკური ანიზოტროპია გამოიხატება იმით, რომ მათში სინათლის გავრცელების სიჩქარე განსხვავებულია სხვადასხვა მიმართულებით.

IN საშუალო კლასის კრისტალებიოპტიკური ანიზოტროპიის მრავალ მიმართულებას შორის არის ერთი მიმართულება - ოპტიკური ღერძი, ემთხვევა მე-3, მე-4, მე-6 რიგის სიმეტრიის ძირითად ღერძს. სინათლე მოძრაობს ამ მიმართულებით გაყოფის გარეშე.

IN ყველაზე დაბალი კატეგორიის კრისტალებიარსებობს ორი მიმართულება, რომლის გასწვრივ შუქი არ იშლება. ამ მიმართულებების პერპენდიკულარული ბროლის მონაკვეთები ემთხვევა ოპტიკურად იზოტროპულ მონაკვეთებს.

გავლენა სტრუქტურული მახასიათებლებიოპტიკურ თვისებებზე.

კრისტალურ სტრუქტურებში მჭიდროდ შეფუთული ატომების შრეებით, ფენაში ატომებს შორის მანძილი აღემატება მიმდებარე ფენებში მდებარე უახლოეს ატომებს შორის მანძილს. ასეთი დალაგება იწვევს ძაბვის ვექტორის უფრო მარტივ პოლარიზაციას ელექტრული ველისინათლის ტალღა იქნება ფენების სიბრტყის პარალელურად.

ელექტრული თვისებები.

ყველა ნივთიერება შეიძლება დაიყოს გამტარებად, ნახევარგამტარებად და დიელექტრიკად.

ზოგიერთი კრისტალები (დიელექტრიკები) პოლარიზებულია გარე გავლენის გავლენის ქვეშ. დიელექტრიკის პოლარიზაციის უნარი მათი ერთ-ერთი ფუნდამენტური თვისებაა. პოლარიზაცია არის პროცესი, რომელიც დაკავშირებულია დიელექტრიკულში ელექტრული დიპოლების შექმნასთან გარე ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ.

კრისტალოგრაფიასა და მყარი მდგომარეობის ფიზიკაში ფენომენები პიეზოელექტრობა და პიროელექტროენერგია.

პიეზოელექტრული ეფექტი -ზოგიერთი დიელექტრიკული კრისტალების პოლარიზაციის ცვლილება მექანიკური დეფორმაციის დროს. მიღებული მუხტების სიდიდე პროპორციულია გამოყენებული ძალის. მუხტის ნიშანი დამოკიდებულია ბროლის სტრუქტურის ტიპზე. პიეზოელექტრული ეფექტი ხდება მხოლოდ კრისტალებში, რომლებსაც არ აქვთ ინვერსიის ცენტრი, ანუ აქვთ პოლარული მიმართულებები. მაგალითად, კვარცის SiO2 კრისტალები, სფალერიტი (ZnS).

პიროელექტრული ეფექტი -ზოგიერთი კრისტალის ზედაპირზე ელექტრული მუხტების გამოჩენა, როდესაც ისინი გაცხელდებიან ან გაცივდებიან. პიროელექტრული ეფექტი ხდება მხოლოდ დიელექტრიკულ კრისტალებში ერთი პოლარული მიმართულებით, რომელთა საპირისპირო ბოლოები ვერ გაერთიანდება მოცემული სიმეტრიის ჯგუფის რაიმე მოქმედებით. ელექტრული მუხტების გამოჩენა შესაძლებელია მხოლოდ გარკვეულ დროს პოლარული მიმართულებები.ამ მიმართულებების პერპენდიკულარული სახეები იღებენ სხვადასხვა ნიშნის მუხტს: ერთი დადებითი და მეორე უარყოფითი. პიროელექტრული ეფექტი შეიძლება მოხდეს კრისტალებში, რომლებიც მიეკუთვნებიან პოლარული სიმეტრიის ერთ-ერთ კლასს: 1, 2, 3, 4, 6, m, mm2, 3m, 4mm, 6mm.

გეომეტრიული კრისტალოგრაფიიდან გამომდინარეობს, რომ სიმეტრიის ცენტრში გამავალი მიმართულებები არ შეიძლება იყოს პოლარული. მიმართულებებიც არ შეიძლება იყოს პოლარული. თვითმფრინავების პერპენდიკულარულისიმეტრია ან თანაბარი რიგის ღერძები.

პიროელექტროების კლასში ორი ქვეკლასი არსებობს. პირველი მოიცავს ხაზოვან პიროელექტროებს, რომლებშიც გარე ველში ელექტრული პოლარიზაცია ხაზობრივად დამოკიდებულია ელექტრული ველის სიძლიერეზე. მაგალითად, ტურმალინი NaMgAl3B3.Si6(O, OH)30.

მეორე ქვეკლასის კრისტალებს ფეროელექტრიკები ეწოდება. მათ აქვთ პოლარიზაციის დამოკიდებულება დაძაბულობაზე გარე ველიბუნებით არაწრფივია და პოლარიზება დამოკიდებულია გარე ველის სიდიდეზე. პოლარიზაციის არაწრფივი დამოკიდებულება ელექტრული ველის სიძლიერეზე ხასიათდება ჰისტერეზის მარყუჟით. ფეროელექტრიკის ეს თვისება ვარაუდობს, რომ ისინი ინარჩუნებენ ელექტრო პოლარიზაციას გარე ველის არარსებობის შემთხვევაში. ამის წყალობით, როშელის მარილის კრისტალები (აქედან გამომდინარე სახელწოდება ფეროელექტრიკა) საიმედო მცველები აღმოჩნდა. ელექტრული ენერგიადა ელექტრული სიგნალის ჩამწერები, რაც მათ საშუალებას აძლევს გამოიყენონ კომპიუტერის "მეხსიერების უჯრედებში".

მაგნიტური თვისებები.

ეს არის სხეულების უნარი, ურთიერთქმედონ მაგნიტურ ველთან, ანუ მაგნიტიზდნენ მაგნიტურ ველში მოთავსებისას. მაგნიტური მგრძნობელობის სიდიდიდან გამომდინარე, განასხვავებენ დიამაგნიტურ, პარამაგნიტურ, ფერომაგნიტურ და ანტიფერომაგნიტურ კრისტალებს.

ყველა ნივთიერების მაგნიტური თვისებები დამოკიდებულია არა მხოლოდ მათი კრისტალური სტრუქტურის მახასიათებლებზე, არამედ მათი შემადგენელი ატომების (იონების) ბუნებაზეც, ანუ განისაზღვრება მაგნეტიზმი. ელექტრონული სტრუქტურაჭურვები და ბირთვები, ასევე ორბიტალური მოძრაობაელექტრონები მათ გარშემო (მათი სპინებით).

როდესაც ატომი (იონი) შედის მაგნიტურ ველში, ის იცვლება კუთხური სიჩქარეელექტრონების მოძრაობა ორბიტაზე იმის გამო, რომ დამატებითი ბრუნვის მოძრაობა ედება ბირთვის გარშემო ელექტრონების საწყის ბრუნვის მოძრაობას, რის შედეგადაც ატომი იღებს დამატებით მაგნიტური მომენტი. უფრო მეტიც, თუ ატომში საპირისპირო სპინების მქონე ყველა ელექტრონი დაჯგუფებულია წყვილებად (სურათი A), მაშინ ელექტრონების მაგნიტური მომენტები კომპენსირებული აღმოჩნდება და მათი ჯამური მაგნიტური მომენტი იქნება. ნულის ტოლი. ასეთ ატომებს ეწოდება დიამაგნიტური, ხოლო მათგან შემდგარ ნივთიერებებს ეწოდება დიამაგნიტური მასალები. მაგალითად, ინერტული აირები, B ქვეჯგუფის ლითონები - Cu, Ag, Au, Zn, Cd, იონური კრისტალების უმეტესობა (NaCl, CaF2), აგრეთვე ნივთიერებები უპირატესი კოვალენტური ბმის მქონე - Bi, Sb, Ga, გრაფიტი. ფენიანი სტრუქტურების მქონე კრისტალებში, ფენაში მდებარე მიმართულებების მაგნიტური მგრძნობელობა მნიშვნელოვნად აღემატება პერპენდიკულარულ მიმართულებებს.

შევსებისას ელექტრონული ჭურვებიატომებში ელექტრონები, როგორც წესი, შეუწყვილებელია. აქედან გამომდინარე, არსებობს დიდი რაოდენობით ნივთიერებები, რომელთა ატომებში ელექტრონების მაგნიტური მომენტები შემთხვევით განლაგებულია და გარე არარსებობის შემთხვევაში. მაგნიტური ველიმაგნიტური მომენტების სპონტანური ორიენტაცია მათში არ ხდება (სურათი B). მთლიანი მაგნიტური მომენტი ელექტრონების გამო, რომლებიც არ არიან შეკრული წყვილებში და სუსტად ურთიერთობენ ერთმანეთთან, იქნება მუდმივი, დადებითი ან ოდნავ მეტი ვიდრე დიელექტრიკები. ასეთ ატომებს მაგნიტურს უწოდებენ, ნივთიერებებს კი პარამაგნიტური. როდესაც პარამაგნიტი შედის მაგნიტურ ველში, არასწორად ორიენტირებული ტრიალები შეიძენენ გარკვეულ ორიენტაციას, რის შედეგადაც შეინიშნება არაკომპენსირებული მაგნიტური მომენტების მოწესრიგების სამი ტიპი - სამი სახის ფენომენი: ფერომაგნეტიზმი (სურათი C), ანტიფერომაგნეტიზმი (სურათი D) და ფერომაგნეტიზმი (სურათი D).

ფერომაგნიტური თვისებებიფლობენ ნივთიერებებს, რომელთა ატომების (იონების) მაგნიტური მომენტები მიმართულია ერთმანეთის პარალელურად, რის შედეგადაც გარე მაგნიტური ველი შეიძლება მილიონჯერ გაძლიერდეს. ჯგუფის სახელს უკავშირდება რკინის ქვეჯგუფის ელემენტების არსებობა Fe, Ni, Co.

თუ მაგნიტური მომენტები ცალკეული ატომებიანტიპარალელური და ტოლია, მაშინ ატომების ჯამური მაგნიტური მომენტი არის ნული. ასეთ ნივთიერებებს ე.წ ანტიფერომაგნიტები.მათ შორისაა გარდამავალი ლითონის ოქსიდები - MnO, NiO, CoO, FeO, ბევრი ფტორიდი, ქლორიდი, სულფიდები, სელენიდები და ა.შ.

როდესაც ბროლის სტრუქტურის ატომების ანტიპარალელური მომენტები არათანაბარია, მთლიანი მომენტი გამოდის ნულისაგან განსხვავებული და ასეთ სტრუქტურებს აქვთ სპონტანური მაგნიტიზაცია. მათ აქვთ მსგავსი თვისებები ფერიტები(Fe3O4, ბროწეულის ჯგუფის მინერალები).

კრისტალების გისოსების სტრუქტურის თეორია შეიქმნა მე-19 საუკუნის შუა წლებში ფრანგმა კრისტალოგრაფმა ო. ბრავეისმა, შემდეგ კი რუსმა კრისტალოგრაფმა აკადემიკოსმა ე. კრისტალების გისოსების სტრუქტურის თეორიის შექმნისა და შემუშავებისას, ბრავეისი, ფედოროვი და სხვა კრისტალოგრაფები ემყარებოდნენ ექსკლუზიურად კრისტალური ნივთიერების ზოგიერთ მნიშვნელოვან თვისებას.

კრისტალების ძირითადი თვისებებია მათი ერთგვაროვნება, ანიზოტროპია, თვითგაჭრის უნარი და სიმეტრია.

ერთგვაროვანიჩვეულებრივ უწოდებენ სხეულს, რომელიც ავლენს ერთსა და იმავე თვისებებს მის ყველა ნაწილში. კრისტალური სხეული ერთგვაროვანია, რადგან მის სხვადასხვა ნაწილებს აქვთ ერთი და იგივე სტრუქტურა, ანუ შემადგენელი ნაწილაკების იგივე ორიენტაცია, რომლებიც მიეკუთვნებიან იმავე სივრცულ გისოსს. ბროლის ერთგვაროვნება უნდა განვასხვავოთ თხევადი ან აირის ერთგვაროვნებისაგან, რაც სტატისტიკური ხასიათისაა.

ანისოტროპულიარის ერთგვაროვანი სხეული, რომელსაც აქვს არათანაბარი თვისებები არაპარალელური მიმართულებით. კრისტალური სხეული ანიზოტროპულია, რადგან სივრცითი გისოსების სტრუქტურა და, შესაბამისად, თავად ბროლი, ზოგადად არათანაბარია არაპარალელური მიმართულებით. პარალელურად, კრისტალის შემადგენელი ნაწილაკები, ისევე როგორც მისი სივრცული გისოსის კვანძები, განლაგებულია მკაცრად ერთნაირად, ამიტომ ბროლის თვისებები ასეთ მიმართულებებში უნდა იყოს იგივე.

გამოხატული ანისოტროპიის ტიპიური მაგალითია მიკა, რომლის კრისტალები ადვილად იშლება მხოლოდ ერთი კონკრეტული მიმართულებით. ანისოტროპიის კიდევ ერთი ნათელი მაგალითია მინერალური კისტენი (AlOAl), რომლის კრისტალებს აქვთ გვერდითი სახეები, რომლებსაც აქვთ ძალიან განსხვავებული სიხისტის მნიშვნელობები გრძივი და განივი მიმართულებით. თუ კუბური ფორმის კლდის მარილის ბროლისგან ღეროებს სხვადასხვა მიმართულებით მოჭრით, მაშინ ამ ღეროების გასატეხად სხვადასხვა ძალა იქნება საჭირო. კუბის პირებზე პერპენდიკულარული ღერო გატყდება დაახლოებით 570 გ/მმ 2 ძალით; სახის დიაგონალების პარალელური ღეროსთვის გატეხვის ძალა იქნება 1150 გ/მმ 2, ხოლო კუბის მყარი დიაგონალის პარალელურად ღეროს გატეხვა მოხდება 2150 გ/მმ 2 ძალით.

მოყვანილი მაგალითები, რა თქმა უნდა, განსაკუთრებულია მათი სპეციფიკით. თუმცა, ზუსტმა კვლევამ დაადგინა, რომ აბსოლუტურად ყველა კრისტალი ამა თუ იმ გზით ანიზოტროპულია.

ამორფული სხეულები ასევე შეიძლება იყოს ერთგვაროვანი და, გარკვეულწილად, ანისოტროპული. მაგრამ არავითარ შემთხვევაში ამორფულმა ნივთიერებებმა არ შეიძლება მიიღონ პოლიედრების ფორმა. ჩამოყალიბებული სახით planar polyhedra შეიძლება მხოლოდ კრისტალური სხეულები. თვითშეზღუდვის უნარში, ანუ მიიღოს მრავალმხრივი ფორმა, ჩნდება კრისტალური ნივთიერების ყველაზე დამახასიათებელი გარეგანი თვისება.

კრისტალების რეგულარულმა გეომეტრიულმა ფორმამ დიდი ხნის განმავლობაში მიიპყრო ადამიანის ყურადღება და მის საიდუმლოებამ წარსულში ადამიანებში სხვადასხვა ცრურწმენა გამოიწვია. ისეთი ნივთიერებების კრისტალები, როგორიცაა ალმასი, ზურმუხტი, ლალი, საფირონი, ამეთვისტო, ტოპაზი, ფირუზი, ბროწეული და ა.შ., ჯერ კიდევ მე-18 საუკუნეში. ისინი ითვლებოდნენ ზებუნებრივი ძალების მატარებლებად და იყენებდნენ არა მხოლოდ როგორც ძვირფას სამკაულს, არამედ თილისმას ან მრავალი დაავადებისა და შხამიანი გველის ნაკბენის წამალს.

სინამდვილეში, თვითდაჭრის უნარი, ისევე როგორც პირველი ორი თვისება, არის კრისტალური ნივთიერების სწორი შიდა სტრუქტურის შედეგი. როგორც ჩანს, კრისტალების გარე საზღვრები ასახავს მათი შინაგანი სტრუქტურის ამ კანონზომიერებას, რადგან თითოეული კრისტალი შეიძლება ჩაითვალოს მისი სივრცული გისოსის ნაწილად, შეზღუდული სიბრტყეებით (სახეებით).

ამავდროულად, უნდა აღინიშნოს, რომ კრისტალური ნივთიერების თვითდაჭრის უნარი ყოველთვის არ ვლინდება, არამედ მხოლოდ განსაკუთრებით ხელსაყრელ პირობებში, როდესაც გარე გარემოარ ერევა კრისტალების წარმოქმნასა და თავისუფალ ზრდაში. ასეთი პირობების არარსებობის შემთხვევაში მიიღება სრულიად არარეგულარული ან ნაწილობრივ დეფორმირებული კრისტალები. ამის მიუხედავად, ისინი ინარჩუნებენ ყველა შინაგან თვისებას, მათ შორის იმ მიზეზებს, რომლებიც კრისტალებს აიძულებენ მიიღონ პოლიედრონის ფორმა. მაშასადამე, თუ არარეგულარული ფორმის კრისტალური მარცვალი მოთავსებულია გარკვეულ პირობებში, რომლებშიც კრისტალი თავისუფლად შეიძლება გაიზარდოს, მაშინ გარკვეული დროის შემდეგ იგი მიიღებს ამ ნივთიერების თანდაყოლილი პლანშეტური პოლიედრონის ფორმას.

კრისტალური სიმეტრიაასევე მათი ბუნებრივი შინაგანი სტრუქტურის ანარეკლია. ყველა კრისტალი ამა თუ იმ ხარისხით სიმეტრიულია, ანუ ისინი შედგება თანაბარი ნაწილების რეგულარულად განმეორებით, რადგან მათი სტრუქტურა გამოხატულია სივრცითი გისოსებით, რომელიც თავისი ბუნებით ყოველთვის სიმეტრიულია.

დიფრაქციის ფენომენის აღმოჩენა მიუნხენის ფიზიკოსის მ.ლაუეს მიერ 1912 წელს. რენტგენიკრისტალში მათი გავლის დროს იყო პირველი ექსპერიმენტული დადასტურება კრისტალური მატერიის გისოსების სტრუქტურის თეორიის სისწორის შესახებ. ამ მომენტიდან შესაძლებელი გახდა, ერთის მხრივ, რენტგენის შესწავლა კრისტალების გამოყენებით, ხოლო მეორე მხრივ, კრისტალების შიდა სტრუქტურის შესწავლა რენტგენის სხივების გამოყენებით. ამ გზით დადასტურდა, რომ აბსოლუტურად ყველა კრისტალი შედგება ნაწილაკებისგან, რომლებიც განლაგებულია ერთმანეთზე რეგულარულად, როგორც სივრცითი გისოსების კვანძები.

ლაუს ექსპერიმენტების შემდეგ, კრისტალების გისოსების სტრუქტურის თეორიამ შეწყვიტა მხოლოდ სპეკულაციური კონსტრუქცია და კანონის სახე მიიღო.