Кристаллы

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «Кристалл»)
Перейти к навигации Перейти к поиску
Друза кристаллов кварца

Криста́ллы (от греч. κρύσταλλος первоначально — «лёд», в дальнейшем — «горный хрусталь; кристалл») — твёрдые тела, в которых частицы (атомы и молекулы) расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку — кристаллическую решётку.

Кристаллы — твёрдые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников, основанную на их внутренней структуре, то есть на одном из нескольких определённых регулярных расположений составляющих вещество частиц (атомов, молекул, ионов).

Современное определение кристалла дано Международным союзом кристаллографов: материал представляет собой кристалл, если он имеет преимущественно острую дифракционную картину[1].

В 2000 году самые крупные природные кристаллы были обнаружены в Пещере кристаллов в шахтовом комплексе Найка, в мексиканском штате Чиуауа[2]. Некоторые из найденных там кристаллов гипса достигают 15 метров в длину, а в ширину — 1 метр. Известен своими гигантскими, метровыми, кристаллами сподумен[3]. В 1914 году было опубликовано сообщение, что в руднике Этта[en], Южная Дакота некогда был найден кристалл сподумена длиной 42 фута (12,8 м) и весом 90 тонн[4].

Морфология кристаллов[править | править код]

Морфология кристаллов — наука, изучающая как происходит развитие естественных граней кристалла, размещение этих граней в пространстве. Представляет собой отрасль кристаллографии.

Большинство природных кристаллов имеют гладкие кристаллические грани, в малогабаритных формах; грани кристаллов оптически плоские и обычно дают чёткие отражения окружения (как в оконном стекле). У больших кристаллов отражения бывают более размытыми и, следовательно, сами грани не идеально плоские.

Плоские грани у кристаллов свидетельствуют о правильности внутреннего расположения атомов, характеризующего кристаллическое состояние вещества.

Знание морфологии драгоценных материалов необходимо для распознания таких камней в необработанном состоянии, а также для лучшей огранки того или иного кристалла.

Кристаллическая структура[править | править код]

Кристаллическая структура — это расположение частиц (атомов, молекул, ионов) в кристалле. Будучи индивидуальной для каждого вещества, кристаллическая структура относится к основным физико-химическим свойствам этого вещества. Кристаллическую структуру с трёхмерной периодичностью называют кристаллической решёткой[5].

Кристаллическая решётка[править | править код]

Основная статья: Кристаллическая решётка

Составляющие данное твёрдое вещество частицы образуют кристаллическую решётку. Если кристаллические решётки стереометрически (пространственно) одинаковы или сходны (имеют одинаковую симметрию), то геометрическое различие между ними заключается, в частности, в разных расстояниях между частицами, занимающими узлы решётки. Сами расстояния между частицами называются параметрами решётки. Параметры решётки, а также углы геометрических многогранников определяются физическими методами структурного анализа, например, методами рентгеновского структурного анализа.

Часто твёрдые вещества образуют (в зависимости от условий) более чем одну форму кристаллической решётки; такие формы называются полиморфными модификациями. Например, среди простых веществ известны:

Виды кристаллов[править | править код]

Следует разделить идеальный и реальный кристаллы.

  • Идеальный кристалл является математическим объектом, лишённым любых дефектов строения, а также имеющим полную, свойственную ему симметрию, идеализированно ровные гладкие грани.
  • Реальный кристалл всегда содержит различные дефекты внутренней структуры решётки, искажения и неровности на гранях и имеет пониженную симметрию многогранника вследствие специфики условий роста, неоднородности питающей среды, повреждений и деформаций. Необязательно обладает кристаллографическими гранями и правильной формой, но у него сохраняется главное свойство — закономерное положение атомов в кристаллической решётке.

Анизотропия кристаллов[править | править код]

Многим кристаллам присуще свойство анизотропии, то есть зависимость их свойств от направления, тогда как в изотропных веществах (большинстве газов, жидкостей, аморфных твёрдых телах) или псевдоизотропных (поликристаллы) телах свойства от направлений не зависят. Процесс неупругого деформирования кристаллов всегда осуществляется по вполне определённым системам скольжения, то есть лишь по некоторым кристаллографическим плоскостям и лишь в некотором кристаллографическом направлении. В силу неоднородного и неодинакового развития деформации в различных участках кристаллической среды между этими участками возникает интенсивное взаимодействие через эволюцию полей микронапряжений.

В то же время существуют кристаллы, в которых анизотропия отсутствует.

В физике мартенситной неупругости накоплен богатый экспериментальный материал, особенно по вопросам эффектов памяти формы и пластичности превращения. Экспериментально доказано важнейшее положение кристаллофизики о преимущественном развитии неупругих деформаций почти исключительно посредством мартенситных реакций. Однако принципы построения физической теории мартенситной неупругости неясны. Аналогичная ситуация имеет место в случае деформации кристаллов механическим двойникованием.

Значительные успехи достигнуты в изучении дислокационной пластичности металлов. Здесь не только понятны основные структурно-физические механизмы реализации процессов неупругой деформации, но и созданы эффективные способы расчёта явлений.

Физические науки, изучающие кристаллы[править | править код]

Вообще, изучением свойств реальных кристаллов занимается огромная научная отрасль; достаточно сказать, что все полупроводниковые свойства некоторых кристаллов (на основе которых создаётся точная электроника и, в частности, компьютеры) возникают именно за счёт дефектов.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Crystal. Online Dictionary of Crystallography. International Union of Crystallography.
  2. В. Чернавцев. Гипсовое чудо света // «Вокруг света». — № 11, 2008, С. 16-22
  3. Литий // Энциклопедический словарь юного химика. 2-е изд. / Сост. В. А. Крицман, В. В. Станцо. — М.: Педагогика, 1990. — С. 136. — ISBN 5-7155-0292-6.
  4. Gigantic crystals of spodumene // Mineralogical Notes Series 3. — 1916. — С. 138.
  5. Кристаллическая структура // Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.
  6. Шафрановский И. И. Можно ли назвать Землю «большим кристаллом»? // газета «Горняцая правда». 1976. № 31. 9 ноября

Литература[править | править код]

  • Агафонов В. К. Краткое наставление для приготовленя моделей кристаллов // Программы и наставления для наблюдений и собирания коллекций по геологии, почвоведению, метеорологии, гидрологии, нивелировке, ботанике и зоологии, сельскому хозяйству и фотографии. [5-е изд.] СПб.: изд. Имп. СПб. О-ва Естествоисп. 1902. С. 30—35.
  • Зоркий П. М. Симметрия молекул и кристаллических структур. М.: изд-во МГУ, 1986. — 232 с.
  • Лихачёв В. А., Малинин В. Г. Структурно-аналитическая теория прочности. — СПб: Наука. — 471 с.
  • Савельев И. В. Курс общей физики. М.: Астрель, 2001. ISBN 5-17-004585-9.
  • Шаскольская М. П.. Кристаллы. М.: Наука, 1985. 208 с.
  • Шретер В., Лаутеншлегер К.-Х., Бибрак Х. и др. Химия: Справ. изд. М.: Химия, 1989.
  • Шубников А. В., Флинт Е. А., Бокий Г. Б., Основы кристаллографии, М.— Л., 1940.
  • Шаскольская М., Кристаллы, М., 1959; Костов И., Кристаллография, пер. с болг., М., 1965.
  • Банн Ч., Кристаллы, пер. с англ., М., 1970;
  • Най Дж., Физические свойства кристаллов и их описание при помощи тензоров и матриц, пер. с англ., 2 изд., М., 1967.
  • Чередов В. Н. Дефекты в синтетических кристаллах флюорита. СПб: Наука. — 1993. — 112 c.

Ссылки[править | править код]