Высказывания о кристаллах. Природные кристаллы - разновидности, свойства, добыча и применение

Турков Даниил

ПОЛНАЯ ПРЕЗЕНТАЦИЯ.

Ужасно интересно

Всё то, что не известно!!!

Сегодня речь пойдёт о

КРИСТАЛЛАХ

ГИПОТЕЗА: Кристалл- драгоценный камень.

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 КИСТАЛЛАМИ?

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.

Например, горный гранит содержит кристаллы таких минералов, как кварц, полевой шпат и слюда.

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.

ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ О КРИСТАЛЛАХ.

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 ринципе. 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. »

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Ужасно интересно Всё то, что не известно!!! Ученика 4 класса Алексинской средней школы: Туркова Даниила Классный руководитель: Исаева Елена Ивановна

Сегодня речь пойдёт о КРИСТАЛЛАХ ГИПОТЕЗА: Кристалл- драгоценный камень. 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. Цель: Найти опровержение тому, что кристаллы это только драгоценные камни

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 КИСТАЛЛАМИ? 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.

Например, горный гранит содержит кристаллы таких минералов, как кварц, полевой шпат и слюда. Кварц Полевой шпат Слюда

ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ О КРИСТАЛЛАХ 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. В 1914 году было опубликовано сообщение, что в руднике Этта, Южная Дакота, б ыл найден кристалл сподумена длиной 42 фута (12,8 м) и весом 90 тонн.

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

5 . 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. ‎

6 . 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.

ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ Вам понадобится: вода, соль, сахар, стаканчики, картон, палочки, краски.

Для изготовления кристаллов мне понадобились палочки, которые я предварительно намочил, обмакнул в соль/сахар и высушил в течении суток.

Приготовление раствора для изготовления кристаллов из сахара и соли. При нагреве соль/сахар лучше растворяются.

Я переливаю получившийся раствор по стаканчикам.

Заранее приготовленные палочки я аккуратно помещаю в приготовленные растворы. Картон на палочке необходим для предотвращения быстрого испарения жидкости.

Этап приготовления закончен. На неделю стаканчики убираем в тёплое/спокойное место

Это палочки с солью/сахаром в растворе спустя неделю.

ИТОГИ ЭКСПЕРИМЕНТА Кристалл из сахара получился удачно! Но вот кристалл из соли не вышел, но почему?

ИЗ-ЗА ЧЕГО У МЕНЯ НЕ ПОЛУЧИЛСЯ КРИСТАЛЛ ИЗ 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 .

Расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку - кристаллическую решётку .

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

Источники

Литература

Химия: Справ. изд./ В. Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др.: Пер. с нем. - М.: Химия, 1989.
Курс общей физики, книга 3, И. В. Савельев: Астрель, 2001, ISBN 5-17-004585-9
Кристаллы / М. П. Шаскольская , 208 с ил. 20 см, 2-е изд., испр. М. Наука 1985

См. также

Ссылки

Кристаллы минералов , Формы природного растворения кристаллов
Единственный с своём роде завод, производящий Кристаллы

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Смотреть что такое "Кристалл" в других словарях:

Кристалл (ПО, Смоленск) ОАО «Производственное объединение «Кристалл» Тип Открытое акционерное общество Год основания 1963 Расположение … Википедия

- (греч. krystallos, от krystaino замерзаю, и kryos холод). Твердое тело, ограниченное прямолинейными равными плоскостями, смыкающимися под известными углами. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. КРИСТАЛЛ… … Словарь иностранных слов русского языка

кристалл - а, м. cristal m., нем. Kristal <лат. crystallus <гр. krystallos лед. 1. Стекловидный минерал, имеющий форму естественного многогранника. Сл. 18. Примечания достойны были кремни, имеющия внутри пустоты наполненныя кристалями, из коих иные… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

Кристалл - (Енакиево,Украина) Категория отеля: Адрес: Проспект Горняков 15 а, Енакиево, 86405, Украина … Каталог отелей

- [κρύσταλλος (кристаллёс) лед, горный хрусталь] твердое тело, в котором элементарные частицы (атомы, ионы, молекулы) расположены закономерно по геометрическим законам пространственных гр. и… … Геологическая энциклопедия

Друза, кристаллит, кристаллик, вискер, микролит, периморфоза, рафид, хрусталь Словарь русских синонимов. кристалл см. хрусталь Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. М.: Русский язык. З. Е. Александрова … Словарь синонимов

кристалл - 1. Твердая композиция атомов ионов, молекул, существующая в трехмерном пространстве. 2. Такая форма частицы или части вещества, атомы которой распределены в одинаковом геометрическом порядке. Кристалл имеет оптические и другие свойства и растет… … Справочник технического переводчика

КРИСТАЛЛ, твердое вещество с определенным химическим составом, имеющее правильную геометрическую форму и постоянные углы между гранями. Структура кристаллов, например, обыкновенной соли, основывается на правильном трехмерном расположении атомов,… … Научно-технический энциклопедический словарь

Причудливые творения природы, часто завораживающие и притягивающие взгляд, украшающие короны королей. Бытует поверье, что некоторые из них обладают магической чудодейственной силой.

Представляем Вам интересные факты о кристаллах

В переводе с греческого, слово "кристалл" означал "лед". Однако позже кристалл приобрел и еще одно название - горный хрусталь. Ученные предполагали, что горный хрусталь будет таять при изменении температуры в высшую сторону. Однако, этого так и не произошло. Горный хрусталь наделен и еще одной особенностью - он очень гладкий и имеет плоские грани. Больше такого нигде не сыщешь.

В кристаллах все атомы расположены так, что бы из них образовывалась трехмерно-периодическая укладка. Таким образом, на поверхности мы видим кристаллическую решетку.

Самые крупные кристаллы существуют в Мексике, в двух пещерах. На глубине более 300 метров находятся кристаллы длинною в 10-15 м. Cостоят они из селенита - прозрачного гипса.

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

Кристаллы могут образовывать самые различные формы.

И, не смотря на это, внутренний рисунок кристалла имеет цикличность в произведении других. Это было доказано учеными.

Знаете ли вы, что некоторые природные минералы могут образовывать кристаллы? Вот только есть одна проблема, рассмотреть таковые можно лишь через увеличительное стекло.

Вода является самым основным "ингредиентом" для образования кристалла? Кристалл очень похож на обычную ледяную снежинку.

Существует, помимо естественного образования кристаллов, искусственные. На сегодняшний день люди, которые выращивают искусственные кристаллы зарабатывают огромные деньги. Ведь из "ненастоящих" делают такие драгоценные камни как сапфир и рубин. А это - миллионы, если не миллиарды.

Есть и представители самых больших и крошечных кристаллов. Хранятся они в Австрии в музее "Хрустальные миры". Самый крупный весит более 62 кг, его достоинство оценивается в 310 тыс карат. Крошечный же вариант кристалла в диаметре не достигает и одного сантиметра. Все они принадлежат к самой знаменитой нише "Сваровски" и занесены в книгу рекордов Гиннеса.

На сегодняшний день почти все кристаллы, которые существуют, выращивают искусственно. Таким образом получают именно то, что необходимо конечному потребителю. Производство кристаллов - один из самых дорогостоящих бизнесов. И красивых.

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.