Хрусталдарды жана асыл таштарды карап, бул сырдуу сулуулук кантип пайда болгонун, табияттын укмуштуудай керемет чыгармалары кантип жаралганын түшүнгүсү келет. Алардын касиеттери жөнүндө көбүрөөк билүү үчүн каалоо бар. Анткени, өзгөчө, табияттын эч бир жеринде кайталануучу кристалл түзүмү аларды бардык жерде колдонууга мүмкүндүк берет: зергерчиликтен баштап эң акыркы илимий жана техникалык ойлоп табууларга чейин.
Кристаллдык минералдарды изилдөө
Кристалдардын түзүлүшү жана касиеттери ушунчалык көп кырдуу болгондуктан, бул кубулуштарды изилдөө жана изилдөө менен өзүнчө илим, минералогия алектенет. Белгилүү орус академиги Александр Евгеньевич Ферсман кристаллдар дүйнөсүнүн көп түрдүүлүгүнө жана чексиздигине ушунчалык сугарылып, таң калгандыктан, бул тема менен мүмкүн болушунча көп адамдардын акылын өзүнө тартууга аракет кылган. «Көңүл ачуучу минералогия» аттуу китебинде ал шыктануу менен минералдардын сырлары менен таанышууга жана асыл таштар дүйнөсүнө сүңгүүгө үндөгөн:
Мен сени абдан каалаймтартуу. Мен силерди тоолорго жана карьерлерге, шахталарга жана кендерге кызыгып башташыңарды каалайм, ошондо сиз пайдалуу кендердин коллекциясын чогулта башташыңыз үчүн, биз менен алыскы шаардан, дарыянын агымына, ал жердеги жерлерге баргыңыз келет. бийик аскалуу жээктер, тоолордун чокуларына же таш талкаланган, кум казылган же руда жарылган аскалуу деңиз жээгине чейин. Ал жерде, бардык жерде сиз жана мен кыла турган бир нерсе табабыз: өлүк таштарда, кумдарда жана таштарда биз бүт дүйнөнү башкарган жана бүт дүйнө курулган табияттын улуу мыйзамдарын окуганды үйрөнөбүз.
Физика кристаллдарды изилдеп, ар кандай катуу дене кристалл экенин ырастайт. Химия кристаллдардын молекулалык түзүлүшүн изилдеп, кандайдыр бир металл кристаллдык түзүлүшкө ээ деген жыйынтыкка келет.
Кристаллдардын укмуштуудай касиеттерин изилдөө заманбап илимди, техниканы, курулуш индустриясын жана башка көптөгөн тармактарды өнүктүрүү үчүн зор мааниге ээ.
Кристалдардын негизги мыйзамдары
Кристалды карап жатканда адамдар биринчи байкаган нерсе - бул анын идеалдуу көп кырдуу формасы, бирок бул минералдын же металлдын негизги өзгөчөлүгү эмес.
Кристалл майда фрагменттерге бөлүнгөндө идеалдуу түрдө эч нерсе калбайт, бирок мурункудай кандайдыр бир фрагмент кристалл бойдон калат. Кристаллдын өзгөчөлүгү анын сырткы көрүнүшү эмес, анын ички түзүлүшүнүн мүнөздүү белгилери болуп саналат.
Симметриялуу
Кристалдарды изилдөөдө эстен чыгарбоо жана эске алуу керек болгон эң биринчи нерсе - бул көрүнүшсимметрия. Ал күнүмдүк турмушта кеңири таралган. Бабочканын канаттары симметриялуу, экиге бүктөлгөн кагаз бетиндеги тактын изи. Симметриялуу кар кристаллдары. Алты бурчтуу кар бүртүкчөсүндө алты симметрия тегиздиги бар. Кар бүртүгүнүн симметрия тегиздигин чагылдырган каалаган сызык боюнча сүрөттү ийип, анын эки жарымын бири-бири менен айкалыштыра аласыз.
Симметрия огу ушундай касиетке ээ, ал фигураны анын тегерегинде кандайдыр бир белгилүү бурчка айлантуу менен фигуранын ылайыктуу бөлүктөрүн бири-бири менен айкалыштырууга болот. Фигураны айландыруу керек болгон ылайыктуу бурчтун чоңдугуна жараша кристаллдарда 2, 3, 4 жана 6-тартиптеги октор аныкталат. Ошентип, кар бүртүкчөлөрүндө чийме тегиздигине перпендикуляр болгон алтынчы даражадагы симметриянын бир огу бар.
Симметрия борбору - фигуранын тегиздигиндеги ушундай чекит, андан бир эле аралыкта карама-каршы багытта фигуранын структуралык элементтери бирдей.
Ичинде эмне бар?
Кристаллдардын ички түзүлүшү – бул кристаллдарга гана мүнөздүү тартиптеги молекулалар менен атомдордун бир түрү. Алар микроскоп менен да көрүнбөсө, алар бөлүкчөлөрдүн ички түзүлүшүн кайдан билишет?
Бул үчүн Рентген нурлары колдонулат. Аларды тунук кристаллдарга колдонуу менен немис физиги М. Лауэ, англиялык физиктер атасы менен уулу Брагг жана орус профессору Ю. Вольф кристаллдардын түзүлүшү жана түзүлүшү изилденүүчү мыйзамдарды негиздешкен.
Баары таң калыштуу жана күтүүсүз болду. Самомолекуланын түзүлүшү жөнүндөгү түшүнүк заттын кристаллдык абалына ылайыктуу эмес болуп чыкты.
Мисалы, аш тузу сыяктуу белгилүү зат NaCl молекуласынын химиялык курамына ээ. Бирок кристаллда хлор менен натрийдин айрым атомдору биригип, өзүнчө молекулаларды түзбөй, мейкиндик же кристалл тор деп аталган белгилүү бир конфигурацияны түзөт. Хлор менен натрийдин эң кичинекей бөлүкчөлөрү электрдик байланышта. Туздун кристалл торчосу төмөнкүчө пайда болот. Натрий атомунун тышкы кабыкчасынын валенттүү электрондорунун бири хлор атомунун сырткы кабыгына киргизилет, ал хлордун үчүнчү катмарында сегизинчи электрондун жоктугунан толук толтурулбайт. Ошентип, кристаллда натрийдин да, хлордун да ар бир иону бир молекулага эмес, бүт кристаллга таандык. Хлор атому бир валенттүү болгондуктан, өзүнө бир гана электронду туташтыра алат. Бирок кристаллдардын структуралык өзгөчөлүктөрү хлор атомунун алты натрий атому менен курчалганына алып келет жана алардын кайсынысы хлор менен электронду бөлүшө аларын аныктоо мүмкүн эмес.
Ашкы тузунун химиялык молекуласы менен анын кристалы такыр эле окшош эмес экен. Бүтүндөй монокристалл бир гигант молекулага окшош.
Гриль - модель гана
Мейкиндик торчосун кристаллдык структуранын чыныгы модели катары алганда катадан качуу керек. Тор – кристаллдардын түзүлүшүндөгү элементардык бөлүкчөлөрдүн байланышынын мисалынын шарттуу сүрөтүнүн бир түрү. Шарлар түрүндөгү тор байланыш чекиттеривизуалдык түрдө атомдорду сүрөттөөгө мүмкүндүк берет жана аларды бириктирген сызыктар алардын ортосундагы байланыштыруучу күчтөрдүн болжолдуу сүрөтү.
Чындыгында кристаллдын ичиндеги атомдордун ортосундагы боштуктар алда канча кичине. Бул анын составдык бөлүкчөлөрүнүн жыш пакети. Шар - бул атомдун шарттуу белгиси, аны колдонуу жакын таңгактоо касиеттерин ийгиликтүү чагылдырууга мүмкүндүк берет. Чындыгында атомдордун жөнөкөй байланышы эмес, алардын бири-бири менен жарым-жартылай дал келиши бар. Башкача айтканда, кристалл торчосунун түзүлүшүндөгү шардын сүрөтү, түшүнүктүү болушу үчүн, атомдун электрондорунун негизги бөлүгүн камтыган радиуста сүрөттөлгөн шар болуп саналат.
Күч убадасы
Каршы заряддалган эки иондун ортосунда электрдик тартылуу күчү бар. Бул ашкана тузу сыяктуу иондук кристаллдардын түзүлүшүндөгү байланыштыруучу зат. Бирок иондорду абдан жакындатсаңыз, анда алардын электрон орбиталары бири-бирин капташат жана окшош заряддуу бөлүкчөлөрдүн түртүүчү күчтөрү пайда болот. Кристаллдын ичинде иондордун бөлүштүрүлүшү түртүүчү жана тартуучу күчтөр тең салмакта болуп, кристаллдык күчтү камсыздайт. Бул түзүлүш иондук кристаллдарга мүнөздүү.
Ал эми алмаздын жана графиттин кристалл торлорунда атомдордун жалпы (коллективдик) электрондордун жардамы менен байланышы болот. Бири-бирине жакын жайгашкан атомдор бир атомдун да, кошуна атомдун да ядросунун айланасында айлануучу жалпы электрондорго ээ.
Мындай байланыштар бар күчтөрдүн теориясын деталдуу изилдөө абдан татаал жана кванттык механика тармагында жатат.
Металл айырмачылыктар
Металл кристаллдарынын түзүлүшү татаалыраак. Металл атомдору колдо болгон тышкы электрондорду оңой эле тартуулагандыктан, алар кристаллдын бүт көлөмү боюнча эркин жылып, анын ичинде электрон газы деп аталган нерсени түзө алышат. Мындай «тентип жүргөн» электрондор урматында металл куймасынын бекемдигин камсыз кылган күчтөр пайда болот. Чыныгы металл кристаллдарынын түзүлүшүн изилдөө металл куймасын муздатуу ыкмасына жараша анда кемчиликтер: беттик, чекиттик жана сызыктуу болушу мүмкүн экенин көрсөттү. Мындай кемтиктердин өлчөмү бир нече атомдун диаметринен ашпайт, бирок алар кристалл торчосун бурмалап, металлдардагы диффузиялык процесстерге таасирин тийгизет.
Кристаллдын өсүшү
Ыңгайлуураак түшүнүү үчүн, кристаллдык заттын өсүшү кыш структурасын тургузуу катары көрсөтүлүшү мүмкүн. Эгерде бүтө элек таштын бир кирпичи кристаллдын ажырагыс бөлүгү катары көрсөтүлсө, анда кристалл кайда өсө турганын аныктоого болот. Кристаллдын энергетикалык касиеттери биринчи кирпичке коюлган кыш бир тараптан - ылдый жактан тартылууну сезет. Экинчиге жаткырып жатканда - эки тараптан, үчүнчүгө - үчтөн. Кристалдашуу процессинде – суюктуктан катуу абалга өтүүдө – энергия (биригүү жылуулугу) бөлүнүп чыгат. Системанын эң чоң күчү үчүн анын мүмкүн болгон энергиясы минималдуу болушу керек. Ошондуктан, кристаллдардын өсүшү катмар-кабат пайда болот. Адегенде учактын бир катары бүтөт, андан кийин бүт учак, андан кийин гана кийинкиси курула баштайт.
Илимкристаллдар
Кристаллографиянын негизги мыйзамы - кристаллдар жөнүндөгү илим - кристалл беттеринин ар кандай тегиздиктеринин ортосундагы бардык бурчтар дайыма туруктуу жана бирдей экендигин айтат. Өсүп жаткан кристалл канчалык бурмаланбасын, анын беттеринин ортосундагы бурчтар ушул түргө мүнөздүү болгон бирдей маанини сактап калат. Өлчөмүнө, формасына жана санына карабастан, бир кристаллдык тегиздиктин беттери дайыма бирдей алдын ала белгиленген бурчта кесилишет. Бурчтардын туруктуулук мыйзамын М. В. Ломоносов 1669-ж. жана кристаллдардын түзүлүшүн изилдөөдө чоң роль ойногон.
Анизотропия
Кристаллдын пайда болуу процессинин өзгөчөлүгү анизотропия кубулушу менен шартталган - өсүү багытына жараша ар кандай физикалык мүнөздөмөлөр. Монокристаллдар электрди, жылуулукту жана жарыкты ар кандай багытта ар кандай өткөрүшөт жана бирдей эмес күчкө ээ.
Ошентип, бир эле атомдор менен бир эле химиялык элемент ар кандай кристаллдык торлорду пайда кылышы мүмкүн. Мисалы, көмүртек алмазга жана графитке кристаллдашы мүмкүн. Ошол эле учурда, алмаз минералдар арасындагы максималдуу күчтүн мисалы болуп саналат жана графит кагазга карандаш менен жазганда кабырчыгын оңой эле кетирет.
Минералдардын беттеринин ортосундагы бурчтарды өлчөө алардын табиятын аныктоо үчүн абдан чоң практикалык мааниге ээ.
Негизги функциялар
Кристаллдардын структуралык өзгөчөлүктөрүн үйрөнүп, биз алардын негизги касиеттерин кыскача сүрөттөп бере алабыз:
- Анизотропия - ар кандай багыттардагы бирдей эмес касиеттер.
- Бирдиктүүлүк - элементардыкбирдей аралыкта жайгашкан кристаллдардын түзүүчүлөрү бирдей касиеттерге ээ.
- Өз алдынча кесүү жөндөмү - кристаллдын өсүүсүнө ылайыктуу чөйрөдөгү каалаган фрагменттери көп кырдуу формага ээ болуп, кристаллдардын ушул түрүнө туура келген беттер менен капталат. Дал ушул касиет кристаллдын симметриясын сактоого мүмкүндүк берет.
- Эрүү чекитинин инварианттыгы. Минералдын мейкиндик торчосунун бузулушу, башкача айтканда, кристаллдык заттын катуу абалдан суюк абалга өтүшү дайыма бирдей температурада болот.
Кристаллдар симметриялуу көп жактуу форманы алган катуу заттар. Кристаллдардын мейкиндик торчосунун пайда болушу менен мүнөздөлгөн түзүлүшү физикада катуу нерсенин электрондук түзүлүшүнүн теориясын өнүктүрүү үчүн негиз болуп кызмат кылган. Пайдалуу кендердин касиеттерин жана структурасын изилдөөнүн практикалык зор мааниси бар.
