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.

Выйди на улицу в тихий зимний день, когда медленно падает снег; подставь рукав и присмотрись к снежинкам. Это звёздочки, составленные из тонких ледяных иголочек. Лишь изредка попадаются сплошные шестиугольные пластинки.

У звёздочек всегда шесть лучей. И тем не менее они разные: ледяные иголки всякий раз сложены в новый причудливый узор. Один учёный фотографировал снежинки. Он сделал 2500 разных снимков. Но в этой огромной коллекции ещё далеко не все формы.

Вода может замерзать и по-другому. Толстый лёд на реке составлен из шестиугольных столбиков, похожих на карандаши. Они бывают видны весной во время таяния льда.

И снежинки, и пластинки, и «карандашики»- это кристаллы замёрзшей воды.

Слово «кристаллос» по-гречески означает «лёд». Но этим словом обозначают не только кристаллы воды. Почти все камни, почти все состоят из кристаллов. Руды металлов и сами металлы, выплавляемые из этих руд, соль, сахар и многое другое вокруг нас - это всё кристаллические вещества. Самые красивые среди кристаллов - драгоценные камни.

Кристаллы обладают особыми свойствами, которые зависят не только от того, какие их составляют, но и от того, как они расположены. Проникнуть во внутренний мир кристаллов помогли рентгеновские лучи - те самые, которыми тебя просвечивали в поликлинике. Оказалось, каждый атом в кристалле связан с определённым числом соседних атомов, и располагаются они опять-таки в определённом порядке. Для каждого кристалла это число и порядок всегда постоянны.

Сделай такой опыт. В банке с горячей водой раствори столько соли, чтобы она уже перестала растворяться. На тонкую шелковинку привяжи кристаллик соли покрупнее и, когда раствор остынет, опусти этот кристаллик в банку. Через несколько дней ты увидишь, что кристаллик увеличился. Может быть, на шелковинке появится даже красивая гирлянда кристалликов. И все они будут всегда одинаковой формы, сколько раз ты ни делал бы этот опыт.

У каждого вещества своя форма кристаллов. И никакой другой формы они принять не могут. Правда, некоторые вещества имеют не одну, а две, три или даже больше кристаллических форм (как, например, у воды), но, конечно, тоже строго определённых.

Таков и . В зависимости от того, как расположены его атомы, он становится либо алмазом - красивым, прозрачным, самым твёрдым на свете камнем, либо серовато-чёрным мягким графитом.

Кристаллы обладают ещё и другими свойствами. Тепло неодинаково передаётся вдоль кристалла и поперёк. При нагревании он расширяется в разных направлениях по-разному.

Вот какую важную роль играет порядок расположения атомов, именно он определяет свойства кристаллических твёрдых тел.

В янтаре или в стекле частицы расположены без всякого порядка. Это некристаллические тела, и свойства у них другие. Они не имеют, например, определённой точки плавления, как кристаллы. Лёд тает при 0°. А стекло, если его нагревать, размягчается постепенно - от 500 до 1000°.

Учёные настойчиво исследуют кристаллы. Теперь уже, кроме микроскопа и рентгеновских лучей, есть много других способов их изучения. Всё полнее раскрываются законы роста кристаллов, различные их свойства. Это делает человека умнее и сильнее: ведь почти всё, что создаёт и чем пользуется человек, состоит из кристаллов.

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

Кристаллы - это 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).

Кристаллическая структура

Кристаллическая структура, будучи индивидуальной для каждого вещества, относится к основным физико-химическим свойствам этого вещества.

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 ромбическая и моноклинная сера , графит и алмаз , которые являются гексагональной и кубической модификациями углерода , среди сложных веществ - кварц , тридимит и кристобалит представляют собой различные модификации диоксида кремния.

Виды кристаллов

Следует разделить идеальный и реальный кристалл.

Идеальный кристалл

Является, по сути, математическим объектом, имеющим полную, свойственную ему симметрию, идеализированно ровные гладкие грани.

Реальный кристалл

Всегда содержит различные дефекты внутренней структуры решетки, искажения и неровности на гранях и имеет пониженную симметрию многогранника вследствие специфики условий роста, неоднородности питающей среды, повреждений и деформаций. Реальный кристалл не обязательно обладает кристаллографическими гранями и правильной формой, но у него сохраняется главное свойство - закономерное положение атомов в кристаллической решётке.

Анизотропия кристаллов

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. Но 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

• кристаллография изучает идеальные кристаллы c позиций законов симметрии и сопоставляет их с кристаллами реальными.
• структурная кристаллография занимается определением внутренней структуры кристаллов и классификацией кристаллических решеток.
• кристаллооптика изучает оптические свойства кристаллов.
• кристаллохимия изучает закономерности образования кристаллов из различных веществ и в разных средах.

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

См. также

Примечания

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.
• Лихачёв В. А., Малинин В. Г. Структурно-аналитическая теория прочности. - СПб: Наука. - 471 с.
• Зоркий П.М. Симметрия молекул и кристаллических структур. М.: изд-во МГУ, 1986. - 232 с.

Ссылки

• Кристаллы минералов , Формы природного растворения кристаллов
• Определение понятия «Кристалл» в Большом Энциклопедическом словаре
• Единственный с своём роде завод, производящий Кристаллы

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Легенда
• Рау, Йоханнес

Смотреть что такое "Кристаллы" в других словарях:

КРИСТАЛЛЫ - (от греч. krystallos, первоначальное значение лёд), твёрдые тела, обладающие трёхмерной периодич. ат. структурой и, при равновесных условиях образования, имеющие естеств. форму правильных симметричных многогранников (рис. 1). К. равновесное… … Физическая энциклопедия

КРИСТАЛЛЫ - (от греч. crystallos лед), однородные твердые тела, которые имеют закономерное внутреннее строение. Схемой такого строения является так называемая пространственная решот ка (см. рисунок), которую надо понимать как геометрический образ… … Большая медицинская энциклопедия

КРИСТАЛЛЫ - (от греч. krystallos первонач. лед), твердые тела, атомы или молекулы которых образуют упорядоченную периодическую структуру (кристаллическую решетку). Кристаллы обладают симметрией атомной структуры, соответствующей ей симметрией внешней формы,… … Большой Энциклопедический словарь

Кристаллы - I Кристаллы (от греч. krýstallos, первоначально лёд, в дальнейшем горный хрусталь, кристалл) твёрдые тела, имеющие естественную форму правильных многогранников (рис. 1). Эта форма следствие упорядоченного расположения в К. атомов,… … Большая советская энциклопедия

кристаллы - (от греч. krýstallos, первоначально лёд), твёрдые тела, атомы или молекулы которых образуют упорядоченную периодическую структуру (кристаллическую решётку). Кристаллы обладают симметрией атомной структуры, соответствующей ей симметрией внешней… … Энциклопедический словарь

Кристаллы - твёрдые тела, имеющие естественную форму правильных многогранников. Название «кристалл» произошло от двух греческих слов – «холод» и «застывать», т.е. означало во времена Гомера «застывший лед» и относилось к кристаллам горного хрусталя, считавшимися окаменевшим льдом. Вначале этим термином называли только прозрачные ограненные природные тела, впоследствии он был распространен на непрозрачные и даже неограненные образования. Большинство природных и искусственных твердых материалов являются поликристаллическими, одиночные кристаллы называются монокристаллами. Естественная форма кристаллов является следствием упорядоченного расположения в кристалле атомов , образующих трёхмерно-периодическую пространственную укладку - кристаллическую решётку .
Таким образом, кристаллы это твердые тела, характеризующиеся геометрически правильным упорядоченным расположением слагающих их частиц (атомов, ионов, молекул). Все кристаллы обладают той или иной симметрией атомной структуры и соответствующей ей макроскопической симметрией внешней формы, а также анизотропией физических свойств, что обусловливает характерную для них многогранную форму.
Кристаллическое состояние - равновесное для твёрдых тел. Каждому химическому веществу, находящемуся при данных термодинамических условиях (температура, давление) в кристаллическом состоянии, соответствует определённая кристаллическая структура . Каждый кристалл обладает определенной кристаллической структурой при соответствующих физико-химических условиях, изменение которых может привести к перестройке как самой структуры, так и к иной внешней форме

Следует разделять идеальный и реальный кристалл. Идеальный кристалл - это, по сути, математический объект, обладающий в полной мере симметрией, определяемой симметрией его кристаллической структуры и как следствие - идеальной формой. Реальный кристалл всегда имеет пониженную симметрию вследствие различных внутренних дефектов и воздействия окружающей среды. Реальные кристаллы изучает геохимия твердого тела. Так, согласно универсальному принципу симметрии П.Кюри, при росте реального кристалла сохраняются только те элементы его внутренней симметрии, которые совпадают с симметрией среды кристаллизации.
Pеальным граням кристалла могут соответствовать лишь те плоскости кристаллической решётки , которые имеют наибольшую ретикулярную плотность, т.е. на которых на единицу площади приходится наибольшее число составляющих её частиц (атомов, ионов). Таких плоских сеток сравнительно немного, поэтому кристаллы имеют ограничения в отношении числа возможных граней.
Если кристалл вырос в неравновесных условиях и не имеет в силу этого правильной огранки, или утратил её в результате тех или иных внешних причин (природные и иные повреждения, ювелирная обработка и т. п.), он тем не менее сохраняет основной признак кристаллического состояния - внутреннюю решётчатую атомную структуру и все определяемые ею физические и внешние свойства. Этим объясняется способность осколков кристалла(или его фрагментов любой неправильной внешней формы) при попадании в благоприятную для кристаллизации данного вещества среду покрываться новыми гранями и дорастать до более или менее правильного многогранника с соответствующей симметрией (см. Регенерация).

Кристаллы изучают различные геохимические науки:

• Минералогия - изучает кристаллы минералов как главную форму их нахождения в природе, определяющую свойства минералов и несущую (хранящую) в себе генетическую информацию
• Кристаллография занимается определением и классификацией внешней симметрии и внутренней структуры кристаллов
  • Кристаллохимия изучает закономерности образования кристаллов из различных веществ, особенности их внутреннего строения.
  • Рентгено-структурный анализ - позволяет исследовать особенности состава и структуры реальных кристаллов и использовать рентгенографические методы для диагностики минералов
• Кристаллооптика изучает оптические свойства кристаллов, кристаллических срастаний и горных пород
• Геммология изучает физические и химические свойства природных

КРИСТАЛЛЫ (от греч. krystallos - кристалл; первоначально - лед), твердые тела, обладающие трехмерной периодич. атомной (или молекулярной) структурой и, при определенных условиях образования, имеющие естеств. форму правильных симметричных многогранников

СТРУКТУРА КРИСТАЛЛА

Разнообразие кристаллов по форме очень велико. Кристаллы могут иметь от

четырех до нескольких сотен граней.

Кристалл представляет собой правильную трехмерную решетку, составленную из атомов или молекул. Структура кристалла – это пространственное расположение его атомов (или молекул).

Трехмерная кристаллическая структура представляет решетку, построенную на трех координатных осях x, y, z, Элементарная ячейка кристалла - это параллелепипед, построенный на векторах трансляции a, b, c. Такая ячейка называется примитивной. В результате повтора элементарной ячейки в пространстве получается пространственная простая решетка - так называемая решетка Браве.( Огюст Браве́ - французский физик и один из основателей кристаллографии. Положил начало геометрической теории структуры кристаллов: он нашёл (1848 г.) основные виды пространственных решёток. Существует четырнадцать типов решеток Браве. Эти решетки отличаются друг от друга видом элементарных ячеек.

ОБРАЗОВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ

Кристаллы образуются тремя путями: из расплава, из раствора и из паров. К кристаллизации из расплава относится и процесс образования вулканических пород. Магма, проникающая в трещины земной коры и при охлаждении магмы или лавы атомы и ионы разных элементов притягиваются друг к другу, образуя кристаллы различных минералов. Увеличиваясь в размере, они мешают друг другу расти, и поэтому гладкие наружные грани у них образуются редко. Рост кристаллов из растворов осуществляется при температурах ниже температуры плавления, поэтому в выращенных такими методами кристаллах отсутствуют дефекты, характерные для кристаллов, выращенных из расплава. Кристаллизацию из растворов можно осуществлять за счет изменения температуры раствора, за счет изменения состава раствора, а также использовать кристаллизацию при химической реакции. Метод выращивания кристаллов из паров широко используется для выращивания как массивных кристаллов, так и тонких (поликристаллических или аморфных) покрытий, нитевидных и пластинчатых кристаллов. Конкретный метод выращивания выбирают в зависимости от материала.

Виды кристаллов

Следует разделить идеальный и реальный кристалл.

Идеальный кристалл

Является, по сути, математическим объектом, имеющим полную симметрию, ровные гладкие грани.

Реальный кристалл

Всегда содержит различные дефекты внутренней структуры решетки, искажения и неровности на гранях и деформаций.

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 из кристаллов делают амулеты и обереги.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 изготавливаются из кристаллических веществ, главным образом кремния и германия. Кристаллы используются также в некоторых лазерах для усиления волн СВЧ-диапазона и в лазерах для усиления световых волн. Кристаллы 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. 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.