Проект «вирощування кристалів», контент-платформа

Основний текст проекту:

КРИСТАЛИ - речовини, в яких дрібні частки "упаковані" в певному порядку. Кристал від грецького krystallos, спочатку - лід, надалі - гірський кришталь або кристал, тверді тіла, що мають природну форму правильних багатогранників. Ця форма - наслідок впорядкованого розташування атомів, що утворюють трехмерно-періодичну просторову укладання - кристалічну решітку. Для кожної хімічної речовини, що знаходиться за даних термодинамічних умов (температурі або тиску) в кристалічному стані відповідає певна кристалічна атомна структура кристалів, що володіє тією чи іншою симетрією атомної структури, відповідної їй макроскопічної симетрією зовнішньої форми. Більшість природних або технічних твердих матеріалів є полікристалічний, вони складаються з безлічі окремих, безладно орієнтованих, дрібних кристалічних зерен, іноді званих кристаллитами. Такі, наприклад багато гірських порід, технічні метали і сплави. Поодинокі кристали природні або синтетичні називаються монокристалами. Кристали утворюються і ростуть найчастіше з рідкої фази - розчину або розплаву; можливе отримання кристалів з газової фази або при фазовому перетворенні в твердій фазі. У природі зустрічаються кристали різних розмірів - від величезних до сотень кілограм: кристали кварцу, гірського кришталю, флюориту, польового шпату; до дрібних кристалів алмазу і ін. Для наукових і технічних цілей різноманітні кристали вирощують або синтезують в лабораторіях і на заводах, можна отримати кристали і таких складних природних речовин, як білки і навіть віруси.

Закони побудови всіх кристалів теоретично вивели український кристаллограф Євграф Степанович Федоров () і німецький кристаллограф Артур Шёнфліс. Чудово, що Федоров зробив це за 20 років до того, як в1912г. на досвіді за допомогою рентгенівських променів було доведено, що дійсно атоми в кристалах розташовуються правильним будовою і що закони їх розташування саме такі, як було геніально вгадати українським вченим Федоровим.

Кристалізація - процес утворення кристалів з розчину, розплаву, а іноді і з газової фази. На ньому грунтується виробництво штучних кристалів технічного і ювелірного призначення. У найбільших масштабах виробляється штучний кварц.

Синтетичний кварц отримують з природного - низькосортного, мелкокристаллического, в основному з річкового піску. Сировина поміщають в автоклав, який потім заповнюють концентрованим розчином соди. Апарат закривають кришкою, до якої підвішені затравочние пластини з природного або синтетичного монокристалла кварцу. При підвищеній температурі і тиску в автоклаві утворюється насичений і навіть перенасичений розчин кремнезему, і з нього на приманку поступово наростають все нове кількість SiO2.

Монокристал кварцу зростає зі швидкістю близько 1 мм на добу і досягає декількох кілограмів. Подібним же чином вирощують інші штучні мінерали: корунд, карборунд, кріоліт, фіаніт, слюди і т. Д.

Але процеси кристалізації важливі не тільки для мінерального синтезу. У хімічній технології, наприклад у виробництві соди, без неї теж не обійтися.

Кристалогідрати - це кристали, що включають молекули води. Багато солі, а також кислоти і підстави випадають з водних розчинів у вигляді кристалів. Типовими кристалогідрату є багато природні мінерали наприклад: гіпс, карналлит. Кристаллизационная вода зазвичай може бути видалена нагріванням, при цьому розкладання кристалогідратів часто йде ступінчасто: Мідний купорос (синій) вище 105ºC переходить в (блакитний) або в (білий), повне зневоднення відбувається вище 250ºC. Однак деякі сполуки, стійкі тільки в формі кристаллогидрата і не можуть бути зневоднені.

Кристаллохимия - це наука, що вивчає хімічний зв'язок і розташування атомів в кристалах. Вивчено атомна кристалічна структура вже більше 20 тис. Хімічних сполук.

Складові кристал частки розташовані в ньому впорядковано і періодично. Всі кристалічні структури поділяють на

гомодесміческіе і гетеродесміческіе. У перших - всі частинки (атоми або іони) пов'язані один з одним однаковими хімічними зв'язками (таку структуру кристала має алмаз і хлорид натрію).

За типом хімічного зв'язку між утворюють кристал частинками або структурними фрагментами розрізняють ковалентні (алмаз), іонні (NаCI), молекулярні (CO2) і металеві кристали. Ковалентні кристали сильно заломлюють світло, мають підвищену твердістю і, як правило, погано проводять тепло і електрику. Кристали з металевим зв'язком пластичні, непрозорі, добре проводять електричний струм. Грані будь-якого кристала завжди плоскі, ребра між гранями прямолінійні. Існує 32 класу симетрії кристалічних багатогранників, які групуються в відповідність з наявністю в них певних елементів симетрії в сім сингоний: тріклінную, моноклинную, ромбічну, тетрогональную, гексоральную, трігональную, кубічну. Якщо під час зростання кристала змінюються умови або в кристал потрапляють домішки, то в результаті цих взаємодій ідеальна структура кристала порушиться, і в ньому з'являться різні дефекти. Від кількості і типу дефектів в кристалі залежать багато його властивості: міцність, пластичність, забарвлення. У техніці часто в кристали вводять невеликі кількості певних домішок, щоб змінити в потрібну сторону ті чи інші властивості кристала. Bведеніе в кристал Німеччина або кремнію атомів елементів III і IV груп періодичної системи значно розширює можливості застосування Німеччина і кремнію в напівпровідниковій техніці. Це лише один з прикладів практичної значущості кристаллохимии.

Кристали ростуть - для освіти кристала необхідно, щоб мільйони частинок виділилися з розчину і розташувалися по точному правильному візерунку, але організовуються вони все відразу, великими масами, потрапляючи в потрібні положення, пристосовуючись одне до одного, або відкладаються по черзі таким же чином, як ми самі конструюємо модель. При освіту кристала виділяється велика кількість енергії, очевидно, це відбувається на гранях, т. Е. Самі, де осідають частинки речовини. Крім того, швидкість вирощування кристалів залежить ще і від кількості солі в розчині. Розчин в якому вирощують кристали повинен бути насиченим. Коли кристалічний зародок вже утворився і починає рости, частина розчиненого матеріали переходить з розчину на кристал і концентрація розчину поблизу кристала падає, він стає ненасиченим. 5.

Кристали можуть мати всілякі форми. Всі відомі в світі кристали можуть бути розділені на 32 види, які в свою чергу можуть бути згруповані в шість видів. Кристали можуть мати і різні розміри. Деякі мінерали утворюють кристали, які розгледіти можна тільки за допомогою мікроскопа. Інші ж утворюють кристали, вага яких становить кілька сотень фунтів.

Кристалічними вважаються речовини, атоми яких розташовані регулярно, так що утворюють правильну тривимірну грати, звану кристалічної. Кристалам ряду хімічних елементів і їх з'єднань притаманні чудові механічні, електричні, магнітні та оптичні властивості.

український учений встановив, що в природі може існувати тільки 230 різних просторових груп, що охоплюють всі можливі кристалічні структури. Більшість з них (але не всі) виявлені в природі або створені штучно. Кристали можуть мати форму різних призм, підставою яких можуть бути правильний трикутник, квадрат, паралелограм і шестикутник.

В основі класифікації кристалів і пояснення їх фізичних властивостей може лежати не тільки форма елементарної комірки, а й інші види симетрії, наприклад, поворот навколо осі. Віссю симетрії називають пряму, при повороті навколо якої на 360 ° кристал кілька разів поєднується сам з собою. Число цих поєднань називають порядком осі. Існують кристалічні решітки, що володіють осями симетрії 2-го, 3-го, 4-го і 6-го порядків. Можлива симетрія кристалічної решітки відносно площини симетрії, а також комбінація різних видів симетрії.

Більшість кристалічних тіл є полікристалів, т. К. В звичайних умовах виростити монокристали досить складно, цьому заважають всілякі домішки. Сучасна техніка потребує кристалах високого ступеня чистоти, тому перед наукою постало питання про розробку ефективних методів штучного вирощування монокристалів різних хімічних елементів і їх з'єднань.

Вирощування кристалів - це хобі, прихильники якого створюють

власні клуби і беруть участь в змаганнях. Вирощування кристалів - це складний технологічний процес, тому, чим довше чекаєш, тим більш вражаючими будуть результати.

Форми кристалічних решіток

Приклади простих кристалічних решіток: 1 - проста кубічна; 2 - гранецентрированная кубічна; 3 - об'ємно-центрована кубічна; 4 - гексагональна