Kristalų savybės, forma ir singonija (kristalografinės sistemos)

Svarbi kristalo savybė yra tam tikras atitikimas tarp skirtingų veidų – kristalo simetrija. Išskiriami šie simetrijos elementai:

1. Simetrijos plokštumos: padalinkite kristalą į dvi simetriškas puses, tokios plokštumos dar vadinamos simetrijos „veidrodžiais“.

2. Simetrijos ašys: tiesios linijos, einančios per kristalo centrą. Kristalo sukimasis aplink šią ašį pakartoja pradinės kristalo padėties formą. Yra 3, 4 ir 6 eilės simetrijos ašys, kurios atitinka tokių padėčių skaičių sukantis kristalui 360 o .

3. Simetrijos centras: kristalo paviršiai, atitinkantys lygiagrečią paviršių, pasikeičia vietomis, kai aplink šį centrą pasukus 180 o. Šių simetrijos elementų ir eilučių derinys suteikia 32 simetrijos klases visiems kristalams. Šios klasės pagal bendras savybes gali būti sugrupuotos į septynias singonijas (kristalografines sistemas). Trimatės koordinačių ašys gali būti naudojamos kristalų paviršių padėčiai nustatyti ir įvertinti.

Kiekvienas mineralas priklauso vienai simetrijos klasei, nes turi vieno tipo kristalinę gardelę, kuri jam būdinga. Priešingai, tos pačios cheminės sudėties mineralai gali sudaryti dviejų ar daugiau simetrijos klasių kristalus. Šis reiškinys vadinamas polimorfizmu. Nėra pavienių polimorfizmo pavyzdžių: deimantas ir grafitas, kalcitas ir aragonitas, piritas ir markazitas, kvarcas, tridimitas ir kristobalitas; rutilas, anatazė (dar žinomas kaip oktaedritas) ir brookitas.

SINGONIJAS (KRISTALOGRAFINĖS SISTEMOS). Visos kristalų formos sudaro 7 singonijas (kubines, tetragonines, šešiakampes, trigonines, rombines, monoklinines, triklinines). Diagnostiniai singonijos požymiai yra kristalografinės ašys ir šių ašių suformuoti kampai.

Triklinikos singonijoje yra minimalus simetrijos elementų skaičius. Po jos sudėtingumo tvarka eina monoklininė, rombinė, tetragoninė, trigoninė, šešiakampė ir kubinė singonijos.

Kubinė sistema. Visos trys ašys yra vienodo ilgio ir statmenos viena kitai. Tipiškos kristalų formos: kubas, oktaedras, rombinis dodekaedras, penkiakampis dodekaedras, tetragono trioktaedras, heksaoktaedras.

Keturkampė sistema. Trys ašys yra statmenos viena kitai, dvi ašys yra vienodo ilgio, trečioji (pagrindinė ašis) yra trumpesnė arba ilgesnė. Tipiškos kristalų formos yra prizmės, piramidės, tetragonai, trapecijos ir bipiramidės.

Šešiakampė singonija. Trečioji ir ketvirtoji ašys yra pasvirusios į plokštumą, yra vienodo ilgio ir susikerta 120 o kampu. Ketvirta ašis, kuri skiriasi nuo kitų dydžiu, yra statmena kitoms. Ir ašys, ir kampai yra panašios vietos į ankstesnę singoniją, tačiau simetrijos elementai yra labai įvairūs. Tipiškos kristalų formos yra trikampės prizmės, piramidės, romboedrai ir skalenoedrai.

Rombinė sistema. Būdingos trys ašys, statmenos viena kitai. Tipiškos kristalinės formos yra baziniai pinakoidai, rombinės prizmės, rombinės piramidės ir bipiramidės.

Monoklininė singonija. Trys skirtingo ilgio ašys, antroji yra statmena kitoms, trečioji yra smailiu kampu į pirmąją. Tipiškos kristalų formos yra pinakoidai, prizmės su įstrižais kraštais.

Triklinikos sistema. Visos trys ašys yra skirtingo ilgio ir susikerta aštriais kampais. Tipiškos formos yra monohedra ir pinacoids.

Kristalų forma ir augimas. Tai pačiai mineralų rūšiai priklausantys kristalai turi panašią išvaizdą. Todėl kristalą galima apibūdinti kaip išorinių parametrų (briaunų, kampų, ašių) derinį. Tačiau santykinis šių parametrų dydis yra gana skirtingas. Vadinasi, kristalas gali keisti savo išvaizdą (jau nekalbant apie išvaizdą) priklausomai nuo tam tikrų formų išsivystymo laipsnio. Pavyzdžiui, piramidės formos, kai visi paviršiai susilieja, stulpeliai (tobuloje prizmėje), lentelės formos, lapuoti arba rutuliški.

Du kristalai, turintys tą patį išorinių parametrų derinį, gali turėti skirtingą išvaizdą. Šis derinys priklauso nuo kristalizacijos terpės cheminės sudėties ir kitų susidarymo sąlygų, įskaitant temperatūrą, slėgį, medžiagos kristalizacijos greitį ir kt. Gamtoje retkarčiais aptinkami įprasti kristalai, kurie susidarė palankiomis sąlygomis, pvz. , gipsas molio terpėje arba mineralai ant geodo sienelių. Tokių kristalų veidai yra gerai išvystyti. Ir atvirkščiai, besikeičiančiomis ar nepalankiomis sąlygomis susidarę kristalai dažnai deformuojasi.

VIENETAI. Dažnai yra kristalų, kuriems neužtenka vietos augti. Šie kristalai susiliejo su kitais, sudarydami netaisyklingas mases ir agregatus. Laisvoje erdvėje tarp uolienų kristalai vystėsi kartu, sudarydami drūzus, o tuštumose - geodus. Pagal savo struktūrą tokie vienetai yra labai įvairūs. Mažuose kalkakmenio plyšiuose yra darinių, primenančių suakmenėjusį papartį. Jie vadinami dendritais, susidariusiais susidarius mangano ir geležies oksidams ir hidroksidams, veikiant šiuose plyšiuose cirkuliuojantiems tirpalams. Todėl dendritai niekada nesusidaro kartu su organinėmis liekanomis.

Dvigubai. Kristalams formuojantis dažnai susidaro dvyniai, kai pagal tam tikras taisykles vienas su kitu suauga du tos pačios mineralinės rūšies kristalai. Dvigubai dažnai yra asmenys, susilieję kampu. Pseudosimetrija dažnai pasireiškia – suauga keli žemiausia simetrijos klasei priklausantys kristalai, sudarydami aukštesnės eilės pseudosimetrijos individus. Taigi aragonitas, priklausantis rombinei sistemai, dažnai sudaro dvigubas prizmes su šešiakampe pseudosimetrija. Tokių tarpaugių paviršiuje pastebimas plonas išsiritimas, susidaręs susigiminiavusiomis linijomis.

KRISTALŲ PAVIRŠIAUS. Kaip jau minėta, plokšti paviršiai retai būna lygūs. Gana dažnai ant jų pastebimas išsiritimas, juostelės ar dryžiai. Šios būdingos savybės padeda nustatyti daugybę mineralų – pirito, kvarco, gipso, turmalino.

PSEUDOMORFUMAI. Pseudomorfozės yra kristalai, turintys kito kristalo formą. Pavyzdžiui, limonitas atsiranda pirito kristalų pavidalu. Pseudomorfozės susidaro, kai vienas mineralas visiškai chemiškai pakeičiamas kitu, išlaikant ankstesnio formą.

Kristalų agregatų formos gali būti labai įvairios. Nuotraukoje pavaizduotas švytintis natrolito agregatas.
Gipso pavyzdys su susigipusiais kristalais kryžiaus pavidalu.

Fizinės ir cheminės savybės. Kristalografijos ir atomų išsidėstymo dėsniai lemia ne tik išorinę kristalo formą ir simetriją – tai galioja ir mineralo fizinėms savybėms, kurios įvairiomis kryptimis gali skirtis. Pavyzdžiui, žėrutis gali išsiskirti į lygiagrečias plokšteles tik viena kryptimi, todėl jo kristalai yra anizotropiniai. Amorfinės medžiagos visomis kryptimis yra vienodos, todėl izotropinės. Tokios savybės taip pat svarbios šių mineralų diagnostikai.

Tankis. Mineralų tankis (savitasis sunkis) yra jų masės ir to paties tūrio vandens masės santykis. Specifinio svorio nustatymas yra svarbi diagnostikos priemonė. Dominuoja 2-4 tankio mineralai. Praktinei diagnostikai padės supaprastintas svorio įvertinimas: lengvųjų mineralų svoris yra nuo 1 iki 2, vidutinio tankio mineralų - nuo 2 iki 4, sunkiųjų - nuo 4 iki 6, labai sunkiųjų - daugiau nei 6.

MECHANINĖS SAVYBĖS. Tai apima kietumą, skilimą, drožlių paviršių, kietumą. Šios savybės priklauso nuo kristalų struktūros ir yra naudojamos diagnostikos metodui parinkti.

KIETUMAS. Gana lengva subraižyti kalcito kristalą peilio galiuku, tačiau vargu ar tai pavyks padaryti su kvarco kristalu – ašmenys nuslys per akmenį nepalikdami įbrėžimo. Tai reiškia, kad šių dviejų mineralų kietumas skiriasi.

Kietumas braižymo atžvilgiu reiškia kristalo atsparumą bandymui išorinei paviršiaus deformacijai, kitaip tariant, atsparumą mechaninei deformacijai iš išorės. Friedrichas Moosas (1773-1839) pasiūlė santykinę kietumo skalę nuo laipsnių, kur kiekvienas mineralas turi didesnį įbrėžimų kietumą nei ankstesnis: 1. Talkas. 2. Gipsas. 3. Kalcitas. 4. Fluoritas. 5. Apatitas. 6. Lauko špatas. 7. Kvarcas. 8. Topazas. 9. Korundas. 10. Deimantas. Visos šios vertės galioja tik šviežiems, nepažeistiems pavyzdžiams.

Galite įvertinti kietumą supaprastintu būdu. Mineralai, kurių kietumas yra 1, lengvai subraižomi nagu; kol jie yra riebūs liesti. 2 kietumo mineralų paviršius taip pat subraižytas nagu. Varinė viela arba vario gabalas subraižo mineralus, kurių kietumas 3. Rašiklio galiukas subraižo mineralus iki 5 kietumo; geras naujas failas - kvarcas. Mineralai, kurių kietumas didesnis nei 6, subraižys stiklą (5 kietumas). Nuo 6 iki 8 neužima net gero failo; pabandžius skrenda kibirkštys. Norėdami nustatyti kietumą, išbandykite bandinius didėjančiu kietumu, kol jie duoda derlių; tada imamas mėginys, kuris, matyt, dar sunkesnis. Priešingai, jei reikia nustatyti mineralo, apsupto uoliena, kurio kietumas yra mažesnis už mėginiui reikalingo mineralo, kietumą, reikėtų elgtis priešingai.

Talkas ir deimantas – du mineralai, esantys Moso skalės kietumo kraštutiniuose taškuose.

Nesunku padaryti išvadą pagal tai, ar mineralas slysta kito paviršiumi, ar nežymiai jį subraižo. Gali atsirasti šių atvejų:
1. Kietumas yra toks pat, jei mėginys ir mineralas vienas kito nebraižo.
2. Gali būti, kad abu mineralai subraižo vienas kitą, nes kristalo viršūnės ir briaunos gali būti kietesnės nei briaunos ar skilimo plokštumos. Todėl galima subraižyti gipso kristalo veidą arba jo skilimo plokštumą kito gipso kristalo viršūne.
3. Mineralas subraižo pirmąjį mėginį, o aukštesnės kietumo klasės mėginys daro įbrėžimą ant jo. Jo kietumas yra viduryje tarp palyginimui naudojamų mėginių ir gali būti įvertintas puse klasės.

Nepaisant akivaizdaus tokio kietumo nustatymo paprastumo, daugelis veiksnių gali lemti klaidingą rezultatą. Pavyzdžiui, paimkime mineralą, kurio savybės labai skiriasi įvairiomis kryptimis, pavyzdžiui, distenas (kianitas): vertikaliai kietumas yra 4-4,5, o peilio galas palieka aiškią žymę, bet statmena kryptimi kietumas yra 6- 7 o mineralas visai nebraiomas peiliu . Šio mineralo pavadinimo kilmė siejama su šia savybe ir ją itin išraiškingai pabrėžia. Todėl kietumo bandymus būtina atlikti įvairiomis kryptimis.

Kai kurie užpildai yra kietesni nei komponentai (kristalai ar grūdeliai), iš kurių jie yra sudaryti; gali pasirodyti, kad tankų gipso gabalėlį sunku subraižyti nagu. Priešingai, kai kurie akytieji užpildai yra mažiau kieti, o tai paaiškinama tuo, kad tarp granulių yra tuštumų. Todėl kreida braižosi nagu, nors susideda iš kalcito kristalų, kurių kietumas 3. Kitas klaidų šaltinis – kažkokius pokyčius patyrę mineralai. Paprastomis priemonėmis neįmanoma įvertinti miltelinių, atšiaurių bandinių ar žvynuotos ir smailios struktūros agregatų kietumo. Tokiais atvejais geriau naudoti kitus metodus.

Skilimas. Paspaudus plaktuką ar spaudžiant peilį kristalai išilgai skilimo plokštumų kartais gali būti suskirstyti į plokštes. Skilimas pasireiškia išilgai plokštumų su minimaliu sukibimu. Daugelis mineralų turi skilimą keliomis kryptimis: halitas ir galena – lygiagrečiai kubo paviršiams; fluoritas – išilgai oktaedro paviršių, kalcitas – romboedras. Maskvinio žėručio kristalas; aiškiai matomos skilimo plokštumos (nuotraukoje dešinėje).

Mineralai, tokie kaip žėrutis ir gipsas, puikiai skaidosi viena kryptimi, bet netobulai arba visai neskaidomi kitomis kryptimis. Atidžiai stebint, skaidrių kristalų viduje galima pastebėti ploniausias skilimo plokštumas tiksliai apibrėžtomis kristalografinėmis kryptimis.

lūžio paviršius. Daugelis mineralų, tokių kaip kvarcas ir opalas, neskyla nė viena kryptimi. Jų masė skyla į netaisyklingus gabalus. Skilimo paviršius gali būti apibūdintas kaip plokščias, nelygus, konchoidinis, pusiau smailas, šiurkštus. Metalai ir kietieji mineralai turi grubų skilimo paviršių. Ši savybė gali būti naudojama kaip diagnostinė funkcija.

Kitos mechaninės savybės. Kai kurie mineralai (piritas, kvarcas, opalas) po plaktuko smūgio skyla į gabalus – jie yra trapūs. Kiti, priešingai, virsta milteliais, nesuteikdami šiukšlių.

Kalieji mineralai gali būti išlyginti, kaip, pavyzdžiui, gryni vietiniai metalai. Jie nesudaro nei miltelių, nei fragmentų. Plonos žėručio plokštelės gali būti išlenktos kaip fanera. Nutraukus ekspoziciją, jie grįš į pradinę būseną - tai yra elastingumo savybė. Kiti, pavyzdžiui, gipsas ir piritas, gali būti sulenkti, bet išlaikyti deformuotą būseną – tai yra lankstumo savybė. Tokios savybės leidžia atpažinti panašius mineralus – pavyzdžiui, atskirti elastingą žėrutį nuo lankstaus chlorito.

Dažymas. Kai kurie mineralai yra tokios grynos ir gražios spalvos, kad yra naudojami kaip dažai ar lakai. Dažnai jų pavadinimai vartojami kasdienėje kalboje: smaragdo žalia, rubino raudona, turkis, ametistas ir kt. Mineralų spalva, viena iš pagrindinių diagnostinių savybių, nėra nei nuolatinė, nei amžina.

Yra nemažai mineralų, kurių spalva pastovi – malachitas visada žalias, grafitas juodas, vietinė siera geltona. Įprasti mineralai, tokie kaip kvarcas (uolienos krištolas), kalcitas, halitas (paprastoji druska), yra bespalviai, kai juose nėra priemaišų. Tačiau pastarojo buvimas sukelia spalvą, o mes žinome mėlyną druską, geltoną, rožinį, violetinį ir rudą kvarcą. Fluoritas turi daugybę spalvų.

Priemaišų elementų buvimas cheminėje mineralo formulėje lemia labai specifinę spalvą. Šioje nuotraukoje pavaizduotas žalias kvarcas (prazė), grynos formos, visiškai bespalvis ir skaidrus.

Turmalinas, apatitas ir berilis turi skirtingas spalvas. Dažymas nėra neabejotinas skirtingų atspalvių mineralų diagnostinis požymis. Mineralo spalva taip pat priklauso nuo priemaišų elementų, esančių kristalinėje gardelėje, taip pat nuo įvairių pigmentų, priemaišų ir intarpų pagrindiniame kristale. Kartais tai gali būti siejama su radiacijos poveikiu. Kai kurie mineralai keičia spalvą priklausomai nuo šviesos. Taigi aleksandritas dienos šviesoje yra žalias, o dirbtinėje šviesoje - violetinis.

Kai kurių mineralų spalvos intensyvumas pasikeičia, kai kristalų paviršiai pasukami šviesos atžvilgiu. Kordierito kristalo spalva sukimosi metu pasikeičia iš mėlynos į geltoną. Šio reiškinio priežastis yra ta, kad tokie kristalai, vadinami pleochroiniais, priklausomai nuo pluošto krypties, sugeria šviesą skirtingai.

Kai kurių mineralų spalva gali pasikeisti ir esant kitokios spalvos plėvelei. Šie mineralai dėl oksidacijos yra padengti danga, kuri galbūt kažkaip sušvelnina saulės ar dirbtinės šviesos poveikį. Kai kurie brangakmeniai praranda spalvą, jei tam tikrą laiką yra veikiami saulės spindulių: smaragdas praranda sodriai žalią spalvą, ametistas ir rožinis kvarcas tampa blyškūs.

Daugelis mineralų, kurių sudėtyje yra sidabro (pavyzdžiui, piragiritas ir proustitas), taip pat yra jautrūs saulės šviesai (insoliacija). Apatitas, veikiamas insoliacijos, yra padengtas juodu šydu. Kolekcininkai tokius mineralus turėtų saugoti nuo šviesos. Raudona realgaro spalva saulėje virsta aukso geltona spalva. Tokie spalvos pokyčiai gamtoje vyksta labai lėtai, tačiau dirbtinai galima labai greitai pakeisti mineralo spalvą, pagreitinant gamtoje vykstančius procesus. Pavyzdžiui, kaitinant iš violetinio ametisto galite gauti geltonojo citrino; deimantai, rubinai ir safyrai yra dirbtinai „tobulinami“ radioaktyvaus švitinimo ir ultravioletinių spindulių pagalba. Kalnų krištolas dėl stipraus švitinimo virsta dūminiu kvarcu. Agatą, jei jo pilka spalva neatrodo labai patraukliai, galima perdažyti į verdantį tirpalą panardinant įprastus anilino audinio dažus.

MILTELIŲ SPALVA (Brūkšnelis). Linijos spalva nustatoma patrynus į grubų neglazūruoto porceliano paviršių. Tuo pačiu reikia nepamiršti, kad porceliano kietumas yra 6-6,5 pagal Moso skalę, o didesnio kietumo mineralai iš trinto porceliano paliks tik baltus miltelius. Visada galite gauti miltelių skiedinyje. Spalvoti mineralai visada suteikia šviesesnę liniją, nespalvoti ir balti – balti. Paprastai balta arba pilka linija pastebima mineraluose, kurie yra dirbtinai dažyti arba su priemaišomis ir pigmentu. Dažnai jis yra tarsi drumstas, nes praskiestoje spalvoje jos intensyvumą lemia dažančiosios medžiagos koncentracija. Metalo blizgesio mineralų savybės spalva skiriasi nuo jų pačių spalvos. Geltonas piritas suteikia žalsvai juodą ruožą; juodasis hematitas yra vyšnių raudonas, juodasis volframitas yra rudas, o kasiteritas yra beveik bespalvis ruožas. Spalvota linija leidžia greitai ir lengvai atpažinti mineralą pagal ją nei praskiesta ar bespalvė linija.

ŠVIESTI. Kaip ir spalva, tai yra veiksmingas mineralo nustatymo metodas. Blizgesys priklauso nuo to, kaip šviesa atsispindi ir lūžta kristalo paviršiuje. Yra mineralų su metaliniu ir nemetaliniu blizgesiu. Jei jų negalima atskirti, galime kalbėti apie pusiau metalinį blizgesį. Nepermatomi metalo mineralai (piritas, galena) puikiai atspindi ir turi metalinį blizgesį. Kitos svarbios mineralų grupės (cinko mišinio, kasiterito, rutilo ir kt.) blizgesį nustatyti sunku. Mineralams su nemetaliniu blizgesiu pagal blizgesio intensyvumą ir savybes išskiriamos šios kategorijos:

1. Deimantinis blizgesys, kaip deimantas.
2. Stiklo blizgesys.
3. Aliejinis blizgesys.
4. Neryškus blizgesys (prasto atspindžio mineralams).

Blizgesys gali būti susijęs su agregato struktūra ir dominuojančio skilimo kryptimi. Mineralai, turintys plonasluoksnę struktūrą, turi perlamutrinį blizgesį.

SKAIDRUMAS. Mineralo skaidrumas yra labai kintanti kokybė: nepermatomas mineralas gali būti lengvai klasifikuojamas kaip skaidrus. Šiai grupei priklauso didžioji dalis bespalvių kristalų (kalnų krištolas, halitas, topazas). Skaidrumas priklauso nuo mineralo struktūros – kai kurie agregatai ir smulkūs gipso ir žėručio grūdeliai atrodo nepermatomi arba permatomi, o šių mineralų kristalai yra skaidrūs. Bet jei pažvelgsite į mažas granules ir agregatus su padidinamuoju stiklu, pamatysite, kad jie yra skaidrūs.

LŪŽIO RODIKLIS. Lūžio rodiklis yra svarbi mineralo optinė konstanta. Jis matuojamas naudojant specialią įrangą. Kai šviesos pluoštas prasiskverbia į anizotropinį kristalą, spindulys lūžta. Toks dvigubas lūžis sukuria įspūdį, kad yra virtualus antrasis objektas, lygiagretus tiriamam kristalui. Panašų reiškinį galima pastebėti per skaidrų kalcito kristalą.

LUMINESCENCIJA. Kai kurie mineralai, tokie kaip scheelitas ir Willemitas, apšvitinti ultravioletiniais spinduliais, švyti specifine šviesa, kuri kai kuriais atvejais gali tęstis kurį laiką. Fluoritas švyti kaitinant tamsioje vietoje – šis reiškinys vadinamas termoliuminescencija. Įtrynus kai kuriuos mineralus, atsiranda kitokio tipo švytėjimas – triboliuminescencija. Šie skirtingi liuminescencijos tipai yra savybė, leidžianti lengvai diagnozuoti daugybę mineralų.

ŠILUMOS LAIDUMAS. Jei paimsite į ranką gintaro ir vario gabalėlį, atrodys, kad vienas iš jų yra šiltesnis už kitą. Toks įspūdis susidaro dėl skirtingo šių mineralų šilumos laidumo. Taigi galite atskirti brangiųjų akmenų stiklo imitacijas; tam reikia prisegti akmenuką prie skruosto, kur oda jautresnė karščiui.

Šios savybės galima nustatyti pagal tai, kokius jausmus jie sukelia žmoguje. Grafitas ir talkas jaučiasi lygūs liesti, o gipsas ir kaolinas – sausi ir šiurkštūs. Vandenyje tirpūs mineralai, tokie kaip halitas, silvinitas, epsomitas, turi specifinį skonį – sūrus, kartaus, rūgštus. Kai kurie mineralai (siera, arsenopiritas ir fluoritas) turi lengvai atpažįstamą kvapą, kuris atsiranda iškart palietus mėginį.

MAGNETIZMAS. Tam tikrų mineralų, daugiausia turinčių daug geležies, fragmentus ar miltelius galima atskirti nuo kitų panašių mineralų naudojant magnetą. Magnetitas ir pirotitas yra labai magnetiniai ir pritraukia geležies drožles. Kai kurie mineralai, tokie kaip hematitas, įgauna magnetinių savybių kaitinant iki raudonumo.

CHEMINĖS SAVYBĖS. Norint nustatyti mineralus pagal jų chemines savybes, be specializuotos įrangos reikia turėti daug analitinės chemijos žinių.

Yra vienas paprastas karbonatų nustatymo metodas, prieinamas neprofesionalams - silpno druskos rūgšties tirpalo veikimas (vietoj jo galite paimti įprastą stalo actą - praskiestą acto rūgštį, kuri yra virtuvėje). Tokiu būdu bespalvį kalcito mėginį nesunkiai atskirsite nuo baltojo gipso – ant mėginio reikia užlašinti rūgšties. Gipsas į tai nereaguoja, o kalcitas „užverda“, kai išsiskiria anglies dioksidas.

Medžiagų kristalai turi unikalių fizinių savybių:
1. Anizotropija – tai fizikinių savybių priklausomybė nuo krypties, kuria šios savybės nustatomos. Yra tik pavieniai kristalai.

Tai paaiškinama tuo, kad kristalai turi kristalinę gardelę, kurios forma sukelia skirtingą sąveikos laipsnį skirtingomis kryptimis.

Dėl šios nuosavybės:

A. Žėrutis į lėkštes sluoksniuojasi tik viena kryptimi.

B. Grafitas lengvai skyla į sluoksnius, tačiau vienas sluoksnis yra neįtikėtinai tvirtas.

B. Gipsas skirtingai praleidžia šilumą skirtingomis kryptimis.

D. Į turmalino kristalą skirtingais kampais patekęs šviesos spindulys suteikia jam skirtingas spalvas.

Griežtai kalbant, tai yra anizotropija, kuri lemia kristalo formos susidarymą, būdingą konkrečiai medžiagai. Faktas tas, kad dėl kristalinės gardelės struktūros kristalo augimas vyksta netolygiai – vienur greičiau, kitur daug lėčiau. Dėl to kristalas įgauna formą. Be šios savybės kristalai išaugtų sferiniai ar net visiškai bet kokios formos.

Tai taip pat paaiškina netaisyklingą polikristalų formą - jie neturi anizotropijos, nes yra kristalų augimas.

2. Izotropija yra polikristalų savybė, priešinga anizotropijai. Jį turi tik polikristalai.

Kadangi pavienių kristalų tūris yra daug mažesnis nei viso polikristalo tūris, visos kryptys jame yra vienodos.

Pavyzdžiui, metalai vienodai praleidžia šilumą ir elektros srovę visomis kryptimis, nes jie yra polikristalai.

Be šio turto nieko negalėtume statyti. Dauguma statybinių medžiagų yra polikristalai, todėl kad ir kaip juos suksite, jie viską atlaikys. Pavieniai kristalai vienoje padėtyje gali būti itin kieti, o kitoje – labai trapūs.

3. Polimorfizmas – identiškų atomų (jonų, molekulių) savybė sudaryti skirtingas kristalines gardeles. Dėl skirtingų kristalų gardelių tokie kristalai gali turėti visiškai skirtingas savybes.

Dėl šios savybės susidaro kai kurios paprastų medžiagų alotropinės modifikacijos, pavyzdžiui, anglis yra deimantas ir grafitas.

Deimantų savybės:

· Didelis kietumas .

· Nepraleidžia elektros.

· Dega deguonies sraute.

Grafito savybės:

· minkštas mineralas.

· Praleidžia elektrą.

· Iš jo gaminamas ugniai atsparus molis.

Kristalų gardelės sandaros teoriją XIX amžiaus viduryje sukūrė prancūzų kristalografas O. Bravaisas, o vėliau rusų kristalografas akademikas E. S. Fedorovas ir vokiečių mokslininkas A. Schoenflis baigė šios teorijos matematinį vystymą. Kurdami ir plėtodami kristalų gardelės struktūros teoriją, Bravais, Fiodorovas ir kt., kristalografai rėmėsi tik tam tikromis svarbiomis kristalinės medžiagos savybėmis.

Pagrindinės kristalų savybės yra jų homogeniškumas, anizotropiškumas, galimybė savaime pjauti ir simetrija.

Homogeniškas paprastai vadinamas kūnu, kuris visose jo dalyse pasižymi tomis pačiomis savybėmis. Kristalinis kūnas yra vienalytis, nes įvairios jo dalys turi tą pačią struktūrą, t. Kristalo homogeniškumą reikia skirti nuo skysčio ar dujų homogeniškumo, kuris yra statistinio pobūdžio.

Anizotropinis vadinamas toks vienalytis kūnas, turintis nelygias savybes nelygiagrečiomis kryptimis. Kristalinis kūnas yra anizotropinis, nes erdvinės gardelės, taigi ir paties kristalo, struktūra paprastai nėra vienoda nelygiagrečiomis kryptimis. Lygiagrečiomis kryptimis kristalą sudarančios dalelės, taip pat jo erdvinės gardelės mazgai išsidėstę lygiai taip pat, todėl kristalo savybės tokiomis kryptimis turėtų būti vienodos.

Būdingas ryškios anizotropijos pavyzdys yra žėrutis, kurio kristalai lengvai skyla tik viena konkrečia kryptimi. Kaip dar vieną ryškų anizotropijos pavyzdį galima paminėti mineralinį disteną (AlOAl), kurio kristalų šoninių paviršių kietumas išilgine ir skersine kryptimis yra labai skirtingas. Jei iš kubo formos akmens druskos kristalo skirtingomis kryptimis išpjaunami strypai, tai norint sulaužyti šiuos strypus, reikės skirtingų jėgų. Strypas, statmenas kubo paviršiams, nutrūks maždaug 570 G / mm 2 jėga; strypui, lygiagrečiam veidų įstrižainėms, trūkimo jėga bus 1150 G/mm 2 , o lygiagrečiai kubo kietajai įstrižainei strypas lūžtų esant 2150 G/mm 2 jėgai.

Cituoti pavyzdžiai, žinoma, yra išskirtiniai savo specifiškumu. Tačiau tikslūs tyrimai parodė, kad absoliučiai visi kristalai vienaip ar kitaip yra anizotropiniai.

Homogeniškumą ir tam tikru mastu anizotropiją taip pat gali turėti amorfiniai kūnai. Tačiau amorfinės medžiagos jokiomis aplinkybėmis negali įgauti daugiakampio pavidalo. Plokščiųjų daugiasluoksnių formų pavidalu gali susidaryti tik kristaliniai kūnai. Gebėjimas save riboti, t.y., įgauna įvairiapusę formą, atsiranda būdingiausias išorinis kristalinės medžiagos požymis.

Taisyklinga geometrinė kristalų forma nuo seno traukė žmogaus dėmesį, o jos paslaptingumas seniau kėlė žmonėms įvairių prietarų. Tokių medžiagų kaip deimantas, smaragdas, rubinas, safyras, ametistas, topazas, turkis, granatas ir kt. kristalai jau XVIII a. buvo laikomi antgamtinių jėgų nešiotojais ir buvo naudojami ne tik kaip brangūs papuošalai, bet ir kaip talismanai ar vaistas nuo daugelio ligų bei nuodingų gyvačių įkandimų.

Tiesą sakant, galimybė savarankiškai pjaustytis, kaip ir pirmosios dvi savybės, yra teisingos kristalinės medžiagos vidinės struktūros pasekmė. Išorinės kristalų ribos tarsi atspindi šį jų vidinės sandaros teisingumą, nes kiekvienas kristalas gali būti laikomas jo erdvinės gardelės, apribotos plokštumų (veidų), dalimi.

Kartu reikia pastebėti, kad kristalinės medžiagos gebėjimas apsiriboti pasireiškia ne visada, o tik ypač palankiomis sąlygomis, kai išorinė aplinka netrukdo kristalams formuotis ir laisvai augti. Jei tokių sąlygų nėra, gaunami arba visiškai netaisyklingi, arba iš dalies deformuoti kristalai. Nepaisant to, jie išlaiko visas savo vidines savybes, įskaitant priežastis, dėl kurių kristalai įgauna daugiakampio formą. Todėl, jei netaisyklingos formos kristalinis grūdelis dedamas tam tikromis sąlygomis, kuriomis kristalas gali laisvai augti, po kurio laiko jis įgaus šiai medžiagai būdingo plokštuminio daugiakampio formą.

Kristalinė simetrija taip pat yra jų natūralios vidinės struktūros atspindys. Visi kristalai tam tikru mastu yra simetriški, tai yra, jie susideda iš reguliariai pasikartojančių lygių dalių, nes jų struktūrą išreiškia erdvinė gardelė, kuri pagal savo prigimtį visada yra simetriška.

1912 m. Miuncheno fiziko M. Laue atliktas rentgeno spindulių difrakcijos reiškinys jiems praeinant per kristalą buvo pirmasis eksperimentinis kristalinės medžiagos gardelės struktūros teorijos teisingumo patvirtinimas. Nuo to momento tapo įmanoma, viena vertus, tirti rentgeno spindulius per kristalus, kita vertus, tirti vidinę kristalų struktūrą naudojant rentgeno spindulius. Tokiu būdu buvo įrodyta, kad absoliučiai visi kristalai susideda iš dalelių, išdėstytų viena kitos atžvilgiu taisyklingai, kaip erdvinės gardelės mazgai.

Po Laue eksperimentų kristalų gardelės struktūros teorija nustojo būti tik spėliotine konstrukcija ir įgavo dėsnio formą.

Tema Kietųjų kūnų simetrija

1 Kristaliniai ir amorfiniai kūnai.

2 Simetrijos elementai ir jų sąveika

3 Kristalų daugiakampių ir kristalinių gardelių simetrija.

4 Kristalografinių klasių konstravimo principai

2 laboratorija

Kristalų modelių struktūros tyrimas

Prietaisai ir priedai: kortelės, kuriose nurodomi kristalinės struktūros cheminiai elementai;

Darbo tikslas: ištirti kristalinius ir amorfinius kūnus, kristalinių gardelių simetrijos elementus, kristalografinių klasių konstravimo principus, apskaičiuoti siūlomų cheminių elementų kristalinės gardelės periodą.

Pagrindinės temos sąvokos

Kristalai yra kieti kūnai, turintys trimatę periodinę atominę struktūrą. Pusiausvyros sąlygomis dariniai turi natūralią taisyklingų simetriškų daugiakampių formą. Kristalai yra kietųjų medžiagų pusiausvyros būsena.

Kiekviena cheminė medžiaga, esanti tam tikromis termodinaminėmis sąlygomis (temperatūra, slėgis) kristalinėje būsenoje, atitinka tam tikrą atominę-kristalinę struktūrą.

Nepusiausvyros sąlygomis išaugęs kristalas, neturintis tinkamo pjūvio arba jį praradęs dėl apdorojimo, išlaiko pagrindinę kristalinės būsenos savybę – gardelės atominę struktūrą (kristalinę gardelę) ir visas jos nustatytas savybes. .

Kristalinės ir amorfinės kietosios medžiagos

Kietosios medžiagos yra labai įvairios pagal savo struktūrą, dalelių (atomų, jonų, molekulių) surišimo jėgų pobūdį ir fizikines savybes. Praktinis poreikis nuodugniai ištirti kietųjų kūnų fizikines savybes lėmė tai, kad maždaug pusė visų fizikų Žemėje užsiima kietųjų kūnų tyrimais, naujų medžiagų su iš anksto nustatytomis savybėmis kūrimu ir jų praktinio pritaikymo plėtra. Yra žinoma, kad medžiagoms pereinant iš skystos būsenos į kietą, galimi du skirtingi kietėjimo tipai.

Medžiagos kristalizacija

Iki tam tikros temperatūros atvėsintame skystyje atsiranda kristalai (tvarkingų dalelių regionai) - kristalizacijos centrai, kurie, toliau šalinant šilumą iš medžiagos, auga dėl to, kad į juos pridedamos dalelės iš skystosios fazės ir apima visą tūrį. medžiaga.

Kietėjimas dėl greito skysčio klampumo padidėjimo mažėjant temperatūrai.

Kietosios medžiagos, susidarančios šio kietėjimo proceso metu, vadinamos amorfiniais kūnais. Tarp jų išskiriamos medžiagos, kuriose kristalizacija visai nepastebėta (sandarinimo vaškas, vaškas, derva), ir medžiagos, kurios gali kristalizuotis, pavyzdžiui, stiklas. Tačiau dėl to, kad mažėjant temperatūrai jų klampumas sparčiai didėja, sutrinka kristalų susidarymui ir augimui reikalingų molekulių judėjimas, o medžiaga turi laiko sukietėti, kol įvyksta kristalizacija. Tokios medžiagos vadinamos stiklinėmis. Šių medžiagų kristalizacijos procesas kietoje būsenoje vyksta labai lėtai, o aukštoje temperatūroje – lengviau. Visiems gerai žinomas stiklo „devitrifikacijos“ arba „slopinimo“ reiškinys atsiranda dėl to, kad stiklo viduje susidaro maži kristalai, kurių ribose šviesa atsispindi ir išsisklaido, dėl to stiklas tampa nepermatomas. Panašus vaizdas susidaro „cukruojant“ permatomus saldainius.

Amorfiniai kūnai gali būti laikomi skysčiais, kurių klampos koeficientas labai didelis. Yra žinoma, kad amorfiniuose kūnuose galima pastebėti silpnai išreikštą takumo savybę. Jei piltuvą užpildysite vaško arba sandarinimo vaško gabalėliais, po kurio laiko, skirtingu skirtingoms temperatūroms, amorfinio kūno gabalėliai palaipsniui susilies, įgaus piltuvo formą ir iš jo ištekės strypo pavidalu. . Net stiklas turi takumo savybę. Senų pastatų langų stiklų storio matavimai parodė, kad per kelis šimtmečius stiklas spėjo tekėti iš viršaus į apačią. Stiklo apačios storis pasirodė šiek tiek didesnis nei viršus.

Griežtai kalbant, kietosiomis medžiagomis turėtų būti vadinami tik kristaliniai kūnai. Amorfiniai kūnai kai kuriomis savybėmis, o svarbiausia struktūra, yra panašūs į skysčius: juos galima laikyti labai peršaldytais skysčiais, kurių klampumas yra labai didelis.

Yra žinoma, kad, priešingai nei tolimojo nuotolio tvarka kristaluose (tvarkingas dalelių išsidėstymas išsaugomas visame kiekvieno kristalinio grūdelio tūryje), skysčiuose ir amorfiniuose kūnuose stebima trumpojo nuotolio dalelių išdėstymo tvarka. Tai reiškia, kad bet kurios dalelės atžvilgiu artimiausių gretimų dalelių išsidėstymas yra tvarkingas, nors ir ne taip aiškiai išreikštas kaip kristale, tačiau išmušus iš tam tikros dalelės, kitų dalelių išsidėstymas jos atžvilgiu tampa vis menkesnis. sutvarkyta ir esant 3 - 4 efektyviųjų molekulės skersmenų atstumui, dalelių išsidėstymo tvarka visiškai išnyksta.

Lyginamosios įvairių medžiagų būsenų charakteristikos pateiktos 2.1 lentelėje.

Kristalinė ląstelė

Kad būtų patogiau apibūdinti teisingą kietųjų kūnų vidinę struktūrą, dažniausiai vartojama erdvinės arba kristalinės gardelės sąvoka. Tai erdvinis tinklelis, kurio mazguose yra dalelės – jonai, atomai, molekulės, sudarančios kristalą.

2.1 paveiksle pavaizduota erdvinė kristalinė gardelė. Paryškintos linijos išryškina mažiausią gretasienį, kurio lygiagrečiai judant išilgai trijų koordinačių ašių, sutampančių su gretasienio kraštų kryptimi, galima sukonstruoti visą kristalą. Šis gretasienis vadinamas pagrindine arba elementaria gardelės ląstele. Atomai šiuo atveju yra gretasienio viršūnėse.

Vienareikšmiškai elementarios ląstelės charakteristikai nurodomos 6 reikšmės: trys kraštai a, b, c ir trys kampai tarp gretasienio kraštų a, b, g.Šie dydžiai vadinami gardelės parametrais. Parametrai a, b, c Tai yra tarpatominiai atstumai kristalinėje gardelėje. Jų skaitinės reikšmės yra apie 10–10 m.

Paprasčiausias grotelių tipas yra kub su parametrais a=b=c ir a = b = g = 90 0 .

Millerio indeksai

Simboliniam mazgų, krypčių ir plokštumų žymėjimui kristale naudojami vadinamieji Millerio indeksai.

Mazgų indeksai

Bet kurio gardelės mazgo padėtis pasirinktos pradžios atžvilgiu nustatoma pagal tris koordinates X, Y, Z (2.2 pav.).

Šios koordinatės gali būti išreikštos gardelės parametrais taip: X = ma, Y = nb, Z = kompiuteris, kur a, b, c gardelės parametrai, m, n, p Sveiki skaičiai.

Taigi, jei ilgio vienetu išilgai gardelės ašies imsime ne metrą, o gardelės parametrus a, b, c (ašiniai ilgio vienetai), tada mazgo koordinatės bus skaičiai m, n, p. Šie skaičiai vadinami mazgų indeksais ir žymimi .

Jei mazgai yra neigiamų koordinačių krypčių srityje, virš atitinkamo indekso uždėkite minuso ženklą. Pavyzdžiui .

Krypties indeksai

Kryne nustatyti kryptį pasirenkama tiesi linija (2.2 pav.), einanti per pradžią. Jo orientaciją vienareikšmiškai lemia indeksas m n p pirmasis mazgas, per kurį jis praeina. Todėl krypties indeksus lemia trys mažiausi sveikieji skaičiai, apibūdinantys artimiausio taško, esančio šia kryptimi, padėtį. Krypties indeksai rašomi taip.

2.3 pav. Pagrindinės kryptys kubinėje gardelėje.

Lygiaverčių krypčių šeima žymima laužytais skliaustais.

Pavyzdžiui, lygiaverčių krypčių šeima apima kryptis

2.3 paveiksle pavaizduotos pagrindinės kryptys kubinėje gardelėje.

Plokštumos indeksai

Bet kurio padėtis erdvėje nustatoma nustatant tris segmentus OA, OV, OS (2.4 pav.), kurią nupjauna pasirinktos koordinačių sistemos ašyse. Ašiniais segmentų ilgio vienetais bus: ; ; .

trys skaičiai m n p visiškai nustatyti plokštumos padėtį S. Norint gauti Millerio indeksus su šiais skaičiais, reikia atlikti kai kurias transformacijas.

Sudarykite ašinių segmentų atvirkštinių dydžių santykį ir išreikškite jį trijų mažiausių skaičių santykiu h, k, l kad lygybė .

Skaičiai h, k, l yra lėktuvo indeksai. Norint rasti plokštumos indeksus, santykis perkeliamas į mažiausią bendrą vardiklį, o vardiklis atmetamas. Trupmenų skaitikliai ir plokštumos indeksai. Paaiškinkime tai pavyzdžiu: m = 1, n = 2, p = 3. Tada . Taigi nagrinėjamai bylai h = 6, k = 3, l = 2. Milerio plokštumos indeksai pateikiami skliausteliuose (6 3 2). Segmentai m n p gali būti trupmeniniai, tačiau Millerio indeksai šiuo atveju išreiškiami sveikaisiais skaičiais.

Leisti m = 1, n = , p = , tada .

Kai plokštuma yra lygiagrečiai orientuota bet kurios koordinačių ašies atžvilgiu, indeksas, atitinkantis šią ašį, yra lygus nuliui.

Jei ašyje nupjauta atkarpa turi neigiamą reikšmę, tai atitinkamas plokštumos indeksas taip pat turės neigiamą ženklą. Leisti h = -6, k = 3, l = 2, tada tokia plokštuma plokštumų Milerio indeksuose bus įrašyta .

Reikėtų pažymėti, kad plokštumos indeksai (h, k, l) nurodykite ne konkrečios plokštumos orientaciją, o lygiagrečių plokštumų šeimą, tai yra iš esmės nustatykite plokštumos kristalografinę orientaciją.

2.5 paveiksle pavaizduotos pagrindinės plokštumos kubinėje gardelėje.

Kai kurios plokštumos skiriasi Millerio indeksais

ekvivalentas fizine ir kristalografine prasme. Kubinėje gardelėje vienas lygiavertiškumo pavyzdžių yra kubo paviršiai. Fizinis lygiavertiškumas susideda iš to, kad visos šios plokštumos turi vienodą struktūrą gardelės mazgų išdėstyme, taigi ir tas pačias fizines savybes. Jų kristalografinis lygiavertiškumas slypi tame, kad šios plokštumos sutampa viena su kita, kai pasukus apie vieną iš koordinačių ašių kampu, kuris yra kartotinis.Ekvivalentiškų plokštumų šeima pateikiama riestiniais skliaustais. Pavyzdžiui, simbolis žymi visą kubo veidų šeimą.

Trijų komponentų Millerio simbolika naudojama visoms gardelių sistemoms, išskyrus šešiakampę. Šešiakampėje gardelėje (2.7 pav. Nr. 8) mazgai yra taisyklingų šešiakampių prizmių viršūnėse ir jų šešiakampių pagrindų centruose. Plokštumų orientacija šešiakampės sistemos kristaluose aprašyta naudojant keturias koordinačių ašis x 1, x 2, x 3, z, vadinamasis Miller-Brave indeksai. kirvius x 1, x 2, x 3 nukrypti nuo pradžios 120 0 kampu. Ašis z statmenai jiems. Krypčių žymėjimas pagal keturių komponentų simboliką yra sunkus ir retai naudojamas, todėl šešiakampėje gardelėje kryptys nustatomos pagal Milerio trikomponentę simboliką.

Pagrindinės kristalų savybės

Viena iš pagrindinių kristalų savybių yra anizotropija. Šis terminas reiškia fizikinių savybių pasikeitimą priklausomai nuo kristalo krypties. Taigi kristalas skirtingomis kryptimis gali turėti skirtingą stiprumą, kietumą, šilumos laidumą, savitumą, lūžio rodiklį ir kt. Anizotropija pasireiškia ir kristalų paviršiaus savybėmis. Skirtingų kristalų paviršių paviršiaus įtempimo koeficientas turi skirtingą reikšmę. Kai kristalas auga iš lydalo ar tirpalo, tai yra skirtingų veidų augimo greičio skirtumų priežastis. Augimo greičio anizotropija lemia teisingą augančio kristalo formą. Paviršiaus savybių anizotropija taip pat vyksta dėl tirpimo greičių adsorbcijos gebos skirtumo, skirtingų to paties kristalo paviršių cheminio aktyvumo. Fizinių savybių anizotropija yra tvarkingos kristalinės gardelės struktūros pasekmė. Tokioje struktūroje plokštumos atomų pakavimo tankis yra skirtingas. 2.6 paveiksle paaiškinama, kas buvo pasakyta.

Išdėstę plokštumas mažėjančia tvarka pagal jų atomų gyventojų tankį, gauname tokias eilutes: (0 1 0) (1 0 0) (1 1 0) (1 2 0) (3 2 0) . Tankiausiai užpildytose plokštumose atomai yra stipriau sujungti vienas su kitu, nes atstumas tarp jų yra mažiausias. Kita vertus, tankiausiai užpildytos plokštumos, atskirtos viena nuo kitos santykinai dideliais atstumais nei retai apgyvendintos plokštumos, bus silpniau sujungtos viena su kita.

Remdamiesi tuo, kas išdėstyta pirmiau, galime pasakyti, kad mūsų sąlyginį kristalą lengviausia padalinti išilgai plokštumos (0 1 0), nei kituose lėktuvuose. Čia pasireiškia mechaninio stiprumo anizotropija. Kitos fizinės kristalo savybės (šilumos, elektrinės, magnetinės, optinės) taip pat gali skirtis įvairiomis kryptimis. Svarbiausia kristalų, kristalų gardelių ir jų elementariųjų ląstelių savybė yra simetrija tam tikrų krypčių (ašių) ir plokštumų atžvilgiu.

Kristalinė simetrija

2.1 lentelė

Kristalinė sistema	Vienetinio langelio kraštų santykis	Kampų santykis vienetinėje ląstelėje
Triklinika
Monoklinika
Rombinis
tetragonalinis
kub
Trigonalis (roboedras)
Šešiakampis

Dėl periodiško dalelių išsidėstymo kristale jis turi simetriją. Ši savybė slypi tame, kad dėl kai kurių psichinių operacijų kristalų dalelių sistema sujungiama su savimi, patenka į padėtį, kuri nesiskiria nuo pradinės. Kiekviena operacija gali būti susieta su simetrijos elementu. Kristalams yra keturi simetrijos elementai. tai - simetrijos ašis, simetrijos plokštuma, simetrijos centras ir veidrodžio sukimosi simetrijos ašis.

1867 metais rusų kristalografas A.V. Gadolinas parodė, kas gali egzistuoti 32 galimi simetrijos elementų deriniai. Kiekvienas iš šių galimų simetrijos elementų derinių vadinamas simetrijos klasė. Patirtis patvirtino, kad gamtoje yra kristalų, priklausančių vienai iš 32 simetrijos klasių. Kristalografijoje nurodytos 32 simetrijos klasės, priklausomai nuo parametrų santykio a, b, c, a, b, g sujungtos į 7 sistemas (singoniją), kurios turi tokius pavadinimus: Triklininė, monoklininė, rombinė, trigoninė, šešiakampė, tetragoninė ir kubinė sistemos. 2.1 lentelėje pateikiami šių sistemų parametrų santykiai.

Kaip parodė prancūzų kristalografas Bravais, yra 14 rūšių gardelių, priklausančių skirtingoms kristalų sistemoms.

Jei kristalinės gardelės mazgai yra tik gretasienio, kuris yra vienetinė ląstelė, viršūnėse, tada tokia gardelė vadinama primityvus arba paprastas (2.7 pav. Nr. 1, 2, 4, 9, 10, 12), jei be to, gretasienio pagrindų centre yra mazgų, tai tokia gardelė vadinama orientuota į bazę (2.7 pav. Nr. 3, 5), jei erdvinių įstrižainių sankirtoje yra mazgas, tai gardelė vadinama orientuotas į kūną (2.7 pav. Nr. 6, 11, 13), o jei visų šoninių paviršių centre yra mazgų - orientuota į veidą (piešinys 2.7 Nr. 7, 14). Vadinamos gardelės, kurių elementariose ląstelėse yra papildomų mazgų gretasienio tūrio viduje arba jo paviršiuose kompleksas.

Bravaiso gardelė – tai identiškų ir vienodai išsidėsčiusių dalelių (atomų, jonų) rinkinys, kurios gali būti sujungtos viena su kita lygiagrečiai pernešant. Nereikėtų manyti, kad viena Bravaiso gardelė gali išnaudoti visus tam tikro kristalo atomus (jonus). Sudėtinga kristalų struktūra gali būti pavaizduota kaip kelių sprendimų rinkinys dabartinis Bravais, stūmė vieną į kitą. Pavyzdžiui, valgomosios druskos kristalinė gardelė NaCl (2.8 pav.) susideda iš dviejų kubinių į veidą nukreiptų Bravais gardelių, sudarytų iš jonų Na- ir Cl +, paslinkti vienas kito atžvilgiu puse kubo krašto.

Tinkavimo laikotarpio apskaičiavimas.

Žinant kristalo cheminę sudėtį ir jo erdvinę struktūrą, galima apskaičiuoti šio kristalo gardelės periodą. Užduotis – nustatyti vienetinėje ląstelėje esančių molekulių (atomų, jonų) skaičių, išreikšti jos tūrį gardelės periodu ir, žinant kristalo tankį, atlikti atitinkamą skaičiavimą. Svarbu pažymėti, kad daugelio tipų kristalinės gardelės atveju dauguma atomų nepriklauso vienai vienetinei ląstelei, bet vienu metu yra įtrauktos į kelias gretimas vienetines ląsteles.

Pavyzdžiui, nustatykime natrio chlorido gardelės periodą, kurio gardelė parodyta 2.8 pav.

Gardelinis periodas lygus atstumui tarp artimiausių to paties pavadinimo jonų. Tai atitinka kubo kraštą. Raskime natrio ir chloro jonų skaičių elementariame kube, kurio tūris lygus d3, d- gardelės laikotarpis. Išilgai kubo viršūnių yra 8 natrio jonai, tačiau kiekvienas iš jų vienu metu yra aštuonių gretimų elementariųjų kubų viršūnė, todėl šiam tūriui priklauso tik dalis jono, esančio kubo viršūnėje. Iš viso yra 7 tokie natrio jonai, kurie kartu sudaro natrio joną. Šeši natrio jonai yra kubo paviršių centruose, tačiau kiekvienas iš jų priklauso tik pusei nagrinėjamo kubo. Kartu jie sudaro natrio joną. Taigi nagrinėjamame elementariame kube yra keturi natrio jonai.

Vienas chloro jonas yra kubo erdvinių įstrižainių sankirtoje. Jis visiškai priklauso mūsų pradiniam kubui. Dvylika chlorido jonų yra kubo kraštų viduryje. Kiekvienas iš jų priklauso tomui d3 vienu ketvirtadaliu, nes kubo kraštas vienu metu yra bendras keturioms gretimoms elementarioms ląstelėms. Nagrinėjamame kube yra 12 tokių chloro jonų, kurie kartu sudaro chloro jonus. Iš viso elementariu tūriu d3 yra 4 natrio jonai ir 4 chlorido jonai, t.y. 4 natrio chlorido molekulės (n = 4).

Jei 4 natrio chlorido molekulės užima tūrį d3, tada vienas molis kristalo turės tūrį , kur A yra Avogadro skaičius, n yra molekulių skaičius vienetinėje ląstelėje.

Kita vertus, kur yra molinė masė, yra kristalo tankis. Tada kur

(2.1)

Nustatant atomų skaičių viename gretasienio elemento langelyje (skaičiuojant turinį), reikia vadovautis taisykle:

q jei atominės sferos centras sutampa su viena iš elementariosios ląstelės viršūnių, tai nuo tokio atomo priklauso ši ląstelė, nes aštuoni gretimi greta esantys greta esantys greta esantys greta esantys greta esantys greta esantys greta esantys greta esantys stačiakampiai vienu metu susilieja bet kurioje gretasienio, kuriai vienodai priklauso viršūnės atomas, viršūnėje (pav. 2.9);

q nuo atomo, esančio ląstelės krašte, priklauso šiai ląstelei, nes kraštas yra bendras keturiems gretasieniams (2.9 pav.);

q iš atomo, gulinčio ant ląstelės krašto, priklauso šiai ląstelei, nes ląstelės paviršius yra bendras dviem gretasieniams (2.9 pav.);

q ląstelės viduje esantis atomas visiškai priklauso jai (2.9 pav.).

Naudojant nurodytą taisyklę, gretasienio ląstelės forma yra abejinga. Suformuluotą taisyklę galima išplėsti į bet kurios sistemos ląsteles.

Progresas

Už gautus tikrų kristalų modelius

1 Pasirinkite elementarų langelį.

2 Nustatykite Bravais grotelių tipą.

3 Atlikite šių elementarių langelių „turinio skaičiavimą“.

4 Nustatykite grotelių trukmę.

Pagrindinės kristalų savybės

Kristalai auga įvairiapusiškai, nes jų augimo greitis skirtingomis kryptimis yra skirtingas. Jei jie būtų vienodi, tada būtų gauta viena forma - rutulys.

Skirtingomis kryptimis skiriasi ne tik augimo tempas, bet ir beveik visos jų savybės, t.y. kristalai yra būdingi anizotropija ("an" - ne, "nizos" - tas pats, "tropos" - savybė), krypčių nelygybė.

Pavyzdžiui, kaitinant išilgine kryptimi kalcitas išsitempia (a=24,9·10 -6 o C -1), o skersine susitraukia (a=-5,6 10 -6 o C -1). Ji taip pat turi kryptį, kuria šiluminis plėtimasis ir susitraukimas kompensuoja vienas kitą (nulinio plėtimosi kryptis). Jei plokštelė pjaunama statmenai šiai krypčiai, tai kaitinant jos storis nepasikeis ir ją galima panaudoti detalių gamybai tiksliojoje inžinerijoje.

Grafite plėtimasis išilgai vertikalios ašies yra 14 kartų didesnis nei kryptimis, skersinėmis šiai ašiai.

Ypač akivaizdi kristalų mechaninių savybių anizotropija. Sluoksniuotos struktūros kristalai – žėrutis, grafitas, talkas, gipsas – sluoksnių kryptimi gana lengvai skyla į plonyčius lapelius, suskaidyti kitomis kryptimis yra nepalyginamai sunkiau. Druska suskaidoma į mažus kubelius, ispanų špatas - į romboedrus (skilimo reiškinys).

Kristaluose taip pat vyksta optinių savybių anizotropija, šilumos laidumas, elektrinis laidumas, elastingumas ir kt.

V polikristalinis, susidedantis iš daugybės atsitiktinai orientuotų vieno kristalo grūdelių, savybių anizotropijos nėra.

Dar kartą reikia pabrėžti, kad ir amorfinės medžiagos izotropinis.

Kai kuriose kristalinėse medžiagose taip pat gali atsirasti izotropija. Pavyzdžiui, šviesos sklidimas kubiniuose kristaluose vyksta tuo pačiu greičiu skirtingomis kryptimis. Galima sakyti, kad tokie kristalai yra optiškai izotropiniai, nors šiuose kristaluose galima pastebėti mechaninių savybių anizotropiją.

Vienodumas - fizinio kūno savybė būti vienoda visame tūryje. Kristalinės medžiagos homogeniškumas išreiškiamas tuo, kad bet kurios tos pačios formos ir vienodai orientuotos kristalo pjūviai pasižymi tomis pačiomis savybėmis.

Gebėjimas save riboti - kristalo gebėjimas įgauti įvairiapusę formą palankiomis sąlygomis. Apibūdinamas pagal Stenono kampų pastovumo dėsnį.

Plokštumas ir tiesus-šlaunikaulis . Kristalo paviršių riboja plokštumos arba paviršiai, kurie susikirsdami sudaro tiesias linijas – briauneles. Kraštinių susikirtimo taškai sudaro viršūnes.

Veidai, briaunos, viršūnės, taip pat dvikampiai kampai (dešinysis, bukas, smailus) yra išorinio kristalų apribojimo elementai. Dvikampiai kampai (tai yra dvi susikertančios plokštumos), kaip minėta aukščiau, yra šios rūšies medžiagos konstanta.

Eulerio formulė nustato ryšį tarp apribojimo elementų (tik paprastos uždaros formos):

G + V \u003d P + 2,

G yra veidų skaičius,

B yra viršūnių skaičius,

R yra šonkaulių skaičius.

Pavyzdžiui, kubui 6+8=12+2

Kristalų kraštai atitinka gardelės eilutes, paviršiai – plokščias groteles.

Kristalinė simetrija .

„Kristalai spindi savo simetrija“, – rašė didysis rusų kristalografas E.S. Fiodorovas.

Simetrija – tai reguliarus vienodų figūrų arba lygių tos pačios figūros dalių kartojimas. „Simetrija“ – iš graikų k. atitinkamų erdvės taškų „proporcingumas“.

Jei geometrinis objektas trimatėje erdvėje yra pasukamas, paslinktas ar atspindėtas, o tuo pačiu yra tiksliai sulygiuotas su savimi (transformuojamas į save), t.y. lieka nekintamas jam pritaikytai transformacijai, tada objektas yra simetriškas, o transformacija – simetriška.

Šiuo atveju gali būti derinio atvejų:

1. Lygių trikampių (ar kitų figūrų) derinys įvyksta pasukant juos pagal laikrodžio rodyklę 180 laipsnių kampu ir uždedant vieną ant kito. Tokie skaičiai vadinami suderinami-lygūs. Pavyzdys yra identiškos pirštinės (kairėje arba dešinėje).