Kristālu īpašības, forma un singonija (kristalogrāfiskās sistēmas)

Svarīga kristāla īpašība ir noteikta atbilstība starp dažādām sejām – kristāla simetrija. Izšķir šādus simetrijas elementus:

1. Simetrijas plaknes: sadaliet kristālu divās simetriskās pusēs, šādas plaknes sauc arī par simetrijas "spoguļiem".

2. Simetrijas asis: taisnas līnijas, kas iet caur kristāla centru. Kristāla rotācija ap šo asi atkārto kristāla sākotnējā stāvokļa formu. Ir 3., 4. un 6. kārtas simetrijas asis, kas atbilst šādu pozīciju skaitam kristāla griešanās laikā par 360 o .

3. Simetrijas centrs: kristāla skaldnes, kas atbilst paralēlajai virsmai, mainās vietām, pagriežot par 180 o ap šo centru. Šo simetrijas elementu un secību kombinācija dod 32 simetrijas klases visiem kristāliem. Šīs klases atbilstoši to kopīgajām īpašībām var grupēt septiņās singonijās (kristalogrāfiskās sistēmās). Trīsdimensiju koordinātu asis var izmantot, lai noteiktu un novērtētu kristāla virsmu pozīcijas.

Katrs minerāls pieder pie vienas simetrijas klases, jo tam ir viena veida kristāla režģis, kas to raksturo. Gluži pretēji, minerāli ar vienādu ķīmisko sastāvu var veidot divu vai vairāku simetrijas klašu kristālus. Šo parādību sauc par polimorfismu. Nav atsevišķu polimorfisma piemēru: dimants un grafīts, kalcīts un aragonīts, pirīts un markazīts, kvarcs, tridimīts un kristobalīts; rutils, anatāze (aka oktaedrīts) un brookīts.

SINGONIJAS (KRISTALOGRAFISKĀS SISTĒMAS). Visas kristālu formas veido 7 singonijas (kubisku, tetragonālu, sešstūrainu, trigonālu, rombisku, monoklinisku, triklīnisku). Singonijas diagnostikas pazīmes ir kristalogrāfiskās asis un šo asu veidotie leņķi.

Triklīnikas singonijā ir minimālais simetrijas elementu skaits. Sarežģītības secībā tai seko monoklīniskā, rombiskā, tetragonālā, trigonālā, sešstūra un kubiskā singonija.

Kubiskā sistēma. Visas trīs asis ir vienāda garuma un ir perpendikulāras viena otrai. Tipiskas kristālu formas: kubs, oktaedrs, rombveida dodekaedrs, piecstūra dodekaedrs, tetrastūra trioktaedrs, heksaoktaedrs.

Četrstūra sistēma. Trīs asis ir perpendikulāras viena otrai, divām asīm ir vienāds garums, trešā (galvenā ass) ir īsāka vai garāka. Tipiskas kristālu formas ir prizmas, piramīdas, tetragoni, trapecedri un bipiramīdas.

Sešstūra singonija. Trešā un ceturtā ass ir slīpas pret plakni, ir vienāda garuma un krustojas 120 o leņķī. Ceturtā ass, kas atšķiras no pārējām pēc izmēra, atrodas perpendikulāri pārējām. Gan asis, gan leņķi pēc izvietojuma ir līdzīgi iepriekšējai singonijai, taču simetrijas elementi ir ļoti dažādi. Tipiskas kristālu formas ir trīsstūrveida prizmas, piramīdas, romboedri un skalenoedri.

Rombiskā sistēma. Raksturīgas ir trīs asis, kas ir perpendikulāras viena otrai. Tipiskas kristāliskās formas ir bazālie pinakoīdi, rombveida prizmas, rombveida piramīdas un bipiramīdas.

Monoklīniskā singonija. Trīs dažāda garuma asis, otrā ir perpendikulāra pārējām, trešā ir akūtā leņķī pret pirmo. Tipiskas kristālu formas ir pinakoīdi, prizmas ar slīpi nogrieztām malām.

Triklīnikas sistēma. Visām trim asis ir dažāda garuma un krustojas asos leņķos. Tipiskas formas ir monohedra un pinacoids.

Kristālu forma un augšana. Kristāliem, kas pieder pie vienas un tās pašas minerālu sugas, ir līdzīgs izskats. Tāpēc kristālu var raksturot kā ārējo parametru (virsmas, leņķi, asis) kombināciju. Bet šo parametru relatīvais lielums ir diezgan atšķirīgs. Līdz ar to kristāls var mainīt savu izskatu (lai neteiktu izskatu) atkarībā no noteiktu formu attīstības pakāpes. Piemēram, piramīdveida izskats, kur visas sejas saplūst, kolonnveida (nevainojamā prizmā), tabulas, lapotas vai lodveida.

Diviem kristāliem ar vienādu ārējo parametru kombināciju var būt atšķirīgs izskats. Šī kombinācija ir atkarīga no kristalizācijas vides ķīmiskā sastāva un citiem veidošanās apstākļiem, kas ietver temperatūru, spiedienu, vielas kristalizācijas ātrumu utt. Dabā dažkārt tiek atrasti regulāri kristāli, kas veidojušies labvēlīgos apstākļos, piemēram, , ģipsis māla vidē vai minerāli uz ģeodes sienām. Šādu kristālu sejas ir labi attīstītas. Un otrādi, kristāli, kas veidojas mainīgos vai nelabvēlīgos apstākļos, bieži tiek deformēti.

VIENĪBAS. Bieži vien ir kristāli, kuriem nav pietiekami daudz vietas augšanai. Šie kristāli saplūda ar citiem, veidojot neregulāras masas un agregātus. Brīvā telpā starp akmeņiem kristāli attīstījās kopā, veidojot drūzas, bet tukšumos - ģeodes. Pēc savas struktūras šādas vienības ir ļoti dažādas. Nelielās kaļķakmens plaisās ir veidojumi, kas atgādina pārakmeņojušos papardi. Tos sauc par dendritiem, kas veidojas mangāna un dzelzs oksīdu un hidroksīdu veidošanās rezultātā šajās plaisās cirkulējošo šķīdumu ietekmē. Tāpēc dendrīti nekad neveidojas vienlaikus ar organiskajām atliekām.

Dubults. Kristālu veidošanās laikā nereti veidojas dvīņi, kad divi vienas minerālu sugas kristāli saaug viens ar otru pēc noteiktiem noteikumiem. Dubultnieki bieži ir indivīdi, kas saplūst leņķī. Pseidosimetrija bieži izpaužas - vairāki zemākajai simetrijas klasei piederoši kristāli saaug kopā, veidojot indivīdus ar augstākas kārtas pseidosimetriju. Tādējādi aragonīts, kas pieder pie rombveida sistēmas, bieži veido dvīņu prizmas ar sešstūra pseidosimetriju. Uz šādu savstarpēju izaugumu virsmas ir novērojama tieva izšķilšanās, ko veido dvīņu līnijas.

KRISTĀLU VIRSMA. Kā jau minēts, plakanas virsmas reti ir gludas. Diezgan bieži uz tiem tiek novērota izšķilšanās, joslas vai svītras. Šīs raksturīgās pazīmes palīdz noteikt daudzus minerālus - pirītu, kvarcu, ģipsi, turmalīnu.

PSEUDOMORPHOUSES. Pseidomorfozes ir kristāli, kuriem ir cita kristāla forma. Piemēram, limonīts rodas pirīta kristālu veidā. Pseidomorfozes veidojas, kad vienu minerālu pilnībā ķīmiski aizstāj ar citu, saglabājot iepriekšējā formu.

Kristālu agregātu formas var būt ļoti dažādas. Fotoattēlā redzams mirdzošs natrolīta agregāts.
Ģipša paraugs ar dvīņotiem kristāliem krusta formā.

Fizikālās un ķīmiskās īpašības. Ne tikai kristāla ārējo formu un simetriju nosaka kristalogrāfijas likumi un atomu izvietojums - tas attiecas arī uz minerāla fizikālajām īpašībām, kas dažādos virzienos var būt atšķirīgas. Piemēram, vizla var sadalīties paralēlās plāksnēs tikai vienā virzienā, tāpēc tās kristāli ir anizotropi. Amorfās vielas visos virzienos ir vienādas, tāpēc izotropiskas. Šādas īpašības ir svarīgas arī šo minerālu diagnosticēšanai.

Blīvums. Minerālu blīvums (īpatnējais svars) ir to svara attiecība pret tāda paša tilpuma ūdens svaru. Īpatnējā smaguma noteikšana ir svarīgs diagnostikas instruments. Dominē minerāli ar blīvumu 2-4. Praktiskajā diagnostikā palīdzēs vienkāršots svara novērtējums: vieglo minerālu svars ir no 1 līdz 2, vidēja blīvuma minerāliem - no 2 līdz 4, smagajiem minerāliem - no 4 līdz 6, ļoti smagajiem minerāliem - vairāk nekā 6.

MEHĀNISKĀS ĪPAŠĪBAS. Tie ietver cietību, šķelšanos, skaidu virsmu, stingrību. Šīs īpašības ir atkarīgas no kristāla struktūras un tiek izmantotas, lai izvēlētos diagnostikas paņēmienu.

CIETĪBA. Kalcīta kristālu saskrāpēt ar naža galu ir diezgan viegli, taču ar kvarca kristālu diez vai to izdosies - asmens slīdēs pāri akmenim, neatstājot skrāpējumu. Tas nozīmē, ka šo divu minerālu cietība ir atšķirīga.

Cietība attiecībā pret skrāpējumiem attiecas uz kristāla izturību pret virsmas ārējās deformācijas mēģinājumu, citiem vārdiem sakot, izturību pret mehāniskām deformācijām no ārpuses. Frīdrihs Mūss (1773-1839) ierosināja relatīvu cietības skalu no grādiem, kur katram minerālam ir augstāka skrāpējumu cietība nekā iepriekšējam: 1. Talks. 2. Ģipsis. 3. Kalcīts. 4. Fluorīts. 5. Apatīts. 6. Laukšpats. 7. Kvarcs. 8. Topāzs. 9. Korunds. 10. Dimants. Visas šīs vērtības attiecas tikai uz svaigiem, neapstrādātiem paraugiem.

Jūs varat novērtēt cietību vienkāršotā veidā. Minerālvielas ar cietību 1 ir viegli saskrāpējamas ar nagu; kamēr tie ir taukaini uz tausti. Minerālu virsmu ar cietību 2 arī saskrāpē ar nagu. Vara stieple vai vara gabals skrāpē minerālus ar cietību 3. Naža gals skrāpē minerālus līdz 5 cietībai; labs jauns fails - kvarcs. Minerāli, kuru cietība ir lielāka par 6, skrāpēs stiklu (cietība 5). No 6 līdz 8 neaizņem pat labu failu; mēģinot lidot dzirksteles. Lai noteiktu cietību, pārbaudiet paraugus ar pieaugošu cietību, kamēr tie dod ražu; tad ņem paraugu, kas acīmredzot ir vēl grūtāk. Pretēji jārīkojas, ja nepieciešams noteikt cietību minerālam, ko ieskauj iezis, kura cietība ir zemāka par paraugam nepieciešamā minerāla cietību.

Talks un dimants, divi minerāli Mosa cietības skalas galējībās.

Ir viegli izdarīt secinājumu, pamatojoties uz to, vai minerāls slīd pa cita virsmu vai skrāpē to ar nelielu čīkstēšanu. Var rasties šādi gadījumi:
1. Cietība ir vienāda, ja paraugs un minerāls savstarpēji nesaskrāpē viens otru.
2. Iespējams, ka abi minerāli skrāpē viens otru, jo kristāla galotnes un dzegas var būt cietākas par malām vai šķelšanās plaknēm. Tāpēc ir iespējams saskrāpēt ģipša kristāla virsmu vai tā šķelšanās plakni ar cita ģipša kristāla augšpusi.
3. Minerāls saskrāpē pirmo paraugu, un augstākas cietības klases paraugs rada skrāpējumu uz tā. Tās cietība ir pa vidu starp salīdzināšanai izmantotajiem paraugiem, un to var novērtēt uz pusi klases.

Neskatoties uz šādas cietības noteikšanas šķietamo vienkāršību, daudzi faktori var novest pie nepatiesa rezultāta. Piemēram, ņemsim minerālu, kura īpašības dažādos virzienos ļoti atšķiras, piemēram, distēnu (kianītu): vertikāli cietība ir 4-4,5, un naža gals atstāj skaidru atzīmi, bet perpendikulārā virzienā cietība ir 6- 7 un minerāls ar nazi vispār nav skrāpēts . Šī minerāla nosaukuma izcelsme ir saistīta ar šo iezīmi un ļoti izteiksmīgi to uzsver. Tāpēc ir nepieciešams veikt cietības pārbaudi dažādos virzienos.

Dažiem pildvielām ir augstāka cietība nekā komponentiem (kristāliem vai graudiem), no kuriem tie sastāv; var izrādīties, ka blīvu ģipša gabalu ir grūti saskrāpēt ar nagu. Gluži pretēji, daži poraini pildvielas ir mazāk cieti, kas izskaidrojams ar tukšumu klātbūtni starp granulām. Tāpēc krīts tiek skrāpēts ar nagu, lai gan tas sastāv no kalcīta kristāliem, kuru cietība ir 3. Vēl viens kļūdu avots ir minerāli, kas piedzīvojuši kaut kādas izmaiņas. Pulverveida, izturīgu paraugu vai zvīņainas un adatveida struktūras agregātu cietību nav iespējams novērtēt ar vienkāršiem līdzekļiem. Šādos gadījumos labāk izmantot citas metodes.

Šķelšanās. Sitot pa āmuru vai nospiežot nazi, kristālus gar šķelšanās plaknēm dažkārt var sadalīt plāksnēs. Šķelšanās izpaužas pa plaknēm ar minimālu saķeri. Daudziem minerāliem ir šķelšanās vairākos virzienos: halīts un galēna – paralēli kuba virsmām; fluorīts - gar oktaedra skaldnēm, kalcīts - romboedrs. Maskaviešu vizlas kristāls; šķelšanās plaknes ir skaidri redzamas (fotoattēlā pa labi).

Minerālvielām, piemēram, vizlai un ģipsim, ir perfekta šķelšanās vienā virzienā, bet nepilnīga vai nav šķelšanās citos virzienos. Rūpīgi novērojot, var pamanīt plānākās šķelšanās plaknes caurspīdīgos kristālos pa labi definētiem kristalogrāfiskajiem virzieniem.

lūzuma virsma. Daudzi minerāli, piemēram, kvarcs un opāls, nesadalās nevienā virzienā. To lielākā daļa sadalās neregulāros gabalos. Šķelšanās virsmu var raksturot kā plakanu, nelīdzenu, konchoidālu, daļēji konchoidālu, raupju. Metāliem un cietajiem minerāliem ir raupja šķelšanās virsma. Šis īpašums var kalpot kā diagnostikas līdzeklis.

Citas mehāniskās īpašības. Daži minerāli (pirīts, kvarcs, opāls) zem āmura sitiena sadalās gabalos - tie ir trausli. Citi, gluži pretēji, pārvēršas par pulveri, nedodot gružus.

Kaļamos minerālus var saplacināt, piemēram, tīrus vietējos metālus. Tie neveido ne pulveri, ne fragmentus. Plānas vizlas plāksnes var saliekt kā saplāksni. Pēc iedarbības pārtraukšanas tie atgriezīsies sākotnējā stāvoklī - tā ir elastības īpašība. Citi, piemēram, ģipsis un pirīts, var būt saliekti, bet saglabā deformēto stāvokli - tā ir elastības īpašība. Šādas pazīmes ļauj atpazīt līdzīgus minerālus - piemēram, atšķirt elastīgo vizlu no elastīgā hlorīta.

Krāsošana. Dažiem minerāliem ir tik tīra un skaista krāsa, ka tos izmanto kā krāsas vai lakas. Bieži vien viņu vārdi tiek lietoti ikdienas runā: smaragdzaļš, rubīnsarkans, tirkīzs, ametists utt. Minerālu krāsa, kas ir viena no galvenajām diagnostikas pazīmēm, nav ne pastāvīga, ne mūžīga.

Ir vairāki minerāli, kuru krāsa ir nemainīga - malahīts vienmēr ir zaļš, grafīts ir melns, vietējais sērs ir dzeltens. Parastie minerāli, piemēram, kvarcs (kalnu kristāls), kalcīts, halīts (veselais sāls), ir bezkrāsaini, ja tiem nav piemaisījumu. Tomēr pēdējā klātbūtne izraisa krāsojumu, un mēs zinām zilo sāli, dzelteno, rozā, purpursarkano un brūno kvarcu. Fluorītam ir vesela krāsu gamma.

Piemaisījumu elementu klātbūtne minerāla ķīmiskajā formulā rada ļoti specifisku krāsu. Šajā fotoattēlā redzams zaļš kvarcs (praze), tīrā veidā tas ir pilnīgi bezkrāsains un caurspīdīgs.

Turmalīnam, apatītam un berilam ir dažādas krāsas. Krāsošana nav neapšaubāma dažādu toņu minerālu diagnostikas pazīme. Minerāla krāsa ir atkarīga arī no kristāla režģī iekļauto piemaisījumu elementu klātbūtnes, kā arī no dažādiem pigmentiem, piemaisījumiem un ieslēgumiem saimniekkristālā. Dažreiz to var saistīt ar starojuma iedarbību. Daži minerāli maina krāsu atkarībā no gaismas. Tātad aleksandrīts dienas gaismā ir zaļš, bet mākslīgajā gaismā - violets.

Dažiem minerāliem krāsas intensitāte mainās, kad kristāla virsmas tiek pagrieztas attiecībā pret gaismu. Kordierīta kristāla krāsa rotācijas laikā mainās no zilas uz dzeltenu. Šīs parādības iemesls ir tāds, ka šādi kristāli, ko sauc par pleohroic, absorbē gaismu atšķirīgi atkarībā no stara virziena.

Dažu minerālu krāsa var mainīties arī tādas plēves klātbūtnē, kurai ir atšķirīga krāsa. Šie minerāli oksidācijas rezultātā tiek pārklāti ar pārklājumu, kas, iespējams, kaut kā mīkstina saules gaismas vai mākslīgās gaismas iedarbību. Daži dārgakmeņi zaudē savu krāsu, ja tie kādu laiku tiek pakļauti saules gaismai: smaragds zaudē savu dziļi zaļo krāsu, ametists un rozā kvarcs kļūst bāli.

Daudzi sudrabu saturoši minerāli (piemēram, pirargirīts un proustīts) ir arī jutīgi pret saules gaismu (insolāciju). Apatīts insolācijas ietekmē ir pārklāts ar melnu plīvuru. Kolekcionāriem ir jāaizsargā šādas minerālvielas no gaismas iedarbības. Realgāra sarkanā krāsa saulē pārvēršas zeltaini dzeltenā. Šādas krāsas izmaiņas dabā notiek ļoti lēni, bet mākslīgi izmainīt minerāla krāsu iespējams ļoti ātri, paātrinot dabā notiekošos procesus. Piemēram, jūs varat iegūt dzelteno citrīnu no purpura ametista karsējot; dimanti, rubīni un safīri tiek mākslīgi "uzlaboti" ar radioaktīvā apstarošanas un ultravioleto staru palīdzību. Kalnu kristāls spēcīgas apstarošanas dēļ pārvēršas dūmu kvarcā. Ahātu, ja tā pelēkā krāsa neizskatās īpaši pievilcīgi, var krāsot, vārošā šķīdumā iemērcot parasto anilīna auduma krāsu.

PULVERA KRĀSA (DASH). Līnijas krāsa tiek noteikta, berzējot pret neglazēta porcelāna raupjo virsmu. Tajā pašā laikā nedrīkst aizmirst, ka porcelāna cietība ir 6-6,5 pēc Mosa skalas, un minerāli ar lielāku cietību atstās tikai baltu pulverveida porcelāna pulveri. Jūs vienmēr varat iegūt pulveri javā. Krāsainie minerāli vienmēr piešķir gaišāku līniju, nekrāsoti un balti - balti. Parasti baltu vai pelēku līniju novēro minerālos, kas ir mākslīgi krāsoti vai ar piemaisījumiem un pigmentu. Bieži vien tas ir it kā duļķains, jo atšķaidītā krāsā tās intensitāti nosaka krāsvielas koncentrācija. Minerālu iezīmes krāsa ar metālisku spīdumu atšķiras no to krāsas. Dzeltenais pirīts rada zaļgani melnu svītru; melnais hematīts ir ķiršu sarkans, melnais vilkframīts ir brūns, un kasiterīts ir gandrīz nekrāsota svītra. Krāsaina līnija ļauj ātri un viegli identificēt minerālu pēc tās nekā atšķaidīta vai bezkrāsaina līnija.

SPĪDĒT. Tāpat kā krāsa, šī ir efektīva metode minerālu identificēšanai. Spīdums ir atkarīgs no tā, kā gaisma tiek atspoguļota un lauzta uz kristāla virsmas. Ir minerāli ar metālisku un nemetālisku spīdumu. Ja tos nevar atšķirt, mēs varam runāt par daļēji metālisku spīdumu. Necaurspīdīgi metālu minerāli (pirīts, galēna) ir ļoti atstarojoši un tiem piemīt metālisks spīdums. Citai svarīgai minerālu grupai (cinka maisījums, kasiterīts, rutilas utt.) ir grūti noteikt spīdumu. Minerāliem ar nemetālisku spīdumu atkarībā no spīduma intensitātes un īpašībām izšķir šādas kategorijas:

1. Dimanta spīdums, kā dimants.
2. Stikla spīdums.
3. Taukains spīdums.
4. Blāvs spīdums (minerāliem ar sliktu atstarošanas spēju).

Spīdums var būt saistīts ar agregāta struktūru un dominējošās šķelšanās virzienu. Minerālvielām, kurām ir plānslāņa struktūra, ir pērļu spīdums.

PĀRSKATĀMĪBA. Minerāla caurspīdīgums ir ļoti mainīga kvalitāte: necaurspīdīgu minerālu var viegli klasificēt kā caurspīdīgu. Šai grupai pieder lielākā daļa bezkrāsainu kristālu (kalnu kristāls, halīts, topāzs). Caurspīdīgums ir atkarīgs no minerāla struktūras – daži ģipša un vizlas pildvielas un nelieli graudiņi šķiet necaurspīdīgi vai caurspīdīgi, savukārt šo minerālu kristāli ir caurspīdīgi. Bet, ja paskatās uz mazām granulām un pildvielām ar palielināmo stiklu, var redzēt, ka tie ir caurspīdīgi.

PLAUŠANAS INDEKSS. Refrakcijas indekss ir svarīga minerāla optiskā konstante. To mēra, izmantojot īpašu aprīkojumu. Kad gaismas stars iekļūst anizotropā kristālā, stars tiek lauzts. Šāda dubultlaušana rada iespaidu, ka paralēli pētāmajam kristālam ir virtuāls otrs objekts. Līdzīgu parādību var novērot caur caurspīdīgu kalcīta kristālu.

LUMINESCENCE. Daži minerāli, piemēram, šelīts un Willemīts, kas apstaroti ar ultravioletajiem stariem, spīd ar īpašu gaismu, kas dažos gadījumos var turpināties kādu laiku. Fluorīts spīd, sildot tumšā vietā – šo parādību sauc par termoluminiscenci. Kad daži minerāli tiek berzēti, rodas cita veida mirdzums - triboluminiscence. Šie dažādie luminiscences veidi ir īpašība, kas ļauj viegli diagnosticēt vairākus minerālus.

SILTUMVADĪTSPĒJA. Ja paņemsi rokā dzintara gabalu un vara gabalu, liksies, ka viens no tiem ir siltāks par otru. Šāds iespaids ir saistīts ar šo minerālu atšķirīgo siltumvadītspēju. Tātad jūs varat atšķirt dārgakmeņu stikla imitācijas; Lai to izdarītu, pie vaiga, kur āda ir jutīgāka pret karstumu, jāpiestiprina akmentiņš.

Tālāk norādītās īpašības var noteikt pēc tā, kādas jūtas tie cilvēkā izraisa. Grafīts un talks jūtas gludi pieskaroties, savukārt ģipsis un kaolīns jūtas sausi un raupji. Ūdenī šķīstošiem minerāliem, piemēram, halīts, silvinīts, epsomīts, ir specifiska garša – sāļa, rūgta, skāba. Dažiem minerāliem (sēram, arsenopirītam un fluorītam) ir viegli atpazīstama smaka, kas rodas uzreiz pēc ietekmes uz paraugu.

MAGNĒTISMS. Dažu minerālu, galvenokārt ar augstu dzelzs saturu, fragmentus vai pulveri var atšķirt no citiem līdzīgiem minerāliem, izmantojot magnētu. Magnetīts un pirotīts ir ļoti magnētiski un piesaista dzelzs vīles. Daži minerāli, piemēram, hematīts, karsējot līdz karstumam, iegūst magnētiskas īpašības.

ĶĪMISKĀS ĪPAŠĪBAS. Lai noteiktu minerālus, pamatojoties uz to ķīmiskajām īpašībām, papildus specializētam aprīkojumam ir nepieciešamas plašas zināšanas analītiskajā ķīmijā.

Karbonātu noteikšanai ir viena vienkārša metode, kas pieejama neprofesionāļiem - vāja sālsskābes šķīduma darbība (tā vietā var ņemt parasto galda etiķi - atšķaidītu etiķskābi, kas atrodas virtuvē). Tādā veidā bezkrāsainu kalcīta paraugu var viegli atšķirt no baltā ģipša – uz parauga jāpilina skābe. Ģipsis uz to nereaģē, un, atbrīvojoties oglekļa dioksīdam, kalcīts "uzvārās".

Kristālu galvenās īpašības - anizotropiju, viendabīgumu, pašsadegšanas spēju un nemainīgas kušanas temperatūras klātbūtni nosaka to iekšējā struktūra.

Rīsi. 1. Anizotropijas piemērs ir minerāla distēna kristāls. Garenvirzienā tā cietība ir 4,5, šķērsvirzienā tā ir 6. © Parent Géry

Šo īpašību sauc arī par nevienlīdzību. Tas izpaužas faktā, ka kristālu fizikālās īpašības (cietība, stiprība, siltumvadītspēja, elektrovadītspēja, gaismas izplatīšanās ātrums) dažādos virzienos nav vienādas. Neparalēlos virzienos kristālisku struktūru veidojošās daļiņas tiek atdalītas viena no otras dažādos attālumos, kā rezultātā kristāliskas vielas īpašībām šādos virzienos jābūt atšķirīgām. Raksturīgs piemērs vielai ar izteiktu anizotropiju ir vizla. Šī minerāla kristāliskās plāksnes ir viegli sadalāmas tikai pa plaknēm, kas ir paralēlas tā slāņainībai. Šķērsvirzienos vizlas plāksnes ir daudz grūtāk sadalīt.

Anizotropija izpaužas arī tādā apstāklī, ka kristālu pakļaujot jebkuram šķīdinātājam, ķīmisko reakciju ātrums dažādos virzienos ir atšķirīgs. Rezultātā katrs kristāls, izšķīdinot, iegūst sev raksturīgās formas, ko sauc par kodinātām figūrām.

Amorfām vielām ir raksturīga izotropija (ekvivalence) - fizikālās īpašības visos virzienos izpaužas vienādi.

Vienveidība

Tas izpaužas faktā, ka jebkuri kristāliskas vielas elementārie tilpumi, kas vienādi orientēti telpā, ir absolūti identiski visās to īpašībās: tiem ir vienāda krāsa, masa, cietība utt. tādējādi katrs kristāls ir viendabīgs, bet tajā pašā laikā anizotrops ķermenis.

Homogenitāte ir raksturīga ne tikai kristāliskajiem ķermeņiem. Cietie amorfie veidojumi var būt arī viendabīgi. Bet amorfie ķermeņi paši par sevi nevar iegūt daudzskaldņu formu.

Spēja savaldīties

Pašgriešanas spēja izpaužas ar to, ka jebkurš fragments vai lodīte, kas izgrebta no kristāla tā augšanai piemērotā vidē, laika gaitā tiek pārklāta ar konkrētajam kristālam raksturīgām skaldnēm. Šī īpašība ir saistīta ar kristāla struktūru. Piemēram, stikla lodītei šādas funkcijas nav.

Vienas un tās pašas vielas kristāli var atšķirties viens no otra pēc izmēra, šķautņu skaita, malu un šķautņu formas. Tas ir atkarīgs no kristāla veidošanās apstākļiem. Ar nevienmērīgu augšanu kristāli ir saplacināti, iegareni utt. Leņķi starp augošā kristāla attiecīgajām virsmām paliek nemainīgi. Šī kristālu iezīme ir pazīstama kā Fasešu leņķu noturības likums. Šajā gadījumā vienas un tās pašas vielas dažādos kristālos esošo šķautņu izmērs un forma, attālums starp tām un pat to skaits var atšķirties, bet leņķi starp attiecīgajām virsmām visos vienas un tās pašas vielas kristālos vienādos apstākļos paliek nemainīgi. spiedienam un temperatūrai.

Fasešu leņķu noturības likumu 17. gadsimta beigās izveidoja dāņu zinātnieks Steno (1699) uz dzelzs spīduma kristāliem un kalnu kristāliem, vēlāk šo likumu apstiprināja M.V. Lomonosovs (1749) un franču zinātnieks Rome de Lille (1783). Fasešu leņķu noturības likumu sauc par pirmo kristalogrāfijas likumu.

Fasešu leņķu noturības likums ir izskaidrojams ar to, ka visi vienas vielas kristāli ir identiski savā iekšējā struktūrā, t.i. ir tāda pati struktūra.

Saskaņā ar šo likumu noteiktas vielas kristālus raksturo to specifiskie leņķi. Tāpēc, izmērot leņķus, ir iespējams pierādīt, ka pētāmais kristāls pieder vienai vai otrai vielai. Uz to balstās viena no kristālu diagnostikas metodēm.

Lai izmērītu diedrālo leņķi kristālos, tika izgudrotas īpašas ierīces - goniometri.

pastāvīga kušanas temperatūra

Tas izpaužas faktā, ka, sildot kristālisku ķermeni, temperatūra paaugstinās līdz noteiktai robežai; ar turpmāku karsēšanu viela sāk kust, un temperatūra kādu laiku paliek nemainīga, jo viss siltums nonāk kristāla režģa iznīcināšanā. Temperatūru, kurā sākas kušana, sauc par kušanas temperatūru.

Amorfām vielām, atšķirībā no kristāliskām, nav skaidri noteiktas kušanas temperatūras. Kristālisko un amorfo vielu dzesēšanas (vai sildīšanas) līknēs var redzēt, ka pirmajā gadījumā ir divi asi locījumu, kas atbilst kristalizācijas sākumam un beigām; amorfas vielas atdzesēšanas gadījumā mums ir gluda līkne. Pamatojoties uz to, ir viegli atšķirt kristāliskas vielas no amorfām.

Nosūtiet savu labo darbu zināšanu bāzē ir vienkārši. Izmantojiet zemāk esošo veidlapu

Studenti, maģistranti, jaunie zinātnieki, kuri izmanto zināšanu bāzi savās studijās un darbā, būs jums ļoti pateicīgi.

Izmitināts vietnē http://www.allbest.ru/

Ir izplatītaskristāla īpašības

Ievads

Kristāli ir cietas vielas, kurām ir dabiska regulāru simetrisku daudzskaldņu ārējā forma, kuras pamatā ir to iekšējā struktūra, tas ir, viens no vairākiem noteiktiem regulāriem vielu veidojošo daļiņu izvietojumiem.

Cietvielu fizikas pamatā ir matērijas kristāliskuma ideja. Visas kristālisko cieto vielu fizikālo īpašību teorijas balstās uz kristālisko režģu ideāla periodiskuma koncepciju. Izmantojot šo ideju un no tās izrietošos apgalvojumus par kristālu simetriju un anizotropiju, fiziķi ir izstrādājuši teoriju par cietvielu elektronisko struktūru. Šī teorija ļauj sniegt stingru cietvielu klasifikāciju, nosakot to veidu un makroskopiskās īpašības. Taču tas ļauj klasificēt tikai zināmās, pētītās vielas un neļauj iepriekš noteikt jaunu komplekso vielu sastāvu un struktūru, kurām būtu noteikts īpašību kopums. Šis pēdējais uzdevums ir īpaši svarīgs praksē, jo tā risinājums ļautu izveidot materiālus pēc pasūtījuma katram konkrētam gadījumam. Piemērotos ārējos apstākļos kristālisko vielu īpašības nosaka to ķīmiskais sastāvs un kristāliskā režģa veids. Vielas īpašību atkarības no tās ķīmiskā sastāva un kristāla struktūras izpēti parasti iedala šādos atsevišķos posmos: 1) vispārīga kristālu un vielas kristāliskā stāvokļa izpēte 2) ķīmisko saišu teorijas un tās uzbūve. pielietojums dažādu kristālisko vielu klašu izpētē; 3) kristālisko vielu struktūras izmaiņu vispārējo modeļu izpēte, mainoties to ķīmiskajam sastāvam; 4) noteikumu izstrāde, kas ļauj iepriekš noteikt to vielu ķīmisko sastāvu un struktūru, ir noteikts fizisko īpašību kopums.

Galvenākristāla īpašības- anizotropija, viendabīgums, pašsadegšanas spēja un pastāvīgas kušanas temperatūras klātbūtne.

1. Anizotropija

kristāla anizotropija pašaizdegšanās

Anizotropija - tā izpaužas faktā, ka kristālu fizikālās īpašības dažādos virzienos nav vienādas. Fizikālie lielumi ietver tādus parametrus kā izturība, cietība, siltumvadītspēja, gaismas izplatīšanās ātrums un elektriskā vadītspēja. Raksturīgs piemērs vielai ar izteiktu anizotropiju ir vizla. Vizlas kristāliskas plāksnes - viegli sadalās tikai pa plaknēm. Šķērsvirzienos ir daudz grūtāk sadalīt šī minerāla plāksnes.

Anizotropijas piemērs ir minerāla distēna kristāls. Garenvirzienā distēna cietība ir 4,5, šķērsvirzienā - 6. Minerāls distēns (Al 2 O), kas izceļas ar krasi atšķirīgu cietību nevienādos virzienos. Gar pagarinājumu, ar naža asmeni viegli saskrāpējas distēna kristāli, pagarinājumam perpendikulārā virzienā nazis neatstāj nekādas pēdas.

Rīsi. 1 Distēna kristāls

Minerāls kordierīts (Mg 2 Al 3). Minerāls, magnija un dzelzs aluminosilikāts. Kordierīta kristāls trīs dažādos virzienos parādās dažādās krāsās. Ja no tāda kristāla izgriež kubu ar sejiņām, tad var pamanīt sekojošo. Perpendikulāri šiem virzieniem, tad pa kuba diagonāli (no augšas uz augšu tiek novērota pelēcīgi zila krāsa, vertikālā virzienā - indigo-zila krāsa un virzienā pāri kubam - dzeltena.

Rīsi. 2 No kordierīta izgrebts kubs.

Galda sāls kristāls, kuram ir kuba forma. No šāda kristāla var griezt stieņus dažādos virzienos. Trīs no tiem ir perpendikulāri kuba skaldnēm, paralēli diagonālei

Katrs no piemēriem ir īpašs savā specifikā. Taču, veicot precīzus pētījumus, zinātnieki ir nonākuši pie secinājuma, ka visi kristāli vienā vai otrā veidā ir anizotropi. Arī cietie amorfie veidojumi var būt viendabīgi un pat anizotropi (anizotropija, piemēram, novērojama, stiklu stiepjot vai saspiežot), bet amorfie ķermeņi paši par sevi nevar iegūt daudzskaldņu formu, nekādos apstākļos.

Rīsi. 3 Siltumvadītspējas anizotropijas noteikšana uz kvarca (a) un tās neesamības noteikšana uz stikla (b)

Kā piemērs (1. att.) kristālisku vielu anizotropajām īpašībām vispirms jāmin mehāniskā anizotropija, kas sastāv no sekojošā. Visas kristāliskās vielas dažādos virzienos nesadalās vienādi (vizla, ģipsis, grafīts utt.). Savukārt amorfās vielas visos virzienos sadalās vienādi, jo amorfismam raksturīga izotropija (ekvivalence) - fizikālās īpašības visos virzienos izpaužas vienādi.

Siltumvadītspējas anizotropiju var viegli novērot šādā vienkāršajā eksperimentā. Uzklājiet krāsaina vaska kārtu uz kvarca kristāla sejas un ienesiet uz spirta lampas uzkarsētu adatu sejas centrā. Iegūtais izkusušais vaska aplis ap adatu būs elipses formā prizmas virspusē vai neregulāra trīsstūra formā vienā no kristāla galvas malām. Uz izotropas vielas, piemēram, stikla, kausēta vaska forma vienmēr būs regulārs aplis.

Anizotropija izpaužas arī faktā, ka, šķīdinātājam mijiedarbojoties ar kristālu, ķīmisko reakciju ātrums dažādos virzienos ir atšķirīgs. Tā rezultātā katrs kristāls, izšķīdinot, galu galā iegūst sev raksturīgās formas.

Galu galā kristālu anizotropijas iemesls ir tas, ka ar sakārtotu jonu, molekulu vai atomu izvietojumu mijiedarbības spēki starp tiem un starpatomu attālumiem (kā arī daži ar tiem tieši nesaistīti lielumi, piemēram, elektrovadītspēja vai polarizējamība ) izrādās nevienlīdzīgi dažādos virzienos. Molekulārā kristāla anizotropijas iemesls var būt arī tā molekulu asimetrija, vēlos atzīmēt, ka visas aminoskābes, izņemot vienkāršāko - glicīnu, ir asimetriskas.

Jebkurai kristāla daļiņai ir stingri noteikts ķīmiskais sastāvs. Šo kristālisko vielu īpašību izmanto ķīmiski tīru vielu iegūšanai. Piemēram, kad jūras ūdens ir sasalis, tas kļūst svaigs un dzerams. Tagad uzminiet, vai jūras ledus ir svaigs vai sāļš?

2. Vienveidība

Viendabīgums - izpaužas faktā, ka jebkuri kristāliskas vielas elementārie tilpumi, kas vienādi orientēti telpā, ir absolūti identiski visās to īpašībās: tiem ir vienāda krāsa, masa, cietība utt. tādējādi katrs kristāls ir viendabīgs, bet tajā pašā laikā anizotrops ķermenis. Ķermenis tiek uzskatīts par viendabīgu, ja galīgos attālumos no jebkura tā punkta ir citi, kas tam ir līdzvērtīgi ne tikai fiziski, bet arī ģeometriski. Citiem vārdiem sakot, tie atrodas tajā pašā vidē kā oriģinālie, jo materiāla daļiņu izvietojumu kristāla telpā “kontrolē” telpiskais režģis, varam pieņemt, ka kristāla virsma ir materializēts plakans mezglu režģis, un mala ir materializēta mezgla rinda. Parasti labi attīstītas kristāla virsmas nosaka mezglu režģi ar augstāko mezglu blīvumu. Punktu, kurā saplūst trīs vai vairākas sejas, sauc par kristāla virsotni.

Homogenitāte ir raksturīga ne tikai kristāliskajiem ķermeņiem. Cietie amorfie veidojumi var būt arī viendabīgi. Bet amorfie ķermeņi paši par sevi nevar iegūt daudzskaldņu formu.

Notiek attīstība, kas var palielināt kristālu homogenitātes koeficientu.

Šo izgudrojumu ir patentējuši mūsu krievu zinātnieki. Izgudrojums attiecas uz cukura rūpniecību, jo īpaši uz masveida izstrādājumu ražošanu. Izgudrojums nodrošina kristālu viendabīguma koeficienta palielināšanos masā, kā arī veicina kristālu augšanas ātruma palielināšanos augšanas pēdējā stadijā, pakāpeniski palielinoties pārsātinājuma koeficientam.

Zināmās metodes trūkumi ir zemais kristālu homogenitātes koeficients pirmās kristalizācijas masas masāžā, ievērojamais masas iegūšanas ilgums.

Izgudrojuma tehniskais rezultāts ir pirmās kristalizācijas masas masas kristālu homogenitātes koeficienta paaugstināšana un masas iegūšanas procesa intensifikācija.

3. Spēja savaldīties

Pašgriešanas spēja izpaužas ar to, ka jebkurš fragments vai lodīte, kas izgrebta no kristāla tā augšanai piemērotā vidē, laika gaitā tiek pārklāta ar konkrētajam kristālam raksturīgām skaldnēm. Šī īpašība ir saistīta ar kristāla struktūru. Piemēram, stikla lodītei šādas funkcijas nav.

Kristālu mehāniskās īpašības ietver īpašības, kas saistītas ar tādu mehānisku iedarbību uz tiem, kā trieciens, saspiešana, spriegums utt. - (šķelšanās, plastiskā deformācija, lūzums, cietība, trauslums).

Spēja pašgriezt, t.i. noteiktos apstākļos iegūstiet dabisku daudzpusīgu formu. Tas arī parāda tā pareizo iekšējo struktūru. Tieši šī īpašība atšķir kristālisku vielu no amorfās. Piemērs to ilustrē. Divas bumbiņas, kas izgrieztas no kvarca un stikla, tiek nolaistas silīcija dioksīda šķīdumā. Rezultātā kvarca bumbiņa tiks pārklāta ar malām, bet stikla lodīte paliks apaļa.

Viena un tā paša minerāla kristāliem var būt dažāda forma, izmērs un šķautņu skaits, bet leņķi starp attiecīgajām skaldnēm vienmēr būs nemainīgi (4. a-d att.) - tas ir šķautņu leņķu noturības likums kristālos. Šajā gadījumā vienas un tās pašas vielas dažādos kristālos esošo šķautņu izmērs un forma, attālums starp tām un pat to skaits var atšķirties, bet leņķi starp attiecīgajām virsmām visos vienas un tās pašas vielas kristālos vienādos apstākļos paliek nemainīgi. spiedienam un temperatūrai. Leņķus starp kristālu virsmām mēra, izmantojot goniometru (goniometru). Fasešu leņķu noturības likums ir izskaidrojams ar to, ka visi vienas vielas kristāli ir identiski savā iekšējā struktūrā, t.i. ir tāda pati struktūra.

Saskaņā ar šo likumu noteiktas vielas kristālus raksturo to specifiskie leņķi. Tāpēc, izmērot leņķus, ir iespējams pierādīt, ka pētāmais kristāls pieder vienai vai otrai vielai.

Ideāli veidotiem kristāliem ir simetrija, kas dabiskajos kristālos ir ārkārtīgi reti sastopama seju progresējošas augšanas dēļ (4.e attēls).

Rīsi. 4 kristālu fasešu leņķu noturības likums (a-d) un uz dobuma sienas augoša kristāla priekšējo virsmu 1,3 un 5 augšanas likums (e)

Šķelšanās ir kristālu īpašība, kurā sadalās vai sadalās pa noteiktiem kristalogrāfiskiem virzieniem, kā rezultātā veidojas pat gludas plaknes, ko sauc par šķelšanās plaknēm.

Šķelšanās plaknes ir orientētas paralēli faktiskajām vai iespējamām kristāla virsmām. Šī īpašība pilnībā ir atkarīga no minerālu iekšējās struktūras un izpaužas tajos virzienos, kuros saķeres spēki starp kristāla režģu materiāla daļiņām ir vismazākie.

Atkarībā no pilnības pakāpes var izdalīt vairākus šķelšanās veidus:

Ļoti ideāls - minerāls viegli sadalās atsevišķās plānās plāksnēs vai lapās, to ir ļoti grūti sadalīt otrā virzienā (vizla, ģipsis, talks, hlorīts).

Rīsi. 5 Hlorīts (Mg, Fe) 3 (Si, Al) 4 O 10 (OH) 2 (Mg, Fe) 3 (OH) 6)

Perfekti - minerāls salīdzinoši viegli sadalās galvenokārt pa šķelšanās plaknēm, un šķeltie gabali bieži atgādina atsevišķus kristālus (kalcīts, galēns, halīts, fluorīts).

Rīsi. 6 Kalcīts

Vidēja - sadalot veidojas gan šķelšanās plaknes, gan nevienmērīgi lūzumi nejaušos virzienos (piroksēni, laukšpats).

Rīsi. 7 laukšpats ((K, Na, Ca, dažreiz Ba) (Al 2 Si 2 vai AlSi 3) O 8))

Nepilnīgi - minerāli sadalās patvaļīgos virzienos, veidojot nelīdzenas lūzuma virsmas, ar grūtībām tiek atrastas atsevišķas šķelšanās plaknes (vietējais sērs, pirīts, apatīts, olivīns).

Rīsi. 8 Apatīta kristāli (Ca 5 3 (F, Cl, OH))

Dažos minerālos, sadaloties, veidojas tikai nelīdzenas virsmas, šajā gadījumā tās runā par ļoti nepilnīgu šķelšanos vai tās neesamību (kvarcs).

Rīsi. 9 kvarcs (SiO2)

Šķelšanās var izpausties vienā, divos, trīs, retāk vairāk virzienos. Detalizētākam tās aprakstam norādīts virziens, kādā iet šķelšanās, piemēram, pa romboedru - kalcītā, pa kubu - halītā un galenē, pa oktaedru - fluorītā.

Šķelšanās plaknes ir jānošķir no kristāla virsmām: plaknei, kā likums, ir spēcīgāks spīdums, tā veido plakņu virkni, kas ir paralēla viena otrai un, atšķirībā no kristāla virsmām, uz kurām mēs nevaram novērot ēnojumu.

Tādējādi šķelšanos var izsekot vienā (vizlas), divos (laukšpats), trīs (kalcīts, halīts), četros (fluorīts) un sešos (sfalerīta) virzienos. Šķelšanās pilnības pakāpe ir atkarīga no katra minerāla kristāliskā režģa struktūras, jo pārrāvums pa dažām šī režģa plaknēm (plakaniem režģiem) vājāku saišu dēļ notiek daudz vieglāk nekā citos virzienos. Ja starp kristāla daļiņām ir identiski saķeres spēki, šķelšanās (kvarca) nav.

Lūzums - minerālu spēja sadalīties nevis pa šķelšanās plaknēm, bet gan pa sarežģītu nelīdzenu virsmu

Atdalīšanās - dažu minerālu īpašība sadalīties, veidojot paralēlas, lai gan visbiežāk ne gluži vienmērīgas plaknes, nevis kristāla režģa struktūras dēļ, ko dažreiz sajauc ar šķelšanos. Atšķirībā no šķelšanās, atdalīšana ir tikai dažu konkrēta minerāla atsevišķu eksemplāru īpašība, nevis minerālu sugas kopumā. Galvenā atšķirība starp atdalīšanu un šķelšanos ir tāda, ka iegūtos perforatorus nevar sadalīt tālāk mazākos fragmentos ar pat paralēlām mikroshēmām.

Simetrija- vispārīgākais modelis, kas saistīts ar kristāliskas vielas struktūru un īpašībām. Tas ir viens no vispārinošajiem fizikas un dabaszinātņu pamatjēdzieniem kopumā. "Simetrija ir ģeometrisku figūru īpašība atkārtot savas daļas vai, precīzāk sakot, to īpašība dažādās pozīcijās, lai tās atbilstu sākotnējai pozīcijai." Mācību ērtībai viņi izmanto kristālu modeļus, kas atspoguļo ideālu kristālu formas. Lai aprakstītu kristālu simetriju, nepieciešams noteikt simetrijas elementus. Tādējādi šāds objekts ir simetrisks, ko var apvienot ar sevi ar noteiktām transformācijām: rotācijām un (un) atspīdumiem (10. attēls).

1. Simetrijas plakne ir iedomāta plakne, kas sadala kristālu divās vienādās daļās, un viena no daļām ir it kā otras spoguļattēls. Kristālam var būt vairākas simetrijas plaknes. Simetrijas plakne ir apzīmēta ar latīņu burtu P.

2. Simetrijas ass ir līnija, ap kuru griešanās laikā par 360° kristāls atkārto savu sākotnējo stāvokli telpā n-tās reizes. To apzīmē ar burtu L. n - nosaka simetrijas ass secību, kas dabā var būt tikai 2., 3., 4. un 6.kārta, t.i. L2, L3, L4 un L6. Kristālos nav piektās vai augstākas kārtas asis, un pirmās kārtas asis netiek ņemtas vērā.

3. Simetrijas centrs - iedomāts punkts, kas atrodas kristāla iekšpusē, kurā līnijas krustojas un sadalās uz pusēm, savienojot atbilstošos punktus uz kristāla virsmas1. Simetrijas centrs ir apzīmēts ar burtu C.

Visa dabā sastopamā kristālisko formu dažādība ir apvienota septiņās singonijās (sistēmās): 1) kubiskā; 2) sešstūrains; 3) tetragonāls (kvadrātveida); 4) trigonāls; 5) rombveida; 6) monoklinālā un 7) triklīnika.

4. Pastāvīga kušanas temperatūra

Kušana ir vielas pāreja no cietas uz šķidru stāvokli.

Tas izpaužas faktā, ka, sildot kristālisku ķermeni, temperatūra paaugstinās līdz noteiktai robežai; ar turpmāku karsēšanu viela sāk kust, un temperatūra kādu laiku paliek nemainīga, jo viss siltums nonāk kristāla režģa iznīcināšanā. Tiek uzskatīts, ka šīs parādības iemesls ir tas, ka galvenā sildītāja enerģijas daļa, kas tiek piegādāta cietai vielai, tiek izmantota, lai samazinātu saites starp vielas daļiņām, t.i. līdz kristāla režģa iznīcināšanai. Šajā gadījumā palielinās daļiņu mijiedarbības enerģija. Izkausētajai vielai ir lielāks iekšējās enerģijas krājums nekā cietā stāvoklī. Atlikušo saplūšanas siltuma daļu tērē, veicot darbu, lai mainītu ķermeņa tilpumu tā kušanas laikā. Temperatūru, kurā sākas kušana, sauc par kušanas temperatūru.

Kušanas laikā vairuma kristālisko ķermeņu tilpums palielinās (par 3-6%) un samazinās cietēšanas laikā. Bet ir vielas, kurās, izkausējot, apjoms samazinās, un, sacietējot, tas palielinās.

Tajos ietilpst, piemēram, ūdens un čuguns, silīcijs un daži citi. Tāpēc ledus peld pa ūdens virsmu, bet cietais čuguns - savā kausējumā.

Amorfajām vielām, atšķirībā no kristāliskām, nav skaidri noteiktas kušanas temperatūras (dzintars, sveķi, stikls).

Rīsi. 12 Dzintars

Siltuma daudzums, kas nepieciešams vielas izkausēšanai, ir vienāds ar īpatnējā saplūšanas siltuma reizinājumu ar vielas masu.

Īpatnējais kausēšanas siltums parāda, cik daudz siltuma nepieciešams, lai 1 kg vielas pilnībā pārvērstu no cietas agregātstāvokļa šķidrā stāvoklī, ņemot vērā kušanas ātrumu.

Īpatnējā saplūšanas siltuma mērvienība SI ir 1J/kg.

Kušanas procesā kristāla temperatūra paliek nemainīga. Šo temperatūru sauc par kušanas temperatūru. Katrai vielai ir savs kušanas punkts.

Dotās vielas kušanas temperatūra ir atkarīga no atmosfēras spiediena.

Kristāliskos ķermeņos kušanas temperatūrā vielu var novērot vienlaikus cietā un šķidrā stāvoklī. Kristālisko un amorfo vielu dzesēšanas (vai sildīšanas) līknēs var redzēt, ka pirmajā gadījumā ir divi asi locījumu, kas atbilst kristalizācijas sākumam un beigām; amorfas vielas atdzesēšanas gadījumā mums ir gluda līkne. Pamatojoties uz to, ir viegli atšķirt kristāliskas vielas no amorfām.

Bibliogrāfija

1. Ķīmiķa rokasgrāmata 21 "ĶĪMIJA UN ĶĪMISKĀS INŽENERIJAS" 10. lpp. (http://chem21.info/info/1737099/)

2. Uzziņu grāmata par ģeoloģiju (http://www.geolib.net/crystallography/vazhneyshie-svoystva-kristallov.html)

3. UrFU nosaukts pēc pirmā Krievijas prezidenta B.N. Jeļcins”, sadaļa Ģeometriskā kristalogrāfija (http://media.ls.urfu.ru/154/489/1317/)

4. 1. nodaļa. Kristalogrāfija ar kristālu ķīmijas un mineraloģijas pamatiem (http://kafgeo.igpu.ru/web-text-books/geology/r1-1.htm)

5. Pieteikšanās: 2008147470/13, 01.12.2008.; IPC C13F1/02 (2006.01) C13F1/00 (2006.01). Patentārs(-i): Valsts augstākās profesionālās izglītības iestāde Voroņežas Valsts tehnoloģiju akadēmija (RU) (http://bd.patent.su/2371000-2371999/pat/servl/servlet939d.html)

6. Tulas Valsts pedagoģiskā universitāte nosaukta L.N. Tolstojs Ekoloģijas katedra Golynskaya F.A. "Minerālu kā kristālisku vielu jēdziens" (http://tsput.ru/res/geogr/geology/lec2.html)

7. Datorapmācības kurss "Vispārējā ģeoloģija" Lekciju kurss. 3. lekcija D0% B8% D0% B8/%D0% BB % D0% B5% D0% BA % D1% 86% D0% B8% D1% 8F_3.htm)

8. Fizikas stunda (http://class-fizika.narod.ru/8_11.htm)

Līdzīgi dokumenti

Cietvielu kristāliskie un amorfie stāvokļi, punktu un līniju defektu cēloņi. Kristālu izcelsme un augšana. Mākslīgā dārgakmeņu, cieto šķīdumu un šķidro kristālu ražošana. Holesterisko šķidro kristālu optiskās īpašības.

abstrakts, pievienots 26.04.2010


Šķidrie kristāli kā fāzes stāvoklis, kurā noteiktos apstākļos nonāk dažas vielas, to galvenās fizikālās īpašības un tos ietekmējošie faktori. Pētījumu vēsture, veidi, šķidro kristālu izmantošana monitoru ražošanā.

tests, pievienots 06.12.2013


Vielas šķidro kristālu stāvokļa pazīmes un īpašības. Smektisko šķidro kristālu uzbūve, to modifikāciju īpašības. Feroelektriskās īpašības. Smektiskā C* helikoīda struktūras izpēte pēc molekulārās dinamikas.

abstrakts, pievienots 18.12.2013


Šķidro kristālu jēdziena attīstības vēsture. Šķidrie kristāli, to veidi un galvenās īpašības. Šķidro kristālu optiskā aktivitāte un to strukturālās īpašības. Freedericksz efekts. Ierīču fiziskais darbības princips LCD. Optiskais mikrofons.

apmācība, pievienota 14.12.2010


Šķidro kristālu atklāšanas vēstures un pielietojuma jomu apsvēršana; to iedalījums smektiskajā, nemātiskajā un holesteriskajā. Šķidro kristālu vielu optisko, diamagnētisko, dielektrisko un akustiski optisko īpašību izpēte.

kursa darbs, pievienots 18.06.2012


Šķidro kristālu definīcija, to būtība, atklāšanas vēsture, īpašības, pazīmes, klasifikācija un lietošanas virzieni. Termotropo šķidro kristālu klašu raksturojums. Kolonnu fāžu jeb "šķidro pavedienu" translācijas brīvības pakāpes.

abstrakts, pievienots 28.12.2009


Kristāli ir īstas cietas vielas. Punktu defektu termodinamika kristālos, to migrācija, avoti un izlietnes. Dislokācijas, cietvielu kristāliskās struktūras lineāra defekta izpēte. Divdimensiju un trīsdimensiju defekti. amorfas cietas vielas.

ziņojums, pievienots 01.07.2015


prezentācija, pievienota 29.09.2013


Vielas kondensētā stāvokļa jēdziens un galvenās iezīmes, raksturīgie procesi. Kristāliskie un amorfie ķermeņi. Kristālu anizotropijas būtība un iezīmes. Polikristālu un polimēru atšķirīgās iezīmes. Kristālu termiskās īpašības un struktūra.

lekciju kurss, pievienots 21.02.2009


Viskozitātes-temperatūras īpašību novērtējums (eļļas). Uzliesmošanas punkta atkarība no spiediena. Dispersija, optiskā aktivitāte. Naftas un naftas produktu destilācijas laboratorijas metodes. Kušanas un sublimācijas siltums. Īpatnējā un molekulārā refrakcija.

16. lekcija

Kristālu fizikālās īpašības

Cietvielu fizika nodarbojas ar cietvielu struktūras un fizikālo īpašību izpēti. Tas nosaka fizikālo īpašību atkarību no vielas atomu struktūras, izstrādā metodes jaunu kristālisku materiālu ar noteiktām īpašībām iegūšanai un izpētei.

Kristālu fizikālās īpašības nosaka:

1) ķīmisko elementu raksturs, kas veido kristālus;

2) ķīmiskās saites veids;

3) struktūras ģeometriskais raksturs, t.i., atomu savstarpējais izvietojums kristāla struktūrā;

4) konstrukcijas nepilnība, t.i., defektu esamība.

No otras puses, ķīmiskās saites veidu parasti spriežam pēc kristālu fizikālajām īpašībām.

Par kristālu izturību visvieglāk var spriest pēc to mehāniskajām un termiskajām īpašībām. Jo spēcīgāks ir kristāls, jo lielāka ir tā cietība un augstāka kušanas temperatūra. Ja mēs pētām cietības izmaiņas ar sastāva izmaiņām viena veida vielu sērijā un salīdzinām iegūtos datus ar atbilstošajām kušanas punktu vērtībām, tad mēs varam pamanīt šo īpašību izmaiņu "paralēlitāti".

Atgādināšu, ka kristālu fizikālo īpašību raksturīgākā iezīme ir to simetrija un anizotropija. Anizotropo vidi raksturo izmērītās īpašības atkarība no mērīšanas virziena.

Mēs jau teicām, ka kristāla ķīmija ir cieši saistīta ar kristalogrāfiju un fiziku. Tāpēc, kristāla fizikas galvenais uzdevums(kristalogrāfijas sadaļa, kas pēta kristālu fizikālās īpašības) ir kristālu fizikālo īpašību likumsakarību izpēte no to struktūras, kā arī šo īpašību atkarība no ārējām ietekmēm.

Vielu fizikālās īpašības var iedalīt divās grupās: strukturāli jutīgās un strukturāli nejutīgās īpašības. Pirmie ir atkarīgi no kristālu atomu struktūras, otrie - galvenokārt no elektroniskās struktūras un ķīmiskās saites veida. Pirmā piemērs ir mehāniskās īpašības (masa, blīvums, siltumietilpība, kušanas temperatūra utt.), Otrais piemērs ir siltuma un elektriskā vadītspēja, optiskās un citas īpašības.

Tādējādi laba metālu elektrovadītspēja, pateicoties brīvo elektronu klātbūtnei, tiks novērota ne tikai kristālos, bet arī izkausētajos metālos.

Saites jonu raksturs īpaši izpaužas faktā, ka daudzi sāļi, piemēram, sārmu metālu halogenīdi, izšķīst polāros šķīdinātājos, sadaloties jonos. Tomēr fakts, ka nav šķīdības, vēl nevar būt pierādījums tam, ka savienojumam ir nepolāra saite. Tādējādi, piemēram, oksīdu saistīšanas enerģija ir tik daudz lielāka par sārmu halogenīdu saistīšanas enerģiju, ka ūdens dielektriskā konstante vairs nav pietiekama, lai atdalītu jonus no kristāla.

Turklāt daži savienojumi, galvenokārt ar homeopolāru saiti, polāra šķīdinātāja lielas dielektriskās konstantes ietekmē šķīdumā var sadalīties jonos, lai gan tie var nebūt jonu savienojumi kristāliskā stāvoklī (piemēram, HCl , HBr).

Heterosmiskajos savienojumos dažas īpašības, piemēram, savienojumu mehāniskā izturība, ir atkarīgas tikai no viena (vājākā) saites veida.

Tāpēc kristālu, no vienas puses, var uzskatīt par pārtrauktu (diskrētu) vidi. No otras puses, kristālisku vielu var uzskatīt par nepārtrauktu anizotropu vidi. Šajā gadījumā fiziskās īpašības, kas izpaužas noteiktā virzienā, nav atkarīgas no tulkojumiem (pārnesumiem). Tas dod iespēju aprakstīt fizikālo īpašību simetriju, izmantojot punktu simetrijas grupas.

Aprakstot kristāla simetriju, mēs ņemam vērā tikai ārējo formu, tas ir, mēs ņemam vērā ģeometrisko figūru simetriju. P. Kirī parādīja, ka materiālo figūru simetriju raksturo bezgalīgs punktu grupu skaits, kas robežās tiecas uz septiņām agrāk aplūkotajām robežsimetrijas grupām (rotējošā konusa, fiksētā konusa, rotējoša cilindra, savītas grupas). cilindrs, nekustīgs cilindrs, lodīšu saime ar virsmas rotējošiem punktiem, fiksēto lodīšu saimes).

Ierobežojumu grupas — Kirī grupas — sauc punktu grupas, kas satur bezgalīgas kārtas asis. Ir tikai septiņas robežgrupas: ¥, ¥mm, ¥/m, ¥22, ¥/mm, ¥/¥, ¥/¥mm.

Saikni starp kristāla punktu simetrijas grupu un tā fizikālo īpašību simetriju formulēja vācu fiziķis F. Neimans: materiālam ir tāda pati simetrija kā tā kristalogrāfiskajai formai attiecībā uz fizikālajām īpašībām. To sauc par Neimaņa principu.

Vācu fiziķis V. Voigts, F. Nemana skolnieks, būtiski precizēja šo principu un formulēja to šādi: jebkuras fizikālās īpašības simetrijas grupā jāietver visi kristāla punktu simetrijas grupas elementi.

Apskatīsim dažas kristālu fizikālās īpašības.

Kristālu blīvums.

Vielas blīvums ir atkarīgs no vielas kristāliskās struktūras, ķīmiskā sastāva, atomu blīvuma koeficienta, to veidojošo daļiņu valences un rādiusiem.

Blīvums mainās līdz ar temperatūras un spiediena izmaiņām, jo ​​šie faktori izraisa vielas izplešanos vai saraušanos.

Blīvuma atkarību no struktūras var parādīt, izmantojot trīs Al2SiO5 modifikāciju piemēru:

andalūzīts (r = 3,14 - 3,16 g/cm3);

silimanīts (r = 3,23 - 3,27 g/cm3);

kianīts (r = 3,53 - 3,65 g/cm3).

Palielinoties kristāla struktūras blīvējuma koeficientam, palielinās vielas blīvums. Piemēram, grafīta polimorfās pārejas laikā uz dimantu, mainoties oglekļa atomu koordinācijas skaitam no 3 uz 4, arī blīvums attiecīgi palielinās no 2,2 līdz 3,5 g/cm3).

Reālo kristālu blīvums parasti ir mazāks par aprēķināto blīvumu (ideālie kristāli), jo to struktūrās ir defekti. Piemēram, dimanta blīvums svārstās no 2,7 līdz 3,7 g/cm3. Tādējādi, samazinot kristālu reālo blīvumu, var spriest par to defektivitātes pakāpi.

Blīvums mainās arī, mainoties vielas ķīmiskajam sastāvam izomorfo aizvietojumu laikā – pārejot no viena izomorfās sērijas locekļa uz otru. Piemēram, olivīnu sērijā (mg, Fe2+ )2[ SiO4 ] blīvums palielinās, jo forsterītam Mg2+ katjonus aizstāj ar Fe2+ no r = 3,22 g/cm3 mg2 [ SiO4 ] līdz r = 4,39 g/cm3 fajalītam.

Cietība.

Cietība attiecas uz kristāla izturības pakāpi pret ārējām ietekmēm. Cietība nav fiziska konstante. Tās vērtība ir atkarīga ne tikai no pētāmā materiāla, bet arī no mērīšanas apstākļiem.

Cietība ir atkarīga no:

struktūras veids;

iepakojuma koeficients (īpatnējais svars);

kristālu veidojošo jonu lādiņš.

Piemēram, CaCO3 polimorfajām modifikācijām - kalcītam un aragonītam - blīvums ir attiecīgi 3 un 4, un tās atšķiras ar atšķirīgo struktūru blīvumu:

· kalcīta struktūrai ar CChSa = 6 - r = 2,72;

· aragonīta struktūrai ar CChSa = 9 - r = 2,94 g/cm3).

Virknē identiski konstruētu kristālu cietība palielinās, palielinoties lādiņiem un samazinoties katjonu izmēram. Pietiekami lielu anjonu klātbūtne struktūrās, piemēram, F-, OH-, H2O molekulas, samazina cietību.

Dažādu kristālu formu aspektiem ir atšķirīgs retikulārais blīvums un atšķiras to cietība. Tādējādi vislielākā cietība dimanta struktūrā ir (111) oktaedra virsmām, kurām ir lielāks retikulārais blīvums salīdzinājumā ar (100) kuba virsmām.

Spēja deformēties.

Kristāla spēju plastiski deformēties galvenokārt nosaka ķīmiskās saites raksturs starp tā strukturālajiem elementiem.

kovalentā saite, kam ir stingra virzība, strauji vājina pat nenozīmīgas atomu nobīdes attiecībā pret otru. Tāpēc kristāli ar kovalento saiti (Sb, Bi, As, se u.c.) neuzrāda plastiskas deformācijas spēju.

metāla savienojums nav vērsta rakstura un nedaudz mainās, kad atomi tiek pārvietoti viens pret otru. Tas nosaka metālu augsto plastiskuma pakāpi (elastību). Viskaļākie ir tie metāli, kuru konstrukcijas ir būvētas pēc kubiskā tuvākā blīvējuma likuma, kuram ir četri cieši sablīvētu slāņu virzieni. Mazāk kalšanas metāli ar sešstūra ciešu blīvējumu - ar vienu blīvāko slāņu virzienu. Tātad starp dzelzs polimorfajām modifikācijām a-Fe un b-Fe gandrīz nepiemīt kaļamība (I tipa režģis), savukārt g-Fe ar kubisku ciešu blīvējumu (ar seju centrētu kubisko režģi) ir kaļams metāls, piemēram, Cu, Pt. , Au, Ag utt.

Jonu saite nav virziena. Tāpēc tipiski jonu kristāli (NaCl, CaF2, CaTe u.c.) ir tikpat trausli kā kristāli ar kovalentu saiti. Bet tajā pašā laikā tiem ir diezgan augsta plastika. Slīdēšana tajās notiek pa noteiktiem kristalogrāfiskiem virzieniem. Tas izskaidrojams ar to, ka kristāla struktūrā var izdalīt (110) tīklus, ko veido vai nu tikai Na+ joni, vai Cl– joni. Plastiskās deformācijas laikā viena plakana sieta kustas attiecībā pret blakus esošo tā, ka Na+ joni slīd gar Cl- joniem. Atšķirība jonu lādiņos blakus esošajos tīklos novērš pārrāvumu, un tie paliek paralēli sākotnējam stāvoklim. Slīdēšana pa šiem slāņiem notiek ar minimāliem traucējumiem atomu izkārtojumā un ir visvieglāk.

Kristālu termiskās īpašības.

Siltumvadītspēja ir cieši saistīta ar simetriju. To visskaidrāk var parādīt nākamajā eksperimentā. Pārklāsim ar plānu parafīna kārtu trīs kristālu skaldnes: kubu, sešstūra prizmu, taisnu paralēlskaldni. Ar tievas karstas adatas galu pieskarsimies katrai šo kristālu virsmai. Pēc kušanas plankumu kontūrām var spriest par siltuma izplatīšanās ātrumu seju plaknēs dažādos virzienos.

Uz kubiskās singonijas kristāla kušanas plankumu kontūrām uz visām virsmām būs apļa forma, kas norāda uz vienādu siltuma izplatīšanās ātrumu visos virzienos no saskares punkta ar karstu adatu. Plankumu forma idejā par apļiem uz visām kubiskā kristāla virsmām ir saistīta ar tā simetriju.

Sešstūra prizmas augšējās un apakšējās virsmas plankumu formai būs arī apļa forma (siltuma izplatīšanās ātrums plaknē, kas ir perpendikulāra vidējas kategorijas kristāla galvenajai asij, ir vienāds visos virzienos). Sešstūra prizmas virsmās kušanas plankumiem būs elipses forma, jo 2. kārtas asis iet perpendikulāri šīm skaldnēm.

Visās labā paralēlskaldņa (ortogonālās singonijas kristāla) skaldnēs kušanas vietām būs elipses forma, jo otrās kārtas asis iet perpendikulāri šīm skaldnēm.

Tātad siltuma izplatīšanās ātrums caur kristāla ķermeni ir tieši atkarīgs no tā, pa kuru lineārās simetrijas elementu tas izplatās. Kubiskos kristālos siltuma sadales virsmai būs sfēras forma. Līdz ar to attiecībā uz siltumvadītspēju kubiskie kristāli ir izotropiski, t.i., tie ir vienādi raksturīgi visos virzienos. Siltumvadītspējas virsma Vidējās kategorijas kristāli izteikts kā apgriezienu elipsoīds (paralēli galvenajai asij). IN zemākās kategorijas kristāli un visas siltuma vadīšanas virsmas ir elipsoidālas.

Siltumvadītspējas anizotropija ir cieši saistīta ar kristāliskas vielas struktūru. Tādējādi blīvākie atomu tīkli un rindas atbilst augstām siltumvadītspējas vērtībām. Tāpēc slāņveida un ķēdes kristāliem ir lielas atšķirības siltumvadītspējas virzienos.

Siltumvadītspēja ir atkarīga arī no kristāla defektivitātes pakāpes - vairāk bojātiem kristāliem tā ir zemāka nekā sintētiskiem. Vielai amorfā stāvoklī siltumvadītspēja ir zemāka nekā tāda paša sastāva kristāliem. Piemēram, kvarca stikla siltumvadītspēja ir daudz zemāka nekā kvarca kristālu siltumvadītspēja. Šis īpašums ir pamats kvarca stikla trauku plašai izmantošanai.

Optiskās īpašības.

Katrai vielai ar noteiktu kristāla struktūru ir raksturīgas unikālas optiskās īpašības. Optiskās īpašības ir cieši saistītas ar cietvielu kristālisko struktūru un tās simetriju.

Attiecībā uz optiskajām īpašībām visas vielas var iedalīt optiski izotropās un anizotropās. Pirmie ietver amorfos ķermeņus un augstākās kategorijas kristālus, otrajā - visus pārējos. Optiski izotropos vidēs gaismas vilnis, kas ir elektromagnētiska rakstura šķērsvirziena harmonisko svārstību kopums, izplatās ar vienādu ātrumu visos virzienos. Šajā gadījumā elektriskā un magnētiskā lauka intensitātes vektora svārstības notiek arī visos iespējamos virzienos, bet plaknē, kas ir perpendikulāra stara virzienam. Pa tā virzienu tiek pārnesta gaismas enerģija. Šo gaismu sauc dabiska vai nepolarizēta(attēls a, b).

Optiski anizotropās vidēs viļņu izplatīšanās ātrums dažādos virzienos var būt atšķirīgs. Noteiktos apstākļos t.s polarizēta gaisma, kurai visas elektrisko un magnētisko lauku vektora svārstības iet stingri noteiktā virzienā (c, d attēls). Šādas polarizētas gaismas uzvedība kristālos ir pamatā kristāloptisko pētījumu metodei, izmantojot polarizējošo mikroskopu.

Gaismas divkāršā laušana kristālos.

lineāri polarizēts ar savstarpēji perpendikulārām svārstību plaknēm. Gaismas sadalīšanos divos polarizētos staros sauc divkāršs lūzums vai divlaušana.

Gaismas divkāršā laušana ir novērojama visu singoniju kristālos, izņemot kubisko. Zemākās un vidējās kategorijas kristālos divkāršā laušana notiek visos virzienos, izņemot vienu vai divus virzienus, t.s. optiskās asis.

Divkāršās laušanas parādība ir saistīta ar kristālu anizotropiju. Kristālu optiskā anizotropija izpaužas tajā, ka gaismas izplatīšanās ātrums tajos dažādos virzienos ir atšķirīgs.

IN Vidējās kategorijas kristāli starp daudzajiem optiskās anizotropijas virzieniem ir viens viens virziens - optiskā ass, kas sakrīt ar 3., 4., 6. kārtas galveno simetrijas asi. Šajā virzienā gaisma virzās bez šķelšanās.

IN zemākās kategorijas kristāli Ir divi virzieni, pa kuriem gaisma nesadalās. Šiem virzieniem perpendikulāri kristālu šķērsgriezumi sakrīt ar optiski izotropiskiem šķērsgriezumiem.

Strukturālo īpašību ietekme uz optiskajām īpašībām.

Kristāla struktūrās ar cieši iesaiņotu atomu slāņiem attālums starp atomiem slāņa iekšpusē pārsniedz attālumu starp tuvākajiem atomiem, kas atrodas blakus esošajos slāņos. Šāda sakārtošana noved pie vieglākas polarizācijas, ja gaismas viļņa elektriskā lauka sprieguma vektors ir paralēls slāņu plaknei.

elektriskās īpašības.

Visas vielas var iedalīt vadītājos, pusvadītājos un dielektriķos.

Daži kristāli (dielektriķi) tiek polarizēti ārējās ietekmes ietekmē. Dielektriķu spēja polarizēties ir viena no to pamatīpašībām. Polarizācija ir process, kas saistīts ar elektrisko dipolu veidošanos dielektrikā ārējā elektriskā lauka iedarbībā.

Kristalogrāfijā un cietvielu fizikā parādības pjezoelektrība un piroelektrība.

Pjezoelektriskais efekts - dažu dielektrisko kristālu polarizācijas izmaiņas mehāniskās deformācijas laikā. Iegūto lādiņu lielums ir proporcionāls pieliktajam spēkam. Uzlādes zīme ir atkarīga no kristāla struktūras veida. Pjezoelektriskais efekts rodas tikai kristālos, kuriem nav inversijas centra, t.i., tiem ir polāri virzieni. Piemēram, kvarca SiO2, sfalerīta (ZnS) kristāli.

Piroelektriskais efekts - elektrisko lādiņu parādīšanās uz dažu kristālu virsmas, kad tie tiek uzkarsēti vai atdzesēti. Piroelektriskais efekts rodas tikai dielektriskos kristālos ar vienu polāro virzienu, kuru pretējos galus nevar apvienot neviena noteiktas simetrijas grupas darbība. Elektrisko lādiņu parādīšanās var notikt tikai saskaņā ar noteiktiem, polārie virzieni. Sejas, kas ir perpendikulāras šiem virzieniem, saņem dažādu zīmju lādiņus: viena ir pozitīva, bet otra ir negatīva. Piroelektriskais efekts var rasties kristālos, kas pieder pie vienas no polārās simetrijas klasēm: 1, 2, 3, 4, 6, m, mm2, 3m, 4mm, 6mm.

No ģeometriskās kristalogrāfijas izriet, ka virzieni, kas iet caur simetrijas centru, nevar būt polāri. Arī virzieni, kas ir perpendikulāri simetrijas plaknēm vai vienmērīgas kārtas asīm, nevar būt polāri.

Piroelektriķu klasē izšķir divas apakšklases. Pirmajā grupā ietilpst lineāri piroelektriķi, kuros elektriskā polarizācija ārējā laukā ir lineāri atkarīga no elektriskā lauka intensitātes. Piemēram, turmalīns NaMgAl3B3.Si6(O, OH)30.

Otrās apakšklases kristālus sauc par feroelektriķiem. Viņiem polarizācijas atkarība no ārējā lauka stipruma ir nelineāra, un polarizējamība ir atkarīga no ārējā lauka lieluma. Polarizācijas nelineāro atkarību no elektriskā lauka intensitātes raksturo histerēzes cilpa. Šī feroelektriķu īpašība liecina, ka tie saglabā savu elektrisko polarizāciju, ja nav ārēja lauka. Pateicoties tam, Rochelle sāls kristāli (tātad arī feroelektriķu nosaukums) izrādījās uzticami elektriskās enerģijas glabātāji un elektrisko signālu ierakstītāji, kas ļauj tos izmantot datoru “atmiņas šūnās”.

Magnētiskās īpašības.

Tā ir ķermeņu spēja mijiedarboties ar magnētisko lauku, tas ir, kļūt magnetizētam, kad tie atrodas magnētiskajā laukā. Atkarībā no magnētiskās jutības lieluma izšķir diamagnētiskos, paramagnētiskos, feromagnētiskos un antiferomagnētiskos kristālus.

Visu vielu magnētiskās īpašības ir atkarīgas ne tikai no to kristāliskās struktūras pazīmēm, bet arī no tās veidojošo atomu (jonu) rakstura, tas ir, magnētismu nosaka čaulu un kodolu elektroniskā struktūra, kā arī ar elektronu orbitālo kustību ap tiem (griešanos).

Ievadot atomu (jonu) magnētiskajā laukā, elektronu leņķiskais ātrums orbītā mainās tādēļ, ka elektronu sākotnējai rotācijas kustībai ap kodolu tiek uzlikta papildu rotācijas kustība, kā rezultātā atoms saņem papildu magnētisko momentu. Turklāt, ja visus elektronus ar pretējiem spiniem atomā sagrupē pa pāriem (A attēls), tad elektronu magnētiskie momenti tiek kompensēti un to kopējais magnētiskais moments būs vienāds ar nulli. Šādus atomus sauc par diamagnētiskiem, un vielas, kas no tiem sastāv - diamagnēti. Piemēram, inertās gāzes, B apakšgrupas metāli - Cu, Ag, Au, Zn, Cd, lielākā daļa jonu kristālu (NaCl, CaF2), kā arī vielas ar dominējošo kovalento saiti - Bi, Sb, Ga, grafīts. Kristālos ar slāņu struktūrām magnētiskā jutība pret virzieniem, kas atrodas slānī, ievērojami pārsniedz perpendikulāros virzienus.

Aizpildot elektronu čaulas atomos, elektroni mēdz būt nesapāroti. Tāpēc ir liels daudzums vielu, kuru elektronu magnētiskie momenti, kuru atomos atrodas nejauši un, ja nav ārēja magnētiskā lauka, tajās nenotiek spontāna magnētisko momentu orientācija (B attēls). Kopējais magnētiskais moments, ko rada elektroni, kas nav saistīti pa pāriem un vāji mijiedarbojas viens ar otru, būs nemainīgs, pozitīvs vai nedaudz lielāks nekā dielektriķiem. Šādus atomus sauc par magnētiskiem, bet vielas - paramagnēti. Ievadot paramagnētu magnētiskajā laukā, nepareizi orientētie spini iegūst zināmu orientāciju, kā rezultātā tiek novēroti trīs nekompensētu magnētisko momentu secības veidi - trīs veidu parādības: feromagnētisms (C attēls), antiferomagnētisms (D attēls) un ferimagnētisms (D attēls).

feromagnētiskās īpašības piemīt vielas, kuru atomu (jonu) magnētiskie momenti ir vērsti paralēli viens otram, kā rezultātā ārējais magnētiskais lauks var palielināties miljoniem reižu. Grupas nosaukums ir saistīts ar dzelzs apakšgrupas Fe, Ni, Co elementu klātbūtni tajā.

Ja atsevišķu atomu magnētiskie momenti ir pretparalēli un vienādi, tad atomu kopējais magnētiskais moments ir nulle. Šādas vielas sauc antiferomagnēti. Tajos ietilpst pārejas metālu oksīdi – MnO, NiO, CoO, FeO, daudzi fluorīdi, hlorīdi, sulfīdi, selenīdi utt.

Ja kristāla struktūras atomu antiparalēlie momenti nav vienādi, kopējais moments izrādās atšķirīgs no nulles, un šādām struktūrām ir spontāna magnetizācija. Līdzīgas īpašības ir ferīti(Fe3O4, granātu grupas minerāli).

Cietās vielas iedala amorfos ķermeņos un kristālos. Atšķirība starp pēdējo un pirmo ir tāda, ka kristālu atomi ir sakārtoti saskaņā ar noteiktu likumu, tādējādi veidojot trīsdimensiju periodisku sakraušanu, ko sauc par kristāla režģi.

Zīmīgi, ka kristālu nosaukums cēlies no grieķu vārdiem “sacietēt” un “auksts”, un Homēra laikā šo vārdu sauca par kalnu kristālu, ko tad uzskatīja par “sasalušu ledu”. Sākumā ar šo terminu sauca tikai slīpētus caurspīdīgus veidojumus. Bet vēlāk necaurspīdīgus un negrieztus dabiskas izcelsmes ķermeņus sauca arī par kristāliem.

Kristāla struktūra un režģis

Ideāls kristāls tiek parādīts periodiski atkārtojošu identisku struktūru veidā - tā sauktās kristāla elementārās šūnas. Vispārīgā gadījumā šādas šūnas forma ir slīps paralēlskaldnis.

Ir jānošķir tādi jēdzieni kā kristāla režģis un kristāla struktūra. Pirmā ir matemātiska abstrakcija, kas attēlo noteiktu telpas punktu regulāru izvietojumu. Kamēr kristāla struktūra ir reāls fizisks objekts, kristāls, kurā noteikta atomu vai molekulu grupa ir saistīta ar katru kristāla režģa punktu.

Granāta kristāla struktūra - rombs un dodekaedrs

Galvenais faktors, kas nosaka kristāla elektromagnētiskās un mehāniskās īpašības, ir elementāršūnas un ar to saistīto atomu (molekulu) struktūra.

Kristālu anizotropija

Galvenā kristālu īpašība, kas tos atšķir no amorfiem ķermeņiem, ir anizotropija. Tas nozīmē, ka kristāla īpašības ir dažādas, atkarībā no virziena. Tā, piemēram, neelastīga (neatgriezeniska) deformācija tiek veikta tikai pa noteiktām kristāla plaknēm un noteiktā virzienā. Anizotropijas dēļ kristāli atšķirīgi reaģē uz deformāciju atkarībā no tās virziena.

Tomēr ir kristāli, kuriem nav anizotropijas.

Kristālu veidi

Kristālus iedala monokristālos un polikristālos. Par monokristāliem sauc vielas, kuru kristāliskā struktūra sniedzas uz visu ķermeni. Šādi ķermeņi ir viendabīgi un tiem ir nepārtraukts kristāliskais režģis. Parasti šādam kristālam ir izteikts griezums. Dabiskā monokristāla piemēri ir akmeņsāls, dimanta un topāza monokristāli, kā arī kvarcs.

Daudzām vielām ir kristāliska struktūra, lai gan tām parasti nav kristāliem raksturīgas formas. Šādas vielas ietver, piemēram, metālus. Pētījumi liecina, ka šādas vielas sastāv no liela skaita ļoti mazu monokristālu – kristāliskiem graudiņiem jeb kristalītiem. Vielu, kas sastāv no daudziem šādiem atšķirīgi orientētiem monokristāliem, sauc par polikristāliskiem. Polikristāliem bieži vien nav slīpēšanas, un to īpašības ir atkarīgas no kristālisko graudu vidējā izmēra, to savstarpējā izkārtojuma un arī starpgraudu robežu struktūras. Pie polikristāliem pieder tādas vielas kā metāli un sakausējumi, keramika un minerāli, kā arī citas.