Vlastnosti kryštálov, tvar a syngónia (kryštalografické systémy)

Dôležitou vlastnosťou kryštálu je určitá zhoda medzi rôznymi plochami – symetria kryštálu. Rozlišujú sa tieto prvky symetrie:

1. Roviny symetrie: rozdeľte kryštál na dve symetrické polovice, takéto roviny sa nazývajú aj „zrkadlá“ symetrie.

2. Osi symetrie: priamky prechádzajúce stredom kryštálu. Rotácia kryštálu okolo tejto osi opakuje tvar počiatočnej polohy kryštálu. Existujú osi symetrie 3., 4. a 6. rádu, čo zodpovedá počtu takýchto polôh pri rotácii kryštálu o 360 o.

3. Stred symetrie: plochy kryštálu zodpovedajúce rovnobežnej ploche zmenia miesto pri otočení o 180 o okolo tohto stredu. Kombinácia týchto prvkov symetrie a rádov dáva 32 tried symetrie pre všetky kryštály. Tieto triedy možno v súlade s ich spoločnými vlastnosťami zoskupiť do siedmich syngónií (kryštalografických systémov). Trojrozmerné súradnicové osi možno použiť na určenie a vyhodnotenie polôh plôch kryštálov.

Každý minerál patrí do jednej triedy symetrie, pretože má jeden typ kryštálovej mriežky, ktorá ho charakterizuje. Naopak, minerály s rovnakým chemickým zložením môžu vytvárať kryštály dvoch alebo viacerých tried symetrie. Tento jav sa nazýva polymorfizmus. Neexistujú izolované príklady polymorfizmu: diamant a grafit, kalcit a aragonit, pyrit a markazit, kremeň, tridymit a cristobalit; rutil, anatas (aka oktahedrit) a brookit.

SYNGÓNIE (KRYŠTALOGRAFICKÉ SYSTÉMY). Všetky formy kryštálov tvoria 7 syngónií (kubické, tetragonálne, šesťuholníkové, trigonálne, kosoštvorcové, monoklinické, triklinické). Diagnostickými znakmi syngónie sú kryštalografické osi a uhly, ktoré tieto osi zvierajú.

V triklinickej syngónii existuje minimálny počet prvkov symetrie. Za ním v poradí zložitosti nasledujú jednoklonné, kosoštvorcové, tetragonálne, trigonálne, šesťuholníkové a kubické syngónie.

Kubický systém. Všetky tri osi majú rovnakú dĺžku a sú na seba kolmé. Typické tvary kryštálov: kocka, osemsten, kosoštvorcový dvanásťsten, päťuholník dvanásťsten, štvoruholník trioktaedrón, šesťoktaedrón.

Tetragonálny systém. Tri osi sú na seba kolmé, dve osi majú rovnakú dĺžku, tretia (hlavná os) je buď kratšia alebo dlhšia. Typickými kryštálovými tvarmi sú hranoly, pyramídy, štvoruholníky, lichobežníky a bipyramídy.

Hexagonálna syngónia. Tretia a štvrtá os sú naklonené k rovine, majú rovnakú dĺžku a pretínajú sa pod uhlom 120 o. Štvrtá os, ktorá sa od ostatných líši veľkosťou, je umiestnená kolmo na ostatné. Osi aj uhly sú svojou polohou podobné predchádzajúcej syngónii, ale prvky symetrie sú veľmi rôznorodé. Typickými kryštálovými tvarmi sú trojstenné hranoly, pyramídy, kosoštvorce a skalenoedry.

Rombický systém. Charakteristické sú tri osi, na seba kolmé. Typickými kryštalickými formami sú bazálne pinakoidy, kosoštvorcové hranoly, kosoštvorcové pyramídy a bipyramídy.

Monoklinická syngónia. Tri osi rôznej dĺžky, druhá je kolmá na ostatné, tretia je v ostrom uhle k prvej. Typickými formami kryštálov sú pinakoidy, hranoly so šikmo zrezanými hranami.

Triklinický systém. Všetky tri osi majú rôzne dĺžky a pretínajú sa v ostrých uhloch. Typickými tvarmi sú monohedra a pinakoidy.

Tvar a rast kryštálov. Kryštály patriace k rovnakému druhu minerálu majú podobný vzhľad. Kryštál teda možno charakterizovať ako kombináciu vonkajších parametrov (plochy, uhly, osi). Relatívna veľkosť týchto parametrov je však úplne iná. V dôsledku toho môže kryštál zmeniť svoj vzhľad (nehovoriac o vzhľade) v závislosti od stupňa vývoja určitých foriem. Napríklad pyramídový vzhľad, kde sa všetky plochy zbiehajú, stĺpcový (v dokonalom hranole), tabuľkový, listovitý alebo guľovitý.

Dva kryštály s rovnakou kombináciou vonkajších parametrov môžu mať odlišný vzhľad. Táto kombinácia závisí od chemického zloženia kryštalizačného média a ďalších podmienok vzniku, medzi ktoré patrí teplota, tlak, rýchlosť kryštalizácie látky a pod.. V prírode sa občas vyskytujú pravidelné kryštály, ktoré vznikli za priaznivých podmienok – napr. , sadra v hlinenom médiu alebo minerály na stenách geódy. Tváre takýchto kryštálov sú dobre vyvinuté. Naopak, kryštály vytvorené za meniacich sa alebo nepriaznivých podmienok sú často deformované.

JEDNOTKY. Často sa vyskytujú kryštály, ktoré nemajú dostatok priestoru na rast. Tieto kryštály sa spojili s ostatnými a vytvorili nepravidelné hmoty a agregáty. Vo voľnom priestore medzi skalami sa kryštály vyvíjali spoločne, vytvárali drúzy a v dutinách - geódy. Z hľadiska ich štruktúry sú takéto jednotky veľmi rôznorodé. V malých puklinách vápenca sa nachádzajú útvary pripomínajúce skamenenú papraď. Nazývajú sa dendrity, vznikajú ako výsledok tvorby oxidov a hydroxidov mangánu a železa pod vplyvom roztokov cirkulujúcich v týchto trhlinách. Preto sa dendrity nikdy nevytvoria súčasne s organickými zvyškami.

Dvojhra. Pri tvorbe kryštálov sa často tvoria dvojčatá, keď dva kryštály rovnakého minerálneho druhu rastú spolu podľa určitých pravidiel. Dvojníci sú často jednotlivci zrastení pod uhlom. Často sa prejavuje pseudosymetria – niekoľko kryštálov patriacich do najnižšej triedy symetrie zrastá spolu a tvoria jedince s pseudosymetriou vyššieho rádu. Aragonit, ktorý patrí do kosoštvorcovej sústavy, teda často vytvára dvojité hranoly s hexagonálnou pseudosymetriou. Na povrchu takýchto zrastov je pozorované tenké šrafovanie tvorené dvojčatnými čiarami.

POVRCH KRYŠTÁLOV. Ako už bolo uvedené, ploché povrchy sú zriedka hladké. Pomerne často sa na nich pozoruje liahnutie, páskovanie alebo pruhovanie. Tieto charakteristické vlastnosti pomáhajú pri určovaní mnohých minerálov - pyrit, kremeň, sadra, turmalín.

PSEUDOMORFÉNY. Pseudomorfózy sú kryštály, ktoré majú tvar iného kryštálu. Napríklad limonit sa vyskytuje vo forme kryštálov pyritu. Pseudomorfózy vznikajú, keď je jeden minerál úplne chemicky nahradený iným pri zachovaní tvaru predchádzajúceho.

Formy kryštálových agregátov môžu byť veľmi rôznorodé. Na fotografii je žiarivý agregát natrolitu.
Vzorka sadry so zdvojenými kryštálmi v tvare kríža.

Fyzikálne a chemické vlastnosti. Nielen vonkajší tvar a symetria kryštálu sú určené zákonmi kryštalografie a usporiadaním atómov – to platí aj pre fyzikálne vlastnosti minerálu, ktoré môžu byť rôzne v rôznych smeroch. Napríklad sľuda sa môže rozdeliť na rovnobežné platne iba v jednom smere, takže jej kryštály sú anizotropné. Amorfné látky sú vo všetkých smeroch rovnaké, a teda izotropné. Takéto vlastnosti sú dôležité aj pre diagnostiku týchto minerálov.

Hustota. Hustota (špecifická hmotnosť) minerálov je pomer ich hmotnosti k hmotnosti rovnakého objemu vody. Stanovenie špecifickej hmotnosti je dôležitým diagnostickým nástrojom. Prevládajú minerály s hustotou 2-4. Pri praktickej diagnostike pomôže zjednodušený odhad hmotnosti: ľahké minerály majú hmotnosť 1 až 2, minerály strednej hustoty - od 2 do 4, ťažké minerály od 4 do 6, veľmi ťažké minerály - viac ako 6.

MECHANICKÉ VLASTNOSTI. Patria sem tvrdosť, štiepenie, povrch triesky, húževnatosť. Tieto vlastnosti závisia od kryštálovej štruktúry a používajú sa na výber diagnostickej techniky.

TVRDOSŤ. Je celkom ľahké poškriabať kalcitový kryštál špičkou noža, ale je nepravdepodobné, že by to bolo možné urobiť s kremenným kryštálom - čepeľ sa bude posúvať po kameni bez zanechania škrabanca. To znamená, že tvrdosť týchto dvoch minerálov je rozdielna.

Tvrdosť vo vzťahu k poškriabaniu sa vzťahuje na odolnosť kryštálu voči pokusu o vonkajšiu deformáciu povrchu, inými slovami, odolnosť voči mechanickej deformácii zvonku. Friedrich Moos (1773-1839) navrhol relatívnu stupnicu tvrdosti od stupňov, kde každý minerál má vyššiu tvrdosť vrypu ako predchádzajúci: 1. Mastenec. 2. Sadra. 3. Kalcit. 4. Fluorit. 5. Apatit. 6. Živec. 7. Kremeň. 8. Topaz. 9. Korund. 10. Diamant. Všetky tieto hodnoty platia len pre čerstvé, nezvetrané vzorky.

Tvrdosť môžete vyhodnotiť zjednodušeným spôsobom. Minerály s tvrdosťou 1 sa ľahko poškriabu nechtom; kým sú na dotyk mastné. Povrch minerálov s tvrdosťou 2 je tiež poškriabaný nechtom. Medený drôt alebo kúsok medi poškriabe minerály s tvrdosťou 3. Hrot vreckového noža poškriabe minerály až do tvrdosti 5; dobrý nový pilník - kremeň. Minerály s tvrdosťou vyššou ako 6 poškriabajú sklo (tvrdosť 5). Od 6 do 8 nezaberie ani dobrý pilník; pri pokuse lietajú iskry. Na stanovenie tvrdosti testujte vzorky so zvyšujúcou sa tvrdosťou, pokiaľ dávajú; potom sa odoberie vzorka, čo je zrejme ešte ťažšie. Ak je potrebné určiť tvrdosť minerálu obklopeného horninou, ktorej tvrdosť je nižšia ako tvrdosť minerálu požadovaného pre vzorku, treba postupovať opačne.

Mastenec a diamant, dva minerály na extrémoch Mohsovej stupnice tvrdosti.

Je ľahké vyvodiť záver podľa toho, či minerál kĺže po povrchu iného alebo ho poškriabe s miernym škrípaním. Môžu nastať tieto prípady:
1. Tvrdosť je rovnaká, ak sa vzorka a minerál vzájomne nepoškriabu.
2. Je možné, že sa obidva minerály navzájom poškriabajú, pretože vrchné časti a hrany kryštálu môžu byť tvrdšie ako hrany alebo štiepne plochy. Preto je možné poškriabať povrch sadrového kryštálu alebo jeho štiepnu rovinu vrchom iného sadrového kryštálu.
3. Minerál poškriabe prvú vzorku a vzorka vyššej triedy tvrdosti na nej urobí ryhu. Jeho tvrdosť je v strede medzi vzorkami použitými na porovnanie a dá sa odhadnúť na pol triedy.

Napriek zjavnej jednoduchosti takéhoto určenia tvrdosti môže veľa faktorov viesť k nesprávnemu výsledku. Vezmime si napríklad minerál, ktorého vlastnosti sa veľmi líšia v rôznych smeroch, ako je distén (kyanit): zvisle je tvrdosť 4-4,5 a špička noža zanecháva jasnú stopu, ale v kolmom smere je tvrdosť 6- 7 a minerál nie je vôbec poškriabaný nožom . Pôvod názvu tohto minerálu je spojený s touto vlastnosťou a veľmi výrazne ju zdôrazňuje. Preto je potrebné vykonávať skúšky tvrdosti v rôznych smeroch.

Niektoré agregáty majú vyššiu tvrdosť ako zložky (kryštály alebo zrná), z ktorých sú zložené; môže sa ukázať, že hustý kus sadry je ťažké poškriabať nechtom. Naopak, niektoré porézne agregáty sú menej pevné, čo sa vysvetľuje prítomnosťou dutín medzi granulami. Krieda sa preto škrabe nechtom, hoci pozostáva z kryštálov kalcitu s tvrdosťou 3. Ďalším zdrojom chýb sú minerály, ktoré prešli nejakou zmenou. Tvrdosť práškových, zvetraných vzoriek alebo agregátov šupinovitej a ihličkovitej štruktúry nie je možné jednoduchými prostriedkami posúdiť. V takýchto prípadoch je lepšie použiť iné metódy.

Štiepenie. Udretím kladiva alebo stlačením noža sa kryštály pozdĺž štiepnych rovín niekedy môžu rozdeliť na platne. Štiepenie sa prejavuje pozdĺž rovín s minimálnou adhéziou. Mnohé minerály majú štiepenie v niekoľkých smeroch: halit a galenit - rovnobežné s plochami kocky; fluorit - pozdĺž stien oktaédra, kalcit - kosoštvorec. kryštál moskevskej sľudy; štiepne roviny sú jasne viditeľné (na fotografii vpravo).

Minerály ako sľuda a sadra majú dokonalú štiepenie v jednom smere, ale nedokonalé alebo žiadne štiepenie v iných smeroch. Pri starostlivom pozorovaní si možno všimnúť najtenšie štiepne roviny vo vnútri priehľadných kryštálov pozdĺž dobre definovaných kryštalografických smerov.

lomová plocha. Mnohé minerály, ako je kremeň a opál, sa neštiepia v žiadnom smere. Ich objem sa rozpadá na nepravidelné kúsky. Štiepna plocha môže byť opísaná ako plochá, nerovná, lastúrna, polokonchoidná, drsná. Kovy a tvrdé minerály majú drsný povrch štiepenia. Táto vlastnosť môže slúžiť ako diagnostická funkcia.

Iné mechanické vlastnosti. Niektoré minerály (pyrit, kremeň, opál) sa úderom kladiva rozbijú na kúsky - sú krehké. Iní sa naopak premenia na prášok bez toho, aby dávali trosky.

Kujné minerály môžu byť sploštené, ako napríklad čisté prírodné kovy. Netvoria prášok ani úlomky. Tenké dosky sľudy sa dajú ohýbať ako preglejka. Po ukončení expozície sa vrátia do pôvodného stavu - to je vlastnosť elasticity. Iné, ako je sadra a pyrit, sa môžu ohýbať, ale zachovávajú si svoj deformovaný stav - to je vlastnosť pružnosti. Takéto vlastnosti umožňujú rozpoznať podobné minerály – napríklad rozlíšiť elastickú sľudu od pružného chloritanu.

Farbenie. Niektoré minerály majú takú čistú a krásnu farbu, že sa používajú ako farby alebo laky. Ich mená sa často používajú v každodennej reči: smaragdovo zelená, rubínová červená, tyrkysová, ametyst atď. Farba minerálov, jeden z hlavných diagnostických znakov, nie je trvalá ani večná.

Existuje množstvo minerálov, v ktorých je farba konštantná – malachit je vždy zelený, grafit čierny, pôvodná síra žltá. Bežné minerály ako kremeň (horský krištáľ), kalcit, halit (bežná soľ) sú bezfarebné, ak sú bez nečistôt. Prítomnosť toho posledného však spôsobuje sfarbenie a poznáme modrú soľ, žltý, ružový, fialový a hnedý kremeň. Fluorit má celú škálu farieb.

Prítomnosť prvkov nečistôt v chemickom vzorci minerálu vedie k veľmi špecifickej farbe. Táto fotografia zobrazuje zelený kremeň (prase), vo svojej čistej forme je úplne bezfarebný a priehľadný.

Turmalín, apatit a beryl majú rôzne farby. Sfarbenie nie je nepochybným diagnostickým znakom minerálov s rôznymi odtieňmi. Farba minerálu závisí aj od prítomnosti prímesových prvkov obsiahnutých v kryštálovej mriežke, ako aj rôznych pigmentov, nečistôt a inklúzií v hostiteľskom kryštáli. Niekedy to môže byť spojené s vystavením žiareniu. Niektoré minerály menia farbu v závislosti od svetla. Alexandrit je pri dennom svetle zelený a pri umelom svetle fialový.

Pri niektorých mineráloch sa intenzita farby mení, keď sa kryštály otáčajú vzhľadom na svetlo. Farba kryštálu kordieritu sa počas rotácie mení z modrej na žltú. Dôvodom tohto javu je, že takéto kryštály, nazývané pleochroické, absorbujú svetlo rôzne v závislosti od smeru lúča.

Farba niektorých minerálov sa môže zmeniť aj v prítomnosti filmu, ktorý má inú farbu. Tieto minerály sú v dôsledku oxidácie pokryté povlakom, ktorý možno nejako zmierňuje účinok slnečného alebo umelého svetla. Niektoré drahokamy strácajú farbu, ak sú vystavené slnečnému žiareniu po určitú dobu: smaragd stráca sýto zelenú farbu, ametyst a ružový kremeň blednú.

Mnohé minerály obsahujúce striebro (napríklad pyrargyrit a proustit) sú tiež citlivé na slnečné žiarenie (slnečné žiarenie). Apatit pod vplyvom slnečného žiarenia je pokrytý čiernym závojom. Zberatelia by mali takéto minerály chrániť pred vystavením svetlu. Červená farba realgaru na slnku prechádza do zlatožltej. Takéto farebné zmeny sa v prírode vyskytujú veľmi pomaly, ale je možné umelo zmeniť farbu minerálu veľmi rýchlo, čím sa urýchlia procesy vyskytujúce sa v prírode. Napríklad žltý citrín môžete získať z fialového ametystu pri zahrievaní; diamanty, rubíny a zafíry sú umelo „vylepšované“ pomocou rádioaktívneho žiarenia a ultrafialových lúčov. Horský krištáľ sa vplyvom silného ožiarenia mení na dymový kremeň. Achát, ak jeho šedá farba nevyzerá veľmi vábne, sa dá zafarbiť ponorením obyčajného anilínového farbiva na tkaniny do vriaceho roztoku.

PRÁŠKOVÁ FARBA (PORUČKA). Farba linky sa určuje trením o drsný povrch neglazovaného porcelánu. Zároveň netreba zabúdať, že porcelán má tvrdosť 6-6,5 na Mohsovej stupnici a z minerálov s väčšou tvrdosťou zostane len biely prášok z utĺkaného porcelánu. Vždy sa dá dostať prášok v mažiari. Farebné minerály dávajú vždy svetlejšiu líniu, nezafarbené a bielo - biele. Zvyčajne sa biela alebo šedá čiara pozoruje v mineráloch, ktoré sú umelo zafarbené alebo s nečistotami a pigmentom. Často je akoby zakalená, pretože v zriedenej farbe je jej intenzita určená koncentráciou farbiva. Farba znaku minerálov s kovovým leskom sa líši od ich vlastnej farby. Žltý pyrit dáva zeleno-čierny pruh; čierny hematit je čerešňovo červený, čierny wolframit je hnedý a kasiterit je takmer nezafarbený pruh. Farebná čiara umožňuje rýchlo a jednoducho identifikovať minerál podľa nej ako zriedená alebo bezfarebná čiara.

SVIEŤ SA. Rovnako ako farba je to účinná metóda na identifikáciu minerálu. Lesk závisí od toho, ako sa svetlo odráža a láme na povrchu kryštálu. Existujú minerály s kovovým a nekovovým leskom. Ak sa nedajú rozlíšiť, môžeme hovoriť o polokovovom lesku. Nepriehľadné kovové minerály (pyrit, galenit) sú vysoko reflexné a majú kovový lesk. U ďalšej významnej skupiny minerálov (zinková zmes, kasiterit, rutil atď.) je ťažké určiť lesk. Pre minerály s nekovovým leskom sa podľa intenzity a vlastností lesku rozlišujú tieto kategórie:

1. Diamantový lesk, ako diamant.
2. Lesk skla.
3. Mastný lesk.
4. Tupý lesk (pre minerály so slabou odrazivosťou).

Lesk môže byť spojený so štruktúrou agregátu a smerom dominantného štiepenia. Minerály, ktoré majú tenkovrstvovú štruktúru, majú perleťový lesk.

TRANSPARENTNOSŤ. Priehľadnosť minerálu je kvalita, ktorá je veľmi variabilná: nepriehľadný minerál možno ľahko klasifikovať ako priehľadný. Do tejto skupiny patrí väčšina bezfarebných kryštálov (horský krištáľ, halit, topaz). Priehľadnosť závisí od štruktúry minerálu – niektoré agregáty a malé zrnká sadry a sľudy sa javia ako nepriehľadné alebo priesvitné, zatiaľ čo kryštály týchto minerálov sú priehľadné. Ale ak sa na malé granule a agregáty pozriete lupou, môžete vidieť, že sú priehľadné.

INDEX LOMU. Index lomu je dôležitá optická konštanta minerálu. Meria sa pomocou špeciálneho zariadenia. Keď lúč svetla prenikne do anizotropného kryštálu, lúč sa láme. Takýto dvojlom vytvára dojem, že existuje virtuálny druhý objekt paralelný so skúmaným kryštálom. Podobný jav možno pozorovať aj cez priehľadný kryštál kalcitu.

LUMINESCENCE. Niektoré minerály, ako je scheelit a willemit, ožiarené ultrafialovými lúčmi, žiaria špecifickým svetlom, ktoré v niektorých prípadoch môže nejaký čas pretrvávať. Fluorit pri zahrievaní na tmavom mieste žiari – tento jav sa nazýva termoluminiscencia. Pri trení niektorých minerálov vzniká iný typ žiary – triboluminiscencia. Tieto rôzne typy luminiscencie sú charakteristikou, ktorá uľahčuje diagnostiku množstva minerálov.

TEPELNÁ VODIVOSŤ. Ak vezmete do ruky kúsok jantáru a kúsok medi, bude sa vám zdať, že jeden z nich je teplejší ako druhý. Tento dojem je spôsobený rozdielnou tepelnou vodivosťou týchto minerálov. Takže môžete rozlíšiť sklenené imitácie drahých kameňov; na to musíte pripevniť kamienok na líce, kde je pokožka citlivejšia na teplo.

Nasledujúce vlastnosti možno určiť podľa toho, aké pocity v človeku vyvolávajú. Grafit a mastenec sú na dotyk hladké, zatiaľ čo sadra a kaolín sú suché a drsné. Minerály rozpustné vo vode, ako halit, sylvinit, epsomit, majú špecifickú chuť – slanú, horkú, kyslú. Niektoré minerály (síra, arzenopyrit a fluorit) majú ľahko rozpoznateľný zápach, ktorý vzniká ihneď po dopade na vzorku.

MAGNETIZMUS. Fragmenty alebo prášok určitých minerálov, najmä tých s vysokým obsahom železa, možno odlíšiť od iných podobných minerálov pomocou magnetu. Magnetit a pyrhotit sú vysoko magnetické a priťahujú železné piliny. Niektoré minerály, ako napríklad hematit, získavajú magnetické vlastnosti pri zahrievaní do červena.

CHEMICKÉ VLASTNOSTI. Stanovenie minerálov na základe ich chemických vlastností si vyžaduje okrem špecializovaného vybavenia aj rozsiahle znalosti z analytickej chémie.

Existuje jedna jednoduchá metóda na stanovenie uhličitanov, ktorá je k dispozícii pre neodborníkov - pôsobenie slabého roztoku kyseliny chlorovodíkovej (namiesto nej si môžete vziať obyčajný stolový ocot - zriedenú kyselinu octovú, ktorá je v kuchyni). Takto ľahko rozoznáte bezfarebnú vzorku kalcitu od bielej sadry – na vzorku treba kvapnúť kyselinu. Sadra na to nereaguje a kalcit pri uvoľňovaní oxidu uhličitého "vrie".

Hlavné vlastnosti kryštálov - anizotropia, homogenita, schopnosť samohorenia a prítomnosť konštantnej teploty topenia - sú určené ich vnútornou štruktúrou.

Ryža. 1. Príkladom anizotropie je kryštál minerálu disténu. V pozdĺžnom smere je jeho tvrdosť 4,5, v priečnom smere je 6. © Parent Géry

Táto vlastnosť sa nazýva aj disparita. Vyjadruje sa tým, že fyzikálne vlastnosti kryštálov (tvrdosť, pevnosť, tepelná vodivosť, elektrická vodivosť, rýchlosť šírenia svetla) nie sú v rôznych smeroch rovnaké. Častice tvoriace kryštalickú štruktúru pozdĺž neparalelných smerov sú od seba oddelené v rôznych vzdialenostiach, v dôsledku čoho by vlastnosti kryštalickej látky v takýchto smeroch mali byť odlišné. Charakteristickým príkladom látky s výraznou anizotropiou je sľuda. Kryštalické platne tohto minerálu sa ľahko štiepia iba pozdĺž rovín rovnobežných s jeho lamelárnosťou. V priečnom smere je štiepanie sľudových plátov oveľa ťažšie.

Anizotropia sa prejavuje aj v tom, že keď je kryštál vystavený akémukoľvek rozpúšťadlu, rýchlosť chemických reakcií je v rôznych smeroch rôzna. Výsledkom je, že každý kryštál, keď sa rozpustí, získa svoje vlastné charakteristické tvary, ktoré sa nazývajú obrazce z leptania.

Amorfné látky sa vyznačujú izotropiou (ekvivalenciou) – fyzikálne vlastnosti sa vo všetkých smeroch prejavujú rovnako.

Jednotnosť

Vyjadruje sa tým, že akékoľvek elementárne objemy kryštalickej látky, rovnako orientované v priestore, sú absolútne identické vo všetkých svojich vlastnostiach: majú rovnakú farbu, hmotnosť, tvrdosť atď. teda každý kryštál je homogénne, no zároveň anizotropné teleso.

Homogenita je vlastná nielen kryštalickým telesám. Tuhé amorfné útvary môžu byť tiež homogénne. Ale amorfné telesá nemôžu samé o sebe nadobudnúť polyedrický tvar.

Schopnosť sebaovládania

Schopnosť samorezu je vyjadrená skutočnosťou, že každý fragment alebo guľa vyrezaná z kryštálu v médiu vhodnom na jeho rast je časom pokrytá plochami charakteristickými pre daný kryštál. Táto vlastnosť súvisí s kryštálovou štruktúrou. Takúto vlastnosť nemá napríklad sklenená guľa.

Kryštály tej istej látky sa môžu navzájom líšiť svojou veľkosťou, počtom plôch, hrán a tvarom plôch. Závisí to od podmienok tvorby kryštálov. Pri nerovnomernom raste sú kryštály sploštené, predĺžené atď. Uhly medzi zodpovedajúcimi plochami rastúceho kryštálu zostávajú nezmenené. Táto vlastnosť kryštálov je známa ako zákon stálosti fazetových uhlov. V tomto prípade sa veľkosť a tvar plôch v rôznych kryštáloch tej istej látky, vzdialenosť medzi nimi a dokonca aj ich počet môžu líšiť, ale uhly medzi zodpovedajúcimi plochami vo všetkých kryštáloch tej istej látky zostávajú za rovnakých podmienok konštantné. tlaku a teploty.

Zákon o stálosti fazetových uhlov zaviedol koncom 17. storočia dánsky vedec Steno (1699) na kryštáloch železného lesku a horského krištáľu, neskôr tento zákon potvrdil M. V. Lomonosov (1749) a francúzsky vedec Rome de Lille (1783). Zákon stálosti fazetových uhlov sa nazýva prvý zákon kryštalografie.

Zákon stálosti fazetových uhlov sa vysvetľuje tým, že všetky kryštály jednej látky sú svojou vnútornou štruktúrou identické, t.j. majú rovnakú štruktúru.

Podľa tohto zákona sa kryštály určitej látky vyznačujú svojimi špecifickými uhlami. Preto meraním uhlov je možné dokázať, že skúmaný kryštál patrí jednej alebo druhej látke. Na tom je založená jedna z metód diagnostiky kryštálov.

Na meranie dihedrálnych uhlov v kryštáloch boli vynájdené špeciálne zariadenia - goniometre.

konštantná teplota topenia

Vyjadruje sa v skutočnosti, že keď sa kryštalické teleso zahrieva, teplota stúpa na určitú hranicu; pri ďalšom zahrievaní sa látka začne topiť a teplota zostáva nejaký čas konštantná, pretože všetko teplo ide na deštrukciu kryštálovej mriežky. Teplota, pri ktorej začína topenie, sa nazýva bod topenia.

Amorfné látky na rozdiel od kryštalických nemajú presne definovanú teplotu topenia. Na krivkách ochladzovania (alebo ohrevu) kryštalických a amorfných látok je možné vidieť, že v prvom prípade existujú dve ostré inflexie zodpovedajúce začiatku a koncu kryštalizácie; v prípade ochladzovania amorfnej látky máme hladkú krivku. Na tomto základe je ľahké rozlíšiť kryštalické látky od amorfných.

Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár

Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.

Hostené na http://www.allbest.ru/

Sú bežnévlastnosti kryštálov

Úvod

Kryštály sú pevné látky, ktoré majú prirodzený vonkajší tvar pravidelných symetrických mnohostenov založený na ich vnútornej štruktúre, teda na jednom z niekoľkých definovaných pravidelných usporiadaní častíc, ktoré tvoria látku.

Fyzika pevných látok je založená na myšlienke kryštalinity hmoty. Všetky teórie fyzikálnych vlastností kryštalických pevných látok sú založené na koncepte dokonalej periodicity kryštálových mriežok. Pomocou tejto myšlienky a tvrdení o symetrii a anizotropii kryštálov, ktoré z nej vyplývajú, fyzici vyvinuli teóriu elektrónovej štruktúry pevných látok. Táto teória umožňuje dôsledne klasifikovať pevné látky, určiť ich typ a makroskopické vlastnosti. Umožňuje však klasifikovať len známe, skúmané látky a neumožňuje vopred určiť zloženie a štruktúru nových komplexných látok, ktoré by mali daný súbor vlastností. Táto posledná úloha je dôležitá najmä pre prax, pretože jej riešenie by umožnilo vytvárať materiály na mieru pre každý konkrétny prípad. Vlastnosti kryštalických látok za vhodných vonkajších podmienok určuje ich chemické zloženie a typ kryštálovej mriežky. Štúdium závislosti vlastností látky od jej chemického zloženia a kryštálovej štruktúry sa zvyčajne delí na tieto samostatné etapy: 1) všeobecné štúdium kryštálov a kryštalického stavu látky 2) konštrukcia teórie chemických väzieb a jej aplikácia na štúdium rôznych tried kryštalických látok 3) štúdium všeobecných zákonitostí zmien v štruktúre kryštalických látok pri zmene ich chemického zloženia 4) stanovenie pravidiel, ktoré umožňujú vopred určiť chemické zloženie a štruktúru látok, ktoré majú určitý súbor fyzikálnych vlastností.

Hlavnávlastnosti kryštálov- anizotropia, homogenita, schopnosť samohorenia a prítomnosť konštantnej teploty topenia.

1. Anizotropia

anizotropia kryštálu samohoriaci

Anizotropia - vyjadruje sa tým, že fyzikálne vlastnosti kryštálov nie sú v rôznych smeroch rovnaké. Fyzikálne veličiny zahŕňajú také parametre ako pevnosť, tvrdosť, tepelná vodivosť, rýchlosť šírenia svetla a elektrická vodivosť. Charakteristickým príkladom látky s výraznou anizotropiou je sľuda. Kryštalické dosky sľudy - ľahko sa rozštiepia iba pozdĺž rovín. V priečnych smeroch je oveľa ťažšie rozdeliť platne tohto minerálu.

Príkladom anizotropie je kryštál minerálneho disténu. V pozdĺžnom smere je tvrdosť disténu 4,5, v priečnom smere - 6. Minerálny distén (Al 2 O), ktorý sa vyznačuje výrazne odlišnou tvrdosťou v nerovnakých smeroch. Pozdĺž predĺženia sa kryštály disténu ľahko poškriabu čepeľou noža, v smere kolmom na predĺženie nôž nezanecháva žiadne stopy.

Ryža. 1 Disthene Crystal

Minerálny kordierit (Mg 2 Al 3). Minerál, hlinitokremičitan horčíka a železa. Kordieritový kryštál vyzerá odlišne sfarbený v troch rôznych smeroch. Ak je z takého kryštálu vyrezaná kocka s tvárami, možno si všimnúť nasledovné. Kolmo na tieto smery, potom pozdĺž uhlopriečky kocky (zhora nahor je pozorovaná šedo-modrá farba, vo vertikálnom smere - indigovo-modrá farba a v smere cez kocku - žltá.

Ryža. 2 Kocka vyrezaná z cordieritu.

Kryštál kuchynskej soli, ktorý má tvar kocky. Z takéhoto kryštálu sa dajú rezať tyče v rôznych smeroch. Tri z nich sú kolmé na steny kocky, rovnobežné s uhlopriečkou

Každý z príkladov je výnimočný svojou špecifickosťou. Ale vďaka precíznemu výskumu vedci dospeli k záveru, že všetky kryštály sú tak či onak anizotropné. Pevné amorfné útvary môžu byť tiež homogénne a dokonca anizotropné (anizotropiu možno pozorovať napríklad pri naťahovaní alebo stláčaní skla), ale amorfné telesá nemôžu za žiadnych podmienok nadobudnúť polyedrický tvar.

Ryža. 3 Detekcia anizotropie tepelnej vodivosti na kremeni (a) a jej neprítomnosti na skle (b)

Ako príklad (obr. 1) anizotropných vlastností kryštalických látok treba v prvom rade uviesť mechanickú anizotropiu, ktorá spočíva v nasledovnom. Všetky kryštalické látky sa neštiepia rovnakým spôsobom v rôznych smeroch (sľuda, sadra, grafit atď.). Amorfné látky sa naproti tomu štiepia rovnako vo všetkých smeroch, pretože amorfizmus je charakterizovaný izotropiou (ekvivalenciou) – fyzikálne vlastnosti sa vo všetkých smeroch prejavujú rovnako.

Anizotropiu tepelnej vodivosti možno ľahko pozorovať v nasledujúcom jednoduchom experimente. Naneste vrstvu farebného vosku na tvár kryštálu kremeňa a ihlu nahriatu na liehovej lampe priveďte do stredu tváre. Výsledný roztavený kruh vosku okolo ihly bude mať tvar elipsy na prednej strane hranola alebo tvar nepravidelného trojuholníka na jednej z faziet kryštálovej hlavy. Na izotropnej látke, napríklad na skle, bude tvar roztaveného vosku vždy pravidelný kruh.

Anizotropia sa prejavuje aj v tom, že pri interakcii rozpúšťadla s kryštálom je rýchlosť chemických reakcií rôzna v rôznych smeroch. Výsledkom je, že každý kryštál, keď sa rozpustí, nakoniec získa svoje charakteristické formy.

V konečnom dôsledku je dôvodom anizotropie kryštálov to, že pri usporiadanom usporiadaní iónov, molekúl alebo atómov sú sily interakcie medzi nimi a medziatómové vzdialenosti (ako aj niektoré veličiny, ktoré s nimi priamo nesúvisia, napríklad elektrická vodivosť alebo polarizovateľnosť). ) sa ukážu byť nerovné v rôznych smeroch. Dôvodom anizotropie molekulárneho kryštálu môže byť aj asymetria jeho molekúl, rád by som poznamenal, že všetky aminokyseliny, okrem najjednoduchšieho - glycínu, sú asymetrické.

Akákoľvek častica kryštálu má presne definované chemické zloženie. Táto vlastnosť kryštalických látok sa využíva na získanie chemicky čistých látok. Napríklad, keď je morská voda zmrazená, stáva sa čerstvou a pitnou. Teraz hádajte, či je morský ľad čerstvý alebo slaný?

2. Jednotnosť

Homogenita - je vyjadrená v tom, že akékoľvek elementárne objemy kryštalickej látky, rovnako orientované v priestore, sú úplne identické vo všetkých svojich vlastnostiach: majú rovnakú farbu, hmotnosť, tvrdosť atď. teda každý kryštál je homogénne, no zároveň anizotropné teleso. Za homogénne sa považuje teleso, v ktorom sú v konečných vzdialenostiach od ktoréhokoľvek z jeho bodov iné, ktoré sú mu ekvivalentné nielen fyzikálne, ale aj geometricky. Inými slovami, sú v rovnakom prostredí ako pôvodné, keďže umiestnenie hmotných častíc v kryštálovom priestore „riadi“ priestorová mriežka, môžeme predpokladať, že povrch kryštálu je zhmotnená plochá nodálna mriežka, a okraj je zhmotnený uzlový rad. Spravidla sú dobre vyvinuté kryštálové plochy určené uzlovými mriežkami s najvyššou hustotou uzlov. Bod, v ktorom sa zbiehajú tri alebo viac plôch, sa nazýva vrchol kryštálu.

Homogenita je vlastná nielen kryštalickým telesám. Tuhé amorfné útvary môžu byť tiež homogénne. Ale amorfné telesá nemôžu samé o sebe nadobudnúť polyedrický tvar.

Prebieha vývoj, ktorý môže zvýšiť faktor homogenity kryštálov.

Tento vynález je patentovaný našimi ruskými vedcami. Vynález sa týka cukrovarníckeho priemyslu, najmä výroby masiek. Vynález poskytuje zvýšenie koeficientu homogenity kryštálov v massekuite a tiež prispieva k zvýšeniu rýchlosti rastu kryštálov v konečnom štádiu rastu v dôsledku postupného zvyšovania koeficientu presýtenia.

Nevýhodami známeho spôsobu je nízky koeficient homogenity kryštálov v massekuite z prvej kryštalizácie, značné trvanie získania massekuitu.

Technickým výsledkom vynálezu je zvýšenie koeficientu homogenity kryštálov v massekuite prvej kryštalizácie a zintenzívnenie procesu získania massekuitu.

3. Schopnosť sebaovládania

Schopnosť samorezu je vyjadrená skutočnosťou, že každý fragment alebo guľa vyrezaná z kryštálu v médiu vhodnom na jeho rast je časom pokrytá plochami charakteristickými pre daný kryštál. Táto vlastnosť súvisí s kryštálovou štruktúrou. Takúto vlastnosť nemá napríklad sklenená guľa.

Mechanické vlastnosti kryštálov zahŕňajú vlastnosti spojené s takými mechanickými vplyvmi na ne, ako sú náraz, stlačenie, napätie atď. - (štiepenie, plastická deformácia, lom, tvrdosť, krehkosť).

Schopnosť samorezu, t.j. za určitých podmienok mať prirodzený mnohostranný tvar. To ukazuje aj jeho správnu vnútornú štruktúru. Práve táto vlastnosť odlišuje kryštalickú látku od amorfnej. Ilustruje to príklad. Dve guľôčky vyrezané z kremeňa a skla sa spustia do roztoku oxidu kremičitého. V dôsledku toho bude kremenná guľa pokrytá okrajmi a sklenená zostane guľatá.

Kryštály toho istého minerálu môžu mať rôzny tvar, veľkosť a počet plôch, ale uhly medzi zodpovedajúcimi plochami budú vždy konštantné (obr. 4 a-d) - to je zákon nemennosti uhlov plôch v kryštáloch. V tomto prípade sa veľkosť a tvar plôch v rôznych kryštáloch tej istej látky, vzdialenosť medzi nimi a dokonca aj ich počet môžu líšiť, ale uhly medzi zodpovedajúcimi plochami vo všetkých kryštáloch tej istej látky zostávajú za rovnakých podmienok konštantné. tlaku a teploty. Uhly medzi plochami kryštálov sa merajú pomocou goniometra (goniometra). Zákon stálosti fazetových uhlov sa vysvetľuje tým, že všetky kryštály jednej látky sú svojou vnútornou štruktúrou identické, t.j. majú rovnakú štruktúru.

Podľa tohto zákona sa kryštály určitej látky vyznačujú svojimi špecifickými uhlami. Preto meraním uhlov je možné dokázať, že skúmaný kryštál patrí jednej alebo druhej látke.

Ideálne tvarované kryštály vykazujú symetriu, ktorá je u prírodných kryštálov extrémne zriedkavá kvôli pokročilému rastu plôch (obr. 4e).

Ryža. 4 zákon nemennosti fazetových uhlov v kryštáloch (a-d) a rast vodiacich plôch 1,3 a 5 kryštálu rastúceho na stene dutiny (e)

Štiepenie je vlastnosť kryštálov, pri ktorej sa štiepia alebo štiepia v určitých kryštalografických smeroch, v dôsledku čoho sa vytvárajú dokonca hladké roviny, nazývané štiepne roviny.

Roviny štiepenia sú orientované rovnobežne so skutočnými alebo možnými plochami kryštálov. Táto vlastnosť úplne závisí od vnútornej štruktúry minerálov a prejavuje sa v tých smeroch, v ktorých sú adhézne sily medzi časticami materiálu kryštálových mriežok najmenšie.

V závislosti od stupňa dokonalosti možno rozlíšiť niekoľko typov štiepenia:

Veľmi dokonalý - minerál sa ľahko štiepi na samostatné tenké platne alebo listy, je veľmi ťažké ho štiepiť v opačnom smere (sľuda, sadra, mastenec, chlorit).

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

Dokonalý - minerál sa pomerne ľahko štiepi hlavne pozdĺž štiepnych rovín a úlomky často pripomínajú jednotlivé kryštály (kalcit, galenit, halit, fluorit).

Ryža. 6 Kalcit

Stredné - pri štiepaní vznikajú ako štiepne roviny, tak aj nerovnomerné zlomy v náhodných smeroch (pyroxény, živce).

Ryža. 7 živcov ((K, Na, Ca, niekedy Ba) (Al 2 Si 2 alebo AlSi 3) O 8))

Nedokonalé - minerály sa štiepia ľubovoľnými smermi za vzniku nerovných lomových plôch, jednotlivé štiepne roviny sa nachádzajú ťažko (natívna síra, pyrit, apatit, olivín).

Ryža. 8 kryštálov apatitu (Ca 5 3 (F, Cl, OH))

Pri niektorých mineráloch sa pri štiepení tvoria len nerovné povrchy, v tomto prípade hovoria o veľmi nedokonalom štiepení alebo jeho absencii (kremeň).

Ryža. 9 Quartz (SiO 2)

Štiepenie sa môže prejaviť jedným, dvoma, tromi, zriedkavo viacerými smermi. Pre jeho podrobnejší popis je smer, ktorým prechádza štiepenie, naznačený napríklad pozdĺž kosoštvorca - v kalcite, pozdĺž kocky - v halite a galenite, pozdĺž oktaédra - vo fluorite.

Roviny štiepenia je potrebné odlíšiť od kryštálových plôch: Rovina má spravidla silnejší lesk, tvorí sériu navzájom rovnobežných rovín a na rozdiel od kryštálových plôch, na ktorých nemôžeme pozorovať tieňovanie.

Štiepenie teda možno sledovať v jednom (sľuda), dvoch (živec), troch (kalcit, halit), štyroch (fluorit) a šiestich (sfalerit) smeroch. Stupeň dokonalosti štiepenia závisí od štruktúry kryštálovej mriežky každého minerálu, keďže k prasknutiu pozdĺž niektorých rovín (plochých mriežok) tejto mriežky v dôsledku slabších väzieb dochádza oveľa ľahšie ako v iných smeroch. V prípade rovnakých adhéznych síl medzi časticami kryštálov nedochádza k štiepeniu (kremeň).

Zlomenina - schopnosť minerálov štiepiť sa nie pozdĺž štiepnych rovín, ale pozdĺž zložitého nerovného povrchu

Separácia - vlastnosť niektorých minerálov štiepiť sa za vzniku rovnobežných, aj keď najčastejšie nie celkom rovnomerných rovín, nie v dôsledku štruktúry kryštálovej mriežky, ktorá sa niekedy mylne považuje za štiepenie. Na rozdiel od štiepenia je oddelenosť vlastnosťou iba niektorých individuálnych exemplárov daného minerálu a nie minerálneho druhu ako celku. Hlavný rozdiel medzi separáciou a štiepením je v tom, že výsledné razníky nie je možné ďalej štiepiť na menšie fragmenty s dokonca paralelnými trieskami.

Symetria- najvšeobecnejší obrazec súvisiaci so štruktúrou a vlastnosťami kryštalickej látky. Je to jeden zo zovšeobecňujúcich základných pojmov fyziky a prírodných vied vôbec. "Symetria je vlastnosť geometrických útvarov opakovať svoje časti, alebo presnejšie povedané, ich vlastnosť v rôznych polohách, aby sa dostali do súladu s pôvodnou polohou." Pre pohodlie štúdia používajú modely kryštálov, ktoré prenášajú formy ideálnych kryštálov. Na opis symetrie kryštálov je potrebné určiť prvky symetrie. Takýto objekt je teda symetrický, čo môže byť spojené samo so sebou pomocou určitých transformácií: rotácií a (a) odrazov (obrázok 10).

1. Rovina symetrie je pomyselná rovina, ktorá rozdeľuje kryštál na dve rovnaké časti a jedna z častí je akoby zrkadlovým obrazom druhej. Kryštál môže mať niekoľko rovín symetrie. Rovina symetrie je označená latinským písmenom R.

2. Os symetrie je priamka, okolo ktorej o 360° kryštál opakuje svoju počiatočnú polohu v priestore n-tý počet krát. Označuje sa písmenom L. n - určuje poradie osi súmernosti, ktorá v prírode môže byť len 2., 3., 4. a 6. rádu, t.j. L2, L3, L4 a L6. V kryštáloch nie sú žiadne osi piateho a vyššieho rádu a osi prvého rádu sa neberú do úvahy.

3. Stred symetrie – pomyselný bod nachádzajúci sa vo vnútri kryštálu, v ktorom sa priamky pretínajú a delia na polovicu, spájajúc zodpovedajúce body na povrchu kryštálu1. Stred symetrie je označený písmenom C.

Celá rozmanitosť kryštalických foriem vyskytujúcich sa v prírode je spojená do siedmich syngónií (systémov): 1) kubický; 2) šesťuholníkový; 3) štvoruholníkový (štvorcový); 4) trigonálny; 5) kosoštvorcový; 6) monoklinický a 7) triklinický.

4. Konštantná teplota topenia

Topenie je prechod látky z pevného do kvapalného stavu.

Vyjadruje sa v skutočnosti, že keď sa kryštalické teleso zahrieva, teplota stúpa na určitú hranicu; pri ďalšom zahrievaní sa látka začne topiť a teplota zostáva nejaký čas konštantná, pretože všetko teplo ide na deštrukciu kryštálovej mriežky. Predpokladá sa, že dôvodom tohto javu je, že hlavná časť energie ohrievača, privádzaná do tuhej látky, sa využíva na redukciu väzieb medzi časticami látky, t.j. k zničeniu kryštálovej mriežky. V tomto prípade sa zvyšuje energia interakcie medzi časticami. Roztavená látka má väčšiu zásobu vnútornej energie ako v pevnom stave. Zostávajúca časť tepla topenia sa vynakladá na prácu na zmene objemu telesa počas jeho topenia. Teplota, pri ktorej začína topenie, sa nazýva bod topenia.

Pri tavení sa objem väčšiny kryštalických teliesok zväčšuje (o 3-6 %), pri tuhnutí sa zmenšuje. Existujú však látky, v ktorých sa pri roztavení objem zmenšuje a pri stuhnutí sa zväčšuje.

Patria sem napríklad voda a liatina, kremík a niektoré ďalšie. To je dôvod, prečo ľad pláva na povrchu vody a pevná liatina - vo vlastnej tavenine.

Amorfné látky na rozdiel od kryštalických nemajú presne stanovenú teplotu topenia (jantár, živica, sklo).

Ryža. 12 Jantárová

Množstvo tepla potrebného na roztavenie látky sa rovná súčinu merného tepla topenia vynásobeného hmotnosťou látky.

Špecifické teplo topenia ukazuje, koľko tepla je potrebné na úplnú premenu 1 kg látky z pevného na kvapalné skupenstvo pri rýchlosti topenia.

Jednotka špecifického tepla topenia v SI je 1J/kg.

Počas procesu tavenia zostáva teplota kryštálu konštantná. Táto teplota sa nazýva bod topenia. Každá látka má svoj vlastný bod topenia.

Teplota topenia pre danú látku závisí od atmosférického tlaku.

V kryštalických telesách pri teplote topenia možno látku pozorovať súčasne v pevnom a kvapalnom stave. Na krivkách ochladzovania (alebo ohrevu) kryštalických a amorfných látok je možné vidieť, že v prvom prípade existujú dve ostré inflexie zodpovedajúce začiatku a koncu kryštalizácie; v prípade ochladzovania amorfnej látky máme hladkú krivku. Na tomto základe je ľahké rozlíšiť kryštalické látky od amorfných.

Bibliografia

1. Príručka pre chemika 21 "CHÉMIA A CHEMICKÉ INŽINIERSTVO" str. 10 (http://chem21.info/info/1737099/)

2. Referenčná kniha o geológii (http://www.geolib.net/crystallography/vazhneyshie-svoystva-kristallov.html)

3. UrFU pomenovaná po prvom prezidentovi Ruska B.N. Jeľcin“, časť Geometrická kryštalografia (http://media.ls.urfu.ru/154/489/1317/)

4. Kapitola 1. Kryštalografia so základmi kryštalochémie a mineralógie (http://kafgeo.igpu.ru/web-text-books/geology/r1-1.htm)

5. Prihláška: 2008147470/13, 1.12.2008; IPC C13F1/02 (2006.01) C13F1/00 (2006.01). Majitelia patentu: Štátna vzdelávacia inštitúcia vyššieho odborného vzdelávania Voronežská štátna technologická akadémia (RU) (http://bd.patent.su/2371000-2371999/pat/servl/servlet939d.html)

6. Štátna pedagogická univerzita v Tule pomenovaná po L.N. Katedra ekológie Tolstého Golynskaja F.A. „Koncept minerálov ako kryštalických látok“ (http://tsput.ru/res/geogr/geology/lec2.html)

7. Počítačový kurz "Všeobecná geológia" Kurz prednášok. Prednáška 3 D0% B8% D0% B8/%D0% BB % D0% B5% D0% BA % D1% 86% D0% B8% D1% 8F_3.htm)

8. Hodina fyziky (http://class-fizika.narod.ru/8_11.htm)

Podobné dokumenty

Kryštalické a amorfné stavy tuhých látok, príčiny bodových a čiarových defektov. Vznik a rast kryštálov. Umelá výroba drahých kameňov, pevných roztokov a tekutých kryštálov. Optické vlastnosti cholesterických tekutých kryštálov.

abstrakt, pridaný 26.04.2010


Kvapalné kryštály ako fázový stav, do ktorého prechádzajú niektoré látky za určitých podmienok, ich hlavné fyzikálne vlastnosti a faktory, ktoré ich ovplyvňujú. História výskumu, druhy, použitie tekutých kryštálov pri výrobe monitorov.

test, pridaný 12.06.2013


Vlastnosti a vlastnosti tekutého kryštálového stavu hmoty. Štruktúra smektických tekutých kryštálov, vlastnosti ich modifikácií. Feroelektrické charakteristiky. Štúdium helikoidnej štruktúry smektického C* molekulárnou dynamikou.

abstrakt, pridaný 18.12.2013


História vývoja koncepcie tekutých kryštálov. Kvapalné kryštály, ich druhy a hlavné vlastnosti. Optická aktivita tekutých kryštálov a ich štruktúrne vlastnosti. Freedericksz efekt. Fyzikálny princíp činnosti zariadení na LCD. Optický mikrofón.

návod, pridaný 14.12.2010


Zváženie histórie objavovania a oblastí použitia tekutých kryštálov; ich klasifikácia na smektické, nematické a cholesterické. Štúdium optických, diamagnetických, dielektrických a akusticko-optických vlastností látok z tekutých kryštálov.

semestrálna práca, pridaná 18.06.2012


Definícia tekutých kryštálov, ich podstata, história objavu, vlastnosti, znaky, klasifikácia a smery použitia. Charakterizácia tried termotropných tekutých kryštálov. Translačné stupne voľnosti stĺpcových fáz alebo "kvapalné vlákna".

abstrakt, pridaný 28.12.2009


Kryštály sú skutočné pevné látky. Termodynamika bodových defektov v kryštáloch, ich migrácia, zdroje a záchyty. Štúdium dislokácie, lineárneho defektu v kryštálovej štruktúre pevných látok. Dvojrozmerné a trojrozmerné defekty. amorfné pevné látky.

správa, doplnené 01.07.2015


prezentácia, pridané 29.09.2013


Pojem a hlavné znaky kondenzovaného skupenstva hmoty, charakteristické procesy. Kryštalické a amorfné telesá. Podstata a vlastnosti anizotropie kryštálov. Charakteristické znaky polykryštálov a polymérov. Tepelné vlastnosti a štruktúra kryštálov.

priebeh prednášok, doplnené 21.02.2009


Posudzovanie viskozitno-teplotných vlastností (olejov). Závislosť bodu vzplanutia od tlaku. Disperzia, optická aktivita. Laboratórne metódy destilácie ropy a ropných produktov. Teplo topenia a sublimácie. Špecifická a molekulárna refrakcia.

Prednáška 16

Fyzikálne vlastnosti kryštálov

Fyzika pevných látok sa zaoberá štúdiom štruktúry a fyzikálnych vlastností pevných látok. Stanovuje závislosť fyzikálnych vlastností od atómovej štruktúry látky, vyvíja metódy na získavanie a štúdium nových kryštalických materiálov so špecifikovanými vlastnosťami.

Fyzikálne vlastnosti kryštálov sú určené:

1) povaha chemických prvkov, ktoré tvoria kryštály;

2) typ chemickej väzby;

3) geometrický charakter štruktúry, t.j. vzájomné usporiadanie atómov v kryštálovej štruktúre;

4) nedokonalosť konštrukcie, t.j. prítomnosť defektov.

Na druhej strane, typ chemickej väzby zvyčajne posudzujeme podľa fyzikálnych vlastností kryštálov.

Pevnosť kryštálov sa dá najjednoduchšie posúdiť podľa ich mechanických a tepelných vlastností. Čím je kryštál pevnejší, tým je jeho tvrdosť väčšia a teplota topenia vyššia. Ak študujeme zmenu tvrdosti so zmenou zloženia v sérii látok rovnakého typu a porovnáme získané údaje so zodpovedajúcimi hodnotami pre teploty topenia, potom si môžeme všimnúť "paralelnosť" v zmene týchto vlastností.

Pripomínam, že najcharakteristickejším znakom fyzikálnych vlastností kryštálov je ich symetria a anizotropia. Anizotropné prostredie je charakterizované závislosťou meranej vlastnosti od smeru merania.

Už sme povedali, že kryštalická chémia úzko súvisí s kryštalografiou a fyzikou. Preto, hlavnou úlohou fyziky kryštálov(časť kryštalografie, ktorá študuje fyzikálne vlastnosti kryštálov) je náuka o zákonitostiach fyzikálnych vlastností kryštálov z ich štruktúry, ako aj o závislosti týchto vlastností od vonkajších vplyvov.

Fyzikálne vlastnosti látok možno rozdeliť do dvoch skupín: štrukturálne citlivé a štrukturálne necitlivé vlastnosti. Prvý závisí od atómovej štruktúry kryštálov, druhý - hlavne od elektronickej štruktúry a typu chemickej väzby. Príkladom prvého sú mechanické vlastnosti (hmotnosť, hustota, tepelná kapacita, teplota topenia atď.), príkladom druhého je tepelná a elektrická vodivosť, optické a iné vlastnosti.

Dobrá elektrická vodivosť kovov v dôsledku prítomnosti voľných elektrónov bude teda pozorovaná nielen v kryštáloch, ale aj v roztavených kovoch.

Iónová povaha väzby sa prejavuje najmä tým, že mnohé soli, napríklad halogenidy alkalických kovov, sa rozpúšťajú v polárnych rozpúšťadlách a disociujú na ióny. Skutočnosť, že neexistuje žiadna rozpustnosť, však ešte nemôže slúžiť ako dôkaz, že zlúčenina má nepolárnu väzbu. Väzbová energia napríklad oxidov je teda oveľa väčšia ako väzbová energia halogenidov alkalických kovov, že dielektrická konštanta vody už nestačí na oddelenie iónov z kryštálu.

Navyše niektoré zlúčeniny, hlavne s homeopolárnym typom väzby, sa vplyvom veľkej dielektrickej konštanty polárneho rozpúšťadla môžu v roztoku disociovať na ióny, aj keď nemusí ísť o iónové zlúčeniny v kryštalickom stave (napríklad HCl HBr).

V heterodesmických zlúčeninách niektoré vlastnosti, ako napríklad mechanická pevnosť zlúčenín, závisia len od jedného (najslabšieho) typu väzby.

Preto možno kryštál považovať na jednej strane za diskontinuálne (diskrétne) médium. Na druhej strane kryštalickú látku možno považovať za kontinuálne anizotropné médium. V tomto prípade fyzikálne vlastnosti, ktoré sa prejavujú v určitom smere, nezávisia od prekladov (prenosov). To umožňuje popísať symetriu fyzikálnych vlastností pomocou skupín bodovej symetrie.

Pri popise symetrie kryštálu berieme do úvahy iba vonkajšiu formu, to znamená, že zvažujeme symetriu geometrických útvarov. P. Curie ukázal, že symetria hmotných útvarov je opísaná nekonečným počtom bodových skupín, ktoré v limite inklinujú k siedmim už skôr uvažovaným limitným skupinám symetrie (rodiny rotujúceho kužeľa, pevného kužeľa, rotujúceho valca, skrúteného valec, pevný valec, skupina guľôčok s rotujúcimi bodmi povrchu, rodiny pevnej gule).

Obmedzujúce bodové skupiny - Curie skupiny - sa nazývajú bodové skupiny obsahujúce osi nekonečného poriadku. Existuje len sedem skupín limitov: ¥, ¥mm, ¥/m, 22 ¥, ¥/mm, ¥/¥, ¥/¥mm.

Súvislosť medzi skupinou bodovej symetrie kryštálu a symetriou jeho fyzikálnych vlastností sformuloval nemecký fyzik F. Neumann: materiál vykazuje symetriu rovnakého druhu ako jeho kryštalografická forma, pokiaľ ide o fyzikálne vlastnosti. Toto je známe ako Neumannov princíp.

Nemecký fyzik W. Voigt, žiak F. Nemana, výrazne objasnil tento princíp a sformuloval ho takto: skupina symetrie akejkoľvek fyzikálnej vlastnosti musí zahŕňať všetky prvky bodovej skupiny symetrie kryštálu.

Pozrime sa na niektoré fyzikálne vlastnosti kryštálov.

Hustota kryštálov.

Hustota látky závisí od kryštálovej štruktúry látky, jej chemického zloženia, faktora zloženia atómov, valencií a polomerov častíc, ktoré ju tvoria.

Hustota sa mení so zmenami teploty a tlaku, pretože tieto faktory spôsobujú expanziu alebo kontrakciu látky.

Závislosť hustoty od štruktúry je možné demonštrovať na príklade troch modifikácií Al2SiO5:

andaluzit (r = 3,14 - 3,16 g/cm3);

silimanit (r = 3,23 - 3,27 g/cm3);

kyanit (r = 3,53 - 3,65 g/cm3).

So zvýšením baliaceho faktora kryštálovej štruktúry sa zvyšuje hustota látky. Napríklad pri polymorfnom prechode grafitu na diamant so zmenou koordinačného počtu atómov uhlíka z 3 na 4 sa zodpovedajúcim spôsobom zvyšuje aj hustota z 2,2 na 3,5 g/cm3).

Hustota skutočných kryštálov je zvyčajne menšia ako vypočítaná hustota (ideálne kryštály) kvôli prítomnosti defektov v ich štruktúre. Hustota diamantu sa napríklad pohybuje od 2,7 do 3,7 g/cm3. Znížením skutočnej hustoty kryštálov sa teda dá posúdiť stupeň ich defektnosti.

Hustota sa mení aj so zmenou chemického zloženia látky pri izomorfných substitúciách – pri prechode od jedného člena izomorfného radu k druhému. Napríklad v olivínovej sérii (mg, Fe2+ )2[ SiO4 ] hustota sa zvyšuje, keď sú katióny Mg2+ nahradené Fe2+ z r = 3,22 g/cm3 pre forsterit mg2 [ SiO4 ] až do r = 4,39 g/cm3 pre fayalit.

Tvrdosť.

Tvrdosť označuje stupeň odolnosti kryštálu voči vonkajším vplyvom. Tvrdosť nie je fyzikálna konštanta. Jeho hodnota závisí nielen od študovaného materiálu, ale aj od podmienok merania.

Tvrdosť závisí od:

typ konštrukcie;

faktor balenia (špecifická hmotnosť);

náboj iónov tvoriacich kryštál.

Napríklad polymorfné modifikácie CaCO3 - kalcit a aragonit - majú hustotu 3 a 4 a líšia sa rôznou hustotou ich štruktúr:

· pre štruktúru kalcitu s CChSa = 6 - r = 2,72;

· pre štruktúru aragonitu s CChSa = 9 - r = 2,94 g/cm3).

V sérii identicky konštruovaných kryštálov sa tvrdosť zvyšuje so zvyšovaním nábojov a zmenšovaním veľkosti katiónov. Prítomnosť dostatočne veľkých aniónov v štruktúrach, ako sú molekuly F-, OH-, H2O, znižuje tvrdosť.

Fazety rôznych foriem kryštálov majú rôznu retikulárnu hustotu a líšia sa svojou tvrdosťou. Najväčšiu tvrdosť v štruktúre diamantu teda majú plochy (111) oktaénov, ktoré majú vyššiu retikulárnu hustotu v porovnaní s plochami (100) kocky.

Schopnosť deformovať sa.

Schopnosť kryštálu podstúpiť plastickú deformáciu je určená predovšetkým povahou chemickej väzby medzi jeho štruktúrnymi prvkami.

kovalentná väzba, ktorý má prísnu smerovosť, prudko zoslabne aj pri nepatrných posunoch atómov voči sebe navzájom. Preto kryštály s kovalentným typom väzby (Sb, Bi, As, se atď.) nevykazujú schopnosť plastickej deformácie.

kovové spojenie nemá usmernený charakter a mierne sa mení, keď sú atómy voči sebe posunuté. To určuje vysoký stupeň plasticity kovov (ťažnosť). Najviac tvárne sú tie kovy, ktorých štruktúry sú postavené podľa zákona kubického najbližšieho balenia, ktorý má štyri smery tesne uložených vrstiev. Menej kovania kovov so šesťhranným tesnením - s jedným smerom najhustejších vrstiev. Takže medzi polymorfnými modifikáciami železa a-Fe a b-Fe takmer nemajú kujnosť (mriežka typu I), zatiaľ čo g-Fe s kubickým najbližším balením (kubická mriežka centrovaná tvárou) je kujný kov ako Cu, Pt, Au, Ag atď.

Iónová väzba nie je smerová. Preto sú typické iónové kryštály (NaCl, CaF2, CaTe atď.) krehké ako kryštály s kovalentnou väzbou. Zároveň však majú pomerne vysokú plasticitu. Kĺzanie v nich prebieha v určitých kryštalografických smeroch. Vysvetľuje to skutočnosť, že v kryštálovej štruktúre možno rozlíšiť (110) siete tvorené buď samotnými iónmi Na+ alebo iónmi Cl–. Pri plastickej deformácii sa jedna plochá sieť pohybuje voči susednej tak, že ióny Na+ kĺžu pozdĺž iónov Cl-. Rozdiel v nábojoch iónov v susedných sieťach zabraňuje prasknutiu a zostávajú rovnobežné so svojou pôvodnou polohou. Kĺzanie po týchto vrstvách prebieha s minimálnymi poruchami v usporiadaní atómov a je najjednoduchšie.

Tepelné vlastnosti kryštálov.

Tepelná vodivosť úzko súvisí so symetriou. Najjasnejšie to možno demonštrovať v nasledujúcom experimente. Pokryjeme tenkou vrstvou parafínu plochy troch kryštálov: kocka, šesťhranný hranol, rovný rovnobežnosten. Špičkou tenkej horúcej ihly sa dotknime každej z plôch týchto kryštálov. Z obrysov miest topenia možno posúdiť rýchlosť šírenia tepla na rovinách plôch v rôznych smeroch.

Na kryštáli kubickej syngónie budú mať obrysy topiacich sa škvŕn na všetkých plochách tvar kruhu, čo naznačuje rovnakú rýchlosť šírenia tepla všetkými smermi od bodu kontaktu s horúcou ihlou. Tvar škvŕn v myšlienke kruhov na všetkých stranách kubického kryštálu súvisí s jeho symetriou.

Tvar škvŕn na hornej a spodnej strane šesťhranného hranola bude mať tiež tvar kruhu (rýchlosť šírenia tepla v rovine kolmej na hlavnú os kryštálu strednej kategórie je vo všetkých smeroch rovnaká). Na stenách šesťuholníkového hranolu budú mať tavné miesta tvar elipsy, pretože osi 2. rádu prechádzajú kolmo na tieto steny.

Na všetkých stranách pravého rovnobežnostena (kryštál ortogonálnej syngónie) budú mať body topenia tvar elipsy, pretože osi 2. rádu prechádzajú kolmo na tieto plochy.

Rýchlosť šírenia tepla cez kryštálové telo je teda priamo závislá od toho, pozdĺž ktorého prvku lineárnej symetrie sa šíri. V kubických kryštáloch plocha na rozdeľovanie tepla bude mať tvar gule. V dôsledku toho sú kubické kryštály z hľadiska tepelnej vodivosti izotropné, t.j. sú rovnako charakteristické vo všetkých smeroch. Tepelne vodivý povrch kryštály strednej kategórie vyjadrené ako rotačný elipsoid (rovnobežný s hlavnou osou). IN kryštály najnižšej kategórie a všetky teplovodivé plochy sú elipsoidné.

Anizotropia tepelnej vodivosti úzko súvisí so štruktúrou kryštalickej látky. Najhustejšie atómové siete a rady teda zodpovedajú vysokým hodnotám tepelnej vodivosti. Preto vrstvené a reťazové kryštály majú veľké rozdiely v smeroch tepelnej vodivosti.

Tepelná vodivosť závisí aj od miery defektnosti kryštálu – u defektnejších kryštálov je nižšia ako u syntetických. Látka v amorfnom stave má nižšiu tepelnú vodivosť ako kryštály rovnakého zloženia. Napríklad tepelná vodivosť kremenného skla je oveľa nižšia ako tepelná vodivosť kremenných kryštálov. Táto vlastnosť je základom pre rozšírené používanie kremenného skla.

Optické vlastnosti.

Každá látka so špecifickou kryštálovou štruktúrou sa vyznačuje jedinečnými optickými vlastnosťami. Optické vlastnosti úzko súvisia s kryštalickou štruktúrou pevných látok a jej symetriou.

Z hľadiska optických vlastností možno všetky látky rozdeliť na opticky izotropné a anizotropné. Prvé zahŕňajú amorfné telá a kryštály najvyššej kategórie, druhé - všetko ostatné. V opticky izotropných prostrediach sa svetelná vlna, ktorá je súborom priečnych harmonických kmitov elektromagnetického charakteru, šíri rovnakou rýchlosťou vo všetkých smeroch. V tomto prípade sa tiež oscilácie vektora intenzity elektrického a magnetického poľa vyskytujú vo všetkých možných smeroch, ale v rovine kolmej na smer lúča. Po jeho smere sa prenáša svetelná energia. Toto svetlo sa nazýva prirodzené alebo nepolarizované(Obrázok a, b).

V opticky anizotropných prostrediach môžu byť rýchlosti šírenia vlny v rôznych smeroch rôzne. Za určitých podmienok tzv polarizované svetlo, pre ktoré všetky oscilácie vektora elektrických a magnetických polí prechádzajú v presne definovanom smere (obrázok c, d). Správanie sa takto polarizovaného svetla v kryštáloch je základom pre metódu kryštálovo-optických štúdií pomocou polarizačného mikroskopu.

Dvojlom svetla v kryštáloch.

lineárne polarizované so vzájomne kolmými rovinami kmitov. Rozklad svetla na dva polarizované lúče sa nazýva dvojlom alebo dvojlom.

Dvojlom svetla sa pozoruje v kryštáloch všetkých syngónií, s výnimkou kubickej. V kryštáloch najnižšej a strednej kategórie sa dvojlom vyskytuje vo všetkých smeroch, s výnimkou jedného alebo dvoch smerov, tzv. optické osi.

Fenomén dvojlomu je spojený s anizotropiou kryštálov. Optická anizotropia kryštálov je vyjadrená v tom, že rýchlosť šírenia svetla v nich je v rôznych smeroch rôzna.

IN kryštály strednej kategórie medzi mnohými smermi optickej anizotropie existuje jeden jediný smer - optická os, zhodná s hlavnou osou symetrie 3., 4., 6. rádu. V tomto smere sa svetlo šíri bez rozdelenia.

IN kryštály najnižšej kategórie Sú dva smery, pozdĺž ktorých sa svetlo nerozdvojuje. Prierezy kryštálov kolmé na tieto smery sa zhodujú s opticky izotropnými prierezmi.

Vplyv štruktúrnych vlastností na optické vlastnosti.

V kryštálových štruktúrach s vrstvami tesne zbalených atómov vzdialenosť medzi atómami vo vrstve presahuje vzdialenosť medzi najbližšími atómami umiestnenými v susedných vrstvách. Takéto usporiadanie vedie k ľahšej polarizácii, ak je vektor napätia elektrického poľa svetelnej vlny rovnobežný s rovinou vrstiev.

elektrické vlastnosti.

Všetky látky možno rozdeliť na vodiče, polovodiče a dielektriká.

Niektoré kryštály (dielektrika) sú vplyvom vonkajších vplyvov polarizované. Schopnosť dielektrika polarizovať je jednou z ich základných vlastností. Polarizácia je proces spojený s tvorbou elektrických dipólov v dielektriku pôsobením vonkajšieho elektrického poľa.

V kryštalografii a fyzike pevných látok, javy piezoelektrina a pyroelektrina.

Piezoelektrický efekt - zmena polarizácie niektorých dielektrických kryštálov pri mechanickej deformácii. Veľkosť výsledných nábojov je úmerná použitej sile. Znak náboja závisí od typu kryštálovej štruktúry. Piezoelektrický efekt vzniká iba v kryštáloch bez inverzného stredu, t.j. s polárnymi smermi. Napríklad kryštály kremeňa SiO2, sfaleritu (ZnS).

Pyroelektrický efekt - výskyt elektrických nábojov na povrchu niektorých kryštálov pri ich zahrievaní alebo ochladzovaní. K pyroelektrickému javu dochádza iba v dielektrických kryštáloch s jedným polárnym smerom, ktorých opačné konce nemožno kombinovať žiadnou operáciou danej skupiny symetrie. Výskyt elektrických nábojov sa môže vyskytnúť len podľa určitých, polárne smery. Tváre kolmé na tieto smery dostávajú náboje rôznych znamienok: jedno je kladné a druhé záporné. Pyroelektrický efekt sa môže vyskytnúť v kryštáloch patriacich do jednej z tried polárnej symetrie: 1, 2, 3, 4, 6, m, mm2, 3 m, 4 mm, 6 mm.

Z geometrickej kryštalografie vyplýva, že smery prechádzajúce stredom symetrie nemôžu byť polárne. Smery kolmé na roviny symetrie alebo osi párneho poriadku tiež nemôžu byť polárne.

V triede pyroelektrík sa rozlišujú dve podtriedy. Do prvej skupiny patria lineárne pyroelektriká, v ktorých elektrická polarizácia vo vonkajšom poli lineárne závisí od intenzity elektrického poľa. Napríklad turmalín NaMgAl3B3.Si6(0,OH)30.

Kryštály druhej podtriedy sa nazývajú feroelektriká. Pre nich je závislosť polarizácie od sily vonkajšieho poľa nelineárna a polarizovateľnosť závisí od veľkosti vonkajšieho poľa. Nelineárna závislosť polarizácie od intenzity elektrického poľa je charakterizovaná hysteréznou slučkou. Táto vlastnosť feroelektrík naznačuje, že si zachovávajú svoju elektrickú polarizáciu v neprítomnosti vonkajšieho poľa. Vďaka tomu sa kryštály soli Rochelle (odtiaľ názov feroelektrika) ukázali byť spoľahlivými správcami elektrickej energie a záznamníkmi elektrického signálu, čo umožňuje ich použitie v počítačových „pamäťových bunkách“.

Magnetické vlastnosti.

Ide o schopnosť telies interagovať s magnetickým poľom, to znamená zmagnetizovať sa, keď sú umiestnené v magnetickom poli. Podľa veľkosti magnetickej susceptibility sa rozlišujú diamagnetické, paramagnetické, feromagnetické a antiferomagnetické kryštály.

Magnetické vlastnosti všetkých látok závisia nielen od vlastností ich kryštálovej štruktúry, ale aj od povahy atómov (iónov), ktoré ich tvoria, to znamená, že magnetizmus je určený elektrónovou štruktúrou obalov a jadier, ako aj orbitálnym pohybom elektrónov (spinov) okolo nich.

Keď sa atóm (ión) zavedie do magnetického poľa, uhlová rýchlosť elektrónov na obežnej dráhe sa zmení v dôsledku skutočnosti, že dodatočný rotačný pohyb sa superponuje na počiatočný rotačný pohyb elektrónov okolo jadra, v dôsledku čoho atóm prijíma dodatočný magnetický moment. Navyše, ak sú všetky elektróny s opačnými rotáciami v atóme zoskupené do párov (obrázok A), potom sú magnetické momenty elektrónov kompenzované a ich celkový magnetický moment bude rovný nule. Takéto atómy sa nazývajú diamagnetické a látky, ktoré z nich pozostávajú - diamagnety. Napríklad inertné plyny, kovy B-podskupiny - Cu, Ag, Au, Zn, Cd, väčšina iónových kryštálov (NaCl, CaF2), ako aj látky s prevládajúcou kovalentnou väzbou - Bi, Sb, Ga, grafit. V kryštáloch s vrstvenými štruktúrami magnetická susceptibilita pre smery ležiace vo vrstve výrazne prevyšuje susceptibilitu pre kolmé smery.

Pri plnení elektrónových obalov atómami majú elektróny tendenciu byť nepárové. Preto existuje veľké množstvo látok, magnetické momenty elektrónov, v ktorých atómoch sú umiestnené náhodne a pri absencii vonkajšieho magnetického poľa v nich nedochádza k spontánnej orientácii magnetických momentov (obrázok B). Celkový magnetický moment v dôsledku elektrónov, ktoré nie sú viazané v pároch a navzájom slabo interagujú, bude konštantný, pozitívny alebo o niečo väčší ako u dielektrík. Takéto atómy sa nazývajú magnetické a látky - paramagnety. Keď sa paramagnet zavedie do magnetického poľa, nesprávne orientované spiny získajú určitú orientáciu, v dôsledku čoho sa pozorujú tri typy usporiadania nekompenzovaných magnetických momentov - tri typy javov: feromagnetizmus (obrázok C), antiferomagnetizmus (obrázok D) a ferimagnetizmus (obrázok E).

feromagnetické vlastnosti vlastnia látky, ktorých magnetické momenty atómov (iónov) sú nasmerované navzájom rovnobežne, v dôsledku čoho sa vonkajšie magnetické pole môže zväčšiť miliónkrát. Názov skupiny je spojený s prítomnosťou prvkov podskupiny železa Fe, Ni, Co.

Ak sú magnetické momenty jednotlivých atómov antiparalelné a rovnaké, potom je celkový magnetický moment atómov nulový. Takéto látky sú tzv antiferomagnetiká. Patria sem oxidy prechodných kovov - MnO, NiO, CoO, FeO, mnohé fluoridy, chloridy, sulfidy, selenidy atď.

Keď antiparalelné momenty atómov kryštálovej štruktúry nie sú rovnaké, celkový moment sa ukáže byť odlišný od nuly a takéto štruktúry majú spontánnu magnetizáciu. Podobné vlastnosti sú ferity(Fe3O4, minerály skupiny granátov).

Pevné látky sa delia na amorfné telieska a kryštály. Rozdiel medzi posledným a prvým je, že atómy kryštálov sú usporiadané podľa určitého zákona, čím vytvárajú trojrozmerné periodické vrstvenie, ktoré sa nazýva kryštálová mriežka.

Je pozoruhodné, že názov kryštálov pochádza z gréckych slov „stvrdnúť“ a „studený“ a v čase Homera sa toto slovo nazývalo skalný kryštál, ktorý sa potom považoval za „zamrznutý ľad“. Spočiatku sa týmto pojmom nazývali iba fazetované priehľadné formácie. No neskôr sa nepriehľadné a nebrúsené telá prírodného pôvodu nazývali aj kryštály.

Kryštalická štruktúra a mriežka

Ideálny kryštál je prezentovaný vo forme periodicky sa opakujúcich identických štruktúr - takzvaných elementárnych buniek kryštálu. Vo všeobecnom prípade je tvar takejto bunky šikmý rovnobežnosten.

Je potrebné rozlišovať medzi pojmami ako kryštálová mriežka a kryštálová štruktúra. Prvým je matematická abstrakcia zobrazujúca pravidelné usporiadanie určitých bodov v priestore. Zatiaľ čo kryštálová štruktúra je skutočný fyzikálny objekt, kryštál, v ktorom je určitá skupina atómov alebo molekúl spojená s každým bodom kryštálovej mriežky.

Kryštálová štruktúra granátu - kosoštvorec a dvanásťsten

Hlavným faktorom určujúcim elektromagnetické a mechanické vlastnosti kryštálu je štruktúra elementárnej bunky a s ňou spojených atómov (molekúl).

Anizotropia kryštálov

Hlavnou vlastnosťou kryštálov, ktorá ich odlišuje od amorfných telies, je anizotropia. To znamená, že vlastnosti kryštálu sú rôzne v závislosti od smeru. Napríklad nepružná (nevratná) deformácia sa vykonáva iba pozdĺž určitých rovín kryštálu a v určitom smere. V dôsledku anizotropie kryštály reagujú odlišne na deformáciu v závislosti od jej smeru.

Existujú však kryštály, ktoré nemajú anizotropiu.

Druhy kryštálov

Kryštály sa delia na monokryštály a polykryštály. Monokryštály sa nazývajú látky, ktorých kryštálová štruktúra zasahuje do celého tela. Takéto telesá sú homogénne a majú súvislú kryštálovú mriežku. Zvyčajne má takýto kryštál výrazný výbrus. Príklady prírodného monokryštálu sú monokryštály kamennej soli, diamantu a topásu, ako aj kremeňa.

Mnohé látky majú kryštalickú štruktúru, aj keď zvyčajne nemajú pre kryštály charakteristický tvar. Medzi takéto látky patria napríklad kovy. Štúdie ukazujú, že takéto látky pozostávajú z veľkého počtu veľmi malých monokryštálov – kryštalických zŕn alebo kryštalitov. Látka pozostávajúca z mnohých takýchto rôzne orientovaných monokryštálov sa nazýva polykryštalická. Polykryštály často nemajú fazetovanie a ich vlastnosti závisia od priemernej veľkosti kryštalických zŕn, ich vzájomného usporiadania a tiež od štruktúry medzikryštalických hraníc. Polykryštály zahŕňajú látky ako kovy a zliatiny, keramiku a minerály, ako aj iné.