สถาบันการศึกษาเทศบาล "โรงเรียนมัธยม Ivanovskaya"

งานเสร็จแล้ว:

Meschanova Kristina นักเรียน

สถาบันการศึกษาเทศบาล "โรงเรียนมัธยม Ivanovskaya"

7 ปีของการศึกษา

ที่ปรึกษาทางวิทยาศาสตร์:

โซโคเรวา นาตาเลีย อเล็กซานดรอฟนา

อีวานอฟกา, 2010

การแนะนำ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………… …………3

คริสตัล ประเภทของคริสตัล……………………………………………………………………………………………….4

โครงสร้างของผลึก…………………………………………………………………………………………………………………… ……7

การใช้คริสตัลในทางปฏิบัติ…………………………………………………………………………14

ผลึกที่กำลังเติบโต…………………………………………………………………………………………………………….16

บทสรุป………………………………………………………………………………………………………………………………… ……20

การแนะนำ.

มีใครในพวกเราบ้างที่ไม่ชื่นชมรูปร่างและสีของอัญมณี รูปร่างในอุดมคติและเป็นเอกลักษณ์ของเกล็ดหิมะ? อะไรคือสาเหตุของความสวยงามและรูปร่างที่แม่นยำอย่างน่าอัศจรรย์นี้?

สังเกตมานานแล้วว่าของแข็งบางชนิดเกิดขึ้นในธรรมชาติในรูปของผลึก ซึ่งเป็นวัตถุที่มีใบหน้าเป็นรูปหลายเหลี่ยมปกติ อย่างไรก็ตาม สารที่เป็นผลึกละเอียดนั้นค่อนข้างพบได้ทั่วไป ตัวอย่างเช่น หินเกือบทั้งหมด: หินแกรนิต หินทราย และหินปูนเป็นผลึก ปัจจุบันวิทยาศาสตร์ต่อไปนี้กำลังศึกษาความหลากหลายของคริสตัล:

ผลึกศาสตร์ - เผยสัญญาณของความสามัคคีในความหลากหลายนี้ ศึกษาคุณสมบัติและโครงสร้างของทั้งผลึกเดี่ยวและมวลรวมของผลึก

เลนส์คริสตัลศึกษาคุณสมบัติทางแสงของคริสตัล

เคมีคริสตัลเป็นการศึกษารูปแบบการก่อตัวของผลึกจากสสารต่างๆ และในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน

ผลึกศาสตร์ไม่ใช่วิทยาศาสตร์ใหม่ M.V. Lomonosov ยืนอยู่ที่จุดกำเนิด แต่การปลูกคริสตัลเทียมเป็นเรื่องในภายหลัง หนังสือยอดนิยมของ Shubnikov เรื่อง "The Formation of Crystals" ตีพิมพ์ในปี 1947 การปฏิบัติทางวิทยาศาสตร์นี้เกิดขึ้นจากวิทยาแร่ วิทยาศาสตร์เกี่ยวกับผลึกและของแข็งอสัณฐาน การเติบโตของผลึกเป็นไปได้ด้วยการศึกษาข้อมูลแร่วิทยาเกี่ยวกับการก่อตัวของผลึกในสภาพธรรมชาติ โดยการศึกษาธรรมชาติของผลึก พวกเขาได้กำหนดองค์ประกอบที่พวกมันเติบโตและเงื่อนไขในการเติบโต และตอนนี้กระบวนการเหล่านี้ก็ถูกเลียนแบบโดยได้คริสตัลที่มีคุณสมบัติตามที่ระบุ นักเคมีและนักฟิสิกส์มีส่วนร่วมในการผลิตคริสตัล หากฝ่ายแรกพัฒนาเทคโนโลยีการเจริญเติบโต ส่วนฝ่ายหลังจะกำหนดคุณสมบัติของพวกเขา

ต้องขอบคุณการศึกษาด้านผลึกศาสตร์ ทำให้ทราบวิธีการปลูกผลึกเทียมได้หลายวิธี คริสตัลบางชนิดสามารถปลูกได้ที่บ้านด้วยซ้ำ ผลึกหลายชนิดเป็นผลจากกิจกรรมสำคัญของสิ่งมีชีวิต หอยบางชนิดมีความสามารถในการเจริญเติบโตของเนเคอร์บนสิ่งแปลกปลอมที่จับได้ในเปลือกหอย ในเวลา 5 - 10 ปี อัญมณีมุกจะเกิดขึ้น ในธรรมชาติคุณจะพบคริสตัลต่างๆ เช่น หินคริสตัล ฟลูออไรต์ สปาร์ไอซ์แลนด์ และหินเกลือ น่าเสียดายที่ไม่สามารถเติบโตได้หากไม่มีอุปกรณ์พิเศษ แต่โชคดีที่มีคริสตัลสวยงามอื่น ๆ อีกมากมายที่คุณสามารถปลูกที่บ้านหรือแม้กระทั่งตกแต่งบ้านของคุณด้วย

วัตถุประสงค์ของงาน เพื่อศึกษาโครงสร้างของผลึก วิธีการผลิตผลึกเทียม และการใช้ผลึกในทางปฏิบัติ

↑ คริสตัล. ประเภทของคริสตัล

ผลึก (จากภาษากรีก κρύσταллος แรกเริ่ม - น้ำแข็ง ต่อมา - หินคริสตัล คริสตัล) เป็นวัตถุแข็งที่มีการจัดเรียงอะตอมเป็นประจำ ก่อให้เกิดการจัดเรียงเชิงพื้นที่เป็นระยะสามมิติ - โครงตาข่ายคริสตัล

ผลึกเป็นสารที่เป็นของแข็งที่มีรูปร่างภายนอกตามธรรมชาติของรูปทรงหลายเหลี่ยมสมมาตรปกติ ขึ้นอยู่กับโครงสร้างภายในของพวกมัน นั่นคือในการจัดเรียงอนุภาคตามปกติที่เฉพาะเจาะจงหลายอย่างที่ประกอบกันเป็นสาร (อะตอม โมเลกุล ไอออน)

อนุภาคที่เป็นส่วนประกอบของของแข็งนี้ก่อให้เกิดโครงตาข่ายคริสตัล หากโครงตาข่ายคริสตัลมีความเหมือนกันเชิงพื้นที่หรือคล้ายกัน (มีความสมมาตรเท่ากัน) ดังนั้นความแตกต่างทางเรขาคณิตระหว่างพวกมันก็จะอยู่โดยเฉพาะในระยะห่างที่แตกต่างกันระหว่างอนุภาคที่ครอบครองไซต์ขัดแตะ ระยะห่างระหว่างอนุภาคนั้นเรียกว่าพารามิเตอร์ขัดแตะ พารามิเตอร์ขัดแตะตลอดจนมุมของรูปทรงหลายเหลี่ยมทางเรขาคณิตถูกกำหนดโดยวิธีการวิเคราะห์โครงสร้างทางกายภาพ มักจะเกิดของแข็ง (ขึ้นอยู่กับเงื่อนไข) ตาข่ายคริสตัลมากกว่าหนึ่งรูปแบบ รูปแบบดังกล่าวเรียกว่าการดัดแปลงแบบโพลีมอร์ฟิก

ประเภทของคริสตัล

จำเป็นต้องแยกคริสตัลในอุดมคติและคริสตัลแท้ออกจากกัน คริสตัลในอุดมคติแท้จริงแล้วคือวัตถุทางคณิตศาสตร์ที่มีความสมมาตรโดยธรรมชาติอย่างสมบูรณ์ มีขอบเรียบเรียบในอุดมคติ เป็นต้น คริสตัลจริงมักจะมีข้อบกพร่องต่างๆ ในโครงสร้างภายในของโครงตาข่าย การบิดเบี้ยวและความผิดปกติบนใบหน้าเสมอ และมีความสมมาตรของรูปทรงหลายเหลี่ยมที่ลดลงเนื่องจากสภาวะการเติบโตที่เฉพาะเจาะจง ความหลากหลายของตัวกลางป้อน ความเสียหาย และการเสียรูป คริสตัลจริงไม่จำเป็นต้องมีผิวหน้าผลึกและรูปร่างสม่ำเสมอ แต่ยังคงคุณสมบัติหลักไว้ นั่นคือตำแหน่งปกติของอะตอมในโครงตาข่ายคริสตัล

ผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่ที่มีรูปร่างปกติไม่มากก็น้อยเรียกว่าผลึกเดี่ยว คุณลักษณะเฉพาะของผลึกเดี่ยวคือแอนไอโซโทรปี ซึ่งก็คือการขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพของมันกับทิศทางในคริสตัล แอนไอโซโทรปีของคุณสมบัติเชิงกลของผลึกเดี่ยวจะสะท้อนให้เห็นเป็นหลักจากข้อเท็จจริงที่ว่าความแข็งแกร่งของมันนั้นแข็งแกร่ง ทิศทางที่แตกต่างกันแตกต่าง. ภายใต้เงื่อนไขบางประการ สามารถรับผลึกเดี่ยวได้จากการหลอมโลหะ หากคุณเพียงแค่ทำให้เหล็กหลอมเหลวเย็นลง ของแข็งที่เกิดขึ้นจะไม่มีแอนไอโซโทรปี เหตุผลนี้ช่วยให้เข้าใจการศึกษาโครงสร้างของโลหะภายใต้กล้องจุลทรรศน์คุณจะเห็นว่ามันประกอบด้วยเม็ดขนาดจุลทรรศน์แต่ละเม็ด เม็ดแต่ละเม็ดนั้นเป็นคริสตัลที่มีรูปร่างผิดปกติเพราะคริสตัลที่อยู่ติดกันขัดขวางการเจริญเติบโต โครงสร้างเม็ดที่เกิดขึ้นเรียกว่าโพลีคริสตัลไลน์ (โพลี - มาก) เนื่องจากธัญพืชเหล่านี้มีการจัดเรียงแบบสุ่ม แอนไอโซโทรปีของพวกมันจึงไม่สามารถปรากฏได้ เป็นผลให้โพลีคริสตัลเป็นแบบไอโซโทรปิก กล่าวคือ โดยเฉลี่ยแล้วคุณสมบัติของมันจะเท่ากันในทุกทิศทาง

↑ คริสตัลในธรรมชาติ

ผลึกของน้ำแช่แข็งเช่น ทุกคนรู้จักน้ำแข็งและหิมะ ผลึกเหล่านี้ปกคลุมพื้นโลกอันกว้างใหญ่เป็นเวลาเกือบหกเดือน (และในบริเวณขั้วโลกตลอดทั้งปี) วางตัวอยู่บนยอดเขาและเลื่อนลงมาในธารน้ำแข็ง และลอยเหมือนภูเขาน้ำแข็งในมหาสมุทร

แน่นอนว่าน้ำแข็งที่ปกคลุมแม่น้ำ เทือกเขาธารน้ำแข็ง หรือภูเขาน้ำแข็ง ไม่ใช่ผลึกขนาดใหญ่เพียงก้อนเดียว มวลน้ำแข็งที่หนาแน่นมักเป็นโพลีคริสตัลไลน์ เช่น ประกอบด้วยคริสตัลจำนวนมาก คุณไม่สามารถแยกพวกมันออกจากกันได้เสมอไปเพราะมันมีขนาดเล็กและหลอมรวมเข้าด้วยกัน บางครั้งผลึกเหล่านี้สามารถแยกแยะได้จากน้ำแข็งที่กำลังละลาย ตัวอย่างเช่น ในแผ่นน้ำแข็งของน้ำแข็งในฤดูใบไม้ผลิที่ล่องลอยอยู่ในแม่น้ำ จากนั้นคุณจะเห็นได้

น้ำแข็งประกอบด้วย "ดินสอ" ที่หลอมรวมกันเหมือนในแพ็คดินสอที่พับไว้ เสาหกเหลี่ยมขนานกันและตั้งตรงไปทางผิวน้ำ “ดินสอ” เหล่านี้เป็นผลึกน้ำแข็ง

ภาพถ่ายและภาพวาดเกล็ดหิมะสามารถพบได้ในหนังสือเรียนวิชาฟิสิกส์หลายเล่มในบทที่พูดถึงความสมมาตร แต่จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ นี่เป็นขีดจำกัดความสนใจของนักวิทยาศาสตร์ในเรื่องผลึกหิมะ การศึกษาต้นกำเนิด การเติบโต และโครงสร้างของผลึกหิมะอย่างจริงจังเริ่มขึ้นเมื่อไม่นานมานี้
ความสนใจในผลึกหิมะส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการศึกษาการก่อตัวของฝนและปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในกลุ่มเมฆ ปรากฎว่าเม็ดฝนส่วนใหญ่เริ่มต้นชีวิตเหมือนผลึกหิมะ และละลายก่อนที่จะตกลงสู่พื้น อย่างไรก็ตาม มีเพียงเมฆเซอร์รัสที่เย็นและสูงเท่านั้นที่ประกอบด้วยผลึกน้ำแข็ง โดยพื้นฐานแล้ว เมฆคือกลุ่มของหยดน้ำขนาดเล็กที่ลอยอยู่ในอากาศในลักษณะเดียวกับอนุภาคควัน เป็นเวลาหลายปีที่ยังคงเป็นปริศนาว่าหยดเหล่านี้มีขนาดใหญ่พอที่จะตกลงสู่พื้นได้อย่างไร ยังคงเป็นปริศนาอยู่ว่าหยดน้ำเหล่านี้มักจะ "ปฏิเสธ" ที่จะแข็งตัว แม้ว่าอุณหภูมิของเมฆจะต่ำกว่าอุณหภูมิเยือกแข็งของน้ำตามปกติมาก ซึ่งก็คือ ต่ำกว่า 0? C

ตอนนี้เรารู้แล้วว่าเมฆที่เย็นจัดยิ่งยวดยังคงเสถียรจนกระทั่งมันประกอบด้วยผลึกน้ำแข็งขนาดเล็กจำนวนเล็กน้อยที่ก่อตัวบนอนุภาคฝุ่นของโลก โมเลกุลของน้ำที่ตกลงบนผลึกน้ำแข็งก่อให้เกิดพันธะอันแน่นแฟ้นกับมัน ซึ่งค่อนข้างยากที่จะแตกหัก โมเลกุลของน้ำที่ควบแน่นจากหยดนั้นค่อนข้างจะฉีกขาดออกได้ง่าย ความร้อนของการระเหยน้อยกว่าพลังงานที่ต้องใช้ในการแยกโมเลกุลของน้ำออกจากผลึกน้ำแข็ง ดังนั้น หากเมฆประกอบด้วยหยดน้ำและผลึกน้ำแข็ง ผลึกน้ำแข็งจะเติบโตเร็วกว่าหยดมาก นอกจากนี้เนื่องจากการเติบโตของผลึกน้ำแข็ง ความชื้นในอากาศโดยรอบจึงลดลง ส่งผลให้หยดน้ำค่อยๆระเหยและหายไป ในเวลาเดียวกัน ผลึกน้ำแข็งก็เติบโตจนมีขนาดพอที่จะตกลงสู่พื้นได้ เมื่อตกลงมา คริสตัลหลาย ๆ ชิ้นสามารถรวมกันเป็นเกล็ดหิมะได้

แม้ว่าผลึกหิมะจะมีหลายแบบ แต่ก็สามารถจำแนกได้เป็นสามรูปแบบหลัก เสาปริซึมหกเหลี่ยม แผ่นหกเหลี่ยมบาง และดาวฤกษ์ที่แตกแขนง อธิบายรูปร่างหกเหลี่ยมของคริสตัลและเกล็ดหิมะได้ไม่ยาก การศึกษาผลึกน้ำแข็งโดยใช้รังสีเอกซ์ได้แสดงให้เห็นว่าโมเลกุลของน้ำในผลึกน้ำแข็งถูกจัดเรียงเพื่อให้แต่ละโมเลกุลถูกล้อมรอบด้วยเพื่อนบ้านหกตัว จุดศูนย์กลางของโมเลกุลเหล่านี้เป็นรูปหกเหลี่ยมปกติ สำหรับสาเหตุของความแตกต่างในรูปทรงคริสตัลจนกระทั่งเมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถลงมติเป็นเอกฉันท์ได้ ตามสมมติฐานบางประการ รูปร่างของคริสตัลควรถูกกำหนดโดยระดับความอิ่มตัวของอากาศโดยรอบด้วยไอน้ำเป็นหลัก ไม่ใช่จากอุณหภูมิของเมฆ แต่การวิจัยพบว่าผลึกที่มีรูปร่างต่างกันจะเติบโตที่อุณหภูมิต่างกัน

เมฆเซอร์รัสสูงซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่า – 30°C ประกอบด้วยผลึกหิมะเป็นส่วนใหญ่ในรูปแท่งปริซึมยาวประมาณครึ่งมิลลิเมตร เมฆที่ระดับความสูงปานกลาง อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงตั้งแต่ - 15 องศา? สูงถึง - 30? C ประกอบด้วยผลึกในรูปปริซึมและแผ่น ในเมฆต่ำ อุณหภูมิอยู่ระหว่าง - 5? C ถึง 0? C เราสามารถพบคริสตัลในรูปแบบของแผ่นหกเหลี่ยม ปริซึมสั้น และดาวที่สวยงามน่าทึ่งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณหลายมิลลิเมตร ดาวเหล่านี้เป็นพื้นฐานของเกล็ดหิมะ ที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์หลายองศา คริสตัลจะเกาะติดกันจนเกิดเป็นเกล็ดหิมะ

ทั้งหมดนี้แสดงให้เห็นว่ารูปร่างของผลึกนั้นพิจารณาจากอุณหภูมิที่ผลึกเติบโตเป็นหลัก สิ่งนี้ได้รับการยืนยันจากการทดลองปลูกผลึกน้ำแข็งในห้องปฏิบัติการ ผลึกน้ำแข็งถูกปลูกในห้องพิเศษซึ่งมีการควบคุมอุณหภูมิและปริมาณไอน้ำอย่างเข้มงวด ใช้ด้ายเส้นเล็กเป็นเมล็ดพืช อุณหภูมิในห้องจะแตกต่างกันในแต่ละพื้นที่ตามแนวด้าย

การทดลองแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิเป็นตัวกำหนดรูปร่างของคริสตัล
ปริมาณไอน้ำส่งผลต่ออัตราการเติบโต อย่างไรก็ตาม ลักษณะที่แท้จริงของการเติบโตของผลึกหิมะยังคงไม่ชัดเจน

การศึกษาการเติบโตของผลึกหิมะบนโลกเป็นเรื่องที่น่าสนใจมาก บ่อยครั้งในฤดูหนาว เมื่อมีอากาศอบอุ่นขึ้นอย่างกะทันหัน กิ่งก้านของต้นไม้และผนังบ้านจะปกคลุมไปด้วยน้ำค้างแข็ง เมฆที่มีเกล็ดหิมะเกิดขึ้นนั้นเข้าถึงได้ยาก เข้าถึงฟรอสต์ได้ง่ายและสามารถสังเกตได้ระหว่างการก่อตัว ฟรอสต์มักปรากฏบนวัตถุที่มีความจุความร้อนสูงและมีการนำความร้อนต่ำ
เมื่ออุ่นขึ้นอย่างกะทันหัน อุณหภูมิของวัตถุเหล่านี้จะต่ำกว่าอุณหภูมิของอากาศโดยรอบ และไอน้ำในอากาศจะควบแน่นกับวัตถุเหล่านั้น หากมีไอเล็กน้อยในอากาศก็จะได้เกล็ดฟูที่สวยงาม เมื่อความชื้นในอากาศสูง วัตถุเย็นจะถูกปกคลุมไปด้วยเปลือกน้ำแข็ง น้ำเพียงแต่ควบแน่นบนวัตถุเย็นแล้วจึงแข็งตัว

สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือลวดลายที่ปกคลุมหน้าต่างอพาร์ตเมนต์ รถบัส และรถรางในฤดูหนาว เมื่อมีลมหนาวกะทันหัน อุณหภูมิของหน้าต่างจะต่ำกว่าอุณหภูมิอากาศในห้อง โมเลกุลของไอในอากาศชื้นในห้องจะเกาะตัวและก่อตัวขึ้น ลวดลายสวยงาม. ในขณะเดียวกันก็สำคัญมากเช่นกันที่อากาศในห้องจะต้องไม่ชื้นมาก มิฉะนั้นไอน้ำจะควบแน่นบนกระจกก่อนแล้วจึงแข็งตัวกลายเป็นชั้นน้ำแข็ง รูปแบบจะไม่ปรากฏบนหน้าต่างหากหน้าต่างเปิดอยู่ ในกรณีนี้อุณหภูมิอากาศในห้องใกล้กระจกจะลดลงจนกลายเป็นอุณหภูมิเดียวกับอุณหภูมิของกระจกนั่นเอง ในรูปแบบน้ำแข็ง คุณสามารถมองเห็นรูปร่างส่วนใหญ่ที่ผลึกหิมะสามารถรับได้

เป็นที่ทราบกันดีว่าน้ำค้างแข็งในฤดูใบไม้ผลิหรือฤดูใบไม้ร่วงนั้นอันตรายต่อพืชอย่างไร อุณหภูมิของดินและอากาศลดลงต่ำกว่าศูนย์ น้ำใต้ดินและน้ำพืชจะแข็งตัว ก่อตัวเป็นผลึกน้ำแข็ง เข็มแหลมคมเหล่านี้ฉีกเนื้อเยื่อพืชที่ละเอียดอ่อน ใบเหี่ยวย่น เปลี่ยนเป็นสีดำ ลำต้นและรากถูกทำลาย หลังจากคืนที่หนาวจัดในตอนเช้าในป่าและในทุ่งนา คุณมักจะสังเกตเห็นว่า "หญ้าน้ำแข็ง" เติบโตบนพื้นดินได้อย่างไร ก้านหญ้าแต่ละก้านเป็นผลึกน้ำแข็งหกเหลี่ยมโปร่งใส เข็มน้ำแข็งมีความยาว 1-2 ซม. และบางครั้งก็ยาวถึง 10-12 ซม. มันเกิดขึ้นที่พื้นกลายเป็นแผ่นน้ำแข็งตั้งตรง ผลึกน้ำแข็งที่เติบโตจากพื้นดินเหล่านี้จะยกทราย กรวด และหินที่มีน้ำหนักมากถึง 50-100 กรัมบนหัวของมัน น้ำแข็งลอยขึ้นมาจากพื้นดินและยกต้นไม้เล็กๆ ขึ้นด้านบน บางครั้งเปลือกน้ำแข็งปกคลุมต้นไม้และรากก็ปรากฏขึ้นผ่านน้ำแข็ง นอกจากนี้ยังเกิดขึ้นที่แปรงเข็มน้ำแข็งเข้าด้วยกันเพื่อยกก้อนหินหนักขึ้นซึ่งผลึกหนึ่งอันไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ คริสตัล “หญ้าน้ำแข็ง” เปล่งประกายและเปล่งประกายเป็นสีรุ้ง แต่ทันทีที่รังสีของดวงอาทิตย์อุ่นขึ้น คริสตัลก็โค้งงอไปทางดวงอาทิตย์ ตกลงมาและละลายอย่างรวดเร็ว

ในเช้าฤดูใบไม้ผลิหรือฤดูใบไม้ร่วงที่หนาวจัด เมื่อดวงอาทิตย์ยังไม่มีเวลาทำลายร่องรอยของน้ำค้างแข็งตอนกลางคืน ต้นไม้และพุ่มไม้จะถูกปกคลุมไปด้วยน้ำค้างแข็ง หยดน้ำน้ำแข็งแขวนอยู่บนกิ่งก้าน มองใกล้ ๆ: ภายในหยดน้ำแข็งคุณสามารถเห็นเข็มหกเหลี่ยมบาง ๆ - ผลึกน้ำแข็ง ใบไม้ที่ปกคลุมไปด้วยน้ำค้างแข็งดูเหมือนแปรง: คอลัมน์น้ำแข็งหกเหลี่ยมแวววาวตั้งตระหง่านเหมือนขนแปรง ป่าได้รับการตกแต่งด้วยคริสตัลอันวิจิตรงดงามและเครื่องแต่งกายคริสตัล ผลึกน้ำแข็ง ซึ่งเป็นรูปแบบที่ซับซ้อนซึ่งเราชื่นชมในเกล็ดหิมะ สามารถทำลายเครื่องบินได้ภายในไม่กี่นาที ไอซิ่งซึ่งเป็นศัตรูตัวฉกาจของเครื่องบินก็เป็นผลมาจากการเติบโตของคริสตัลเช่นกัน

↑ การตกผลึกในถ้ำ

น้ำธรรมชาติทั้งหมดในมหาสมุทร ทะเล ทะเลสาบ ลำธาร และน้ำพุใต้ดิน ล้วนเป็นสารละลายตามธรรมชาติ ล้วนละลายหินที่พบ และในสารละลายทั้งหมดนี้ ปรากฏการณ์การตกผลึกที่ซับซ้อนก็เกิดขึ้น

สิ่งที่น่าสนใจอย่างยิ่งคือการตกผลึกของน้ำใต้ดินในถ้ำ ทีละหยด น้ำก็ไหลออกมาและตกลงมาจากห้องใต้ดินของถ้ำ หยดแต่ละหยดจะระเหยไปบางส่วนและสารที่ละลายอยู่ในนั้นจะยังคงอยู่บนเพดานถ้ำ ดังนั้นตุ่มเล็กๆ จึงค่อย ๆ ก่อตัวขึ้นบนเพดานถ้ำ จากนั้นจึงเติบโตเป็นแท่งน้ำแข็ง น้ำแข็งย้อยเหล่านี้ทำจากคริสตัล ทีละหยด หยดลงอย่างต่อเนื่อง วันแล้ววันเล่า ปีแล้วปีเล่า ศตวรรษแล้วศตวรรษเล่า เสียงตกดังก้องก้องอยู่ใต้ซุ้มโค้ง น้ำแข็งย้อยยืดออกและยืดออก และเสาน้ำแข็งยาวเท่ากันจากด้านล่างของถ้ำก็เริ่มโตขึ้นเข้าหาพวกมัน บางครั้งน้ำแข็งย้อยที่เติบโตจากด้านบน (หินย้อย) และจากด้านล่าง (หินงอก) มาบรรจบกัน เติบโตด้วยกันและก่อตัวเป็นเสา นี่คือลักษณะของมาลัยบิดเกลียวและเสาหินที่แปลกประหลาดซึ่งมีลวดลายปรากฏในถ้ำใต้ดิน พระราชวังใต้ดินมีความสวยงามเป็นพิเศษ ตกแต่งด้วยกองหินงอกหินย้อยอันน่าอัศจรรย์ ซึ่งแบ่งออกเป็นส่วนโค้งด้วยโครงตาข่ายหินย้อย ในธรรมชาติจะพบผลึกที่มีรูปร่างผิดปกติบ่อยกว่ารูปทรงหลายเหลี่ยมทั่วไป ในเตียงแม่น้ำเนื่องจากการเสียดสีของคริสตัลบนทรายและหินมุมของคริสตัลจึงถูกลบออกคริสตัลที่มีหลายแง่มุมกลายเป็นหินทรงกลม - ก้อนกรวด จากการกระทำของน้ำ ลม น้ำค้างแข็ง คริสตัลแตกและสลาย ในหิน เม็ดผลึกจะรบกวนการเจริญเติบโตของกันและกันและทำให้เกิดรูปร่างที่ไม่สม่ำเสมอ

มากกว่า 95% ของหินทั้งหมดที่ประกอบเป็นเปลือกโลกเกิดขึ้นโดยตรงในระหว่างการตกผลึกของการหลอมละลายตามธรรมชาติ กล่าวคือ แมกมา การตกผลึกของแมกมาเป็นปรากฏการณ์ที่ซับซ้อนมาก แม็กม่าเป็นส่วนผสมของสารหลายชนิด สารเหล่านี้ทั้งหมดมีอุณหภูมิในการตกผลึกที่แตกต่างกัน และอุณหภูมิในการตกผลึกของสารแต่ละชนิดจะเปลี่ยนแปลงไปขึ้นอยู่กับสภาวะของแมกมาในขณะนั้น และสารอื่นๆ ที่มีอยู่ในนั้นด้วย ดังนั้นเมื่อเย็นตัวลงและแข็งตัว แมกมาจึงถูกแบ่งออกเป็นส่วนต่างๆ โดยส่วนแรกที่ปรากฏในแมกมาและเริ่มเติบโตคือผลึกของสารที่มีอุณหภูมิการตกผลึกสูงสุด โดยปกติปรากฎว่าสารนี้ยังไม่มีเวลาในการแยกตัวออกอย่างสมบูรณ์ แต่แมกมาได้เย็นลงถึงอุณหภูมิการตกผลึกของแร่ตัวที่สองแล้วและมันก็เริ่มแยกตัวออกในรูปของผลึกด้วย สสารอื่นๆ เริ่มตกผลึกโดยมีอิทธิพลซึ่งกันและกัน ในขณะที่ผลึกที่ก่อตัวก่อนหน้านี้ก็ยังคงเติบโตต่อไป หินจึงก่อตัวเป็นเช่นนี้

↑ โครงสร้างคริสตัล

ก่อนอื่นเลย รูปร่างที่ถูกต้องของคริสตัลหลายแง่มุมดึงดูดสายตาของผู้สังเกตการณ์ และแน่นอนว่ามันไม่ได้ถือเป็นคุณสมบัติหลักของตัวผลึก แต่ฉันยังคงเสนอให้ใส่ใจกับปรากฏการณ์นี้ - รูปร่างในอุดมคติ ของคริสตัล

รูปร่างที่ผลึกเดี่ยวเกิดขึ้นเมื่อปัจจัยสุ่มทั้งหมดถูกกำจัดออกไปในระหว่างการเจริญเติบโตนั้นเรียกว่าอุดมคติ รูปร่างคริสตัลในอุดมคติคือรูปทรงหลายเหลี่ยม คริสตัลดังกล่าวถูกจำกัดด้วยหน้าแบน ขอบตรง และมีความสมมาตร เช่นเดียวกับรูปทรงหลายเหลี่ยมอื่นๆ คริสตัลมีจำนวนหน้า P, ขอบ R, จุดยอด E และตัวเลขเหล่านี้มีความสัมพันธ์กันด้วยความสัมพันธ์ P+E=R+2 ตัวอย่างเช่น ลูกบาศก์มี 6 หน้า 8 จุดยอด และ 12 ขอบ (6+8=12+2) สำหรับทรงแปดหน้า (รูปที่ 1) รูปทรงสิบสองหน้า (รูปที่ 2) ความสัมพันธ์นี้ก็ใช้ได้เช่นกัน

ลูกบาศก์, แปดหน้า, สิบสองหน้าเป็นรูปทรงหลายเหลี่ยมธรรมดาธรรมดา ผลึกจำนวนค่อนข้างน้อยตกผลึกในรูปแบบของรูปทรงหลายเหลี่ยมปกติ เกลือแกงและซิงค์ซัลไฟด์จะตกผลึกเป็นรูปลูกบาศก์ เพชรในรูปแปดหน้า และโกเมนในรูปของขนมเปียกปูนทรงสิบสองหน้า ส่วนใหญ่แล้วสารจะตกผลึกในรูปแบบของรูปทรงหลายเหลี่ยมที่ซับซ้อนเช่น พวกมันถูกจำกัดอยู่เพียงใบหน้าที่เท่ากันหลายแบบ ตัวอย่างเช่น คริสตัลมักจะมีหน้าแปดเหลี่ยม 6 หน้า, หน้าหกเหลี่ยม 8 หน้า และหน้าสี่เหลี่ยม 12 หน้า

ผลึกของสารชนิดเดียวกันสามารถมีรูปร่างที่แตกต่างกันมาก รูปร่างของคริสตัลขึ้นอยู่กับสภาวะการตกผลึก สีไม่ใช่คุณสมบัติเฉพาะของผลึกของสารนี้เนื่องจากมันขึ้นอยู่กับสิ่งเจือปนเป็นอย่างมาก ตัวอย่างเช่น เป็นที่ทราบกันว่าคริสตัลฟลูออร์สปาร์ไม่มีสี ชมพู ดำ ม่วง ดาร์กเชอร์รี่ และสีทอง ดูเหมือนว่าการพิสูจน์ว่าผลึกสองชนิด (มีรูปร่างและสีต่างกัน) เป็นของสารชนิดเดียวกันหรือไม่นั้น ไม่สามารถกระทำอย่างอื่นได้ นอกจากการพิจารณาองค์ประกอบทางเคมีของผลึกเหล่านั้น อย่างไรก็ตาม นักผลึกศาสตร์ได้ค้นพบข้อเท็จจริงที่น่าทึ่งอย่างยิ่งเมื่อมองแวบแรก นั่นคือ ในผลึกที่มีสารชนิดเดียวกัน มุมระหว่างใบหน้าที่ตรงกันจะเหมือนกันเสมอ (กฎของความคงตัวของมุม)

ขอบที่สอดคล้องกันหมายถึงอะไร? ในเรขาคณิต ใบหน้า (รูปหลายเหลี่ยมแบน) จะถือว่าเท่ากัน หากเมื่อซ้อนทับ ใบหน้านั้นตรงกับจุดทั้งหมด ในด้านผลึกศาสตร์ ความเท่าเทียมกันของใบหน้าหมายถึงบางสิ่งที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ใบหน้าอาจมีรูปร่างแตกต่างกันและยังคงถือว่าเท่าเทียมกันหากมีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีเหมือนกัน บางครั้งมีความเป็นไปได้ที่จะสร้างความเท่าเทียมกันของใบหน้าในแง่ผลึกศาสตร์โดยการตรวจสอบจากภายนอก

ในรูป ขอบที่เหมือนกัน (เท่ากัน) จะแสดงด้วยการแรเงาเหมือนกัน สามารถติดตั้งใบหน้าได้สามประเภทในคริสตัลควอตซ์ (มีระบุไว้ในรูปที่ 2) ตัวอักษรก,ขและค) แม้ว่าหน้าปัด a (b,c) จะมีขนาดและรูปร่างต่างกันในผลึกควอตซ์ต่างกัน แต่ก็ถือว่าเท่ากัน กฎความคงตัวของมุมระบุว่ามุมไดฮีดรัลที่เกิดจากหน้า a และ b (รูปที่ 2) ในผลึกที่ต่างกันของสารที่กำหนดจะเหมือนกัน ดังนั้น ในผลึกทั้งหมดของสารที่กำหนด มุมไดฮีดรัลที่เกิดจากหน้า a และ c, b และ c จะเท่ากัน

ดังนั้นรูปร่างของคริสตัลจึงไม่ใช่ขนาดของหน้าปัด แต่เป็นมุมระหว่างคริสตัลเหล่านั้นซึ่งเป็นค่าที่แน่นอนของคริสตัลแต่ละชิ้น

ข้าว. 3 รูป 4

ในการวัดมุมระหว่างใบหน้าจะใช้อุปกรณ์พิเศษ - โกนิโอมิเตอร์ โกนิโอมิเตอร์แบบประยุกต์ (รูปที่ 3) สามารถใช้ศึกษาผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่ได้ การวัดที่แม่นยำยิ่งขึ้นจะดำเนินการด้วยโกนิโอมิเตอร์แบบสะท้อนแสง ซึ่งมีแผนภาพแสดงไว้ในรูปที่ 4 ลำแสงที่มาจากแหล่งกำเนิด A กระทบกับขอบของคริสตัล และหลังจากการสะท้อนกลับ จะเข้าสู่กล้องโทรทรรศน์ T เมื่อคริสตัลถูกหมุนที่ เมื่อมุมหนึ่งลำแสงก็เข้าสู่กล้องโทรทรรศน์อีกครั้ง เมื่อใช้สเกล III ของโกนิโอมิเตอร์ จะวัดมุมระหว่างใบหน้า ด้วยการวัดมุมระหว่างผิวหน้าของคริสตัลที่ไม่รู้จัก คุณสามารถใช้แค็ตตาล็อกพิเศษเพื่อระบุองค์ประกอบทางเคมีของคริสตัลได้

เรามักจะพบกับปรากฏการณ์ความสมมาตรในชีวิตรอบตัวเรา ผีเสื้อมีความสมมาตร (รูปที่ 1) รูปร่าง ลวดลาย และสีของปีกซ้าย ซ้ำกับรูปทรง ลวดลาย และสีของปีกขวา

รูปที่ 1 รูปที่ 2

หากร่างกายสามารถตัดกันทางจิตด้วยระนาบ โดยแต่ละจุด a ของร่างกายที่อยู่ด้านหนึ่งของระนาบจะตรงกับจุด b ที่วางอยู่อีกด้านหนึ่งของระนาบ และยิ่งกว่านั้น ในลักษณะที่เป็นเส้นตรง ab ที่เชื่อมจุดทั้งสองนี้ตั้งฉากกับระนาบและแบ่งครึ่งด้วยระนาบนี้ จากนั้นวัตถุนี้จะมีความสมมาตรเหมือนกระจก ระนาบนี้ในกรณีนี้เรียกว่าระนาบสมมาตร ตัวอย่างเช่น ระนาบที่ลากผ่านตรงกลางขอบของลูกบาศก์ขนานกับใบหน้าทั้งสองนั้นทำหน้าที่เป็นระนาบสมมาตรของลูกบาศก์ (รูปที่ 2) ลูกบาศก์มีระนาบสมมาตรเก้าระนาบ

นอกจากความสมมาตรของกระจกแล้ว วัตถุยังสามารถมีความสมมาตรในการหมุนได้อีกด้วย ร่างกายมีความสมมาตรในการหมุน หากเมื่อหมุนผ่านมุมที่เหมาะสม ทุกส่วนของภาพจะอยู่ในแนวเดียวกัน แกนที่วัตถุหมุนรอบตัวเรียกว่าแกนสมมาตร แกนสมมาตรมีลำดับที่แตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับจำนวนครั้งที่รูปอยู่ในแนวเดียวกับตัวเองในระหว่างการหมุนรอบแกนจนหมดหนึ่งครั้ง (เช่น อันดับแรก ที่สอง ที่สาม เป็นต้น)

ตัวอย่างเช่น ดอกไอริสมีแกนสมมาตรลำดับที่สาม (รูปที่ 3) ส่วนเกล็ดหิมะมีแกนสมมาตรลำดับที่หก ดอกไม้มักมีแกนสมมาตรลำดับที่ห้า

วัตถุอาจมีศูนย์กลางของความสมมาตร จุดศูนย์กลางสมมาตรคือจุดที่อยู่ตรงกลางลำตัว สัมพันธ์กับจุดใดๆ ของร่างกายที่มีจุดที่สอดคล้องกันอีกจุดหนึ่ง ซึ่งอยู่ห่างจากศูนย์กลางไปในทิศทางตรงกันข้ามซึ่งอยู่ในระยะห่างเท่ากัน ร่างกายสามารถมีระนาบสมมาตรได้หลายระนาบ มีแกนสมมาตรหลายแกนที่มีลำดับต่างกัน แต่จะมีจุดศูนย์กลางสมมาตรมากกว่าหนึ่งจุดไม่ได้

ถ้าในรูปสี่เหลี่ยมด้านขนานเรางอมุมในทิศทางตรงกันข้าม จุดศูนย์กลางของสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่เกิดขึ้นตรงกลางของรูปนี้จะเป็นจุดศูนย์กลางของสมมาตร เนื่องจากมันจะแบ่งเส้นตรงทั้งหมดที่เชื่อมต่อจุดที่เหมือนกันของรูปออกเป็นคู่ๆ ศูนย์กลางทางเรขาคณิตของทรงกลม ลูกบาศก์ และทรงแปดหน้าเป็นศูนย์กลางของความสมมาตรของวัตถุเหล่านี้ แกนสมมาตร ระนาบสมมาตร และศูนย์กลางสมมาตร เรียกว่า องค์ประกอบของสมมาตร

องค์ประกอบของความสมมาตรมีคุณสมบัติหลายประการ นี่คือบางส่วนของพวกเขา:

จุดตัดของระนาบสมมาตรสองระนาบทำให้เกิดแกนสมมาตร

จุดตัดของระนาบสมมาตรสามระนาบที่ตั้งฉากกันทำให้เป็นจุดศูนย์กลางของสมมาตร

รูปร่างคริสตัลในอุดมคตินั้นมีความสมมาตร

ในคริสตัล คุณจะพบองค์ประกอบต่างๆ ของความสมมาตร: ระนาบของสมมาตร แกนของสมมาตร ศูนย์กลางของสมมาตร

ให้เราพิจารณาความสมมาตรของรูปแบบคริสตัลที่ง่ายที่สุดบางรูปแบบ ผลึกรูปทรงลูกบาศก์ (NaCl, KCl ฯลฯ) มีระนาบสมมาตร 9 ระนาบ โดย 3 ระนาบขนานกับหน้าลูกบาศก์ และ 6 ระนาบตามแนวทแยง นอกจากนี้ ลูกบาศก์ยังมีแกนสมมาตรสามแกนของลำดับที่ 4, สี่แกนของลำดับที่ 3 และหกแกนของลำดับที่ 2 (รูปที่ 1) นอกจากนี้ยังมีจุดศูนย์กลางของสมมาตร โดยรวมแล้วมีองค์ประกอบสมมาตร 1+9+3+4+6=23 องค์ประกอบในลูกบาศก์

ผลึกของเพชรและโพแทสเซียมสารส้มมีรูปร่างเป็นรูปแปดด้าน รูปแปดด้านมีองค์ประกอบสมมาตรเหมือนกับลูกบาศก์ แกนการหมุนของรูปแปดด้านจะปรากฏขึ้น ผลึกคอปเปอร์ซัลเฟตมีเพียงจุดศูนย์กลางของสมมาตรเท่านั้น ไม่มีองค์ประกอบสมมาตรอื่นใด

สมมาตร กฎความคงตัวของมุม และคุณสมบัติอื่นๆ อีกมากมาย! จะอธิบายความพิถีพิถันของรูปแบบผลึกได้อย่างไร?

ความพยายามครั้งแรกในการอธิบายทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับรูปร่างของคริสตัลถือเป็นผลงานของโยฮันเนส เคปเลอร์ "บนเกล็ดหิมะหกเหลี่ยม" (1611) เคปเลอร์แนะนำว่ารูปร่างของเกล็ดหิมะ (ผลึกน้ำแข็ง) เป็นผลมาจากการจัดเรียงพิเศษของอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบ

ในปี ค.ศ. 1783 เรอเน่ จุสต์ ฮาว เจ้าอาวาสชาวฝรั่งเศส ซึ่งเป็นนักแร่วิทยาตามกระแสเรียก แนะนำว่าคริสตัลทุกอันประกอบด้วยอนุภาคขนาดเท่ากันที่ขนานกันซึ่งอยู่ติดกันทั่วทั้งหน้า ในปี 1824 นักเรียนของ Gauss ผู้ยิ่งใหญ่ซึ่งเป็นศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ในเมืองไฟรบูร์ก รัฐแอล.เอ. ซีเบอร์ ได้อธิบายการขยายตัวของผลึกเมื่อถูกความร้อน ได้เสนอให้เปลี่ยนรูปทรงหลายเหลี่ยมHaüyด้วยจุดศูนย์ถ่วง ยิ่งไปกว่านั้น จุดศูนย์ถ่วงเหล่านี้ยังก่อให้เกิดระบบจุดปกติซึ่งต่อมาถูกเรียกว่าโครงตาข่ายเชิงพื้นที่และจุดนั้นเอง - โหนดของโครงตาข่ายเชิงพื้นที่ ตัวอย่างเช่น ผลึกของเกลือแกง NaCl ประกอบด้วย Na+ และ Cl-ion จำนวนมาก ซึ่งอยู่ในลักษณะที่สัมพันธ์กัน หากคุณพรรณนาไอออนแต่ละตัวเป็นจุดและเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน คุณจะได้ภาพทางเรขาคณิตที่แสดงถึงโครงสร้างภายในของผลึกเกลือแกงในอุดมคติ ซึ่งเป็นโครงตาข่ายเชิงพื้นที่ (รูปที่ 1)

โครงข่ายเชิงพื้นที่ของผลึกต่างๆ นั้นแตกต่างกัน รูปที่ 2 แสดงโครงตาข่ายเชิงพื้นที่ของเพชร และรูปที่ 3 - กราไฟท์

รูปที่ 1 รูปที่ 2 รูปที่ 3

ในแต่ละโครงตาข่ายเชิงพื้นที่ เราสามารถระบุองค์ประกอบที่ซ้ำกันของโครงสร้างของมัน หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือเซลล์ประถมศึกษา เชิงพื้นที่เช่น เซลล์ประถมศึกษาเชิงปริมาตรแทนที่จะเป็นเซลล์แบบแบนถือเป็น "อิฐ" โดยการนำเซลล์เหล่านี้มาต่อกันในอวกาศจึงทำให้คริสตัลถูกสร้างขึ้น ดังนั้นหน่วยเซลล์ของโครงตาข่ายเชิงพื้นที่ NaCl จึงเป็นลูกบาศก์ (รูปที่ 4a) เป็นสิ่งสำคัญมากที่จะต้องทราบที่นี่ว่ามีหลายวิธีในการสร้างโครงตาข่ายเชิงพื้นที่จากเซลล์ระดับประถมศึกษา “มีกี่คน?” - คุณถาม. ปัญหาที่ยากลำบากนี้ได้รับการแก้ไขโดย E.S. Fedorov เขาพิสูจน์ว่าจะต้องมี 230 วิธีในการสร้างคริสตัล

เซลล์ประถมศึกษาที่ง่ายที่สุด ได้แก่ ลูกบาศก์ ลูกบาศก์ที่มีลำตัวเป็นศูนย์กลาง ลูกบาศก์ที่มีใบหน้าเป็นศูนย์กลาง และปริซึมหกเหลี่ยม (ดูรูปที่ 4, a, b, c, d)

การคาดเดาเกี่ยวกับโครงตาข่ายเชิงพื้นที่ของคริสตัลเป็นหลักฐานที่แสดงถึงความเป็นไปได้ของการมองการณ์ไกลทางวิทยาศาสตร์ อันที่จริง ในเวลานั้น (ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19) ไม่เพียงแต่ไม่มีการพิสูจน์สมมติฐานนี้เท่านั้น แต่หลายคนยังตั้งคำถามถึงการมีอยู่ของโมเลกุลและอะตอมของสสารอีกด้วย แนวคิดเรื่องโครงตาข่ายเชิงพื้นที่ของคริสตัลกลับกลายเป็นว่าเกิดผลมาก ทำให้สามารถอธิบายคุณสมบัติหลายประการของคริสตัลได้ ตัวอย่างเช่น เป็นที่ทราบกันว่าคริสตัลที่มีรูปร่างในอุดมคตินั้นถูกจำกัดด้วยหน้าเรียบและขอบตรง ข้อเท็จจริงนี้สามารถอธิบายได้ด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าระนาบและขอบของคริสตัลในอุดมคติมักจะผ่านโหนดของโครงตาข่ายเชิงพื้นที่เสมอ

เป็นที่ชัดเจนว่าเหตุใดผลึกของสารชนิดเดียวกันจึงสามารถมีรูปร่างต่างกันได้ เช่นเดียวกับที่สามารถตัดร่างของรูปทรงระนาบที่แตกต่างกันออกจากตาข่ายแบนที่กำหนดได้ ดังนั้นคริสตัลที่มีโครงตาข่ายเชิงพื้นที่จึงสามารถมีรูปร่างที่แตกต่างกันได้

ผลึกจะถูกแบ่งออกเป็นไอออนิก โควาเลนต์ โมเลกุลและโลหะ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของพวกมัน ผลึกไอออนิกถูกสร้างขึ้นจากแคตไอออนและแอนไอออนสลับกัน ซึ่งถูกยึดไว้ในลำดับที่แน่นอนโดยแรงดึงดูดและแรงผลักของไฟฟ้าสถิต

แรงไฟฟ้าสถิตไม่มีทิศทาง: ไอออนแต่ละตัวสามารถกักเก็บไอออนที่มีเครื่องหมายตรงกันข้ามได้มากเท่าที่พอดี แต่ในขณะเดียวกัน แรงดึงดูดและแรงผลักจะต้องมีความสมดุล และต้องรักษาความเป็นกลางทางไฟฟ้าโดยรวมของคริสตัลไว้ ทั้งหมดนี้เมื่อคำนึงถึงขนาดของไอออนทำให้เกิดโครงสร้างผลึกที่แตกต่างกัน ดังนั้น ในระหว่างอันตรกิริยาของ Na+ และ Cl– ไอออน การประสานกันของแปดด้านจึงเกิดขึ้น: ไอออนแต่ละตัวจะมีไอออนที่มีเครื่องหมายตรงข้ามกันหกไอออนอยู่ใกล้ตัวมันเองซึ่งอยู่ที่จุดยอดของรูปทรงแปดหน้า ผลึกไอออนิก ก่อให้เกิดเกลือส่วนใหญ่ของกรดอนินทรีย์และกรดอินทรีย์ ออกไซด์ ไฮดรอกไซด์ และเกลือ ในผลึกไอออนิก พันธะระหว่างไอออนมีความแข็งแรง ดังนั้นผลึกดังกล่าวจึงมีจุดหลอมเหลวสูง (801 ° C สำหรับ NaCl, 2627 ° C สำหรับ CaO)

ในผลึกโควาเลนต์ (เรียกอีกอย่างว่าอะตอมมิก) ที่โหนดของโครงตาข่ายคริสตัลจะมีอะตอมที่เหมือนกันหรือต่างกันซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์

การเชื่อมต่อเหล่านี้มีความแน่นหนาและมุ่งตรงไปที่บางมุม ตัวอย่างทั่วไปคือเพชร ในคริสตัลนั้น อะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมจะเชื่อมต่อกับอะตอมอีกสี่อะตอมซึ่งอยู่ที่จุดยอดของจัตุรมุข ผลึกโควาเลนต์ก่อตัวเป็นโบรอน, ซิลิคอน, เจอร์เมเนียม, สารหนู, ZnS, SiO2, ReO3, TiO2, CuNCS

ผลึกโมเลกุลถูกสร้างขึ้นจากโมเลกุลที่แยกออกมาซึ่งมีแรงดึงดูดที่ค่อนข้างอ่อนทำหน้าที่ เป็นผลให้ผลึกดังกล่าวมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำกว่ามากและมีความแข็งต่ำ ดังนั้นผลึกของก๊าซมีตระกูล (สร้างขึ้นจากอะตอมที่แยกได้) จึงละลายที่อุณหภูมิต่ำมาก จากสารประกอบอนินทรีย์ ผลึกโมเลกุลจะก่อตัวเป็นอโลหะหลายชนิด (ก๊าซมีตระกูล ไฮโดรเจน ไนโตรเจน ฟอสฟอรัสขาว ออกซิเจน ซัลเฟอร์ ฮาโลเจน) สารประกอบที่โมเลกุลถูกสร้างขึ้นโดยพันธะโควาเลนต์เท่านั้น (H2O, HCl, NH3, CO2 ฯลฯ ) คริสตัลประเภทนี้ยังเป็นลักษณะของสารประกอบอินทรีย์เกือบทั้งหมดอีกด้วย ความแข็งแรงของผลึกโมเลกุลขึ้นอยู่กับขนาดและความซับซ้อนของโมเลกุล ดังนั้น ผลึกฮีเลียม (รัศมีอะตอม 0.12 นาโนเมตร) จะละลายที่ –271.4°C (ภายใต้ความดัน 30 atm) และผลึกซีนอน (รัศมี 0.22 นาโนเมตร) - ที่ –111.8°C; ผลึกฟลูออรีนละลายที่ –219.6° C และไอโอดีน – ที่ +113.6° C; มีเทน CH4 – ที่ –182.5° C และไตรอะคอนเทน C30H62 – ที่ +65.8° C

ผลึกโลหะก่อตัวเป็นโลหะบริสุทธิ์และโลหะผสม ผลึกดังกล่าวสามารถเห็นได้บนโลหะที่แตกหัก เช่นเดียวกับบนพื้นผิวของแผ่นสังกะสี ตาข่ายคริสตัลของโลหะนั้นเกิดจากแคตไอออนที่ถูกพันธะด้วยอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ (“แก๊สอิเล็กตรอน”) โครงสร้างนี้จะกำหนดค่าการนำไฟฟ้า ความอ่อนตัว และการสะท้อนแสงสูง (ความแวววาว) ของคริสตัล โครงสร้างของผลึกโลหะเกิดขึ้นจากการอัดตัวกันของอะตอมทรงกลมที่แตกต่างกัน

การประยุกต์ใช้คริสตัล

การประยุกต์คริสตัลในทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมีมากมายและหลากหลายจนยากจะระบุรายการ ดังนั้นเราจะจำกัดตัวเองอยู่เพียงตัวอย่างบางส่วนเท่านั้น

แร่ธาตุธรรมชาติที่แข็งที่สุดและหายากที่สุดคือเพชร ปัจจุบัน เพชรเป็นหินที่ใช้งานได้จริง ไม่ใช่หินประดับ เนื่องจากความแข็งเป็นพิเศษ เพชรจึงมีบทบาทอย่างมากในเทคโนโลยี ใบเลื่อยเพชรใช้ในการตัดหิน ใบเลื่อยเพชรเป็นแผ่นเหล็กหมุนขนาดใหญ่ (เส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 2 เมตร) ที่ขอบซึ่งมีการตัดหรือมีรอยบาก ผงเพชรเนื้อละเอียดผสมกับสารยึดติดบางชนิดจะถูกถูลงในการตัดเหล่านี้ ดิสก์ที่หมุนด้วยความเร็วสูงสามารถเลื่อยหินได้อย่างรวดเร็ว เพชรมีความสำคัญอย่างมากในการขุดเจาะหินและการทำเหมืองแร่ จุดเพชรจะถูกแทรกลงในเครื่องมือแกะสลัก เครื่องจักรแบ่ง เครื่องทดสอบความแข็ง และดอกสว่านสำหรับหินและโลหะ

ผงเพชรใช้ในการบดและขัดหินแข็ง เหล็กชุบแข็ง โลหะผสมแข็งและแข็งพิเศษ ตัวเพชรเองนั้นสามารถเจียระไน ขัด และแกะสลักด้วยเพชรเท่านั้น ชิ้นส่วนเครื่องยนต์ที่สำคัญที่สุดในการผลิตยานยนต์และเครื่องบินได้รับการประมวลผลด้วยเครื่องตัดเพชรและสว่าน

ทับทิมและแซฟไฟร์ถือเป็นอัญมณีล้ำค่าที่สวยที่สุดและมีราคาแพงที่สุด หินเหล่านี้มีคุณสมบัติอื่น ๆ เจียมเนื้อเจียมตัวมากกว่า แต่มีประโยชน์ ทับทิมสีแดงเลือดและแซฟไฟร์สีน้ำเงินน้ำเงินเป็นพี่น้องกัน โดยทั่วไปแล้วจะเป็นแร่ชนิดเดียวกัน - คอรันดัม, อลูมิเนียมออกไซด์ A12O3 ความแตกต่างของสีเกิดขึ้นเนื่องจากอะลูมิเนียมออกไซด์มีสิ่งเจือปนเพียงเล็กน้อย: การเติมโครเมียมเล็กน้อยจะเปลี่ยนคอรันดัมที่ไม่มีสีให้เป็นทับทิมสีแดงเลือด และไทเทเนียมออกไซด์เป็นไพลิน มีคอรันดัมสีอื่น พวกเขายังมีน้องชายที่ถ่อมตัวและไร้คำบรรยายมาก: สีน้ำตาล, ทึบแสง, คอรันดัมเนื้อละเอียด - กากกะรุนที่ใช้ในการทำความสะอาดโลหะซึ่งใช้ทำกระดาษทราย คอรันดัมที่มีทุกสายพันธุ์เป็นหนึ่งในหินที่แข็งที่สุดในโลกซึ่งยากที่สุดรองจากเพชร คอรันดัมสามารถใช้เจาะ บด ขัด ลับหินและโลหะได้ ล้อเจียร หินลับมีด และผงเจียรทำจากคอรันดัมและกากกะรุน

อุตสาหกรรมนาฬิกาทั้งหมดดำเนินธุรกิจโดยใช้ทับทิมเทียม ในโรงงานเซมิคอนดักเตอร์วงจรที่ดีที่สุดจะถูกวาดด้วยเข็มทับทิม ในอุตสาหกรรมสิ่งทอและเคมี ไกด์ด้ายทับทิมจะดึงด้ายจากเส้นใยเทียม ไนลอน และไนลอน ชีวิตใหม่ของทับทิมคือเลเซอร์หรือตามที่เรียกว่าในทางวิทยาศาสตร์เครื่องกำเนิดควอนตัมเชิงแสง (OQG) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ยอดเยี่ยมในสมัยของเรา ในปี 1960 เลเซอร์ทับทิมตัวแรกถูกสร้างขึ้น ปรากฎว่าคริสตัลทับทิมขยายแสง แสงเลเซอร์ส่องสว่างยิ่งกว่าดวงอาทิตย์พันดวง

ลำแสงเลเซอร์อันทรงพลังพร้อมพลังอันมหาศาล มันไหม้ได้ง่ายผ่านแผ่นโลหะ เชื่อมลวดโลหะ ไหม้ผ่านท่อโลหะ และเจาะรูที่บางที่สุดในโลหะผสมแข็งและเพชร ฟังก์ชั่นเหล่านี้ทำงานด้วยเลเซอร์โซลิดโดยใช้ทับทิม โกเมน และนีโอไดต์ ในการผ่าตัดตามักใช้เลเซอร์นีโอไดน์และเลเซอร์ทับทิม ระบบระยะใกล้ภาคพื้นดินมักใช้เลเซอร์ฉีดแกลเลียมอาร์เซไนด์

แซฟไฟร์มีความโปร่งใส ดังนั้นจึงทำจากเพลตสำหรับอุปกรณ์เกี่ยวกับแสง

คริสตัลแซฟไฟร์จำนวนมากถูกส่งไปยังอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

ฟลินท์ อเมทิสต์ แจสเปอร์ โอปอล โมรา ล้วนแล้วแต่เป็นควอตซ์ เม็ดทรายควอทซ์เม็ดเล็กๆ และควอตซ์ที่สวยงามและมหัศจรรย์ที่สุดก็คือหินคริสตัลเช่น คริสตัลควอตซ์โปร่งใส ดังนั้นเลนส์ ปริซึม และส่วนอื่นๆ ของอุปกรณ์เกี่ยวกับสายตาจึงทำจากควอตซ์โปร่งใส

วัสดุโพลีคริสตัลไลน์โพลารอยด์ยังพบว่ามีการนำไปใช้ในเทคโนโลยีอีกด้วย โพลารอยด์เป็นฟิล์มโปร่งใสบาง ๆ ที่เต็มไปด้วยคริสตัลรูปเข็มโปร่งใสเล็ก ๆ ของสารที่แยกสลายและโพลาไรซ์แสง คริสตัลทั้งหมดวางขนานกัน ดังนั้นคริสตัลทั้งหมดจึงมีโพลาไรซ์แสงที่ผ่านฟิล์มเท่ากัน ฟิล์มโพลารอยด์ถูกนำมาใช้ในแว่นตาโพลารอยด์ โพลารอยด์จะตัดแสงสะท้อนของแสงที่สะท้อนออกไป ทำให้แสงอื่นๆ ทั้งหมดสามารถทะลุผ่านได้ สิ่งเหล่านี้ขาดไม่ได้สำหรับนักสำรวจขั้วโลกที่ต้องมองภาพสะท้อนที่แวววาวอยู่ตลอดเวลา แสงอาทิตย์จากทุ่งหิมะอันหนาวเหน็บ แว่นตาโพลารอยด์จะช่วยป้องกันการชนกับรถยนต์ที่กำลังสวนทางซึ่งมักเกิดขึ้นบ่อยครั้งเนื่องจากการที่ไฟของรถที่กำลังสวนมาทำให้คนขับตาบอดและเขาไม่เห็นรถคันนี้ หากกระจกหน้ารถและกระจกไฟรถยนต์ทำจากโพลารอยด์และโพลารอยด์ทั้งสองถูกหมุนเพื่อให้แกนแสงถูกเลื่อน

การแข่งขันกีฬาโอลิมปิกทางอินเทอร์เน็ต All-Russian สำหรับเด็กนักเรียน นักศึกษา นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา และนักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ในสาขาระบบนาโน วัสดุนาโน และเทคโนโลยีนาโน "นาโนเทคโนโลยี - ความก้าวหน้าสู่อนาคต!"

GBOU Lyceum หมายเลข 000, มอสโก

งานสร้างสรรค์

เกี่ยวกับคริสตัล

งานนี้ดำเนินการโดยนักเรียนของ GBOU Lyceum 1575, มอสโก:

หัวหน้างาน:

ครูฟิสิกส์ หัวหน้าภาควิชาวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ สถานศึกษา 1575

ครูสอนพิเศษ: Olga Usovich, มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก

คำอธิบายประกอบ

เกี่ยวกับคริสตัล

เป้าหมายของงาน:ศึกษาว่าคริสตัลธรรมชาติคืออะไร คุณสมบัติของมัน ปลูกคริสตัลจากแอมโมเนียมโมโนฟอสเฟต

ความเกี่ยวข้อง:คริสตัลดึงดูดความสนใจของผู้คนมายาวนานด้วยความสวยงาม รูปร่างสม่ำเสมอ และความลึกลับ ร่างกายเหล่านี้ล้อมรอบเรามาตลอดชีวิต เพราะมันรวมถึงน้ำแข็ง หิมะ เกล็ดหิมะ และหินมีค่าและกึ่งมีค่ามากมาย เช่นเดียวกับวัตถุแข็งซึ่งมีการจัดเรียงอะตอมเป็นประจำจนเกิดเป็นโครงตาข่ายคริสตัล แม้แต่นักวิทยาศาสตร์ชื่อดังอย่าง Lomonosov ก็แสดงความสนใจในคริสตัล: “...ความอยากรู้อยากเห็นเพียงอย่างเดียวกระตุ้นให้เรารู้ถึงภายในของธรรมชาติใต้ดินของรัสเซีย และเมื่อบรรยายถึงความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์โดยทั่วไปแล้ว ก็แสดงต่อสภาวิทยาศาสตร์”

งาน: 1.ค้นหาข้อมูลเกี่ยวกับคริสตัลและแร่ธาตุคืออะไร

3. พูดคุยเกี่ยวกับทรายคืออะไร

4. ดำเนินการทดลองการปลูกคริสตัล

ผลลัพธ์:

1. เราเรียนรู้ว่าคริสตัลจดจำประวัติศาสตร์การเติบโตได้

2. เราปลูกคริสตัลจากแอมโมเนียมฟอสเฟต เช่นเดียวกับคริสตัลบนกระดาษแข็งเนื่องจากการเติบโตของเส้นเลือดฝอย

3. ทำชุดทรายขนาดเล็ก

1. บทนำ. 4

2. คริสตัลและแร่ธาตุ 5

2.1 ประเภทของคริสตัล 7

2.2 คริสตัลในอุดมคติ 7

2.3 คริสตัลแท้ 7

3. คุณสมบัติของคริสตัล................................................ ....... ................................... ……..8

3.1 สมมาตร………………………………………………………………………...8

3.2 แอนไอโซโทรปี……………………………………………………………………8

4. ผลึกทราย…………...…………………………………………...….9

5. ส่วนทางทฤษฎี: “คริสตัลที่กำลังเติบโต” 12

5.1 ทำไมคริสตัลถึงโต.. 12

6. การเพาะเลี้ยงคริสตัลอย่างอิสระ 13

6.1 ผลึกแอมโมเนียมฟอสเฟต 13

บรรณานุกรม. 15

“เกือบทั้งโลกเป็นผลึก

โลกถูกปกครองโดยคริสตัลและของแข็งของมัน

กฎหมายตรงไปตรงมา”

นักวิชาการ

1. บทนำ.

ตั้งแต่วัยเด็กเราจำนิทานที่ปู่ย่าตายายและพ่อแม่เล่าให้เราฟังได้ นิทานเหล่านี้มาจากหลายประเทศ ในธีมที่แตกต่างกัน มีตัวละครที่แตกต่างกัน แต่ทั้งหมดมีสิ่งหนึ่งที่เหมือนกัน คือล้วนมีเวทมนตร์ บางครั้งมันก็ถ่ายทอดผ่านความสามารถเหนือธรรมชาติของตัวละครและบางครั้งก็ถ่ายทอดผ่านวัตถุเวทย์มนตร์ วัตถุเหล่านี้มักกลายเป็นคริสตัล: คริสตัลแห่งปัญญา คริสตัลแห่งนิรันดร์... มีเทพนิยายมากกว่าหนึ่งเรื่องที่มีชื่อกล่าวถึงคริสตัล: "กล่องมาลาไคต์", "นายหญิงแห่งภูเขาทองแดง", "ความทรงจำของหิน ". และถึงแม้ว่าคริสตัลในชีวิตจริงจะไม่มีคุณสมบัติวิเศษ แต่ความสนใจของฉันที่มีต่อพวกมันยังคงอยู่มาตั้งแต่เด็ก

ในโครงการของเรา เราพูดคุยเกี่ยวกับคริสตัล คุณสมบัติของพวกมัน และพูดถึงหัวข้อทราย เนื่องจากเม็ดทรายแต่ละเม็ดเป็นผลึกควอตซ์ที่แยกจากกัน นอกจากนี้ ในภาคปฏิบัติของงานนี้ เรายังปลูกผลึกจากแอมโมเนียม โมโนฟอสเฟตอีกด้วย

1.
2.คริสตัลและแร่ธาตุ.

ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพและโครงสร้างโมเลกุล ของแข็งถูกแบ่งออกเป็นสามประเภท: ผลึก อสัณฐาน และคอมโพสิต

คริสตัลเป็นของแข็งซึ่งมีการจัดเรียงอะตอมเป็นระยะ ก่อให้เกิดการจัดเรียงเชิงพื้นที่เป็นระยะสามมิติ - โครงตาข่ายคริสตัล

โครงสร้างผลึกแยกกันสำหรับแต่ละสาร หมายถึงคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีขั้นพื้นฐาน

การตกผลึกคือการก่อตัวของผลึกจากไอ สารละลาย การหลอม สารในสถานะของแข็ง (อสัณฐานหรือผลึกอื่นๆ) ในระหว่างอิเล็กโทรไลซิสและปฏิกิริยาเคมี นำไปสู่การก่อตัวของแร่ธาตุ

คริสตัลมีขนาดแตกต่างกันไป ส่วนมากสามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์เท่านั้น แต่มีคริสตัลขนาดยักษ์ที่มีน้ำหนักหลายตัน

ประเภทของเซลล์ผลึกน้ำแข็งถูกกำหนดครั้งแรกโดย Linus Poiling ในปี 1935

ในเซลล์หน่วยดังกล่าว ออกซิเจนแต่ละอะตอมจะอยู่ติดกับไฮโดรเจนสี่อะตอม และมุมระหว่างพันธะคือ 109.5° ในขณะที่น้ำจะมีมุมเป็น 105° ความแตกต่างของมุมนี้ทำให้รูปร่างของโมเลกุลบิดเบี้ยว ส่งผลให้อะตอมไฮโดรเจนไม่สามารถอยู่ตรงกลางระหว่างอะตอมออกซิเจนได้ หน่วยเซลล์น้ำแข็งมีโครงสร้างหกเหลี่ยมที่สอดคล้องกับความสมมาตรหกด้านของเกล็ดหิมะ

โครงสร้างหกเหลี่ยมของน้ำแข็งยังคงมีเสถียรภาพที่อุณหภูมิห้องจนกระทั่งจุดหลอมเหลว ที่อุณหภูมิและความดันอื่น อาจเกิดเกล็ดหิมะและเกล็ดน้ำแข็งที่มีโครงสร้างต่างกันได้

ผลึกที่แตกต่างกันไม่จำเป็นต้องเกิดจากองค์ประกอบที่แตกต่างกัน ตัวอย่าง เพชรและกราไฟท์ ความแตกต่างในคุณสมบัติเกิดจากความแตกต่างในโครงสร้างผลึกเท่านั้น

แร่ธาตุคือร่างกายตามธรรมชาติที่มีองค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างผลึกที่แน่นอน ซึ่งเกิดขึ้นจากกระบวนการทางกายภาพและเคมีตามธรรมชาติ และมีคุณสมบัติทางกายภาพ ทางกล และทางเคมีบางประการ

คำว่า "แร่" หมายถึงสารผลึกอนินทรีย์ธรรมชาติที่เป็นของแข็ง

ตามที่นักแร่วิทยาผู้มีชื่อเสียงซึ่งเป็นศาสตราจารย์แห่งสถาบันเหมืองแร่เซนต์ปีเตอร์สเบิร์กกล่าวว่า "แร่ก็คือผลึก" เป็นที่ชัดเจนว่าคุณสมบัติของแร่ธาตุและหินมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับคุณสมบัติทั่วไปของสถานะผลึก

นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย E. S. Fedorov ยอมรับว่าในธรรมชาติมีเพียง 230 กลุ่มอวกาศที่แตกต่างกันเท่านั้นที่สามารถดำรงอยู่ได้ ครอบคลุมโครงสร้างผลึกทุกประเภท

รวมไปถึงโปรยคริสตัลแบบเรียบง่าย

ลูกบาศก์ธรรมดา (อนุภาคอยู่ที่จุดยอดของลูกบาศก์)

ลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางหน้า (อนุภาคตั้งอยู่ทั้งที่จุดยอดของลูกบาศก์และที่ศูนย์กลางของแต่ละหน้า)

ลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางร่างกาย (อนุภาคตั้งอยู่ทั้งที่จุดยอดของลูกบาศก์และตรงกลางของเซลล์ลูกบาศก์แต่ละเซลล์)

หกเหลี่ยม

ลักษณะที่สำคัญที่สุดของแร่ธาตุคือโครงสร้างและองค์ประกอบทางเคมีของผลึก คุณสมบัติอื่นๆ ทั้งหมดของแร่ธาตุจะตามมาหรือมีความเชื่อมโยงถึงกัน

2.1 ประเภทของคริสตัล

ผลึกจะถูกแบ่งออกเป็นไอออนิก โควาเลนต์ โมเลกุลและโลหะ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของพวกมัน

ผลึกไอออนิกถูกสร้างขึ้นจากไอออนบวกสลับ (ไอออนที่มีประจุบวก) และไอออน (ไอออนที่มีประจุลบ) ที่ถูกยึดไว้ในลำดับเฉพาะโดยแรงดึงดูดและแรงผลักของไฟฟ้าสถิต ผลึกไอออนิกก่อให้เกิดเกลือส่วนใหญ่ของกรดอนินทรีย์และกรดอินทรีย์ ออกไซด์ ไฮดรอกไซด์ และเกลือ ในผลึกโควาเลนต์ (เรียกอีกอย่างว่าอะตอมมิก) ที่โหนดของโครงผลึกจะมีอะตอมเหมือนกันหรือต่างกันซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ (เกิดจากการทับซ้อนกันของเมฆอิเล็กตรอนวาเลนซ์คู่ที่ทับซ้อนกัน) การเชื่อมต่อเหล่านี้มีความแน่นหนาและมุ่งตรงไปที่บางมุม ตัวอย่างทั่วไปคือเพชร ในคริสตัลนั้น อะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมจะเชื่อมต่อกับอะตอมอีกสี่อะตอมซึ่งอยู่ที่จุดยอดของจัตุรมุข

ผลึกโมเลกุลถูกสร้างขึ้นจากโมเลกุลที่แยกออกมาซึ่งมีแรงดึงดูดที่ค่อนข้างอ่อนทำหน้าที่ เป็นผลให้ผลึกดังกล่าวมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำกว่ามากและมีความแข็งต่ำ จากสารประกอบอนินทรีย์ ผลึกโมเลกุลจะก่อตัวเป็นอโลหะหลายชนิด (ก๊าซมีตระกูล ไฮโดรเจน ไนโตรเจน ฟอสฟอรัสขาว ออกซิเจน ซัลเฟอร์ ฮาโลเจน) สารประกอบที่โมเลกุลถูกสร้างขึ้นโดยพันธะโควาเลนต์เท่านั้น คริสตัลประเภทนี้ยังเป็นลักษณะของสารประกอบอินทรีย์เกือบทั้งหมดอีกด้วย

ผลึกโลหะก่อตัวเป็นโลหะบริสุทธิ์และโลหะผสม ผลึกดังกล่าวสามารถเห็นได้บนโลหะที่แตกหัก เช่นเดียวกับบนพื้นผิวของแผ่นสังกะสี ตาข่ายคริสตัลของโลหะนั้นเกิดจากแคตไอออนที่ถูกพันธะด้วยอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ (“แก๊สอิเล็กตรอน”) โครงสร้างนี้กำหนดการนำไฟฟ้า ความอ่อนตัว และการสะท้อนแสงสูง (ความแวววาว) ของคริสตัล

จำเป็นต้องแยกคริสตัลในอุดมคติและคริสตัลแท้ออกจากกัน

2.2 คริสตัลในอุดมคติ

ในความเป็นจริงแล้ว มันคือวัตถุทางคณิตศาสตร์ที่มีความสมมาตรโดยธรรมชาติอย่างสมบูรณ์ ทำให้ขอบเรียบเรียบในอุดมคติ

2.3 คริสตัลแท้

โดยจะมีข้อบกพร่องต่างๆ ในโครงสร้างภายในของโครงตาข่าย การบิดเบี้ยวและความผิดปกติบนใบหน้าเสมอ และมีความสมมาตรของรูปทรงหลายเหลี่ยมลดลงเนื่องจากสภาวะการเติบโตที่เฉพาะเจาะจง ความหลากหลายของตัวกลางป้อน ความเสียหาย และการเสียรูป คริสตัลจริงไม่จำเป็นต้องมีผิวหน้าผลึกและรูปร่างสม่ำเสมอ แต่ยังคงคุณสมบัติหลักไว้ นั่นคือตำแหน่งปกติของอะตอมในโครงตาข่ายคริสตัล

ในการแสดงโครงสร้างดังกล่าวด้วยสายตา จะใช้โครงผลึกที่จุดศูนย์กลางของอะตอมหรือโมเลกุล (หรือไอออน) ของสารตั้งอยู่ องค์ประกอบขัดแตะขนาดต่ำสุดเรียกว่าเซลล์หน่วย ตาข่ายคริสตัลทั้งหมดสามารถสร้างขึ้นได้โดยการถ่ายโอนเซลล์หน่วยแบบขนานในบางทิศทาง

คริสตัล ซึ่งสำคัญมาก จำเรื่องราวเบื้องหลังของพวกเขา ซึ่งเป็น "สถานที่เกิด" ของพวกเขา

คริสตัลเกิดขึ้น:

ในขณะที่การก่อตัวของสารอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางเคมี

เมื่อโมเลกุลของน้ำถูกเติมเข้าไปในโมเลกุลของเกลือ

เมื่อตัวถูกละลายตกตะกอนจากสารละลาย

เมื่อสารที่เป็นก๊าซหรือของเหลวเปลี่ยนเป็นของแข็ง

เมื่อผลึกเติบโต อะตอมจะถูกจัดเรียงตามลำดับที่แน่นอน ในเวลานี้ อิทธิพลภายนอกเกิดขึ้น (อุณหภูมิ การเปลี่ยนแปลงความดัน) ด้วยเหตุนี้ความคลาดเคลื่อนจึงเกิดขึ้นเนื่องจากการจัดเรียงอะตอมในลำดับที่แตกต่างกัน ปรากฎว่าเมื่อดูความคลาดเคลื่อน คุณจะเข้าใจได้ว่าคริสตัลนี้มาจากไหน ก่อตัวอย่างไร และเกิดอะไรขึ้นในบริเวณใกล้เคียง ตัวอย่างเช่น เกล็ดหิมะไม่สามารถเหมือนกันได้ เนื่องจากไม่มีสภาวะการก่อตัวหรือสิ่งเจือปนที่เหมือนกันทุกประการ แต่ทั้งหมดล้วนมีรูปทรงหกเหลี่ยมเนื่องจากมีองค์ประกอบพื้นฐานที่คล้ายคลึงกัน และเงื่อนไขก็มีจำกัดเช่นกัน (อุณหภูมิต่ำกว่า 0 เป็นต้น)

เพชร กราไฟต์ และนาโนไดมอนด์เป็นตัวอย่างที่แสดงให้เห็นว่าคริสตัลที่มีคุณสมบัติต่างกันไม่จำเป็นต้องประกอบด้วยสสารต่างกันเสมอไป สารเหล่านี้มีองค์ประกอบเหมือนกันและต่างกันเพียงโครงสร้างของโครงผลึกเท่านั้น เพชรนาโนถูกค้นพบในธรรมชาติในหลุมอุกกาบาตที่เกิดจากการชนของอุกกาบาต เพชรนาโนถูกนำมาใช้ในการสร้างองค์ประกอบนาโนอิเล็กทรอนิกส์

เพชรและกราไฟท์นาโนไดมอนด์

นาโนไดมอนด์

โครงตาข่ายคริสตัลของเพชรและกราไฟท์

3. คุณสมบัติของคริสตัล

แม้ว่าผลึกจริงที่พบในชีวิตของเราจะไม่มี คุณสมบัติมหัศจรรย์ก็มีคุณสมบัติที่น่าสนใจไม่แพ้กัน เช่น

3.1 สมมาตร

ความสม่ำเสมอของโครงสร้างอะตอม (คริสตัลสามารถรวมกับตัวเองผ่านการแปลงสมมาตร) ในธรรมชาติมีกลุ่มอวกาศที่แตกต่างกันเพียง 230 กลุ่ม ซึ่งครอบคลุมโครงสร้างผลึกที่เป็นไปได้ทั้งหมด (ซึ่งก่อตั้งโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย E. S. Fedorov)

3.2แอนไอโซโทรปี

Anisotropy คือความแตกต่างในคุณสมบัติของผลึกในทิศทางที่ต่างกัน Anisotropy เป็นคุณสมบัติเฉพาะของวัตถุที่เป็นผลึก ในกรณีนี้คุณสมบัติของแอนไอโซโทรปีในรูปแบบที่ง่ายที่สุดจะปรากฏในผลึกเดี่ยวเท่านั้น ในโพลีคริสตัล แอนไอโซโทรปีของร่างกายโดยรวมอาจไม่ปรากฏขึ้นเนื่องจากการวางแนวแบบสุ่มของไมโครคริสตัล หรืออาจไม่ปรากฏด้วยซ้ำ ยกเว้นในกรณีที่มีสภาวะการตกผลึกแบบพิเศษ การประมวลผลแบบพิเศษ ฯลฯ

สาเหตุของการเกิดแอนไอโซโทรปีของผลึกก็คือ ด้วยการจัดเรียงอะตอม โมเลกุล หรือไอออนอย่างเป็นระเบียบ แรงอันตรกิริยาระหว่างพวกมันกับระยะห่างระหว่างอะตอมจึงไม่เท่ากันในทิศทางที่ต่างกัน สาเหตุของแอนไอโซโทรปีของผลึกโมเลกุลอาจเป็นเพราะความไม่สมดุลของโมเลกุลด้วย เมื่อมองด้วยตาเปล่า ความแตกต่างนี้มักจะปรากฏก็ต่อเมื่อโครงสร้างผลึกไม่สมมาตรเกินไป

4. ผลึกทราย

ของสะสมจากธรรมชาติ

ทรายทำให้เกิดคอลเลกชันทางธรรมชาติที่สวยงาม

เมื่อฝนตกในทะเลทราย น้ำจะซึมเข้าสู่ทรายอย่างรวดเร็ว หากมียิปซั่มจำนวนมากในทราย อนุภาคของยิปซั่มจะถูกชะล้างออกไปและซึมลึกลงไปด้วยน้ำ เนื่องจากความร้อนแรง น้ำจึงลอยขึ้นสู่ผิวน้ำอีกครั้ง เมื่อน้ำระเหยหมดจะเกิดผลึกยิปซั่มใหม่ เนื่องจากการก่อตัวของแร่เกิดขึ้นในชั้นทราย ทรายจึงกลายเป็นส่วนหนึ่งของผลึก และนักท่องเที่ยวที่ได้ไปเยือนทะเลทรายซาฮาราก็ยินดีที่จะนำหินเหล่านี้ - กุหลาบทะเลทราย - มาเป็นของสะสม เส้นผ่านศูนย์กลางของกลีบ "กุหลาบทะเลทราย" แตกต่างกันไปตั้งแต่ 2-3 มิลลิเมตรถึงหลายเดซิเมตร สีของคริสตัลขึ้นอยู่กับสีของทรายที่ก่อตัวขึ้นทั้งหมด “กุหลาบทะเลทราย” สีขาวพบได้ในตูนิเซียซาฮารา ส่วนสีดำในทะเลทรายของอาร์เจนตินา

ภาพถ่ายโดยทะเลทรายโชโปรอฟ เอ. ซาฮารา ของสะสมจากธรรมชาติ “กุหลาบทะเลทราย” - หินทราย

ปัจจุบันนี้การเก็บทรายจากชายหาดและภูเขาไฟต่างๆ ไม่ใช่เรื่องแปลก แต่มีเพียงไม่กี่คนที่รู้ว่าการสะสมของทรายก็คือการสะสมของคริสตัลเช่นกัน เม็ดทรายแต่ละเม็ดเป็นคริสตัลควอตซ์ขนาดเล็ก!

ทรายจากเหมืองหินส่วนใหญ่ประกอบด้วยผลึกควอตซ์สีเหลืองและมีสิ่งเจือปนน้อยที่สุด ทรายจากภูเขาไฟ Gozo อาจมีออบซิเดียนหรือแก้วภูเขาไฟ ในทรายจากกรีซ เม็ดทรายจำนวนมากไม่ใช่ผลึกควอตซ์ แต่เป็นแร่ธาตุขนาดเล็กของสารอื่นๆ หาดทรายสีขาวจากชายหาดของตูนิเซียไม่มีสารแปลกปลอมเลย เป็นคริสตัลควอตซ์สีขาวทั้งหมด หินทรายเป็นหินแข็งที่ประกอบด้วยเม็ดทรายที่ “หลอมรวม” เข้าด้วยกัน หินคริสตัลมีอะไรหลายอย่างเหมือนกันกับทราย สิ่งเหล่านี้ก็เป็นคริสตัลควอตซ์เช่นกัน แต่หินคริสตัลมีขนาดใหญ่กว่า

รูปที่ 1. ทรายธรรมดาจากเหมืองหิน รูปที่ 2 ทรายจากหาดทรายขาวของตูนิเซีย

รูปที่ 3 ทรายภูเขาไฟ

จากกรีซ รูปที่ 4 กำเนิดออบซิเดียน

รูปที่ 5. ทรายจากเกาะโกโซ

ภาพถ่ายถูกถ่ายโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ที่มีกำลังขยาย 10

5. ส่วนทางทฤษฎี: “คริสตัลที่กำลังเติบโต”

5.1 เหตุใดคริสตัลจึงเติบโต

เหตุใดคริสตัลเทียมจึงถูกสร้างขึ้น ในเมื่อของแข็งเกือบทั้งหมดรอบตัวเรามีโครงสร้างผลึกอยู่แล้ว

ประการแรก ผลึกธรรมชาติไม่ได้มีขนาดใหญ่เพียงพอเสมอไป พวกมันมักจะต่างกันและมีสิ่งเจือปนที่ไม่พึงประสงค์ เมื่อปลูกแบบเทียมก็เป็นไปได้ที่จะได้ผลึกที่ใหญ่กว่าและบริสุทธิ์กว่าในธรรมชาติ

นอกจากนี้ยังมีคริสตัลที่หายากและมีมูลค่าสูงในธรรมชาติ แต่มีความจำเป็นอย่างมากในด้านเทคโนโลยี ดังนั้นจึงได้มีการพัฒนาวิธีการในห้องปฏิบัติการและโรงงานสำหรับการปลูกผลึกเพชร ควอตซ์ และคอรันดัม ผลึกขนาดใหญ่ที่จำเป็นสำหรับเทคโนโลยีและวิทยาศาสตร์ อัญมณีเทียม และวัสดุผลึกสำหรับเครื่องมือที่มีความแม่นยำนั้นปลูกในห้องปฏิบัติการ ผลึกเหล่านั้นยังถูกสร้างขึ้นที่นั่นและศึกษาโดยนักเขียนผลึกศาสตร์ นักฟิสิกส์ นักเคมี นักโลหะวิทยา และนักแร่วิทยา ค้นพบปรากฏการณ์และคุณสมบัติใหม่ๆ ที่น่าทึ่งในผลึกเหล่านั้น และที่สำคัญที่สุดคือโดยการปลูกคริสตัลเทียม พวกมันสร้างสารที่ไม่มีอยู่ในธรรมชาติเลย ซึ่งก็คือสารใหม่มากมาย ตามที่นักวิชาการ Nikolai Vasilyevich Belov กล่าวว่าคริสตัลขนาดใหญ่เป็นวัตถุสำหรับการสำแดง ศึกษา และการใช้คุณสมบัติที่น่าทึ่งของคริสตัล ซึ่งกำลังปฏิวัติวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง

ในห้องปฏิบัติการและโรงงาน วิธีการผลิตคริสตัลเทียมที่มีคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับเทคโนโลยีได้รับการปรับปรุงมากขึ้น กล่าวคือ คริสตัล "เพื่อวัด" หรือ "สั่งทำ"

นอกจากนี้เมื่อเราปลูกคริสตัลก็เหมือนกับว่าเรากำลังสร้างเทพนิยายขึ้นมา ราวกับมีเวทย์มนตร์ ผลึกเติบโตจากผงและน้ำ เป็นที่น่าสนใจเช่นกันที่เมื่อเราเรียนรู้คำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ของ "เทพนิยาย" สำหรับเราดูเหมือนว่าทุกสิ่งที่อยู่รอบตัวเรานั้นเป็นเทพนิยาย ไม่ใช่เพียงพ่อมดเท่านั้น แต่เป็นนักเคมี ไม่ใช่ผงวิเศษ แต่เป็นแอมโมเนียมโมโนฟอสเฟต ไม่ใช่คริสตัลวิเศษที่มีคุณสมบัติและความงามมหัศจรรย์ แต่เป็นของธรรมดา แต่สวยงามอยู่เสมอ

6.ปลูกคริสตัลด้วยตัวเอง

คริสตัลเกิดขึ้น:

1. ในขณะที่เกิดสารอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางเคมี

2. เมื่อเติมโมเลกุลของน้ำลงในโมเลกุลของเกลือ

3. เมื่อตัวถูกละลายตกตะกอนจากสารละลาย

4. ระหว่างการเปลี่ยนสารก๊าซหรือของเหลวเป็นของแข็ง

6.1 ผลึกแอมโมเนียมฟอสเฟต

1. การเตรียมวัสดุ เราจะต้องมี: แอมโมเนียมฟอสเฟต, ถ้วยตวง, น้ำร้อน, ไม้กวน, ภาชนะสำหรับคริสตัล (สำหรับการปลูกชนิดที่สองก็มีหินด้วย)

2. เติมน้ำร้อน 70 มล. ต่อแอมโมเนียมฟอสเฟต 25 กรัม แล้วคนให้เข้ากันจนแอมโมเนียมฟอสเฟตละลาย

3. A) เทสารละลายที่ได้ลงในภาชนะแล้วรอประมาณหนึ่งวัน

B) 1. เทหินลงในภาชนะสำหรับคริสตัล

2. เทสารละลายลงในภาชนะแล้วรอประมาณหนึ่งสัปดาห์

3.และแช่กระดาษสีเขียวด้วยสารละลายอื่น

คุณยังสามารถปลูกคริสตัลบนกระดาษแข็งได้ (กระดาษแข็งเป็นโครงสร้างที่มีรูพรุน) คุณต้องถูขอบกระดาษแข็งด้วยกระดาษทรายแล้ววางลงในสารละลาย แผนภาพแสดงกระบวนการนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร สารละลายไปถึงขอบของกระดาษแข็งผ่านเส้นเลือดฝอย การระเหยและการตกผลึกเกิดขึ้น และผลึกเติบโตจากสารละลาย

โครงร่างกระบวนการเติบโตของผลึก: เส้นเลือดฝอย - การตกผลึกแบบระเหย

ผลลัพธ์: (ผลึกแอมโมเนียมฟอสเฟต): (ภาพโดยผู้เขียน)

ระบบคริสตัลนี้ประกอบด้วยผลึกแอมโมเนียม ไดไฮโดรเจนฟอสเฟต ซึ่งเป็นวัสดุที่มีศักยภาพและมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าไม่เชิงเส้น

ข้อสรุป:

1.เราเรียนรู้ว่าคริสตัลจดจำประวัติศาสตร์การเติบโตได้

2. เราปลูกคริสตัลจากแอมโมเนียมฟอสเฟต เช่นเดียวกับคริสตัลบนกระดาษแข็งเนื่องจากการเติบโตของเส้นเลือดฝอย

3.ทำชุดทรายขนาดเล็ก

บรรณานุกรม.

1. “โครงสร้างนาโนที่น่าทึ่ง”, Kenneth Defeys และ Stephen Defeys เรียบเรียงโดย Prof. , บินอม 2554

2. “หินและแร่ธาตุ” ป๊อปวิทยาศาสตร์ ฉบับ มีร์ มอสโก 2529

3. “อัญมณี”, Smith G, โลก, 1980

4. “ คู่มือเชิงปฏิบัติเกี่ยวกับแร่วิทยา”, Smolyaninov N. A, วรรณกรรมทางธรณีวิทยา, 2491

5. “พจนานุกรมธรณีวิทยา”, M, 1980

ท่ามกลางความมหัศจรรย์ของธรรมชาติ โลกแห่งหินและแร่ธาตุโดดเด่นด้วยความหลากหลายอันน่าอัศจรรย์และความกลมกลืนของสีและรูปร่าง ความสมบูรณ์แบบตรงกันข้ามกับความเปราะบาง และรูปทรงเรขาคณิตของรูปทรงก็น่าหลงใหล ธรรมชาติเป็นศิลปินที่มีความสามารถมากที่สุด ผลงานของเธอไม่มีค่า เต็มไปด้วยพลังโบราณ ความแข็งแกร่ง และความงามอันศักดิ์สิทธิ์ โลกแห่งหินมีรูปร่างและสีนับพันประเภท และโครงสร้างของแร่ธาตุมักจะมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์เท่านั้น เนื่องจากการก่อตัวของผลึกมีขนาดเล็กมากจนไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า

ความหลากหลายของคริสตัลนั้นยิ่งใหญ่พอๆ กับความหลากหลายของใบหน้ามนุษย์ เช่นเดียวกับเรา คริสตัลไม่เพียงแต่มีรูปลักษณ์เฉพาะตัวเท่านั้น แต่ยังรวมถึงพลังงานภายในด้วย หินแต่ละก้อนมีลักษณะและความแข็งแกร่งของตัวเอง สีของแร่ธาตุมีความหลากหลายและเปลี่ยนแปลงได้ โดยมีสาเหตุหลักมาจากการรวมองค์ประกอบต่าง ๆ ไว้ในโครงตาข่ายคริสตัล แร่ธาตุแต่ละชนิดเกิดขึ้นจากการสังเคราะห์ซึ่งเกิดขึ้นตามกฎฟิสิกส์และเคมีที่เข้มงวด

จินตนาการของธรรมชาติทำให้คริสตัลมีรูปร่างที่แปลกประหลาด ไม่ว่าจะเป็นกลุ่มลำต้นหิน ยิปซั่มกุหลาบทราย เขาวงกตลึกลับแห่งบิสมัท หรือทั้งจักรวาลภายในจีโอดอาเกต ไม่น่าแปลกใจเลยที่สมบัติเหล่านี้จะกลายเป็นของสะสมอันเป็นที่ต้องการ ในเรื่องนี้ฉันก็ไม่มีข้อยกเว้น ชุดแร่ธาตุของฉันแทบจะเรียกได้ว่าเป็นของสะสมไม่ได้ แต่ประกอบด้วยหินที่เป็นที่รักของฉันซึ่งอยู่กับฉันมาเป็นเวลานาน หล่อเลี้ยงฉันด้วยความแข็งแกร่งและแรงบันดาลใจ

และวันนี้ ฉันอยากจะพูดเกี่ยวกับคริสตัลประเภทหลักและที่พบบ่อยที่สุด ได้แก่ ดรูส จีโอเดส และคริสตัลเดี่ยว

ดรูซ(แปลจากภาษาเยอรมัน ดรูสแปลว่า "แปรง")
- นี่คือคริสตัลที่หลอมละลายจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ว่าการเจริญเติบโตระหว่างกันของผลึกทั้งหมดจะถือว่าเป็น druse โดยปกติแล้ว Drusen จะถูกเข้าใจว่าเป็นคริสตัลหลอมรวม ซึ่งสุ่มอยู่บนฐานเดียว ขนาดและจำนวนผลึกใน drusen อาจแตกต่างกันไป ตัวอย่างเช่นเรียกว่าดรูสที่มีขนาดคริสตัลหลายมิลลิเมตร แปรง. เรียกว่าดรูสที่มีฐานแบนและคริสตัลหันไปทางด้านข้างจากตรงกลาง ดอกไม้. การก่อตัวดังกล่าวเรียงรายไปตามผนังแห่งความว่างเปล่า เติบโตบนผนังที่มีรอยแตกร้าว และพบได้ในโพรงหินเปิด มวลรวมในรูปแบบของคริสตัลเป็นลักษณะของแร่ธาตุหลายชนิด - ควอตซ์, แคลไซต์, ฟลูออไรต์, ไพไรต์, แบไรท์, เฟลด์สปาร์, โกเมน ฯลฯ

Druze ในความหมายที่เป็นสากลมากขึ้นคือชุดของคริสตัลที่อยู่ร่วมกันอย่างกลมกลืนและสงบสุข นี่คือการแสดงตัวตนของสังคมที่พัฒนาแล้ว ซึ่งสมาชิกแต่ละคนมีเอกลักษณ์และสมบูรณ์แบบ แต่พวกเขาทั้งหมดอาศัยอยู่บนพื้นฐานเดียวกันและแก้ไขปัญหาร่วมกัน คริสตัลแต่ละอันมีอิทธิพลต่อเพื่อนบ้านทั้งด้วยพลังงานของตัวเองและสิ่งที่ได้รับจากคนที่มันรัก ด้วยการชาร์จไฟซึ่งกันและกัน คริสตัลดรูซี่จะปล่อยพลังงานอันทรงพลังออกสู่พื้นที่โดยรอบ Drusen เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทำความสะอาดห้องเพราะดูดซับ เปลี่ยนรูป และแผ่พลังงาน

จีโอด(จากภาษากรีก จีโอเดสซึ่งแปลว่า "เหมือนดิน" "เหมือนดิน")
- สิ่งเหล่านี้คือการก่อตัวทางธรณีวิทยา ช่องว่างในหิน ผนังซึ่งมักจะเรียงรายไปด้วยผลึกหรือโครงสร้างทรงกลม. geode สามารถมีรูปร่างใดก็ได้ แต่มักจะเป็นรูปทรงกลมหรือทรงรี ขนาดอาจมีตั้งแต่หลายมิลลิเมตรถึงหลายเมตร geodes ที่ใหญ่ที่สุดสามารถเข้าถึงขนาดมากกว่า 1 เมตรและเรียกว่า ถ้ำ. มีขนาดเล็กเรียกว่าขนาดน้อยกว่า 1 ซม ต่อมทอนซิล. Geodes ที่ประกอบด้วยแร่ธาตุของกลุ่มควอตซ์ (อเมทิสต์ หินคริสตัล อาเกต ซิทริน โมรา ฯลฯ) เป็นเรื่องธรรมดาโดยเฉพาะ แต่ก็เป็นเรื่องปกติสำหรับแร่ธาตุอื่นๆ อีกมากมายที่สะสมอยู่ในช่องว่าง Geode อเมทิสต์ที่ใหญ่ที่สุด (จักรพรรดินีแห่งอุรุกวัย) มีน้ำหนัก 2.5 ตันและมีขนาดมากกว่า 3 เมตร

เนื่องจากรูปร่างทรงกลม geodes จึงรวบรวมพลังงานภายใน สร้างโครงสร้าง ทำให้บริสุทธิ์ และแผ่พลังงานออกไปด้านนอกผ่านคริสตัล เนื่องจากรูปร่างเว้าและคริสตัลหลายอัน พลังงานจึงถูกขยาย แต่ต่างจากผลึกเดี่ยวและดรูสตรงที่มันถูกปล่อยออกมาเบากว่า Geodes ถือเป็นหินชามานิกและใช้เพื่อให้ได้รับนิมิตและเข้าสู่สภาวะที่เปลี่ยนแปลงไป Geode ไม่เพียงแต่เหมาะสำหรับการตกแต่งบ้านของคุณเท่านั้น แต่ยังช่วยขจัดพลังงานเชิงลบอีกด้วย เช่นเดียวกับ druse geodes สามารถและควรถูกชาร์จด้วยพลังงานของดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ หรือเทียน (ไฟ)

โมโนคริสตัล
- นี่คือคริสตัลที่เป็นเนื้อเดียวกันที่แยกจากกันซึ่งมีโครงตาข่ายต่อเนื่องกัน รูปร่างภายนอกของผลึกเดี่ยวถูกกำหนดโดยโครงตาข่ายและเงื่อนไข (ส่วนใหญ่เป็นความเร็วและความสม่ำเสมอ) ของการตกผลึก ผลึกเดี่ยวที่เติบโตอย่างช้าๆ มักจะได้การเจียระไนตามธรรมชาติที่กำหนดไว้อย่างดีเสมอ และที่อัตราการตกผลึกสูง แทนที่จะเป็นผลึกเดี่ยว จะเกิดโพลีคริสตัลที่เป็นเนื้อเดียวกัน (หรือเม็ดคริสตัล) ซึ่งประกอบด้วยผลึกเดี่ยวขนาดเล็กจำนวนมาก ตัวอย่างของผลึกเดี่ยวธรรมชาติที่มีเหลี่ยมเพชรพลอย ได้แก่ ผลึกเดี่ยวของควอตซ์ เกลือสินเธาว์ สปาร์ไอซ์แลนด์ เพชร โทแพซ ฟลูออไรต์ ฯลฯ

โมโนคริสตัลเป็นตัวรวมศูนย์ ตัวนำ และเครื่องแปลงพลังงานที่ดีเยี่ยม ผลึกเดี่ยวปลายคู่ ต่างจากคริสตัลที่มีจุดยอดเดียว สามารถนำพลังงานไปพร้อมกันในทั้งสองทิศทาง ในการบำบัดด้วยหิน จะใช้ผลึกเดี่ยวเพื่อคืนช่องพลังงาน เพื่อส่งพลังงานของหินไปยังอวัยวะต่างๆ อย่างชัดเจน โมโนคริสตัลสามารถกำจัดพลังงานเชิงลบและในขณะเดียวกันก็เติมพลังงานบวกใหม่เข้าไปด้วย เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการฟื้นฟูและจัดโครงสร้างบุคลิกภาพ รวมจิตสำนึกและจิตวิญญาณเข้าด้วยกัน

ของแข็งแบ่งออกเป็นวัตถุอสัณฐานและผลึก ความแตกต่างระหว่างอย่างหลังและอย่างแรกคืออะตอมของคริสตัลถูกจัดเรียงตามกฎบางอย่าง จึงทำให้เกิดการจัดเรียงเป็นคาบสามมิติ ซึ่งเรียกว่าโครงตาข่ายคริสตัล

เป็นที่น่าสังเกตว่าชื่อของคริสตัลมาจากคำภาษากรีกว่า "แช่แข็ง" และ "เย็น" และในสมัยของโฮเมอร์คำนี้ใช้เพื่ออธิบายหินคริสตัลซึ่งต่อมาถือว่าเป็น "น้ำแข็งแช่แข็ง" ในตอนแรก คำนี้ใช้เพื่ออธิบายเฉพาะการก่อตัวโปร่งใสที่มีเหลี่ยมเพชรพลอยเท่านั้น แต่ต่อมาวัตถุธรรมชาติที่ทึบแสงและไม่ได้เจียระไนก็เริ่มถูกเรียกว่าคริสตัล

โครงสร้างคริสตัลและตาข่าย

คริสตัลในอุดมคติจะแสดงในรูปแบบของโครงสร้างที่เหมือนกันซ้ำ ๆ เป็นระยะ ๆ ซึ่งเรียกว่าเซลล์พื้นฐานของคริสตัล โดยทั่วไป รูปร่างของเซลล์ดังกล่าวจะเป็นทรงขนานเฉียง

จำเป็นต้องแยกแยะระหว่างแนวคิดต่างๆ เช่น ตาข่ายคริสตัลและโครงสร้างคริสตัล ประการแรกคือนามธรรมทางคณิตศาสตร์ที่แสดงถึงการจัดเรียงจุดต่างๆ ในอวกาศอย่างสม่ำเสมอ แม้ว่าโครงสร้างผลึกจะเป็นวัตถุทางกายภาพที่แท้จริง แต่เป็นคริสตัลซึ่งมีกลุ่มอะตอมหรือโมเลกุลบางกลุ่มสัมพันธ์กับจุดแต่ละจุดของโครงตาข่ายคริสตัล

โครงสร้างผลึกของโกเมน - สี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนและสิบสองหน้า

ปัจจัยหลักที่กำหนดคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าและทางกลของคริสตัลคือโครงสร้างของเซลล์หนึ่งหน่วยและอะตอม (โมเลกุล) ที่เกี่ยวข้องกัน

แอนไอโซโทรปีของคริสตัล

คุณสมบัติหลักของคริสตัลที่แยกความแตกต่างจากวัตถุอสัณฐานคือแอนไอโซโทรปี ซึ่งหมายความว่าคุณสมบัติของคริสตัลจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับทิศทาง ตัวอย่างเช่น การเสียรูปที่ไม่ยืดหยุ่น (ไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้) จะเกิดขึ้นเฉพาะในระนาบบางระนาบของคริสตัลและในทิศทางที่แน่นอนเท่านั้น เนื่องจากแอนไอโซโทรปี ผลึกจึงทำปฏิกิริยากับการเสียรูปแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับทิศทางของมัน

อย่างไรก็ตาม มีคริสตัลบางประเภทที่ไม่มีแอนไอโซโทรปี

ประเภทของคริสตัล

คริสตัลแบ่งออกเป็นผลึกเดี่ยวและโพลีคริสตัล โมโนคริสตัลคือสารที่มีโครงสร้างผลึกแผ่ขยายไปทั่วร่างกาย วัตถุดังกล่าวเป็นเนื้อเดียวกันและมีโครงตาข่ายต่อเนื่องกัน โดยปกติแล้วคริสตัลดังกล่าวจะมีการเจียระไนที่เด่นชัด ตัวอย่างของผลึกเดี่ยวตามธรรมชาติ ได้แก่ ผลึกเดี่ยวของเกลือสินเธาว์ เพชรและโทปาซ และควอตซ์

สารหลายชนิดมีโครงสร้างผลึก แม้ว่าโดยปกติแล้วจะไม่มีรูปร่างลักษณะเฉพาะของผลึกก็ตาม สารดังกล่าวได้แก่ โลหะ เป็นต้น การวิจัยแสดงให้เห็นว่าสารดังกล่าวประกอบด้วยผลึกเดี่ยวขนาดเล็กมากจำนวนมาก - เม็ดคริสตัลหรือผลึก สารที่ประกอบด้วยผลึกเดี่ยวที่มีทิศทางต่างกันจำนวนมากเรียกว่าโพลีคริสตัลไลน์ โพลีคริสตัลมักไม่มีเหลี่ยมเพชรพลอย และคุณสมบัติของพวกมันขึ้นอยู่กับขนาดเฉลี่ยของเม็ดคริสตัล ตำแหน่งสัมพัทธ์ และโครงสร้างของขอบเขตของเกรน โพลีคริสตัลรวมถึงสสารต่างๆ เช่น โลหะและโลหะผสม เซรามิกและแร่ธาตุ และอื่นๆ

ตามกฎแล้ว อัญมณีธรรมชาติที่ไม่ผ่านการบำบัดมักจะโดดเด่นเป็นพิเศษสำหรับระนาบเรียบที่ล้อมรอบ ส่งผลให้มีรูปร่างที่มีลักษณะเฉพาะ วัตถุเหล่านี้ซึ่งมีสมมาตรบางอย่าง (ตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 18 พวกมันถูกเรียกว่าคริสตัล) เป็นรูปแบบของการรวมตัวขององค์ประกอบและสารประกอบ โครงสร้างภายในซึ่งถูกกำหนดไว้ข้างต้นว่าเป็นผลึก ชื่อ "คริสตัลลัส" ในหมู่ชาวกรีกและโรมันโบราณเรียกเฉพาะหินคริสตัลเท่านั้น แปลได้ว่า "แช่แข็ง" เนื่องจากหินคริสตัลถูกเข้าใจผิดว่าเป็นน้ำแข็งที่มีการบีบอัดสูง อย่างไรก็ตามเชื่อกันว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นจนถึงปลายศตวรรษที่ 17 เฉพาะในปี ค.ศ. 1672 โรเบิร์ต บอยล์ นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษผู้โด่งดังในบทความเกี่ยวกับอัญมณีล้ำค่า ได้พูดต่อต้านการตีความดังกล่าว เขาชี้ให้เห็นว่าหินคริสตัลหนักกว่าน้ำถึง 2.66 เท่า ดังนั้นจึงไม่สามารถเป็นน้ำแข็งที่ลอยอยู่ในน้ำได้

ในปี ค.ศ. 1723 แพทย์ชาวลูเซิร์น มอริตซ์ อันทอน คาเพลเลอร์ อาจเป็นคนแรกที่ให้ความหมายคำว่า "คริสตัล" ที่กว้างขึ้น และก่อนหน้านี้ในปี 1669 Dane Niels Stensen ในงานของเขา "Dissertationis Prodromus" แสดงให้เห็นว่าควอตซ์มีหน้าน้ำเหมือนกันเสมอ ลักษณะเฉพาะของมัน และมุมระหว่างพวกมันจะเท่ากันเสมอ (กฎแห่งความคงตัวของมุม) . ต่อมาปรากฏว่าการสังเกตผลึกควอตซ์เหล่านี้มีความสำคัญโดยทั่วไปต่อผลึกใดๆ

ขอบคริสตัลปรากฏอย่างไร และคริสตัลเติบโตโดยทั่วไปได้อย่างไร

สารประกอบที่เรารู้จักกันดีในชื่อน้ำ (โมเลกุล H

0,. ประกอบด้วยธาตุไฮโดรเจนและออกซิเจนในอัตราส่วน 2:1) ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ โดยอาจอยู่ในสถานะสถานะของแข็ง (น้ำแข็ง) ของเหลว (น้ำ) หรือก๊าซ (ไอน้ำ) ในสถานะของแข็ง โมเลกุลของน้ำจะเชื่อมโยงถึงกัน ก่อตัวเป็นโครงตาข่ายคริสตัลทั่วไป

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น แรงยึดเกาะซึ่งกันและกันของพันธะประสานกันจะอ่อนลง ซึ่งที่อุณหภูมิ 0°C ไปถึงขั้นที่โครงตาข่ายคริสตัลจะสลายตัว โมเลกุลที่ปล่อยออกมาจะก่อตัวเป็นส่วนผสมใหม่ที่เคลื่อนไหวได้อย่างอิสระโดยสัมพันธ์กัน และสารประกอบจะผ่านเข้าสู่สถานะของเหลว (น้ำ) กระบวนการนี้เรียกว่าการหลอมละลาย (โดยทั่วไปคือการหลอมละลาย)

เมื่อน้ำเย็นลงถึงจุดเยือกแข็ง ในทางกลับกัน แนวโน้มของอะตอมในการประสานงานซึ่งกันและกันจะเพิ่มขึ้น ประการแรก อนุภาคจำนวนเล็กน้อยรวมกันก่อตัวเป็นนิวเคลียสของผลึก ซึ่งต่อมาเมื่อเติบโตอย่างช้าๆ จะก่อตัวเป็นโครงตาข่ายอีกครั้ง เมื่อเสร็จสิ้นกระบวนการนี้ โครงสร้างหลังสามารถแสดงเป็นโครงสร้างอะตอมที่ได้รับคำสั่งได้อีกครั้ง - โครงตาข่ายคริสตัล ต้องเน้นย้ำว่าโครงผลึกเกิดขึ้นจากการเติมอะตอมทีละน้อย นี้เรียกว่าการเติบโตของผลึกขัดแตะ

ในทำนองเดียวกัน เราสามารถอธิบายการเติบโตของผลึกเกลือจากสารละลายที่เป็นน้ำ (ในกรณีทั่วไป จากการหลอมละลาย) สิ่งสำคัญโดยพื้นฐานที่ต้องสังเกตว่าโครงตาข่ายคริสตัลที่กำลังเติบโตนั้นมีแนวโน้มที่จะล้อมรอบตัวเองด้วยโครงข่ายอะตอมแบน ซึ่งตาจะรับรู้ได้เหมือนกับใบหน้าของคริสตัล การเจริญเติบโตของคริสตัลอย่างอิสระและไร้ขีดจำกัดช่วยให้มีลักษณะเป็นขอบ อย่างไรก็ตาม ในธรรมชาติ สถานการณ์การเติบโตที่จำกัดมักเกิดขึ้นเนื่องจากขาดปริมาตรอิสระ การรบกวนจากผลึกที่อยู่ใกล้เคียง และปรากฏการณ์ที่คล้ายกัน เป็นผลให้เกิดเมล็ดที่มีรูปทรงภายนอกที่ไม่สม่ำเสมอโดยสิ้นเชิง แม้ว่าภายนอกจะปรากฏเป็นรูปแบบที่ไม่เป็นระเบียบโดยสิ้นเชิง แต่โดยส่วนใหญ่แล้วโครงสร้างผลึกภายในของพวกมันจะยังคงอยู่อย่างสมบูรณ์และสามารถตรวจพบได้โดยใช้รังสีเอกซ์

คริสตัลในอุดมคตินั้นถูกสร้างขึ้นในเงื่อนไขที่สอดคล้องกับเงื่อนไขของแหล่งกำเนิดและการเติบโตโดยสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม ผลึกที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติส่วนใหญ่จะมีการเบี่ยงเบนเล็กน้อยจากรูปร่างในอุดมคติของมัน นั่นก็คือการบิดเบือน คริสตัลที่มีรูปร่างบิดเบี้ยวเหล่านี้เรียกว่าคริสตัลจริง

เมื่ออธิบายรูปแบบคริสตัลโดยทั่วไป จะมีความแตกต่างระหว่างรูปแบบที่เรียบง่ายและการผสมผสานกัน รูปแบบที่เรียบง่ายจะแสดงในกรณีที่ทุกหน้าของคริสตัลเหมือนกันหรือเทียบเท่ากัน ถ้ามันแตกต่างกันนั่นคือพวกมันอยู่ในรูปแบบง่าย ๆ ที่แตกต่างกันพวกมันพูดถึงการรวมกัน

รูปแบบง่าย ๆ สามารถแบ่งออกเป็นรูปแบบง่าย ๆ แบบปิดซึ่งสามารถมีอยู่ได้ด้วยตัวเอง (มีเพียง 30 รูปแบบในคริสตัลตามกฎของสมมาตร) และรูปแบบเรียบง่ายแบบเปิดซึ่งเป็นไปได้ในการรวมกันเท่านั้น

หากมีรูปแบบเรียบง่ายแบบเปิดรูปแบบเดียวที่ไม่มีรูปแบบอื่นที่เทียบเท่ากัน ก็จะพูดถึงรูปทรงโมโนเฮดรอน (pedion) หากโมโนเฮดรอนมีใบหน้าตรงข้ามขนานกับมัน รูปแบบเรียบง่ายแบบเปิดดังกล่าวเรียกว่าพินนาคอยด์ และหากระนาบที่เทียบเท่ากันอีกอันไม่ขนานกัน แต่ตั้งอยู่ที่มุมหนึ่งกับระนาบแรก รูปแบบนี้เรียกว่าบ้าน (เนื่องจาก มีลักษณะคล้ายหลังคาหน้าจั่ว) หรือไดฮีดรา เมื่อระนาบที่เท่ากันสองอันมาบรรจบกันเป็นรูปลิ่ม จะเกิดสฟีนอยด์ (ไดฮีดรอนตามแนวแกน ครึ่งปริซึม) เกิดขึ้น เมื่อมีระนาบที่เท่ากันหลายอันตัดกันตามขอบขนาน ปริซึมต่างๆ จะเกิดขึ้น: สามเหลี่ยมสามด้าน (ตรีโกณมิติ) สี่เหลี่ยมจัตุรัสสี่ด้าน (สี่เหลี่ยม) สี่เหลี่ยมสี่ด้าน (ขนมเปียกปูน) และหกด้าน (หกเหลี่ยม)

ปิรามิดเป็นรูปแบบเปิดที่เกิดจากระนาบที่เท่ากันหลายอัน โดยขอบของมันมาบรรจบกันที่จุดหนึ่ง ปิรามิดชนิดพิเศษมีชื่อเดียวกันกับปริซึมที่เกี่ยวข้อง

รูปทรงเรียบง่ายแบบปิด ได้แก่ พีระมิดคู่ ทรงแปดหน้า ทรงสี่เหลี่ยมคางหมู ทรงสี่เหลี่ยมคางหมู ทรงห้าเหลี่ยม บิสฟีนอยด์ (ขนมเปียกปูนและทรงสี่เหลี่ยมทรงสี่เหลี่ยม) ทรงสี่หน้า ทรงลูกบาศก์ (ทรงหกเหลี่ยม) I ทรงสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน ทรงสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน ทรงสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน ทรงห้าเหลี่ยม รูปทรงห้าเหลี่ยม ทรงหกเหลี่ยม (ทรงสี่หน้า) รอน

เนื่องจากรูปแบบเปิดไม่สามารถมีอยู่ได้ด้วยตัวเอง จึงสร้างชุดค่าผสมขึ้นมาเอง อย่างไรก็ตาม แบบฟอร์มปิดมักพบรวมกัน ในรูปแบบง่าย ๆ การรวมกันส่วนใหญ่มักก่อตัวเป็นปริซึมและปินาคอยด์ ปิรามิดและรูปทรงโมโนเฮดรอน มักจะพบปริซึมและปิรามิดคู่อยู่ด้วยกัน บางครั้งก็เป็นลูกบาศก์และทรงแปดหน้าด้วย

เมื่อพิจารณารูปแบบผลึกศาสตร์ทั้งหมดเหล่านี้ เป็นที่ชัดเจนว่าแต่ละรูปแบบมีความสมมาตรที่แน่นอน ระดับที่ได้รับการประเมิน ขึ้นอยู่กับแต่ละองค์ประกอบ องค์ประกอบเหล่านี้ได้แก่: ระนาบของการสะท้อนของกระจก (ระนาบของสมมาตร) แกนของสมมาตร และศูนย์กลางของสมมาตร จากการผสมผสานที่เป็นไปได้ขององค์ประกอบสมมาตรต่างๆ รูปร่างของคริสตัลสามารถแบ่งออกเป็นระบบผลึกศาสตร์ (ระบบ) และคลาสสมมาตร

ความสมมาตรสูงสุดนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยระบบลูกบาศก์ซึ่งมีลูกบาศก์ แปดหน้า สิบหน้าขนมเปียกปูน และรูปทรงอื่น ๆ อยู่ด้วย เพชร โกเมน ฟลูออไรต์ และสฟาเลอไรต์ตกผลึกจากหินมีค่าและหินสีในระบบนี้

นอกจากนี้ตามความสมมาตรสิ่งต่อไปนี้มีความโดดเด่น: ระบบ tetragonal - เพทาย; หกเหลี่ยม - อะพาไทต์, เบริล; ตรีโกณมิติ (จำแนกบางส่วนเป็นรูปหกเหลี่ยม) - ทัวร์มาลีน, คอรันดัม; ขนมเปียกปูน - บุษราคัม; โมโนคลินิก - ออร์โธเคลส; ไตรคลินิก - ลาบราโดไรต์ มีเพียงตัวแทนบางคนของ syngonies แต่ละตัวเท่านั้นที่ได้รับการเสนอชื่อที่นี่ ผลึกไตรคลินิกมีลักษณะสมมาตรต่ำที่สุด

จนถึงขณะนี้ เมื่อพูดถึงคริสตัลและรูปแบบของมัน เราหมายถึงเฉพาะบุคคลเท่านั้น ผลึกเดี่ยว อย่างไรก็ตามโดยธรรมชาติแล้วพวกมันหายากมาก การรวมกันของคริสตัลที่เชื่อมต่อถึงกันที่ได้รับการพัฒนาอย่างดีสองสามตัวเรียกว่าการผสมผสานกันของคริสตัล แต่บ่อยครั้งที่มีการสะสมของผลึกจำนวนมาก ซึ่งมักมีรูปร่างที่ไม่สมบูรณ์ เรียกว่าผลึกมวลรวม