Что такое кристалл в химии. Природные кристаллы - разновидности, свойства, добыча и применение

Рис. 1: а - некоторые синтетические монокристаллы и изделия из них (кварц , гранат, КН 2 РО 4 , алюмокалиевые квасцы и др., стержни рубина для лазеров , сапфировые пластинки); б - кристалл аспартат-трансаминазы (длина ~1 мм); в - микромонокристалл Ge (размер ~5 мкм).

и определяемая ею внеш. огранка. Кристалл, выросший в неравновесных условиях и не имеющий правильной огранки (или потерявший ее в результате обработки), сохраняет кристаллич. структуру и все определяемые ею св-ва. На макроуровне, т.е. при измерении участков кристалла, существенно превышающих расстояния между атомами и размеры элементарных ячеек, кристалл можно рассматривать как сплошную однородную твердую среду, физ., физ.-хим. и др. св-ва к-рой обладают анизотропией и симметрией . Большинство твердых материалов является поликристаллическими; они состоят из множества отдельных беспорядочно ориентированных мелких кристаллич. зерен (кристаллитов), напр. мн. горные породы , техн. металлы и сплавы . Крупные отдельные однородные кристаллы с непрерывной кристаллич. решеткой называют монокристаллами . Таковы кристаллы минералов , напр. громадные (до сотен кг) кристаллы кварца (горного хрусталя), флюорита , кальцита , полевого шпата или относительно мелкие кристаллы берилла, алмаза и др. Кристаллы образуются и растут чаще всего из жидкой фазы - р-ра или расплава ; возможно получение кристаллов из газовой фазы или при фазовом превращ. в твердой фазе (см. Кристаллизация , Монокристаллов выращивание). Существуют пром. и лаб. методы выращивания синтетич. кристаллов - аналогов прир. кристаллов (кварц , рубин, алмаз и др.) и разл. техн. кристаллов, напр. Si, Ge, лейкосапфира, гранатов. Кристаллы образуются и из таких прир. в-в, как белки , нуклеиновые к-ты, а также из вирусов . При определенных условиях можно получить кристаллы синтетич. полимеров . Осн. методы исследования кристаллов, их атомной структуры и ее дефектов - рентгенография , нейтронография , электронография , электронная микроскопия ; используют также оптич. и спектроскопич. методы, в т.ч. ЭПР , ЯМР , электронную и мёссбауэровскую спектроскопии и др.

Атомная структура кристаллов описывается как совокупность повторяющихся в пространстве одинаковых элементарных ячеек, имеющих форму параллелепипедов с ребрами а, b, с (периоды кристаллич. решетки). Расположение атомных плоскостей кристаллич. решетки (к-рым могут соответствовать и грани кристалла) характеризуется кристаллографич. индексами (или индексами Миллера). Они связаны с отсекаемыми соответствующей плоскостью на трех осях кристаллографич. системы координат отрезками, длины к-рых p 1 , р 2 и p 3 выражены в постоянных решетки а, b, с. Если величины, обратные p 1 , р 2 и р 3 , привести к общему знаменателю, а затем отбросить его, то полученные три целых числа h=р 2 p 3 , k=p 1 p 3 , l=p 1 p 2 и естъ индексы Миллера. Они записываются в круглых скобках (hkl). Как правило, кристалл имеет грани с малыми значениями индексов, напр. (100), (110), (311). Равенство нулю одного или двух индексов означает, что плоскости параллельны одной из кристаллографич. осей (осей координат). Если грань пересекает отрицат. направление оси, то над индексом ставится знак минус, напр. (121). Периоды ячеек а, b, с и углы между ребрами a , b , у измеряют рентгенографически.
Симметрия кристаллов. При нек-рых геом. преобразованиях g i кристалл способен совмещаться с самим собой, оставаясь инвариантным (неизменным). На рис. 3, а изображен кристалл кварца . Внеш. его форма такова, что поворотом на 120° вокруг оси 3 он м. б. совмещен сам с собой (совместимое равенство). Кристалл Na 2 SiO 3 (рис. 3,6) преобразуется сам в себя отражением в плоскости симметрии т (зеркальное равенство). Преобразования (операции) симметрии любого кристалла g i - повороты, отражения, параллельные переносы или комбинации этих преобразований -составляют мат. группы G(g 0 , g 1 ,..., g n-1). Число п операций, образующих группу G, наз. порядком группы. Группы преобразований кристаллов обозначают G 3 m , где m - число измерений, в к-ром объект периодичен, верх. индекс 3 означает три измерения пространства, в. к-рых эти группы определены. Кристаллич. многогранник макроскопически непериодичен, группы симметрии таких многогранников (точечные группы) обозначают G 3 0 . Микроструктура кристаллов на атомном уровне - трехмерно-периодическая, т.е.

Рис. 3. Примеры кристаллов разной симметрии : а кристалл кварца (3 - ось симметрии 3-го порядка; 2 x , 2 y , 2 w - оси 2-го порядка); б - кристалл водного Na 2 SiO, (m - плоскость симметрии).

описывается как кристаллич. решетка, соответствующие группы симметрии G 3 3 . После преобразования симметрии части объекта, находившиеся в одном месте, совпадают с частями, находящимися в др. месте. Это означает, что симметричный объект состоит из равных - совместимо и (или) зеркально - частей. Симметрия кристаллов проявляется не только в их структуре и св-вах в реальном трехмерном пространстве, но также и при описании энергетич. спектра электронов кристалла, при анализе дифракции рентгеновских лучей и электронов в кристаллах в обратном пространстве и т.п. Пример кристалла, к-рому присущи неск. операций симметрии , -кристалл кварца ; он совмещается сам с собой при поворотах вокруг оси 3 на 120° (операция g 1), на 240° (операция g 2), а также при поворотах на 180° вокруг осей 2 x , 2 y , 2 w (операции g 3 , g 4 , g 5). Каждой операции симметрии м. б. сопоставлен элемент симметрии - прямая, плоскость или точка, относительно к-рой производится данная операция. Напр., оси 3, 2 x , 2 y , 2 w - ocи симметрии , плоскость m - плоскость зеркальной симметрии и т.п. Последоват. проведение двух операций симметрии также является операцией симметрии . Всегда существует операция идентичности (отождествление) g 0 =1, ничего не изменяющая в кристалле, геометрически соответствующая неподвижности объекта или повороту его на 360° вокруг любой оси. Точечные группы симметрии . Операции точечной симметрии кристалла- повороты вокруг оси симметрии порядка N на угол, равный 360 o /N (рис. 4, а), отражение в плоскости симметрии т (зеркальное отражение; рис. 4,6), инверсия I (симметрия относительно точки; рис. 4, в) инверсионные повороты N (комбинация поворота на угол 360°/N с одновременной инверсией ; рис. 4, г). Геометрически возможные сочетания этих операций определяют ту или иную точечную группу симметрии . При преобразованиях точечной симметрии по крайней мере одна точка объекта остается неподвижной. В ней пересекаются

Рис. 4. Простейшие операции симметрии : а - поворот; б - отражение; в - инверсия ; г - инверсионный поворот; д - винтовой поворот; е - скользящее отражение.

каются все элементы симметрии . Число точечных групп симметрии G 0 3 бесконечно. Однако в кристаллах, ввиду наличия кристаллич. решетки, возможны только операции и соотв. оси симметрии до 6-го порядка, кроме 5-го (в кристаллич.


Примечание. Точечные группы симметрия чаще моего в лит. обозначают их международными символами. решетке такая ось невозможна), к-рые обозначаются символами 1, 2, 3, 4. 6, а также инверсионные оси (она же центр симметрии), 2 (она же плоскость симметрии т), 3, 5, 6. Поэтому число точечных групп симметрии кристаллов, иначе наз. кристаллографи ч. классами кристаллов, ограниченно, их всего 32 (см. табл.). В международные обозначения точечных групп входят символы порождающих их операций симметрии . Эти группы объединяются по симметрии формы элементарной ячейки в 7 сингоний - триклинную, моноклинную, ромбическую, тетрагональную, тригональную, гексагональную, кубическую.

Рис. 5. Простые формы (а) кристаллов и нек-рые их комбинации (б).

Совокупность кристаллографически одинаковых граней (т. е. совмещающихся друг с другом при операциях симметрии данной группы) образует т. наз. простую форму кристалла. Всего существует 47 простых форм кристаллов, но в каждом классе могут реализоваться лишь нек-рые из них. Кристалл может быть огранен гранями одной простой формы (рис. 5, а), но чаще комбинацией этих форм (рис. 5,5). Огранка каждого кристалла подчиняется описывающей его точечной группе симметрии при равномерном развитии кристаллич. многогранника, когда он имеет идеальную форму (рис. 6). Группы, содержащие лишь повороты, описывают кристаллы, состоящие только из совместимо равных частей (группы 1-го рода; примеры таких операций даны на рис 4, a, д). Группы, содержащие отражения или инверсионные повороты, описывают кристаллы, в к-рых есть зеркально равные части (группы 2-го рода; примеры на рис. 4,6, г, е). Кристаллы, описываемые группами 1-го рода, напр. кварца , винной к-ты, могут кристаллизоваться в двух энантиоморфиых формах (правой и левой), каждая из к-рых не содержит элементов симметрии 2-го рода (см. Энантиоморфизм). Мн. св-ва кристаллов, принадлежащих к определенным точечным группам симметрии , описываются т. наз. предельными точечными группами, содержащими оси симметрии бесконечного порядка : . Наличие оси : означает, что


Рис. 6. Примеры огранки кристаллов, принадлежащих к разным точечным группам симметрии (классам): a - класс 2 (одна ось симметрии 2-го порядка, левая и правая формы); б - класс m (одла плоскость симметрии); в - класс (центр симметрии); г - класс 6 (одна инверсионная ось 6-го порядка); д - класс 432 (оси 4-го, 3-го и 2-го порядков).

объект совмещается сам с собой при повороте на любой, в т. ч. бесконечно малый, угол (изотропные твердые тела , текстуры). Таких групп 7 (рис. 7). Т. обр., всего имеется 39 точечных групп, описывающих симметрию св-в кристаллов.

Рис. 7. Фигуры, иллюстрирующие предельные группы симметрии .

пространств. групп антисимметрии G 3,а 0 (шубниковские группы). Если добавочная переменная приобретает не два значения, а несколько (возможны числа 3, 4, 6, 8, ..., 48), то возникает цветная симметрия Белова. Так, известна 81 точечная группа G 3,и 0 и 2942 группы С 3,и 3 . Развит и аппарат симметрии в пространстве 4, 5 измерений, позволяющий описывать сверхпериодичные, т. наз. соразмерные и несоразмерные структуры сегнетоэлектриков , магн. и иных структур.

Рис. 10. Фигура, описываемая точечной группой антисимметрии.

Строение реальных кристаллов. Неравновесные условия кристаллизации приводят к разл. отклонениям формы кристаллов от плоских граней - к округлым граням и ребрам (вициналям), возникновению пластинчатых, игольчатых, нитевидных (см. Нитевидные кристаллы), ветвистых (дендритных), кристаллов типа снежинок. Если в объеме расплава образуется сразу большое число центров кристаллизации , то разрастающиеся кристаллы, встречаясь друг с другом, приобретают форму неправильных зерен. Нередко возникают микроскопии , двойники и др. сростки. При выращивании кристаллов не стремятся обязательно получить их в правильной кристаллографич. огранке, главный критерий качества - однородность и совершенство атомной структуры, отсутствие ее дефектов . Нек-рым кристаллам при выращивании придается форма требуемого изделия - трубы, стержня, пластинки. Вследствие нарушения равновесных условий роста и захвата примесей при кристаллизации , а также под влиянием разл. рода внеш. воздействий идеальная трехмерно-периодич. атомная структура кристалла всегда имеет те или иные нарушения. К ним относят точечные дефекты - вакансии, замещения

Кристаллы
в природе, науке и технике

Белоусов Александр

3 «Б» класс

г. Электросталь

Что такое кристалл? 5

Из истории кристалла 7

Кристаллы в природе 10

Кристаллы в науке и технике 12

Выращиваем кристалл в домашних условиях 18

Заключение 21

Список информационных источников 22

Введение

Целью моего проекта является узнать, что такое кристаллы, откуда они возникают, их значимость для человека.

Для достижения цели проекта мне придется решить следующие задачи:

1. 
   Найти литературу о кристаллах и их фотографии;
2. 
   Изучить природу кристаллов;
3. 
   Узнать, какое значение имеют кристаллы в жизни человека;
4. 
   Попытаться вырастить кристалл в домашних условиях, если это возможно.

Что такое кристалл?

Сера самородная	Вульфенит	Тетраэдрит
Аквамарин	Медный купорос	Поваренная соль
Скаполит	Кристаллы меди	Кварц

Из истории кристалла

Удивительной особенностью горного хрусталя и многих других прозрачных минералов являются их гладкие плоские грани. В конце семнадцатого века было подмечено, что имеется определенная симметрия в их расположении. Было установлено также, что некоторые непрозрачные минералы также имеют естественную правильную огранку и что форма огранки характерна для того или иного минерала. Возникла догадка, что форма кристалла может быть связана с его внутренним строением, что кристаллы образуются посредством регулярного повторения в пространстве одного и того же структурного элемента.

В восемнадцатом веке французский аббат Р. Гаюи выдвинул предположение, что кристаллы возникают в результате правильной укладки крохотных одинаковых частиц, которые он назвал «молекулярными блоками». Р. Гаюи показал, каким образом можно получить гладкие плоские грани кальцита, укладывая такие «кирпичики». Различия в форме разных веществ он объяснил разницей как в форме «кирпичиков», так и в способе их укладки. С восемнадцатого века кристаллом называют все природные правильные формы минералов и других твердых веществ.

Минералы в породе представлены и мелкими зернами, и крупными кристаллами. Минералы образуют красивые кристаллы, если растут медленно.

При росте кристалла в идеальных условиях его форма в течение роста остается неизменной, как если бы к растущему кристаллу непрерывно присоединялись бы элементарные кирпичики. Сейчас известно, что такими элементарными кирпичиками являются атомы или группы атомов. Кристаллы состоят из атомных рядов, периодически повторяющихся в пространстве и образующих кристаллическую решетку.

Виды кристаллов

Идеальный

Абсолютно симметричный с идеализированно ровными гладкими гранями


Реальный

Имеющий различные дефекты внутренней структуры решетки, искажения и неровности на гранях, пониженную симметрию вследствие специфики условий роста, неоднородности питающей среды, повреждений и деформаций. Реальный кристалл сохраняет главное свойство - закономерное положение атомов в кристаллической решётке

Ещё кристаллы бывают жидкими. Жидкие кристаллы - это вещества, которые ведут себя одновременно как жидкости и как твёрдые тела. Молекулы в жидких кристаллах, с одной стороны, довольно подвижны, с другой расположены регулярно, образуя подобие кристаллической структуры (одномерной или двумерной). Часто уже при небольшом нагревании правильное расположение молекул нарушается, и жидкий кристалл становится обычной жидкостью. Напротив, при достаточно низких температурах они замерзают, превращаясь в твёрдые тела.

Считается, что состояние жидкого кристалла открыл в 1888 австрийский ботаник Ф. Рейнитцер. Он обратил внимание, что у кристаллов, которые он изучал, было два разных жидких состояния - мутное и прозрачное. Он отметил также, что при нагревании изменяется цвет жидкого кристалла – от красного к синему, с повторением в обратном порядке при охлаждении. Однако учёные не обратили особого внимания на необычные свойства этих жидкостей. Долгое время физики и химики в принципе не признавали жидких кристаллов, потому что их существование разрушало теорию о трёх состояниях вещества: твёрдом, жидком и газообразном. Научное доказательство существования жидких кристаллов было предоставлено в 1904 году Отто Леманном после многолетних исследований.

Фотографии жидких кристаллов

Кристаллы по происхождению

Естественные

Выросшие в природе без участия человека


Искусственные

Выращенные человеком в специальных условиях

Кристаллы в природе

Кристаллы образуются, когда какое-либо вещество или их комплекс переходит из жидкого или газообразного состояния в твердое. Рост кристалла начинается с образования зародышей и скелетных форм. При длительном равномерном и беспрепятственном поступлении вещества со всех сторон возникают нормальные кристаллические формы, но в большинстве случаев кристаллы стеснены в своем росте соседними телами (соседними кристаллами). Это приводит к образованию несовершенных кристаллов с искаженными гранями, так как поступление растворов, питающих кристалл, происходит с разных сторон неравномерно.

Гигантские кристаллы пещеры Naica в Мексике

Кристаллы в науке и технике

Твердые и жидкие кристаллы используют в технике: при производстве телевизоров, компьютеров, микроволновых печей и других электронных приборов благодаря их электрическим и оптическим свойствам.

Алмаз, рубин, сапфир, гранат и кварц - это не только красивые драгоценные и полудрагоценные камни, которые используются для ювелирных украшений. Алмаз применяют при производстве инструментов для распиливания сверхпрочных материалов. Лазер делается с использованием рубина и граната. Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. Из прозрачного кварца делают линзы, призмы и др. детали оптических приборов.

Физические науки, изучающие кристаллы:

Кристаллофизика - изучает совокупность физических свойств кристаллов;

Кристаллография - изучает идеальные кристаллы c позиций законов симметрии и сопоставляет их с кристаллами реальными;

Структурная кристаллография - занимается определением внутренней структуры кристаллов и классификацией кристаллических решеток;

Кристаллооптика - изучает оптические свойства кристаллов;

Кристаллохимия - изучает кристаллические структуры и их связи с природой вещества.

Электрические и оптические свойства кристаллов

Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках двадцатого века. Некоторые кристаллы генерируют электрический заряд при деформации. Первым их значительным применением было изготовление генераторов радиочастоты со стабилизацией кварцевыми кристаллами. Заставив кварцевую пластинку вибрировать в электрическом поле радиочастотного колебательного контура, можно тем самым стабилизировать частоту приема или передачи.

Полупроводниковые приборы, революционизировавшие электронику, изготавливаются из кристаллических веществ, главным образом кремния и германия. При этом важную роль играют легирующие примеси, которые вводятся в кристаллическую решетку. Полупроводниковые диоды используются в компьютерах и системах связи, транзисторы заменили электронные лампы в радиотехнике, а солнечные батареи, помещаемые на наружной поверхности космических летательных аппаратов, преобразуют солнечную энергию в электрическую. Полупроводники широко применяются также в преобразователях переменного тока в постоянный.

Кристаллы используются также в некоторых лазерах для усиления волн СВЧ-диапазона и в лазерах для усиления световых волн. Кристаллы, обладающие пьезоэлектрическими свойствами, применяются в радиоприемниках и радиопередатчиках, в головках звукоснимателей и в гидролокаторах. Некоторые кристаллы модулируют световые пучки, а другие генерируют свет под действием приложенного напряжения.

Регулярное расположение молекул в жидких кристаллах обусловливает их особые оптические свойства. Их свойствами можно управлять, подвергая действию магнитного или электрического поля. Это используется в жидкокристаллических индикаторах часов, калькуляторов, компьютеров и последних моделей телевизоров.
Алмаз

Самый твердый и самый редкий из природных минералов - алмаз. Сегодня алмаз в первую очередь камень-работник, а не камень-украшение. Благодаря своей исключительной твердости алмаз играет громадную роль в технике. Алмазными пилами распиливают камни. Алмазная пила - это большой (до 2-х метров в диаметре) вращающийся стальной диск, на краях которого сделаны надрезы или зарубки. Мелкий порошок алмаза, смешанный с каким-нибудь клейким веществом, втирают в эти надрезы. Такой диск, вращаясь с большой скоростью, быстро распиливает любой камень. Колоссальное значение имеет алмаз при бурении горных пород, в горных работах. В граверных инструментах, делительных машинах, аппаратах для испытания твердости, сверлах для камня и металла вставлены алмазные острия. Алмазным порошком шлифуют и полируют твердые камни, закаленную сталь, твердые и сверхтвердые сплавы. Сам алмаз можно резать, шлифовать и гравировать тоже только алмазом. Наиболее ответственные детали двигателей в автомобильном и авиационном производстве обрабатывают алмазными резцами и сверлами.

Рубин, сапфир, гранат и наждак

Рубин и сапфир относятся к самым красивым и самым дорогим из драгоценных камней. У всех этих камней есть и другие качества, более скромные, но полезные. Кроваво-красный рубин и лазорево-синий сапфир - это родные братья, это вообще один и тот же минерал - корунд, окись алюминия А12О3. Разница в цвете возникла из-за очень малых примесей в окиси алюминия: ничтожная добавка хрома превращает бесцветный корунд в кроваво-красный рубин, окись титана - в сапфир. Есть корунды и других цветов. Есть у них ещё совсем скромный, невзрачный брат: бурый, непрозрачный, мелкий корунд - наждак, которым чистят металл, из которого делают наждачную шкурку. Корунд со всеми его разновидностями - это один из самых твердых камней на Земле, самый твердый после алмаза. Корундом можно сверлить, шлифовать, полировать, точить камень и металл. Из корунда и наждака делают точильные круги и бруски, шлифовальные порошки. Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. На полупроводниковых заводах тончайшие схемы рисуют рубиновыми иглами. В текстильной и химической промышленности рубиновые нитеводители вытягивают нити из искусственных волокон, из капрона, из нейлона.

Мощный луч лазера громадный мощностью. Он легко прожигает листовой металл, сваривает металлические провода, прожигает металлические трубы, сверлит тончайшие отверстия в твердых сплавах, алмазе. Эти функции выполняет твердый лазер, где используется рубин, гранат с неодитом. В глазной хирургии применяется чаще всего неодиновые лазеры и лазеры на рубине. В наземных системах ближнего радиуса действия часто используются инжекционные лазеры на арсениде галлия. Появились и новые лазерные кристаллы: флюорит, гранаты, арсенид галлия и др.

Сапфир прозрачен, поэтому из него делают пластины для оптических приборов. Основная масса кристаллов сапфира идет в полупроводниковую промышленность.

Кварц

Кремень, аметист, яшма, опал, халцедон - все это разновидности кварца. Мелкие зернышки кварца образуют песок. А самая красивая, самая чудесная разновидность кварца - это и есть горный хрусталь, т.е. прозрачные кристаллы кварца. Поэтому из прозрачного кварца делают линзы, призмы и др. детали оптических приборов. Особенно удивительны электрические свойства кварца. Если сжимать или растягивать кристалл кварца, на его гранях возникают электрические заряды. Это - пьезоэлектрический эффект в кристаллах. В наши дни в качестве пьезоэлектриков используют не только кварц, но и многие другие, в основном искусственно синтезированные вещества: синетову соль, титанат бария, дигидрофосфаты калия и аммония (КДР и АДР) и многие другие. Существуют и пьезоэлектрические методы измерения давления крови в кровеносных сосудах человека и давления соков в стеблях и стволах растений. Пьезоэлектропластинками измеряют, например, давление в стволе артиллерийского орудия при выстреле, давление в момент взрыва бомбы, мгновенные давления в цилиндрах двигате­лей при взрыве в них горячих газов.

Электрооптическая промышленность - это промышленность кристаллов, не имеющих центра симметрии. Эта промышленность очень велика и разнообразна, на её заводах выращивают и обрабатывают сотни наименований кристаллов для применения в оптике, акустике, радиоэлектронике, в лазерной технике.

Выращиваем кристалл в домашних условиях

Медный купорос имеет широкое применение в сельском хозяйстве, используется в качестве удобрения и продается в магазинах товаров для дачи. Чтобы вырастить кристалл из медного купороса мне потребуется:

1. 
   Медный купорос;
2. 
   Вода (дистиллированная или обычная кипяченая);
3. 
   Стеклянная банка;
4. 
   Столовая ложка;
5. 
   Нитка;
6. 
   Деревянная палочка.

Порядок действий при выращивании кристалла медного купороса

На начальном этапе готовим перенасыщенный раствор. Наливаем в банку примерно 300 мл горячей воды. Начинаем добавлять медный купорос. Насыпаем столовую ложку медного купороса и размешиваем. Купорос очень быстро растворится. Добавляем еще ложку, снова размешиваем. Делаем так до тех пор, пока купорос не начнет оседать на дне. Раствор получился перенасыщенным.
Готовим «затравку». Затравкой может быть крупный кристалл медного купороса, бусина, пуговица или просто обычная нитка. Я буду использовать обычную нитку.
Помещаем нитку внутрь банки с полученным раствором. При этом нитка не должна касаться стенок сосуда или его дна. Поэтому привязываем нитку к палочке по середине и кладем ее поперек горлышка банки.
Оставляем конструкцию в покое в прохладном месте и ждем, пока начнут образовываться кристаллы. Как только нитка обрастет кристаллами медного купороса, заменим перенасыщенный раствор новым.
Многократно меняя перенасыщенный раствор и размер банки можно вырастить кристалл довольно-таки большого размера.
Получаем кристалл медного купороса

Заключение

Кристаллы очень полезны для человека. В некоторых случаях без них не обойтись. Например, если нужно разрезать камень, не обойтись без алмаза, а если нужно сделать часы, то не обойтись без рубина. Микропроцессоры в компьютерах сделаны из кремния, а без жидкокристаллических дисплеев мы не можем уже себе представить никакой электронный прибор. Действительно, найти нужный кристалл в природе очень сложно, гораздо проще и дешевле вырастить его искусственно. Это делается в специальном промышленном производстве. Но можно вырастить кристалл и в домашних условиях.

1. 
   Жидкие кристаллы // Википедия - Электронный ресурс:

1. 
   Жидкие кристаллы, история открытия жидких кристаллов, структура, типы и их применение - Электронный ресурс:

1. 
   Применение кристаллов // Кристаллы - Электронный ресурс:

1. 
   Выращивание кристаллов в домашних условиях. Как вырастить кристалл // Занимательная химия - Электронный ресурс:

Изначально кристаллами называли горный хрусталь - безупречный в своей холодной красоте прозрачный кварц. В прежние времена, когда ученые еще не могли объяснить причину и принцип их образования, кристаллам приписывали всевозможные волшебные свойства, свидетельство тому - многочисленные легенды и сказания, в которых упоминаются магические кристаллы, способные исцелять больных или показывать будущее. Современная кристаллофизика развеяла весь этот романтический туман, издавна окутывающий кристаллы, и дала четкое определение, что такое кристалл с научной точки зрения.

Кристалл - что это такое

Кристалл - это твердое тело природного происхождения либо образованное в лабораторных условиях, имеющее форму правильного многогранника. Правильность формы кристалла основана на его внутренней структуре - частицы вещества, из которых слагается кристалл (молекулы, атомы и ионы), располагаются в нем в определенной закономерности и образуют периодично-повторяющуюся трехмерную пространственную укладку, иначе называемую «кристаллической решеткой».

Виды и типы кристаллов

Ученые, занимающиеся изучением кристаллов, различают такие понятия, как «кристалл идеальный» и «кристалл реальный».

Идеальный кристалл

Идеальный кристалл - это некая абстрактная математическая модель кристалла, в которой ему приписывается абсолютно правильная форма, соответствующая его кристаллической решетке, полная симметрия и идеально ровные грани. Проще говоря, идеальный кристалл - это кристалл с полным набором всех качеств, свойств и характеристик, присущих данному виду кристаллов.

Реальный кристалл

Реальный кристалл - это тот кристалл, что существует в действительности. В отличие от идеального, у него имеются некоторые дефекты внутренней структуры, грани его не безупречны, а симметрия понижена. Но при всех этих недостатках в реальном кристалле сохраняется то главное свойство, которое и делает его кристаллом - частицы в нем располагаются в закономерном порядке.

Происхождение кристаллов

• Природные (натуральные) кристаллы зарождаются и вырастают в недрах Земли в течение длительного времени в условиях сверхвысоких температур и огромного давления.
• Искусственные кристаллы люди научились выращивать не только в лабораториях, но даже в домашних условиях. Кстати, о том, как самому вырастить соляной кристалл из раствора обычной поваренной соли, вы можете узнать из нашей статьи .

Вещества, образующие кристаллы

Кристаллы - это не только алмазы, аметисты, изумруды, сапфиры и прочие драгоценные и полудрагоценные камни, как некоторые из нас привыкли считать. Помимо этих самых известных и красивых кристаллов в природе существует множество других веществ, имеющих кристаллическое строение. Самым распространенным веществом, обладающим способностью образовывать кристаллы, является обычная вода. Как выглядят кристаллы воды, знают даже дети -льдинки и снежинки хорошо всем известны.

Кристаллы — это все твердые тела, имеющие форму многогранника, возникающую в результате упорядоченного расположения атомов. Кристаллографию называют наукой о кристаллах, кристаллических природных телах. Она изучает форму, внутреннее строение, происхождение, распространение и свойства кристаллических веществ. Кристаллами называют все твердые тела, имеющие форму многогранника, возникающую в результате упорядоченного расположения атомов. Примерами хорошо образованных кристаллов могут служить кубики пирита, двенадцатигранники граната, заостренные на концах призмы горного хрусталя, восьмигранники (октаэдры) важнейшей железной руды – , многие драгоценные камни: алмаз, рубин, топаз и др. подобные образования иногда достигают огромных размеров.

В 1958 г. в СССР был найден гигантский кристалл массой около 70 т, длиной 7,5 м и шириной 1,6 м. у отдельных кристаллов длина достигает 5 м, масса – 18 т. Обычно встречаются мелкие, чаще всего микроскопические кристаллики. В Восточном Оренбуржье в бассейне р. Джаман-Акжар найден кристалл горного хрусталя длиной 170 см, 80 см в поперечнике и весом 784 кг. Он назван «Малюткой». Там же обнаружены еще 11 крупных кристаллов весом не менее 500 кг. Кристалл «Малютка» установлен перед входом в Уральский геологический музей в Екатеринбурге.

Большинство горных пород и минералов состоит из кристаллов. Правильная геометрическая форма кристаллов в природных кристаллах нарушается либо в связи с условиями образования (например, при медленном застывании магмы возникают зерна кварца с криволинейными и неправильными контурами), либо под влиянием разрушения коренных пород и сноса водой их обломков (в песках легко можно увидеть под лупой окатанные кристаллы кварца, граната, магнетита). Поэтому кристаллы могут приобрести уродливые формы, ненормально развитые, обломанные или окатанные грани. Геометрическая правильность присуща не только поверхности кристалла, но распространяется и на его внутренне строение. Частицы, составляющие кристаллы, не заполняют пространство сплошь, а находятся на некотором расстоянии друг от друга, т.е. располагаются в строго определенном для данного вещества порядке.

Если каждую частицу (ион, атом) заменить точкой, то строение кристалла представится в виде пространства, заполненного правильно и закономерно расположенными точками. Расстояния между точками обозначают линиями. Получается так называемая пространственная решетка , элементами которой являются узлы, ряды и плоские сетки.

Узлы решетки соответствуют либо нейтральным атомам, либо заряженным атомам (ионам), либо группам атомов (молекулам) или ионов (радикалам) в кристалле.

Ряд – это совокупность узлов, лежащих вдоль прямой и периодически повторяющихся через равные промежутки.

Промежуток , или период, ряда – расстояние между двумя равнозначными узлами. Эти расстояния ничтожны и измеряются ангстремами: 1 Å = 10 -8 см.

Плоская (гранная) сетка – совокупность узлов и рядов, расположенных в одной плоскости.

Три построенные системы плоских сеток, взаимно пересекаясь, образуют совокупность параллелепипедов, которые принято называть элементарными ячейками пространственной решетки . Форма элементарной ячейки зависит от ее параметров, т.е. от размеров отрезков a, b, c и углов между ними α, β, γ.

Для решетки поваренной соли (NaCl) a = b = c и α = β = γ = 90⁰. При таком соотношении параметров форма элементарной ячейки представляет собой куб.

Однако в природе встречаются и такие твердые тела, в которых частицы (ионы, атомы, молекулы) расположены беспорядочно. Эти тела называются аморфными .

Образуются они в условиях быстрого охлаждения, при котором резко уменьшается подвижность частиц, которые не успевают закономерно расположиться относительно друг друга. К аморфным образованиям относятся стекла, пластмассы, смолы, клей и др.

Аморфное вещество не является устойчивым и с течением времени обнаруживает тенденцию к кристаллизации. Это проявляется в процессах закристаллизовывания стекла (явление засахаривания карамели, каучук теряет эластичность и т.д.).

Кристаллическое состояние твердого тела по сравнению с аморфным более устойчиво.

Кристаллы - твёрдые тела, имеющие естественную форму правильных многогранников. Название «кристалл» произошло от двух греческих слов – «холод» и «застывать», т.е. означало во времена Гомера «застывший лед» и относилось к кристаллам горного хрусталя, считавшимися окаменевшим льдом. Вначале этим термином называли только прозрачные ограненные природные тела, впоследствии он был распространен на непрозрачные и даже неограненные образования. Большинство природных и искусственных твердых материалов являются поликристаллическими, одиночные кристаллы называются монокристаллами. Естественная форма кристаллов является следствием упорядоченного расположения в кристалле атомов , образующих трёхмерно-периодическую пространственную укладку - кристаллическую решётку .
Таким образом, кристаллы это твердые тела, характеризующиеся геометрически правильным упорядоченным расположением слагающих их частиц (атомов, ионов, молекул). Все кристаллы обладают той или иной симметрией атомной структуры и соответствующей ей макроскопической симметрией внешней формы, а также анизотропией физических свойств, что обусловливает характерную для них многогранную форму.
Кристаллическое состояние - равновесное для твёрдых тел. Каждому химическому веществу, находящемуся при данных термодинамических условиях (температура, давление) в кристаллическом состоянии, соответствует определённая кристаллическая структура . Каждый кристалл обладает определенной кристаллической структурой при соответствующих физико-химических условиях, изменение которых может привести к перестройке как самой структуры, так и к иной внешней форме

Следует разделять идеальный и реальный кристалл. Идеальный кристалл - это, по сути, математический объект, обладающий в полной мере симметрией, определяемой симметрией его кристаллической структуры и как следствие - идеальной формой. Реальный кристалл всегда имеет пониженную симметрию вследствие различных внутренних дефектов и воздействия окружающей среды. Реальные кристаллы изучает геохимия твердого тела. Так, согласно универсальному принципу симметрии П.Кюри, при росте реального кристалла сохраняются только те элементы его внутренней симметрии, которые совпадают с симметрией среды кристаллизации.
Pеальным граням кристалла могут соответствовать лишь те плоскости кристаллической решётки , которые имеют наибольшую ретикулярную плотность, т.е. на которых на единицу площади приходится наибольшее число составляющих её частиц (атомов, ионов). Таких плоских сеток сравнительно немного, поэтому кристаллы имеют ограничения в отношении числа возможных граней.
Если кристалл вырос в неравновесных условиях и не имеет в силу этого правильной огранки, или утратил её в результате тех или иных внешних причин (природные и иные повреждения, ювелирная обработка и т. п.), он тем не менее сохраняет основной признак кристаллического состояния - внутреннюю решётчатую атомную структуру и все определяемые ею физические и внешние свойства. Этим объясняется способность осколков кристалла(или его фрагментов любой неправильной внешней формы) при попадании в благоприятную для кристаллизации данного вещества среду покрываться новыми гранями и дорастать до более или менее правильного многогранника с соответствующей симметрией (см. Регенерация).

Кристаллы изучают различные геохимические науки:

• Минералогия - изучает кристаллы минералов как главную форму их нахождения в природе, определяющую свойства минералов и несущую (хранящую) в себе генетическую информацию
• Кристаллография занимается определением и классификацией внешней симметрии и внутренней структуры кристаллов
  • Кристаллохимия изучает закономерности образования кристаллов из различных веществ, особенности их внутреннего строения.
  • Рентгено-структурный анализ - позволяет исследовать особенности состава и структуры реальных кристаллов и использовать рентгенографические методы для диагностики минералов
• Кристаллооптика изучает оптические свойства кристаллов, кристаллических срастаний и горных пород
• Геммология изучает физические и химические свойства природных