Кристал - це тверді речовини, що мають природну зовнішню форму правильних симетричних багатогранників, засновану на їх внутрішню структуру, тобто на одному з декількох певних регулярних розташувань складових речовина частинок.
Фізичні властивості кристалів
Забарвлення - деякі кристали мають настільки чистий і красивий колір, що їх використовують як фарби або лаки. часто їх назви застосовують в повсякденній мові: смарагдово зелений, рубіново- червоний, бірюзовий, аметистовий. Забарвлення мінералів, один з основних діагностичних ознак, не є ні постійної, ні вічного. Присутність елементів - домішок в хімічній формулі кристала призводить до специфічної забарвленням.
Прозорість кристала - якість, яке відрізняється великою мінливістю: непрозорий кристал можна легко віднести до прозорих. Основна частина безбарвних кристалів відносяться до цієї групи. Прозорість залежить від будови кристалів - деякі агрегати і дрібні зерна гіпсу і слюди здаються непрозорими або просвічує, в той час як кристали прозорі. Але якщо розглядати з лупою маленькі гранули та агрегати, можна бачити, що вони прозорі.
Твердість - досить легко подряпати кристал кальциту кінчиком ножа, але зробити це з кристалом кварцу навряд чи вийде - лезо ковзне по каменю не залишивши подряпини. Значить, твердість у цих двох мінералів різна.
Можна оцінити твердість спрощеним способом. Мінерали з твердістю 1 легко дряпається нігтем; при вони жирні на дотик. Поверхня мінералів з твердістю 2 також дряпається нігтем. Мідний дріт або шматочок міді дряпає мінерали з твердістю 3. Кінчик складаного ножа дряпає кристали до твердості 5; хороший новий напилок - кварц. Мінерали з твердістю більше 6 дряпають скло твердості 5. Від 6 до 8 Не бере навіть хороший напилок; при таких спробах летять іскри. Щоб визначити твердість, відчувають зразки зі зростаючою твердістю, поки вони під даються; потім беруть зразок, який очевидно, ще твердіше. Протилежним чином треба діяти, якщо необхідно визначити твердість мінералу, оточеного породою, твердість якої нижче, ніж у кристала, потрібного для зразка.
Легко зробити висновок на підставі того. ковзає чи кристал по поверхні іншого або дряпає її з легким скрипом. Можуть спостерігатися такі випадки:
- Твердість однакова, якщо зразок і кристал взаємно не дряпають один одного.
- Можливо, що обидва кристала один одного дряпають, оскільки верхівки і виступи кристала можуть бути твердіше, ніж межі або площині спайності. Тому можна подряпати грань кристала гіпсу або площину його спайности вершиною іншого кристала гіпсу.
- Мінерал дряпає перший зразок, а на ньому робить подряпину зразок, а на ньому робить подряпину зразок вищого класу твердості. Його твердість знаходиться посередині між використовувані для порівняння зразками, і її можна оцінити в півкласу.
Теплопровідність. Якщо взяти в руку шматок бурштину і шматок міді, здасться, що один з них тепліший за інший. Це враження обумовлено різною теплопровідністю даних кристалів. Так можна розрізнити скляні імітації дорогоцінного каміння; для цього потрібно докласти камінчик до щоки, де шкіра більш чутлива до тепла.
Магнетизм. Фрагменти або порошок деяких мінералів, в основному мають підвищений вміст заліза, можна відрізнити від інших подібних мінералів за допомогою магніту. Магніт і пирротин сильно магнітні і притягують залізні ошурки. Деякі мінерали, наприклад, гематит, набувають магнітні властивості, якщо їх розжарити до червоного.
Наступні властивості можна визначити по тому, які відчуття вони викликають у людини. На дотик графіт, і тальк здаються гладкими, а гіпс і каолін - сухими і шорсткими. Розчинні у воді кристали, такі як галит, сильвініт, епсоміт, мають специфічний смак - солоний, гіркий, кислий. Деякі мінерали, такі як сірка, арсенопірит і флюорит мають легко розпізнається запахом, який виникає відразу при ударі по зразком.
Одномірні дефекти являють собою дефекти кристала, розмір яких по одному напрямку багато більше параметра решітки, а по двох інших - порівняємо з ним. До лінійним дефектів відносять дислокації і дисклінацій. Загальне визначення: дислокація - межа області незавершеного зсуву в кристалі. Дислокації характеризуються вектором зсуву і кутом ф між ним і лінією дислокації. При φ = 0 дислокація називається гвинтовий; при φ = 90 ° - крайової; при інших кутах - змішаної і тоді може бути розкладена на гвинтові і крайову компоненти. Дислокації виникають в процесі росту кристалу; при його пластичної деформації і в багатьох інших випадках. Їх розподіл і поведінку при зовнішніх впливах визначають найважливіші механічні властивості, зокрема, такі як міцність, пластичність, а також електропровідність і ін. Дисклінацій - межа області незавершеного повороту в кристалі. Характеризується вектором повороту.
Двомірний дефект - Основний дефект-представник цього класу - поверхню кристала. Інші випадки - кордони зерен матеріалу, в тому числі малокутових кордону, площини двійникування, поверхні розділу фаз і ін.
Тривимірні дефект - об'ємні дефекти. До них відносяться скупчення вакансій, що утворюють пори і канали; частинки, які осідають на різних дефектах, наприклад, бульбашки газів, бульбашки маткового розчину; скупчення домішок у вигляді секторів і зон росту. Як правило, це пори або включення домішок фаз. Являють собою конгломерат з багатьох дефектів. Походження - порушення режимів росту кристалу, розпад пересиченого твердого розчину, забруднення зразків. У деяких випадках, наприклад, при дисперсионном твердении об'ємні дефекти спеціально вводять в матеріал, для модифікації його фізичних властивостей.
Точковий дефект - це локальне порушення кристалічної структури, розміри якого в усіх трьох вимірах порівнянні з одним або декількома (небагатьма) міжатомними відстанями. До простих точкових дефектів відносяться вакансії - відсутність атома або іона у вузлі кристалічної решітки і межузельние впроваджені атоми, що знаходяться в порожнинах кристалічної решітки. Найважливішою особливістю точкових дефектів в іонних і ковалентних кристалах є те, що вони можуть бути як електрично нейтральні, так і мати заряд. Однак в цілому кристал залишається електрично нейтральний. Умова електронейтральності забезпечується освітою рівної кількості позитивно і негативно заряджених дефектів, утворенням складних дефектів або вільних електронів і дірок.
Вплив дефектів на фізичні властивості кристалів.
Безсумнівно, кожен реальний кристал володіє всіма перерахованими і його властивості в зв'язку з цим повинні істотно відрізнятися від властивостей ідеалізованих кристалів. Дефекти структури дійсно роблять сильний вплив на багато властивостей кристалів. До них відносяться твердість, електропровідність. Ці властивості отримали назви структурно чутливих. Однак часто виявляється, що відповідальним за будь - яке певну властивість реального кристала є один тип дефектів. Це може бути обумовлено тим, що будь - якої дефект присутній в набагато більшій концентрації ніж інші, або ж тим що на даний властивість інші дефекти впливають в значно меншому ступені.
Одним з типів дефектів, є точкові дефекти, при яких бракує одного атома у вузлі кристалічної решітки зазвичай займає таким атомом навколишні атоми повільно переміщаються в напрямку до цього незанятному вузлу. Вакансії утворюються в результаті термічного збудження, при цьому число вакансій на одиницю об'єму в метал приблизно дорівнює кількості атомів на одиницю об'єму пара знаходяться в рівновазі з даними кристалом. У великих кількостях вакансії можуть виникати під дією рентгенівських променів.
Внаслідок порушення рівноважних умов зростання і захоплення домішок при кристалізації, а також під впливом різного роду зовнішнього впливу ідеальна трехмерно - періодична атомна структура.
Точкові дефекти є причиною виникнення центр фарбування кристалів, наприклад, мелкокристаллические порошки хлорид натрію при нагріванні в парах натрію набувають зеленувато - жовте забарвлення.
Надлишкові іони натрію залишаються на поверхні, електрони дифундують в обсягах кристала іони хлору дифундують до поверхні, залишаючи рівну кількість аніонних вакансій, що володіють ефективним позитивним зарядом
Так кристали хлориду натрію набувають однакову зеленувато - жовте забарвлення при нагріванні їх як в парах натрію, так і в парах кальцію.
Основні терміни (генеруються автоматично). властивості кристалів, зростання кристала, кристала гіпсу, вузлі кристалічної решітки, дефекти кристала, грань кристала гіпсу, межа області незавершеного, хімічною формулою кристала, кристала один одного, обсягах кристала іони, процесі росту кристалу, Фізичні властивості кристалів, режимів росту кристалу, властивість реального кристала, виступи кристала, поверхня кристала, парах натрію, фізичні властивості кристалів, твердість у спрощений спосіб, частина безбарвних кристалів.