Cristais naturais - variedades, propriedades, extração e aplicação. As propriedades mais importantes dos cristais

01.10.2019

Uniformidade

Expressa-se no fato de que quaisquer volumes elementares de uma substância cristalina, igualmente orientados no espaço, são absolutamente idênticos em todas as suas propriedades: têm a mesma cor, massa, dureza etc. assim, todo cristal é um corpo homogêneo, mas ao mesmo tempo anisotrópico.

A homogeneidade é inerente não apenas aos corpos cristalinos. As formações amorfas sólidas também podem ser homogêneas. Mas os corpos amorfos não podem, por si mesmos, assumir uma forma poliédrica.

Capacidade de autocontrole

A capacidade de auto-corte se expressa no fato de que qualquer fragmento ou bola esculpida de um cristal em um meio adequado ao seu crescimento é recoberto ao longo do tempo com faces características de um determinado cristal. Esta característica está relacionada com a estrutura cristalina. Uma bola de vidro, por exemplo, não possui esse recurso.

Cristais da mesma substância podem diferir uns dos outros em tamanho, número de faces, arestas e formato das faces. Depende das condições de formação do cristal. Com crescimento desigual, os cristais são achatados, alongados, etc. Os ângulos entre as faces correspondentes do cristal em crescimento permanecem inalterados. Esta característica dos cristais é conhecida como lei da constância dos ângulos facetários. Nesse caso, o tamanho e a forma das faces em diferentes cristais da mesma substância, a distância entre elas e até mesmo seu número podem variar, mas os ângulos entre as faces correspondentes em todos os cristais da mesma substância permanecem constantes nas mesmas condições. de pressão e temperatura.

A lei da constância dos ângulos facetários foi estabelecida em final do XVII séculos pelo cientista dinamarquês Steno (1699) em cristais de brilho de ferro e cristal de rocha, posteriormente esta lei foi confirmada por M.V. Lomonosov (1749) e o cientista francês Rome de Lille (1783). A lei da constância dos ângulos facetários é chamada de primeira lei da cristalografia.

A lei da constância dos ângulos facetários é explicada pelo fato de que todos os cristais de uma substância são idênticos em estrutura interna, ou seja têm a mesma estrutura.

De acordo com essa lei, os cristais de uma determinada substância são caracterizados por seus ângulos específicos. Portanto, medindo os ângulos, é possível provar que o cristal em estudo pertence a uma ou outra substância. Um dos métodos para diagnosticar cristais é baseado nisso.

Para medir ângulos diedros em cristais, foram inventados dispositivos especiais - goniômetros.

ponto de fusão constante

Expressa-se no fato de que quando um corpo cristalino é aquecido, a temperatura sobe até um certo limite; com mais aquecimento, a substância começa a derreter e a temperatura permanece constante por algum tempo, já que tudo o calor está chegandoà destruição da rede cristalina. A temperatura na qual a fusão começa é chamada de ponto de fusão.

As substâncias amorfas, ao contrário das cristalinas, não possuem um ponto de fusão claramente definido. Nas curvas de resfriamento (ou aquecimento) de substâncias cristalinas e amorfas, pode-se ver que no primeiro caso há duas inflexões agudas correspondentes ao início e ao fim da cristalização; em caso de resfriamento substância amorfa temos uma curva suave. Com base nisso, é fácil distinguir substâncias cristalinas de amorfas.

Não foi até o século 17 que a humanidade moderna redescobriu os cristais por si mesma. A data de nascimento da cristalografia, a ciência que estuda os cristais, é considerada 1669.
Embora a cristalografia científica tenha se originado no século XVII, base teórica sobre a estrutura dos cristais e os métodos para seu estudo foram estabelecidos apenas no século XIX. No século 20, essas descobertas encontraram implementação prática nos mais Áreas diferentes vida humana. Cristais tornaram-se amplamente utilizados em vários campos da ciência e tecnologia. O futuro também é deles.
Cristais nos cercam de todos os lados. Eles são a base do mundo físico. Quase todos os minerais são compostos por eles, incluindo basalto, granito, calcário e mármore. Todos os metais e a maioria dos não metais são compostos por eles: borracha, ossos, cabelos, celulose e muito mais.
Vivemos em um mundo de cristais. Casas, barcos, ônibus, aviões, foguetes, facas e garfos... tudo é feito deles.
Até nos alimentos consumimos substâncias cristalinas: sal, açúcar, sem falar nos remédios em comprimidos e pós que tomamos durante a doença.
Não há lugar na Terra onde não haveria cristais. Sim, e no universo eles são difundidos, pois servem de base material.
Em 1669, o médico dinamarquês N. Stenon fez descoberta importante, ele descobriu que em cristais formados pela mesma substância, os ângulos entre faces adjacentes são sempre os mesmos, independentemente da forma e tamanho do cristal.
Isso significa que cada cristal tem seu próprio ângulo único entre as faces.
Esta descoberta entrou na cristalografia como a lei da constância dos ângulos. Assim, se o ângulo entre as faces for conhecido, é possível determinar a substância do cristal sem recorrer a análises químicas ou físicas. Basta compará-los com os ângulos dos cristais conhecidos.
Além disso, o mesmo Stenon foi o primeiro a propor uma versão notável de que os cristais não crescem de dentro, como se observa nas plantas, mas de fora, sobrepondo novas partículas nos planos externos.
Os cristais são compostos de átomos, íons e moléculas. Essas partículas estão dispostas em uma ordem estritamente definida, formando uma rede espacial. Átomos e íons são mantidos neles por forças de atração e repulsão. Eles não ficam parados, mas flutuam constantemente.
Cada cristal tem sua própria forma característica, que depende não apenas do ambiente em que cresceu, mas também da estrutura da rede espacial. A forma da rede também determina as propriedades do próprio cristal. A este respeito, o exemplo mais indicativo é diamante e grafite, redes espaciais, que são formadas por átomos do mesmo elemento - carbono.
A grafite é um mineral preto, macio e dúctil, conduz eletricidade e resistente ao fogo. E tudo porque sua rede consiste, por assim dizer, em camadas, cuja conexão não é tão forte quanto entre átomos individuais dentro dessa camada. Tais camadas são fáceis de mover uma em relação à outra com leve pressão, que observamos quando escrevemos com um lápis. Ele, como já adivinhamos, é grafite.
Mas o diamante é exatamente o oposto do grafite. É transparente, supera outros cristais em força, mas não conduz corrente e queima facilmente em um fluxo de oxigênio. É quase duas vezes mais pesado que o grafite. "Culpado" em tudo isso é sua rede espacial. É tridimensional, e cada átomo está firmemente conectado a outros quatro.
Os cristais são sólidos e podem ser líquidos se suas moléculas tiverem a capacidade de se orientar em uma direção "de repente" ou em camadas de grupos ou de outras maneiras.
Finalmente, os "cristais" podem ser puramente energéticos, invisíveis, mas a ciência da cristalografia ainda não tratou de tais "fantasmas".
Em um cristal, as faces se cruzam nas arestas e as arestas se cruzam nos vértices. Faces, arestas e vértices - elementos necessários lapidação.
As principais características dos cristais são a uniformidade e a planicidade. Assim, se os cristais têm faces planas, sua composição é homogênea. E vice-versa: se a substância do cristal é homogênea, então tem faces planas.
Os cristais podem fazer sons, como areias cantantes. Este fenômeno atrai a atenção de um viajante que se encontra entre as dunas de areia do deserto de Karakum ou outros desertos.
De repente, do nada, ouvem-se sons indistintos de canto, mas não há ninguém por perto, apenas areia. Eles fazem sons quando começam a deslizar em um vento leve encosta arenosa.
Areias cantantes não são encontradas apenas em desertos. Melodias harmoniosas muitas vezes surgem ao caminhar na areia molhada na praia.
O viajante russo A. Eliseev deixou suas impressões sobre o Saara:
"... alguns sons encantadores foram ouvidos no ar quente, bastante altos, melodiosos, não sem harmonia, com um forte matiz metálico. Eles foram ouvidos de toda parte, como se fossem produzidos por espíritos invisíveis do deserto ...
O deserto estava silencioso, mas os sons voavam e se fundiam na atmosfera incandescente, surgindo de algum lugar acima e desaparecendo como se estivessem no chão... ser o dialeto dos seres vivos, mas não os sons de um deserto morto...
Nenhuma ninfa dos antigos poderia pensar em algo mais surpreendente e maravilhoso do que essas misteriosas canções das areias.
Todos os que ouviram os cantos das areias ficam surpresos com esse fenômeno, e muitos tentaram explicá-lo. Por exemplo, os antigos egípcios acreditavam que esses sons eram produto de espíritos do deserto, e eles estavam certos.
Os cientistas modernos acreditam que a razão do aparecimento dos sons pode estar escondida na própria estrutura de um grão de areia. É conhecido por conter muito quartzo e outras sílicas.
O quartzo é o óxido de silício mais comum na crosta terrestre. Seus cristais têm uma série de propriedades notáveis. Eles são ricos em formas simples, isto é, fechadas, fechadas. Aqui você pode encontrar pirâmides, prismas, romboedros - mais de quinhentas formas simples. O quartzo é caracterizado pela formação de gêmeos - intercrescimentos simétricos de cristais.
Mas não é só a variedade de formas externas que surpreende o quartzo. Seu cristal não possui centro de simetria, o que é um sinal seguro de que possui propriedades piezoelétricas.
Portanto, se um cristal é comprimido, em suas faces perpendiculares à direção da compressão, surgem cargas elétricas opostas: positivas - em uma face, negativas - na outra.
Assim, a energia mecânica com a ajuda de um cristal de quartzo é convertida em energia elétrica. Se removermos a carga mecânica do cristal e começarmos a esticá-lo, a polaridade das cargas nas faces mudará para cargas opostas. E isso acontece em um cristal de quartzo, que é um isolante!
Este fenômeno em cristais de quartzo foi descoberto em 1817 pelo cristalógrafo francês R. Gayuy, e novamente em 1880 pelos cientistas franceses, irmãos Jean e Pierre Curie, e foi chamado de piezoeletricidade. Mais tarde, eles também descobriram a reversibilidade desse efeito.
Descobriu-se que um cristal de quartzo poderia ser comprimido ou esticado se cargas elétricas opostas fossem criadas em suas faces. Neste caso, a energia elétrica é convertida em energia mecânica.
É esta propriedade do cristal que dá razão para acreditar que o canto das areias do deserto está associado à permanência dos espíritos. Já os espíritos do deserto são entidades demoníacas que representam o movimento caótico dos elétrons.
Entidades demoníacas carecem de núcleo e magnetismo. Eles representam um vazio que é cercado por elétrons em movimento aleatório. Assim, as entidades demoníacas são portadoras de uma carga elétrica, que causa voltagem na superfície das moléculas cristalinas.
Como resultado desse impacto, os cristais de areia são comprimidos e soltos, fazendo com que o ar vibre, que se manifesta na forma de sons.
O canto das areias tem um forte efeito na psique humana, causando medo instintivo. A razão desse medo pode ser explicada pelo fato de que a alma humana, no canto das areias, capta o “sopro” da morte, cujo portador é uma essência demoníaca.
O homem, o animal e a planta, como organismos vivos, não podem, como uma entidade demoníaca, suportar a tensão e influenciar os cristais, não podem fazer a areia cantar. Como o sistema atômico de células vivas de corpos orgânicos produz vibrações de frequência e Indução eletromagnética, o que torna o sistema do corpo fechado em termos de ação elétrica. Ou seja, a energia elétrica do corpo é captada por seu próprio campo magnético, que o controla.
E somente no caso em que a espiritualidade de uma pessoa cai, o que reduz o potencial campo magnético seu corpo, um excesso de energia elétrica e tensão adicional pode ser formado. É essa tensão que a força demoníaca captura e suporta. Este excesso de eletricidade afeta negativamente, em primeiro lugar, as estruturas cristalinas do corpo humano, e depois para os corpos cristalinos que a cercam. Por exemplo, em jóias que uma pessoa usa. Portanto, nos tempos antigos, de acordo com o estado das pedras de amuleto, eles previam o estado da saúde humana e até o futuro. Preste atenção ao leite, que é sensível à presença na casa espíritos malignos.
Como resultado de pesquisas, descobriu-se que o quartzo na forma de uma placa recortada de um corpo de cristal tem uma elasticidade tão grande que pode oscilar com uma frequência muito alta, comprimindo e esticando sucessivamente quando a polaridade do campo elétrico muda.
O quartzo pode vibrar em uma ampla faixa de frequências, criando ondas acústicas e elétricas, ou seja, cantando. Quando uma avalanche de areia desliza para baixo de uma duna ou uma massa de areia colapsa, as camadas subjacentes de areia sofrem pressão variável da camada em movimento. Eles comprimem sob pressão e "endireitam" quando a pressão é reduzida. Os cristais de quartzo presentes nos grãos de areia começam a oscilar, vibrar, gerando ondas acústicas. Processos semelhantes ocorrem ao caminhar na areia molhada.
Vibrações mecânicas de cristais de quartzo em grãos de areia levam à formação de cargas elétricas em suas faces, cuja polaridade muda sincronicamente com vibrações mecânicas cristais. Não existem apenas ondas acústicas, mas também um campo elétrico alternado de um determinado espectro de frequência.
Cada grão de areia, cada cristal canta sua própria música em sua própria frequência. Suas vozes se somam. E agora sons de canto polifônicos, alto o suficiente, a faixa de frequência é ampla. É o que o ouvido humano ouve. Se apenas baixas frequências. Nosso ouvido não percebe altas frequências. Quando o movimento da areia para, as vibrações mecânicas e elétricas excitadas dos cristais de quartzo nos grãos de areia desaparecem e o som para.
Em 1957, o cientista soviético K. Baransky descobriu que as ondas acústicas podem ser excitadas diretamente na superfície de um cristal, o que expandiu ainda mais o alcance das frequências geradas. Em seguida, os cientistas americanos aumentaram o teto de frequência em outra ordem de magnitude.
Se as areias cantam quando submetidas a influências mecânicas e elétricas, então a própria Terra canta por uma razão semelhante. O coração ígneo pulsante do planeta, a influência de outros planetas e do Sol provocam movimento e vibração das rochas da crosta terrestre, fazendo a Terra soar. Sua canção, não percebida pelo ouvido humano, é levada longe no espaço.
A crosta terrestre está em constante tensão. Aqui e ali, ocorrem terremotos e erupções vulcânicas, liberando zonas perigosas da sobrecarga de entidades demoníacas sobre elas - vazios sem espírito.
O número de terremotos na Terra chega a cem mil por ano. A partir de número total terremotos terremotos fortes ocorrem até mil por ano.
Dos centros de deformação da crosta terrestre, as vibrações são transmitidas a longas distâncias. A velocidade de propagação das ondas é muito alta. Em rochas graníticas para ondas longitudinais é superior a 5000 metros por segundo, para ondas transversais - cerca de 2509 metros por segundo.
Em seu caminho, as ondas terrestres comprimem as rochas ou as esticam, causando a formação de poderosas cargas elétricas de diferentes polaridades. Eles são especialmente grandes no epicentro de compressão ou extensão, onde as rochas da terra sofrem deformações muito fortes, até a ruptura.
Descargas elétricas na forma de raios subterrâneos mais fortes se espalham rapidamente através de zonas de menor resistência e muitas vezes rompem das profundezas da superfície da Terra, deixando rochas sólidas derretidas ou estranhos buracos redondos.
Não há nada de estranho no fato de que a Terra soa. Suas rochas duras, basaltos, granitos, arenitos e outros possuem estrutura cristalina. Eles contêm muitas formações de quartzo. Quando os cristais são deformados, não apenas surgem ondas acústicas e elétricas, mas também ocorrem outros processos físicos e químicos ao longo do caminho.
Terrível estrondo de tempestades profundas "ouve" muitos animais, pássaros, insetos. Eles podem até ser "anunciadores" de um ataque subterrâneo que se aproxima. E apenas uma pessoa, via de regra, é pega de surpresa. Desde que ele deixou de se perceber como parte da natureza e de acompanhar os processos em curso na natureza.
Além de "cantar", os cristais vibram em uma determinada faixa do espectro de luz, de modo que adquirem uma cor própria, por exemplo, pedras de joias. As pedras são transparentes e de forte brilho, capazes de transmitir e modificar a energia radiante. A cor dos minerais está associada à inclusão em sua rede cristalina de íons metálicos que mudam facilmente sua valência e são capazes de ceder seus elétrons com um suprimento mínimo de energia.
Alguns desses elétrons "andam" entre os átomos da rede cristalina, interagindo com eles, trocando energia com eles. Como resultado, distúrbios locais da rede cristalina surgem no cristal e mudam continuamente seu padrão. Desta forma, o cristal vive intensamente sua " vida íntima", cujas manifestações externas compõem os conjuntos de propriedades "mágicas" das pedras-amuletos.
Ferro, cobre, manganês, cromo e elementos de terras raras pertencem a esses metais, impurezas de compostos, que alteram visivelmente a silhueta de energia do cristal.

Aula 16

Propriedades físicas dos cristais

A física do estado sólido lida com o estudo da estrutura e das propriedades físicas dos sólidos. Estabelece a dependência das propriedades físicas em estrutura atômica substâncias, desenvolve métodos para obtenção e estudo de novos materiais cristalinos com as características desejadas.

As propriedades físicas dos cristais são determinadas por:

1) natureza elementos químicos, que fazem parte dos cristais;

2) tipo de ligação química;

3) a natureza geométrica da estrutura, ou seja, arranjo mútuoátomos na estrutura cristalina;

4) imperfeição da estrutura, ou seja, a presença de defeitos.

Por outro lado, é pelas propriedades físicas dos cristais que costumamos julgar o tipo de ligação química.

A resistência dos cristais pode ser mais facilmente avaliada por suas propriedades mecânicas e térmicas. Quanto mais forte o cristal, maior sua dureza e maior seu ponto de fusão. Se estudarmos a mudança na dureza com uma mudança na composição em uma série de substâncias do mesmo tipo e compararmos os dados obtidos com os valores correspondentes para os pontos de fusão, podemos notar "paralelismo" na mudança dessas propriedades.

Deixe-me lembrá-lo que a característica mais característica das propriedades físicas dos cristais é sua simetria e anisotropia. Um meio anisotrópico é caracterizado pela dependência da propriedade medida na direção de medição.

Já dissemos que a química dos cristais está intimamente relacionada à cristalografia e à física. Então, a principal tarefa da física dos cristais(uma seção de cristalografia que estuda as propriedades físicas dos cristais) é o estudo das regularidades das propriedades físicas dos cristais a partir de sua estrutura, bem como a dependência dessas propriedades em influências externas.

As propriedades físicas das substâncias podem ser divididas em dois grupos: propriedades estruturalmente sensíveis e propriedades estruturalmente insensíveis. O primeiro depende da estrutura atômica dos cristais, o segundo - principalmente da estrutura eletrônica e do tipo de ligação química. Um exemplo do primeiro são as propriedades mecânicas (massa, densidade, capacidade térmica, ponto de fusão, etc.), um exemplo do último é a condutividade térmica e elétrica, propriedades ópticas e outras.

Assim, a boa condutividade elétrica dos metais, devido à presença elétrons livres, será observado não apenas em cristais, mas também em metais fundidos.

A natureza iônica da ligação se manifesta, em particular, no fato de que muitos sais, por exemplo, haletos de metais alcalinos, se dissolvem em solventes polares, dissociando-se em íons. No entanto, o fato de não haver solubilidade ainda não pode servir como prova de que o composto possui uma ligação apolar. Assim, a energia de ligação, por exemplo, de óxidos é muito maior do que a energia de ligação de haletos alcalinos que a constante dielétrica da água não é mais suficiente para separar os íons do cristal.

Além disso, alguns compostos, principalmente com um tipo de ligação homeopolar, sob a influência de uma grande constante dielétrica de um solvente polar, podem dissociar-se em íons em solução, embora possam não ser compostos iônicos no estado cristalino (por exemplo, HCl , HBr).

Em compostos heterodsmicos, algumas propriedades, como a resistncia mecnica dos compostos, dependem de apenas um tipo (mais fraco) de ligao.

Portanto, um cristal pode ser considerado, por um lado, como um meio descontínuo (discreto). Por outro lado, uma substância cristalina pode ser considerada como um meio anisotrópico contínuo. Nesse caso, as propriedades físicas que se manifestam em uma determinada direção não dependem de traduções (transferências). Isso torna possível descrever a simetria de propriedades físicas usando grupos de simetria de pontos.

Descrevendo a simetria de um cristal, levamos em consideração apenas a forma externa, ou seja, consideramos a simetria das figuras geométricas. P. Curie mostrou que a simetria das figuras materiais é descrita por um número infinito de grupos de pontos, que no limite tendem para os sete grupos de simetria limite considerados anteriormente (famílias de um cone giratório, um cone fixo, um cilindro giratório, um cilindro, um cilindro fixo, uma família de uma bola com pontos rotativos da superfície, famílias da bola fixa).

Grupos de pontos limitantes - Grupos Curie - grupos de pontos contendo eixos de ordem infinita são chamados. Existem apenas sete grupos de limite: ¥, ¥mm, ¥/m, ¥22, ¥/mm, ¥/¥, ¥/¥mm.

A conexão entre o grupo de simetria pontual de um cristal e a simetria de suas propriedades físicas foi formulada pelo físico alemão F. Neumann: o material exibe uma simetria do mesmo tipo que sua forma cristalográfica em relação às propriedades físicas. Isso é conhecido como o princípio de Neumann.

O físico alemão W. Voigt, aluno de F. Neman, esclareceu significativamente esse princípio e o formulou da seguinte forma: o grupo de simetria de qualquer propriedade física deve incluir todos os elementos do grupo de simetria pontual do cristal.

Vamos considerar algumas propriedades físicas dos cristais.

Densidade dos cristais.

A densidade de uma substância depende da estrutura cristalina da substância, sua composição química, fator de empacotamento de átomos, valências e raios de suas partículas constituintes.

A densidade muda com as mudanças de temperatura e pressão, uma vez que esses fatores causam a expansão ou contração de uma substância.

A dependência da densidade na estrutura pode ser demonstrada usando o exemplo de três modificações de Al2SiO5:

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

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

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

Com um aumento no fator de empacotamento da estrutura cristalina, a densidade da substância aumenta. Por exemplo, durante a transição polimórfica de grafite para diamante com uma mudança no número de coordenação dos átomos de carbono de 3 para 4, a densidade também aumenta de 2,2 para 3,5 g/cm3).

A densidade dos cristais reais geralmente é menor que a densidade calculada (cristais ideais) devido à presença de defeitos em suas estruturas. A densidade do diamante, por exemplo, varia de 2,7 a 3,7 g/cm3. Assim, reduzindo a densidade real dos cristais, pode-se julgar o grau de sua defectividade.

A densidade também muda com uma mudança na composição química da substância durante as substituições isomórficas - ao passar de um membro da série isomórfica para outro. Por exemplo, na série olivina (mg, Fe2+ )2[ SiO4 ] a densidade aumenta à medida que os cátions Mg2+ são substituídos por Fe2+ de r = 3,22 g/cm3 para forsterita mg2 [ SiO4 ] até r = 4,39 g/cm3 para faialita.

Dureza.

A dureza refere-se ao grau de resistência de um cristal a influências externas. A dureza não é uma constante física. Seu valor depende não apenas do material estudado, mas também das condições de medição.

A dureza depende de:

o tipo de estrutura;

fator de embalagem ( Gravidade Específica);

a carga dos íons que formam o cristal.

Por exemplo, modificações polimórficas de CaCO3 - calcita e aragonita - têm densidades de 3 e 4, respectivamente, e diferem na densidade diferente de suas estruturas:

· para a estrutura da calcita com CChSa = 6 - r = 2,72;

· para a estrutura da aragonita com CChSa = 9 - r = 2,94 g/cm3).

Em uma série de cristais construídos de forma idêntica, a dureza aumenta com o aumento das cargas e a diminuição do tamanho dos cátions. A presença nas estruturas de ânions suficientemente grandes, como moléculas de F-, OH-, H2O, reduz a dureza.

Facetas de diferentes formas de cristais têm densidade reticular diferente e diferem em sua dureza. Assim, a maior dureza na estrutura do diamante é possuída pelas (111) faces do octaedro, que possuem uma densidade reticular maior em comparação com as (100) faces do cubo.

A capacidade de deformar.

A capacidade de um cristal de sofrer deformação plástica é determinada principalmente pela natureza da ligação química entre seus elementos estruturais.

ligação covalente, que tem uma direcionalidade estrita, enfraquece acentuadamente mesmo em deslocamentos insignificantes de átomos em relação uns aos outros. Portanto, cristais com ligação do tipo covalente (Sb, Bi, As, se, etc.) não apresentam capacidade de deformação plástica.

conexão de metal não tem um caráter direcionado e muda ligeiramente quando os átomos são deslocados um em relação ao outro. Ele determina um alto grau plasticidade dos metais (ductilidade). Os mais maleáveis são aqueles metais cujas estruturas são construídas de acordo com a lei do empacotamento cúbico mais próximo, que possui quatro direções de camadas compactas. Menos metais forjados com embalagem fechada hexagonal - com uma direção das camadas mais densas. Assim, entre as modificações polimórficas do ferro, a-Fe e b-Fe quase não possuem maleabilidade (rede tipo I), enquanto g-Fe com empacotamento cúbico fechado (rede cúbica de face centrada) é um metal maleável como Cu, Pt , Au, Ag, etc.

Ligação iônica não é direcional. Portanto, cristais iônicos típicos (NaCl, CaF2, CaTe, etc.) são tão frágeis quanto os cristais com ligação covalente. Mas, ao mesmo tempo, eles têm uma plasticidade bastante alta. Deslizando neles prossegue ao longo de certas direções cristalográficas. Isso é explicado pelo fato de que (110) redes formadas por íons Na+ sozinhos ou por íons Cl– podem ser distinguidas na estrutura cristalina. Durante a deformação plástica, uma malha plana se move em relação à vizinha de tal forma que os íons Na+ deslizam ao longo dos íons Cl-. A diferença nas cargas dos íons nas redes vizinhas impede a ruptura, e elas permanecem paralelas às suas. posicão inicial. Deslizar ao longo dessas camadas ocorre com o mínimo de perturbação no arranjo dos átomos e é o mais fácil.

Propriedades térmicas dos cristais.

A condutividade térmica está intimamente relacionada com a simetria. Isso pode ser demonstrado mais claramente no experimento a seguir. Vamos cobrir camada fina faces de parafina de três cristais: um cubo, um prisma hexagonal, um paralelepípedo direito. Com a ponta de uma agulha fina e quente, vamos tocar cada uma das faces desses cristais. A partir dos contornos dos pontos de fusão, pode-se julgar a taxa de propagação do calor nos planos das faces em diferentes direções.

Em um cristal de singonia cúbica, os contornos dos pontos de fusão em todas as faces terão a forma de um círculo, o que indica a mesma velocidade de propagação do calor em todas as direções a partir do ponto de contato com uma agulha quente. A forma das manchas na ideia de círculos em todas as faces de um cristal cúbico está relacionada à sua simetria.

A forma das manchas nas faces superior e inferior do prisma hexagonal também terá a forma de um círculo (a taxa de propagação de calor em um plano perpendicular ao eixo principal de um cristal de categoria média é a mesma em todas as direções). Nas faces de um prisma hexagonal, os pontos de fusão terão a forma de elipses, pois os eixos de 2ª ordem passam perpendicularmente a essas faces.

Em todas as faces de um paralelepípedo direito (cristal de singonia ortogonal), os pontos de fusão terão a forma de uma elipse, pois os eixos de 2ª ordem passam perpendicularmente a essas faces.

Assim, a taxa de propagação de calor através do corpo cristalino depende diretamente de qual elemento de simetria linear ele se propaga. Em cristais cúbicos a superfície de distribuição de calor terá a forma de uma esfera. Consequentemente, em relação à condutividade térmica, os cristais cúbicos são isotrópicos, ou seja, são igualmente característicos em todas as direções. Superfície de condução térmica cristais da categoria média expresso como um elipsóide de revolução (paralelo ao eixo principal). NO cristais da categoria mais baixa e todas as superfícies de condução de calor são elipsoidais.

A anisotropia da condutividade térmica está intimamente relacionada com a estrutura de uma substância cristalina. Assim, as redes e linhas atômicas mais densas correspondem a altos valores de condutividade térmica. Portanto, cristais em camadas e em cadeia têm grandes diferenças nas direções da condutividade térmica.

A condutividade térmica também depende do grau de defeito do cristal - para cristais mais defeituosos é menor do que para os sintéticos. Substância em estado amorfo tem uma condutividade térmica mais baixa do que os cristais da mesma composição. Por exemplo, a condutividade térmica do vidro de quartzo é muito menor do que a condutividade térmica dos cristais de quartzo. Com base nesta propriedade ampla aplicação vidros de quartzo.

Propriedades ópticas.

Cada substância com uma estrutura cristalina específica é caracterizada por propriedades ópticas únicas. As propriedades ópticas estão intimamente relacionadas com a estrutura cristalina dos sólidos e sua simetria.

Em uma relação propriedades ópticas Todas as substâncias podem ser divididas em opticamente isotrópicas e anisotrópicas. Os primeiros incluem corpos amorfos e cristais da categoria mais alta, os últimos - todo o resto. Em meios opticamente isotrópicos Onda de luz, que é um conjunto de oscilações harmônicas transversais de natureza eletromagnética, propaga-se com a mesma velocidade em todas as direções. Nesse caso, as oscilações do vetor de intensidade dos campos elétrico e magnético também ocorrem em todas as direções possíveis, mas em um plano perpendicular à direção do feixe. Ao longo de sua direção, a energia luminosa é transferida. Essa luz é chamada natural ou não polarizado(Figura a, b).

Em meios opticamente anisotrópicos, as velocidades de propagação da onda em direções diferentes pode ser diferente. Sob certas condições, o chamado luz polarizada, para o qual todas as oscilações do vetor de campos elétricos e magnéticos passam em uma direção estritamente definida (figura c, d). O comportamento de tal luz polarizada em cristais é a base para o método de estudos cristal-ópticos usando um microscópio polarizador.

Birrefringência da luz em cristais.

polarizado linearmente com planos de oscilação mutuamente perpendiculares. A decomposição da luz em dois feixes polarizados é chamada de birrefringência ou birrefringência.

A birrefringência da luz é observada em cristais de todas as singônias, com exceção da cúbica. Nos cristais da categoria mais baixa e média, a birrefringência ocorre em todas as direções, com exceção de uma ou duas direções, denominadas eixos ópticos.

O fenômeno da birrefringência está associado à anisotropia dos cristais. A anisotropia óptica dos cristais é expressa no fato de que a velocidade de propagação da luz neles é diferente em diferentes direções.

NO cristais da categoria média entre as muitas direções da anisotropia óptica, há uma única direção - eixo óptico, coincidindo com o eixo principal de simetria das ordens 3, 4 e 6. Nessa direção, a luz viaja sem se dividir.

NO cristais da categoria mais baixa Existem duas direções ao longo das quais a luz não se bifurca. Seções transversais de cristais perpendiculares a essas direções coincidem com seções transversais opticamente isotrópicas.

Influência características estruturais nas propriedades ópticas.

Em estruturas cristalinas com camadas de átomos compactados, a distância entre os átomos dentro da camada excede a distância entre os átomos mais próximos localizados em camadas adjacentes. Essa ordenação leva a uma polarização mais fácil se o vetor de tensão do campo elétrico da onda de luz for paralelo ao plano das camadas.

propriedades elétricas.

Todas as substâncias podem ser divididas em condutores, semicondutores e dielétricos.

Alguns cristais (dielétricos) são polarizados sob a influência de influências externas. A capacidade dos dielétricos de polarizar é uma delas. propriedades fundamentais. A polarização é um processo associado à criação de dipolos elétricos em um dielétrico sob a ação de um campo elétrico externo.

Na cristalografia e na física do estado sólido, os fenômenos piezoeletricidade e piroeletricidade.

efeito piezoelétrico - mudança na polarização de alguns cristais dielétricos durante a deformação mecânica. A magnitude das cargas resultantes é proporcional à força aplicada. O sinal de carga depende do tipo de estrutura cristalina. O efeito piezoelétrico surge apenas em cristais desprovidos de um centro de inversão, ou seja, com direções polares. Por exemplo, cristais de quartzo SiO2, esfalerita (ZnS).

Efeito piroelétrico - o aparecimento de cargas elétricas na superfície de alguns cristais quando são aquecidos ou resfriados. O efeito piroelétrico ocorre apenas em cristais dielétricos com uma única direção polar, cujas extremidades opostas não podem ser combinadas por nenhuma operação de um determinado grupo de simetria. O aparecimento de cargas elétricas pode ocorrer apenas de acordo com certas, direções polares. Faces perpendiculares a essas direções recebem cargas de sinais diferentes: uma é positiva e a outra é negativa. O efeito piroelétrico pode ocorrer em cristais pertencentes a uma das classes de simetria polar: 1, 2, 3, 4, 6, m, mm2, 3m, 4mm, 6mm.

Segue-se da cristalografia geométrica que as direções que passam pelo centro de simetria não podem ser polares. Direções perpendiculares aos planos de simetria ou eixos de ordem par também não podem ser polares.

Na classe de piroelétricos, duas subclasses são distinguidas. O primeiro grupo inclui os piroelétricos lineares, nos quais a polarização elétrica em um campo externo depende linearmente da intensidade do campo elétrico. Por exemplo, turmalina NaMgAl3B3.Si6(O, OH)30.

Cristais da segunda subclasse são chamados ferroelétricos. Para eles, a dependência da polarização da força do campo externo não é linear, e a polarizabilidade depende da magnitude do campo externo. A dependência não linear da polarização na intensidade do campo elétrico é caracterizada por um loop de histerese. Esta característica dos ferroelétricos sugere que eles retêm sua polarização elétrica na ausência de um campo externo. Graças a isso, os cristais de sal de Rochelle (daí o nome de ferroelétricos) tornaram-se guardiões confiáveis de energia elétrica e registradores de sinais elétricos, o que permite que sejam usados em "células de memória" de computadores.

Propriedades magneticas.

Esta é a capacidade dos corpos de interagir com um campo magnético, ou seja, de se tornarem magnetizados quando colocados em um campo magnético. Dependendo da magnitude da suscetibilidade magnética, os cristais diamagnéticos, paramagnéticos, ferromagnéticos e antiferromagnéticos são distinguidos.

As propriedades magnéticas de todas as substâncias dependem não apenas das características de sua estrutura cristalina, mas também da natureza dos átomos (íons) que as compõem, ou seja, o magnetismo é determinado pela estrutura eletrônica das cascas e núcleos, bem como pelo movimento orbital dos elétrons (spins) ao seu redor.

Quando um átomo (íon) é introduzido em um campo magnético, a velocidade angular dos elétrons em órbita muda devido ao fato de que um movimento rotacional adicional dos elétrons ao redor do núcleo é sobreposto. movimento rotativo, como resultado do qual o átomo recebe um momento magnético adicional. Além disso, se todos os elétrons com spins opostos em um átomo são agrupados em pares (Figura A), então os momentos magnéticos dos elétrons são compensados e seu momento magnético total será igual a zero. Esses átomos são chamados diamagnéticos, e as substâncias que os compõem - diamagnetos. Por exemplo, gases inertes, metais do subgrupo B - Cu, Ag, Au, Zn, Cd, a maioria dos cristais iônicos (NaCl, CaF2), bem como substâncias com ligação covalente predominante - Bi, Sb, Ga, grafite. Em cristais com estruturas em camadas, a suscetibilidade magnética para direções situadas em uma camada excede significativamente a de direções perpendiculares.

Ao preencher as camadas de elétrons em átomos, os elétrons tendem a ser desemparelhados. Portanto, há um grande número de substâncias, os momentos magnéticos dos elétrons, nos átomos dos quais estão localizados aleatoriamente e, na ausência de um campo magnético externo, a orientação espontânea dos momentos magnéticos não ocorre neles (Figura B). O momento magnético total, devido aos elétrons que não estão ligados em pares e interagindo fracamente entre si, será constante, positivo ou um pouco maior que o dos dielétricos. Esses átomos são chamados magnéticos e substâncias - paraímãs. Quando um paraímã é introduzido em um campo magnético, os spins mal orientados adquirem alguma orientação, como resultado, três tipos de ordenação de momentos magnéticos não compensados são observados - três tipos de fenômenos: ferromagnetismo (figura C), antiferromagnetismo (figura D) e ferrimagnetismo (figura E).

propriedades ferromagnéticas possuem substâncias cujos momentos magnéticos dos átomos (íons) são direcionados paralelamente uns aos outros, como resultado do qual o campo magnético externo pode aumentar milhões de vezes. O nome do grupo está associado à presença de elementos do subgrupo de ferro Fe, Ni, Co.

Se os momentos magnéticos dos átomos individuais são antiparalelos e iguais, então o momento magnético total dos átomos é zero. Tais substâncias são chamadas antiferromagnetos. Estes incluem óxidos de metais de transição - MnO, NiO, CoO, FeO, muitos fluoretos, cloretos, sulfetos, selenetos, etc.

Quando os momentos antiparalelos dos átomos da estrutura cristalina não são iguais, o momento total acaba sendo diferente de zero, e tais estruturas têm magnetização espontânea. Propriedades semelhantes são ferrites(Fe3O4, minerais do grupo granada).

Os cristais são uma das mais belas e misteriosas criações da natureza. É difícil agora nomear aquele ano distante no alvorecer do desenvolvimento da humanidade, quando o olhar atento de um de nossos ancestrais destacou entre as rochas da terra pequenas pedras brilhantes, semelhantes a formas geométricas complexas, que logo começaram a servir como pedras preciosas. enfeites.

Vários milênios se passarão, e as pessoas perceberão que junto com a beleza das gemas naturais, os cristais entraram em suas vidas.

Cristais são encontrados em todos os lugares. Andamos sobre cristais, construímos a partir de cristais, processamos cristais, cultivamos cristais em laboratório, criamos dispositivos, usamos amplamente cristais em ciência e tecnologia, somos tratados com cristais, os encontramos em organismos vivos, penetramos no segredos da estrutura dos cristais.

Os cristais que se encontram na terra são infinitamente diversos. Os tamanhos dos poliedros naturais às vezes atingem o crescimento humano e muito mais. Há cristais-pétalas mais finas que papel e cristais em camadas com vários metros de espessura. Há cristais pequenos, estreitos, pontiagudos, como agulhas, e há enormes, como colunas. Em algumas áreas da Espanha, essas colunas de cristal são colocadas para o portão. O museu do Instituto de Mineração de São Petersburgo guarda um cristal de cristal de rocha (quartzo) com mais de um metro de altura e pesando mais de uma tonelada. Muitos cristais são perfeitamente puros e transparentes como a água.

Cristais de gelo e neve

Cristais de água gelada, ou seja, gelo e neve, são conhecidos por todos. Esses cristais cobrem as vastas extensões da Terra por quase meio ano, ficam no topo das montanhas e deslizam delas como geleiras, flutuam como icebergs nos oceanos. A cobertura de gelo de um rio, uma massa de uma geleira ou um iceberg não é, obviamente, um grande cristal. Uma massa densa de gelo geralmente é policristalina, isto é, composta de muitos cristais individuais; nem sempre são distinguíveis, porque são pequenos e crescem todos juntos. Às vezes, esses cristais podem ser vistos no gelo derretido. Cada cristal de gelo individual, cada floco de neve, é frágil e pequeno. Costuma-se dizer que a neve cai como cotão. Mas mesmo essa comparação, pode-se dizer, é muito “pesada”: um floco de neve é mais leve que uma penugem. Dez mil flocos de neve compõem o peso de um centavo. Mas, combinados em grandes quantidades, os cristais de neve podem parar o trem, formando bloqueios de neve.

Cristais de gelo podem destruir uma aeronave em questão de minutos. O gelo - um terrível inimigo das aeronaves - também é o resultado do crescimento do cristal.

Aqui estamos lidando com o crescimento de cristais a partir de vapores super-resfriados. NO camadas superiores atmosfera, vapor de água ou gotículas de água, podem ser armazenados por um longo tempo em um estado super-resfriado. O superresfriamento nas nuvens atinge -30. Mas assim que um avião voador invade essas nuvens super-resfriadas, na mesma hora começa uma cristalização violenta. Instantaneamente, o avião é coberto com uma pilha de cristais que crescem rapidamente.

Gemas

Desde os primeiros tempos da cultura humana, as pessoas valorizam a beleza pedras preciosas. Diamante, rubi, safira e esmeralda são as pedras mais caras e favoritas. Eles são seguidos por alexandrita, topázio, cristal de rocha, ametista, granito, água-marinha, crisólito. Turquesa azul-celeste, pérolas delicadas e opala iridescente são altamente valorizadas.

A cura e várias propriedades sobrenaturais têm sido atribuídas às pedras preciosas, e inúmeras lendas foram associadas a elas.

As pedras preciosas serviam como medida da riqueza de príncipes e imperadores.

Nos museus do Kremlin de Moscou, você pode admirar uma rica coleção de pedras preciosas que pertenceram a família real e um pequeno grupo de pessoas ricas. Sabe-se que o chapéu do príncipe Potemkin - Taurida era tão cravejado de diamantes e por isso era tão pesado que o dono não podia usá-lo na cabeça, o ajudante carregava o chapéu nas mãos atrás do príncipe.

Entre os tesouros do fundo de diamantes da Rússia está um dos maiores e mais belos diamantes do mundo "Shah".

O diamante foi enviado pelo xá da Pérsia ao czar russo Nicolau I como resgate pelo assassinato do embaixador russo Alexander Sergeevich Griboedov, autor da comédia Ai da sagacidade.

Nossa pátria é rica em pedras preciosas do que qualquer outro país do mundo.

Cristais no Universo

Não há um único lugar na Terra onde não haja cristais. Em outros planetas, em estrelas distantes, os cristais surgem constantemente, crescem e colapsam.

Em alienígenas espaciais - meteoritos existem cristais conhecidos na Terra e não encontrados na Terra. Em um enorme meteorito que caiu em fevereiro de 1947 no Extremo Oriente, foram encontrados cristais de ferro-níquel com vários centímetros de comprimento, enquanto em condições terrestres cristais naturais Esses minerais são tão pequenos que só podem ser vistos com um microscópio.

2. Estrutura e propriedades dos cristais

2. 1 O que são cristais, formas cristalinas

Os cristais se formam a uma temperatura bastante baixa quando movimento térmico tão lentamente que não destrói uma determinada estrutura. característica estado sólido da matéria é a constância de sua forma. Isso significa que suas partículas constituintes (átomos, íons, moléculas) estão rigidamente interconectadas e seu movimento térmico ocorre como uma oscilação em torno de pontos fixos que determinam a distância de equilíbrio entre as partículas. A posição relativa dos pontos de equilíbrio em toda a substância deve fornecer um mínimo de energia para todo o sistema, que é realizado com sua certa disposição ordenada no espaço, isto é, em um cristal.

Um cristal, segundo a definição de G. W. Wulff, é um corpo limitado devido às suas propriedades internas por superfícies planas - faces.

Dependendo dos tamanhos relativos das partículas que formam o cristal e do tipo de ligação química entre elas, os cristais têm uma forma diferente, determinada pela forma como as partículas estão conectadas.

De acordo com a forma geométrica dos cristais, existem os seguintes sistemas cristalinos:

1. cúbico (muitos metais, diamante, NaCl, KCl).

2. Hexagonal (H2O, SiO2, NaNO3),

3. Tetragonal (S).

4. Rômbico (S, KNO3, K2SO4).

5. Monoclínico (S, KClO3, Na2SO4*10H2O).

6. Triclínica (K2C2O7, CuSO4*5H2O).

2.2 Propriedades físicas dos cristais

Para um cristal desta classe, pode-se especificar a simetria de suas propriedades. Assim, os cristais cúbicos são isotrópicos em termos de transmissão de luz, condutividade elétrica e térmica, expansão térmica, mas são anisotrópicos em termos de propriedades elétricas e elásticas. Os cristais mais anisotrópicos de baixas singonias.

Todas as propriedades dos cristais estão interconectadas e são determinadas pela estrutura atômica - cristalina, as forças de ligação entre os átomos e os espectros de energia dos elétrons. Algumas propriedades, por exemplo: elétrica, magnética e óptica, dependem significativamente da distribuição dos elétrons nos níveis de energia. Muitas propriedades dos cristais dependem decisivamente não apenas da simetria, mas também do número de defeitos (resistência, plasticidade, cor e outras propriedades).

Isotropia (do grego isos - igual, o mesmo e tropos - volta, direção) independência das propriedades do meio em relação à direção.

Anisotropia (do grego anisos - desigual e tropos - direção) é a dependência das propriedades de uma substância na direção.

Os cristais são preenchidos com muitos defeitos diferentes. Defeitos, por assim dizer, animam o cristal. Devido à presença de defeitos, o cristal revela uma "memória" dos eventos em que se tornou ou quando foi, os defeitos ajudam o cristal a se "adaptar" ao ambiente. Os defeitos alteram qualitativamente as propriedades dos cristais. Mesmo em quantidades muito pequenas, os defeitos afetam fortemente aquelas propriedades físicas que estão completamente ou quase ausentes em um cristal ideal, sendo, via de regra, “energeticamente favoráveis”, os defeitos criam áreas de atividade física e química aumentada ao seu redor.

3. Cristais crescentes

O cultivo de cristais é uma atividade excitante e, talvez, a mais simples, acessível e barata para químicos iniciantes, tão segura quanto possível em termos de tuberculose. A preparação cuidadosa para a execução aprimora as habilidades na capacidade de manusear cuidadosamente as substâncias e organizar adequadamente seu plano de trabalho.

O crescimento de cristais pode ser dividido em dois grupos.

3.1 Formação de cristais naturais na natureza

Formação de cristais na natureza (crescimento natural de cristais).

Mais de 95% de todos pedras, de que é composta a crosta terrestre, foram formados durante a cristalização do magma. O magma é uma mistura de muitas substâncias. Todas essas substâncias temperaturas diferentes cristalização. Portanto, durante o resfriamento, o magma é dividido em partes: os primeiros cristais da substância com maior temperatura de cristalização aparecem e começam a crescer no magma.

Cristais também são formados em lagos salgados. No verão, a água dos lagos evapora rapidamente e os cristais de sal começam a cair. O Lago Baskunchak sozinho na estepe de Astrakhan poderia fornecer sal a muitos estados por 400 anos.

Alguns organismos animais são "fábricas" de cristais. Os corais formam ilhas inteiras, construídas a partir de cristais microscópicos de cal carbônica.

A pedra preciosa pérola também é construída a partir de cristais que o mexilhão pérola produz.

Cálculos biliares no fígado, pedras nos rins e pedras na bexiga que causam doenças humanas graves são cristais.

3.2 Crescimento de cristais artificiais

Crescimento artificial de cristais (crescimento de cristais em laboratórios, fábricas).

O crescimento de cristais é um processo físico e químico.

A solubilidade das substâncias em diferentes solventes pode ser atribuída a fenômenos físicos, uma vez que ocorre a destruição da rede cristalina, o calor é absorvido neste caso (um processo exotérmico).

Há também um processo químico - hidrólise (reação de sais com água).

Ao escolher uma substância, é importante considerar os seguintes fatos:

1. A substância não deve ser tóxica

2. A substância deve ser estável e quimicamente pura o suficiente

3. A capacidade de uma substância se dissolver em um solvente disponível

4. Os cristais resultantes devem ser estáveis

Existem vários métodos para o crescimento de cristais.

1. Preparação de soluções supersaturadas com posterior cristalização em vaso aberto (a técnica mais comum) ou fechado. Fechado - um método industrial, para sua implementação uma enorme vaso de vidro com um termostato que simula banho d'água. O recipiente contém uma solução com uma semente pronta, e a cada 2 dias a temperatura cai 0,1°C; este método permite obter monocristais tecnologicamente corretos e puros. Mas requer altos custos eletricidade e equipamentos caros.

2. Evaporação de uma solução saturada caminho aberto quando a evaporação gradual de um solvente, por exemplo, de um recipiente frouxamente fechado com uma solução salina, pode dar origem a cristais. Caminho fechado envolve manter a solução saturada em um dessecador sobre um dessecante forte (óxido de fósforo (V) ou ácido sulfúrico concentrado).

II. Parte prática.

1. Crescendo cristais de soluções saturadas

A base para o crescimento de cristais é uma solução saturada.

Instrumentos e materiais: vidro de 500 ml, papel de filtro, água fervida, colher, funil, sais CuSO4 * 5H2O, K2CrO4 (cromato de potássio), K2Cr2O4 (dicromato de potássio), alúmen de potássio, NiSO4 (sulfato de níquel), NaCl (cloreto de sódio), C12H22O11 (açúcar).

Para preparar uma solução salina, pegamos um copo limpo e bem lavado de 500 ml. despeje 300ml de água fervida quente (t = 50-60C). despeje a substância em um copo em pequenas porções, misture, alcançando a dissolução completa. Quando a solução estiver “saturada”, ou seja, a substância permanecerá no fundo, adicionará mais substâncias e deixará a solução em temperatura ambiente por um dia. Para evitar a entrada de poeira na solução, cubra o vidro com papel de filtro. A solução deve ficar transparente, um excesso da substância na forma de cristais deve cair no fundo do copo.

Escorra a solução preparada do precipitado de cristais e coloque em um frasco resistente ao calor. Coloque também um pouco de substância quimicamente pura (cristais precipitados). Aquecer o frasco em banho-maria até dissolver completamente. A solução resultante ainda é aquecida por 5 minutos a t = 60-70C, vertida em um copo limpo, envolta em uma toalha, deixada esfriar. Depois de um dia, pequenos cristais se formam no fundo do copo.

2. Criação da apresentação "Cristais"

Tiramos fotos dos cristais resultantes, usando os recursos da Internet, preparamos uma apresentação e uma coleção de "Cristais".

Fazendo uma foto usando cristais

Os cristais sempre foram famosos por sua beleza, por isso são usados como joias. Eles decoram roupas, pratos, armas. Os cristais podem ser usados para criar pinturas. Eu pintei a paisagem "Pôr do Sol". Cristais crescidos são usados como material para fazer a paisagem.

Conclusão

Neste trabalho, apenas uma pequena parte do que se sabe sobre os cristais na atualidade foi contada, porém, essa informação também mostrou o quão extraordinários e misteriosos são os cristais em sua essência.

Nas nuvens, no topo das montanhas, nos desertos arenosos, nos mares e oceanos, nos laboratórios científicos, nas células vegetais, nos organismos vivos e mortos - encontraremos cristais por toda parte.

Mas talvez a cristalização da matéria ocorra apenas em nosso planeta? Não, agora sabemos que em outros planetas e estrelas distantes, os cristais estão continuamente surgindo, crescendo e se desintegrando. Os meteoritos, mensageiros espaciais, também consistem em cristais e, às vezes, incluem substâncias cristalinas que não são encontradas na Terra.

Os cristais estão por toda parte. As pessoas estão acostumadas a usar cristais, fazer joias com eles, admirá-los. Agora que os métodos foram aprendidos cultivo artificial cristais, seu escopo se expandiu e, talvez, o futuro as mais recentes tecnologias pertence a cristais e agregados cristalinos.

Liceu tecnologias modernas gerenciamento

Resumo de física

Cristais e suas propriedades

Concluído:

Verificado:

Introdução

Corpos cristalinos são uma das variedades de minerais.

Os sólidos são chamados cristalinos, cujas propriedades físicas não são as mesmas em direções diferentes, mas coincidem em direções paralelas.

A família de corpos cristalinos consiste em dois grupos - monocristais e policristais. Os primeiros às vezes têm uma forma externa geometricamente correta, enquanto os segundos, como corpos amorfos, não têm a inerente certa forma. Mas, ao contrário dos corpos amorfos, a estrutura dos policristais é heterogênea, granular. Eles são uma coleção de pequenos cristais orientados aleatoriamente entre si - cristalitos. A estrutura policristalina do ferro fundido, por exemplo, pode ser detectada examinando uma amostra fraturada com uma lupa.

Os cristais variam em tamanho. Muitos deles só podem ser vistos com um microscópio. Mas há cristais gigantes pesando várias toneladas.

A estrutura dos cristais

A variedade de cristais na forma é muito grande. Os cristais podem ter de quatro a várias centenas de facetas. Mas, ao mesmo tempo, eles têm uma propriedade notável - qualquer que seja o tamanho, a forma e o número de faces do mesmo cristal, todas as faces planas se cruzam em certos ângulos. Os ângulos entre as faces correspondentes são sempre os mesmos. Cristais de sal-gema, por exemplo, podem ter a forma de um cubo, um paralelepípedo, um prisma ou um corpo maior que forma complexa, mas suas faces sempre se cruzam em ângulos retos. As faces do quartzo têm a forma de hexágonos irregulares, mas os ângulos entre as faces são sempre os mesmos - 120°.

A lei da constância dos ângulos, descoberta em 1669 pelo dinamarquês Nikolai Steno, é a lei mais importante da ciência dos cristais - a cristalografia.

A medição dos ângulos entre as faces do cristal é de grande importância prática, pois em muitos casos a natureza do mineral pode ser determinada de forma confiável a partir dos resultados dessas medições. O instrumento mais simples para medir os ângulos dos cristais é um goniômetro aplicado. O uso de um goniômetro aplicado é possível apenas para o estudo de grandes cristais, e a precisão das medições feitas com sua ajuda também é baixa. Distinguir, por exemplo, cristais de calcita e salitre, de forma semelhante e com ângulos entre as faces correspondentes iguais a 101 ° 55" do primeiro e 102°41,5" do segundo, com a ajuda de um goniômetro aplicado é muito difícil. Portanto, em condições de laboratório, as medições dos ângulos entre as faces do cristal são geralmente realizadas com instrumentos mais complexos e precisos.

Cristais de forma geométrica regular são raros na natureza. A ação conjunta desses fatores adversos, como flutuações de temperatura, um ambiente próximo a sólidos vizinhos, não permitem que um cristal em crescimento adquira sua forma característica. Além disso, uma parte significativa dos cristais, que no passado distante tinham um corte perfeito, conseguiram perdê-lo sob a influência da água, do vento, do atrito com outros sólidos. Assim, muitos grãos transparentes arredondados que podem ser encontrados na areia costeira são cristais de quartzo que perderam suas faces como resultado do atrito prolongado entre si.

Existem várias maneiras de saber se sólido cristal. O mais simples deles, mas muito inadequado para uso, foi descoberto como resultado de uma observação acidental no final do século XVIII. O cientista francês Renne Gayuy acidentalmente deixou cair um de seus cristais. Após examinar os fragmentos do cristal, ele notou que muitos deles são cópias reduzidas da amostra original.

A notável propriedade de muitos cristais de dar, quando esmagados, fragmentos de forma semelhante ao cristal original, permitiu a Hayuy levantar a hipótese de que todos os cristais consistem em pequenas partículas, invisíveis ao microscópio, densamente acondicionadas em fileiras, tendo a forma geométrica correta inerente à esta substância. Múltiplo formas geométricas Guyui explicou não só várias formas"tijolos" de que são compostos, mas também jeitos diferentes seu estilo.

A hipótese de Hayuy refletia corretamente a essência do fenômeno - um arranjo ordenado e denso elementos estruturais cristais, mas ela não respondeu linha inteira questões críticas. Existe um limite para salvar formulários? Se houver, qual é o menor "tijolo"? Os átomos e moléculas da matéria têm a forma de poliedros?

De volta ao século 18 O cientista inglês Robert Hooke e o cientista holandês Christian Huygens chamaram a atenção para a possibilidade de construir poliedros regulares a partir de bolas bem compactadas. Eles sugeriram que os cristais são construídos a partir de partículas esféricas - átomos ou moléculas. As formas externas dos cristais, segundo essa hipótese, são consequência das características do denso empacotamento de átomos ou moléculas. Independentemente deles, o grande cientista russo M. V. Lomonosov chegou à mesma conclusão em 1748.

Quando as bolas estão mais densamente compactadas em uma camada plana, cada bola é cercada por outras seis bolas, cujos centros formam um hexágono regular. Se a colocação da segunda camada for realizada ao longo dos orifícios entre as bolas da primeira camada, a segunda camada será igual à primeira, apenas deslocada em relação a ela no espaço.

A colocação da terceira camada de bolas pode ser feita de duas maneiras (Fig. 1). No primeiro método, as bolas da terceira camada são colocadas em orifícios localizados exatamente acima das bolas da primeira camada, e a terceira camada é uma cópia exata primeiro. A repetição subsequente do empilhamento de camadas dessa maneira resulta em uma estrutura denominada estrutura hexagonal compactada. No segundo método, as bolas da terceira camada são colocadas em buracos que não ficam exatamente acima das bolas da primeira camada. Com este método de empacotamento, uma estrutura é obtida, chamada de estrutura cúbica compacta. Ambos os pacotes oferecem uma taxa de preenchimento de volume de 74%. Nenhuma outra maneira de dispor as bolas no espaço na ausência de sua deformação dá um grau maior de preenchimento de volume.

Ao empilhar as bolas fileira por fileira usando o método de empacotamento hexagonal fechado, pode-se obter um prisma hexagonal regular, o segundo método de empacotamento leva à possibilidade de construir um cubo a partir de bolas.

Se o princípio do empacotamento compacto opera na construção de cristais a partir de átomos ou moléculas, parece que na natureza os cristais devem ser encontrados apenas na forma de prismas e cubos hexagonais. Cristais desta forma são realmente muito comuns. O empacotamento denso hexagonal de átomos corresponde, por exemplo, à forma de cristais de zinco, magnésio, cádmio. A embalagem densa cúbica corresponde à forma de cristais de cobre, alumínio, prata, ouro e vários outros metais.

Mas a diversidade do mundo dos cristais não se limita a essas duas formas.

A existência de formas cristalinas que não correspondem ao princípio do empacotamento mais próximo de bolas de tamanhos iguais pode ter diferentes razões.

Primeiro, um cristal pode ser construído de acordo com o princípio do empacotamento fechado, mas a partir de átomos tamanhos diferentes ou de moléculas que têm uma forma muito diferente da esférica (Fig. 2). Os átomos de oxigênio e hidrogênio têm forma esférica. Quando um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio são unidos, suas camadas eletrônicas se interpenetram. Portanto, a molécula de água tem uma forma significativamente diferente da esférica. Quando a água se solidifica, o empacotamento denso de suas moléculas não pode ser realizado da mesma forma que o empacotamento de bolas de tamanhos iguais.

Em segundo lugar, a diferença entre o empacotamento de átomos ou moléculas e o mais denso pode ser explicado pela existência de ligações mais fortes entre eles em determinadas direções. No caso de cristais atômicos, a direção das ligações é determinada pela estrutura das camadas externas de elétrons dos átomos, nos cristais moleculares - pela estrutura das moléculas.

É bastante difícil entender a estrutura dos cristais usando apenas modelos volumétricos de sua estrutura. A este respeito, o método de representação da estrutura dos cristais usando uma rede cristalina espacial é frequentemente usado. É uma grade espacial, cujos nós coincidem com a posição dos centros dos átomos (moléculas) no cristal. Esses modelos são vistos, mas nada pode ser aprendido com eles sobre a forma e o tamanho das partículas que compõem os cristais.

A base da rede cristalina é uma célula unitária - uma figura menor tamanho, por transferência sucessiva da qual é possível construir o cristal inteiro. Para caracterizar exclusivamente uma célula, você precisa especificar as dimensões de suas arestas a, b e c e o valor dos ângulos a , b e g entre eles. O comprimento de uma das nervuras é chamado de constante de rede, e todo o conjunto de seis quantidades que definem a célula é chamado de parâmetros da célula.

A Figura 3 mostra como todo o espaço pode ser construído adicionando células elementares.

É importante prestar atenção ao fato de que a maioria dos átomos, e para muitos tipos de rede cristalina, mesmo cada átomo não pertence a uma célula elementar, mas é simultaneamente parte de várias células elementares vizinhas. Considere, por exemplo, a célula unitária de um cristal de sal-gema.

Para a célula elementar de um cristal de sal-gema, a partir da qual todo o cristal pode ser construído por transferência no espaço, deve-se tomar a parte do cristal mostrada na figura. Nesse caso, deve-se levar em consideração que dos íons localizados no topo da célula, apenas um oitavo de cada um deles pertence a ela; dos íons que se encontram nas bordas da célula, possui um quarto de cada; dos íons que se encontram nas faces, cada uma das duas células unitárias adjacentes responde por metade do íon.

Vamos calcular o número de íons de sódio e o número de íons de cloro que fazem parte de uma célula elementar de sal-gema. A célula possui inteiramente um íon cloro, localizado no centro da célula, e um quarto de cada um dos 12 íons localizados nas bordas da célula. Total de íons de cloreto em uma célula 1+12*1/4=4 . Íons de sódio em uma célula unitária - seis metades nas faces e oito oitavos nos topos, totalizando 6*1/2+8*1/8=4.

Cristais naturais - variedades, propriedades, extração e aplicação. As propriedades mais importantes dos cristais

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