Строение и свойства реальных кристаллов

Жеода — чудо природы

Природа создала множество удивительных творений, и одно из них — жеоды. Жеоды — это необычные, полые внутри камни, полностью или частично заполненные разросшимися кристаллами. Жеоды бывают любой формы, но чаще всего встречаются округлые или овальные.

Снаружи жеоды не представляют собой ничего примечательного: они выглядят как обычные камни. Вся их красота становится очевидной только после распиливания. Иногда жеоды называют «шкатулки с сюрпризом»: ведь действительно неизвестно, какая красота в них скрывается.

Жеоды аметиста

Размеры жеод варьируются от 1 см до 1 м, самые маленькие экземпляры (менее 1 см) называют миндалинами. Кристаллы, образовавшиеся в жеодах, зависят от минерального вещества, изначально попавшего в подземные пустоты. Чаще всего встречаются жеоды кварца, аметиста, горного хрусталя, агата, халцедона.

Типы вещества

Чтобы понять, чем же так выделяются кристаллы из всего многообразия веществ и материалов, рассмотрим строение любого вещества на молекулярном (или атомном) уровне. Обычно такие исследования проводят с помощью метода рентгеноструктурного анализа.

Расположение частиц в аморфных (снизу) и кристаллических (сверху) телах

Можно увидеть, что у некоторых веществ, таких как мед, стекло, различные виды резин на любых приближениях во взаимном расположении частиц отсутствует какая-либо структура, т.е. все частицы расположены беспорядочно, хаотично.
При нагреве таких веществ их частицы постепенно начинают уходить со своих прежних случайных мест все дальше и дальше, из-за все увеличивающихся температурных колебаний — начинается процесс размягчения вещества. Расстояние между частицами постепенно увеличивается, однако сложно указать, точно ли вещество перешло в состояние жидкости, или же оно все еще является твердым веществом, здесь эта граница слишком уж размыта. Из-за подобного поведения эти вещества называют аморфными — не имеющими определенной формы, бесструктурными.
В то же время можно найти другие вещества, такие как лед, металлы, соли, для которых нагрев приводит к увеличению температуры только до определенного предела, а затем начинается переход твердого тела в жидкость, с сохранением постоянной температуры. И лишь когда вновь начнется повышение температуры вещества при его дальнейшем нагреве, можно отметить, что все тело перешло в жидкое состояние и нигде в расплаве не осталось осколков твердого вещества.
У некоторых сразу возникают вопросы из школьного курса физики — если телу передавали энергию для нагрева, а его температура была в этот момент постоянной, то куда же делась эта энергия?
Для ответа на этот вопрос вновь заглянем в структуру таких веществ и увидим, что все их частицы расположены в строгом порядке, вдоль бесконечных правильных рядов, растянувшихся по всему объему вещества, наподобие периодической пространственной решетки. В узлах таких решеток находятся частицы вещества, которые не находятся там неподвижно, а совершают очень небольшие температурные колебания, удерживаясь на своем месте силами электромагнитного притяжения и отталкивания.
Если постепенно нагревать вещество, то можно отметить, как частицы при достижении определенной скорости колебаний уже не могут удерживаться этими силами и начинают покидать свое место. У отдельных частиц скорость может быть намного выше средней, но через небольшое время они натыкаются на медленные частицы, отдавая им часть своей скорости и помогая покинуть решетку. Именно поэтому температура таких тел при плавлении не изменяется, а переданная им энергия идет на постепенное разрушение решетки. Лишь по завершению процесса скорость частиц вновь начнет в среднем подниматься — именно эта граница и отмечает переход тела в жидкое состояние. Исторически такие решетки называют кристаллическими, а сами вещества — кристаллами.
Стоит отметить, что так как частицы в решетке находятся в своеобразной квантово-механической ловушке, вызванной взаимодействием с соседними частицами, то кристаллическая решетка является состоянием с меньшей энергией, чем обладает свободно перемещающиеся частицы вещества. Это объясняет эффект, возникающий при процессе, противоположном плавлению — кристаллизации вещества из расплава или раствора, в котором переход от свободного состояния частиц к периодической структуре вызывает выделение тепла при сохранении все той же постоянной температуры.

Кристаллы искусственного происхождения

Пожалуй, самые известные и дорогие камни искусственного происхождения продаются под маркой Swarovski. На сегодняшний день в компании широкий ассортимент, представленный более чем 100 тысячами позиций. Кристаллами этого производителя инкрустируют не только ювелирные изделия, но и украшают предметы гардероба, обувь и интерьер.

Какие бывают кристаллы Сваровски? Согласно линейке производителя, большая часть кристаллов представлена в виде конусов, внутренние грани которого максимально раскрывают яркость, блеск и цвет камня. Компания предлагает самую широкую палитру цветов, представлены практически все цвета в чистом виде, некоторые имеют сатиновый или радужный эффект.

На втором месте по полярности идут кристаллы Прециоза (Чехия). Они не уступают по качеству, цвету и форме Сваровски. Из них получаются красивейшие ювелирные изделия.

Корейские кристаллы несколько уступают двум предыдущим, так как механической шлифовке подвергаются только две грани – нижняя и верхняя, остальные формируются в процессе стекольного литься. Цветовая палитра не очень широкая, но основные цвета присутствуют.

На рынке также представлены кристаллы китайского производства. Они не дорогие, но и качество у них достаточно низкое, основной материал не отличается высокой степенью прозрачности.

Строение слитков сплавов

  • Скопление сегрегаций (ликваций нерастворимых примесей), в которых столбчатые кристаллы заменяются более равновесными структурами.
  • Наличие трещин между столбчатыми кристаллами, где образуется металл с более высокими концентрациями растворённых веществ (часто встречается в металлургии алюминия).
  • Повышенное влияние скорости разливки, когда возникающее разбрызгивание приводит к образованию серьёзных дефектов структуры (наблюдается при разливке высоколегированных нержавеющих сплавов на основе никеля и хрома).
  • При вакуумной разливке некоторых сплавов на основе меди обнаруживаются дендритные субструктуры. Механизм размножения (фрагментации) зёрен вызван турбулентностью расплава во время разливки.

Наличие преддендритных субструктур показывает, что значительное количество специальных сплавов (особенно на основе алюминия) обладают повышенной чувствительностью к теплопередаче, даже, если механизм размножения зёрен за счёт фрагментации активен. Преддендритные зёрна характеризуются повышенной шероховатостью, увеличенным количеством столбчатых зёрен и их размерами.

Прогнозирование структуры

Сложность предсказания стабильных кристаллических структур на основе знания только химического состава долгое время была камнем преткновения на пути к полностью вычислительному дизайну материалов. Теперь, благодаря более мощным алгоритмам и высокопроизводительным вычислениям, структуры средней сложности могут быть предсказаны с использованием таких подходов, как эволюционные алгоритмы , случайная выборка или метадинамика.

Кристаллические структуры простых ионных твердых веществ (например, NaCl или поваренная соль) уже давно рационализированы с точки зрения правил Полинга , впервые изложенных в 1929 году Линусом Полингом , которого многие с тех пор называют «отцом химической связи». Полинг также рассмотрел природу межатомных сил в металлах и пришел к выводу, что около половины из пяти d-орбиталей в переходных металлах участвуют в связывании, а оставшиеся несвязывающие d-орбитали ответственны за магнитные свойства. Таким образом, он смог соотнести количество d-орбиталей в образовании связи с длиной связи, а также со многими физическими свойствами вещества. Впоследствии он ввел металлическую орбиталь, дополнительную орбиталь, необходимую для разрешения неограниченного резонанса валентных связей между различными электронными структурами.

В теории резонансных валентных связей факторы, определяющие выбор одной из альтернативных кристаллических структур металла или интерметаллического соединения, вращаются вокруг энергии резонанса связей между межатомными положениями. Ясно, что некоторые режимы резонанса будут давать больший вклад (будут более механически устойчивыми, чем другие), и что, в частности, простое соотношение количества связей к количеству позиций будет исключительным. Результирующий принцип заключается в том, что особая стабильность связана с простейшими соотношениями или «числами облигаций»: 1 ⁄ 2 , 1 ⁄ 3 , 2 ⁄ 3 , 1 ⁄ 4 , 3 ⁄ 4 и т. Д. Выбор структуры и значения осевое отношение (которое определяет относительные длины связей), таким образом , является результатом усилий атома , чтобы использовать его валентность в формировании стабильных связей с простыми дробными числами облигаций.

Постулируя прямую корреляцию между концентрацией электронов и кристаллической структурой в сплавах с бета-фазой, Хьюм-Розери проанализировал тенденции изменения точек плавления, сжимаемости и длин связей в зависимости от номера группы в периодической таблице, чтобы установить систему валентностей переходные элементы в металлическом состоянии. Таким образом, эта обработка подчеркнула увеличение прочности сцепления в зависимости от номера группы. Действие направленных сил было подчеркнуто в одной статье о связи между связующими гибридами и металлическими структурами. Результирующая корреляция между электронными и кристаллическими структурами резюмируется одним параметром, весом d-электронов на гибридизованную металлическую орбиталь. «D-вес» составляет 0,5, 0,7 и 0,9 для структур ГЦК, ГПУ и ОЦК соответственно. Таким образом, становится очевидной связь между d-электронами и кристаллической структурой.

При прогнозировании / моделировании кристаллической структуры обычно применяется периодичность, поскольку система представляется неограниченно большой во всех направлениях. Начиная с триклинной структуры без дополнительных предполагаемых свойств симметрии, систему можно заставить показать некоторые дополнительные свойства симметрии, применив Второй закон Ньютона к частицам в элементарной ячейке и недавно разработанное динамическое уравнение для векторов периодов системы (параметры решетки, включая углы ), даже если система подвергается внешним нагрузкам.

Потенциальное практическое применение кристаллов времени

Итак, если выкладки Вильчека и Яо были чисто теоретической физикой, то кристаллы Монро, Лукина и Трегера являются типичными «proof-of-concept». Путь, проделанный от умозрительной идеи в 2012 году до первого поколения реальных кристаллов в времени в 2016 году и магноновых макроскопических кристаллов в 2019 году впечатляет – как бы наверняка отметил по этому поводу Галилей, «Eppur si muove» («И все-таки оно вертится»). Разумеется, из кристаллов времени не получится вечного двигателя, но возможности их практического применения уже отлично просматриваются и касаются, прежде всего, квантовых вычислений при помощи кристаллов Лукина. Притом, какие большие ожидания связаны с квантовыми вычислениями, необходимую для них квантовую запутанность очень легко нарушить в процессе записи и считывания информации. Но в кристалле времени квантовые состояния как раз стабилизируются, поэтому можно было бы подобрать такие фазы, которые позволяли бы возвращать кристалл в исходное состояние после операции ввода или вывода и таким образом стабилизировать кубиты. Возможность такой стабилизации была доказана в 2018 году сингапурскими учеными.

Также из изысканий Лукина следует, что кристаллы времени могут стать основой для исключительно точных атомных часов и датчиков – впрочем, для решения таких задач сначала требуется справиться с потенциально разрушительной декогеренцией.

Наконец, существует целое направление исследований, связанных с топологической сверхпроводимостью. Возможно, кристаллы времени позволят удерживать кристаллическую решетку в таком состоянии, в котором она будет сохранять сверхпроводящие свойства при комнатной температуре (о проблемах высокотемпературной сверхпроводимости я уже рассказывал в более ранней статье на Хабре). Подобные исследования, связанные со стабилизацией куперовских пар электронов, ведутся в Калифорнийском технологическом институте и институте Вейцмана в Израиле.

Впрочем, все эти находки могут оказаться лишь верхушкой айсберга. Во-первых, в 2020 году удалось осуществить контролируемое взаимодействие кристаллов времени, и выводы из этого открытия еще предстоит сделать. Во-вторых, Наяк и Яо продолжают разработку дискретных кристаллов времени, которые подчиняются законам классической, а не квантовой физики. Если эта работа увенчается успехом и позволит синтезировать кристаллы времени, не зависящие ни от квантовых флуктуаций, ни от декогеренции.

Признаки употребления Кристалла

Выделяют следующие признаки употребления кристаллов:

  • Сужение зрачков, легкое покраснение и “остекление” глаз;
  • Неспособность усидеть на месте, подергивание конечностей;
  • Сильный кожный зуд;
  • Появление язв по всему лицу. Часто гнойные язвы образуются вокруг носа и на слизистой, если наркотик принимается методом вдыхания через нос;
  • Громкая, бессвязная речь;
  • Состояние беспричинной агрессии, драчливость;
  • Поверхностное и прерывистое дыхание;
  • Учащение пульса.

При обнаружении указанных признаков следует провести интервенцию с наркозависимым. Квалифицированный врач-нарколог сумеет найти подходящие слова для того, чтобы человек признал наличие проблемы и обрел мотивацию для выздоровления. 

Типовые конструкции

Между ними находится множество изоструктурных кристаллов, то есть они образуют одну и ту же структуру, хотя их химический состав, следовательно, размер ионов, а следовательно, и параметр решетки, могут быть разными: атомы и особенно координационные полиэдры очень расположены. по аналогии. Затем они кристаллизуются в «типичную структуру», которая используется для обозначения структуры всех этих кристаллов.

Например, структура перовскита CaTiO 3 , часто деформируемого вращением октаэдров BX 6 , обнаруживается в нескольких материалах общей формулы ABX 3 , таких как BaTiO 3 , PbZrO 3 и  т. Д. Говорят, что они кристаллизуются в структуре перовскита .

Виды кристаллов

Сравнение структур монокристаллов и поликристаллов

Кристаллы разделяют на монокристаллы и поликристаллы. Монокристаллами называют вещества, кристаллическая структура которых распространяется на все тело. Такие тела являются однородными и имеют непрерывную кристаллическую решетку. Обычно, такой кристалл обладает ярко выраженной огранкой. Примерами природного монокристалла являются монокристаллы каменной соли, алмаза и топаза, а также кварца.

Сульфат алюминия-калия монокристалл

Немало веществ имеют кристаллическую структуру, хотя обычно не имеют характерной для кристаллов формы. К таким веществам относятся, например, металлы. Исследования показывают, что такие вещества состоят из большого количества очень маленьких монокристаллов — кристаллических зерен или кристаллитов. Вещество, состоящее из множества таких разноориентированных монокристаллов, называется поликристаллическим. Поликристаллы зачастую не имеют огранки, а их свойства зависят от среднего размера кристаллических зерен, их взаимного расположения, а также строения межзеренных границу. К поликристаллам относятся такие вещества как металлы и сплавы, керамики и минералы, а также другие.

Поликристалл висмута

Анизотропия

Упорядоченность в строении кристалла приводит к анизотропии, т.е. зависимости физических свойств от выбранного направления. Оно объясняется различием в плотности расположения частиц в кристаллической решетке по разным направлениям. На рисунке 7 условно изображено расположение атомов в одной из плоскостей монокристалла. Через узлы этой плоской решетки проведены различно ориентированные параллельные прямые (1, 2, 3, 4). Видно, что на единицу длины прямых приходится не одинаковое количество атомов. А многие механические свойства кристалла зависят от плотности размещения образующих его частиц.

Рис. 7

Прежде всего, бросается в глаза различная механическая прочность кристаллов по разным направлениям. Например, кусок слюды легко расслаивается в одном из направлений на тонкие пластинки, но разорвать его в направлении, перпендикулярном пластинкам, гораздо труднее. Так же легко расслаивается в одном направлении кристалл графита. Когда вы пишете карандашом, такое расслоение происходит непрерывно и тонкие слои графита остаются на бумаге. Многие кристаллы по-разному проводят теплоту и электрический ток в различных направлениях. От направления зависят и оптические свойства кристаллов. Так, кристалл алмаза по-разному преломляет свет в зависимости от направления падающих на него лучей.

Монокристаллы обладают анизотропией, поликристаллы изотропны.

Как образуются кристаллы?

В недрах Земли находится магма, в процессе медленного остывания и затвердевания которой образуются кристаллы различных минералов с разным кристаллическим строением. Почему так происходит? Ты уже знаешь, что у каждого вещества своя температура плавления, или кристаллизации, или затвердевания. Поэтому все вещества, находящиеся в магме, затвердевают по очереди, в соответствии с той температурой, при которой они способны принять кристаллическую форму. Большинство из таких кристаллов является драгоценными камнями.

Листья покрытые кристаллами воды (инеем)

Кристаллы также могут образовываться из пара. Так, например, пар, который ты выдыхаешь во время сильных морозов, превращается в небольшие белые хлопья. Во время первых осенних заморозков трава и ветви низкорослых кустарников могут покрыться удивительными кристаллами инея, который исчезает по мере повышения температуры.

Испарение из раствора — еще один способ образования кристаллов. Например, после испарения воды из насыщенного соляного раствора на дне емкости останутся кристаллы соли. Подобные процессы происходят и в природе. Под лучами жаркого летнего солнца вода в морях и соляных озерах начинает испаряться. Кристаллы соли сначала плавают на поверхности воды, а затем оседают на дно.

Так образуются природные месторождения солей.

Молекулярная кристаллическая решетка

Молекулярная кристаллическая решетка – это такая решетка, в узлах которой располагаются молекулы. Удерживают молекулы в кристалле слабые силы межмолекулярного притяжения (силы Ван-дер-Ваальса, водородные связи, или электростатическое притяжение). Соответственно, такую кристаллическую решетку, как правило, довольно легко разрушить. Вещества с молекулярной кристаллической решеткой – легкоплавкие, непрочные. Чем больше сила притяжения между молекулами, тем выше температура плавления вещества. Как правило, температуры плавления веществ с молекулярной кристаллической решеткой не выше 200-300К. Поэтому при нормальных условиях большинство веществ с молекулярной кристаллической решеткой существует в виде газов или жидкостей. Молекулярную кристаллическую решетку, как правило, образуют в твердом виде кислоты, оксиды неметаллов, прочие бинарные соединения неметаллов, простые вещества, образующие устойчивые молекулы (кислород О2, азот N2, вода H2O и др.), органические вещества. Как правило, это вещества с ковалентной полярной (реже неполярной) связью. Т.к. электроны задействованы в химических связях, вещества с молекулярной кристаллической решеткой – диэлектрики, плохо проводят тепло.

Связь между частицами в молекулярных кристаллах: межмолекулярные водородные связи,  электростатические или межмолекулярные силы притяжения.

В узлах кристалла с молекулярной кристаллической структурой расположены молекулы.

Фазовое состояние молекулярных кристаллов при нормальных условиях: газы, жидкости и твердые вещества.

Вещества, образующие в твердом состоянии молекулярные кристаллы:

  1. Простые вещества-неметаллы, образующие маленькие прочные молекулы (O2, N2, H2, S8 и др.);
  2. Сложные вещества (соединения неметаллов) с ковалентными полярными связями (кроме оксидов кремния и бора, соединений кремния и углерода) — вода H2O, оксид серы SO3 и др.
  3. Одноатомные инертные газы (гелий, неон, аргон, криптон и др.);
  4. Большинство органических веществ, в которых нет ионных связей — метан CH4, бензол С6Н6 и др.

Физические свойства веществ с молекулярной кристаллической решеткой:

— легкоплавкость (низкая температура плавления):

— высокая сжимаемость;

— молекулярные кристаллы в твердом виде, а также в растворах и расплавах не проводят ток;

— фазовое состояние при нормальных условиях – газы, жидкости, твердые вещества;

— высокая летучесть;

— малая твердость.

Аквамарин

Какие бывают кристаллы, очень похожие на лед? Это аквамарин. Минерал является разновидностью берилла, и его название переводится как «морская вода». По форме кристаллы напоминают длинностолбчатые и шестигранные призмы с сильным стеклянным блеском. Минерал очень хрупкий и его легко раздавить.

В ювелирном искусстве аквамарин получил популярность только в начале XX века, когда в моду пришел стиль – арт-деко. Месторождения этого минерала есть на всей планете, добывают его из пегматитов, которые расположены в крупнозернистых гранитах.

Самый огромный минерал был найден в 1910 году, его вес составлял 110,5 килограммов.

История открытия жидких кристаллов

Со времени
открытия жидких кристаллов прошло более 100 лет. Впервые их обнаружил
австрийский ботаник Фридрих Рейнитцер, наблюдая две точки плавления сложного
эфира холестерина — холестерилбензоата (рис.1).

Рис.1

Первое
ЖК-соединение — холестерилбензоат и диаграмма, иллюстрирующая температурную
область существования ЖК-фазы.

При
температуре плавления (Tпл), 145C, кристаллическое
вещество превращалось в мутную, сильно рассеивающую свет жидкость, которая при
179C становилась прозрачной. В отличии от точки плавления
температуру, при которой происходило просветление образца, Рейнитцер назвал
точкой просветления (Tпр). Пораженный этим необычайным явление,
свидетельствующим как будто о двойном плавлении, Рейнитцер отправил свои
препараты немецкому кристаллографу Отто Леману с просьбой помочь разобраться в
странном поведении холестерилбенозоата. Исследуя их при помощи поляризационного
микроскопа, Леман установил, что мутная фаза, наблюдаемая Рейнитцером, является
анизатропной. Поскольку свойства анизотропии присуще твердому кристаллу, а
вещество в мутной фазе было жидким, Леман назвал его жидким кристаллом.

С тех пор
вещества, способные в определенном температурном интервале выше точки плавления
сочетать одновременно свойства жидкостей (текучесть, способность к образованию
капель) и свойства кристаллических тел (анизотропии), стали называться жидкими
кристаллами или жидкокристаллическими. ЖК-вещества часто называют мезоморфными,
а образуемую ими ЖК-фазу — мезофазой (от греч. «мезос» —
промежуточный). Такое состояние является термодинамически стабильным фазовым
состоянием и по праву на ряду с твердым, жидким и газообразным может рассматриваться
как четвертое состояние вещества.

Однако
понимание природы ЖК-состояния веществ установление и исследование их
структурной организации приходит значительно позднее. Серьезное недоверие к
самому факту существования таких необычных соединений в 20 — 30-х годах
сменилось их активным исследованием. Работы Д. Форлендера в Германии во многом
способствовали синтезу новых ЖК-соединений. Достаточно сказать, что под его
руководством было выполнено 85 диссертаций по жидким кристаллам. Французский
ученый Ж. Фридель предложил первую классификацию жидких кристаллов, голландец
С. Озеен и чех Х. Цохер создали теорию упругости, русские ученые В.К. Фредерикс
и В.Н. Цветков в СССР в 30-х годах впервые исследовали поведение жидких
кристаллов в электрических и магнитных полях. Однако то 60-х годов изучение
жидких кристаллов не представляло существенного практического интереса, и все
научные исследования имели достаточно ограниченный, чисто академический
интерес.

Ситуация
резко изменилась в середине 60-х годов, когда в связи с бурным развитием
микроэлектроники и микроминиатюризации приборов потребовались вещества,
способные отражать и передавать информацию, потребляя при этом минимум энергии.
И вот здесь на помощь пришли жидкие кристаллы, двойственный характер которых
(анизотропия свойств и высокая молекулярная подвижность) позволили создать
управляемые внешним электрическим полем быстродействующие и экономичные
ЖК-индикаторы, являющиеся по существу основным элементом многомиллионной
«армии» часов, калькуляторов, плоских экранов телевизоров и т. д.

Жидкокристллический
бум, в свою очередь, стимулировал активную научную деятельность, созывались
международные симпозиумы и конференции по жидким кристаллам, организовывались
школы для молодых ученых, выпускались сборники и монографии.

Что же
представляют собой эти необычные кристаллы и каковы особые свойства, сделавшие
их сегодня практически незаменимыми?

Горный хрусталь

Какого цвета бывают кристаллы? Существуют даже бесцветные, со стеклянным блеском, и речь в данном случае идет о горном хрустале. Это чистый диоксид кремния – бесцветная разновидность кварца. Форма у минерала может быть трапециевидной или призматической.

В эту группу включено несколько разновидностей: волосатик, раухтопаз, аметист, цитрин и морион.

Минерал пользуется спросом не только у ювелиров, но также используется в радиотехнике. Крупные размеры природного материала достаточно дорого стоят. Главное — не путать горный хрусталь с тем, что продается в магазинах. Для получения стеклянного блеска при изготовлении «хрустальной» посуды в стекло добавляется барий и оксид свинца.

Изумруд

Какие кристаллы бывают в природе еще? Изумруд – драгоценный минерал из берилловой группы, относится к самоцветам первого порядка. Крупные (от 5 карат) и не имеющие дефектов изумруды стоят дороже алмазов.

У минерала цвет варьируется от желтовато-зеленого до травянисто-зеленоватого, главное условие – наличие зеленого оттенка. Камни, добываемые в Южноафриканских странах, имеют примесь оксида железа, поэтому имеют синеватый оттенок.

Один из самых известных в мире – «Девонширский изумруд», его вес составляет 304 грамма. А самый известный в России – «Коковинский» изумруд весом немного более 400 граммов. Добыт на Урале в 1833 году.

Границы зерен

Границы зерен — это границы раздела, на которых встречаются кристаллы разной ориентации. Граница зерна представляет собой однофазный интерфейс, с кристаллами на каждой стороне границы являются идентичными , за исключением ориентации. Иногда, хотя и редко, используется термин «граница кристаллита». Области границ зерен содержат те атомы, которые были возмущены из своих исходных узлов решетки, дислокации и примеси, которые мигрировали к границе зерен с более низкой энергией.

Рассматривая границу зерна геометрически как границу раздела монокристалла, разрезанного на две части, одна из которых вращается, мы видим, что для определения границы зерна требуется пять переменных. Первые два числа берутся из единичного вектора, определяющего ось вращения. Третье число обозначает угол поворота зерна. Последние два числа определяют плоскость границы зерна (или единичный вектор, перпендикулярный этой плоскости).

Границы зерен нарушают движение дислокаций в материале, поэтому уменьшение размера кристаллитов является обычным способом повышения прочности, как описано соотношением Холла – Петча . Поскольку границы зерен являются дефектами кристаллической структуры, они имеют тенденцию уменьшать электрическую и теплопроводность материала. Высокая межфазная энергия и относительно слабая связь в большинстве границ зерен часто делают их предпочтительными участками для начала коррозии и выделения новых фаз из твердого тела. Они также важны для многих механизмов ползучести .

Границы зерен обычно имеют ширину всего несколько нанометров. В обычных материалах кристаллиты достаточно велики, чтобы границы зерен составляли небольшую часть материала. Однако достижимы очень маленькие размеры зерен. В нанокристаллических твердых телах границы зерен становятся значительной объемной долей материала, что оказывает сильное влияние на такие свойства, как диффузия и пластичность . В пределе мелких кристаллитов, когда объемная доля границ зерен приближается к 100%, материал перестает иметь какой-либо кристаллический характер и, таким образом, становится аморфным твердым телом .

Драгоценные камни

Важно отметить, что драгоценные кристаллы в необработанной форме — не такие уж красивые. Их еще называют камнями или минералами

Драгоценными они называются, потому что очень красивы в огранке и используются в ювелирном деле. Многим знакомы драгоценные камни аметисты, бриллианты, сапфиры, рубины.

Самым твердым камнем считается алмаз. Хрупкий кристалл травянисто-зеленого цвета — изумруд. Разновидностью минерала корунда красного цвета является рубин. Месторождения этого кристалла существуют почти на всех континентах. Что считается неоспоримым его идеалом? Бирманские рубины. Месторождения рубинов в РФ находятся в Челябинской и Свердловской областях.

Какие еще есть дорогостоящие минералы? Прозрачными драгоценными кристаллами различной окраски — от бледно-голубой до темно-синей — являются сапфиры. Это хоть и редкий минерал, но ценится ниже рубина.

Дорогой разновидностью кварца является прекрасный драгоценный камень аметист. Когда-то он был вставлен первосвященником Аароном в число 12 камней его пекторали. Аметисты имеет красивый фиолетовый или лиловый отлив.

Виды Кристалла

Наркодилеры предлагают “новичку” несколько доз наркотика бесплатно для формирования зависимости. Дальнейшие дозы обходятся втридорога: желая избавиться от мучительной ломки, зависимый идет на все, чтобы добыть еще одну дозу ядовитых кристаллов. 

Порошок Кристалл

Порошковые кристаллы чаще называют “соль”. Вещество визуально похоже на битое стекло и используется для курения или вдыхания через нос.

Наркотик Стекло

Вещества метамфетаминового ряда визуально похожи на разбитое стекло, что обуславливает возникновение альтернативного названия. 

Красный Кристалл

“Лед” включает в себя красный фосфор и другие токсические добавки. Интоксикация приводит к ощущению эйфории и психомоторного возбуждения. 

Розовый Кристалл

Соли представляют собой опасные синтетические наркотики, которые обладают белым или розовым оттенком. Данный вид наркотиков является одним из самых опасных за счет применения токсических веществ, запрещенных для введения в организм.

Зеленый Кристалл

Кристаллы МДМА могут иметь разнообразные оттенки: зеленые, розовые, синие и т.д. Длительный прием ПАВ данной категории приводит к стремительному снижению веса и появлению массивных язв на коже. 

Курительные Кристаллы

Курение кристаллов оказывает относительно быстрый эффект. Помимо негативного влияния на дыхательную систему, наркотические вещества приводят к состоянию общей интоксикации организма.

Кристалл Скорость

“Спиды” представляют собой кристаллики белого оттенка, вызывающие психомоторное возбуждение, эйфорию, раскрепощенность. Зависимому кажется, что он способен на все: теперь ему не нужна еда, вода и отдых. Через некоторое время человеку приходится поплатиться за эйфорию тяжелейшей ломкой. Наступает подавленность, сильнейшая мигрень, тремор конечностей, тошнота и тяжелая депрессия. 

Наркотик Алмазы

“Соль для ванны” представляет собой наркотик изумрудного или голубого оттенка, вызывающий кратковременную эйфорию. 

Применение кристаллов

Кристаллы находят довольно широкое применение в технике и быту.

Так, благодаря высочайшей твердости алмазы, природные и искусственные, используются в промышленности для изготовления высокопрочных режущих инструментов, специальных опорных элементов для особо точных хронометров и других приборов, а ограненные алмазы (бриллианты) считаются одними из самых дорогих драгоценных камней. Рубины также являются драгоценными камнями. Они, как и алмазы, широко применяются в часовой промышленности, на фабриках по изготовлению химического волокна.

Кристаллы кварца нашли применение в радиотехнике.

Поделиться ссылкой

Интересная информация

Волшебный каменный мир удивляется многими удивительными фактами о кристаллах.

Природные кристаллы в виде величественных колонн применялись в древних цивилизациях для удержания тяжелых ворот храмов или как постаменты.

  • Минерал сподумен, длиной почти 13 м и весом 90 т, известен необычными кристаллами-гигантами. При этом хорошо образованные минералы считаются ценными коллекционными материалами.
  • Одни из самых больших кристаллов селенита найдены в 2 000 г. в уникальной пещере, возраст которой около миллиона лет, в шахтовом комплексе Найка (Мексика). Наибольший имеет размеры: длина – 4 м, ширина – 4 м и вес – 55 т.
  • Кристаллы «произрастают» не только в естественной среде, но и выращиваются в специальных лабораториях, а некоторые ‒ даже в домашних условиях. Человечество научилось получать искусственным путем очень многие драгоценные камни, которые не уступают по красоте натуральным, а оцениваются в разы ниже. Причем сегодня известно много видов, которых в природе не существует.
  • Кристаллы бывают «посланниками» звездного мира. Достаточно часто кристаллические структуры внеземного происхождения встречаются в метеоритах, упавших на Землю.
  • В Австрии к 100-летнему юбилею компании Swarovski открыт музей «Хрустальных миров». Здесь можно увидеть самый большой (40 см в диаметре) и самый маленький кристаллик (0,8 мм) Сваровски, которые занесены в Книгу рекордов Гиннеса.
  • В Московском Минералогическом музее хранится более 4 800 образцов кристаллов 7 кристаллических систем.

Испокон веков отмечалось благотворное влияние кристаллов на судьбу и здоровье человека, а также приписывались им магические и целебные свойства. Причем у каждого знака зодиака есть свой камень-талисман, который должен улучшать энергетику в доме, а также помогать владельцу в трудных жизненных ситуациях, приносить блага, защищать и излечивать от болезней. В чем же заключается огромная сила минералов с точки зрения науки пока трудно объяснимо, но то что литотерапия, как один из видов нетрадиционной медицины, становиться сегодня очень популярной остается фактом.