Какво е кристал?
Кристалите са материали, чиито атоми или молекули са подредени по много редовен и повтарящ се начин. Именно този подреден модел прави кристалите толкова специални! Атомите в един кристал обикновено са подредени в триизмерна решетка, което придава на кристалите техния характерен бляскав вид.
Кристалите се образуват от разтвори, което означава, че химичните вещества и молекулите, от които се състоят, се смесват в течно състояние. Когато тези молекули се охлаждат бавно, те започват да се подреждат по подреден начин. Колкото по-бавно се охлаждат молекулите, толкова по-големи и съвършени са кристалите.
Етапите на образуване на кристалите
-
Създаване на ядро
Първият етап от образуването на кристал е създаването на ядро. Това може да стане случайно, но кристалите ще се образуват по-лесно, ако им предоставите малък зародиш за начало. Ядрото може да се образува от много различни неща, включително прахови частици и ледени кристалчета във въздуха, или дори от обикновено прашинка върху пръстите ви!
-
Кристализация
Кристализацията е процесът, при който молекулите се подреждат, за да образуват кристал. Това се случва, когато ядрото е заобиколено от разтвор, съдържащ подходящите молекули. Молекулите от разтвора се прикрепват към ядрото и започват да образуват кристал.
-
Растеж на кристала
С напредването на развитието на кристала, все повече молекули се отлагат в неговата структура. Скоростта на растежа се определя от различни параметри, по-специално температурата и влажността на разтвора.
Различните видове кристали според процеса на кристализация
Кристализацията създава много различни видове кристали с уникални свойства! Формата и мотивът, създадени от всеки кристал, зависят от редица фактори, като например температурата в момента на образуването.
Съществуват няколко наименования за формите, които се образуват в кристалите, сред които са шестте основни форми, посочени по-долу:
Кубична: това е най-разпространената форма при кристалите, с шест квадратни стени, които се съединяват под прав ъгъл
Октаедрична: тази форма има осем триъгълни стени и е често срещана при кристалите с висока симетрия
Триклинична: това е нередовен кристал с три главни оси, което позволява да има две различни форми едновременно!
Моноклинна: Този кристал има само една ос на симетрия. Той съдържа неравни страни, които се срещат под ъгли, различни от 90 градуса, и се разпознава по наклонените си страни
Орторомбична: Този кристал притежава три оси на симетрия и прави ъгли помежду им. Формите са правоъгълни
Шестостенна : Това е кристал с шест страни и две оси на симетрия, минаващи през центъра. Разпознава се по извитите си ръбове.
Различните видове кристали
Кристалите, които се срещат в природата
Кристалите не винаги са чисти, което затруднява определянето на точния им състав. Ето няколко примера за най-разпространените минерали, които се срещат в природата:
Флуоринът (CaF₄) е минерал, който съдържа калциев флуорид и флуороводородна киселина (HF). Отдавна се използва като източник на флуор, който е ключова съставка в пастата за зъби и други продукти.
Кварцът (SiO₂) е най-разпространеният минерал на Земята, съставляващ около 12 % от земната кора. Среща се в много различни форми, включително кварцит и аметист.
Калцитът (CaCO₃) е минерал, който се среща най-често във варовика и мрамора. Той е ключова съставка на цимента и се използва за производството на гипс.
Кристалите, отгледани в лаборатория
В лабораторията можем да създаваме кристали с всякаква форма и размер, като контролираме условията, при които се образуват. Това ни дава голяма гъвкавост по отношение на това, какво можем да правим с тези материали! Ето някои често срещани приложения на синтетичните кристали:
– полупроводниците: това са материали, използвани в електронните устройства за регулиране на силата на светлината или за пренос на сигнали.
– катализаторите: това са вещества, които променят скоростта на химичните реакции, като ги правят по-ефективни и по-икономични. Те ни позволяват да създаваме нови материали, използвани в широк спектър от приложения, включително фармацевтични продукти и автомобилни двигатели!
– Диамантени кристали: благодарение на своята твърдост те могат да се използват като абразиви или режещи инструменти. Използват се също за производството на свредла и върховете на някои игли!
– стъклата: това са материали, които могат да бъдат образувани чрез процес, подобен на кристализацията, но при който атомите не се събират в кристали. Стъклата имат многобройни приложения, включително прозорци на сгради и автомобили, лещи за фотоапарати, както и оптични влакна, които позволяват получаването на качествени изображения в интернет.
– полупроводниковите лазери: това са устройства, които съдържат полупроводник, което позволява да се получи лазерен лъч с висока енергия и ниска консумация на енергия! Този тип лазери се срещат в CD- и DVD-плейърите, както и в скенерите за баркодове в супермаркетите, бензиностанциите и много други места!