Kristāla definīcija, piemēri un parastie veidi

Kristāls sastāv no matērija kas veidojas no atomu, molekulu vai jonu sakārtota sakārtojuma. Veidotā režģa izliekas trīs dimensijās.

Tā kā ir atkārtotas vienības, kristāliem ir atpazīstamas struktūras. Lieli kristāli parāda plakanus reģionus (sejas) un precīzi noteiktus leņķus.

Kristālus ar acīmredzamām plakanām sejām sauc par euedriskiem kristāliem, savukārt tos, kuriem nav noteiktas sejas, sauc par katedrāliem kristāliem. Kristālus, kas sastāv no sakārtotiem atomu blokiem, kuri ne vienmēr ir periodiski, sauc par kvazikristāliem.

Vārds "kristāls" cēlies no sengrieķu vārda krustallos, kas nozīmē gan "klinšu kristālu", gan "ledu". Kristālu zinātnisko izpēti sauc par kristalogrāfiju.

Ikdienas materiālu piemēri, ar kuriem jūs saskaraties kā ar kristāliem, ir galda sāls (nātrija hlorīds vai halīta kristāli), cukura (saharozes) un sniegpārslas. Daudzi dārgakmeņi ir kristāli, ieskaitot kvarcu un dimantu.

Ir arī daudz materiālu, kas atgādina kristālus, bet faktiski ir polikristāli. Polikristāli veidojas, kad mikroskopiskie kristāli saplūst, veidojot cietu vielu. Šie materiāli nesatur pasūtītas režģus.

Polikristālu piemēri ir ledus, daudzi metāla paraugi un keramika. Vēl mazāk struktūru parāda amorfās cietās vielas, kurām ir nesakārtota iekšējā struktūra. Amorfas cietas vielas piemērs ir stikls, kurš ar šķautni var atgādināt kristālu, bet vēl nav tāds.

Ķīmisko saišu veidi, kas veidojas starp atomiem vai atomu grupām kristālos, ir atkarīgi no to lieluma un elektronegativitātes. Ir četras kristālu kategorijas, kas sagrupētas pēc to savienojuma:

1. Kovalenti kristāli: Atomus kovalentos kristālos saista kovalentās saites. Tīri nemetāli veido kovalentus kristālus (piemēram, dimantu), tāpat kā kovalenti savienojumi (piemēram, cinka sulfīds).
2. Molekulārie kristāli: Visas molekulas ir savstarpēji saistītas organizētā veidā. Labs piemērs ir cukura kristāls, kas satur saharozes molekulas.
3. Metāla kristāli: Metāli bieži veido metāliskus kristālus, kur daži valences elektroni var brīvi pārvietoties visā režģī. Piemēram, dzelzs var veidot dažādus metāliskus kristālus.
4. Jonu kristāli: Elektrostatiskie spēki veido jonu saites. Klasisks piemērs ir halīta vai sāls kristāls.

Ir septiņas kristālu struktūru sistēmas, kuras arī sauc režģi vai kosmosa režģi:

1. Kubiskais vai izometriskais: Šajā formā ietilpst oktaedri un dodekaedri, kā arī kubi.
2. Tetragonāls: Šie kristāli veido prizmas un dubultās piramīdas. Struktūra ir kā kubveida kristāls, izņemot to, ka viena ass ir garāka par otru.
3. Ortorombisks: Tās ir rombveida prizmas un dipiramīdi, kas atgādina tetragonus, bet bez kvadrātveida šķērsgriezumiem.
4. Sešstūrains: Sešpusējas prizmas ar sešstūra šķērsgriezumu.
5. Trigonāls: Šiem kristāliem ir trīskārtīga ass.
6. Triklīnika: Trihīnikas kristāli mēdz nebūt simetriski.
7. Monoklinika: Šie kristāli atgādina šķības tetragonālās formas.

Režģiem var būt viens režģa punkts vienā šūnā vai vairāk nekā viens, iegūstot kopumā 14 Bravaisa kristāla režģu veidus. Bravašu režģi, kas nosaukti fiziķim un kristalogrāfam Augustem Bravašam, apraksta trīsdimensiju masīvu, ko veido diskrētu punktu komplekts.

Viela var veidot vairāk nekā vienu kristāla režģi. Piemēram, ūdens var veidot sešstūrainu ledu (piemēram, sniegpārslas), kubisko ledu un romboedrijas ledu. Tas var arī veidot amorfu ledu.

Ogleklis var veidot dimantu (kubveida režģi) un grafītu (sešstūra režģi.)

Tiek saukts kristāla veidošanās process kristalizācija. Kristalizācija parasti notiek, kad ciets kristāls aug no šķidruma vai šķīduma.

Kad karsts risinājums atdziest vai piesātināts šķīdums iztvaiko, daļiņas pietuvojas pietiekami, lai veidotos ķīmiskās saites. Kristāli var veidoties arī no nogulsnēšanās tieši no gāzes fāzes. Šķidriem kristāliem ir daļiņas, kas orientētas organizētā veidā, piemēram, cietie kristāli, tomēr spēj plūst.