![]() |
|||
Кристаллы, кристаллы,
соцветья во мглу погруженной земли. |
|||
![]() Монокристалл кварца с максимальным размером 250 мм |
В громадных, необозримых пространствах Вселенной вещество находится в редком
для нашей Земли состоянии — в виде плазмы (звезды) и межзвездного газа. И
только в холодных, заброшенных уголках мироздания возникает конденсированное
состояние вещества, появляются жидкости и твердые тела. Именно они так
привычны для нас в наших земных условиях, но всегда необходимо помнить,
насколько редки эти уголки и насколько далеко друг от друга они находятся.
Удивительнее всего, пожалуй, то многообразие форм существования твердых тел,
которое характерно для Земли и к которому мы так привыкли, что не замечаем и
не хотим удивляться. Но окружающее нас вещество находится в одном из самых
удивительных состояний - в высокоупорядоченной кристаллической фазе. При
этом замечательное многообразие типов кристаллов и их свойств не только
вызывает изумление, но и позволяет говорить о прямом влиянии кристаллов на
всю историю человечества и его культуру. Подавляющее большинство используемых в современной технике материалов имеет кристаллическое строение. Поэтому, говоря о кристаллах и имея в виду только крупные, красивые, большей частью прозрачные образования, найденные в природе или изготовленные искусственным образом, мы делаем ошибку. Кристаллы — это не только драгоценные камни: простая медная проволочка или алюминиевая пилка состоят из материала, имеющего кристаллическое строение. Сталь для машин, сплавы для ракет и самолетов, полупроводниковые приборы и многое другое содержат в основе кристаллы разного типа, с разными свойствами, но объединенные одним общим главным качеством: правильным расположением атомов или молекул в пространстве. |
||
|
Причем этот пространственный порядок сохраняется на огромных "по атомным
масштабам" расстояниях. Атомы, находящиеся на противоположных гранях
монокристаллов, могут быть удалены на десятки сантиметров, и в то же время
они, будто чувствуя друг друга, располагаются параллельно. При этом между
ними находятся миллиарды других атомов, также четко взаимно расположенных. Очевидно, что далеко не всегда твердое тело может быть столь упорядочено: нужны уникальные условия, чтобы вырос огромный монокристалл. Однако факт существования природных кристаллов кварца ростом с человека и искусственных кремниевых размером с ногу не может не удивлять. Кристаллы известны людям издавна. Само же слово "krystallos" (греч.) первоначально обозначало обычный лед, а в дальнейшем - горный хрусталь. Для такой этимологии есть достаточные основания: человека всегда удивляла поразительная прозрачность некоторых природных минералов. Не случайно в их оценке мастера ювелирного дела до сих пор используют такой необычный термин, как "камень чистой воды". Чаще всего его применяют к алмазу - самому дорогому и наиболее твердому камню, который к тому же сильно преломляет свет, то есть сверкает множеством огней в диадемах и колье. Уникальная твердость алмаза делает его незаменимым абразивным и бурильным материалом.
|
||
Идеальная зеркальная гладкость поверхности кристалла связана с его
внутренним строением и на первый взгляд представляется загадочной, потому
что для получения подобного качества часто необходима специальная шлифовка и
полировка. Не только эта особенность, но и сложная форма некоторых кристаллов кажется загадочной. Действительно, стоит взглянуть на фотографию кристалла кварца. Какие гладкие поверхности, насколько правильные углы между ограняющими кристалл плоскостями! Даже если попытаться изготовить модель такого кристалла из мягкого, легко обрабатываемого материала, например дерева, то придется сильно постараться, вымеряя углы, согласовывая размеры и отделывая поверхность. А при росте кристалла все получается само собой, растет ли кристалл в лаборатории или в природе. Какими же правилами руководствуется Природа при "изготовлении" таких шедевров - кристаллов? Всё объясняется физически очень просто: это проявление принципа минимума потенциальной энергии. Атомы принимают в пространстве такие положения, чтобы находиться в самых глубоких потенциальных ямах. А кристалл раскалывается по таким плоскостям, чтобы их поверхностная энергия (работа oбразования новой поверхности) была минимальной. Никакими силами невозможно расколоть его по другим плоскостям, кроме как по плоскости базиса, настолько ее поверхностная энергия ниже, чем у любой другой. Это же относится к хорошо известному хлористому натрию NaCl — поваренной соли. Ее кристаллы всегда раскалываются по плоскостям, составляющим друг с другом прямой угол. Зеркальное отражение от таких плоскостей является причиной блеска крупинок соли в солонке. И здесь они огранены в соответствии с правилами кристаллографии. Подчеркнем, что все эти закономерности проявляются сами собой, без вмешательства человека, возбуждая наш интерес к большим и красивым природным кристаллам разного сорта. |
![]() (На фото показан искусственный кристалл, но в природе встречаются кристаллы кварца - горного хрусталя не меньшего paзмера). Скол монокристалла Zn по плоскостям базиса. |
||
|
|||