Детская энциклопедия

Меню сайта











Строение кристаллов

Но как же найти кристалл, если он даже не виден? И как же отличить кристалл от некристалла? Может быть, по многогранной форме? Но у мелких сросшихся вместе кристал­лических зерен в металле или в булыжнике внешняя форма совсем неправильная. И в то же время стекло может быть многогранным — ну, например, граненые стеклянные бусы. Од­нако стекло — вещество некристаллическое. В чем же дело?

В том, что кристаллы сами, без помощи человека, принимают свою форму, они вырастают многогранниками, а стек­ло должно быть огранено рукой человека.

Это основное различие между кристаллами и некристаллами объясняется их внутренним строением, тем, как расположены в них мель­чайшие частички вещества — атомы, ионы, мо­лекулы. Все в мире сложено из этих мельчай­ших частиц. Везде и во всем, в камнях и ме­таллах, в дереве и в теле человека, в капле дождя и в облаке дыма — везде движутся мельчайшие частички. Во всей Вселенной не найдется ни одного атома, ни одной молекулы, которые бы не двигались непрерывно.

Движения эти, однако, не все одинаковы. В газе и в жидкости движение частиц беспоря­дочно. Отдельные частицы сближаются, стал­киваются, расходятся, опять налетают друг на друга и снова отскакивают в стороны, иногда и очень далеко друг от друга. Быстро двигаю­щиеся частицы газа или жидкости разлетались бы совсем в разные стороны, если бы не было сил, которыми они притягиваются друг к другу. В газе эти силы совсем малы. Именно поэтому газ так легко расширяется, частицы его расхо­дятся. В жидкости силы притяжения, действу­ющие между частицами, тоже еще невелики, но все же побольше, чем в газе.

 

Что происходит, когда жидкость или газ, застывая, превращаются в твердое тело, на­пример, когда вода, замерзая, становится твер­дым льдом, когда водяные пары кристаллизу­ются в узоры инея или в чудесные звездочки снежинок или же когда застывает расплав­ленная сталь? Меняется ли при этом движение частиц? Да, меняется, и очень заметно. В твер­дых телах частицы тоже движутся, но уже не беспорядочно, а строгим, правильным, сим­метричным строем. Каждая частица движется только в пределах отведенного ей участка и не может никуда уйти за его пределы. Строй частиц в кристаллическом твердом теле похож на пчелиные соты или на строительные леса: вправо и влево, вперед и назад, вверх и вниз тянутся ровные, правильные, бесконечные ряды частиц. Они выстроены, как физкультурники в строю, но не стоят строго неподвижно, а ко­леблются около своих мест, как физкультур­ники, переминающиеся с ноги на ногу, нетер­пеливо ожидая команды: «Разойтись!»

Но разойтись, выйти из строя частицы кри­сталлического твердого тела могут лишь при определенных условиях: если, например, на­греть кристалл так, чтобы он начал плавиться. Под теплыми лучами весеннего солнца начнет таять лед, разрушится строй частиц в кристалле льда и ослабеют силы, удерживающие частицы на их местах. Скрылось солнце, снова подморо­зило, закружились в воздухе снежинки: это опять частицы собрались правильным строем, ровными, симметричными, правильными ря­дами.

Порядок и симметрия — вот что характерно для твердого кристаллического тела. Во всех кристаллах частицы расположены правиль­ным, четким строем, выстроены симметричным правильным узором. Пока есть этот порядок — существует кристалл. Нарушен порядок, рассыпался строй частиц — это значит, что кри­сталл расплавился, превратившись в жидкость, или испарился, перешел в пар.

Внутреннее строение кристаллов опреде­ляет их внешнюю форму. Кристалл растет так, что каждая новая частичка как бы пристраи­вается к строю, находит свой участок, свое положение в строгой системе.

Но кристалл не перестает быть кристаллом и тогда, когда его внешняя форма не много­гранна. Если обломать у кристалла все углы, обточить, обкатать все его грани, а потом поместить этот обломок снова в раствор или расплав так, чтобы он мог расти, то кристалл восстанавливает свою многогранную форму, вырастает снова многогранником. Почему? Потому, что, обломав кристалл снаружи, мы почти не нарушили его :внутреннее строение, кристалл не перестал быть кристаллом, он не потерял способности самоограняться. С помощью лучей Рентгена мы можем убедиться в том, что строение невзрачного обломка или обкатанной песчинки столь же удивительно симметрично и закономерно, как строение гигантского кристалла, найденного в глубинах Земли или выращенного искусственно ученым в лаборатории.

Почему же не все кристаллы вырастают многогранными?

В глубинах Земли находится магма, т. е. сложный раствор-расплав множества раз­личных веществ, из которого при остывании образуются разные минералы с разным кри­сталлическим строением. Почему из однородной магмы получаются разные минералы? Потому, что каждое кристаллическое вещество засты­вает или плавится только при строго опреде­ленной температуре. Вы знаете, конечно, что вода (при нормальном давлении) замерзает при 0°. Если понижается температура, то точно при 0° вода начнет замерзать, превра­щаться в кристаллы льда. Пока вся вода не замерзнет, температура ее не будет понижаться дальше. Если, наоборот, нагревать кристалл льда до 0°, он останется неизменным. Как только температура достигнет 0°, кристалл сразу начнет таять. Сколько бы мы ни грели дальше, температура льда не будет повышаться, пока весь лед не растает. Лишь когда весь кристалл, растаяв, превратится в воду (иначе говоря, пока не распадется строй всех частиц), температура воды может начать повышаться.

Любое кристаллическое вещество плавится и кристаллизуется при строго определенной температуре плавления: железо — при 1530°, олово — при 232°, кварц — при 1713°, ртуть— при минус 38°.

У некристаллических твердых тел нет по­стоянной температуры плавления (а значит, и температуры кристаллизации), при нагре­вании они постепенно размягчаются.

Когда в глубинах Земли магма застывает медленно, химические вещества, из которых она состоит, затвердевают не все сразу, а по­очередно, потому что температура их кри­сталлизации различна. Сначала кристалли­зуются те, у которых температура кристалли­зации повыше, потом следующие, и так посте­пенно магма, застывая, распадается на разно­родные, почти всегда кристаллические мине­ралы.

Если этим минералам ничто не мешает при росте, то они вырастают в виде правильных многогранников. Но если много кристаллов растет вместе, то, увеличиваясь, они начинают теснить друг друга. Если кристалл столкнулся с соседним кристаллом, то дальше в эту сто­рону он уже расти не может. В результате кристалл вырастает в одни стороны больше, чем в другие; так получаются не многогран­ники, а бесформенные зерна. Отдельные кри­сталлики бывают хорошо видны в микроскоп или даже простым глазом, но правильных многогранников среди них мало, а чаще и совсем нет.

Интересно, что одно и то же вещество может встречаться и в кристаллическом и в некри­сталлическом виде.

Расплавим какое-нибудь вещество, ну, ска­жем, сахар. Что произойдет, когда этот рас­плавленный сахар будет остывать и затверде­вать? Оказывается, что если расплав застывает медленно, спокойно, то он затвердевает в виде кристаллов. Так образуются те мелкие кри­сталлики сахара, из которых состоит сахар­ный песок или кусковой сахар. Если же осты­вание происходит очень быстро, например, если вылить расплавленный сахар в холодную воду или на очень холодное блюдце, то обра­зуется сахарный леденец, некристаллический сахар.

Легко понять, почему это так происходит. Представьте себе, что нужно построить пра­вильными рядами беспорядочную толпу быстро двигающихся людей. Это легко сделать, если дать людям время и возможность разойтись на определенные расстояния, выровнять ряды. Если же сразу крикнуть «Стой!», то, конечно, никакого порядка не получится. То же про­исходит и при застывании расплава. В жидком расплаве частицы движутся совершенно беспо­рядочно. Если расплав застывает медленно, они постепенно собираются в ряды, в ровный строй: образуются кристаллы. Если же засты­вание происходит очень быстро, то частицы не успевают построиться правильными рядами и расплав затвердевает некристаллическим. Так, например, образуется обычное стекло.

Любопытно, что с течением времени некри­сталлическое вещество может «переродиться», или, точнее говоря, закристаллизоваться. Пусть леденец полежит спокойно месяца два-три. Он покроется рыхлой корочкой. Посмо­трите на нее в лупу: это мелкие кристаллики сахара. В некристаллическом сахаре начался рост кристаллов. Подождите еще несколько месяцев — и уже не только корочка, но и весь леденец закристаллизуется.

С течением времени все некристаллические вещества перерождаются в кристаллические, частицы в них собираются в правильные ряды. Только срок для разных веществ различен: для сахара это несколько месяцев, а для камня — миллионы лет. Даже наше обыкно­венное оконное стекло может закристаллизо­ваться. Очень старое стекло становится иногда совершенно мутным, потому что в нем обра­зуется масса мелких непрозрачных кристаллов. На стекольных заводах иногда в печи обра­зуется «козел», т. е. глыба кристаллического стекла. Это кристаллическое стекло очень прочное. Легче разрушить печь, чем выбить из нее упрямого «козла». Исследовав кристал­лическое стекло и расположение атомов в нем, ученые стали создавать новый очень прочный материал из стекла: кристаллическое стекло, или «ситалл».





 
Календарь
«  Декабрь 2016  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031

Новые статьи
Каталог статей
Как подготовить ребенка к школе
Освоение навыков чтения
Природные материалы на уроках труда

Статистика




 
Адрес почты Вопросы по рекомендациям, размещению рекламы и обратных ссылок обращайтесь pochta@enciklopediya1.ru
2013 © 2016