Els cristalls són cossos sòlids amb una forma geomètrica regular. L'estructura dins de la qual es troben les partícules ordenades s'anomena xarxa cristal·lina. Els punts d'ubicació de les partícules en què oscil·len s'anomenen nodes de la xarxa cristal·lina. Tots aquests cossos es divideixen en monocristalls i policristalls.
Què són els cristalls simples
Els cristalls simples són cristalls senzills en què la xarxa cristal·lina té un ordre clar. Sovint un únic cristall té una forma regular, però aquesta característica no és obligatòria a l'hora de determinar el tipus de cristall. La majoria dels minerals són cristalls simples.
La forma externa depèn de la taxa de creixement de la substància. Amb un augment lent i l'homogeneïtat del material, els cristalls tenen el tall correcte. A velocitat mitjana, el tall no és pronunciat. A una velocitat de cristal·lització elevada, creixen policristalls formats per molts cristalls simples.
Els exemples clàssics de cristalls senzills són el diamant, el quars,topazi. En electrònica, els cristalls simples, que tenen propietats de semiconductors i dielèctrics, tenen una importància especial. Els aliatges de cristalls simples es caracteritzen per una major duresa. Els cristalls simples ultrapurs tenen les mateixes propietats independentment de l'origen. La composició química dels minerals depèn de la velocitat de creixement. Com més lent creix el cristall, més perfecta és la seva composició.
Polycristalls
Els cristalls simples i els policristalls es caracteritzen per una interacció molecular elevada. Un policristall està format per molts cristalls simples i té una forma irregular. De vegades s'anomenen cristal·lits. Apareixen com a resultat del creixement natural o es cultiven artificialment. Els policristalls poden ser aliatges, metalls, ceràmiques. Les característiques principals estan formades per les propietats dels cristalls simples, però la mida del gra, la distància entre ells i els límits del gra són de gran importància. En presència de límits, les característiques físiques dels policristalls canvien significativament, la força disminueix.
Els policristalls es generen com a resultat de la cristal·lització, canvis en les pols cristal·lines. Aquests minerals són menys estables que els cristalls simples, cosa que provoca un creixement desigual de grans individuals.
Polimorfisme
Els cristalls simples són substàncies que poden existir en dos estats alhora, que diferiran en les seves propietats físiques. Aquesta característica s'anomena polimorfisme.
Al mateix temps, una substància en un estat pot ser més estable que un altre. Quan les condicions ambientals canvien, la situació pot sercanvi.
El polimorfisme és dels tipus següents:
- Reconstrucció: es produeix la desintegració d'àtoms i molècules.
- Deformació: es modifica l'estructura. Es produeix compressió o estirament.
- Maj: alguns elements de l'estructura canvien la seva ubicació.
Les propietats dels cristalls poden canviar amb un canvi sobtat de composició. L'exemple clàssic de polimorfisme és la modificació del carboni. En un estat és diamant, en un altre és grafit, substàncies amb propietats diferents.
Algunes formes d'hidrats de carboni es converteixen en grafit quan s'escalfen. Es poden produir canvis en les propietats sense deformació de la xarxa cristal·lina. En el cas del ferro, la substitució d'alguns components comporta la desaparició de les propietats magnètiques.
Força del cristall
Qualsevol material utilitzat en la tecnologia moderna té una força final. Un aliatge de níquel, crom i ferro té la major resistència. L'augment de la resistència dels metalls millorarà l'equipament militar i civil. L'augment de la resistència al desgast donarà lloc a una vida útil més llarga. Per aquest motiu, els científics han estat estudiant la força dels cristalls simples durant molt de temps.
Els cristalls simples purs són cristalls amb una xarxa cristal·lina ideal, contenen un petit nombre de defectes. Amb una disminució del nombre de defectes, la resistència dels metalls augmenta diverses vegades. Al mateix temps, la densitat del metall es manté gairebé igual.
Els cristalls simples amb una gelosia ideal són resistents a l'estrès mecànic fins al punt de fusió. No canvieu ambtemps. Molt sovint, aquests cristalls simples tenen una luxació zero. Però aquesta és una condició opcional. La força s'explica pel fet que les microesquerdes es formen als llocs on hi ha el major nombre de luxacions. I en la seva absència, no hi ha cap lloc on apareixen esquerdes. Això vol dir que el cristall únic durarà fins que es superi el llindar de la seva força.
Cristals simples artificials
Conrear cristalls senzills és possible al nivell científic actual. Quan processeu metall, sense canviar-ne la composició, podeu crear un únic cristall que tingui un alt marge de seguretat.
Hi ha 2 mètodes coneguts per a la producció de cristalls simples:
- molda pressió i fosa metàl·lica;
- pressió criogènica.
El primer mètode és popular per processar metalls lleugers. Donada la puresa del metall i la pressió creixent, a poc a poc apareixerà un metall nou que té les mateixes propietats, però amb una força més gran. En determinades condicions, és possible obtenir un sol cristall amb una xarxa ideal. En presència d'impureses, hi ha la possibilitat que la xarxa cristal·lina no sigui ideal.
En els metalls pesants, amb l'augment de la pressió, es produeix el procés de canvi d'estructura. El cristall únic encara no ha sortit, però la substància ha canviat de propietats.
La fosa criogènica es basa en la producció de líquids criogènics. La cristal·lització no es produeix sota la influència d'un camp magnètic. La forma semicristal·lina es converteix en un cristall després de carregar-se elèctricament.
Diamanti quars
Les propietats del diamant es basen en el fet que és una substància amb una xarxa cristal·lina atòmica. L'enllaç entre àtoms determina la força d'un diamant. En condicions constants, el diamant no canvia. Quan s'exposa al buit, es converteix gradualment en grafit.
Les mides dels cristalls varien significativament. Els diamants cultivats sintèticament tenen cares de cub i tenen un aspecte diferent dels seus homòlegs. Les propietats del diamant s'utilitzen per tallar vidre.
Els cristalls de quars es troben a tot arreu. El mineral és un dels més comuns. El quars sol ser incolor. Si hi ha moltes esquerdes dins de la pedra, aleshores és blanca. Quan s'afegeixen altres impureses, canvia de color.
Els cristalls de quars s'utilitzen en la fabricació de vidre, per crear ultrasons, en equips elèctrics, de ràdio i de televisió. Algunes varietats s'utilitzen en joieria.
Estructura de cristalls simples
Els metalls en estat sòlid tenen una estructura cristal·lina. L'estructura dels cristalls simples és una sèrie infinita d'àtoms alterns. En realitat, l'ordenació dels àtoms es pot alterar per efectes tèrmics, mecànics o per diverses altres raons.
Les geloses cristal·lines es troben en 3 tipus:
- tipus de tungstè;
- tipus de coure;
- tipus de magnesi.
Aplicació
Els monocristalls artificials són una oportunitat per obtenir material amb noves propietats. L'àrea d'aplicació dels cristalls simples és molt gran. El quars i l'espar van ser creats per la natura, mentre que el fluorur de sodi es va cultivar artificialment.
Els monocristalls ho sónmaterials utilitzats en òptica i electrònica. El quars i la mica s'utilitzen en òptica però són cars. En condicions artificials, podeu fer créixer un únic cristall, que es distingirà per la puresa i la força.
El diamant s'utilitza quan es requereix una gran resistència. Però es sintetitza amb èxit en condicions artificials. Els cristalls simples tridimensionals es cultiven a partir de fosos.
