Типи кристалів: форми та будова

Існує більше ніж один спосіб класифікувати кристал. Два найпоширеніші методи – це групувати їх відповідно до їх кристалічної структури та групувати їх відповідно до їхніх хімічних/фізичних властивостей.

Кристали, згруповані за решітками (форма)

Існує сім систем кристалічних ґраток.

1. Кубічні або ізометричні: вони не завжди мають форму куба. Ви також знайдете октаедри (вісім граней) і додекаедри (10 граней).
2. Тетрагональні: Подібні до кубічних кристалів, але довші вздовж однієї осі, ніж іншої, ці кристали утворюють подвійні піраміди та призми.
3. Орторомбічні: як і тетрагональні кристали, за винятком того, що поперечний переріз не квадратний (якщо дивитися на кристал з торця), ці кристали утворюють ромбічні призми або дипіраміди ( дві піраміди , зчеплені разом).
4. Шестикутник: коли ви дивитесь на кристал з торця, поперечний переріз є шестигранною призмою або шестикутником.
5. Тригональний: ці кристали мають єдину 3-кратну вісь обертання замість 6-кратної осі гексагонального поділу.
6. Триклініка: ці кристали зазвичай не симетричні з одного боку на інший, що може призвести до деяких досить дивних форм.
7. Моноклінний: Подібно до скошених тетрагональних кристалів, ці кристали часто утворюють призми та подвійні піраміди.

Це дуже спрощений погляд на кристалічні структури . Крім того, решітки можуть бути примітивними (лише одна точка решітки на елементарну комірку) або непримітивними (більш ніж одна точка решітки на елементарну комірку). Об’єднання 7 кристалічних систем із 2 типами решіток дає 14 решіток Браве (названі на честь Огюста Браве, який розробив структуру решітки в 1850 році).

Кристали, згруповані за властивостями

Існує чотири основні категорії кристалів, згрупованих за їхніми хімічними та фізичними властивостями .

1. Ковалентні кристали: ковалентний кристал має справжні ковалентні зв’язки між усіма атомами в кристалі. Ковалентний кристал можна уявити як одну велику молекулу . Багато ковалентних кристалів мають надзвичайно високі температури плавлення. Приклади ковалентних кристалів включають кристали алмазу та сульфіду цинку.
2. Металеві кристали: окремі атоми металу металевих кристалів сидять на сайтах решітки. Це залишає зовнішні електрони цих атомів вільно плавати навколо решітки. Металеві кристали, як правило, дуже щільні та мають високі температури плавлення.
3. Іонні кристали: атоми іонних кристалів утримуються разом завдяки електростатичним силам (іонним зв’язкам). Іонні кристали тверді і мають відносно високі температури плавлення. Прикладом цього типу кристалів є кухонна сіль (NaCl).
4. Молекулярні кристали: ці кристали містять впізнавані молекули у своїх структурах. Молекулярний кристал утримується разом завдяки нековалентним взаємодіям, таким як сили Ван-дер-Ваальса або водневі зв’язки . Молекулярні кристали мають тенденцію бути м’якими з відносно низькими температурами плавлення. Цукерка , кристалічна форма столового цукру або сахарози, є прикладом молекулярного кристала.

Кристали також можна класифікувати як п’єзоелектричні та сегнетоелектричні. П’єзоелектричні кристали розвивають діелектричну поляризацію під впливом електричного поля. Сегнетоелектричні кристали стають постійно поляризованими під час впливу досить великого електричного поля, подібно до феромагнітних матеріалів у магнітному полі.

Як і у випадку з системою класифікації решітки, ця система не є повністю вичерпаною. Іноді важко віднести кристали до одного класу, а не до іншого. Однак ці широкі групи дадуть вам певне розуміння структур.

Джерела

• Полінг, Лінус (1929). «Принципи, що визначають будову складних іонних кристалів». J. Am. Chem. Соц. 51 (4): 1010–1026. doi:10.1021/ja01379a006
• Петренко, В.Ф.; Whitworth, RW (1999). Фізика льоду . Oxford University Press. ISBN 9780198518945.
• Вест, Ентоні Р. (1999). Основи хімії твердого тіла (2-е вид.). Wiley. ISBN 978-0-471-98756-7.

Що таке кристал?

Впорядкована внутрішня структура великих кристалів, таких як флюорит і кварц, показані тут, відображається в їхніх геометричних формах.

Маттео Чінеллато/Getty Images

• Хімія
  • основи
  • Хімічні закони
  • Молекули
  • Періодична таблиця
  • Проекти та експерименти
  • Науковий метод
  • Біохімія
  • Фізична хімія
  • Медична хімія
  • Хімія в повсякденному житті
  • Відомі хіміки
  • Діяльність для дітей
  • Скорочення та акроніми

  Кристал складається з речовини , утвореної з упорядкованого розташування атомів, молекул або іонів. Решітка, яка утворюється, розширюється в трьох вимірах.

  Оскільки існують повторювані одиниці, кристали мають впізнавані структури. Великі кристали мають плоскі області (грані) і чітко визначені кути.

  Кристали з очевидними плоскими гранями називаються еуедричними кристалами, тоді як ті, у яких відсутні чіткі грані, називаються безедричними кристалами. Кристали, що складаються з упорядкованих масивів атомів, які не завжди є періодичними, називаються квазікристалами.

  Слово «кришталь» походить від давньогрецького слова krustallos , що одночасно означає «гірський кришталь» і «лід». Наукове вивчення кристалів називається кристалографією.

  Приклади

  Прикладами повсякденних матеріалів, які ви зустрічаєте у вигляді кристалів, є кухонна сіль (кристали хлориду натрію або галіту ), цукор (сахароза) і сніжинки . Багато дорогоцінних каменів є кристалами, включаючи кварц і алмаз.

  Є також багато матеріалів, які нагадують кристали, але насправді є полікристалами. Полікристали утворюються, коли мікроскопічні кристали зливаються разом, утворюючи тверду речовину. Ці матеріали не складаються з упорядкованих решіток.

  Прикладами полікристалів є лід, багато металевих зразків і кераміка. Ще меншу структуру мають аморфні тверді тіла, які мають невпорядковану внутрішню будову. Прикладом аморфної твердої речовини є скло, яке може нагадувати кристал, якщо його огранити, але ним не є.

  Хімічні зв’язки

  Типи хімічних зв’язків, що утворюються між атомами або групами атомів у кристалах, залежать від їх розміру та електронегативності. Існує чотири категорії кристалів, згрупованих за їх зв’язком:

  1. Ковалентні кристали: Атоми в ковалентних кристалах з’єднані ковалентними зв’язками. Чисті неметали утворюють ковалентні кристали (наприклад, алмаз), як і ковалентні сполуки (наприклад, сульфід цинку).
  2. Молекулярні кристали: цілі молекули організовано зв’язані одна з одною. Хорошим прикладом є кристал цукру, який містить молекули сахарози.
  3. Металеві кристали: метали часто утворюють металеві кристали, де деякі з валентних електронів вільно рухаються по решітці. Залізо, наприклад, може утворювати різні металеві кристали.
  4. Іонні кристали: Електростатичні сили утворюють іонні зв’язки. Класичним прикладом є кристал галіту або солі.

  Кристалічні решітки

  Існує сім систем кристалічних структур, які також називають решітками або просторовими решітками:

  1. Кубічна або ізометрична: ця форма включає октаедри та додекаедри, а також куби.
  2. Тетрагональний: ці кристали утворюють призми та подвійні піраміди. Структура схожа на кубічний кристал, за винятком того, що одна вісь довша за іншу.
  3. Ромбічні: це ромбічні призми та дипіраміди, які нагадують чотирикутники, але без квадратного перерізу.
  4. Шестикутні: шестигранні призми з шестикутним перерізом.
  5. Тригональний: Ці кристали мають потрійну вісь.
  6. Триклінні: Триклінні кристали, як правило, не симетричні.
  7. Моноклінний: ці кристали нагадують перекошені тетрагональні форми.

  Решітки можуть мати одну точку решітки на комірку або більше однієї, даючи загалом 14 типів кристалічної решітки Браве. Решітки Браве, названі на честь фізика та кристалографа Огюста Браве, описують тривимірний масив, утворений набором дискретних точок.

  Речовина може утворювати більше однієї кристалічної решітки. Наприклад, вода може утворювати гексагональний лід (наприклад, сніжинки), кубічний лід і ромбоедричний лід. Він також може утворювати аморфний лід.

  Вуглець може утворювати алмаз (кубічна решітка) і графіт (гексагональна решітка.)

  Як утворюються кристали

  Процес утворення кристала називається кристалізацією . Кристалізація зазвичай відбувається, коли твердий кристал виростає з рідини або розчину.

  Коли гарячий розчин охолоджується або насичений розчин випаровується, частинки наближаються досить близько для утворення хімічних зв’язків. Кристали також можуть утворюватися в результаті осадження безпосередньо з газової фази. Рідкі кристали містять частинки, орієнтовані в організований спосіб, як і тверді кристали, але здатні текти.

  Кристал – це що?

  Найпоширенішим станом усіх існуючих речовин Землі і Космосу є кристалічний стан. Що це таке? На які типи підрозділюються кристали? Як можна виростити кристал у домашніх умовах, читайте в статті.

  • Визначення
  • Які бувають кристали?
  • Вирощування кристала з солі
  • Просторова кристалічна решітка
  • Види кристалічних решіток
  • Причини зміни форми природних кристалів
  • Цікава інформація про кристали

  Визначення

  Кристал – це тіло твердої консистенції багатогранної форми. Його виникнення – результат розташування частинок: атомів, молекул, іонів у певному порядку. Їх завданням є утворення рядів, плоских сіток і просторових решіток.

  Багатогранні кристали можуть бути:

  • у вигляді кубиків – пірити;
  • призм із загостреними кінцями – гірський кришталь;
  • дванадцятигранників – гранат;
  • восьмигранників – залізна руда (магнетит);
  • дорогоцінного каміння – алмази, топази, рубіни та інші.

  Розміри цих утворень бувають досить великі.

  Кристал – це тіло, вершина якого повинна відповідати атому, іону, молекулі. Ребро, відповідно, – кожному ряду частинок, а межа – сітці. Якщо у багато разів збільшити реальні кристали, то видно, що вершина, ребро і межа складаються з безлічі частинок, рядів, сіток, які розташовуються паралельно.

  Які бувають кристали?

  Фахівці виявили різні типи кристалів:

  • Ідеальні – це абстрактна модель, що володіє правильною формою, повною симетрією і рівними гранями. Іншими словами, поняття ідеального кристала включає в себе повний набір кращих властивостей і якостей, якими він характеризується.
  • Реальні кристали – це дійсно існуючі в природі тіла, у яких внутрішня структура може мати дефекти, небездоганними бувають грані, а симетрія і зовсім знижена. Але реальний кристал, незважаючи на всі недоліки, наділений головною властивістю, що робить його кристалом, – розташуванням частинок в закономірному порядку.

  Вирощування кристала з солі

  З солі можна виростити кристали і в домашніх умовах. Для цього знадобиться сіль, скляна ємність, нитка, олівець, вода. Отже, як виростити кристал солі?

  1. У склянку з водою сіль всипають порціями і ретельно перемішують, поки вона не розчиниться повністю.
  2. Рідину ставлять на вогонь і прогрівають до 90 ° С. Воду доводять до кипіння, але не кип ‘ятять. Розчин охолоджують і проціжують – у ньому не повинно бути осаду.
  3. Потім нитку прив ‘язують до олівця, а до неї – кристалік солі або ґудзик, який попередньо потрібно занурити в соляний розчин і висушити.
  4. Кінчик нитки з прив ‘язаною наживкою опускають в ємність з розчиненою сіллю так, щоб він не торкався дна і стінок.
  5. Ємність накривають чистою серветкою і поміщають у тепле місце. Температура повинна бути постійною.

  Час, протягом якого буде рости кристал, різний. Воно залежить від його бажаної величини.

  Просторова кристалічна решітка

  Якщо замість частинок – іонів і атомів – поставити крапки, то будова кристала являє собою простір, який заповнений точками, розташованими в закономірному порядку. Якщо їх з ‘єднати лініями, можна з’ єднати просторову решітку, що складається з таких елементів:

  • вузлів, якими називаються точки розміщення частинок кристала;
  • рядків, представлених сукупністю вузлів, які через однакові відстані періодично повторюються (вузли лежать уздовж прямих ліній);
  • проміжків, якими називається відстань від одного до іншого рівнозначного вузла (ці проміжки мізерно малі);
  • плоскої сітки, що є вузлами і рядами, які розташовуються в єдиній площині.

  Види кристалічних решіток

  Решітки бувають різними. Це залежить від того, яка природа частинок кристала і зв ‘язок між ними. Види кристалічні решітки бувають:

  • Іонні – вузли решіток містять іони, які бувають позитивними і негативними. Між собою вони пов ‘язані взаємодією, яка називається електростатичною. Іони бувають простими і складними. У вузлах хлориду натрію вони прості, а сульфата калію – складні. У таких кристалах іони пов ‘язані між собою міцно, а речовини відрізняються твердістю, тугоплавкістю, вони нелетучі і розчинні у воді.
  • Металеві – такі решітки у своєму складі мають позитивні іони, вільні електрони та атоми металів. Ґрати утворюються такими речовинами, які характеризуються металевим зв ‘язком. Вони властиві простим металам і їх сплавам. Метали, як правило, мають різну температуру плавлення, але всі без винятку володіють металевим блиском, пластичністю, ковкістю і хорошою електро- і теплопровідністю.
  • Атомні – для вузлів характерна наявність окремих атомів, з ‘єднаних між собою так званими ковалентними зв’ язками. Ґрати такого типу мають алмаз, графіт, кварц, пісок, гірський кришталь тощо. Ці речовини міцні і тверді, володіють високою температурою плавлення і кипіння.
  • Молекулярні – це решітки, вузли яких містять молекули, пов ‘язані між собою слабкою взаємодією, званою міжмолекулярною, хоча атоми в молекулах з’ єднані міцно. Кристали з молекулярною кристалічною решіткою володіють маленькою твердістю і міцністю, низькою температурою плавлення, а також кипіння. Багатьом молекулярним речовинам властиво рідкий і газоподібний стан, вони летючі і можуть мати запах. До речовин з таким зв ‘язком відноситься вода, аміак, нафталін, кислоти, глюкоза, цукор тощо.

  Причини зміни форми природних кристалів

  Свою форму кристали змінюють з різних причин. Однією з них є порушення умов, в яких вони утворюються. Так, якщо магма буде застигати повільно, то у зерен кварцу будуть неправильні, криволінійні контури. Інший приклад, коли корінні породи руйнуються, їхні уламки зносяться водою. Тому часто в пісках виявляються кристали таких порід, як кварц, магнетит, гранат.

  Форма таких недорозвинених кристалів потворна, їх межі уламані. Кристал – це геометрично правильна форма, яка поширюється не тільки на поверхню кристала, але і на внутрішню його будову. Між частинками тут є відстань, вони не заповнюють весь простір, тобто їх розташування має певний порядок, притаманний тільки даній речовині.

  Цікава інформація про кристали

  На території колишнього Радянського Союзу 1958 року вчені знайшли кристал кварцу гігантського розміру. Його довжина становила 7,5 м, ширина – 1,5 м і маса – 70 т. Траплялися кристали берилу масою 18 т і довжиною 5 м. Хоча під час знахідок частіше зустрічаються кристаліки мікроскопічних розмірів.

  У східній частині Оренбурзької області пощастило знайти гірський кришталь, кристал якого мав довжину 170 см, ширину – 80 см, масу – 784 кг. Його іронічно назвали “Малюткою”. Зараз цей кристал розташований біля входу в Уральський музей геології в місті Єкатеринбурзі.