Kristallara və qiymətli daşlara baxanda insan bu əsrarəngiz gözəlliyin necə yarandığını, təbiətin belə heyrətamiz əsərlərinin necə yaradıldığını anlamaq istəyir. Onların xassələri haqqında daha çox öyrənmək istəyi var. Axı kristalların təbiətin heç bir yerində təkrarlanmayan xüsusi quruluşu onları hər yerdə istifadə etməyə imkan vermir: zərgərlikdən tutmuş ən son elmi və texniki ixtiralara qədər.
Kristal mineralların tədqiqi
Kristalların quruluşu və xassələri o qədər çoxşaxəlidir ki, bu hadisələrin tədqiqi və tədqiqi ilə ayrıca bir elm, mineralogiya məşğul olur. Məşhur rus akademiki Aleksandr Evgenieviç Fersman kristallar dünyasının müxtəlifliyinə və sonsuzluğuna o qədər hopmuş və heyrətlənmişdi ki, bu mövzu ilə mümkün qədər çox insanı ələ keçirməyə çalışdı. Əyləncəli Mineralogiya kitabında o, həvəslə və hərarətlə mineralların sirləri ilə tanış olmağa və qiymətli daşlar dünyasına qərq olmağa çağırdı:
Mən səni çox istəyirəmovsunlamaq. İstəyirəm ki, dağlar və karxanalar, mədənlər və mədənlərlə maraqlanmağa başlayasınız ki, mineral kolleksiyalar toplamağa başlayasınız ki, bizimlə şəhərdən daha uzaqlara, çayın axarına, orada olan yerlərə gedəsiniz. yüksək qayalı sahillər, dağların zirvələri və ya daş qırılan, qum çıxarılan və ya filiz partlayan qayalı dəniz sahillərinə qədərdir. Orada, hər yerdə siz və mən edəcək bir şey tapacağıq: və ölü qayalarda, qumlarda və daşlarda biz bütün dünyanı idarə edən və bütün dünyanın qurulduğu bəzi böyük təbiət qanunlarını oxumağı öyrənəcəyik.
Fizika kristalları öyrənir, hər hansı bir həqiqətən bərk cismin kristal olduğunu müdafiə edir. Kimya kristalların molekulyar quruluşunu araşdıraraq hər hansı metalın kristal quruluşa malik olduğu qənaətinə gəlir.
Kristalların heyrətamiz xassələrinin öyrənilməsi müasir elmin, texnologiyanın, tikinti sənayesinin və bir çox digər sənaye sahələrinin inkişafı üçün böyük əhəmiyyət kəsb edir.
Kristalların əsas qanunları
İnsanların kristala baxarkən diqqət yetirdiyi ilk şey onun ideal çoxşaxəli formasıdır, lakin bu, mineralın və ya metalın əsas xüsusiyyəti deyil.
Kristal kiçik parçalara parçalananda ideal formada heç nə qalmayacaq, lakin hər hansı fraqment əvvəlki kimi kristal olaraq qalacaq. Kristalın fərqli xüsusiyyəti onun görünüşü deyil, daxili quruluşunun xarakterik xüsusiyyətləridir.
Simmetrik
Kristalları öyrənərkən yadda saxlamaq və qeyd etmək lazım olan ilk şey fenomendirsimmetriya. Gündəlik həyatda geniş yayılmışdır. Kəpənək qanadları simmetrikdir, yarıya qatlanmış bir kağız parçasına ləkənin izi. Simmetrik qar kristalları. Altıbucaqlı qar dənəciyi altı simmetriya müstəvisinə malikdir. Şəkili qar dənəciyinin simmetriya müstəvisini əks etdirən istənilən xətt boyunca əyməklə siz onun iki yarısını bir-biri ilə birləşdirə bilərsiniz.
Simmetriya oxunun elə bir xüsusiyyəti var ki, fiquru onun ətrafında məlum bucaq altında fırladaraq, fiqurun uyğun hissələrini bir-biri ilə birləşdirmək olar. Fiqurun fırlanması lazım olan uyğun bucağın ölçüsündən asılı olaraq kristallarda 2-ci, 3-cü, 4-cü və 6-cı dərəcəli oxlar müəyyən edilir. Beləliklə, qar dənəciklərində cizgi müstəvisinə perpendikulyar olan altıncı dərəcəli bir simmetriya oxu var.
Simmetriya mərkəzi fiqurun müstəvisində elə bir nöqtədir ki, əks istiqamətdə fiqurun eyni struktur elementləri eyni məsafədə yerləşir.
İçində nə var?
Kristalların daxili quruluşu molekulların və atomların yalnız kristallara xas olan ardıcıllıqla birləşməsinin bir növüdür. Mikroskopla belə görünmürsə, onlar hissəciklərin daxili quruluşunu necə bilirlər?
Bunun üçün Rentgen şüalarından istifadə edilir. Onlardan şəffaf kristallarda istifadə edərək, alman fiziki M. Laue, ingilis fizikləri ata və oğul Braqq və rus professoru Yu. Volf kristalların quruluşu və quruluşunun öyrənilməsi qanunlarını müəyyən etdilər.
Hər şey təəccüblü və gözlənilməz idi. Samomolekulun quruluşu anlayışının maddənin kristal vəziyyətinə tətbiq oluna bilməyəcəyi ortaya çıxdı.
Məsələn, xörək duzu kimi məşhur maddə NaCl molekulunun kimyəvi tərkibinə malikdir. Ancaq bir kristalda xlor və natriumun ayrı-ayrı atomları ayrı-ayrı molekulları birləşdirmir, lakin məkan və ya kristal qəfəs adlanan müəyyən bir konfiqurasiya meydana gətirir. Xlor və natriumun ən kiçik hissəcikləri elektriklə bağlıdır. Duzun kristal qəfəsi aşağıdakı kimi əmələ gəlir. Natrium atomunun xarici qabığının valentlik elektronlarından biri xlor atomunun xarici qabığına daxil edilir ki, bu da xlorun üçüncü təbəqəsində səkkizinci elektronun olmaması səbəbindən tam doldurulmur. Beləliklə, kristalda həm natriumun, həm də xlorun hər bir ionu bir molekula deyil, bütün kristala aiddir. Xlor atomu monovalent olduğuna görə özünə yalnız bir elektron bağlaya bilir. Lakin kristalların struktur xüsusiyyətləri ona gətirib çıxarır ki, xlor atomu altı natrium atomu ilə əhatə olunub və onlardan hansının xlorla bir elektron paylaşacağını müəyyən etmək mümkün deyil.
Belə çıxır ki, xörək duzunun kimyəvi molekulu və onun kristalı heç də eyni şey deyil. Bütün monokristal bir nəhəng molekula bənzəyir.
Qabı - yalnız model
Məkan şəbəkəsi kristal quruluşun real modeli kimi götürüldükdə xətadan qaçınmaq lazımdır. Şəbəkə - kristalların strukturunda elementar hissəciklərin əlaqə nümunəsinin bir növ şərti təsviri. Toplar şəklində şəbəkəyə qoşulma nöqtələrivizual olaraq atomları təsvir etməyə imkan verir və onları birləşdirən xətlər onlar arasındakı bağlayıcı qüvvələrin təxmini təsviridir.
Əslində kristalın içərisindəki atomlar arasındakı boşluqlar daha kiçikdir. Bu, onun tərkib hissəciklərinin sıx bir qablaşdırılmasıdır. Top bir atomun şərti təyinatıdır, istifadəsi yaxın qablaşdırma xüsusiyyətlərini uğurla əks etdirməyə imkan verir. Əslində, atomların sadə təması deyil, onların bir-biri ilə qismən üst-üstə düşməsi var. Başqa sözlə, kristal qəfəsin strukturunda topun təsviri, aydınlıq üçün, atomun elektronlarının əsas hissəsini ehtiva edən belə bir radiusun təsvir edilmiş sferasıdır.
Güc vədi
İki əks yüklü ion arasında elektrik cazibə qüvvəsi var. Süfrə duzu kimi ion kristallarının strukturunda bir bağlayıcıdır. Lakin ionları çox yaxınlaşdırsanız, onların elektron orbitləri bir-birini üst-üstə düşəcək və eyni yüklü hissəciklərin itələyici qüvvələri meydana çıxacaq. Kristalın daxilində ionların paylanması elədir ki, itələyici və cəlbedici qüvvələr tarazlıqdadır və kristallik gücünü təmin edir. Bu quruluş ion kristalları üçün xarakterikdir.
Və almaz və qrafitin kristal qəfəslərində ümumi (kollektiv) elektronların köməyi ilə atomların əlaqəsi var. Yaxın məsafədə yerləşən atomlar həm bir, həm də qonşu atomun nüvəsi ətrafında fırlanan ümumi elektronlara malikdir.
Belə bağları olan qüvvələr nəzəriyyəsinin ətraflı tədqiqi olduqca çətindir və kvant mexanikası sahəsindədir.
Metal Fərqlər
Metal kristallarının quruluşu daha mürəkkəbdir. Metal atomları mövcud xarici elektronları asanlıqla bağışladıqlarına görə, kristalın bütün həcmi boyunca sərbəst hərəkət edərək, içərisində elektron qaz adlanan qazı əmələ gətirirlər. Belə "gəzən" elektronlar sayəsində metal külçənin möhkəmliyini təmin edən qüvvələr yaranır. Həqiqi metal kristallarının strukturunun tədqiqi göstərir ki, metal külçənin soyudulma üsulundan asılı olaraq, onun tərkibində qüsurlar ola bilər: səth, nöqtə və xətti. Bu cür qüsurların ölçüsü bir neçə atomun diametrini keçmir, lakin onlar kristal şəbəkəni təhrif edir və metallarda diffuziya proseslərinə təsir göstərir.
Kristal artımı
Daha rahat başa düşmək üçün kristal maddənin böyüməsi bir kərpic quruluşunun qurulması kimi təqdim edilə bilər. Bitməmiş hörgüdən bir kərpic kristalın tərkib hissəsi kimi təqdim edilərsə, o zaman kristalın harada böyüyəcəyini müəyyən etmək mümkündür. Kristalın enerji xassələri elədir ki, birinci kərpicə qoyulan kərpic bir tərəfdən - aşağıdan cazibə yaşayacaq. İkinci yerə qoyarkən - iki tərəfdən, üçüncüdə - üçdən. Kristallaşma prosesində - maye haldan bərk vəziyyətə keçid - enerji (qaynaşma istiliyi) ayrılır. Sistemin ən böyük gücü üçün onun mümkün enerjisi minimuma enməlidir. Buna görə də kristalların böyüməsi qat-qat baş verir. Əvvəlcə təyyarənin bir sırası, sonra bütün təyyarə tamamlanacaq və yalnız bundan sonra növbətisi tikilməyə başlayacaq.
Elmkristallar
Kristalloqrafiyanın əsas qanunu - kristallar haqqında elm - deyir ki, kristal üzlərinin müxtəlif müstəviləri arasındakı bütün bucaqlar həmişə sabit və eynidir. Artan kristal nə qədər təhrif olunsa da, onun üzləri arasındakı bucaqlar bu tipə xas olan eyni dəyəri saxlayır. Ölçüsündən, formasından və sayından asılı olmayaraq, eyni kristal müstəvinin üzləri həmişə eyni əvvəlcədən müəyyən edilmiş bucaq altında kəsişir. Bucaqların sabitlik qanununu M. V. Lomonosov 1669-cu ildə və kristalların quruluşunun öyrənilməsində böyük rol oynamışdır.
Anizotropiya
Kristal əmələ gəlməsi prosesinin özəlliyi anizotropiya fenomeni - böyümə istiqamətindən asılı olaraq müxtəlif fiziki xüsusiyyətlər ilə bağlıdır. Tək kristallar elektriki, istiliyi və işığı müxtəlif istiqamətlərdə fərqli şəkildə keçirir və qeyri-bərabər gücə malikdir.
Beləliklə, eyni atomlara malik eyni kimyəvi element müxtəlif kristal qəfəslər yarada bilər. Məsələn, karbon kristallaşaraq almaz və qrafitə çevrilə bilər. Eyni zamanda, almaz minerallar arasında maksimum gücün nümunəsidir və qrafit kağız üzərində qələmlə yazarkən tərəzisini asanlıqla tərk edir.
Mineralların üzləri arasındakı bucaqların ölçülməsi onların təbiətini təyin etmək üçün böyük praktik əhəmiyyət kəsb edir.
Əsas Xüsusiyyətlər
Kristalların struktur xüsusiyyətlərini öyrəndikdən sonra onların əsas xassələrini qısaca təsvir edə bilərik:
- Anizotropiya - müxtəlif istiqamətlərdə qeyri-bərabər xüsusiyyətlər.
- Vahidlik - elementarbərabər məsafədə yerləşən kristalların tərkib hissələri eyni xassələrə malikdir.
- Özünü kəsmə qabiliyyəti - böyüməsi üçün uyğun mühitdə kristalın istənilən fraqmenti çoxşaxəli forma alacaq və bu tip kristallara uyğun üzlərlə örtüləcəkdir. Məhz bu xüsusiyyət kristala öz simmetriyasını saxlamağa imkan verir.
- Ərimə nöqtəsinin dəyişməzliyi. Mineralın fəza qəfəsinin məhv edilməsi, yəni kristal maddənin bərk haldan maye vəziyyətə keçməsi həmişə eyni temperaturda baş verir.
Kristallar simmetrik polihedronun təbii formasını almış bərk cisimlərdir. Məkan qəfəsinin əmələ gəlməsi ilə xarakterizə olunan kristalların quruluşu fizikada bərk cismin elektron quruluşu nəzəriyyəsinin inkişafı üçün əsas olmuşdur. Mineralların xassələrinin və strukturunun öyrənilməsi böyük praktik əhəmiyyət kəsb edir.
