Cristalele sunt corpuri solide cu o formă geometrică obișnuită. Structura în care se află particulele ordonate se numește rețea cristalină. Punctele de localizare a particulelor în care acestea oscilează se numesc nodurile rețelei cristaline. Toate aceste corpuri sunt împărțite în monocristale și policristale.
Ce sunt monocristalele
Cristalele simple sunt cristale simple în care rețeaua cristalină are o ordine clară. Adesea, un singur cristal are o formă regulată, dar această caracteristică nu este obligatorie atunci când se determină tipul de cristal. Majoritatea mineralelor sunt monocristale.
Forma externă depinde de rata de creștere a substanței. Cu o creștere lentă și omogenitatea materialului, cristalele au tăierea corectă. La viteza medie, taierea nu este pronuntata. La o rată mare de cristalizare, cresc policristale formate din multe cristale simple.
Exemplele clasice de monocristale sunt diamantul, cuarțul,topaz. În electronică, monocristalele, care au proprietățile semiconductorilor și dielectricilor, sunt de o importanță deosebită. Aliajele monocristalelor se caracterizează printr-o duritate crescută. Monocristalele ultrapure au aceleași proprietăți, indiferent de origine. Compoziția chimică a mineralelor depinde de rata de creștere. Cu cât cristalul crește mai încet, cu atât compoziția sa este mai perfectă.
Policristale
Cristalele simple și policristalele se caracterizează printr-o interacțiune moleculară ridicată. Un policristal este format din multe cristale simple și are o formă neregulată. Uneori sunt numiți cristaliți. Ele apar ca urmare a creșterii naturale sau sunt cultivate artificial. Policristalele pot fi aliaje, metale, ceramică. Principalele caracteristici sunt alcătuite din proprietățile monocristalelor, dar dimensiunile granulelor, distanța dintre ele și limitele granulelor sunt de mare importanță. În prezența granițelor, caracteristicile fizice ale policristalelor se modifică semnificativ, rezistența scade.
Policristalele sunt generate ca urmare a cristalizării, modificărilor pulberilor cristaline. Aceste minerale sunt mai puțin stabile decât cristalele simple, ceea ce duce la creșterea neuniformă a boabelor individuale.
Polimorfism
Cristalele simple sunt substanțe care pot exista în două stări simultan, care vor diferi prin proprietățile lor fizice. Această caracteristică se numește polimorfism.
În același timp, o substanță într-o stare poate fi mai stabilă decât alta. Când condițiile de mediu se schimbă, situația poateschimbare.
Polimorfismul este de următoarele tipuri:
- Reconstrucție - dezintegrarea are loc la atomi și molecule.
- Deformare - structura este modificată. Are loc compresia sau întinderea.
- Shift - unele elemente ale structurii își schimbă locația.
Proprietățile cristalului se pot schimba cu o schimbare bruscă a compoziției. Exemplul clasic de polimorfism este modificarea carbonului. Într-o stare este diamant, în alta este grafit, substanțe cu proprietăți diferite.
Unele forme de carbohidrați se transformă în grafit când sunt încălzite. Modificări ale proprietăților pot apărea fără deformarea rețelei cristaline. În cazul fierului, înlocuirea unor componente duce la dispariția proprietăților magnetice.
Forța cristalului
Orice material folosit în tehnologia modernă are o rezistență finală. Un aliaj de nichel, crom și fier are cea mai mare rezistență. Creșterea rezistenței metalelor va îmbunătăți echipamentele militare și civile. Rezistența crescută la uzură va duce la o durată de viață mai lungă. Din acest motiv, oamenii de știință au studiat de multă vreme rezistența monocristalelor.
Single cristalele pure sunt cristale cu o rețea cristalină ideală, care conțin un număr mic de defecte. Odată cu scăderea numărului de defecte, rezistența metalelor crește de mai multe ori. În același timp, densitatea metalului rămâne aproape aceeași.
Cristalele simple cu o rețea ideală sunt rezistente la solicitări mecanice până la punctul de topire. Nu te schimba cutimp. Cel mai adesea, astfel de cristale simple au o dislocare zero. Dar aceasta este o condiție opțională. Forța se explică prin faptul că microfisurile se formează în locurile în care există cel mai mare număr de luxații. Și în lipsa lor, nu există unde să apară fisuri. Aceasta înseamnă că un singur cristal va rezista până la depășirea pragului de rezistență.
Single cristale artificiale
Creșterea monocristalelor este posibilă la nivelul actual de știință. La prelucrarea metalului, fără a-i modifica compoziția, puteți crea un singur cristal care are o marjă mare de siguranță.
Există 2 metode cunoscute pentru producerea de monocristale:
- turnare la presiune super în altă și metal;
- presiune criogenică.
Prima metodă este populară pentru prelucrarea metalelor ușoare. Având în vedere puritatea metalului și creșterea presiunii, treptat va apărea un nou metal care are aceleași proprietăți, dar cu rezistență crescută. În anumite condiții, este posibil să se obțină un singur cristal cu o rețea ideală. În prezența impurităților, există posibilitatea ca rețeaua cristalină să nu fie ideală.
La metalele grele, odată cu creșterea presiunii, are loc procesul de schimbare a structurii. Unicul cristal nu a apărut încă, dar substanța și-a schimbat proprietăți.
Turnarea criogenică se bazează pe producția de lichide criogenice. Cristalizarea nu are loc sub influența unui câmp magnetic. Forma semicristalină devine un cristal după ce este încărcată electric.
Diamantși cuarț
Proprietățile diamantului se bazează pe faptul că este o substanță cu o rețea cristalină atomică. Legătura dintre atomi determină rezistența unui diamant. În condiții constante, diamantul nu se schimbă. Când este expus la vid, se transformă treptat în grafit.
Dimensiunile cristalelor variază semnificativ. Diamantele cultivate sintetic au fețe cub și arată diferit față de omologii lor. Proprietățile diamantului sunt folosite pentru tăierea sticlei.
Cristale de cuarț se găsesc peste tot. Mineralul este unul dintre cele mai comune. Cuarțul este de obicei incolor. Dacă există multe fisuri în interiorul pietrei, atunci aceasta este albă. Când se adaugă alte impurități, culoarea își schimbă.
Cristale de cuarț sunt folosite la fabricarea sticlei, pentru a crea ultrasunete, în echipamente electrice, radio și televiziune. Unele soiuri sunt folosite în bijuterii.
Structura monocristalelor
Metalele în stare solidă au o structură cristalină. Structura monocristalelor este o serie nesfârșită de atomi alternanți. În realitate, ordonarea atomilor poate fi perturbată din cauza efectelor termice, mecanice sau dintr-o serie de alte motive.
Greurile cristaline se găsesc în 3 tipuri:
- tip tungsten;
- tip cupru;
- tip de magneziu.
Aplicație
Monocristalele artificiale reprezintă o oportunitate de a obține material cu proprietăți noi. Zona de aplicare a cristalelor simple este foarte mare. Cuarțul și spatele au fost create de natură, în timp ce fluorura de sodiu a fost cultivată artificial.
Monocristalele suntmateriale utilizate în optică și electronică. Cuarțul și mica sunt folosite în optică, dar sunt scumpe. În condiții artificiale, puteți crește un singur cristal, care se va distinge prin puritate și rezistență.
Diamant este folosit acolo unde este necesară o rezistență ridicată. Dar este sintetizat cu succes în condiții artificiale. Cristalele unice tridimensionale sunt crescute din topituri.
