Kryštály sú pevné telesá s pravidelným geometrickým tvarom. Štruktúra, v ktorej sa nachádzajú usporiadané častice, sa nazýva kryštálová mriežka. Body umiestnenia častíc, v ktorých oscilujú, sa nazývajú uzly kryštálovej mriežky. Všetky tieto telá sú rozdelené na monokryštály a polykryštály.
Čo sú to monokryštály
Jednotlivé kryštály sú jednotlivé kryštály, v ktorých má kryštálová mriežka jasné usporiadanie. Často má monokryštál pravidelný tvar, ale táto vlastnosť nie je povinná pri určovaní typu kryštálu. Väčšina minerálov sú monokryštály.
Vonkajšia forma závisí od rýchlosti rastu látky. Pri pomalom náraste a homogenite materiálu majú kryštály správny výbrus. Pri strednej rýchlosti nie je rez výrazný. Pri vysokej rýchlosti kryštalizácie rastú polykryštály pozostávajúce z mnohých monokryštálov.
Klasické príklady monokryštálov sú diamant, kremeň,topaz. V elektronike majú osobitný význam monokryštály, ktoré majú vlastnosti polovodičov a dielektrík. Zliatiny monokryštálov sa vyznačujú zvýšenou tvrdosťou. Ultračisté monokryštály majú rovnaké vlastnosti bez ohľadu na pôvod. Chemické zloženie minerálov závisí od rýchlosti rastu. Čím pomalšie kryštál rastie, tým je jeho zloženie dokonalejšie.
Polykryštály
Jednotlivé kryštály a polykryštály sa vyznačujú vysokou molekulárnou interakciou. Polykryštál pozostáva z mnohých monokryštálov a má nepravidelný tvar. Niekedy sa nazývajú kryštality. Objavujú sa ako výsledok prirodzeného rastu alebo sú pestované umelo. Polykryštály môžu byť zliatiny, kovy, keramika. Hlavné charakteristiky tvoria vlastnosti monokryštálov, ale veľký význam má veľkosť zŕn, vzdialenosť medzi nimi a hranice zŕn. V prítomnosti hraníc sa fyzikálne charakteristiky polykryštálov výrazne menia, pevnosť klesá.
Polykryštály vznikajú ako výsledok kryštalizácie, zmien v kryštalických práškoch. Tieto minerály sú menej stabilné ako jednotlivé kryštály, čo vedie k nerovnomernému rastu jednotlivých zŕn.
Polymorfizmus
Jednotlivé kryštály sú látky, ktoré môžu existovať v dvoch stavoch naraz, ktoré sa budú líšiť svojimi fyzikálnymi vlastnosťami. Táto vlastnosť sa nazýva polymorfizmus.
Látka v jednom stave môže byť zároveň stabilnejšia ako v inom. Keď sa zmenia podmienky prostredia, situácia sa môže staťzmeniť.
Polymorfizmus je nasledujúcich typov:
- Rekonštrukcia – atómy a molekuly sa rozkladajú.
- Deformácia - štruktúra je upravená. Dochádza k stlačeniu alebo natiahnutiu.
- Shift - niektoré prvky štruktúry menia svoje umiestnenie.
Vlastnosti kryštálov sa môžu zmeniť pri náhlej zmene zloženia. Klasickým príkladom polymorfizmu je modifikácia uhlíka. V jednom skupenstve je to diamant, v inom je to grafit, látky s rôznymi vlastnosťami.
Niektoré formy uhľohydrátov sa pri zahriatí menia na grafit. Zmeny vlastností môžu nastať bez deformácie kryštálovej mriežky. V prípade železa vedie náhrada niektorých zložiek k vymiznutiu magnetických vlastností.
Kryštálová sila
Akýkoľvek materiál používaný v modernej technológii má konečnú pevnosť. Najväčšiu pevnosť má zliatina niklu, chrómu a železa. Zvýšenie pevnosti kovov zlepší vojenské a civilné vybavenie. Zvýšená odolnosť proti opotrebovaniu bude mať za následok dlhšiu životnosť. Z tohto dôvodu vedci už dlho študujú silu monokryštálov.
Čisté monokryštály sú kryštály s ideálnou kryštálovou mriežkou, obsahujú malý počet defektov. S poklesom počtu defektov sa pevnosť kovov niekoľkokrát zvyšuje. Hustota kovu pritom zostáva takmer rovnaká.
Jednotlivé kryštály s ideálnou mriežkou sú odolné voči mechanickému namáhaniu až do bodu topenia. Nemeňte sčas. Najčastejšie majú takéto monokryštály nulovú dislokáciu. Ale to je nepovinná podmienka. Pevnosť sa vysvetľuje skutočnosťou, že mikrotrhliny sa tvoria na miestach, kde je najväčší počet dislokácií. A v ich neprítomnosti nie je miesto, kde by sa objavili trhliny. To znamená, že monokryštál vydrží, kým sa neprekročí prah jeho pevnosti.
Umelé monokryštály
Pestovanie monokryštálov je na súčasnej úrovni vedy možné. Pri spracovaní kovu bez zmeny jeho zloženia môžete vytvoriť jediný kryštál, ktorý má vysokú mieru bezpečnosti.
Sú známe 2 spôsoby výroby monokryštálov:
- supervysokotlakové odlievanie kovov;
- kryogénny tlak.
Prvá metóda je populárna pri spracovaní ľahkých kovov. Vzhľadom na čistotu kovu a zvyšujúci sa tlak sa postupne objaví nový kov, ktorý má rovnaké vlastnosti, ale so zvýšenou pevnosťou. Za určitých podmienok je možné získať monokryštál s ideálnou mriežkou. V prítomnosti nečistôt existuje možnosť, že kryštálová mriežka nebude ideálna.
V ťažkých kovoch so zvyšujúcim sa tlakom nastáva proces zmeny štruktúry. Monokryštál sa ešte neukázal, ale látka zmenila vlastnosti.
Kryogénne odlievanie je založené na výrobe kryogénnych kvapalín. Pod vplyvom magnetického poľa nedochádza ku kryštalizácii. Polokryštalická forma sa po elektrickom nabití zmení na kryštál.
Diamanta kremeň
Vlastnosti diamantu sú založené na skutočnosti, že ide o látku s atómovou kryštálovou mriežkou. Väzba medzi atómami určuje silu diamantu. Pri konštantných podmienkach sa diamant nemení. Keď je vystavený vákuu, postupne sa mení na grafit.
Veľkosti kryštálov sa výrazne líšia. Synteticky pestované diamanty majú tvár kocky a vyzerajú inak ako ich náprotivky. Vlastnosti diamantu sa využívajú na rezanie skla.
Krištály kremeňa sa nachádzajú všade. Minerál je jedným z najbežnejších. Kremeň je zvyčajne bezfarebný. Ak je vo vnútri kameňa veľa trhlín, potom je biely. Keď sa pridajú ďalšie nečistoty, zmení farbu.
Kremenné kryštály sa používajú pri výrobe skla, na vytváranie ultrazvuku, v elektrických, rozhlasových a televíznych zariadeniach. Niektoré odrody sa používajú v šperkoch.
Štruktúra monokryštálov
Kovy v pevnom stave majú kryštalickú štruktúru. Štruktúra monokryštálov je nekonečný rad striedajúcich sa atómov. V skutočnosti môže byť usporiadanie atómov narušené tepelnými účinkami, mechanickými alebo z mnohých iných dôvodov.
Kryštáľové mriežky sa nachádzajú v 3 typoch:
- typ volfrámu;
- typ medi;
- typ horčíka.
Aplikácia
Umelé monokryštály sú príležitosťou na získanie materiálu s novými vlastnosťami. Oblasť použitia monokryštálov je veľmi veľká. Kremeň a spar boli vytvorené prírodou, zatiaľ čo fluorid sodný bol pestovaný umelo.
Monokryštály súmateriály používané v optike a elektronike. Kremeň a sľuda sa používajú v optike, ale sú drahé. V umelých podmienkach môžete pestovať jeden kryštál, ktorý sa bude vyznačovať čistotou a silou.
Diamant sa používa tam, kde sa vyžaduje vysoká pevnosť. Ale úspešne sa syntetizuje v umelých podmienkach. Trojrozmerné monokryštály sa pestujú z tavenín.
