Kristali su čvrsta tijela pravilnog geometrijskog oblika. Struktura unutar koje se nalaze uređene čestice naziva se kristalna rešetka. Točke položaja čestica u kojima one osciliraju nazivaju se čvorovi kristalne rešetke. Sva su ova tijela podijeljena na monokristale i polikristale.
Što su monokristali
Pojedinačni kristali su monokristali u kojima kristalna rešetka ima jasan redoslijed. Često jedan kristal ima pravilan oblik, ali ta značajka nije obvezna pri određivanju vrste kristala. Većina minerala su monokristali.
Vanjski oblik ovisi o brzini rasta tvari. Uz polagano povećanje i homogenost materijala, kristali imaju ispravan rez. Pri srednjoj brzini rez nije izražen. Pri visokoj stopi kristalizacije rastu polikristali koji se sastoje od mnogo pojedinačnih kristala.
Klasični primjeri pojedinačnih kristala su dijamant, kvarc,topaz. U elektronici su od posebne važnosti monokristali koji imaju svojstva poluvodiča i dielektrika. Legure monokristala karakteriziraju povećana tvrdoća. Ultračisti monokristali imaju ista svojstva bez obzira na podrijetlo. Kemijski sastav minerala ovisi o brzini rasta. Što sporije raste kristal, to je njegov sastav savršeniji.
Polikristali
Pojedinačne kristale i polikristali karakterizira visoka molekularna interakcija. Polikristal se sastoji od mnogo pojedinačnih kristala i ima nepravilan oblik. Ponekad se nazivaju kristalitima. Pojavljuju se kao rezultat prirodnog rasta ili se uzgajaju umjetno. Polikristali mogu biti legure, metali, keramika. Glavne karakteristike čine svojstva monokristala, ali su veličine zrna, udaljenost između njih i granice zrna od velike važnosti. U prisutnosti granica, fizičke karakteristike polikristala se značajno mijenjaju, snaga se smanjuje.
Polikristali nastaju kao rezultat kristalizacije, promjena u kristalnim prahovima. Ovi minerali su manje stabilni od pojedinačnih kristala, što rezultira neravnomjernim rastom pojedinačnih zrna.
Polimorfizam
Pojedinačni kristali su tvari koje mogu postojati u dva stanja odjednom, koja će se razlikovati po svojim fizičkim svojstvima. Ova se značajka naziva polimorfizam.
U isto vrijeme, tvar u jednom stanju može biti stabilnija od drugog. Kada se okolišni uvjeti promijene, situacija možepromijeniti.
Polimorfizam je sljedećih vrsta:
- Rekonstrukcija - dolazi do raspadanja atoma i molekula.
- Deformacija - struktura je izmijenjena. Dolazi do kompresije ili istezanja.
- Shift - neki elementi strukture mijenjaju svoju lokaciju.
Svojstva kristala mogu se promijeniti naglom promjenom sastava. Klasični primjer polimorfizma je modifikacija ugljika. U jednom stanju je dijamant, u drugom grafit, tvari različitih svojstava.
Neki oblici ugljikohidrata pretvaraju se u grafit kada se zagrijavaju. Promjene svojstava mogu nastati bez deformacije kristalne rešetke. U slučaju željeza, supstitucija nekih komponenti dovodi do nestanka magnetskih svojstava.
Snaga kristala
Svaki materijal korišten u modernoj tehnologiji ima konačnu snagu. Najveću čvrstoću ima legura nikla, kroma i željeza. Povećanje čvrstoće metala poboljšat će vojnu i civilnu opremu. Povećana otpornost na habanje rezultirat će duljim vijekom trajanja. Iz tog razloga znanstvenici već duže vrijeme proučavaju snagu monokristala.
Čisti monokristali su kristali s idealnom kristalnom rešetkom, sadrže mali broj nedostataka. Sa smanjenjem broja nedostataka, čvrstoća metala se povećava nekoliko puta. U isto vrijeme, gustoća metala ostaje gotovo ista.
Pojedinačni kristali s idealnom rešetkom otporni su na mehanička opterećenja do točke taljenja. Nemojte se mijenjati savrijeme. Najčešće takvi monokristali imaju nultu dislokaciju. Ali ovo je izborni uvjet. Čvrstoća se objašnjava činjenicom da se mikropukotine stvaraju na mjestima gdje je najveći broj dislokacija. A u njihovoj odsutnosti, nema gdje da se pojave pukotine. To znači da će monokristal trajati sve dok se ne prijeđe prag njegove snage.
Umjetni monokristali
Uzgoj monokristala moguć je na trenutnoj razini znanosti. Prilikom obrade metala, bez promjene njegovog sastava, možete stvoriti jedan kristal koji ima visoku granicu sigurnosti.
Postoje 2 poznate metode za proizvodnju monokristala:
- supervisoki tlak i lijevanje metala;
- kriogeni pritisak.
Prva metoda je popularna za obradu lakih metala. S obzirom na čistoću metala i sve veći pritisak, postupno će se pojaviti novi metal koji ima ista svojstva, ali povećane čvrstoće. Pod određenim uvjetima moguće je dobiti monokristal s idealnom rešetkom. U prisutnosti nečistoća postoji mogućnost da kristalna rešetka neće biti idealna.
U teškim metalima, s povećanjem pritiska, dolazi do procesa promjene strukture. Monokristal se još nije pokazao, ali tvar je promijenila svojstva.
Kriogeno lijevanje temelji se na proizvodnji kriogenih tekućina. Kristalizacija se ne događa pod utjecajem magnetskog polja. Polukristalni oblik postaje kristal nakon što se električno nabije.
Dijamanti kvarc
Svojstva dijamanta temelje se na činjenici da je riječ o tvari s atomskom kristalnom rešetkom. Veza između atoma određuje snagu dijamanta. U stalnim uvjetima, dijamant se ne mijenja. Kada se izloži vakuumu, postupno se pretvara u grafit.
Veličine kristala značajno se razlikuju. Sintetički uzgojeni dijamanti imaju kockasta lica i izgledaju drugačije od svojih kolega. Svojstva dijamanta koriste se za rezanje stakla.
Kristali kvarca nalaze se posvuda. Mineral je jedan od najčešćih. Kvarc je obično bezbojan. Ako unutar kamena ima mnogo pukotina, onda je bijeli. Kada se dodaju druge nečistoće, mijenja boju.
Kvarc kristali se koriste u proizvodnji stakla, za stvaranje ultrazvuka, u električnoj, radijskoj i televizijskoj opremi. Neke se vrste koriste u nakitu.
Struktura od pojedinačnih kristala
Metali u čvrstom stanju imaju kristalnu strukturu. Struktura monokristala je beskonačan niz izmjeničnih atoma. U stvarnosti, poredak atoma može biti poremećen zbog toplinskih učinaka, mehaničkih ili iz niza drugih razloga.
Kristalne rešetke nalaze se u 3 vrste:
- tip volframa;
- tip bakra;
- vrsta magnezija.
Prijava
Umjetni monokristali prilika su za dobivanje materijala s novim svojstvima. Područje primjene pojedinačnih kristala je vrlo veliko. Kvarc i špart stvoreni su po prirodi, dok je natrijev fluorid umjetno uzgojen.
Monokristali sumaterijala koji se koriste u optici i elektronici. Kvarc i liskun se koriste u optici, ali su skupi. U umjetnim uvjetima možete uzgajati jedan kristal, koji će se odlikovati čistoćom i snagom.
Dijamant se koristi tamo gdje je potrebna visoka čvrstoća. Ali uspješno se sintetizira u umjetnim uvjetima. Trodimenzionalni monokristali se uzgajaju iz taline.
