Cristales naturales... También se les llama piedras o sólidos hermosos y raros. Imaginamos una piedra de cristal en forma de un poliedro grande, brillante, transparente o incoloro con bordes brillantes ideales. En la vida, encontramos con mayor frecuencia sustancias sólidas en forma de granos. Forma irregular, granos de arena, escombros. Pero sus propiedades son las mismas que las de los cristales grandes y perfectos. Sumérgete con nosotros en mundo magico piedras y cristales naturales, familiarícese con su estructura, formas, tipos. Bueno, vamos...
El misterio de los cristales
El mundo de los cristales es hermoso y misterioso. Desde la infancia, los guijarros multicolores nos han llamado y atraído con su belleza. Sentimos su misterio en un nivel intuitivo y admiramos su naturaleza. belleza natural. La gente siempre ha querido saber todo lo posible sobre los sólidos naturales, las propiedades de los cristales, la formación de sus formas, su crecimiento y su estructura.
El mundo de estas piedras es tan inusual que querrás mirar dentro de ellas. ¿Qué veremos allí? Ante sus ojos se abrirá una imagen de filas de átomos, moléculas e iones estrictamente ordenadas y que se extienden sin cesar. Todos ellos obedecen estrictamente las leyes que rigen en el mundo de las piedras de cristal.
Las sustancias cristalinas están muy extendidas en la naturaleza, porque todas las rocas están compuestas por ellas. Y de rocas Está formado por toda la corteza terrestre. Resulta que incluso puedes cultivar estas sustancias inusuales en casa tú mismo. Es importante señalar que "cristal" en griego antiguo significaba "hielo" o "cristal de roca".
¿Qué es una piedra de cristal?
¿Qué dicen los libros de texto escolares sobre los cristales? Dicen que son sólidos que se forman bajo la influencia de factores naturales o condiciones de laboratorio y tienen la apariencia de poliedros. La estructura geométrica de estos cuerpos es infaliblemente estricta. La superficie de las figuras cristalinas está formada por planos perfectos: caras que se cruzan a lo largo de líneas rectas llamadas aristas. Los picos aparecen en los puntos de intersección de los bordes.
El estado sólido de la materia es un cristal. Él tiene forma definida, un número específico de caras dependiendo de la disposición de los átomos. Entonces, sólidos en los que las moléculas, átomos e iones están dispuestos en un patrón estricto en forma de nodos de red espacial.
A menudo asociamos los cristales con piedras preciosas raras y hermosas. Y esto no es en vano, los diamantes también son cristales. Pero no todos los sólidos son raros y hermosos. Después de todo, las partículas de sal y azúcar también son cristales. Hay cientos de sustancias en sus formas a nuestro alrededor. Uno de estos cuerpos se considera agua congelada (hielo o copos de nieve).
Formación de varias formas cristalinas.
En la naturaleza, los minerales se forman como resultado de procesos de formación de rocas. Las soluciones minerales en forma de rocas calientes y fundidas se encuentran a gran profundidad bajo tierra. Cuando estas rocas calientes son empujadas a la superficie de la tierra, se enfrían. Las sustancias se enfrían muy lentamente. Los minerales forman cristales en forma de sólidos. Por ejemplo, el granito contiene los minerales cuarzo, feldespato y mica.
Cada cristal contiene un millón de elementos individuales (monocristales). Una celda de una red cristalina se puede representar como un cuadrado con átomos en las esquinas. Pueden ser átomos de oxígeno u otros elementos. Se sabe que los cristales pueden reaccionar a diversas energías y recordar la actitud de las personas hacia ellos. Por eso se utilizan para curar y limpiar. Los cristales pueden tener todo tipo de formas. Dependiendo de esto, se dividen en 6 grandes tipos.
Diferentes tipos y tipos de sólidos naturales.
Los tamaños de los cristales también pueden variar. Todos los sólidos se dividen en ideales y reales. Los cuerpos ideales incluyen cuerpos con bordes lisos, un orden estricto de largo alcance, una cierta simetría de la red cristalina y otros parámetros. Los cristales reales incluyen aquellos que se encuentran en vida real. Pueden contener impurezas que reducen la simetría de la red cristalina, la suavidad de las caras y las propiedades ópticas. Ambos tipos de piedras están unidos por la regla de disposición de los átomos en la red descrita anteriormente.
Según otro criterio de división, se dividen en naturales y artificiales. Para el crecimiento cristales naturales Se necesitan condiciones naturales. Los sólidos artificiales se cultivan en laboratorio o en casa.
Según criterios estéticos y económicos, se dividen en piedras preciosas y no preciosas. Los minerales preciosos son raros y hermosos. Estos incluyen esmeralda, diamante, amatista, rubí, zafiro y otros.
Estructura y formas de acumulaciones de sólidos.
Los cristales de una sola punta se refieren a piedras hexagonales con una cima piramidal. La base de dichos minerales generadores es más amplia. Hay cristales con dos picos: Yin y Yang. Se utilizan en meditación para equilibrar los principios materiales y espirituales.
Los minerales en los que 2 de las 6 caras laterales son más anchas que todas las demás se denominan laminares. Se utilizan para la curación telepática.
Los cristales formados como resultado de impactos o grietas, que luego se descomponen en 7 tonos, se llaman arcoíris. Alivian la depresión y la decepción.
Los minerales con diversas inclusiones de otros elementos se denominan cristales fantasma. Primero dejan de crecer, luego otros materiales se depositan sobre ellos y luego se reanuda el crecimiento a su alrededor. Así, se ven los contornos de un mineral que ha dejado de crecer, por lo que parece fantasmal. Estos cristales se utilizan para atraer cultivos en parcelas de jardín.
Drusos inusuales
Los drusos son una vista muy hermosa. Esta es una colección de muchos cristales en una base. Tienen polaridad positiva y negativa. Con su ayuda se purifica el aire y se recarga la atmósfera. En la naturaleza se encuentran drusas de cuarzo, esmeralda y topacio. Aportan paz y armonía a las personas.
Las drusas también se llaman cristales fusionados. Muy a menudo, los granates, piritas y fluoritas son susceptibles a este fenómeno. A menudo se exhiben como piezas de museo.
Los cristales pequeños fusionados se llaman pincel, los minerales grandes se llaman flor. Las geodas son una variedad muy hermosa de drusas. Crecen en las paredes. Las drusas pueden ser muy pequeñas o grandes. Estos son hallazgos muy valiosos. Son muy valoradas las drusas de ágata, selenita, amatista, citrino y morrión.
¿Cómo almacenan los cristales información y conocimiento?
Los científicos han descubierto que en los bordes de los cristales hay triángulos, lo que indica la presencia de conocimiento en ellos. Sólo una persona específica puede recibir esta información. Si aparece una persona así, las piedras le darán su verdadero interior.
Los cristales son capaces de transmitir vibraciones, despertar. mayor potencia conciencia, equilibrar las fuerzas mentales. Por lo tanto, se utilizan a menudo en la meditación. Las civilizaciones anteriores almacenaron información en piedras. Por ejemplo, el cristal de roca era considerado la piedra preciosa de los dioses. Los cristales eran venerados como seres vivos. Incluso "cosmos" tenía el significado original de "piedra preciosa".
Gemas
Es importante tener en cuenta que los cristales de gemas en su forma cruda no son tan hermosos. También se les llama piedras o minerales. Se llaman preciosas porque son muy hermosas al cortarlas y se usan en joyería. Mucha gente está familiarizada con las piedras preciosas: amatistas, diamantes, zafiros y rubíes.
El diamante se considera la piedra más dura. Un cristal frágil de color verde hierba: esmeralda. Una variedad del corindón mineral rojo es el rubí. Existen depósitos de este cristal en casi todos los continentes. ¿Cuál se considera su ideal innegable? Rubíes birmanos. Los depósitos de rubíes en la Federación de Rusia se encuentran en las regiones de Chelyabinsk y Sverdlovsk.
¿Qué otros minerales caros existen? Transparente cristales preciosos Los zafiros vienen en varios colores, desde el azul pálido hasta el azul oscuro. Aunque se trata de un mineral raro, se valora menos que el rubí.
Una variedad cara de cuarzo es la hermosa piedra preciosa amatista. Una vez fue insertado por el sumo sacerdote Aarón entre las 12 piedras de su pectoral. La amatista tiene un hermoso tinte violeta o lila.
diamantes rusos
Así, el cristal más duro, el diamante, se extrae de los tubos de kimberlita formados como resultado de erupciones volcánicas subterráneas. La red cristalina de esta piedra se forma bajo la influencia. alta temperatura Y alta presión carbón.
La extracción de diamantes en Rusia comenzó en Yakutia recién a mediados del siglo pasado. Hoy en día, la Federación de Rusia ya es líder en la producción de estos piedras preciosas. Cada año se destinan miles de millones de rublos a la extracción de diamantes en Rusia. Vale la pena señalar que hay varios quilates de diamantes por tonelada de tubos de kimberlita.
Las principales propiedades de los cristales (anisotropía, homogeneidad, capacidad de quemarse y la presencia de un punto de fusión constante) están determinadas por su estructura interna.
Arroz. 1. Un ejemplo de anisotropía es un cristal del mineral disteno. En dirección longitudinal su dureza es 4,5, en dirección transversal es 6. © Parent Géry
Esta propiedad también se llama desigualdad. Se expresa en el hecho de que propiedades físicas Los cristales (dureza, resistencia, conductividad térmica, conductividad eléctrica, velocidad de propagación de la luz) no son iguales en diferentes direcciones. Las partículas que forman la estructura cristalina en direcciones no paralelas están espaciadas entre sí a diferentes distancias, como resultado de lo cual las propiedades sustancia cristalina en tales áreas debería ser diferente. Un ejemplo típico Una sustancia con anisotropía pronunciada es la mica. Las placas cristalinas de este mineral se dividen fácilmente sólo a lo largo de planos paralelos a su laminar. En direcciones transversales, es mucho más difícil dividir las placas de mica.
La anisotropía también se manifiesta en el hecho de que cuando un cristal se expone a cualquier disolvente, la velocidad reacciones químicas diferentes en diferentes direcciones. Como resultado, cada cristal, cuando se disuelve, adquiere sus propias formas características, llamadas figuras de grabado.
Las sustancias amorfas se caracterizan por la isotropía (equivalencia): las propiedades físicas se manifiestan por igual en todas las direcciones.
Uniformidad
Se expresa en el hecho de que cualesquiera volúmenes elementales de una sustancia cristalina, idénticamente orientados en el espacio, son absolutamente idénticos en todas sus propiedades: tienen el mismo color, masa, dureza, etc. Por tanto, cada cristal es un cuerpo homogéneo, pero al mismo tiempo anisótropo.
La homogeneidad no es sólo inherente a los cuerpos cristalinos. Las formaciones sólidas amorfas también pueden ser homogéneas. Pero los cuerpos amorfos no pueden adoptar por sí mismos una forma multifacética.
Capacidad de autocontrol
La capacidad de autocortarse se expresa en el hecho de que cualquier fragmento o bola mecanizado a partir de un cristal en un entorno apropiado para su crecimiento con el tiempo queda cubierto con bordes característicos de un cristal determinado. Esta característica está relacionada con la estructura cristalina. Una bola de cristal, por ejemplo, no tiene esa característica.
Los cristales de una misma sustancia pueden diferir entre sí en su tamaño, número de caras, aristas y forma de las caras. Esto depende de las condiciones de formación de cristales. Con un crecimiento desigual, los cristales se vuelven aplanados, alargados, etc. Los ángulos entre las caras correspondientes del cristal en crecimiento permanecen sin cambios. Esta característica de los cristales se conoce como ley de constancia de los ángulos facetarios. En este caso, el tamaño y la forma de las caras de diferentes cristales de la misma sustancia, la distancia entre ellos e incluso su número pueden cambiar, pero los ángulos entre las caras correspondientes en todos los cristales de la misma sustancia permanecen constantes en las mismas condiciones. de presión y temperatura.
La ley de constancia de los ángulos de las facetas fue establecida a finales del siglo XVII por el científico danés Steno (1699) sobre cristales de brillo de hierro y cristal de roca; esta ley fue confirmada posteriormente por M.V. Lomonosov (1749) y el científico francés Rome de Lille (1783). La ley de constancia de los ángulos de las facetas se denomina primera ley de cristalografía.
La ley de constancia de los ángulos de las facetas se explica por el hecho de que todos los cristales de una sustancia son idénticos en estructura interna, es decir. tienen la misma estructura.
Según esta ley, los cristales de una determinada sustancia se caracterizan por sus ángulos específicos. Por tanto, midiendo los ángulos es posible comprobar que el cristal en estudio pertenece a una sustancia concreta. En esto se basa uno de los métodos para diagnosticar cristales.
Para medir los ángulos diédricos de los cristales, se inventaron dispositivos especiales: los goniómetros.
Punto de fusión constante
Se expresa en el hecho de que cuando se calienta un cuerpo cristalino, la temperatura aumenta hasta un cierto límite; Con un calentamiento adicional, la sustancia comienza a derretirse y la temperatura permanece constante durante algún tiempo, ya que todo el calor destruye la red cristalina. La temperatura a la que comienza la fusión se llama punto de fusión.
Las sustancias amorfas, a diferencia de las cristalinas, no tienen un punto de fusión claramente definido. En las curvas de enfriamiento (o calentamiento) de sustancias cristalinas y amorfas, se puede ver que en el primer caso hay dos inflexiones bruscas, correspondientes al inicio y al final de la cristalización; en el caso de enfriar una sustancia amorfa, tenemos una curva suave. Por esta característica es fácil distinguir las sustancias cristalinas de las amorfas.
La disposición geométricamente regular de las partículas materiales en estructuras cristalinas, finalmente determinada con ayuda de rayos X, constituye la base de toda la cristalografía moderna. Pero la teoría sobre la estructura reticular de los cristales se creó mucho antes del análisis de rayos X. Los grandes cristalógrafos Auguste Bravais, L. Zonke, E.S Fedorov, A. Shenflies y otros dieron un desarrollo matemático de esta teoría. El uso de rayos X confirmó experimentalmente la exactitud de sus construcciones especulativas.
La teoría de la estructura cristalina anterior a 1912 se basaba en determinadas características del estado cristalino, captadas experimentalmente. Algunas de las propiedades más importantes de los cristales incluyen:
1. Estaticidad. Es una disposición fija de partículas entre sí. La sustancia amorfa contiene fragmentos de cristales, pero con el tiempo estos fragmentos se destruyen. A lo largo de cientos de años, el vidrio, por ejemplo, sufre cambios y “fluye”.
2. Uniformidad u homogeneidad. Según datos experimentales, un cuerpo se llama homogéneo si presenta propiedades idénticas en todo su volumen. La homogeneidad de los cristales se establece estudiando sus propiedades en direcciones paralelas. Un cuerpo cristalino que tenga la misma estructura en todas sus partes debe ser homogéneo. En este caso, no se tienen en cuenta las contaminaciones extrañas, inclusiones e imperfecciones de cristales reales asociadas con influencias externas.
3. Anisotropía - (traducido como "un" - no, "isos" - igual, "strophos" - propiedad, es decir, propiedades desiguales). Anisotrópico es un cuerpo homogéneo que, con propiedades idénticas en direcciones paralelas, generalmente tiene propiedades desiguales en direcciones paralelas. Debido a la estructura reticular, los átomos idénticos (iones, moléculas) deben estar colocados exactamente igual, formando espacios iguales entre sí. Por tanto, las propiedades de los cristales deberían ser las mismas en estas direcciones. En direcciones no paralelas, las partículas generalmente están separadas entre sí a diferentes distancias, como resultado de lo cual las propiedades en dichas direcciones deberían ser diferentes.
Por ejemplo, mica. Las placas cristalinas de este mineral se dividen fácilmente sólo a lo largo de planos paralelos a su laminar. Es mucho más difícil dividir placas de mica en direcciones transversales.
Otro ejemplo de anisotropía es el mineral kisteno (Al 2 O), caracterizado por durezas muy diferentes en direcciones desiguales. A lo largo de la extensión, los cristales de disteno se rayan fácilmente con la hoja de un cuchillo; en la dirección perpendicular a la extensión, el cuchillo no deja marcas.
Fig. 1. Cristal de diteno
Cordierita mineral (Mg 2 Al 3). El cristal de cordierita aparece de diferente color en tres direcciones diferentes. Si cortas un cubo con bordes de dicho cristal. Perpendicularmente a estas direcciones, luego a lo largo de la diagonal del cubo (de arriba hacia arriba se observa un color azul grisáceo, en la dirección transversal del cubo, amarillo, y en la dirección vertical, color azul índigo).
Figura 2. Cubo tallado en cordierita.
Un cristal de sal de mesa en forma de cubo. A partir de dicho cristal, se pueden cortar varillas en varias direcciones. Tres de ellos son perpendiculares a las caras del cubo, paralelos a la diagonal. Resultó que se necesitan diferentes fuerzas para romper estas varillas: la fuerza de rotura para la primera varilla (vertical a lo largo del eje) se expresa como 570 g/mm 2, para la segunda (diagonal horizontal) - 1150 g/mm 2 y para el tercero (en diagonal de arriba a arriba) - 2150 g/mm 2. (Fig. 3)
Los ejemplos dados son excepcionales en su especificidad. Pero mediante una investigación precisa se pudo llegar a la conclusión de que todos los cristales son anisotrópicos de una forma u otra.
Las formaciones sólidas amorfas también pueden ser homogéneas e incluso anisotrópicas (la anisotropía, por ejemplo, se puede observar cuando se estira o comprime el vidrio). Pero en ningún caso los cuerpos amorfos pueden adoptar una forma multifacética.
La teoría de la estructura reticular de los cristales fue creada a mediados del siglo XIX por el cristalógrafo francés O. Bravais, y luego el cristalógrafo ruso académico E. S. Fedorov y el científico alemán A. Schönflies completaron el desarrollo matemático de esta teoría. Al crear y desarrollar la teoría de la estructura reticular de los cristales, Bravais, Fedorov y otros cristalógrafos se basaron exclusivamente en algunas propiedades importantes de la sustancia cristalina.
Las principales propiedades de los cristales son su homogeneidad, anisotropía, capacidad de autocorte y simetría.
Homogéneo Suele denominarse cuerpo que presenta las mismas propiedades en todas sus partes. El cuerpo cristalino es homogéneo, porque sus diferentes partes tienen la misma estructura, es decir, la misma orientación de las partículas que lo constituyen pertenecientes a una misma red espacial. La homogeneidad de un cristal debe distinguirse de la homogeneidad de un líquido o gas, que es de naturaleza estadística.
Anisótropo Es un cuerpo homogéneo que tiene propiedades desiguales en direcciones no paralelas. Un cuerpo cristalino es anisotrópico, ya que la estructura de la red espacial y, por tanto, el propio cristal, es generalmente desigual en direcciones no paralelas. En direcciones paralelas, las partículas que componen el cristal, así como los nodos de su red espacial, están ubicados estrictamente de la misma manera, por lo que las propiedades del cristal en tales direcciones deben ser las mismas.
Un ejemplo típico de anisotropía pronunciada es la mica, cuyos cristales se dividen fácilmente en una sola dirección específica. como otro un ejemplo brillante Un ejemplo de anisotropía es el mineral kisteno (AlOAl), cuyos cristales tienen caras laterales que presentan valores de dureza muy diferentes en dirección longitudinal y transversal. Si cortas varillas de un cristal de sal de roca en forma de cubo en diferentes direcciones, se necesitarán diferentes fuerzas para romperlas. Una varilla perpendicular a las caras del cubo se romperá con una fuerza de aproximadamente 570 G/mm 2; para una varilla paralela a las diagonales de las caras, la fuerza de rotura será de 1150 G/mm 2, y la rotura de una varilla paralela a la diagonal sólida del cubo se producirá con una fuerza de 2150 G/mm 2.
Los ejemplos dados son, por supuesto, excepcionales en su especificidad. Sin embargo, investigaciones precisas han establecido que absolutamente todos los cristales son anisotrópicos de una forma u otra.
Los cuerpos amorfos también pueden ser homogéneos y, hasta cierto punto, anisotrópicos. Pero en ningún caso las sustancias amorfas pueden tomar la forma de poliedros. Sólo los cuerpos cristalinos pueden formarse en forma de poliedros planos. En la capacidad de autolimitarse, es decir, adquiere una forma multifacética, aparece el rasgo externo más característico de una sustancia cristalina.
La forma geométrica regular de los cristales ha atraído la atención humana durante mucho tiempo y su misterio ha provocado varias supersticiones entre la gente en el pasado. Cristales de sustancias como diamantes, esmeraldas, rubíes, zafiros, amatistas, topacios, turquesas, granates, etc., allá por el siglo XVIII. Se los consideraba portadores de poderes sobrenaturales y se utilizaban no sólo como joyas preciosas, sino también como talismanes o remedio para muchas enfermedades y mordeduras de serpientes venenosas.
De hecho, la capacidad de autocortarse, como las dos primeras propiedades, es consecuencia de la correcta estructura interna de la sustancia cristalina. Los límites externos de los cristales parecen reflejar esta regularidad de su estructura interna, pues cada cristal puede considerarse como parte de su red espacial, limitada por planos (caras).
Al mismo tiempo, cabe señalar que la capacidad de una sustancia cristalina para autocortarse no siempre se manifiesta, sino solo en condiciones particularmente favorables, cuando el exterior ambiente no interfiere con la formación y libre crecimiento de cristales. En ausencia de tales condiciones, se obtienen cristales completamente irregulares o parcialmente deformados. A pesar de ello, conservan todas sus propiedades internas, incluidas las razones que obligan a los cristales a tomar la forma de un poliedro. Por lo tanto, si un grano cristalino de forma irregular se coloca en ciertas condiciones en las que el cristal puede crecer libremente, después de un tiempo tomará la forma de un poliedro plano inherente a esta sustancia.
Simetría cristalina También es un reflejo de su estructura interna natural. Todos los cristales son simétricos en un grado u otro, es decir, consisten en partes iguales que se repiten regularmente, ya que su estructura se expresa mediante una red espacial, que por su naturaleza es siempre simétrica.
El descubrimiento por el físico de Munich M. Laue en 1912 del fenómeno de la difracción de los rayos X cuando atraviesan un cristal fue la primera confirmación experimental de la exactitud de la teoría de la estructura reticular de la materia cristalina. A partir de ese momento fue posible, por un lado, estudiar los rayos X mediante cristales y, por otro, estudiar la estructura interna de los cristales mediante rayos X. De esta manera se demostró que absolutamente todos los cristales están formados por partículas dispuestas entre sí de manera regular, como nodos de una red espacial.
Después de los experimentos de Laue, la teoría de la estructura reticular de los cristales dejó de ser sólo una construcción especulativa y adquirió la forma de una ley.
Al observar varios cristales, vemos que todos tienen formas diferentes, pero cada uno de ellos representa un cuerpo simétrico. De hecho, la simetría es una de las principales propiedades de los cristales. Llamamos simétricos a los cuerpos que están formados por partes iguales e idénticas.
Todos los cristales son simétricos. Esto significa que en cada poliedro cristalino se pueden encontrar planos de simetría, ejes de simetría, centros de simetría y otros elementos de simetría para que partes idénticas del poliedro encajen entre sí. Introduzcamos otro concepto relacionado con la simetría: la polaridad.
Cada poliedro cristalino tiene un determinado conjunto de elementos de simetría. El conjunto completo de todos los elementos de simetría inherentes a un cristal determinado se denomina clase de simetría. Su número es limitado. Matemáticamente Se ha comprobado que existen 32 tipos de simetría en los cristales.
Consideremos con más detalle los tipos de simetría en un cristal. En primer lugar, los cristales pueden tener ejes de simetría de sólo 1, 2, 3, 4 y 6 órdenes. Obviamente, los ejes de simetría de orden 5, 7 y superiores no son posibles, porque con tal estructura, las filas y redes atómicas no llenarán el espacio continuamente y aparecerán espacios entre las posiciones de equilibrio de los átomos; Los átomos no estarán en las posiciones más estables y la estructura cristalina colapsará.
En un poliedro cristalino puedes encontrar diferentes combinaciones de elementos de simetría: algunos tienen pocos, otros tienen muchos. Según la simetría, principalmente según los ejes de simetría, los cristales se dividen en tres categorías.
A categoría más alta Estos incluyen los cristales más simétricos; pueden tener varios ejes de simetría de orden 2, 3 y 4, ningún eje de sexto orden, pueden tener planos y centros de simetría. Estas formas incluyen cubo, octaedro, tetraedro, etc. Todas tienen una característica común: son aproximadamente iguales en todas las direcciones.
Los cristales de categoría media pueden tener ejes de 3, 4 y 6 órdenes, pero sólo uno a la vez. Puede haber varios ejes de orden 2; son posibles planos de simetría y centros de simetría. Las formas de estos cristales: prismas, pirámides, etc. característica común: una marcada diferencia a lo largo y ancho del eje principal de simetría.
Los cristales de la categoría más alta incluyen: diamante, cuarzo, granate de germanio, silicio, cobre, aluminio, oro, plata, estaño gris, tungsteno, hierro; a la categoría media: grafito, rubí, cuarzo, zinc, magnesio, estaño blanco, turmalina, berilo; hasta el más bajo: yeso, mica, sulfato de cobre, sal de Rochelle, etc. Por supuesto, esta lista no incluye todos los cristales existentes, sino solo los más famosos.
Las categorías a su vez se dividen en siete sistemas. Traducido del griego, "singonía" significa "ángulo similar". Los cristales con ejes de simetría idénticos y, por tanto, con ángulos de rotación similares en la estructura, se combinan en un sistema cristalino.
En primer lugar, cabe mencionar dos propiedades básicas de los cristales. Uno de ellos es la anisotropía. Este término significa un cambio de propiedades según la dirección. Además, los cristales son cuerpos homogéneos. La homogeneidad de una sustancia cristalina radica en que sus dos secciones Misma forma y la misma orientación tienen las mismas propiedades.
Hablemos primero de las propiedades eléctricas. En principio, las propiedades eléctricas de los cristales se pueden considerar en el ejemplo de los metales, ya que los metales, en uno de sus estados, pueden ser agregados cristalinos. Los electrones, que se mueven libremente en el metal, no pueden salir; esto requiere energía. Si en este caso se gasta energía radiante, el efecto de la abstracción de electrones provoca el llamado efecto fotoeléctrico. Un efecto similar se observa en monocristales. Un electrón arrancado de la órbita molecular, que permanece dentro del cristal, provoca en este último una conductividad metálica (efecto fotoeléctrico interno). En condiciones normales (sin irradiación), estas conexiones no son conductoras de corriente eléctrica.
El comportamiento de las ondas de luz en los cristales fue estudiado por E. Bertolin, quien fue el primero en observar que las ondas se comportan de manera no estándar al atravesar un cristal. Un día Bertalin estaba dibujando los ángulos diédricos del larguero de Islandia, luego puso el cristal sobre los dibujos, entonces el científico vio por primera vez que cada línea se bifurcaba. Estuvo convencido varias veces de que todos los cristales de espato bifurcan la luz, solo entonces Bertalin escribió un tratado "Experimentos con un cristal islandés birrefringente, que llevaron al descubrimiento de una refracción maravillosa y extraordinaria" (1669). El científico envió los resultados de sus experimentos a científicos y academias individuales en varios países. Las obras fueron aceptadas con total desconfianza. La Academia de Ciencias de Inglaterra asignó un grupo de científicos para comprobar esta ley (Newton, Boyle, Hooke, etc.). Esta comisión autorizada reconoció el fenómeno como accidental y la ley como inexistente. Los resultados de los experimentos de Bertalin fueron olvidados.
Sólo 20 años después, Christiaan Huygens confirmó la exactitud del descubrimiento de Bertalin y descubrió él mismo la birrefringencia en el cuarzo. Muchos científicos que estudiaron posteriormente esta propiedad confirmaron que no solo el espato de Islandia, sino también muchos otros cristales bifurcan la luz.
Los cristales de la más alta categoría, como el diamante, la sal gema, el alumbre, el granate y la fluorita, no dividen la luz. En general, la anisotropía de muchas propiedades en ellos es más débil que en otros cristales y algunas propiedades son isotrópicas. En todos los cristales de las categorías inferior y media, si son transparentes, se observa una doble refracción de la luz.
La refracción se produce debido a diferencias en la velocidad de la luz en diferentes ambientes. Entonces, en el vidrio la velocidad de la luz es 1,5 veces menor que en el aire, por lo tanto el índice de refracción es 1,5.
La causa de la birrefringencia es la anisotropía de la velocidad de la luz en los cristales. En un medio isotrópico, las ondas divergen igualmente en todas direcciones, como a lo largo de los radios de una bola. En los cristales, las ondas de luz y sonido no divergen en círculos y la velocidad de estas ondas y, por tanto, los índices de refracción, son diferentes en diferentes direcciones.
Imaginemos que en un cristal un rayo de luz se divide en dos, uno se comporta como uno “ordinario”, es decir va en todas direcciones a lo largo de los radios de la bola, el otro, "extraordinario", va a lo largo de los radios del elipsoide. En tal cristal sólo hay una dirección en la que no hay birrefringencia. Los rayos ordinarios y extraordinarios van juntos, el rayo de luz no se divide en dos. Se llama eje óptico. Así se comportan los cristales de categoría media en relación con la luz, por eso se les llama ópticamente uniaxiales. En los cristales de la categoría más baja, la luz también experimenta una doble refracción, pero ambos rayos se comportan como si fueran extraordinarios, ambos tienen índices de refracción diferentes en todas direcciones y ambos se propagan a lo largo de los radios del elipsoide. Los cristales de la categoría más baja se denominan ópticamente biaxiales. Los cristales de la categoría más alta, donde la luz diverge igualmente a lo largo de los radios de la bola en todas direcciones, se denominan ópticamente isotrópicos.
Al atravesar un cristal birrefringente, la onda de luz no sólo se bifurca, sino que cada uno de los rayos formados también se polariza, descomponiéndose en dos planos perpendiculares entre sí. La onda se comporta de manera similar porque debe pasar a través de la red atómica, cuyas filas se encuentran ante ella. Por lo tanto, se divide en el cristal en dos ondas, en las que los planos de vibración son mutuamente perpendiculares.
Propiedades de los sólidos como la elasticidad, la resistencia y la tensión superficial están determinadas por las fuerzas de interacción entre los átomos y la estructura de los cristales. Al estudiar las fuerzas de interacción interatómica, es posible, por ejemplo, determinar el valor del módulo de elasticidad, la resistencia a la tracción del material, la energía de enlace del cristal y el coeficiente de tensión superficial.
De esta forma se evalúan las características de cualquier sólido, pero es más fácil hacerlo con cristales iónicos ideales. En la red de tales cristales, se alternan periódicamente iones positivos y negativos. Para evaluar, en primer lugar, es necesario averiguar la fuerza de un enlace interatómico único, que en los cristales iónicos está determinada por la fuerza de interacción entre dos iones.
La dependencia de las fuerzas de interacción interatómica de la distancia entre los centros de los átomos en los sólidos es la siguiente:
1) Las fuerzas de atracción y repulsión actúan simultáneamente entre los átomos. La fuerza resultante de la interacción interatómica es la suma de estas dos fuerzas.
2) A medida que la distancia entre los átomos disminuye, las fuerzas repulsivas aumentan mucho más rápido que las fuerzas atractivas, por lo que hay una cierta distancia en la que las fuerzas atractivas y repulsivas se equilibran y la fuerza resultante se vuelve igual a cero. En un cristal abandonado a su suerte, los iones se encuentran exactamente a una distancia r0 entre sí. Si la distancia entre átomos es menor que la de equilibrio (r menor que r0), entonces predominan las fuerzas repulsivas; si (r es mayor que r0), entonces predominan las fuerzas atractivas.
Estas propiedades de las fuerzas interatómicas nos permiten considerar convencionalmente las partículas que forman un cristal como bolas elásticas sólidas que interactúan entre sí. La deformación por tracción del cristal conduce a un aumento en la distancia entre los centros de las bolas vecinas y al predominio de fuerzas de atracción, y la deformación por compresión conduce a una disminución de esta distancia y al predominio de fuerzas repulsivas.
Se suele denominar resistencia a la tracción a la mayor tensión que un material puede soportar sin romperse. Cuando se estira una muestra, su resistencia a la tracción está determinada por el valor máximo de la fuerza de atracción interatómica resultante por unidad de área de sección transversal perpendicular a la dirección de tensión.
La fuerza resultante de la interacción interatómica alcanza su valor máximo cuando los centros de los átomos están a una distancia r1 entre sí. A medida que la extensión aumenta, las fuerzas de interacción se vuelven tan pequeñas que los enlaces entre los átomos se rompen.
