Cristais naturais... Eles também são chamados de pedras ou sólidos bonitos e raros. Imaginamos uma pedra de cristal na forma de um poliedro grande, brilhante, transparente ou incolor, com bordas brilhantes ideais. Na vida, encontramos com mais frequência essas substâncias sólidas na forma de grãos forma irregular, grãos de areia, detritos. Mas suas propriedades são as mesmas dos grandes cristais perfeitos. Mergulhe conosco mundo mágico pedras e cristais naturais, conheça sua estrutura, formas, tipos. Bem, vamos...
O mistério dos cristais
O mundo dos cristais é lindo e misterioso. Desde a infância, os seixos multicoloridos nos atraem e nos atraem pela sua beleza. Sentimos o seu mistério num nível intuitivo e admiramos a sua naturalidade. beleza natural. As pessoas sempre quiseram saber o máximo possível sobre os sólidos naturais, as propriedades dos cristais, a formação das suas formas, crescimento e estrutura.
O mundo dessas pedras é tão incomum que dá vontade de olhar dentro delas. O que veremos lá? Uma imagem de fileiras de átomos, moléculas e íons que se estendem infinitamente e estritamente ordenadas se abrirá diante de seus olhos. Todos eles obedecem rigorosamente às leis que regem o mundo das pedras cristalinas.
As substâncias cristalinas são muito difundidas na natureza, pois todas as rochas são compostas por elas. E de pedras consiste em toda a crosta terrestre. Acontece que você mesmo pode cultivar essas substâncias incomuns em casa. É importante notar que “cristal” em grego antigo significava “gelo” ou “cristal de rocha”.
O que é uma pedra de cristal?
O que os livros escolares dizem sobre os cristais? Dizem que estes são sólidos que se formam sob a influência de fatores naturais ou condições de laboratório e têm a aparência de poliedros. A estrutura geométrica destes corpos é infalivelmente rigorosa. A superfície das figuras cristalinas é composta de planos perfeitos - faces que se cruzam ao longo de linhas retas chamadas arestas. Os picos aparecem nos pontos de intersecção das arestas.
O estado sólido da matéria é um cristal. Ele tem forma definitiva, um número específico de faces dependendo da disposição dos átomos. Assim, sólidos nos quais moléculas, átomos e íons estão dispostos em um padrão estrito na forma de nós de rede espacial.
Na maioria das vezes associamos cristais a pedras preciosas raras e bonitas. E isso não é em vão, os diamantes também são cristais. Mas nem todos os sólidos são raros e bonitos. Afinal, partículas de sal e açúcar também são cristais. Existem centenas de substâncias em sua forma ao nosso redor. Um desses corpos é considerado água congelada (gelo ou flocos de neve).
Formação de várias formas cristalinas
Na natureza, os minerais são formados como resultado de processos de formação de rochas. Soluções minerais na forma de rochas quentes e fundidas ficam nas profundezas do subsolo. Quando essas rochas quentes são empurradas para a superfície da terra, elas esfriam. As substâncias esfriam muito lentamente. Os minerais formam cristais na forma de sólidos. Por exemplo, o granito contém os minerais quartzo, feldspato e mica.
Cada cristal contém um milhão de elementos individuais (monocristais). Uma célula de rede cristalina pode ser representada como um quadrado com átomos nos cantos. Podem ser átomos de oxigênio ou outros elementos. Sabe-se que os cristais podem reagir a diversas energias e lembrar as atitudes das pessoas em relação a eles. É por isso que eles são usados para cura e limpeza. Os cristais podem vir em todos os tipos de formatos. Dependendo disso, eles são divididos em 6 grandes tipos.
Diferentes tipos e tipos de sólidos naturais
Os tamanhos dos cristais também podem variar. Todos os corpos sólidos são divididos em ideais e reais. Corpos ideais incluem corpos com bordas suaves, ordem estrita de longo alcance, uma certa simetria da rede cristalina e outros parâmetros. Cristais reais incluem aqueles que são encontrados em Vida real. Eles podem conter impurezas que reduzem a simetria da rede cristalina, a suavidade das faces e as propriedades ópticas. Ambos os tipos de pedras estão unidos pela regra de disposição dos átomos na rede descrita acima.
De acordo com outro critério de divisão, são divididos em naturais e artificiais. Para crescimento cristais naturais são necessárias condições naturais. Os sólidos artificiais são cultivados em laboratório ou em casa.
De acordo com critérios estéticos e econômicos, são divididas em pedras preciosas e não preciosas. Os minerais preciosos são raros e bonitos. Estes incluem esmeralda, diamante, ametista, rubi, safira e outros.
Estrutura e formas de acumulações de sólidos
Cristais de ponta única referem-se a pedras hexagonais com topo piramidal. A base desses minerais geradores é mais ampla. Existem cristais com dois picos - Yin e Yang. Eles são usados na meditação para equilibrar os princípios materiais e espirituais.
Minerais em que 2 dos 6 lados são mais largos que todos os outros são chamados de lamelares. Eles são usados para cura telepática.
Os cristais formados a partir de impactos ou rachaduras, que depois se decompõem em 7 tonalidades, são chamados de arco-íris. Eles aliviam a depressão e a frustração.
Minerais com várias inclusões de outros elementos são chamados de cristais fantasmas. Primeiro eles param de crescer, depois outros materiais se depositam sobre eles e então o crescimento ao seu redor é retomado. Assim, os contornos de um mineral que parou de crescer ficam visíveis, por isso parece fantasmagórico. Esses cristais são usados para atrair colheitas em hortas.
Drusos incomuns
Os drusos são uma visão muito bonita. Esta é uma coleção de muitos cristais em uma base. Eles têm polaridade positiva e negativa. Com a ajuda deles, o ar é purificado e a atmosfera recarregada. Na natureza, são encontradas drusas de quartzo, esmeralda e topázio. Eles trazem paz e harmonia às pessoas.
Drusas também são chamadas de cristais fundidos. Na maioria das vezes, granadas, piritas e fluoritas são suscetíveis a esse fenômeno. Eles são frequentemente exibidos como exposições em museus.
Pequenos cristais fundidos são chamados de pincel, minerais grandes são chamados de flor. Geodos são uma variedade muito bonita de drusas. Eles crescem nas paredes. As drusas podem ser muito pequenas ou grandes. Estas são descobertas muito valiosas. Drusos de ágata, selenita, ametista, citrino e morion são altamente valorizados.
Como os cristais armazenam informações e conhecimento?
Os cientistas descobriram que existem triângulos nas bordas dos cristais, indicando a presença de conhecimento neles. Somente uma pessoa específica pode receber essas informações. Se tal pessoa aparecer, as pedras lhe darão seu verdadeiro interior.
Os cristais são capazes de transmitir vibrações, despertar poder superior consciência, equilibra as forças mentais. Portanto, eles são frequentemente usados em meditação. As civilizações anteriores armazenavam informações em pedras. Por exemplo, o cristal de rocha era considerado a pedra preciosa dos deuses. Os cristais eram reverenciados como seres vivos. Até mesmo “cosmos” tinha o significado original de “pedra preciosa”.
Gemas
É importante notar que os cristais de gemas em sua forma bruta não são tão bonitos. Eles também são chamados de pedras ou minerais. Eles são chamados de preciosos porque são muito bonitos quando cortados e são usados em joias. Muitas pessoas estão familiarizadas com as pedras preciosas ametistas, diamantes, safiras e rubis.
O diamante é considerado a pedra mais dura. Um cristal frágil de cor verde grama - esmeralda. Uma variedade do mineral vermelho corindo é o rubi. Depósitos deste cristal existem em quase todos os continentes. Qual é considerado seu ideal inegável? Rubis birmaneses. Os depósitos de rubi na Federação Russa estão localizados nas regiões de Chelyabinsk e Sverdlovsk.
Que outros minerais caros existem? Transparente cristais preciosos As safiras vêm em várias cores - do azul claro ao azul escuro. Embora este seja um mineral raro, tem um valor inferior ao do rubi.
Uma variedade cara de quartzo é a bela pedra preciosa ametista. Certa vez foi inserido pelo sumo sacerdote Aarão entre as 12 pedras do seu peitoral. A ametista tem uma bela tonalidade violeta ou lilás.
Diamantes russos
Assim, o cristal mais duro - o diamante - é extraído de tubos de kimberlito formados como resultado de erupções vulcânicas subterrâneas. A estrutura cristalina desta pedra é formada sob a influência Temperatura alta E alta pressão carbono.
A mineração de diamantes na Rússia começou em Yakutia apenas em meados do século passado. Hoje, a Federação Russa já é líder na produção destes pedras preciosas. Todos os anos, bilhões de rublos são alocados para a mineração de diamantes na Rússia. É importante notar que existem vários quilates de diamantes por tonelada de tubos de kimberlito.
As principais propriedades dos cristais - anisotropia, homogeneidade, capacidade de combustão e presença de ponto de fusão constante - são determinadas pela sua estrutura interna.
Arroz. 1. Um exemplo de anisotropia é um cristal do mineral disteno. Na direção longitudinal sua dureza é 4,5, na direção transversal é 6. © Parent Géry
Essa propriedade também é chamada de desigualdade. Está expresso no fato de que propriedades físicas cristais (dureza, resistência, condutividade térmica, condutividade elétrica, velocidade de propagação da luz) não são iguais em direções diferentes. As partículas que formam a estrutura cristalina em direções não paralelas estão espaçadas umas das outras em distâncias diferentes, como resultado das propriedades substância cristalina nessas áreas deveria ser diferente. Um exemplo típico Uma substância com anisotropia pronunciada é a mica. As placas cristalinas deste mineral são facilmente divididas apenas ao longo de planos paralelos à sua lamelaridade. Nas direções transversais é muito mais difícil dividir placas de mica.
A anisotropia também se manifesta no fato de que quando um cristal é exposto a qualquer solvente, a velocidade reações químicas diferentes em diferentes direções. Com isso, cada cristal, ao ser dissolvido, adquire formas características próprias, chamadas de figuras de gravura.
As substâncias amorfas são caracterizadas pela isotropia (equivalência) - as propriedades físicas manifestam-se igualmente em todas as direções.
Uniformidade
Expressa-se no fato de que quaisquer volumes elementares de uma substância cristalina, orientados de forma idêntica no espaço, são absolutamente idênticos em todas as suas propriedades: têm a mesma cor, massa, dureza, etc. Assim, todo cristal é um corpo homogêneo, mas ao mesmo tempo anisotrópico.
A homogeneidade não é inerente apenas aos corpos cristalinos. As formações amorfas sólidas também podem ser homogêneas. Mas os corpos amorfos não podem assumir por si próprios uma forma multifacetada.
Capacidade de autocontrole
A capacidade de autocorte se expressa no fato de que qualquer fragmento ou bola usinada a partir de um cristal em um ambiente adequado ao seu crescimento ao longo do tempo fica coberto com bordas características de um determinado cristal. Esta característica está relacionada à estrutura cristalina. Uma bola de vidro, por exemplo, não possui tal característica.
Cristais da mesma substância podem diferir uns dos outros em tamanho, número de faces, bordas e formato das faces. Isto depende das condições de formação do cristal. Com crescimento desigual, os cristais ficam achatados, alongados, etc. Os ângulos entre as faces correspondentes do cristal em crescimento permanecem inalterados. Esta característica dos cristais é conhecida como lei da constância dos ângulos facetários. Neste caso, o tamanho e a forma das faces dos diferentes cristais da mesma substância, a distância entre eles e até o seu número podem mudar, mas os ângulos entre as faces correspondentes em todos os cristais da mesma substância permanecem constantes nas mesmas condições. de pressão e temperatura.
A lei da constância dos ângulos facetários foi estabelecida no final do século XVII pelo cientista dinamarquês Steno (1699) em cristais de brilho de ferro e cristal de rocha; esta lei foi posteriormente confirmada por M.V. Lomonosov (1749) e o cientista francês Rome de Lille (1783). A lei da constância dos ângulos facetários é chamada de primeira lei da cristalografia.
A lei da constância dos ângulos facetários é explicada pelo fato de que todos os cristais de uma substância são idênticos em estrutura interna, ou seja têm a mesma estrutura.
De acordo com esta lei, os cristais de uma determinada substância são caracterizados pelos seus ângulos específicos. Portanto, medindo os ângulos é possível comprovar que o cristal em estudo pertence a uma determinada substância. Um dos métodos para diagnosticar cristais é baseado nisso.
Para medir os ângulos diédricos dos cristais, foram inventados dispositivos especiais - goniômetros.
Ponto de fusão constante
É expresso no fato de que quando um corpo cristalino é aquecido, a temperatura sobe até um certo limite; com mais aquecimento, a substância começa a derreter e a temperatura permanece constante por algum tempo, pois todo o calor vai destruir a estrutura cristalina. A temperatura na qual a fusão começa é chamada de ponto de fusão.
As substâncias amorfas, ao contrário das cristalinas, não possuem um ponto de fusão claramente definido. Nas curvas de resfriamento (ou aquecimento) de substâncias cristalinas e amorfas, pode-se observar que no primeiro caso existem duas inflexões acentuadas, correspondendo ao início e ao final da cristalização; no caso do resfriamento de uma substância amorfa, temos uma curva suave. Por esta característica é fácil distinguir substâncias cristalinas de amorfas.
O fato do arranjo geométrico regular das partículas materiais em estruturas cristalinas, finalmente estabelecido com a ajuda dos raios X, constitui a base de toda a cristalografia moderna. Mas a teoria sobre a estrutura da rede dos cristais foi criada muito antes da análise de raios X. Os maiores cristalógrafos Auguste Bravais, L. Zonke, E.S Fedorov, A. Shenflies e outros deram um desenvolvimento matemático desta teoria. O uso de raios X confirmou experimentalmente a correção de suas construções especulativas.
A teoria da estrutura cristalina antes de 1912 baseava-se em certas características do estado cristalino, capturadas experimentalmente. Algumas das propriedades mais importantes dos cristais incluem:
1. Estático Este é um arranjo fixo de partículas em relação umas às outras. A substância amorfa contém fragmentos de cristais, mas com o tempo esses fragmentos são destruídos. Ao longo de centenas de anos, o vidro, por exemplo, sofre mudanças e “flui”.
2. Uniformidade ou homogeneidade. Segundo dados experimentais, um corpo é denominado homogêneo se apresentar propriedades idênticas em todo o seu volume. A homogeneidade dos cristais é estabelecida estudando suas propriedades em direções paralelas. Um corpo cristalino que possui a mesma estrutura em todas as suas partes deve ser homogêneo. Neste caso, não são levadas em consideração contaminações estranhas, inclusões e imperfeições de cristais reais associadas a influências externas.
3. Anisotropia - (traduzida como “an” - não, “isos” - igual, “strophos” - propriedade, ou seja, propriedades desiguais). Anisotrópico é um corpo homogêneo que, com propriedades idênticas em direções paralelas, geralmente possui propriedades desiguais em direções paralelas. Devido à estrutura reticulada, átomos idênticos (íons, moléculas) devem ser posicionados exatamente da mesma forma, formando espaços iguais entre si. Portanto, as propriedades dos cristais devem ser as mesmas nessas direções. Em direções não paralelas, as partículas são geralmente separadas umas das outras a distâncias diferentes, e como resultado as propriedades em tais direções devem ser diferentes.
Por exemplo, mica. As placas cristalinas deste mineral são facilmente divididas apenas ao longo de planos paralelos à sua lamelaridade. É muito mais difícil dividir placas de mica em direções transversais.
Outro exemplo de anisotropia é o mineral kistene (Al 2 O), caracterizado por durezas nitidamente diferentes em direções desiguais. Ao longo da extensão, os cristais de disteno são facilmente arranhados pela lâmina da faca no sentido perpendicular à extensão, a faca não deixa marcas;
Figura 1. Cristal de Dyteno
Cordierita mineral (Mg 2 Al 3). O cristal de cordierita aparece com cores diferentes em três direções diferentes. Se você cortar um cubo com bordas desse cristal. Perpendicular a essas direções, depois ao longo da diagonal do cubo (de cima para cima observa-se uma cor azul acinzentada, na direção transversal ao cubo - amarelo, e na direção vertical - cor azul índigo.
Figura 2. Cubo esculpido em cordierita.
Um cristal de sal de cozinha em forma de cubo. A partir desse cristal, hastes podem ser cortadas em várias direções. Três deles são perpendiculares às faces do cubo, paralelos à diagonal. Descobriu-se que são necessárias diferentes forças para quebrar essas hastes: a força de ruptura para a primeira haste (vertical ao longo do eixo) é expressa como 570 g/mm 2, para a segunda (diagonal horizontal) - 1150 g/mm 2 e para o terceiro (diagonal de cima para cima) - 2150 g/mm 2. (Fig.3)
Os exemplos dados são excepcionais em sua especificidade. Mas através de pesquisas precisas foi possível chegar à conclusão de que todos os cristais são anisotrópicos de uma forma ou de outra.
As formações sólidas amorfas também podem ser homogêneas e até anisotrópicas (a anisotropia, por exemplo, pode ser observada quando o vidro é esticado ou comprimido). Mas sob nenhuma circunstância os próprios corpos amorfos podem assumir uma forma multifacetada.
A teoria da estrutura reticular dos cristais foi criada em meados do século 19 pelo cristalógrafo francês O. Bravais, e então o cristalógrafo russo Acadêmico E. S. Fedorov e o cientista alemão A. Schönflies completaram o desenvolvimento matemático desta teoria. Ao criar e desenvolver a teoria da estrutura reticular dos cristais, Bravais, Fedorov e outros cristalógrafos basearam-se exclusivamente em algumas propriedades importantes da substância cristalina.
As principais propriedades dos cristais são homogeneidade, anisotropia, capacidade de autocorte e simetria.
Homogêneo geralmente chamado de corpo que exibe as mesmas propriedades em todas as suas partes. O corpo cristalino é homogêneo, pois suas diferentes partes possuem a mesma estrutura, ou seja, a mesma orientação das partículas constituintes pertencentes à mesma rede espacial. A homogeneidade de um cristal deve ser diferenciada da homogeneidade de um líquido ou gás, que é de natureza estatística.
Anisotrópicoé um corpo homogêneo que possui propriedades desiguais em direções não paralelas. Um corpo cristalino é anisotrópico, uma vez que a estrutura da rede espacial e, portanto, do próprio cristal, é geralmente desigual em direções não paralelas. Em direções paralelas, as partículas que compõem o cristal, bem como os nós de sua rede espacial, estão localizados estritamente da mesma maneira, portanto as propriedades do cristal em tais direções devem ser as mesmas.
Um exemplo típico de anisotropia pronunciada é a mica, cujos cristais se dividem facilmente em apenas uma direção específica. Como outro um exemplo brilhante Um exemplo de anisotropia é o mineral kisteno (AlOAl), cujos cristais possuem faces laterais que apresentam valores de dureza muito diferentes nas direções longitudinal e transversal. Se você cortar hastes de um cristal de sal-gema em forma de cubo em direções diferentes, serão necessárias forças diferentes para quebrar essas hastes. Uma barra perpendicular às faces do cubo quebrará com uma força de cerca de 570 G/mm 2; para uma haste paralela às diagonais da face, a força de ruptura será de 1150 G/mm 2, e a ruptura de uma haste paralela à diagonal sólida do cubo ocorrerá a uma força de 2150 G/mm 2.
Os exemplos dados são, evidentemente, excepcionais na sua especificidade. No entanto, pesquisas precisas estabeleceram que absolutamente todos os cristais são anisotrópicos de uma forma ou de outra.
Os corpos amorfos também podem ser homogêneos e, até certo ponto, anisotrópicos. Mas sob nenhuma circunstância as próprias substâncias amorfas podem assumir a forma de poliedros. Somente corpos cristalinos podem se formar na forma de poliedros planares. Na capacidade de se autolimitar, ou seja, assume uma forma multifacetada, aparece a característica externa mais característica de uma substância cristalina.
A forma geométrica regular dos cristais atrai a atenção humana há muito tempo e seu mistério causou várias superstições entre as pessoas no passado. Cristais de substâncias como diamante, esmeralda, rubi, safira, ametista, topázio, turquesa, granada, etc., já no século XVIII. Eles eram considerados portadores de poderes sobrenaturais e eram usados não apenas como joias preciosas, mas também como talismãs ou remédio para muitas doenças e picadas de cobras venenosas.
Na verdade, a capacidade de autocorte, assim como as duas primeiras propriedades, é consequência da correta estrutura interna da substância cristalina. Os limites externos dos cristais parecem refletir esta regularidade de sua estrutura interna, pois cada cristal pode ser considerado como parte de sua rede espacial, limitada por planos (faces).
Ao mesmo tempo, deve-se notar que a capacidade de uma substância cristalina se autocortar nem sempre se manifesta, mas apenas sob condições particularmente favoráveis, quando o externo ambiente não interfere na formação e crescimento livre dos cristais. Na ausência de tais condições, são obtidos cristais completamente irregulares ou parcialmente deformados. Apesar disso, eles mantêm todas as suas propriedades internas, inclusive os motivos que obrigam os cristais a assumirem a forma de um poliedro. Portanto, se um grão cristalino de formato irregular for colocado em certas condições nas quais o cristal possa crescer livremente, depois de algum tempo ele assumirá a forma de um poliedro plano inerente a essa substância.
Simetria cristalinaé também um reflexo da sua estrutura interna natural. Todos os cristais são simétricos em um grau ou outro, ou seja, consistem na repetição regular de partes iguais, pois sua estrutura é expressa por uma rede espacial, que por sua natureza é sempre simétrica.
A descoberta pelo físico de Munique M. Laue em 1912 do fenômeno da difração dos raios X quando eles passam através de um cristal foi a primeira confirmação experimental da correção da teoria da estrutura reticular da matéria cristalina. A partir desse momento, tornou-se possível, por um lado, estudar os raios X através de cristais e, por outro lado, estudar a estrutura interna dos cristais através de raios X. Desta forma, foi comprovado que absolutamente todos os cristais consistem em partículas dispostas umas em relação às outras de maneira regular, como nós de uma rede espacial.
Após os experimentos de Laue, a teoria da estrutura reticular dos cristais deixou de ser apenas uma construção especulativa e adquiriu a forma de uma lei.
Olhando para vários cristais, vemos que todos têm formas diferentes, mas cada um deles representa um corpo simétrico. Na verdade, a simetria é uma das principais propriedades dos cristais. Chamamos os corpos de simétricos se consistirem em partes iguais e idênticas.
Todos os cristais são simétricos. Isto significa que em cada poliedro cristalino podem-se encontrar planos de simetria, eixos de simetria, centros de simetria e outros elementos de simetria para que partes idênticas do poliedro se encaixem. Vamos apresentar outro conceito relacionado à simetria - polaridade.
Cada poliedro cristalino possui um determinado conjunto de elementos de simetria. O conjunto completo de todos os elementos de simetria inerentes a um determinado cristal é denominado classe de simetria. Seu número é limitado. Matematicamente Está comprovado que existem 32 tipos de simetria nos cristais.
Consideremos com mais detalhes os tipos de simetria em um cristal. Em primeiro lugar, os cristais podem ter eixos de simetria de apenas 1, 2, 3, 4 e 6 ordens. Obviamente, eixos de simetria de 5ª, 7ª e ordens superiores não são possíveis, porque com tal estrutura, fileiras e redes atômicas não preencherão continuamente o espaço e aparecerão lacunas entre as posições de equilíbrio dos átomos; Os átomos não estarão nas posições mais estáveis e a estrutura cristalina entrará em colapso.
Em um poliedro cristalino você pode encontrar diferentes combinações de elementos de simetria – alguns têm poucos, outros têm muitos. De acordo com a simetria, principalmente ao longo dos eixos de simetria, os cristais são divididos em três categorias.
PARA categoria mais alta Estes incluem os cristais mais simétricos, podem ter vários eixos de simetria de ordens 2, 3 e 4, nenhum eixo de 6ª ordem, podem ter planos e centros de simetria. Essas formas incluem cubo, octaedro, tetraedro, etc. Todos eles têm uma característica comum: são aproximadamente iguais em todas as direções.
Os cristais da categoria intermediária podem ter eixos de 3, 4 e 6 ordens, mas apenas um de cada vez. Pode haver vários eixos de ordem 2 e planos de simetria são possíveis. As formas desses cristais: prismas, pirâmides, etc. característica comum: uma diferença acentuada ao longo e através do eixo principal de simetria.
Os cristais da categoria mais alta incluem: diamante, quartzo, granadas de germânio, silício, cobre, alumínio, ouro, prata, estanho cinza, tungstênio, ferro; para a categoria intermediária - grafite, rubi, quartzo, zinco, magnésio, estanho branco, turmalina, berilo; ao mais baixo - gesso, mica, sulfato de cobre, sal de Rochelle, etc. É claro que esta lista não listava todos os cristais existentes, mas apenas os mais famosos deles.
As categorias, por sua vez, são divididas em sete sistemas. Traduzido do grego, “singonia” significa “ângulo semelhante”. Cristais com eixos de simetria idênticos e, portanto, com ângulos de rotação semelhantes na estrutura, são combinados em um sistema cristalino.
Primeiramente, vale mencionar duas propriedades básicas dos cristais. Um deles é a anisotropia. Este termo significa uma mudança nas propriedades dependendo da direção. Ao mesmo tempo, os cristais são corpos homogêneos. A homogeneidade de uma substância cristalina reside no fato de que suas duas seções mesmo formato e a mesma orientação têm as mesmas propriedades.
Vamos falar primeiro sobre propriedades elétricas. Em princípio, as propriedades elétricas dos cristais podem ser consideradas a partir do exemplo dos metais, uma vez que os metais, em um de seus estados, podem ser agregados cristalinos. Os elétrons, movendo-se livremente no metal, não podem sair; isso requer energia. Se neste caso for gasta energia radiante, o efeito da abstração de elétrons causa o chamado efeito fotoelétrico. Um efeito semelhante é observado em monocristais. Um elétron arrancado da órbita molecular, permanecendo dentro do cristal, causa condutividade metálica neste último (efeito fotoelétrico interno). Em condições normais (sem irradiação), tais conexões não são condutoras de corrente elétrica.
O comportamento das ondas de luz nos cristais foi estudado por E. Bertolin, que foi o primeiro a notar que as ondas se comportam de maneira não padronizada ao passar por um cristal. Um dia Bertalin estava desenhando os ângulos diédricos da longarina da Islândia, depois colocou o cristal nos desenhos, então o cientista viu pela primeira vez que cada linha se bifurcava. Ele se convenceu várias vezes de que todos os cristais de longarina bifurcam a luz, só então Bertalin escreveu um tratado “Experiências com um cristal birrefringente islandês, que levou à descoberta de uma refração maravilhosa e extraordinária” (1669). O cientista enviou os resultados de seus experimentos a cientistas e academias individuais em vários países. Os trabalhos foram aceitos com total desconfiança. A Academia Inglesa de Ciências alocou um grupo de cientistas para testar esta lei (Newton, Boyle, Hooke, etc.). Esta comissão autorizada reconheceu o fenômeno como acidental e a lei como inexistente. Os resultados dos experimentos de Bertalin foram esquecidos.
Apenas 20 anos depois, Christiaan Huygens confirmou a exatidão da descoberta de Bertalin e ele próprio descobriu a birrefringência no quartzo. Muitos cientistas que posteriormente estudaram esta propriedade confirmaram que não apenas a longarina da Islândia, mas também muitos outros cristais bifurcam a luz.
Cristais da categoria mais alta, como diamante, sal-gema, alúmen, granadas e fluorita, não dividem a luz. Em geral, a anisotropia de muitas propriedades neles é mais fraca do que em outros cristais, e algumas propriedades são isotrópicas. Em todos os cristais das categorias inferior e média, se forem transparentes, observa-se dupla refração da luz.
A refração ocorre devido a diferenças na velocidade da luz em ambientes diferentes. Portanto, no vidro a velocidade da luz é 1,5 vezes menor que no ar, portanto o índice de refração é 1,5.
A causa da birrefringência é a anisotropia da velocidade da luz nos cristais. Em um meio isotrópico, as ondas divergem igualmente em todas as direções, como se estivessem ao longo dos raios de uma bola. Nos cristais, as ondas de luz e som não divergem em círculos e a velocidade dessas ondas e, portanto, os índices de refração são diferentes em direções diferentes.
Vamos imaginar que em um cristal um raio de luz se divide em dois, um se comporta como um “comum”, ou seja, vai em todas as direções ao longo dos raios da bola, o outro - “extraordinário” - vai ao longo dos raios do elipsóide. Nesse cristal existe apenas uma direção na qual não há birrefringência. Os raios comuns e extraordinários andam juntos, o raio de luz não se divide em dois. É chamado de eixo óptico. É assim que os cristais da categoria intermediária se comportam em relação à luz, por isso são chamados de opticamente uniaxiais. Nos cristais da categoria mais baixa, a luz também sofre dupla refração, mas ambos os raios se comportam como se fossem extraordinários, ambos têm índices de refração diferentes em todas as direções e ambos se propagam ao longo dos raios do elipsóide. Os cristais da categoria mais baixa são chamados opticamente biaxiais. Os cristais da categoria mais alta, onde a luz diverge igualmente ao longo dos raios da bola em todas as direções, são chamados de opticamente isotrópicos.
Passando por um cristal birrefringente, a onda de luz não apenas se bifurca, mas cada um dos raios formados também é polarizado, decomposto em dois planos perpendiculares entre si. A onda se comporta de maneira semelhante porque ele deve passar pela rede atômica, cujas fileiras estão diante dele. Portanto, ele se divide no cristal em duas ondas, nas quais os planos de vibração são mutuamente perpendiculares.
Propriedades dos sólidos como elasticidade, resistência e tensão superficial são determinadas pelas forças de interação entre os átomos e a estrutura dos cristais. Ao estudar as forças de interação interatômica, é possível, por exemplo, determinar o valor do módulo de elasticidade, a resistência à tração do material, a energia de ligação do cristal e o coeficiente de tensão superficial.
Desta forma, as características de quaisquer sólidos são avaliadas, mas é mais fácil fazer isso para cristais iônicos ideais. Na rede de tais cristais, íons positivos e negativos se alternam periodicamente. Para avaliar, antes de tudo, é necessário descobrir a força de uma única ligação interatômica, que nos cristais iônicos é determinada pela força de interação entre dois íons.
A dependência das forças de interação interatômica com a distância entre os centros dos átomos nos sólidos é a seguinte:
1) As forças atrativas e repulsivas atuam simultaneamente entre os átomos. A força resultante da interação interatômica é a soma dessas duas forças.
2) À medida que a distância entre os átomos diminui, as forças repulsivas aumentam muito mais rápido que as forças atrativas, portanto há uma certa distância na qual as forças atrativas e repulsivas se equilibram e a força resultante torna-se igual a zero. Em um cristal deixado por conta própria, os íons estão localizados precisamente a uma distância r0 um do outro. Se a distância entre os átomos for menor que a de equilíbrio (r menor que r0), então as forças repulsivas predominam; se (r for maior que r0), então as forças atrativas predominam;
Essas propriedades das forças interatômicas permitem considerar convencionalmente as partículas que formam um cristal como bolas elásticas sólidas interagindo entre si. A deformação por tração do cristal leva ao aumento da distância entre os centros das bolas vizinhas e ao predomínio de forças atrativas, e a deformação compressiva leva à diminuição dessa distância e ao predomínio de forças repulsivas.
A resistência à tração é geralmente chamada de maior tensão que um material pode suportar sem quebrar. Quando uma amostra é esticada, sua resistência à tração é determinada pelo valor máximo da força de atração interatômica resultante por unidade de área da seção transversal perpendicular à direção da tensão.
A força resultante da interação interatômica atinge seu valor máximo quando os centros dos átomos estão a uma distância r1 um do outro. À medida que o estiramento aumenta ainda mais, as forças de interação tornam-se tão pequenas que as ligações entre os átomos são quebradas.
