Профессор Знаев - Эти замечательные кристаллы

ОСНОВНОЕ МЕНЮ

НАЧАЛЬНАЯ ШКОЛА

РУССКИЙ ЯЗЫК

ЛИТЕРАТУРА

АНГЛИЙСКИЙ ЯЗЫК

ИСТОРИЯ

БИОЛОГИЯ

ГЕОГРАФИЯ

МАТЕМАТИКА

ИНФОРМАТИКА

Эти замечательные кристаллы

Мы встречаемся с кристаллическими телами повсюду. Кроме природных кристаллов, человек научился выращивать кристаллы с заданными свойствами, без чего невозможно представить себе современные технологии. Что же представляют собой кристаллы, каковы их особые свойства и чем они различаются между собой?

Иногда считают, что характерным свойством кристаллов является их внешняя правильная форма – естественная огранка. Но это не так, потому что формы различных кристаллов могут быть похожими между собой.

Кроме того, большие кристаллические тела часто состоят из очень маленьких кристалликов, и о внешней форме всего тела (его называют поликристаллическим) говорить не приходится. Оказывается, что характерной особенностью кристалла является его атомная структура, правильное, симметричное, закономерное размещение атомов.

Довольно долго представления о внутренней структуре кристаллов были научной гипотезой. Теория строения кристаллов до конца XIX в. была уже разработана, но существование кристаллической решетки – правильного размещения атомов – еще предстояло доказать.


i 129

Айсберг



И когда в физике появились новые методы исследования строения вещества, связанные с открытием рентгеновского излучения, наконец-то стало возможным заглянуть внутрь кристалла. Немецкий физик МаксЛауэ (1879–1960) в 1912 г. предложил пропускать рентгеновские волны через кристаллы. Полученные картины (так называемые дифракционные спектры) предоставили возможность выявить закономерную, периодическую структуру кристаллов.

Кристаллы в природе

Кристаллы замерзшей воды – лед и снег – известны всем. Эти кристаллы почти полгода (а в полярных областях и на высоких вершинах гор – круглый год) покрывают необозримый простор, сползают ледниками, плавают айсбергами в океанах.

Ледяной покров реки, айсберг – это, конечно, не один большой кристалл, а поликристаллическая масса. Иногда отдельные кристаллики, из которых состоит довольно большая льдина, можно хорошо рассмотреть, потому что они имеют большие «иглы». Эти «иглы» могут достигать в длину 1–2 см.

А если всмотреться в утренний иней, также можно увидеть шестигранные иголочки – кристаллики льда. Есть исследователи, посвятившие жизнь изучению снежинок! Например, американец Бентлей более пятидесяти лет занимался фотографированием снежинок под микроскопом. Он составил атлас нескольких тысяч фотографий снежинок! Все они разные, но общим является наличие именно шести «лучей» в каждой из них, что связано с внутренним строением этих кристаллов.

К кристаллам относят и драгоценные камни: алмаз, рубин, сапфир, изумруд, горный хрусталь, гранат и другие. Наиболее ценными считают камни, найденные в природе. Крупнейшие алмазы имеют собственные имена: «Орлов», «Шах», «Африканская звезда», «Регент». Каждый из них имеет свою особую историю.

Огромный алмаз «Регент» был найден невольником, работающим на алмазных рудниках Южной Африки. Невольник захотел скрыть свою находку от надзирателей и, разрезав свою ногу, спрятал алмаз в ране. Матрос, который помогал невольнику сбежать, забрал у него алмаз и столкнул беглеца в море. Затем матрос продал камень за бесценок и вскоре умер. Алмаз переходил из рук в руки, пока не попал в казну королей Франции. Позже Наполеон носил его на рукоятке своей шпаги, как талисман.


i 130

Известный алмаз «Шах» содержит на поверхности имена своих владельцев с 1591 г. Этот алмаз был направлен персидским шахом русскому царю Николаю I как выкуп за убийство российского посла Александра Грибоедова – автора гениальной комедии «Горе от ума».


i 131

Алмаз «Шах»



Все окружающие нас кристаллы, не возникли мгновенно – они вырастали постепенно: будь то в природе или в лаборатории.

Твердая земная кора охватывает зону магмы – расплавленной каменной массы, насыщенной различными газами и перегретым водяным паром. Температура и давление в магме очень высоки. Во время ее охлаждения зарождаются все минералы и горные породы. В процессе такого охлаждения магмы – природного расплава – происходит процесс кристаллизации.

Естественную историю невозможно изучить в кабинете… – нужно самому в разных рудниках побывать.

М. В. Ломоносов

Внутри расплава начавшей охлаждаться магмы образуется много кристаллических зародышей, которые одновременно вырастают в маленькие кристаллики. Пока эти кристаллики совсем маленькие, они растут свободно, каждый вырастает в правильный многогранник. Увеличиваясь, они начинают мешать друг другу. Поэтому в процессе «борьбы» иногда «выживают» отдельные кристаллики или кристалл растет в одну сторону больше, чем в другую.

Растут кристаллы не только из расплавов, но и из растворов. Еще более пятисот лет назад древнерусские солевары научились добывать соль из солевых источников.

Вода в солевых озерах горько-соленая, в ней растворено много различных солей. Летом, когда под воздействием солнца вода начинает интенсивно испаряться, из нее выпадают кристаллы солей. Эти кристаллы плавают на поверхности озера и оседают на дне, на прибрежных камнях, на досках, на любом твердом предмете, попавшем в озеро.

Грунтовые воды, насыщенные солями, испаряются под палящими лучами солнца, и поверхность земли покрывается соляной коркой. Бывает так, что солевые пласты, расширяясь, выдавливаются из земли и становятся на ребро.

Интересной природной лабораторией является Кара-Богаз-Гол – залив Каспийского моря, в котором концентрация солей в 15–20 раз больше, чем в самом море. В каждом литре воды залива растворено около 200 г солей, содержащих бром, калий, натрий и магний. Главной среди этих солей является мирабилит или глауберова соль, – ценнейшее сырье для стекольного производства и получения многих веществ, необходимых различным видам промышленности.

Находят залежи соли и под землей, поскольку в свое время они оказались под другими породами. Крупным центром залежей каменной соли является Артемовск на Донбассе – уже более ста лет там добывают соль.


i 132 i 133 i 134 i 135

Сталактиты и сталагмиты



Результатом кристаллизации подземных вод являются замечательные творения природы – сталактиты и сталагмиты.

Природная вода – это раствор многих солей, она растворяет породы, встречающиеся на ее пути. Когда капли воды просачиваются через породы и падают с потолка пещеры вниз, вода частично испаряется, оставляя на потолке вещество, которое было растворено в ней. Так постепенно образуется на потолке «сосулька» – сталактит. Эта сосулька состоит из кристалликов.

Так же образуется и встречная сосулька – сталагмит. В пещерах возникают замечательные колонны, витые гирлянды, арки, не оставляющие равнодушным никого из тех, кто их увидел.

Некоторые кристаллы могут создавать и живые организмы. Это, прежде всего, жемчужины, возникающие благодаря «работе» особых моллюсков. Когда в раковину такого моллюска попадает песчинка или другое инородное тело, моллюск начинает откладывать вокруг «пришельца» перламутр. Сейчас в Китае и Японии есть даже плантации, где специально разводят таких моллюсков, закладывая в их раковины зародыши будущих жемчужин. Это долгий труд – жемчужина необходимого размера создается в течение 7—10 лет!

К сожалению, кристаллы могут расти и в человеческом организме. Вы, наверное, слышали о камнях в почках и печени? Да, это тоже результат процесса кристаллизации!

Обнаружено, что кристаллы есть не только на нашей планете, но и на других небесных телах. Метеориты, которые упали на Землю и были исследованы учеными, тоже состоят из кристаллов.

Космические аппараты доставили на Землю образцы лунного грунта – в них тоже найдены кристаллические минералы и породы, похожие на земные.

Производство кристаллов

Современная наука и технология невозможны без исследования и создания материалов с заданными свойствами. Это прежде всего касается кристаллов. Дело в том, что природные кристаллы не могут в полной мере удовлетворить современное производство: они не всегда имеют необходимые размеры, содержат нежелательные примеси, часто неоднородны.



Фианиты – синтетические монокристаллы, известные как имитация бриллиантов



Есть кристаллы, которые в природе достаточно редки, а в технике пользуются большим спросом. Поэтому разработаны специальные лабораторные и заводские методы выращивания кристаллов алмаза, кварца, корунда, рубина и др. Эти кристаллы применяются в точных приборах, в лазерах и многих других научных и технических устройствах. Много заказов на выращивание кристаллов дает и производство, связанное с компьютерной техникой.

Гигантскими фабриками искусственных кристаллов можно считать химические заводы, где производят различные соли, соду, химические удобрения и др.; на фармацевтических заводах синтезируют кристаллические лекарственные вещества; металлургические заводы выплавляют металлы.

Существуют и научно-технические комплексы, где выращивают и исследуют крупные кристаллы, каждый из которых стоит и ценится очень дорого. Одним из признанных лидеров этого направления является, например, научно-производственное объединение «Монокристалл» (Харьков), известное не только в Украине, но и далеко за ее пределами.

Эксперименты по выращиванию кристаллов проводятся сейчас не только в земных условиях, но и на космических орбитах. Невесомость сделала возможным получение таких чистых веществ, которые до сих пор не удалось создать в земных лабораториях. Например, выращенные в космосе нитевидные кристаллы сапфира характеризуются высокой прочностью: они выдерживают давление, в десятки раз превышающее прочность таких же «земных кристаллов».

 

Поиск

ФИЗИКА

ХИМИЯ

Поделиться

Яндекс.Метрика

Рейтинг@Mail.ru