Krystaly jsou pevná tělesa s pravidelným geometrickým tvarem. Struktura, ve které se nacházejí uspořádané částice, se nazývá krystalová mřížka. Místa umístění částic, ve kterých oscilují, se nazývají uzly krystalové mřížky. Všechna tato těla se dělí na monokrystaly a polykrystaly.
Co jsou to monokrystaly
Jednotlivé krystaly jsou jednotlivé krystaly, ve kterých má krystalová mřížka jasné uspořádání. Často má monokrystal pravidelný tvar, ale tato vlastnost není při určování typu krystalu povinná. Většina minerálů jsou monokrystaly.
Vnější forma závisí na rychlosti růstu látky. S pomalým nárůstem a homogenitou materiálu mají krystaly správný brus. Při střední rychlosti není řez výrazný. Při vysoké rychlosti krystalizace rostou polykrystaly skládající se z mnoha monokrystalů.
Klasické příklady monokrystalů jsou diamant, křemen,topas. V elektronice mají zvláštní význam monokrystaly, které mají vlastnosti polovodičů a dielektrik. Slitiny monokrystalů se vyznačují zvýšenou tvrdostí. Ultračisté monokrystaly mají stejné vlastnosti bez ohledu na původ. Chemické složení minerálů závisí na rychlosti růstu. Čím pomaleji krystal roste, tím dokonalejší je jeho složení.
Polykrystaly
Jednotlivé krystaly a polykrystaly se vyznačují vysokou molekulární interakcí. Polykrystal se skládá z mnoha monokrystalů a má nepravidelný tvar. Někdy se jim říká krystality. Objevují se v důsledku přirozeného růstu nebo jsou pěstovány uměle. Polykrystaly mohou být slitiny, kovy, keramika. Hlavní charakteristiky jsou tvořeny vlastnostmi monokrystalů, ale velký význam mají velikosti zrn, vzdálenost mezi nimi a hranice zrn. V přítomnosti hranic se fyzikální vlastnosti polykrystalů výrazně mění, pevnost klesá.
Polykrystaly vznikají jako výsledek krystalizace, změn v krystalických prášcích. Tyto minerály jsou méně stabilní než monokrystaly, což má za následek nerovnoměrný růst jednotlivých zrn.
Polymorfismus
Jednotlivé krystaly jsou látky, které mohou existovat ve dvou stavech najednou, které se budou lišit svými fyzikálními vlastnostmi. Tato funkce se nazývá polymorfismus.
Látka v jednom skupenství může být zároveň stabilnější než v jiném. Když se podmínky prostředí změní, situace se může změnitzměnit.
Polymorfismus je následujících typů:
- Rekonstrukce – atomy a molekuly se rozpadají.
- Deformace - struktura je upravena. Dochází ke stlačení nebo natažení.
- Shift - některé prvky struktury mění své umístění.
Vlastnosti krystalů se mohou změnit při náhlé změně složení. Klasickým příkladem polymorfismu je modifikace uhlíku. V jednom skupenství je to diamant, v jiném je to grafit, látky s různými vlastnostmi.
Některé formy sacharidů se při zahřátí mění na grafit. Změny vlastností mohou nastat bez deformace krystalové mřížky. V případě železa vede náhrada některých složek k vymizení magnetických vlastností.
Krystalová síla
Jakýkoli materiál používaný v moderní technologii má konečnou pevnost. Největší pevnost má slitina niklu, chrómu a železa. Zvýšení pevnosti kovů zlepší vojenské a civilní vybavení. Zvýšená odolnost proti opotřebení bude mít za následek delší životnost. Z tohoto důvodu vědci již dlouhou dobu studují sílu monokrystalů.
Čisté monokrystaly jsou krystaly s ideální krystalovou mřížkou, obsahují malý počet defektů. S poklesem počtu defektů se pevnost kovů několikrát zvyšuje. Hustota kovu přitom zůstává téměř stejná.
Jednotlivé krystaly s ideální mřížkou jsou odolné vůči mechanickému namáhání až do bodu tání. Neměňte sčas. Nejčastěji mají takové monokrystaly nulovou dislokaci. To je ale volitelná podmínka. Pevnost se vysvětluje tím, že mikrotrhliny se tvoří v místech, kde je největší počet dislokací. A při jejich nepřítomnosti se nemají kde objevit praskliny. To znamená, že monokrystal vydrží, dokud není překročen práh jeho pevnosti.
Umělé monokrystaly
Pěstování monokrystalů je na současné úrovni vědy možné. Při zpracování kovu, aniž byste změnili jeho složení, můžete vytvořit jediný krystal, který má vysokou míru bezpečnosti.
Jsou známé 2 způsoby výroby monokrystalů:
- supervysokotlaké lití kovů;
- kryogenní tlak.
První metoda je oblíbená pro zpracování lehkých kovů. Vzhledem k čistotě kovu a rostoucímu tlaku se postupně objeví nový kov, který má stejné vlastnosti, ale se zvýšenou pevností. Za určitých podmínek je možné získat monokrystal s ideální mřížkou. V přítomnosti nečistot existuje možnost, že krystalová mřížka nebude ideální.
U těžkých kovů se zvyšujícím se tlakem dochází k procesu změny struktury. Monokrystal se ještě neukázal, ale látka změnila vlastnosti.
Kryogenní odlévání je založeno na výrobě kryogenních kapalin. Ke krystalizaci nedochází vlivem magnetického pole. Polokrystalická forma se po elektrickém nabití stává krystalem.
Diamanta křemen
Vlastnosti diamantu jsou založeny na skutečnosti, že se jedná o látku s atomovou krystalovou mřížkou. Vazba mezi atomy určuje sílu diamantu. Za stálých podmínek se diamant nemění. Když je vystaven vakuu, postupně se mění na grafit.
Velikost krystalů se výrazně liší. Synteticky pěstované diamanty mají krychlové tváře a vypadají jinak než jejich protějšky. Vlastnosti diamantu se využívají k broušení skla.
Křemenné krystaly se nacházejí všude. Minerál je jedním z nejběžnějších. Křemen je obvykle bezbarvý. Pokud je uvnitř kamene mnoho prasklin, pak je bílý. Když se přidají další nečistoty, změní barvu.
Křemenné krystaly se používají při výrobě skla, k vytváření ultrazvuku, v elektrických, rozhlasových a televizních zařízeních. Některé odrůdy se používají ve šperkařství.
Struktura monokrystalů
Kovy v pevném stavu mají krystalickou strukturu. Struktura monokrystalů je nekonečná řada střídajících se atomů. Ve skutečnosti může být uspořádání atomů narušeno tepelnými účinky, mechanickými nebo z mnoha jiných důvodů.
Krystalové mřížky se nacházejí ve 3 typech:
- typ wolframu;
- typ mědi;
- typ hořčíku.
Aplikace
Umělé monokrystaly jsou příležitostí k získání materiálu s novými vlastnostmi. Oblast použití monokrystalů je velmi velká. Křemen a rákos byly vytvořeny přírodou, zatímco fluorid sodný byl uměle vypěstován.
Monokrystaly jsoumateriály používané v optice a elektronice. Křemen a slída se používají v optice, ale jsou drahé. V umělých podmínkách můžete pěstovat jeden krystal, který se bude vyznačovat čistotou a silou.
Diamant se používá tam, kde je vyžadována vysoká pevnost. Ale je úspěšně syntetizován v umělých podmínkách. Trojrozměrné monokrystaly se pěstují z tavenin.
