Как Се Правят Кристали?

{h1}

Кристалите могат да бъдат направени в тенекиена пай за плот, високотехнологична лаборатория или фисура дълбоко в земята. Научете повече за това как се правят кристали в WordsSideKick.com.

От диаманта „Надежда“ до лъскавите късчета в кафето „Фолджърс“, кристалите винаги са държали силата да очароват, вдъхновяват предсказателите и украсяват короните на императорите през цялата история. Но кристалите не са само куп красиви страни - те блестят с полезни свойства. Те придават сила на обработени метали, пускат нашите часовници и задвижват цифровите дисплеи и флуоресцентни крушки от съвременния живот.

О, те подправят храната ни и охлаждат и нашите напитки.

Да, солта, захарта и ледът също са кристали, точно както скъпоценните камъни, метали, флуоресцентни бои и течни кристали, които споменахме. Това е част от тяхното очарование; кристали могат да бъдат направени от почти всичко. Всъщност повечето минерали се срещат естествено в кристална форма [източник: Smithsonian].

А улика за тази повсеместност може да се намери в ежедневната ни реч. Когато казваме, че нечии мисли внезапно „изкристализират“ около решение, всички сме кристално ясни какво означава това: че една смесица от въртящи се възможности се е превърнала в нещо неподвижно и подредено. Съзнателно или не, ние разбираме, че основното качество на кристала е ред - по-специално, правилно, периодично подреждане на атоми [източник: UCSB].

Кристалите могат да растат в плот с пай за плот, високотехнологична лаборатория или фисура дълбоко в Земята. Рецептата е измамно проста: Вземете облак газ, разтвор с разтвор или пръчка от разтопена скала, залейте я с подходящия минерал или съединение, след което изпечете в тенджера под налягане на стайна температура и топлината на разтопена лава. Но изпълнението на тази рецепта може да изисква артистичността на един готвач и стриктния контрол на майстор пекар - или, в случай на естествени кристали, тъп късмет и страшно много време [източници: Лов; Шей; Тайната].

При всички останали равни, по-дългите времена на растеж произвеждат по-големи кристали с по-малко замърсители [източници: CU Boulder; UCSB]. Не че винаги искате да загубите примесите: В края на краищата, натрапници като хром, желязо и титан - заедно с аспектите на атомното подреждане - придават на скъпоценните камъни характерните им цветове [източници: Encyclopaedia Britannica; Кей; Тайната].

Разбира се, кристалите, както всичко друго, се нуждаят от място, за да растат. Капайте ги в тесни помещения и те остават малки; задръжте няколко кристални минерала в малко пространство като японското метро, ​​и вие се окажете с кристални конгломерати. Гранитът, предпочитаната скала от надгробни плочи и плотове навсякъде, е конгломерация от кристали от кварц, фелдшпат и слюда, които растат като магма се охлажда в тесни вулканични пукнатини [източник: Смитсониан].

Така че там го имате: как да отглеждате кристал.

Сега... какво точно беше кристал?

Какво представляват кристалите?

Промишлеността използва всякакъв вид употреба за тези новоизградени кристали от медна сол, наречени синя витриола.

Промишлеността използва всякакъв вид употреба за тези новоизградени кристали от медна сол, наречени синя витриола.

Във физиката терминът "кристал" описва твърдо вещество с вътрешна симетрия и свързан с тях правилен повърхностен модел. Тази конфигурация, наречена кристална структура, повтаря се толкова редовно, че можете да го използвате, за да предскажете организацията на атомите в целия кристал [източници: Encyclopaedia Britannica; Isaacs et al.].

Ако тази подредба надхвърля няколко съседни атома, тя се нарича поръчка на дълги разстояния, подобни на лента за полувреме, маршируваща във формация. Течните кристали, като тези, открити в LCD мониторите, обикновено попадат в късообхватна поръчка (представете маршируващата лента с разпръснато пробиване на по-малки подразделения). Твърдите кристали могат да приемат всеки модел. Ето как: Когато кристалните вещества се стопят, те стават аморфен, което означава, че те показват само поръчка от малък обсег. Когато изстинат, те могат или да попаднат обратно в формация на дълги ярости, или да останат аморфни, като стъкло на основата на силиций [източници: Arfken et al.; Енциклопедия Британика; Isaacs et al.].

В ролята на членовете на нашата група са йони (положително или отрицателно заредени атоми), свързани чрез йонни или ковалентни връзки. Тези връзки се събират в различни компактни, стабилни форми, наречени координационни полиедри [източници: Banfield; Холандски].

За да представите по-добре тези координатни многогранници, забравете маршируващата лента и вместо това представете геометрична мозайка като тези, открити в Алхамбра. Сега визуализирайте тази мозайка в три измерения, така че нейните тессери (плочки) да се състоят от кубчета, пирамиди и ромбовидни твърди частици, всяко от които описва подреждането на атомите в даден тип кристал.

В кристален силициев диоксид малък централен йон от силиций може да бъде заобиколен от четири по-големи йона кислород, образувайки триъгълна пирамида или тетраедър. В манганов (II) оксид малък централен манганов йон се намира в рамките на шест по-големи кислородни йона - един отгоре, един отдолу и четири в квадрат около средата, образувайки триизмерен диамант или октаедър [източници: Banfield; Холандски; Purdue].

Тези 3-D мозаечни плочки могат да се пакетират в няколко различни модела, или решетки, споделящи атомни връзки в техните ъгли, по техните краища или по лицето. Едни и същи елементи могат да приемат различни подредби, както по отношение на техните "форми на плочки" (координатни полиедри), така и по мозаечните им модели (решетки). Тези вариации се наричат полиморфни, и те играят ключова роля при определянето на свойствата на кристала. Вземете въглерод: подредени тетраедрално, той образува известни твърди, прозрачни диаманти; подредена в слоеста пчелна пита, образува мек, сив графит [източници: холандски; Purdue; UCSB].

Кристализацията не винаги произвежда единични кристали. Понякога процесът на самонареждане започва в редица сайтове, които се развиват заедно, образувайки пачуърк от решетки, подравнени по различни посоки. тези polycrystals, които често се развиват по време на бързо охлаждане, са склонни да бъдат по-силни от монокристалите [източници: Encyclopaedia Britannica; Енциклопедия Британика; Университет на Вирджиния]. При нагряване по-големите кристали могат да абсорбират по-малки. Така температурата и налягането, напрежението и напрежението могат да повлияят на характеристиките на кристалите, независимо дали при трансформацията им - или при създаването им.

Осъществяване навик на това

Кристалите са правилни многогранници - триизмерни версии на правилни многоъгълници (квадратите стават кубчета, равностранните триъгълници се превръщат в триъгълни пирамиди). Въпреки това условията за растеж могат да причинят външния им вид, или кристален навик, за да варира драстично, произвеждайки форми, описани от експерти с такива термини като призматични, акцикулярни (с форма на игла), влакнести, равностойни (еднакви във всички посоки), таблични, плати (подобни на плочи), удължени, като пръчки, реле, подобни на игла, нередовно и така нататък [източници: Encyclopaedia Britannica; Енциклопедия Британика; Isaacs et al.].

Кристално синьо убеждаване

Може би единственият вид кристал, който сте опитвали да хванете на езика си?

Може би единственият вид кристал, който сте опитвали да хванете на езика си?

Ако всички тези приказки за кристали ви сърбят, за да отглеждате някои сами, имате късмет - или не, в зависимост от това какво искате да отглеждате. Сол или захар? Сигурен. Изкуствени диаманти? Скоро ще видите защо дори злодеят на Бонд Блофелд реши, че е по-просто просто да ги контрабандира.

Можете да отглеждате кристали по един от трите основни начина: от пара, от разтвор или от стопилка. Нека разгледаме всеки метод един по един, като започнем с отлагане на пари.

Фактът, че кристалите могат да нараснат от пара, не трябва да е изненада. В края на краищата атмосферните ледени кристали - наричаме ги облаци и снежинки - правят го непрекъснато. Те се натрупват, защото атмосферата става свръхнаситено с влага: Съдържа повече вода, отколкото може да задържи при дадена температура и налягане, така че излишната вода оставя газообразно състояние и се агрегира в кристален лед [източници: Encyclopaedia Britannica; Libbrecht].

Други кристални видове - силиций, например - могат да растат от газове, пренаситени с ключови елементи, но може да се наложи малко химически реактивен тласък за това [източници: Encyclopaedia Britannica; McKenna].

В повечето случаи процесът започва с мъничък семенен кристал, към който се прикрепят други молекули, слой по слой, тъй като те излизат от суспензия - много по начин, по който кристалите от сребро на йодид помагат при "засяването в облак", като осигуряват места за нуклеиране на ледени кристали, Процесът изисква голямо търпение, но от него се получават изненадващо чисти кристали [източници: Encyclopaedia Britannica; McKenna].

Растеж от разтвор споделя много общо с растежа на парата, но течността замества газа като пренаситена среда. Кристалите от сол и захар, създадени като научни проекти, са добри примери за кристали, отглеждани в разтвори. Разтвореният подход превъзхожда отлагането на газ по отношение на скоростта на растеж и размера на кристала. Ето защо: В газообразно състояние изпарената субстанция се вихри във виещ се виенски валс сред другите газови молекули и може да отнеме известно време на отделните танцьори да напуснат пода и да се присъединят към кристалната клика. Решението действа повече като бавен танц в средното училище, в комплект с кристализирани цветни цветя, които висят близо до повърхността, насърчавайки по-бърз растеж. Удобството на потребителя обяснява защо решението подход доминира растежа на синтетичните кристали в продължение на много години [източници: Encyclopaedia Britannica; Зайцева и др.].

Третият метод, растеж от стопилка, изисква първо охлаждане на газ до течно състояние и след това охлаждане на течността, докато постигне кристална твърдост. Методът на стопяване се отличава при получаването на поликристали, но също така може да отглежда единични кристали, използвайки техники като издърпване на кристали, метод на Бриджман и епитаксия. Нека разгледаме по-подробно всеки в следващия раздел [източник: Encyclopaedia Britannica].

Осцилирайте диво

Кристалите се отличават с редица удобни качества, особено в потребителската електроника, където могат да действат като изолатори или полупроводници. Най- пиезоелектрично свойство, при който кристал придобива електрически заряд при натискане или удряне, прави кристалите полезни за всичко - от високоговорителите на хола до ултразвуковите скенери. Пиезоелектричните кристали също вибрират под електрически заряд. Това свойство на постоянно колебание позволява кварцови часовници и часовници да запазят надеждно време [източници: Encyclopaedia Britannica; Институт Пиезо; Тайната].

Ще се разтопя с теб

Около 1975 г.: Старши лаборант Чарлз Йънг наблюдава кристали на сапфир, които растат в производител на кристали в завода Corning Glass Canada Road. Кристалите бяха използвани в натриеви лампи.

Около 1975 г.: Старши лаборант Чарлз Йънг наблюдава кристали на сапфир, които растат в производител на кристали в завода Corning Glass Canada Road. Кристалите бяха използвани в натриеви лампи.

В исторически план отглеждането на кристали от стопилка беше толкова изкуство, колкото и науката. Днес тя включва всяка една от редица високотехнологични техники, които щателно контролират условията на растеж, понякога в молекулярна скала.

в издърпване на кристали, машина понижава зародишния кристал, докато току-що целуне кълбо от стопилка, след което постепенно премества разрастващото семе нагоре, насочвайки движението си, за да съвпада със скоростта на растеж на кристала. Промяната на скоростта на движение променя диаметъра на кристала. По този начин производителите отглеждат силициеви кристали с голям диаметър, намиращи се в компютърните чипове, което изглежда подходящо, тъй като компютрите също контролират процеса на изтегляне. Мислете за това като силиконовия кръг на живота.

Под Метод на Бриджман, производителите вземат тигел (специализиран контейнер, използван за загряване на вещества) с коничен долен край, напълнят го с разтопен материал, след което го спуснат в по-хладен участък. Растежът на кристала започва при охладения връх на тигела, след което се развива нагоре, докато тигелът продължава надолу. Благодарение на този предстоящ подход зоната за образуване на кристали остава в благоприятна за растежа температурна зона, докато накрая съдържанието на тигела не образува един кристал [източници: Encyclopaedia Britannica; Chen et al.; Ю и Кардона].

Epitaxy (от гръцки епи "при" + таксита „подредба“) ни напомня, че понякога най-добрият начин за отглеждане на кристал е отгоре на друг кристал. Не всеки кристал обаче ще се справи. Първо, основата или субстратът трябва да са доста плоски, дори в атомната скала. Второ, тъй като структурата на субстрата силно влияе върху атомното разположение на растежния кристал, той трябва да съответства на желаната решетка за растеж възможно най-близо [източници: Encyclopaedia Britannica; Fang et al.; Оксфордски речници; Ю и Кардона]. Представете пълен багажник с билярдни топки и след това си представете как да подреждате повече топки отгоре. Можете да премествате новите топки наоколо, но те винаги се намират в кухините между топките отдолу.

Epitaxy е широко понятие, обхващащо редица техники [източници: Encyclopaedia Britannica; Ю и Кардона]:

  • Епитаксия на молекулярния лъч (MBE), например, расте кристали слой по слой, използвайки лъчи от молекули.
  • Производителите на синтетични диаманти разчитат отлагане на химически пари (ССЗ), по-бърз подход, който търгува лъча в полза на течащ газ.
  • Кристалите, заложени в електроника, разчитат течна фаза епитаксия (LPE), в който кристал расте върху субстрат, разположен в наситен разтвор.

Добре, това е достатъчно говори за потребителска електроника. Всички знаем, че това не означава нещо, ако нямате този слип.

Faking It: Рубини и сапфири

Индустриалните диаманти далеч не са единствените фугази камъни на пазара. Синтетичните рубини съществуват от времето, когато френският учен Марк Гаудин, който помогна за разработването на фотография със сухи плочи, измисли как да ги отглежда през 1873 г. Те остават сравнително лесни за откриване до около 1950 г., когато учените удариха на термична обработка като начин за премахване на микроскопски извити модели на растеж, които разкриват костилката като пораснал, не засет [източници: Encyclopaedia Britannica; Kay].

Ръчните часовници от висок клас понякога покриват лицето си с устойчив на драскотини, но чуплив синтетичен сапфир [източник: BlueDial].

Известни кристали, които познавах

Crystal Gayle, Crystal Bernard, Crystal the Monkey - не, нямаме предвид никой от тях. Когато говорим за известни кристали, разбира се, имаме предвид bling. Ice. Скали. Юмручни перли.

Jewels.

Скъпоценните камъни са кристали с определено допълнително нещо. Наречете го pizzazz. Въпреки че сме склонни да ги мислим за отделни скали, много скъпоценни камъни възникват от едни и същи минерали. Единствените различия между тях са структурните идиосинкразии и минералните примеси, които ги преплитат със своите запазени марки.

Рубините и сапфирите са и двата вида корунд (кристален алуминиев оксид или алуминиев оксид), но докато пищните червени рубини произлизат от малки количества хром, които частично заместват алуминия в кристалната структура, блестящият блус на сапфира идва от примесите на желязо и титан [източници: Енциклопедия Британика; Kay].

Аметистът и цитринът са различни версии на кварца (кристален силициев диоксид aka silica), който е естествено безцветен. Древните гърци смятали, че кварцът е лед, който се е замразявал толкова силно, че няма да се разтопи, така са го нарекли krystallos ("лед"), като по този начин ни дава думата кристал. Жълтеникавият цитрин възниква от прегрятия аметист, но експертите се различават какво точно дава на аметиста неговия характерен пурпурен поп. Някои казват, че това е железен оксид, докато други предпочитат манган или въглеводороди [източници: Banfield; Енциклопедия Британика; Енциклопедия Британика].

Семейството на богати на силициев диоксид, или силикати, включва турмалин, ценен както като скъпоценен камък и заради пиезоелектрическите му свойства, и берил, семейство скъпоценни камъни, съдържащи аквамарин (бледо синьо-зелено), изумруд (наситено зелено), хелиодор (златисто жълто ) и морганит (розово). Най-големият кристал, откриван някога, е берил от Малакиалина, Мадагаскар. Той беше с дължина 59 фута (18 метра) и ширина 11 фута (3,5 метра) и тежеше с тежки 400 тона (380 000 килограма) [източници: Banfield; Енциклопедия Британика; Енциклопедия Британика].

Силикатите са само едно от няколкото елементарни семейства кристали. Оксидите (включително гореспоменатия корунд) съдържат кислород като отрицателно зареден йон; фосфати пакетират фосфор; боратите се спукват с бор (В); сулфиди и сулфати кипят със сяра; и халидите задържат бързо до хлор и други елементи от група VIIA в периодичната таблица [източник: Banfield].

Семейството карбонати съдържа кристали, богати на въглерод и кислород. Бижутерите го знаят най-добре за арагонит, сорт калциев карбонат, който стриди използват за изграждане на перли. Арагонитът може да се образува от геоложки или биологични процеси [източници: Banfield; Енциклопедия Британика].

Последно, но не последно, дълбоко в мексиканския щат Чихуахуа се намира варовикова пещера, наречена Cueva de los Cristales, или Пещерата на кристалите, изстреляна с меки, прозрачни кристали селен (вид прозрачен гипс), толкова голяма (в балпарка на 30 фута или 9 метра) те джудже човешки спелункер [източник: Ший].

И така, кой е най-големият кристал навсякъде по света? Може да е в света - буквално. Според някои учени вътрешното ядро ​​с размер на луната на Земята може да бъде един гигантски железен кристал [източник: Широко].

Търсиш малко лилаво в лицето

Репутацията на кристалите като народни лекарства достига много по-далеч от движението на New Age. Аметистът, например, получава своя носител от гръцките думи, означаващи „не опиянен“. Древните гърци са вярвали, че амулетите и съдовете за пиене, направени от скъпоценния камък, ще ги предпазят от превръщането им в тип. Треперим да мислим какво са използвали като средство против махмурлук.

Бележка на автора: Как се правят кристали?

Самоорганизиращите се системи, от екологиите до (някои казват) на самата Вселена, са по свой начин толкова съзнателни, колкото хаотични. Всъщност някои наричат ​​самоорганизацията „анти-хаос“, защото, макар хаосът да е силно чувствителен към първоначалните условия, самоорганизиращите се системи започват с множество първоначални условия и завършват почти в същото крайно състояние.

Организацията и множествеността са онова, което представляват кристалите. Те се дефинират по ред, но не са от един вид. Множеството - на морфологиите, на решетките, на многоедри, понякога дори и на кристали - ето защо една и съща купчина атоми може да ни даде диаманти или олово. Има нещо възвишено в това.


Видео Добавка: Как да си направим кристал.




Изследване


Чудовищен Ураган Матю Се Извисява Над Тропическата Буря Никол (Снимка)
Чудовищен Ураган Матю Се Извисява Над Тропическата Буря Никол (Снимка)

Опасност От Антарктида: Пукнатини От Ледени Шелфи Затварят Британската База... Отново
Опасност От Антарктида: Пукнатини От Ледени Шелфи Затварят Британската База... Отново

Наука Новини


Полет В Депресията
Полет В Депресията

Следваща Спирка, Вестерос! Google Earth Posts 33 Сайтове На Играта На Тронове
Следваща Спирка, Вестерос! Google Earth Posts 33 Сайтове На Играта На Тронове

Това Е Дъждовно Мляко! Странни Пъзели За Учени
Това Е Дъждовно Мляко! Странни Пъзели За Учени

Usda Фед Котки И Кучета На Котенца, Алармиращи Искове За Наблюдение На Наблюдатели
Usda Фед Котки И Кучета На Котенца, Алармиращи Искове За Наблюдение На Наблюдатели

Веднъж Ледена Антарктида Обсипана С Килим От Пищна Флора
Веднъж Ледена Антарктида Обсипана С Килим От Пищна Флора


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2019 BG.WordsSideKick.com