Структура кристалів

Уявіть на хвилинку, що ваші очі стали настільки сильними, що можуть розгледіти окремі атоми або молекули. Куди ви не подивитися тепер, перед вашим поглядом відкривається структура кристалів, і ви можете помічати рух частинок. Поглянувши на газ, ви побачите безладний рух атомів, іонів, молекул: окремі частинки, безперервно рухаючись, стикаються одна з одною. Безладно рухаються частинки і в рідині, хоча тут вони розташовані вже не так, кожна з них прагне триматися ближче до сусідів. І зовсім інакше рухаються частинки кристалів.

Структура кристалів правильна, закономірна. І в них теж атоми, іони, молекули не перебувають у спокої, частинки не стикаються одна з одною, тому що всі вони розташовані правильним строєм, і кожна може коливатися біля певного положення.

Якби вдалося ввійти всередину кристала, ви побачили б, що навколо вас на всі боки тягнуться рівні нескінченні ряди частинок. У просторі ці правильні ряди частинок утворюють кристалічну структуру кристалів. І структура всіх кристалічних речовин періодична та закономірна. У всіх кристалах частинки вишиковуються симетричними правильними рядами, плоскими сітками, тривимірними ґратками.

Що відбувається, коли рідина, застигаючи, перетворюється на тверде тіло, наприклад, коли застигає розплавлений метал? При цьому змінюється характер руху частинок речовини. У твердій кристалічній речовині кожна частинка рухається "вільно", коливається, але тільки біля свого місця положення. Структура кристалів схожа на бджолині стільники або на будівельні риштування: вправо і вліво, вперед і назад, вгору витягнуті рівні, правильні, нескінченні ряди частинок.

Однак, вийти зі свого положення частинки твердого тіла можуть тільки якщо, наприклад, нагріти кристал так, щоб він почав плавитися. Під теплими променями весняного сонця нагрівається, починає танути крига: це руйнується стрій частинок у кристалі льоду, слабшають сили, які утримують частки на своїх місцях.

Порядок, закономірність, періодичність, симетрія розташування атомів – ось що притаманно структурі кристалів. Але чи однаковий порядок, будова атомів у різних твердих тілах? Звичайно, ні. Природа дуже різноманітна і не любить повторення. Стрій атомів заліза зовсім не схожий на стрій кристалу льоду. У кожній речовині є саме свій, характерний візерунок та порядок розташування атомів. І від того, яким є цей порядок, залежать властивості речовини. Одні й ті самі атоми, частинки одного сорту, розташовуючись по-різному, утворюють речовини з різними властивостями. Подивимося, наприклад, на атоми вуглецю. Сажа, або кіптява – м'який чорний порошок – це вуглець. Вугілля, деревне або кам'яне, - це теж вуглець. Графіт - кристал, складений з атомів вуглецю.

Є й інша форма кристалів вуглецю – алмаз, найдорожчий і найкрасивіший з дорогоцінного каміння. Гранений алмаз називають діамантом. Алмаз дуже твердий, він твердіший за все каміння на Землі.

Важко повірити, що алмаз і графіт складені з тих самих атомів вуглецю. М'який, непрозорий, чорний. Діамант – твердий, прозорий, іскристий усіма кольорами веселки. Графіт - вогнетривкий, алмаз легко горить. Спробуй після цього сумніватися в тому, що алмаз, графіт і сажа складаються з тих самих атомів вуглецю, а різниця лише в тому, яка структура розташування цих атомів. Розставлені вони одним строєм і виникає м'який чорний графіт. Перебудуються по-іншому – і вийде прозорий алмаз.

Структура кристалів визначає властивості речовини та її форму. А правильна багатогранна форма – це наслідок атомної структури. Кожну кристалічну речовину можна відрізнити від інших кристалічних речовин за її атомною структурою. В одних кристалах ґратки дуже прості, в інших – дуже складні. У різних речовинах різні відстані між частинками у ґратках. Але всі ці відстані дуже малі, це стомільйонні частки сантиметра (ангстреми). На питання, що таке кристали, відповідь така: кристали – це речовини, в яких складові їх частинки (атоми, іони, молекули) розташовані строго періодично, утворюючи геометрично закономірну кристалічну структуру.

Структура яка є у кристалів виявлена не тільки в природному камінні, в кристалічних гірських породах і в металах, але і в багатьох інших тілах. Величезна більшість твердих речовин Землі є кристалічними. Тільки ці кристали – здебільшого не ті чудові багатогранники, якими ми милуємось у музеях, а крихітні, часом невидимі оком зернятка. Однак внутрішня структура таких непоказних зернят настільки ж красива і напрочуд закономірна!