Definicja kryształu, przykłady i typowe typy

Kryształ składa się z materia który powstaje z uporządkowanego układu atomów, cząsteczek lub jonów. Powstająca krata rozciąga się na trzy wymiary.

Ponieważ istnieją powtarzające się jednostki, kryształy mają rozpoznawalne struktury. Duże kryształy mają płaskie obszary (twarze) i dobrze zdefiniowane kąty.

Kryształy o oczywistych płaskich powierzchniach nazywane są kryształami euhedralnymi, natomiast te, które nie mają określonych powierzchni, nazywane są kryształami anhedralnymi. Kryształy składające się z uporządkowanych układów atomów, które nie zawsze są okresowe, nazywane są kwazikryształami.

Słowo „kryształ” pochodzi od starożytnego greckiego słowa krustallos, co oznacza zarówno „kryształ górski”, jak i „lód”. Naukowe badanie kryształów nazywa się krystalografią.

Przykładami codziennych materiałów spotykanych jako kryształy są sól kuchenna (chlorek sodu lub kryształy halitu), cukier (sacharoza) oraz płatki śniegu. Wiele kamieni szlachetnych to kryształy, w tym kwarc i diament.

Istnieje również wiele materiałów, które przypominają kryształy, ale w rzeczywistości są polikryształami. Polikryształy powstają, gdy mikroskopijne kryształy łączą się ze sobą, tworząc ciało stałe. Materiały te nie składają się z zamówionych krat.

Przykłady polikryształów obejmują lód, wiele próbek metali i ceramikę. Jeszcze mniejszą strukturę wykazują amorficzne ciała stałe, które mają nieuporządkowaną strukturę wewnętrzną. Przykładem amorficznej substancji stałej jest szkło, które po obróbce fasetowej może przypominać kryształ, ale nie jest nim.

Rodzaje wiązań chemicznych tworzonych między atomami lub grupami atomów w kryształach zależą od ich wielkości i elektroujemności. Istnieją cztery kategorie kryształów pogrupowane według ich wiązania:

1. Kryształy kowalencyjne: Atomy w kowalencyjnych kryształach są połączone wiązaniami kowalencyjnymi. Czyste niemetale tworzą kowalencyjne kryształy (np. Diament), podobnie jak związki kowalencyjne (np. Siarczek cynku).
2. Kryształy molekularne: Całe cząsteczki są ze sobą związane w zorganizowany sposób. Dobrym przykładem jest kryształ cukru, który zawiera cząsteczki sacharozy.
3. Kryształy metaliczne: Metale często tworzą kryształy metaliczne, w których niektóre elektrony walencyjne mogą swobodnie przemieszczać się przez sieć. Na przykład żelazo może tworzyć różne kryształy metaliczne.
4. Ionic Crystals: Siły elektrostatyczne tworzą wiązania jonowe. Klasycznym przykładem jest halit lub kryształ soli.

Istnieje siedem systemów struktur krystalicznych, które są również nazywane kraty lub kraty kosmiczne:

1. Sześcienny lub izometryczny: Ten kształt obejmuje ośmiościany i dwunastościany, a także sześciany.
2. Tetragonalny: Kryształy te tworzą pryzmaty i podwójne piramidy. Struktura jest jak kryształ sześcienny, tyle że jedna oś jest dłuższa od drugiej.
3. Rombowy: Są to pryzmaty rombowe i dipiramidy, które przypominają tetragony, ale bez kwadratowych przekrojów.
4. Sześciokątny: Sześciokątne pryzmaty o sześciokątnym przekroju.
5. Trójkątny: Te kryształy mają trzykrotną oś.
6. Triclinic: Kryształy trójkliniczne zwykle nie są symetryczne.
7. Jednoskośny: Te kryształy przypominają skośne kształty czworokątne.

Kraty mogą mieć jeden punkt sieciowy na komórkę lub więcej niż jeden, dając w sumie 14 typów sieci krystalicznej Bravais. Kraty Bravais, nazwane na cześć fizyka i krystalografa Auguste Bravais, opisują trójwymiarowy układ utworzony przez zbiór dyskretnych punktów.

Substancja może tworzyć więcej niż jedną sieć krystaliczną. Na przykład woda może tworzyć lód heksagonalny (taki jak płatki śniegu), lód sześcienny i lód romboedryczny. Może również tworzyć lód amorficzny.

Węgiel może tworzyć diament (sieć sześcienna) i grafit (sieć sześciokątna).

Proces tworzenia kryształu nazywa się krystalizacja. Krystalizacja zwykle występuje, gdy stały kryształ wyrasta z cieczy lub roztworu.

Gdy gorące rozwiązanie stygnie lub roztwór nasycony odparowuje, cząstki zbliżają się wystarczająco blisko, aby utworzyć wiązania chemiczne. Kryształy mogą również tworzyć się z osadzania bezpośrednio z fazy gazowej. Ciekłe kryształy posiadają cząsteczki zorientowane w zorganizowany sposób, takie jak kryształy stałe, ale są w stanie przepływać.