Природне і штучне утворення кристалів

Утворення і ріст кристалів відбувається при переході речовини із газоподібного або рідкого стану у твердий, а також при розпаді твердих розчинів. Цей процес називається кристалізацією. У природі більшість кристалів, мінералів гірських порід утворились при охолодженні земної кори в різних геологічних епохах.

Багато мінералів виникли із перенасичених водних розчинів, наприклад, кам’яна сіль NаСІ. Товщина пластів солі кам’яної, які утворилися під час випаровування води із солоних озер, в деяких покладах досягає кількох сотень метрів.

Кристалічні гратки графіту і алмазу .-----------------------------
Просторові гратки інших кристалів мають складнішу будову, ніж у хлористого натрію. В вузлах граток графіту (а) і алмазу (б) містяться атоми одного типу - атоми вуглецю.

Кристали можуть утворюватися не лише при замерзанні рідини, а й безпосередньо з пари. Прикладом цього є утворення інею та сніжинок з водяних парів повітря, а також кристаликів йоду з парів йоду.Подібно до росту кристалів льоду відбувається ріст багатьох кристалів з розплавленого стану. З розплавів вирощуються монокристали корунду, рубіну, сапфіру.Монокристали багатьох речовин (зокрема солей) можна вирощувати з розчинів (наприклад, випадання кристалів азотнокислого калію з його розчину у воді). Цим методом можна виростити монокристали різних розмірів: за декілька тижнів одержується монокристал сегнетової солі масою до 20 кг.

В останній час швидкими темпами розвиваються технології вирощування монокристалів на космічних орбітальних станціях. За умов невагомості і вакууму забезпечуються можливості одержання хімічно чистих кристалів.

Рідкі кристали

У 1889 році були відкриті рідкі кристали. Це особливий стан окремих органічних речовин, у якому їм притаманні одночасно властивості кристалічного твердого тіла і рідини. Подібно до рідин кристали течуть, набувають форми посудини, у якій знаходяться, утворюють краплі. Подібно до кристалів у них спостерігається анізотропія всіх фізичних властивостей.

Рідкі кристали утворені з молекул, поздовжні розміри яких набагато більші за поперечні. Молекули орієнтовані вздовж певного напрямку і можуть бути різного типу. Розрізняють смектичні та нематичні рідкі кристали.

У смектичному рідкому кристалі молекули розташовані шарами. Прикладом смектичного рідкого кристалу являється розчин мила в воді: мильний розчин побудований із великої кількості подвійних шарів молекул мила, які розділені шарами води.

Будова смектичних рідких кристалів

В нематичному кристалі впорядкованість розташування молекул заключається у тому, що в певному об’ємі поздовжні осі усіх молекул паралельні, тобто спостерігається орієнтаційне впорядкування молекул уздовж певного напрямку.

Будова нематичних рідких кристалів

Зараз відомо більше 3000 речовин, котрі утворюють рідкі кристали. До котрих належить велика кількість речовин органічного походження, зокрема дезоксирибонуклеїнова кислота та речовина мозку.

Рідкі кристали є надзвичайно чутливими до незначних зовнішніх змін, що зумовлює їх широке практичне застосування, особливо в системах обробки та відображення інформації (комп’ютери, ноутбуки, прилади для візуалізації деяких випромінювань). На основі рідких кристалів створюють прилади для визначення коливань температури, індикаторну техніку тощо.