Кристаллическое вещество и его свойства

 Кристаллическими называются твердые вещества, построенные из  материальных частиц – ионов, атомов или молекул, геометрически правильно расположенных в пространстве. В отличие от газообразного и жидкого кристаллическое состояние значительно многообразнее. Одни и те же по составу и форме молекулы могут быть упакованы в кристаллах различными способами. Если взять, например, обычную поваренную соль, то легко увидеть даже без микроскопа отдельные кристаллики. Каждый кристаллик и есть вещество NaCl, будь кристалл большим или малым, кубическим или прямоугольно-параллелепипедальным, т.е. по-разному ограненным. От способа упаковки зависят физико-химические свойства вещества, то есть одни и те же по химическому составу вещества часто обладают различными физическими свойствами. Геометрически правильная форма кристаллов обусловливается прежде всего их строго закономерным внутренним строением (решетчатым или ретикулярным – от лат. reticulum – сеточка). При благоприятных условиях они могут самоограняться, образуя правильные геометрические многогранники.

Плоскости кристаллической решетки соответствуют граням реального кристалла, места соединения граней называются рёбрами кристаллов, а точки пересечения ребер – вершинами кристаллов или углами. Грани, рёбра и вершины кристаллов связаны следующей зависимостью: число граней + число вершин = число рёбер + 2. В большинстве кристаллические вещества не имеют ясно огранённой формы, хотя и обладают закономерным внутренним строением.

Все кристаллы обладают рядом основных специфических свойств, отличающих их от некристаллических аморфных тел:

– однородность строения – одинаковость узора взаимного расположения атомов во всех частях объема его кристаллической решетки;

– способность самоограняться – свойство принимать многогранную форму в результате свободного роста в подходящей среде. Кристаллы какого-либо вещества чаще всего имеют грани определенного вида, что нередко позволяет установить природу минерала по внешнему виду его кристаллов. Хотя, например, у кальцита известно более 200 различных типов граней кристаллов;

 – анизотропность – различие физических свойств кристаллов (теплопроводность, твердость, упругость и другие) по параллельным и непараллельным направлениям кристаллической решетки. Свойства одинаковы по параллельным направлениям, но неодинаковы по непараллельным  направлениям (исключение – оптические свойства кристаллов кубической сингонии и некоторые др.). Анизотропия (рис. 1) хорошо проявляется и во внешней форме многих кристаллов – в их удлиненности или пластинчатости; в механических свойствах, например, в спайности – способности некоторых кристаллов легко раскалываться вдоль определенных плоскостей. Деформационные свойства кристаллов также существенно зависят от направления. В противоположность анизотропным, изотропные тела имеют одинаковые свойства во всех направлениях;

– симметричность (рис. 2) – это закономерная повторяемость в расположении предметов или их частей на плоскости или в пространстве. Симметрия кристаллов соответствует симметрии их пространственных решеток. Каждый кристалл может быть совмещен сам с собой определенными преобразованиями (поворотами или отражениями), которые называются симметрическими.

Рис. 1. Анизотропия твёрдости кристаллов кианита

 

Рис. 2. Различные симметричные фигуры

Аморфными называются твердые тела, в которых частицы располагаются в пространстве беспорядочно. Например, стекло, пластмасса, смола и пр. Аморфным минералам свойственна изотропность – тождественность физических свойств в любых направлениях, обусловленная их внутренним строением.

Контрольные вопросы

1. Что изучает кристаллография?

2.Какие вещества называются кристаллическими?

3. Могут ли одни и те же по химическому составу вещества обладать различными физическими свойствами? От чего это зависит?

4. Что такое грань кристалла?

5. Что называется ребром кристалла?

6. Что такое вершина кристалла?

7. Какой зависимостью связаны грани, ребра и вершины кристаллов?

8. Какими специфическими свойствами обладают кристаллы?

9. Что такое однородность строения кристалла?

10. Обладают ли кристаллы способностью самоограняться? Что это значит?

11. Для каких веществ характерна анизотропия? В чем она проявляется?

12. Какое свойство является противоположным анизотропии?

13. Что такое симметричность кристалла? В чем она проявляется?

14. Какие твердые тела называют аморфными?